3 10 113 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/dfc0141721103fcfe72d9e8186e17be0.pdf eb6ae738740f2fe1f987e12831b7e557 PDF Text Text Tesis doctoral ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUELY MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA(CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Roberto L. Rodríguez Pacheco �UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona Departamento de Ingeniería del Terreno y Cartográfica ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUEL Y MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA (CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Te si s do ct or al pr es en ta da po r: Rober to L. Rodrí guez -Pache co Dirigida por: Dra. Lucila Candela Lledó Dr. Antonio Lloret Morancho JUNIO, 2002 �A David y Anna �ÍNDICE Agradecimientos I Resumen III Abstract VII Introducción 1 1. Introducción 2. Motivación y objetivos 2.1. Motivación 2.2. Objetivos 3. Metodología 4. Organización y contenidos de la tesis 1 2 4 5 7 8 Capítulo 1. Caracterización de la zona de estudio municipio de Moa (Cuba) 11 1. Zona de estudio 1.1. Ubicación geográfica. 1.2. Clima 1.3. Marco geológico 1.3.1. Tectónica del área de estudio y sismisidad 1.4. Yacimientos minerales 1.5. Procesos minero-metalúrgicos 1.5.1. Minería a cielo abierto 1.5.2. Procesos de extracción del níquel y el cobalto 1.5.3. Los residuos minero-metalúrgicos 11 11 13 16 23 25 29 29 31 34 Capítulo 2. LOS RESIDUOS MINEROMETALÚGICOS. ESTADO DEL ARTE 39 2.1.Introducción 2.1.1. Origen de los residuos minero-metalúrgicos 2.2. Tipos de presas de residuos y formas de vertido 2.2.1. Tipos de presas de acuerdo al sistema de cierre utilizado 2.2.2. Formas de vertido de los residuos 2.3. Propiedades de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 2.3.1. Principales fases minerales 2.3.1.1. Comportamiento geoquímico 2.3.2. Propiedades físico–mecánicas 2.3.2.1. Licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos 2.3.2.2. Comportamiento hidromecánico 2.4. Impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas 2.4.1. Impacto sobre las masas de agua continentales y marinas 2.4.2. Drenajes y lixiviados de aguas ácidas de escombreras y minas inactivas 2.4.2.1. Modelos numéricos 39 41 43 43 47 50 50 51 52 54 55 55 56 59 62 �Índice 2.4.3. Variación de la morfología del terreno 2.4.4. Impactos sobre la atmósfera y el suelo 2.4.5. Impactos paisajísticos 2.4.6. La contaminación ambiental por diferentes formas de energía 2.5. Riesgo ambiental por rotura de las presas de residuos 2.6. Los residuos mineros en Cuba. Antecedentes 2.7. Antecedentes en el estudios de residuos minero-metalúrgico de yacimiento lateríticos en otras partes del mundo 63 64 66 67 67 71 Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 76 3.1 Introducción 3.2 Trabajo de campo 3.3 Trabajos de laboratorio 3.3.1. Características de la fase líquida 3.3.2. Características de la fase sólida 3.3.3. Ensayos de caracterización geoquímica 3.3.3.1. Ensayos Batch 3.3.3.2. Secuencia de extracción 3.3.4. Parámetros hidráulicos 3.3.5. Propiedades mecánicas 3.4. Equipos desarrollados para la investigación 3.4.1. Bandejas de retracción 3.4.2. Equipo para determinar la resistencia a la tracción directa 3.4.3. Construcción de columnas de pequeño diámetro para el estudio del flujo y transporte de solutos en el medio poroso 3.4.4. Construcción e instrumentación de una columna para el estudio del comportamiento hidromecánico de medios porosos 3.4.4.1.Prestaciones de la columna 3.5. Trabajo de gabinete 76 76 81 81 82 85 85 85 86 87 89 89 92 Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos en los medios porosos. Ensayos en columnas 4.1. Generalidades de los modelos de flujo y transporte de solutos 4.1.1. Acoplamiento químico del transporte del soluto 4.1.2. Definición del equilibrio de adsorción 4.1.3. Método de resolución 4.2. Modelos de equilibrio local 4.2.1. Modelos unicomponentes 4.2.2. Modelos multicomponentes 4.2.3. Aplicabilidad del equilibrio local en el flujo y transporte de solutos 4.3. Modelos de flujo y transporte con cinética de transferencia de masa 4.3.1. Descripción de los modelos de flujo y transporte de solutos en condiciones de no equilibrio 4.3.1.1. Modelos químicos o modelo de dos sitios (two site models) 4.3.1.2. Modelos físicos o modelos de dos regiones (two region models) 4.4. Estudios de flujo y transporte de soluto en condiciones de no equilibrio 4.5. Estimación de los parámetros de los modelos de flujo y transporte de dos sitios 75 94 96 102 104 107 107 107 108 109 111 111 112 112 113 115 116 119 121 �Índice y dos regiones. Significado de estos e influencia sobre las curvas de llegadas de los solutos 123 Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 131 5.1. Introducción 5.2. Hidrología superficial 5.2.1. Características físico-químicas de las aguas superficiales 5.2.2. Análisis de la contaminación de las aguas superficiales por los residuos mineros 5.2.3. Calidad de las aguas superficiales 5.3. Hidrología subterránea 5.3.1. Inventario de puntos de agua 5.3.2. Acuífero de las rocas ultramáficas 5.3.2.1. Características geométricas 5.3.2.2. Superficie piezométrica 5.3.2.3. Parámetros hidráulicos 5.3.3. Acuífero aluvial 5.3.3.1. Características geométricas 5.3.3.2. Superficie piezométrica 5.3.3.3. Parámetros hidráulicos 5.3.4. Funcionamiento hidrogeológico 5.3.4.1. Recarga 5.3.4.2. Descarga 5.3.4.3. Balance 5.3.5. Características físico-químicas de las aguas subterráneas 5.3.6. Clasificación de las aguas subterráneas 5.3.7. Análisis de la contaminación de las aguas subterráneas 5.3.7.1. Metales pesados, hierro, magnesio y sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas: fondo geoquímico natural 5.3.7.2. Contaminación de las aguas subterráneas del acuífero aluvial 5.3.7.3. Origen de los metales presentes en las aguas subterráneas 5.3.8. Calidad de las aguas de los acuíferos aluvial y el acuífero de las rocas ultramáficas 5.3.9. Cálculo de la mezclas de agua en el acuífero aluvial 5.3.9.1. Métodos químicos ambientales 5.3.9.2. Cálculo de la mezcla de agua en el acuífero aluvial mediante un modelo hidrogeoquímico 5.4. Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas 5.4.1. Relaciones iónicas 5.4.2. Interacción agua roca: modelo hidrogeoquímico 5.4.3. Índice de saturación 5.5. Conclusiones 131 131 132 137 140 140 141 142 143 144 144 146 146 147 148 149 149 149 150 151 157 158 159 160 167 171 172 173 175 177 177 178 180 182 Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos de la industria cubana del níquel en Moa 185 6.1. Introducción 6.2. Característica de los depósitos de estériles 185 187 �Índice 6.3. Características físico–mecánicas 6.3.1. Propiedades físicas básicas 6.3.2. Ensayos edométricos 6.3.3. Ensayos de compresión simple 6.3.4. Resistencia a tracción 6.3.5. Ensayos de corte directo 6.3.6. Ensayos triaxiales 6.3.6.1. Ensayos triaxiales en condiciones no drenadas 6.3.6.2. Ensayos triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas 6.4. Comportamiento hidromecánico 6.4.1. Curva de retención 6.4.2. Cambio de volumen debido a cambios de succión 6.4.3. Permeabilidad 6.5. Formación de grietas por desecación 6.6. Influencia de las grietas de desecación sobre la permeabilidad de los residuos mineros 6.7. Conclusiones Capítulo 7. Movilidad de los metales Mn(II), Ni(II) y Cr(VI) en residuos mineros Ensayos de laboratorio 7.1. Adsorción y desorción de metales (Mn, Ni y Cr) 7.1.1 Introducción 7.1.2. Material 7.1.3. Ensayos de adsorción - desorción de los metales pesados en los residuos mineros 7.1.4. Metodología de los experimentos Batch 7.1.5. Isoterma de adsorción y desorción del manganeso (MnII)) 7.1.6. Isoterma de adsorción y desorción del níquel (NiII) 7.1.7. Isoterma de adsorción y desorción del cromo (CrVI) 7.1.8 Discusión de los resultados de los ensayos Batch 7.1.9. Adsorción instantánea en un sistema cerrado (ensayos Batch) 7.1.10. Comparación de la capacidad de adsorción de los residuos con otros materiales y suelos naturales 7.2. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columna de residuos en el laboratorio 7.2.1. Introducción 7.2.3. Materiales y método 7.2.3.1. Montaje de las columnas 7.2.4. Ensayos de transporte de soluto con flujo estacionario 7.2.5. Interpretación de los resultados del ensayo de flujo con el trazador pentafluobenzoato sódico (PFBA) 7.2.6. Análisis de los ensayos de flujo y transporte de los metales en las columnas de residuo 7.2.6.1. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) 7.2.6.2. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Mn(II) 7.2.6.3. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de (CrVI) 194 194 196 197 199 201 201 201 203 204 204 206 209 210 217 221 225 225 225 226 227 228 232 235 240 242 248 249 255 255 256 258 259 262 266 266 268 270 �Índice 7.2.7. Discusión de los resultados de los ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Cr(VI), Ni((II) y Mn(II) 7.2.8. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de los tres metales simultáneamente 7.2.9. Ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni y Mn 7.2.10. Análisis semicuantitativo de la concentración de los metales en muestras del residuo ACL del ensayo de flujo y transporte 7.3. Influencia del pH en el proceso de adsorción 7.3.1. Materiales y métodos de ensayos de flujo con adsorción de metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) a diferentes pH 7.3.2. Adsorción de Cr(VI) en un ensayo de flujo y transporte a través del residuo ACL para diferentes pH 7.3.3. Adsorción de Ni(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH 7.3.4. Adsorción de Mn(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH 7.4. Influencia de la concentración inicial de soluto en la solución acuosa sobre el proceso de adsorción en el residuo ACL 7.5. Comparación de la capacidad de adsorción del residuo ACL con una zeolita (Clinoptilolita) 7.6. Conclusiones Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte en columnas 8.1. Introducción 8.2. Selección de los modelos 8.3. Modelos matemáticos 8.3.1. Modelo en condiciones de equilibrio 8.3.2 Modelos en condiciones de no equilibrio (modelo de dos sitios) 8.4. Estimación ó determinación de los parámetros del modelo 8.4.1. Determinación de KL y R para los modelos de dos sitios 8.4.2. Determinación del valor de D, P, w y β 8.5. Análisis de los resultados del ajuste de las curvas de paso del Pentaflurobenzoato (PFBA) 8.6. Modelación de la curva de llegada de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales 8.6.1. El ensayo de flujo y transporte del Ni(II) con procesos de adsorción y desorción 8.6.2. El ensayo de flujo y transporte del Mn(II) con procesos de adsorción y desorción 8.6.3. El ensayo de flujo y transporte del Cr(VI) con procesos de adsorción y desorción 8.6.4. Discusión de los resultados de modelización de los ensayos de flujo y transporte con metales 8.7. Conclusiones 271 273 277 278 281 282 284 286 287 288 290 293 299 299 301 303 303 304 306 308 310 312 314 315 317 318 320 323 �Índice Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos en el flujo y transporte de solutos 327 9.1. Introducción 9.1.1. Procedimiento de ensayo de los residuos mineros en columnas 9.2. Llenado de la columna, saturación y medida de la permeabilidad 9.2.1. Llenado de la columna 9.3. Resultados de las medidas efectuadas durante el proceso de montaje de la columna por capas 9.3.1. Evaporación 9.3.2. Retracción 9.3.3. Ensayo de saturación 9.3.4. Ensayo de permeabilidad 9.4. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columna de residuos 9.4.1. Ensayo de flujo y transporte con el trazador PFBA 9.4.2. Ensayo de flujo y transporte de Ni 9.4.3. Ensayo de flujo y transporte con un trazador fosforescente (fluoresceína sódica) 9.5. Modelación de los resultados de los ensayos de flujo y transporte 9.5.1. Modelación de los ensayos con el trazador PFBA 9.5.2. Modelación de los ensayos de flujo y transporte con el Ni 9.5. Conclusiones 327 328 329 329 Capítulo 10. Conclusiones generales y líneas de investigación futura 369 10.1. Equipos experimentales 10.2. Hidrología superficial y subterránea 10.3. Características hidromecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 10.4. Ensayos de adsorción y desorción de Ni, Cr y Mn en los residuos mineros. Ensayos Batch y de flujo y transporte 10.5. Resultados de la modelación numérica del flujo y el transporte de solutos 10.6. Comportamiento hidromecánico de los residuos ACL y su influencia en el flujo y transporte de solutos 10.7. Conclusión general 10.8. Riesgo ambiental de los residuos 10.9. Futuras lineas de investigación 10.9.1. De aplicación inmediata 10.9.2. Futuras líneas de investigación a desarrollar 369 370 372 Referencias 383 Anejo 1. Datos hidroquímicos Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Anejo 3. Isotermas de adsorción Anejo 4. Calibraciones Lista de símbolos Listado de figuras Listado de tablas Listado de fotos 407 419 433 437 443 447 455 459 332 332 334 342 351 353 353 355 359 362 362 363 365 373 375 377 379 379 380 381 381 �Agradecimientos I Agradecimientos La realización de esta tesis doctoral no habría sido posible sin el apoyo y confianza depositados en mi por mis dos directores Profesores Lucila Candela y Antonio Lloret a los cuales quiero agradecer el excelente apoyo brindado en todos estos años y su preocupación por los aspectos personales y humanos que trae aparejado la realización de una tesis doctoral alejado de la familia y del país de origen. Al Departamento de Ingeniería del Terreno por haber puesto a mi disposición la infraestructura y bienes materiales indispensables para realizar la investigación y a los profesores (Drs. A. Ledesma, J. Suriol, E. Alonso, A. Gens, J. Carrera, E. Custodio, S. Olivella, A. Josa, J. Corominas y X. Sánchez) por la cooperación brindada durante la realización de la tesis y al personal de administración Eva. M. Martínez y secretaria Mari C. Esteban. Mi más profundo agradecimiento al personal del laboratorio José Álvarez, Fernando Cortés, Enrrique y especialmente a Tomás Pérez, que ha contribuido de manera significativa en la fabricación de los equipos experimentales. Al personal del Laboratorio de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Girona (Dras. M. Hidalgo y V. Salvadó) por su paciencia con mis “grandes” conocimientos de química y su contribución en la realización de varios experimentos en su departamento y al personal del laboratorio (Mónica, Sonia, Carolina, Roger, Marta, Eva, Gemma y Laura). A la Dra. A. Cortés de la Facultad de Farmacia, Universidad de Barcelona por su apoyo en la realización de varios análisis en el laboratorio de la Unidad de Edafología. Al Departamento de Cristalografía, Mineralogía y Depósitos Minerales, Facultad de Geología, Universidad de Barcelona y especialmente a los Drs. J. Proenza y J.C. Melgarejo por el apoyo en la realización de los estudios de mineralogía. Al personal de CSIC por la realización de ensayos de mineralogía, roca total y ensayos geoquímicos en sus laboratorios y especialmente a los Drs. I. Queralt y C. Ayora por las discusiones sostenidas sobre geoquímica y mineralogía. Al personal de la Escuela Universitaria de Manresa (Drs. J. M. Mata, X. de Las Heras, J.M. Casas, J. Castany) y al personal de administración Llúcia por haberme recibido y aceptado en su departamento. �Agradecimientos II Al Departamento de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba, por el soporte brindado, la cooperación y facilidades para obtener la información disponible. Al Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos de la Provincia de Holguín y en especial al Departamento de Hidrogeología por la cooperación y apoyo en la información disponible para poder desarrollar la tesis. A la Industria Cubana del Níquel por su cooperación y facilidades brindadas para desarrollar el muestreo de los materiales y la cooperación en la entrega de la información existente. A mis amigos en Cuba (B. Riverón, J. Carménate, J. Batista, R. Díaz, J.A. Pons, Joel Batista, J. Tool y C. De Miguel) en el ISMM y A. Pérez y A. Rodríguez de La Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA) de Holguín, por su apoyo incondicional y constante ánimo para que realizara la tesis. A mis amigos en Barcelona, Rebeca, Joa, Claudia, Espi, Núria, Ramón, Salvador, Víctor, Alberto, Cristina, Jorge, Dolors, Albert, M. José y Joaquín, Vanessa, Toni, Mireia, Xavi, Olga, Ramón, Sussana, Raul, Esther, Jordi, Dani, Eva, Josepa, Jordi, Lídia, Xavi, Marina, Santi y Cris por el soporte que me han brindado durante estos años. A todos los compañeros de doctorado (Oldecop, Luciano, Clemente, Mauricio, Marcelo, Jordi, Salvatore, Alexandra, Carlos, Carlos, Marcel, Leonardo, Moya, Rius, Cati, Wolf, Annick) que han pasado por el Departamento de Ingeniería del Terreno en estos años y han hecho de éste un lugar agradable para trabajar, a pesar de lo “ingrato” pero satisfactorio que resulta el trabajo del laboratorio. A mi familia en Cuba (David, Vivian, Ramiro, Reynaldo, Yaumara) y en Barcelona (Anna, Victòria, Albert, Èrika, Josep, Marina, Damián, Mercè, Marc, Tomàs, Pere, M. Àngels y Josep), por el apoyo y animación constante. A la Fundación Centro Internacional de Hidrogeología Subterránea y en especial a Margarita, Raquel y al director del Curso Internacional de Hidrogeología Subterránea E. Batista. Agradezco el apoyo financiero realizado por la Agencia Española de Cooperación Internacional (AECI) para la realización de los cursos de doctorado. Al Comissionat per a Universitats i Recerca de la Generalitat de Catalunya y a la Vicerrectoría de Investigación de la UPC, especialmente al Dr. A. Marí, pues sin su soporte habría sido muy difícil la culminación de esta tesis. �Resumen III Resumen En la actualidad, el impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas y los residuos generados por éstas, se han convertido en temas de especial atención en el estudio de la problemática ambiental que generan sobre las masas de aguas continentales y marinas. Sin embargo, el estudio de la influencia del factor hidromecánico en el flujo y transporte de contaminantes no ha sido estudiado de forma sistemática en los residuos minero-metalúrgicos. El objetivo fundamental de esta tesis es estudiar los factores físicos, hidromecánicos, hidrogeológicos y geoquímicos que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metálicos (Cr, Ni, Mn) en residuos mineros y en segundo lugar realizar una evaluación del impacto ambiental de estos residuos sobre las aguas superficiales y subterráneas. El distrito minero de Moa (Cuba), presenta las mayores reservas de Co y las segundas de Ni a nivel mundial. Los yacimientos de Ni y Co se explotan por el método de minería a cielo abierto desde el año 1943. El proceso metalúrgico de extracción del Ni y Co se realiza con dos tecnologías: lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) y lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Los residuos (estériles) de la minería a cielo abierto se almacenan en escombreras próximas a la mina y los residuos metalúrgicos sólidos (5200 toneladas/día) en presas de residuos anexas a las factorías, ubicadas sobre la terraza del Río Moa. El programa de investigación se realizó en dos fases: I) muestreo a nivel de campo de las aguas (superficiales, subterráneas y residuales), los residuos sólidos y los diferentes materiales geológicos y II) estudio experimental en el laboratorio. La segunda fase constituye el grueso de la investigación y en ella se desarrolla una caracterización hidrogeoquímica de las aguas e hidromecánica y geoquímica de los residuos sólidos de los dos procesos metalúrgicos. En el área existen dos unidades hidrogeológicas: el acuífero de las rocas ultramáficas que ocupa más del 60% del municipio Moa y el acuífero aluvial. La hidroquímica de las aguas superficiales y subterráneas no contaminadas se caracterizan por un enriquecimiento en bicarbonatos y magnesio. La presencia de metales pesados en las aguas subterráneas de la región tiene dos orígenes: I) natural, resultado de los procesos �Resumen IV de meteorización de las rocas ultramáficas y II) antropogénico, debido a los residuos de la actividad minero-metalúrgica. Las aguas subterráneas y superficiales contaminadas presentan un enriquecimiento en Mg, SO4 y metales pesados (Cr, Ni y Mn). Las aguas subterráneas contaminadas por los lixiviados de la presa de residuos son las que presentan los menores valores de pH, mayor conductividad y mayor cantidad de TSD (hasta 5000 mg/L). La concentración en el agua de los metales Cr, Ni, Fe y Mn, así como el sulfato y el magnesio en las aguas subterráneas muy contaminadas supera en más de dos órdenes de magnitud la concentración en las aguas no contaminadas y su concentración en el acuífero aluvial se incrementa exponencialmente a medida que disminuye la distancia a la presa de residuos. La modelación geoquímica de las aguas subterráneas muestra que los contaminantes metálicos se mueven en forma de complejos SO4-ion, OH-ion y CO3-ion. El cálculo del índice de saturación de las especies minerales que conforman la matriz del medio poroso de los acuíferos muestra que las aguas subterráneas contaminadas presentan una sobresaturación en hematita y goethita. La mezcla de agua del acuífero aluvial con los lixiviados que se infiltran a través de la presa de residuos alcanza el 20% en los pozos situados al lado de la presa de residuos. En el estudio hidromecánico de los residuos se ha empleado el residuo ACL, para lo que se ha desarrollado un programa experimental extenso que ha permitido conocer el comportamiento del material en condiciones saturadas y no saturadas. La investigación ha hecho énfasis en los residuos del proceso ACL, pues representa más del 70% del volumen de residuo que se almacena en la actualidad en las presas. Los ensayos de caracterización hidromecánica muestran que la resistencia a la tracción directa e indirecta, a la compresión simple, la rigidez del material y la conductividad hidráulica presenta una gran dependencia del grado de saturación. Los cambios de volumen por retracción y la variación del grado de saturación provocan una disminución de la permeabilidad hidráulica, mientras que las grietas de desecación formadas durante el proceso de retracción del material provocan un incremento de la conductividad hidráulica de más de un orden de magnitud en comparación con el medio poroso homogéneo. �Resumen V La adsorción del Cr, Ni y Mn en los dos residuos metalúrgicos de la industria cubana del Ni [uno perteneciente al proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y el otro perteneciente al proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL)], se investigó con el uso de ensayos en Batch y de flujo y transporte de soluto en condiciones saturadas. La isoterma de adsorción del Cr y el Mn es fuertemente no lineal en los dos residuos, mientras que en el caso del Ni, la isoterma de adsorción es no lineal en el residuo ACL y lineal en el residuo SAL. Las isotermas de adsorción no lineal se ajustan al modelo de Freundlich (Sa=KfCwn). La adsorción de más del 70% de la masa de soluto retenida ocurre muy rápidamente, alcanzándose el equilibrio de adsorción en los ensayos Batch, en todos los metales, para tiempos inferiores a 8 horas. La adsorción física por las fuerzas electrostáticas de las partículas del medio poroso constituye la mayor causa de la adsorción, mientras que la componente química es más pequeña. Los ensayos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso homogéneo se realizaron con dos columnas de 5 y 10 cm de longitud y 1.6 cm de diámetro. Los ensayos se realizaron para tres metales con inyecciones en continuo de 91 volúmenes de poros y velocidades de 1.2, 14 y 39 cm/h. Las curvas de llegada de los tres metales en los dos residuos, para las condiciones de flujo y concentración en que se realizaron los ensayos, exhiben un comportamiento no ideal, caracterizadas por la presencia de asimetría y grandes colas. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte se simularon con el modelo “Dos sitios” que incorpora la isoterma de adsorción no lineal y condiciones de no equilibrio debido a la histéresis del proceso de sorción. Los resultados de la modelación muestran que la causa mayor de que el transporte de solutos no sea ideal es la no linealidad del proceso de adsorción, debido en primer lugar a la adsorción física (más del 70%) y en segundo lugar a la adsorción química. Para el estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos mineros y su influencia sobre el flujo y el transporte de solutos se construyó una columna totalmente instrumentada con diferentes sensores, capaz de realizar de forma automática un control de la evolución temporal de los diferentes parámetros que determinan el comportamiento hidromecánico del residuo. Durante la realización de un ensayo es posible realizar mediciones de la retracción vertical, la succión, la temperatura, la humedad relativa y medidas del contenido volumétrico de agua en la matriz del medio �VI Resumen poroso en profundidad y en la superficie de la muestra. Además permite realizar ensayos de flujo y transporte de solutos en el medio poroso homogéneo o agrietado. Finalmente se presenta la influencia del comportamiento hidromecánico del residuo ACL sobre flujo y transporte de tres solutos, un trazador conservativo pentafluorobenzoato (PFBA), un trazador fosforescente fluoresceína sódica (FNa) y Ni, en el medio poroso saturado en presencia de flujo preferencial en una columna de residuo de 28.5 cm de diámetro y 31.5 cm de alto con estratificación y presencia de grietas de desecación. La conductividad hidráulica de la columna es 5.26x10-6 m/s, más de dos órdenes de magnitud superior a la del medio poroso homogéneo. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte con trazador y solutos reactivos son coherentes con el modelo conceptual de flujo y transporte advectivo a través de las grietas de desecación, combinado con la difusión del soluto en el agua relativamente inmóvil que ocupa los poros de la matriz del medio poroso. Esto queda confirmado por las características de las curvas de llegada del PFBA y la del Ni, que experimentan una subida casi vertical muy rápida durante el proceso de adsorción y una gran cola durante la desorción. Este doble proceso lo muestra la concentración de Ni medida en la matriz adyacente a la zona de fractura, donde se aprecia que la masa de Ni adsorbida decrece exponencialmente con la distancia del punto muestreado a la zona de la grieta más cercana y por la distribución de la fluoresceína en las zonas de grietas. El comportamiento hidromecánico de los residuos desempeña un papel muy importante en el flujo y transporte de contaminantes por el medio poroso. En el caso de los residuos mineros de la Industria Cubana del Níquel las grietas de desecación condicionan el régimen de infiltración y constituyen una zona preferencial de flujo de indudable importancia. Por ello, se considera que este es un aspecto a tener encuenta en el almacenamiento y gestión de los residuos minero-metalúrgicos por la problemática ambiental que conlleva. �Abstract VII Abstract The environmental impact of mining and metallurgical activities and the waste generated by them has become of special interest to the studies of environmental problems generated on the marine and continental water masses. Nevertheless, the influence of the hydromechanical behaviour on flow and on transport of contaminants has not been systematically investigated for mining-metallurgical wastes. The main aim of this thesis is the study of physical, hydromechanical, hydrogeological and geochemical factors, conditions that influence flow and transport of metals (Cr, Ni, Mn) in mining wastes and secondly, the realization of an environmental impact evaluation of these wastes on surface and groundwater. The Moa mining district (Cuba) holds the worldwide largest reserves of cobalt and the second largest reserves of nickel. The Ni and Co deposits are mined in open pits since 1943. The metallurgical process of Ni and Co extraction is realized with two different technologies: ammoniac carbonate leaching (ACL) and sulphuric acid leaching (SAL). The sterile mining wastes of the open pit mining are stored in waste piles near the mine and the solid metallurgical wastes (5200 tons/day) are stored in dams closed to the factories located on the top of the terraces of Moa river. The investigation programme carried out consisted in two phases: I)- sampling of water at field level (surface, ground and waste water), solid wastes and different geological materials and II)- experimental investigation in the laboratory. The major part of the investigation concerns the second phase, where a hydrogeochemical characterization of waters and a hydromechanical and geochemical characterization of solid wastes from the metallurgical process are developed. In the studied area two hydrogeological units are present: the ultramaphic rocks aquifer that occupy more than 60% of the Moa municipality and the alluvial aquifer. The hydrochemical characteristics of the non-contaminated surface and groundwater are an enrichment of bicarbonates and magnesium. The presence of heavy metals in the groundwater of the region has two origins: I) natural, as a product of the ultramaphic rock weathering process, and II) anthropogenic, due to the wastes of mining and metallurgical activities. The contaminated surface and ground waters are characterized �Abstract VIII by an enrichment in Mg, SO4 and heavy metals (Cr, Ni and Mn). The groundwaters contaminated by the leachates of the waste dam show the lowest pH and the highest conductivity values, as well as highest contents of TDS (up to 5000 mg/l). The concentration of Cr, Ni, Fe and Mn, as well as of sulphate and magnesium in heavily contaminated groundwater is up to two orders of magnitude higher than in noncontaminated waters and in the alluvial aquifer its concentration exponentially increases as the distance to the waste dam decreases. The geochemical modelling of the groundwater shows that metallic contaminants move as SO4-ion, OH-ion and CO3-ion complexes. The saturation index calculated of the mineral species that conform the matrix of the porous medium of the aquifers indicates that the contaminated groundwaters have an over-saturation of hematite and goethite. The mixing of water from the alluvial aquifer and leachates from the dam reaches up to 20% in the wells located near the waste dam. The ACL waste has been used in the hydromechanical investigation of the wastes. With this purpose an extensive experimental programme has been developed, which has allowed to know the behaviour of the material under saturated and non saturated conditions. The investigation emphasized on the wastes of the ACL process since they represent more than 70% of the waste volume stored in the dams. The hydromechanical characterization tests show that the resistance to direct and indirect traction, to simple compression, the rigidity of the material and the hydraulic conductivity are very dependent on the degree of saturation. The volume changes due to retraction and the variation in the degree of saturation induce a decrease of the hydraulic permeability, whereas the desiccation cracks under the retraction process of the material induce an increase of the hydraulic conductivity higher than one order of magnitude compared with the homogeneous porous media. The adsorption of Cr, Ni and Mn in both of the metallurgical wastes of the Cuban industry (one corresponding to the lixiviation process with sulphuric acid (SAL) and the other to the lixiviation process with carbonate ammoniac (ACL)) was investigated with Batch-tests, as well as flow and solute transport tests under saturated conditions. The adsorption isotherm of Cr and Mn is strongly non-linear in both wastes, whereas for Ni, the adsorption isotherm is non-linear in ACL wastes and linear in SAL wastes. The non- �Abstract IX linear adsorption isotherm is well described by the Freundlich equation (Sa=KfCwn). Adsorption of more than 70% of the solute mass retained occurs rapidly, reaching the adsorption equilibrium in the Batch-tests in less than 8 hours for all metals. The physical adsorption through electrostatic forces of the particles of the porous media are the main cause of adsorption, whereas the chemical component is of less importance. The flow and solute transport tests through homogeneous porous media were done with two columns of 5 and 10 cm length and 1.6 cm diameter. Tests were fulfilled for three metals injecting in continuum 91 pore volumes at velocities of 1.2, 14 and 39 cm/h. The breakthrough curves of the three metals in both wastes under the executed flow and concentration conditions exhibit a non-ideal behaviour, characterized by asymmetries and long tailings. The results of the flow and transport tests were simulated with the “Two site” models, which incorporate the non-linear sorption, rate-limited sorption, linear sorption and conditions of non-equilibrium due to the hysteresis of the sorption process. Modelling results indicate that the major cause for the solute transport not being ideal is the non-linearity of the adsorption process, mainly due to the physical adsorption (more than 70%) and to the chemical adsorption. In order to study the hydromechanical behaviour of the mining wastes and their influence on the flow and the solute transport, a fully equipped column was built with diverse sensors able to automatically control the temporal evolution of the different parameters that control the hydromechanical behaviour of the waste. During a test it is possible to measure the vertical retraction, the suction, the temperature, the relative humidity and the volumetric water content in the matrix of the porous medium with depth and at the sample surface. It also allows to perform flow and solute transport tests in homogeneous or cracked porous media. Finally the influence of the hydromechanical behaviour of the ACL waste on the flow and solute transport of three solutes, a conservative pentafluorobensoate (PFBA) tracer, a fluorescent tracer Na-fluorescein and Ni, was studied in the saturated porous medium in presence of preferential flow in a waste column of 28.5 cm diameter and 31.5 cm height with stratification and desiccation cracks. The hydraulic conductivity of the column (5.26x10-6 m/s) is more than two orders of magnitude higher than the homogeneous porous media. The results of the flow and solute transport tests with �Abstract X tracer and reactive solutes are coherent with the conceptual flow and advective transport model along the desiccation cracks, combined with the diffusion of the solute in the relatively non-mobile water which occupies the matrix of the porous medium. This is confirmed by the characteristics of the arriving curves of PFBA and nickel, which have an almost vertical and fast increase during the adsorption process and a big tail during the desorption process. This double process is also present with the Ni concentration measured in the adjacent matrix to the crack zone, where the adsorbed mass of Ni decreases exponentially with the distance of the sampling point to the crack, and with the distribution of the Na-fluorescein in the crack zone. The hydromechanical behaviour of the wastes plays a very important role on the flow and solute transport of contaminants through the porous media. In the case of the mining wastes of the Cuban Nickel Industry (Industria Cubana del Nickel) the dissecation cracks influence the infiltration pattern and constitute a zone of preferential flow of an undoubtful importance. This is an aspect to be considered in the storage and management of the mining-metallurgical wastes in light of the environmental problems associated. �Introducción 1 INTRODUCCIÓN 1. Introducción La extracción de los recursos minerales ha supuesto la generación de grandes beneficios económicos y el desarrollo del nivel de vida de la sociedad. Sin embargo, los residuos generados durante los procesos mineros y metalúrgicos suponen un riesgo para el medio ambiente y sus ecosistemas. Entre las actividades antropogénicas, la minería y la metalurgia extractiva son una de las principales causas de contaminación de los recursos hídricos. Sus efectos están presentes en mayor o menor medida en todas las áreas del planeta donde se explotan yacimientos de minerales sólidos (metálicos y no metálicos), líquidos y gaseosos y entre ellos, una de las afectaciones más graves que esta actividad genera sobre el medio ambiente es el deterioro de la calidad de las aguas subterráneas, superficiales y marinas. La contaminación de las aguas superficiales y subterráneas constituye un serio problema para su posterior utilización en el abastecimiento a la población, la agricultura y diferentes ramas de la industria. Las operaciones mineras de extracción, transporte y beneficio del mineral ocupan generalmente una extensión considerable y afectan a zonas agrícolas, poblaciones, bosques, espacios rurales y zonas de interés natural, sobre los que los impactos en ocasiones son extremadamente graves, incluso pueden tener carácter terminal (difícil de recuperar mediante técnicas de restauración). Este deterioro de la calidad ambiental está condicionado por: I) los residuos de las propias explotaciones mineras, II) los vertidos de las plantas de beneficio, III) los residuos de las plantas metalúrgicas de extracción y refinado y IV) mala gestión y almacenamiento inadecuado de los residuos. El impacto ambiental provocado por las actividades minero-metalúrgicas puede definirse como el efecto de las actividades antropogénicas sobre el medio natural y los ecosistemas que se desarrollan sobre la superficie o interior de la corteza terrestre, y su trascendencia, magnitud e importancia, derivan de la vulnerabilidad del territorio. �Introducción 2 La conservación de los recursos hídricos superficiales y subterráneos constituye una de las actividades prioritarias de la comunidad científica internacional, por ello el estudio de la problemática ambiental y la contaminación de las aguas subterráneas por residuos mineros se ha convertido en una de las principales líneas de investigación dentro del ámbito de las ciencias de la tierra. 2. Motivación y objetivos El Municipio de Moa constituye una de las zonas de mayor diversidad biológica del archipiélago cubano y del Caribe. El área sur del municipio queda englobado dentro de la reserva de la biosfera declarado por la UNESCO en el año 1998. Además, es la región minera más importante de Cuba con 10 yacimientos lateríticos de níquel y cobalto; las reservas probadas de mineral industrial (níquel más cobalto) son de 800 millones de toneladas y se han estimado por exploración geológica en unos 3000 millones de toneladas, constituyendo la segunda reserva mundial de níquel y la primera de cobalto (UNI, 1994; Marrero, 1997). En esta zona existen también varios importantes yacimientos de cromo, que constituyen las mayores reservas del continente americano con 6.5 millones de toneladas (Silk, 1988; Proenza, 1998), y uno de los más importantes yacimientos de zeolitas de Cuba con más de 20 millones de toneladas (Orozco y Rizo, 1998). Algunos de los aspectos más relevantes de la problemática ambiental generados por la actividad minera y metalúrgica en la zona de estudio son los siguientes: I) La explotación de los depósitos lateríticos se realiza mediante la minería a cielo abierto (desde 1943 en el municipio de Mayarí, Nicaro y a partir de 1963 en el municipio de Moa). Las actividades de minería a cielo abierto han provocado la deforestación de más de 5000 ha de bosque, lo que ha provocado el desarrollo de procesos erosivos y la contaminación con Cr, Ni, Mn y Fe de las aguas superficiales (Rodríguez et al., 1999) y de las bahías de Moa y Nicaro (González, 1991, González et al., 1993). �Introducción II) 3 La extracción del níquel y el cobalto se efectúa empleando las únicas dos tecnologías metalúrgicas que se usan a nivel mundial para extraer los dos metales de los depósitos lateríticos (Antony and Flett, 1997): a) lixiviación con ácido sulfúrico. b) lixiviación con carbonato amoniacal con adición de petróleo (Tecnología Carón). III) La producción de níquel y cobalto en el territorio de Moa y Nicaro supera las 66 mil toneladas anuales lo que representa el 10% de la producción de níquel que se comercializa a nivel mundial y el 40% de la producción de cobalto de los yacimientos lateríticos (Berezowsky, 1997). Las reservas de mineral existentes en la región garantizan actividad minera para varios cientos de años al ritmo de la producción actual. IV) Esta actividad genera un volumen de residuos sólidos aproximado de 5200 toneladas diarias en el municipio de Moa (Terrero et al., 1993a, UNI, 1994) y 5000 toneladas diarias en Nicaro (Heredia, 1978), esto representa un incremento del volumen anual de residuos en más de 3 millones de toneladas. V) Los residuos sólidos generados por las actividades metalúrgicas son mezclados con agua y transportados por tubería a las presas de residuos anexas a las factorías. Las que están en explotación actualmente en Moa se encuentran ubicadas sobre la terraza aluvial del río Moa y en el caso de Nicaro en la bahía Arroyo Blanco. VI) El volumen de residuos sólidos acumulados en las 5 presas de residuos (3 en Moa y 2 en Nicaro), durante las 5 décadas de explotación minera supera los 180 millones de toneladas, sin que se haya encontrado una aplicación práctica para ellos, ni se hayan sometido a ningún tipo de tratamiento o técnica de remediación. VII) Los lixiviados y drenaje de las presas de residuo junto al vertido de los residuales líquidos (27000 litros/día) de las plantas procesadoras de mineral en Moa han provocado la contaminación con Cr, Ni, Mn, Fe, Mg y SO4 de las aguas superficiales de los ríos Moa y Cabañas, el acuífero aluvial del río Moa (INRH, 1986; Proenza et al., 1994) y la bahía de Moa (González, 1991). �Introducción 4 2.1. Motivación Considerando lo anteriormente expuesto, los motivos para el desarrollo de una investigación en relación a esta problemática son los siguientes: - El interés creciente por el medio ambiente y en particular sobre la contaminación de las masas de aguas continentales y marinas. - La existencia de una variada gama de ecosistemas, que están siendo afectados por esta actividad. - La escasez de estudios sistemáticos de impacto ambiental en el territorio. - La falta de información sobre el comportamiento geoquímico de los diferentes residuos y contaminantes generados por la actividad minero-metalúrgica. - La existencia de una nueva planta en construcción y dos en proyecto en otras zonas de los municipios de Moa y Mayarí. En consecuencia, las actividades extractivas de minería a cielo abierto, procesamiento, almacenamiento y transporte del mineral se desarrollaran en nuevas cuencas hidrográficas y estas pueden ser afectadas por los mismos problemas ambientales que los existentes actualmente en la cuenca hidrográfica del río Moa. - La existencia de una alta concentración de metales pesados en las aguas continentales en la región de Moa y la posibilidad de poder contar con información científica, técnicas analíticas y experimentales que no se disponen en Cuba, hizo pensar en la oportunidad de trabajar en la problemática ambiental generada por la actividad minera. Además se debe añadir, el beneficio de que la información obtenida pueda ser usada en la toma de decisiones sobre la gestión y el monitoreo de los residuos minero-metalúrgicos. �Introducción 5 2.2. Objetivos El objetivo principal de la tesis es evaluar el flujo y el transporte de cromo, níquel y manganeso en residuos mineros con influencia del comportamiento hidromecánico. Para lograrlo se han planteado cuatro objetivos particulares: 1- Determinar el origen y las fuentes que aportan los diferentes contaminantes a las aguas superficiales y especialmente a las aguas subterráneas. 2- Evaluar el impacto de las presas de residuos y los vertidos de agua residual sobre la calidad de las masas de aguas superficiales y especialmente en las subterráneas. 3- Determinar los factores, causas y condiciones físicas, mecánicas, hidrogeológicas y geoquímicas que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metálicos (Cr, Ni, Mn) en los residuos mineros. 4- Construcción y puesta a punto de los equipos para el estudio de las propiedades hidromecánicas de los residuos y de flujo y transporte de solutos. Para alcanzar los objetivos propuestos se realizó el trabajo en dos etapas: I) Realización de reconocimiento y muestreo en el terreno y II) Trabajo experimental en el laboratorio. La primera se limitó al reconocimiento del terreno y a la toma de muestras de aguas superficiales, subterráneas, aguas residuales, toma de muestras de los diferentes materiales geológicos y de los residuos sólidos de la industria del níquel en las presas de residuo. La segunda fase constituye el grueso de la tesis en el que se ha realizado un estudio experimental detallado de los residuos minero-metalúrgicos sólidos. El conjunto de los trabajos llevados a cabo se describe a continuación: a) Realización de un muestreo de las aguas residuales, superficiales y subterráneas representativas de las características del municipio minero de Moa, que permitiera su caracterización en cuanto a su calidad y niveles de contaminación. �Introducción 6 b) Muestreo de los diferentes materiales geológicos y los residuos sólidos y líquidos representativos de la zona de estudio. c) Obtención, mediante el análisis de las muestras de agua (superficial, subterránea y residual) y de materiales sólidos (rocas y residuos), de información detallada sobre los principales elementos que han sido detectados como contaminantes de las aguas residuales, superficiales y subterráneas en el municipio. d) Caracterización de las propiedades hidromecánicas de los residuos mineros y su influencia sobre los parámetros hidrogeológicos. Para ello se ha construido una columna de gran diámetro (28.5 cm), para simular las condiciones “reales” de sedimentación y secado de los residuos al ser vertidos en las presas. e) Estudio en el laboratorio de los procesos de adsorción-desorción de los metales Ni(II), Mn(II) y Cr(VI) en los residuos mineros de la industria del níquel, empleando para ello los ensayos cinéticos Batch y de flujo y transporte de solutos en columnas de residuo. f) Simulación del flujo y transporte de los metales utilizando los modelos de flujo de dos sitios y optimización de los parámetros del modelo a partir de los ensayos de flujo con un trazador. g) Interpretación de los diferentes parámetros del modelo de flujo y transporte, así como los cinéticos de cada metal (Cr, Ni, Mn) para evaluar la posible implicación de los residuos minero-metalúrgicos en la contaminación de las aguas por estos metales a nivel de campo. h) Definición de la influencia de las grietas de desecación sobre el flujo y transporte de contaminantes. i) Caracterización de los fenómenos de flujo y transporte de metales contaminantes a través de los residuo minero-metalúrgicos y evaluación del riesgo ambiental que ello implica. �Introducción 7 3. Metodología La metodología de trabajo desarrollada durante esta tesis se puede resumir gráficamente como se muestra en la Figura 1.1. Selección del área de estudio y tipo de trabajo experimental Revisión bibliográfica (Estado del arte) Trabajo de campo Muestreo de aguas, suelos y residuos Análisis de agua en laboratorio Mayoritarios y trazas, pH,CE,TSD Determinación de las posibles fuentes de contaminación - - Trabajo de laboratorio: caracterización de los residuos sólidos Características físicas, mineralógica, composición química de sólidos y agua de poros CEC, pH, CE, MO, óxidos e hidróxidos, minerales amorfos Parámetros hidrogeológicos: permeabilidad, curva de retención Caracterización hidromecánica: agrietamiento, flujo preferencial Selección de los metales a estudiar Cr(VI), Ni(II) y Mn(II) Estudios de adsorción y desorción Ensayos de Batch con los tres metales Experimentos de flujo y transporte en columnas de residuo -Trazadores y metales en medio poroso continuo SAL y ACL - Trazadores y metales en medio poroso agrietado ACL Simulación numérica Conclusiones Figura 1.1. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. �Introducción 8 4. Organización y contenidos de la tesis El primer capítulo describe el área de estudio, detallando sus principales características climáticas, geológicas y económicas, con énfasis en las actividades minero-metalúrgicas, pues son las que han provocado el deterioro de la calidad de las masas de aguas superficiales y subterráneas del área de estudio. En el Capítulo 2 se analiza el estado del conocimiento sobre los residuos mineros y una síntesis de sus principales características y la problemática ambiental relacionada con los residuos derivados de los procesos minero-metalúrgicos. El énfasis se realiza en su efecto sobre las masas de aguas continentales y las consecuencias que provocan sus lixiviados. En el Capítulo 3 se detallan las técnicas, métodos y equipos experimentales utilizados y desarrollados para la investigación. Junto a la descripción de los equipos se incluyen las calibración y la precisión de los diferentes sensores utilizados en la investigación. En el Capítulo 4 se introducen una serie de conceptos relacionados con las características generales de los modelos de flujo y transporte para los medios porosos. Finalmente se describen los modelos de flujo y transporte de solutos que se utilizan para simular los ensayos con solutos conservativos y reactivos realizados en las columnas de residuos. El Capítulo 5 se analiza la calidad de las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca hidrográfica del río Moa que está siendo afectada por las actividades minero-metalúrgicas. En él se establecen las características físicas y químicas de las aguas superficiales y subterráneas y se delimitan las fuentes de contaminación. La caracterización física, química e hidromecánica de los residuos minero-metalúrgicos se desarrolla en el Capítulo 6, donde se analizan los diferentes factores que condicionan el flujo saturado y no saturado en estos residuos, así como el desarrollo de las grietas de desecación en el residuo ACL y su influencia sobre la permeabilidad. El Capítulo 7 se centra en el estudio del comportamiento cinético de los metales Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en los dos residuos metalúrgicos existentes en el municipio Moa. En este �Introducción 9 capítulo se realizan los estudios cinéticos en sistemas cerrados (ensayos Batch) y en sistemas abiertos (ensayos de flujo y transporte de solutos en columna) a diferentes velocidades. También se realizan ensayos para diferentes condiciones de pH y concentración de solutos y un estudio comparativo de las capacidades de adsorción de estos residuos con otros materiales. En el Capítulo 8 se realiza la modelación de los ensayos de flujo y transporte en columna mediante el uso de los modelos de flujo y transporte de dos sitios. Estos modelos se utilizan para reproducir los ensayos en medios poroso homogéneo y estimar todos los parámetros que los caracterizan. En el Capítulo 9 se realiza el estudio del comportamiento hidromecánico de una columna de residuos sometida a procesos de secado e infiltración. También se analizan los resultados de los ensayos de flujo y transporte de solutos en una columna de residuos con presencia de flujo preferencial debido a la existencia de grietas de desecación y estratificación en el medio poroso. Finalmente en el Capítulo 10 se resumen los resultados y conclusiones alcanzados. Se establecen las líneas de investigación futuras y se dan recomendaciones sobre aspectos a tener en cuenta en la gestión y monitoreo de los residuos mineros. Los resultados del trabajo realizado que se exponen en el desarrollo de la memoria de la tesis se complementa con 173 figuras, 94 tablas y 36 fotos. �UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona Departamento de Ingeniería del Terreno y Cartográfica ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUEL Y MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA (CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Tesis doctoral presentada por: Roberto L. Rodríguez-Pacheco Junio de 2002 Dirigida por: Dra. Lucila Candela Lledó Dr. Antonio Lloret Morancho �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 11 Capítulo 1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO MUNICIPIO DE MOA (CUBA) 1. Zona de estudio 1.1. Ubicación geográfica El Archipiélago cubano, constituido por la Isla de Cuba y unos 4100 islotes, está situado en el Mar Caribe, latitud norte entre los 19,8oN a 23,4oN y longitud oeste entre los 74oW (Figura 1.1). Figura 1.1. Ubicación geográfica de la isla de Cuba y el municipio de Moa. El municipio de Moa, área objeto de nuestro estudio, se encuentra en el extremo más oriental de la isla de Cuba, a 200 Km de la ciudad de Holguín y a unos 1000 Km de Ciudad de la Habana, la capital de la isla de Cuba. Constituye el municipio minero más importante del país, con una producción de 50 000 toneladas por año de níquel y cobalto (UNI, 1994) y 30000 toneladas por año de cromo, (Proenza, 1998). Posee dos plantas metalúrgicas en explotación y una en construcción, puerto, aeropuerto y una población de 75000 habitantes (Figura 1.1 y 1.2). Como se observa en la Figura 1.3, el volumen de actividades minero-metalúrgicas está centrado en un pequeño sector al norte del municipio. El municipio minero de Moa forma parte del sistema montañoso Moa-Baracoa. Esta región representa la zona de mayor biodiversidad del país con un 68% de especies autóctonas (Reyes y del Risco, 1993). El área sur del municipio queda englobada dentro de la reserva de la biosfera declarada por la UNESCO en el año 1998. Uno de sus elementos naturales más destacados es el desarrollo de los bosques de coníferas típicos de esta región del país. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 12 Océano Atlántico Figura 1.2. Ubicación del Municipio minero de Moa en la provincia de Holguín (ICGC, 1986). Municipio de Baracoa Municipio Sagua de Tánamo Océano Atlántico Municipio Yateras Figura 1.3. Principales instalaciones que conforman la infraestructura del distrito minero de Moa: 1) combinado mecánico, 2) presa de residuos inactiva, 3) embalse de agua, 4) planta metalúrgica de lixiviación ácida (SAL), 5) planta de tratamiento de agua, 6) presa de residuos en explotación planta metalúrgica SAL, 7) laguna de oxidación, 8) presa de residuos en explotación planta ACL, 9) planta metalúrgica de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL), 10) planta metalúrgica en construcción, 11) planta de beneficio del cromo, 13) puerto, 14) mina de cromo subterránea Mercedita en explotación, 15) minas de Ni y Co a cielo abierto, 16) presa de residuos en construcción, 12 y 17) mina de cromo (inactiva). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 13 Se caracteriza por un relieve escarpado donde el 6% de la superficie es de llanuras aluviales fundamentalmente y el 94 % montañas. En una línea perpendicular a la costa Norte-Sur se pasa de la cota cero (NMM) a 1175 m en una distancia horizontal de 16 Km., sobre el plano topográfico. La altura topográfica máxima la constituye el Pico del Toldo con una altura sobre el nivel del mar de 1175 m (Figura 1.3 y 1.4). Presenta pendientes muy marcadas con valores medios de 5 a 20%, en regiones muy elevadas pueden alcanzar valores muy superiores (Rodríguez et al., 1996). Al sur, en el valle de los Ríos Moa y Cayo Guam se pueden apreciar taludes casi verticales. Figura 1.4. Mapa de altitudes del municipio minero de Moa (ICGC, 1986). 1.2. Clima El clima es tropical húmedo, siendo una de las áreas de mayor pluviometría del país. El volumen de precipitaciones alcanza valores comprendidos entre 1000-4000 mm/año (Gagua �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 14 et al., 1976), con una media histórica de 2058 mm/año (Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos -INRH, período 1973-1995). El mes más lluvioso es mayo mientras que el de menor lluvia es enero (Figura 1.5). La humedad relativa media anual es del 85%. En la Figura 1.5 se aprecia que los meses de mayor humedad son octubre, noviembre y diciembre, mientras que las menores humedades relativas se registran en el mes de marzo (Téllez, 1995, Rodríguez y Téllez, 1995). Hay que destacar que los datos analizados corresponden a la estación climática El Sitio, que se encuentra muy cerca de la costa. El valor medio anual de la temperatura del aire es de 24,5 oC. En la Figura 1.5, se muestra una variación de la temperatura entre las máximas y las mínimas de unos 9 grados, como media. Los meses más calurosos son julio, agosto y septiembre, mientras que los más fríos son diciembre, enero y febrero. Según Lavaut (1998) se pueden experimentar fluctuaciones espaciales de la temperatura de 10 a 15 grados considerando la diferencia climática vertical en la atmósfera de las áreas montañosas. La evaporación real se cifra en una media de 1 600 mm/año (INRH, 1986), siendo los meses de más evaporación julio y agosto con una media superior a los 229 mm, mientras que los de menor intensidad son noviembre, diciembre y enero, siendo la más baja en enero con una media de 134 mm. Se puede apreciar en la Figura 1.5, que se producen grandes diferencias entre las mínimas y máximas de evaporación en un mes, que en algunos casos alcanzan los 100 mm de diferencias (como en el mes de abril). Considerando la diferencia entre evaporación y precipitación el balance hídrico anual puede situarse entre los 400 y 458 mm (Rodríguez et al., 1998a). Si se superponen los valores de precipitación de tres estaciones pluviométricas existentes en el municipio y los valores de la evaporación total en la estación El Sitio en un mismo gráfico (Figura 1.6) se puede apreciar la existencia de un déficit de humedad en las tres estaciones pluviométricas. En el Calentura existe un déficit entre los meses de febrero y abril y otro entre los meses de junio y septiembre, siendo este último donde se observa un mayor período de tiempo con déficit. Por otra parte en el Pluviómetro Moa existe déficit casi todo el año salvo �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 15 en el período octubre-enero, sin embargo en el caso del pluviómetro Arroyo Bueno la situación sería intermedia. Temperatura ( C) 35 o 30 25 20 Mínimas Máximas Media 15 Humedad relativa (%) Humedad relativa (%) 95 90 85 80 75 70 Evaporación (mm/mes) Evaporación (mm) 300 250 200 150 100 50 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 1.5. Representación de los valores máximos, mínimos y medios de la temperatura, la evaporación y la humedad relativa mensual en el período de observación de 1973-1995. Estación climatológica El Sitio, S. De Tánamo (INRH-Holguín). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 16 Precipitaciones (mm/mes) 600 Pluviómetro Moa 500 Pluviómetro Arroyo Bueno Pluviómetro Calentura Evaporación Déficit de humedad 400 300 200 100 0 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 1.6. Valores medios mensuales de precipitación en tres pluviómetros y evaporación en la estación climatológica El Sitio (S. De Tánamo) (INRH-Holguín, período 1973-1995). El viento se caracteriza por ser muy variable presentando una velocidad máxima de 10 m/s y mínima de 1 m/s; el valor medio anual es 2 m/s, con una dirección predominante NE. El viento es un parámetro importante en la región de Moa, pues controla el movimiento de las emanaciones industriales vertidas a la atmósfera (Pérez et al, 1991). Según los estudios de Hurtado et al., (1999) la frecuencia de procedencia de los vientos es la que se muestra en la Tabla 1.1A, donde se aprecia que solamente tres componentes de la dirección del viento (NE; ENE y E) superan el 10 % de frecuencia anual. Tabla 1.1A. Comportamiento anual de los vientos. Dirección % de observaciones Días del año Dirección % de observaciones N NNE NE ENE E ESE SE SSE 9.53 3.25 11.11 13.76 17.45 8.31 1.45 0.42 34.67 11.86 40.51 50.18 63.69 30.29 5.29 1.46 S SSW SW WSW W WNW NW NNW Calmas 2.81 2.51 6.31 5.85 2.45 1.81 0.82 3.05 9.25 Días del año 10.22 9.12 22.99 21.35 8.94 6.57 2.92 11.13 33.76 1.3. Marco geológico El municipio minero de Moa se encuentra geológicamente ubicado en la faja ofiolítica Mayarí Baracoa. Esta faja se localiza en el extremo oriental de la Isla de Cuba (Figura 1.7). Según el trabajo de Iturralde-Vinent (1996) se trata de un cuerpo alóctono de carácter tabular con una longitud de 170 Km. y un espesor de más de 1000 m. En este macizo es posible distinguir diferentes mantos de cabalgamiento, en los que se aprecian escamas tectónicas de diferentes espesores (Figura 1.7). En los estudios más recientes Proenza (1998) divide esta faja ofiolítica �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 17 en dos grandes macizos: I) Macizo Moa Baracoa y II) Macizo Mayarí-Cristal. El Macizo Moa Baracoa, que se corresponde con el área de estudio se distinguen diferentes materiales geológicos, que se caracterizarán a continuación. Figura 1.7. Ubicación de la faja ofiolítica Mayarí-Baracoa (Iturralde-Vinent, 1996). Los números indican la ubicación de las principales áreas de distribución de los depósitos lateríticos de níquel y cobalto: 1- Pinares de Mayarí, 2- Nicaro, 3- Moa, 4- Punta Gorda-Yagrumaje, 5- Las Camariocas, 6Cantarana-La Delta, 7- Santa Teresita, 8-La Fangosa, 9- Iberias y 10- Piloto. - Formación Río Macío (Holoceno): esta integrada por los materiales aluviales de las terrazas de los ríos Moa, Cabañas y Cayo Guam (CGCO, 1980). La estratigrafía es bastante compleja, encontrándose hasta 8 capas donde es muy difícil poder definir la continuidad de las diferentes capas. En la zona de estudio, terrazas del río Moa (Figura 1.8 y 1.9), el área es de unos 10 Km2 de extensión y su espesor de 25-35 m, está formada por los sedimentos aluviales depositados por el río Moa y el Cabañas. La granulometría está compuesta por gravas, arenas, limos y arcillas (INRH, 1986). Se encuentran pellets de hierro de diferentes tamaños y fragmentos de rocas ultramáficas serpentinizadas (peridotitas y harzburgitas). La mineralogía se caracteriza por la presencia de óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. Los �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 18 minerales de hierro son hematita, goethita, magnetita, y de aluminio principalmente gibbsita. Además hay pequeñas cantidades de montmorillonita que no sobrepasan el 1%. El contenido de materia orgánica en la parte superior del corte (primeros 2 m) puede llegar al 1% del peso total (INRH, 1986). Figura 1.8. Esquema geológico del Municipio de Moa. 1- Formación Río Macío. 2- Gabros de Complejo Ofiolítico. 3-Formación Quiviján, 4)- Formación Sabaneta. 5- Peridotitas y harzburgita del Complejo Ofiolítico 6- Formación Punta Gorda. 7- Ríos. 8. Fallas. (según Formell y Oro, (1980); Trutié, (1988); INRH, (1986)). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 19 Figura 1.9. Columna litológica de uno de los pozos del acuífero aluvial del Río Moa. Formación Río Macío. Coordenadas UTM: X=699.100 y Y= 221.050 (INRH, 1986). - Formación Punta Gorda (Mioceno, Formell y Oro, 1980): está constituida por suelo laterítico redepositado y pequeñas capas de material terrígeno carbonatado de granulometría variada, presentando lentes de material arenoso y capas de material limo-arcilloso. En ella es posible diferenciar una capa de margas masivas de unos 40 cm de espesor (Figura 1.10). Están presentes diferentes capas de material areno-arcilloso y pellets de hierro de diferentes tamaños (entre 1-15 mm). En los minerales predominan los óxidos e hidróxidos de hierro (goethita, �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 20 espinelas de cromo, hemtitas), carbonatos, así como gibbsita y montmorillonita (Figura 1.10). En esta formación se ha reportado la presencia de pirita (Formell y Oro, 1980). Figura 1.10. Columna litológica y composición química de los materiales de un pozo perforado en la Formación Punta Gorda. Coordenadas UTM: X=701.800 y Y= 220.700 (Formell y Oro, 1980). - Rocas volcánicas y volcano-sedimentarias: están representadas por la formación Quiviján (Cretácico) y la formación Sabaneta (Paleógeno) (Figura 1.8). El espesor del complejo volcanosedimentario se estima en 1200 metros (Quintas, 1989, Rodríguez et al., 1989). La formación Quiviján incluye basaltos amigdaloides y porfídicos. En ocasiones los pórfidos presentan estructura de almohadilla. Se diferencian además intercalaciones de hialoclastitas, tobas capas de cherts y calizas, (Quintas, 1989). La formación Sabaneta está compuesta por tobas, con estratificación gradacional que han sufrido proceso de zeolitización (Orozco y Rizo, 1998). En las rocas zeolitizadas están presentes diferentes minerales del grupo de las �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 21 zeolitas entre las que se encuentran la clinoptinolita (50-70% del peso), mordenita (10-15% del peso). En menor medida se encuentra la arcilla motmorillonita con contenidos entre 1-2 % del peso total. - El macizo de rocas ultramáficas Moa–Baracoa: se caracteriza por el desarrollo de un importante grupo de rocas ultramáficas y básicas. En el macizo predominan las harzburguitas y peridotitas serpentinizadas. En menor medida están presentes dunitas, dunitas plagioclásicas, wehrlitas, lhersolitas y piroxenitas. El complejo ultramáfico se ha datado con una edad de Jurásico-Cretácico Temprano (Iturralde-Vinent, 1996). Se considera que las rocas ultramáficas serpentinizadas presentan un espesor superior a los 1000 metros, en forma de escamas tectónicas muy fracturadas (Fonseca et al., 1985; Torres, 1987; Rodríguez y Proenza, 1992). En el macizo de rocas ultramáficas existen numerosos cuerpos de cromitas, sills de gabros, diques de gabros y pegmatoides gabroicos (Figura 1.8 y 1.11) (Trayer, 1942). Los sills de gabros y los cuerpos de cromitas se localizan en la zona de transición entre las peridotitas con textura de tectonitas y los gabros bandeados (Proenza y Melgarejo, 1996; 15 m Proenza, 1998). Las harzburgitas están fuertemente fracturadas (Foto 1.1 y 1.2). Foto 1.1. Afloramiento de las rocas ultramáficas muy agrietadas. Carretera Moa-Sagua. Se destaca la falta de corteza laterítica, altura del talud 15 m. Las harzburgitas serpentinizadas presentan una composición mineralógica variable con un 7390% de olivino, ortopiroxeno entre el 8-20%, cromitas accesorias entre 1-2% y clinopiroxenos entre 0-1%. Las dunitas serpentinizadas presentan una composición mineralógica donde predomina el olivino con valores entre un 96-98%, ortopiroxeno (hasta 3%), cromita accesoria (hasta un 2-4 %) (Proenza 1998. Proenza et al., 1999b). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 22 Figura 1.11. Columna geológica sintética de los macizos de rocas ofiolíticas de Moa-Baracoa, donde se pueden observar los principales tipos litológicos existentes. La dimensión en vertical no está a escala (Proenza, 1998). Asociado a las rocas ultamáficas (peridotitas y harzbugitas) se ha reportado la presencia de diferentes sulfuros de Fe, Ni, Fe-Ni, elementos nativos, así como diversas aleaciones de hierro níquel. Los diferentes sulfuros están diseminados en la matriz de la roca y su concentración es muy baja, entre los que se encuentran la pirrotita (Fe1-xS), pentlandita (S8(Fe,Ni)9), cubanita (Cu2FeS2), calcopirita (CuFeS2) y en menor medida calcocina (SCu2). Los principales sulfuros determinados son la penlandita y la heaslewoodita (Proenza et al, 1999a, Proenza et al., 2001). - Los cuerpos de gabros: forman grandes bloques y diques incluidos en el macizo ofiolítico, cuyos contactos con los otros tipos litológicos son generalmente tectónicos (Figura 1.8 y 1.11). Las dimensiones de los cuerpos de gabros son variables con 1-3 Km. de ancho y de 1015 Km. de longitud. Se estima que presentan un espesor medio de 500 metros (Fonseca et al., 1985). Muchas veces los cuerpos de gabros están cubiertos por las rocas ultramáficas fundamentalmente peridotitas. Los principales tipos litológicos descritos en estos cuerpos son: gabros olivínicos, gabros noritas, gabros, anortosita y noritas (Fonseca et al., 1985, Ríos y �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 23 Cobiella, 1984, Proenza, 1998). La edad de éstos es la misma que las del complejo ultramáfico. La composición mineralógica de los gabros es 40-60% de clinopiroxenos, plagioclasa (30-50%), y olivino (hasta un 20%), cromita accesoria (1 %) (Proenza et al., 7m 1999b). Plano de Falla Foto 1.2. Grietas y planos de falla en las rocas ultramáficas (Río Moa). Sobre las peridotitas y harzburguitas serpentinizadas se desarrolla una corteza laterítica rica en Ni y Co (Yacimientos lateríticos que caracterizaremos más adelante, Figura 1.7). Las fases minerales presentes en el corte laterítico son óxidos e hidróxidos de hierro como la goethita, espinelas (magnetita, magemita y espínelas cromiferas) y hematita. Estos minerales representan entre el 80 y el 90% de la composición modal de las laterítas. En menor medida aparecen cuarzo, minerales de manganeso, gibbsita, carbonatos y arcillas como la montmorillonita y la saponita. 1.3.1. Tectónica del área de estudio y sismicidad El área se caracteriza por una gran complejidad tectónica en la que se desarrollan dos sistemas de fallas principales NE-SW y NW-SE. El sistema NW-SE desplaza al primero y se caracteriza por presentar menor extensión que el NE-SW. El ángulo de buzamiento de las dos zonas de fractura es entre 60-80 grados (Trutié, 1988). Las discontinuidades tectónicas (fallas �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 24 y fracturas) del sistema NW-SE están rellenas de cuarzo y diferentes diques de rocas básicas. En las zonas de fractura se ha reportado la presencia de carbonatos, así como precipitados de magnesita (Trutié, 1988; Proenza, 1998). De acuerdo con los estudios de Rodríguez et al., (1996) y Rodríguez, (1998) la región se clasifica como sísmicamente activa. Según la actividad sísmica el área se clasifica como área con riesgo sísmico de segunda categoría, por lo que se pueden generar seísmos de hasta 7 grados de magnitud en la escala MSK. En la Figura 1.12, se muestran los epicentros de los seísmos registrados en la región oriental en el período 1979–1994 (Cotilla, 1998). La gran mayoría de los epicentros de los seísmos se registran al sur de Cuba Oriental. En el caso de la costa norte donde se encuentra el municipio de Moa el número de seísmos es menor aunque en los últimos tiempos de acuerdo a las estadísticas parece ser que esta actividad se ha incrementado. Moa Figura 1.12. Epicentros de seísmos registrados en la región oriental de la Isla de Cuba y áreas aledañas 1979-1994, con profundidad del epicentro h≤30 Km. (Cotilla, 1998). En el municipio de Moa se han registrado un número considerable de estos eventos con profundidad del epicentro menor o igual a 30 Km. En los años 1995 y 1996 se registraron en el municipio de Moa dos seísmos de una intensidad de 4 grados que provocaron grietas en las �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 25 balsas de residuos (Foto 1.3) y en las paredes de los edificios (Carménate y Riverón, 1999, 5m Guardado y Riverón, 1997, Guardado y Carménate, 1996 ). Grietas Foto 1.3. Grietas de uno de los muros de la presa 2 de la Figura 1.3, producidas por el seísmo de 1995. Altura media del talud 5 m. 1.4. Yacimientos minerales El distrito minero de Moa se caracteriza por la existencia de cuantiosas reservas minerales entre las que se encuentran yacimientos de cromo, zeolitas , materiales de construcción y los yacimientos lateríticos de níquel y cobalto. En este apartado se caracteriza el corte laterítico, pues constituye el material inicial que entra al proceso metalúrgico para extraer el Ni y el Co. Ello permitirá conocer con mayor claridad las características de los residuos de los procesos metalúrgicos. El perfil de los yacimientos lateríticos del norte de oriente ha sido caracterizado por diferentes investigadores (De Vletter, 1955; Kudelasek y Zamarsky, 1971; Vera, 1979; Formell, 1979; Segalen et al., 1983; Cordeiro et al., 1987; Navaretes y Rodríguez, 1991;Rojas et al., 1993; Rojas y Orozco, 1994; Rojas y Beirys, 1994; Almaguer y Zamarzry, 1993; Almaguer, 1995; Lavaut, 1998). De acuerdo con el grado de desarrollo del corte laterítico se puede aplicar la clasificación de Frederich, et al., (1987), para la que, el corte laterítico in situ se divide en �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 26 cuatro zonas: zona limonítica superior, zona limonítica inferior, zona de transición o lixiviación y zona saprolítica (Foto 1.4, Figura 1.13). La descripción del corte laterítico que se expone a continuación es la del material que se ha formado sobre las rocas ultramáficas (peridotitas y harzburguitas serpentinizadas típicas del Manto, Figura 1.11), pues este corte puede variar sus características en función de la composición petrológica del área del macizo ofiolítico en que se encuentre y del grado de desarrollo del perfil laterítico, así como de los procesos geológicos que hayan tenido lugar en el área, tales como erosión y redeposición de las cortezas lateríticas. En el corte laterítico se pueden distinguir cuatro zonas que caracterizaremos a continuación (Foto 1.4 y Figura 1.13). 1-Zona limonítica superior 12 m 2-Zona limonítica inferior 3-Zona de transición 4-Zona saprolítica Foto 1.4. Zonas del corte laterítico (yacimiento, Moa). 1- Zona limonítica superior: presenta un color marrón oscuro. La potencia es variable entre 0.2-2 m. La granulometría es areno-limo-arcillosa (Monzón, 1975). La fracción de partículas tamaño arena en este caso puede llegar al 5%. El pH de esta capa es ligeramente ácido entre 5.1-6.5 (Kudelasek y Zamarsky, 1971). La mineralogía está compuesta por óxidos e hidróxidos de hierro (Tabla 1.1B). En la parte superficial se observan partículas de forma esférica de hidróxidos de Fe, que frecuentemente están cementadas entre sí por material ferruginoso, de composición similar al que forman los propios hidróxidos, estos procesos de cementación dan lugar al crecimiento de planchas y bloques de variadas dimensiones, que pueden alcanzar ocasionalmente varias toneladas de peso (Vera, 1979). Estas capas son las que se conocen en la literatura como “ferralitas o ferricretas”. El proceso de cementación de los hidróxidos de hierro es el resultado de los procesos sucesivos de secado y humedecimiento a los que están expuestos en corte laterítico en condiciones naturales debido a las variaciones climáticas anuales (ver Figura 1.6, en datos climáticos en este mismo capítulo). Su contenido medio en los diferentes elementos es: Ni menor del 0.9%, Fe entre 35 y 50%, Mg del 1 al 5%, el de Cr entre 1-3%, el de Al entre el 5-10%, el de Mn menor del 1%, el Co entre el 0.01- �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 27 0.07%. Se pueden encontrar además pequeñas concentraciones de Cu, Zn, V y Ti. Esta parte del corte es el material que en el proceso de explotación de los yacimientos lateríticos forma los escombros o estériles (Figura 1.13; Foto 1.4 y Foto 1.5). Según la FAO-UNESCO (1989), esta parte superior del corte laterítico donde se desarrolla la vegetación se clasifican como Ferrasoles dentro del sistema internacional de clasificación de los suelos. 2- Zona limonítica inferior: presenta un color marrón oscuro. Su potencia es variable 2-6 m. Presenta una humedad mayor que la zona superior. La granulometría es limo-arcillosa, predominando la fracción limo. El pH de esta capa es ligeramente ácido entre 6.2-6.5 (Buguelskiy y Formell, 1973a y 1973b). Presenta una composición mineralógica y química similar a la superior (Tabla 1.1B). En esta zona se aprecia una disminución del contenido de Al y Fe y un incremento de Si, Mg y Ni (Figura 1.14). La principal diferencia respecto a la zona anterior es su contenido de níquel y la granulometría del material. El contenido de Ni es de 0.8-1.5%, Fe 35-45%, Mg 0.1-5%, Si de 2-5% (Vera, 1979; Capote et al., 1993 Almaguer y Zamarzry, 1993; Lavaut, 1998, Cerpa et al., 1999) (Figura 1.13). Tabla 1.1B. Composición mineralógica predominante por zona del corte laterítico (en % en peso semicuantitativo a partir de los resultados de rayos X, 3 muestras por zona). Minerales Óxidos hidróxidos hierro Minerales grupo de serpentina Espinelas Gibbsita Cromitas Minerales manganeso Formula Química Zona limonítica Superior 60-65 e Goethita FeOOH, de Hidrogoethita FeOOH n OH Hematita (Fe2+O3) 2-5 del Forsterita (Mg2SiO4) la Clorita (H4Mg3Si2O9 ) Lizardita Mg3(SiAl)2O5OH4 Antigorita (Mg6(Si4O10)(OH)) Magnetita (Fe2+Fe23+O4 ) 1-3 Maghemita (Fe3+O3) Al(OH)3 de 12-20 2-3 0.4-1.2 Inferior 60-70 Zona de transición Zona saprolítica 60-80 15-35 3-5 2-4 4-6 1-3 25-30 3-4 1-3 1-2 8-10 1-3 0.3-1 3-5 1-2 0.1-0.4 1-2 0.1 0-0.2 3- Zona de transición: constituye la zona de transición entre la zona limonítica y la saprolítica. La coloración del corte es pardo - amarilla. Está formada por un material de granulometría limo-arcillosa, con predominio de la fracción limo. La potencia media de esta zona es variable entre 5 - 10 m de espesor; en su interior se pueden encontrar bloques de la zona saprolítica (Kudelasek y Zamarsky, 1971, Vera, 1979; Almaguer, 1994; Lavaut, 1998). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 28 El contenido de humedad crece con la profundidad. Esta zona se corresponde con la zona de variación del nivel freático del agua durante las diferentes estaciones del año (ciclos de secado y humedecimiento), aspecto que favorece la disolución y precipitación de los diferentes elementos o compuestos químicos, así como el desarrollo de los procesos de oxidación de los minerales por la entrada de los diferentes gases atmosféricos (principalmente oxígeno) al bajar el nivel freático. El pH de esta capa es prácticamente neutro entre 6.8-7.1. La mineralogía es predominantemente de óxidos e hidróxidos de Fe, Mg, Al, Mn y minerales del grupo de serpentinas (Tabla 1.1A). La concentración de níquel en esta zona es generalmente superior a 1,2%, con rangos entre 1.2 y 3.2%. El contenido de Mg es variable entre un 3-10%, Fe entre un 25-35% (Buguelskiy, Formell, 1973a y 1973b; Vera, 1979; Cordeiro et al., 1987; Rodríguez, 1991;Almaguer, y Zamarzry, 1993, Almaguer, 1995; Lavaut, 1998) (Figura 1.13). 0 Potencia media (m) Superior 0.2-2 Zona limonítica Potencia (m) 4 2-6 Inferior Zonade de Zona Transición transición 8 2-4 Zona saprolítica 12 6-10 16 0.01 Fe >1000 Roca ultrabásica 0.1 1 % en peso Si Mg 10 Al 100 Mn Ni Cr Co Figura 1.13. Perfil del corte del yacimiento laterítico Moa. Distribución de los principales elementos químicos en el corte de acuerdo con la profundidad. 4- Zona saprolítica: está compuesta por peridotitas y harzburguitas serpentinizadas muy meteorizadas. La coloración verde-amarillo varía en relación con su grado de alteración. Esta zona presenta mayor irregularidad en cuanto a su extensión y potencia, presentando esta �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 29 última un valor medio entre los 4-10 m. Normalmente el material se encuentra en estado saturado. La granulometría es de tipo limo-arcilloso, predomina la fracción limo en más del 50% de su peso. El pH de esta capa es de neutro a ligeramente básico entre 7.0-8.2 (Kudelasek y Zamarsky, 1971). Mineralógicamente predominan los minerales del grupo de la serpentina (Tabla 1.1B). Esta zona va pasando de su forma meteorizada a las rocas ultramáficas agrietadas. El contenido de níquel en esta zona es del orden de 1.5-3%, el Fe entre el 10-25%, el Mg 10-20%, Si 20-30% (Buguelskiy y Formell, 1973a y 1973b, Ostromov et al., 1985; Ostromov et al., 1987) (Figura 1.13). De las capas del corte laterítico se utilizan industrialmente las zonas limonítica inferior, la de transición y la saprolítica. Las dos primeras zonas se emplean en el proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y las tres zonas en el proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL). 1.5. Procesos minero-metalúrgicos 1.5.1. Minería a cielo abierto La actividad minera a gran escala en los yacimientos lateríticos se inició en el año 1942 en el municipio de Mayarí y en 1962 en el municipio de Moa. Durante este período de explotación minera se ha producido una importante afectación al ecosistema debido al proceso de deforestación. Durante estos 60 años de actividad minera han sido deforestadas 5000 ha de bosques (UNI, 1994). Durante la apertura de los yacimientos a explotar se elimina la capa de suelo y la zona liminítica superior del corte laterítico que no cumple los contenidos de níquel necesarios para ser explotada en el proceso metalúrgico (menor del 0.9% en peso). El volumen de estéril o escombro que se genera en las áreas mineras de Moa y Nicaro durante la apertura de los yacimientos es superior a los tres millones de toneladas anuales (Rodiles y Chibunichev, 1986; Coello et al., 1998). El material estéril o escombro es almacenado en las áreas próximas a la mina, dando lugar a las escombreras de materiales prácticamente sueltos y contaminados (Antrosoles, Foto 1.5), con elevados contenidos de metales pesados (Fe, Ni, Co, Mn, Cr, ver Figura 1.13). Por efecto de las precipitaciones atmosféricas estos estériles son erosionados y transportados por la escorrentía de las aguas meteóricas hasta los cauces de las aguas superficiales, lo que provoca la contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y la bahía (impacto sobre las aguas) (Foto 1.6). Estas escombreras constituyen además una �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 30 manifestación de variación de la morfología local y un impacto paisajístico en el medio natural. La explotación del yacimiento laterítico presenta dos variantes, si la explotación se realiza para las plantas de lixiviación carbonato amoniacal (ACL), se explota el corte laterítico desde la zona limonítica inferior hasta la saprolítica del perfil de las lateritas (Figura 1.13, Foto 1.4). Si el proceso de extracción de lateritas se realiza para la planta de lixiviación ácida (SAL), el yacimiento es explotado parcialmente (zona limonítica y de transición, Figura 1.13, Foto 1.4), debido a que solamente se explotan las capas de mayor grado de oxidación dejando en el yacimiento la parte de la zona saprolítica muy rica en níquel y magnesio. Esta capa no se explota porqué el magnesio es un gran consumidor de ácido. Durante la extracción de la masa mineral se presenta una afectación importante sobre el nivel freático (Foto 1.5), el cual al ser interceptado provoca la inundación de la mina. Las inundaciones de las minas provocan un incremento de la humedad de la masa mineral que encarece los costos de producción. En esta etapa el impacto sobre la morfología local es muy importante, así como el impacto paisajístico (Foto 1.5). Foto 1.5. Vista de la mina a cielo abierto de uno de los yacimientos de níquel en explotación, se observa la inundación por agua en la parte baja. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 31 Foto 1.6. Erosión en cárcava en una escombrera. 1.5.2. Procesos de extracción del níquel y el cobalto La extracción de los elementos útiles del yacimiento laterítico (Ni y Co), se efectúa mediante dos procesos metalúrgicos: I) lixiviación con ácido sulfúrico (SAL), donde se emplea ácido sulfúrico en el proceso metalúrgico para la extracción del Ni y el Co en forma de sulfuro de níquel más cobalto y II) lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) o tecnología Caron donde se emplea una solución carbonato amoniacal para la extracción del Ni y Co en forma de óxidos (Ponjuan y Rodríguez, 1981; Anthony y Flett, 1997). A continuación describiremos sintéticamente los procesos metalúrgicos que dan lugar a los residuos sólidos y líquidos en el municipio de Moa. Lixiviación con ácido sulfúrico: Este proceso se caracteriza por diversas etapas: la preparación de pulpa, etapa de lixiviación con ácido sulfúrico, neutralización de la acidez del licor residual con pulpa de coral y obtención de sulfuro de níquel más cobalto que constituye el producto final del proceso metalúrgico. En este caso se describirá brevemente la etapa de lixiviación ácida a presión, caracterizada por el desarrollo de un gran número de reacciones químicas. Para una mejor comprensión del proceso utilizaremos una composición de la masa mineral que entra al proceso compuesta por �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 32 los siguientes óxidos e hidróxidos de composición simple entre los que se encuentran: óxido de níquel (NiO), óxido de Cobalto (CoO), gibbsita (Al(OH)3), goethita (FeOOH); óxido de magnesio (MgO) y óxido de manganeso (MnO) (Anthony and Flett, 1997). El proceso de disolución de los anteriores compuestos en ácido sulfúrico se puede describir mediante la siguiente reacción, MO + H 2 SO4 → MSO4 + H 2O donde M es un metal divalente que puede ser: Ni, Co, Cu, Zn, Mg y Fe, y Mn o pueden ser metales trivalentes Fe(III), Al(III) M + H 2 SO4 → M 2 ( SO4 )3( aq ) + H 2O En el caso del Cr(III) de la laterita el resultado de la reacción es diferente, Cr ( III )( aq ) + H 2 SO4 → H 2Cr2O7( aq ) + S 2O( g ) + H 2O Las reacciones de disolución de los minerales del grupo de los silicatos presentes en la mena laterítica al reaccionar con el ácido sulfúrico pueden ser consideradas como la siguiente reacción de disolución y precipitación 3(Mg,Fe,Ni)O 2SiO2 2H2O+ 3H2SO4⇒3(Mg,Fe,Ni)SO4+2SiO2+ 5H2O El Fe que está en forma de goethita (FeOOH) es extraído de la solución en forma de ión férrico bajo las condiciones en que se desarrolle el proceso de acuerdo a las siguientes reacciones, 2FeOOH+3H2SO4⇒2Fe(SO4)3 + 4H2O 2Fe(SO4)3 +3H2O⇒Fe2O3 +3H2SO4 El hierro precipita en forma de hematita (Fe2O3) con la correspondiente regeneración del ácido sulfúrico que se incorpora nuevamente al proceso. La hematita pasa a formar parte de �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 33 las colas que son diluidas en agua y transportadas hasta las presas de residuo anexas a las factorías. El aluminio (Al) presente en la laterita en forma de gibbsita Al(OH)3 se transforma en bohemita AlOOH durante el calentamiento de la pulpa o cola mineral, la bohemita reacciona con el ácido sulfúrico y se disuelve de acuerdo a la siguiente reacción, 2AlOOH+3H2SO4⇒Al2(SO4)3 + 4H2O una parte importante del Al es hidrolizado y precipita en forma de sulfato con contenido de sales en forma de hidronioalunita, 3Al2(SO4)3 + 14H2O⇒2(H3O)Al3(SO4)2 + 5H2SO4 o como un sulfato básico de aluminio, Al2(SO4)3 + 2H2O⇒2Al(OH)SO4 + H2SO4 Si en el medio se encuentran presente cationes de sodio y potasio estos pasan a formar parte de la hidronioalunita. En el proceso de neutralización del licor residual con pulpa de coral ocurre la formación de yeso sólido mediante la siguiente reacción, CaCO3( s ) + H 2 SO4 → CaSO4( s ) + CO2( g ) + H 2O parte de este yeso es el que se encuentra en la presa de residuos. Lixiviación con carbonato amoniacal: este proceso es utilizado en la extracción del níquel y cobalto existentes en la corteza laterítica. El producto final es carbonato de níquel mas cobalto u óxido de níquel mas cobalto. El proceso consta de 4 etapas: triturado y secado del mineral, reducción, lixiviado con carbonato amoniacal y recuperación del metal de la solución (Anthony and Flett, 1997). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 34 Aunque el proceso de lixiviación es complejo y las reacciones que se producen están sujetas a distintas condicionantes, cabe señalar a las siguientes reacciones como las más representativas: 2Fe(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Fe(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 2Ni(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Ni(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 2Co(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Co(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 La solución acuosa que se obtiene con los diferentes metales en solución se somete a un flujo de aire a contracorriente. El aire es necesario para oxidar los metales, ya que ninguno es lo suficientemente activo como para poder desplazar el hidrógeno de una disolución amoniacal. También el aire aplicado en el proceso oxida al Fe(II) a Fe(III) que precipita en forma de óxido de Fe hidratado (hematita) lo que permite eliminarlo de la solución de acuerdo a la siguiente reacción, 3 2+ 2 Feaq + O2( g ) + H 2O → 2 Fe2O3 XH 2O( s ) 2 En esta etapa queda dividida la solución acuosa en dos, el Ni, Co, NH3 y CO2 forman la solución acuosa denominada licor producto y el hierro y los otros elementos en forma de óxido hidratado pasa a formar parte de las colas. En la Tabla 1.2, se da la composición media de estos elementos en cada una de las partes de la solución. Tabla 1.2. Composición de los principales elementos después del proceso de lixiviado y lavado del mineral laterítico (% en peso de la masa). Componente Licor producto Ni 1.22 Co 0.02 Fe 0.06 NH3 6.51 CO2 3.52 Colas 0.28 0.08 45.31 1.5.3. Los residuos minero-metalúrgicos La extracción del níquel y el cobalto mediante lixiviación ácida (SAL) y lixiviación carbonato amoniacal (LCA) (Ponjuan y Rodríguez, 1981; Anthony y Flett, 1997) genera grandes volúmenes de residuos sólidos, líquidos y gaseosos. En la Tabla 1.3 se presenta una síntesis del volumen de residuos que genera cada una de las plantas de acuerdo a los parámetros técnicos de construcción. Los volúmenes de residuos generados dependen de la eficiencia del �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 35 proceso metalúrgico. En el caso que nos ocupa, la extracción del Ni y el Co por lixiviación ácida es mucho más eficiente que el proceso de lixiviación por carbonato amoniacal, con una eficiencia superior al 90% en el primer caso y entre el 75 y 80% el segundo (Anthony y Flett, 1997). Residuos gaseosos: el volumen de gases vertido a la atmósfera es elevado, como se puede ver en todas las plantas supera las 10 toneladas diarias (Tabla 1.3). Los gases principales vertidos al medio son sulfhídrico y fluorhídrico. Los gases al salir a la atmósfera generalmente tienen una temperatura superior a los 80 grados (Pérez et al., 1991). Tabla 1.3. Volumen de residuos generados por las actividades metalúrgicas. Unión de Empresas del Níquel (UNI, 1994). Localidad Tipos de residuos Sólido (T/día) Líquido (m3/día) Emisión de polvo a la atmósfera (T/día) Gas SO2 (T/día) SO3 (T/día) Nicaro ACL 1000 7000 8 12 Moa SAL 4000 12000 16 2 Referencia ACL 1200 8000 10 17 (UNI, 1994) (UNI, 1994) (UNI, 1994) (UNI, 1994) Residuos líquidos: dentro de los residuos líquidos se debe distinguir: I) los que se vierten directamente como agua residual al río Cabañas procedentes de la planta de preparación de sulfuros (WL), de la de fábrica con proceso metalúrgico de lixiviación ácida (SAL) y los de la fábrica que utiliza el proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL) y II) los líquidos que acompañan las colas (residuos sólidos del proceso metalúrgico) que son vertidos a las presas correspondientes a cada uno de los procesos ubicadas sobre las terrazas del río Moa. Agua residual: el agua residual de la planta de preparación de sulfuros de la fábrica de lixiviación ácida (WL) constituye uno de los residuos más estudiados. En la Tabla 1.4 se recogen los resultados analíticos de diferentes estudios, donde se puede comprobar la gran cantidad de metales y su acidez. La diferencia entre la composición y el pH de los residuos de las dos industrias se debe al proceso metalúrgico empleado. De acuerdo con UNI (1994) y Terrero et al., (1993a, 1993b) el volumen del residuo WL que se vierte diariamente al río Cabañas, afluente del río Moa es de 12 000 m3/día. Según estos mismos autores la planta de lixiviación ácida vierte al medio una carga de sólidos diluidos de 27 000 kg/día. Estos residuos provocan un gran impacto sobre el medio hídrico (Capítulo 5). Los residuos líquidos de la planta de ACL son vertidos conjuntamente con los residuos sólidos (Foto 1.7). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 36 Tabla 1.4. Composición de los residuos líquidos (mg/L). WL es el residual de la planta de preparación de sulfuros de la fábrica de lixiviación ácida. SAL (WL) Ni Co Cu Fe Mg Mn Al Cr Zn H2S H2SO4 NH3 pH Referencias 51 1 390 2100 1510 5100 600 ACL 35 5 700 1800 1400 5000 60 20-50 2-10 260 105 500-800 200-2500 1100-1500 2500-500 5 17 0.6 0.2 52 100-200 7000-8000 1.2-1.3 Granda 1992 y Astorga, Izaguirre y Llópiz, 1997 1.3-1.5 UNI, 1994 210 8.5 Rodríguez et al., 1997 - Residuos sólidos: el 90% de la masa mineral que entra al proceso metalúrgico sale como residuo sólido y es depositado en las presas de residuos anexas a las factorías. Dentro de los sólidos hay que diferenciar la existencia de cuatro residuos sólidos: I) Mineral de rechazo: es el que no entra a la planta metalúrgica por no cumplir las características técnicas de granulometría y que es enviado a las presas de rechazo ubicadas en la parte sur del área (zonas mineras antiguas, Figura 1.3). II) Residuos metalúrgicos: son los residuos sólidos del proceso metalúrgico que son enviados a las presas de colas ubicadas sobre las terraza del río Moa en el municipio de Moa y a la bahía de Levisa en el caso de Nicaro (Figura 1.3). En ambos casos las presas se encuentran en las cercanías de las factorías (Tabla 1.5). III) Polvo emitido a la atmósfera: este residuo es típico de las plantas del proceso metalúrgico carbonato amoniacal (ACL), tanto en Moa como en Nicaro (Tabla 1.4). IV) Residuos sólidos de la planta de generación de los gases de reducción: en esta planta se realiza la combustión del carbón o del petróleo para generar los gases de reducción, los residuos de la combustión son depositados conjuntamente con las colas en las balsa de residuo. Estos residuos son generalmente ricos en alifáticos. De los residuos los más importantes por su volumen y efecto ambiental son los residuos sólidos y líquidos del proceso metalúrgico. Los residuos sólidos del proceso son mezclados con agua y transportados por tuberías en forma de efluentes líquidos y depositados de manera �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 37 puntual en un extremo de las balsas de residuos (tailing dam), sin ningún control medioambiental (Heredia, 1978). En el caso del municipio de Mayarí, se acumulan en la bahía de Levisa. Tabla 1.5. Composición de los residuos sólidos que se depositan en las presas de colas (% en peso). Residuos SAL Ni Mg Cu Co Fe SiO2 Cr Zn Mn Al S Referencia Presas 0.08 0.044 0.0042 0.011 47.00 4.02 1.65 0.005 0.48 4.03 3.64 UNI,(1994) Rechazo 1.04 Residuos ACL Nicaro Moa 0.21 7.90 0.030 0.04 40 20.43 0.32 0.6 8.1 0.01 0.11 0.10 39.45 49 7.49 20.2 1.63 1.72 0.05 0.81 1.2 0.72 6.24 2 3.23 0.12 0.13 Rojas y Carvallo, (1993) Rodríguez et al., (1998a) La composición media de la mezcla que se vierte a las presas (Foto 1.7) consiste en 30-40% de material sólido y un 60-70% de líquido. El pH del efluente SAL es ácido con valores entre 4-4.5, mientras que el del ACL es casi neutro pH entre 6.5-6.9. Ambos residuos se caracterizan por llevar gran cantidad de materiales en suspensión y disolución. La granulometría es areno-limo–arcillosa, con predominio de la fracción limo. El diámetro de las partículas varía generalmente entre 100 y 5 micras (Rodríguez et al., 1998b). Los residuos están compuestos mayoritariamente por óxidos e hidróxidos de Fe, Al y Mg. En la actualidad se acumulan unos 180 millones de toneladas de estos residuos en un área de 10 km2. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 38 Foto 1.7. Vertido de los residuos del proceso ACL. Se vierten las colas y el residual líquido en la misma presa. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 39 Capítulo 2. LOS RESIDUOS MINEROMETALÚGICOS. ESTADO DEL ARTE 2.1. Introducción La existencia de las escombreras y presas de residuos mineros es un rasgo característico de las actividades mineras y metalúrgicas. En la actualidad la problemática ambiental relacionada con estos materiales y sus lixiviados se ha convertido en una línea de investigación de las ciencias de la tierra y el medio ambiente con especial interés en el campo de la geotecnia y la hidrogeología. El conocimiento de los residuos minero-metalúrgico exigen del estudio de sus propiedades física, mecánicas, hidromecánicas, geológicas, hidrogeológicas y geoquímicas. El conocimiento de cada una de estas ha evolucionado con cierta independencia, aunque en la actualidad se tiende al desarrollo multidisciplinario de la problemática ambiental de los residuos. De acuerdo con la literatura consultada se pueden diferenciar los principales campos de investigación en el que los residuos minero-metalúrgicos (presas de residuos y escombreras) han sido y son estudiados actualmente: I) El impacto ambiental sobre las masas de aguas continentales, marinas, suelo y atmósfera. - Contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y marinas por compuestos orgánicos, metales y sulfatos (Bertlett and Kimble 1976; Anthony and Breimhurst, 1981; Morin and Cherry, 1988; Förstner, 1989; Sheppard and Thibault, 1991; Bullock and Bell, 1994; Goncalves, et al., 1994; Abdelsaheb et al., 1994; Narayan, 1998; Bonben et al, 1996; Schalscha and Ahumada, 1998, ITGE, 1999, Lee et al., 2001). - Hidrogeoquímica (Pulido-Bosch et al., 1995; Pescod and Younger, 1999; Younger, 2000) - Drenaje ácido de minas y métodos de neutralización (Van Bremen, 1973; Hem, 1985; Christensen et al., 1992; Imán and Watzlaf 1995; Watzlaf and Imán, 1995; Ver and Wisotsky 1995; Kaplan et al., 1995, Watzlaf and Imán, 1997; Ordoñes y Loredo, 1998; Ordoñes et al., 1998; Ramírez, 1998, Cabral et al., 1998, Chon and Hwang, 2000). - Emanaciones a la atmósfera y lluvia ácidas (Pérez et al., 1991). -Restauración y regeneración de áreas mineras (Macias, 1993; Aubertin et al., 1994, Aguado y Apodaca, 1996; Bisch and Quiñones 1998). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 40 - Monitoreo y gestión de los depósitos de residuos mineros (Martínez, 1998; TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). - Riesgo ambiental (Fernández, 1981; Weissberg, 1991; Manz and Castro, 1997). - Modelos numéricos (TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). II) Comportamiento geotécnico - Propiedades físico y mecánicas (Heredia, 1980; Swarbrick et al., 1992; Vick, 1996; Blight, 1994; Daniel, 1998; López, 1999; Moya, 2001 Alonso y Gens, 2001a y 2001b) - Características de liquefacción (Yasuhara et al., 1994; Barrera and Lara, 1998; Tibana and Campos, 1998; Dawson et al., 1998, Hyodo et al., 1998). - Propiedades hidromecánicas (medio saturado y no saturado) (McWhorter and Nelson, 1979; Swarbrick et al., 1992; Rodríguez et al., 1998a, 1998b). - Tipos de emplazamientos y estabilidad (Markland and Eurenius, 1976; Stoeva and Zlatanov, 1994; Junghans and Helling, 1998; Blight, 1998, Gipson, 1998). - Posibilidad de utilizarlo como materiales de construcción (TMW, 1998). III) Características geológicas - Composición mineralógica original (Ribet et al., 1995; Adamo et al., 1996) - Mineralogía (minerales de alteración y neoformados) y su posible reutilización como nuevas menas (Ribet et al., 1995, Rodríguez et al., 1998a). - Comportamiento geoquímico (Encabo et al., 1997, Fanfani et al., 1997; Ribet et al., 1995, Gäbler, 1997). IV) Legislación y normativas para ubicación y emplazamientos de los residuos. - Normativas de vertidos (Zehnder, 1994; TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). - Sistemas de monitoreo y gestión (Troncoso, 1988b; FICEG, 1994; Special Rep. 247, 1996; Cabral et al., 1998; TMW, 1998; PTICEG, 1998). - Sistemas de información geográfica aplicados a la gestión de residuos (TMW, 1998). El estudio de estos aspectos se ha centrado en los residuos minero-metalúrgicos de la explotación de los yacimientos de polimetálicos y los derivados de la industria del carbón, mientras que los estudios de los residuos generados en la explotación de yacimientos residuales (lateritas) son más escasos. Esta diferencia probablemente se deba a que los yacimientos residuales se encuentran de manera general en países económicamente menos �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 41 desarrollados y donde la legislación ambiental no es tan fuerte, e incluso en algunos no existe un mínimo control gubernamental de estos depósitos. Los temas más tratados en orden decreciente son: 1) contaminación de las aguas debido al drenaje ácido de mina (AMD) rico en sulfato y metales pesados, 2) las propiedades físico-mecánicas 3) la licuefacción ante cargas dinámicas 4) características geológicas y geoquímicas Sin embargo, es de señalar que en la literatura consultada no se reportan estudios de adsorción en residuos mineros y los estudios de lixiviado, flujo y transporte son escasos (Simms et al., 2000). La revisión que se presenta de aquí en lo adelante se centrará en los principales aspectos que caracterizan a los residuos minero-metalúrgicos y la problemática ambiental asociada. El énfasis principal se realizará en el tema de las afecciones sobre la calidad de las masas de agua continentales. Finalmente se presentan los antecedentes existentes en el estudio de los residuos minero-metalúrgicos en Cuba y en los residuos derivados de la explotación de yacimientos residuales (lateritas) ricos en óxidos e hidróxidos de Fe y Al. 2.1.1. Origen de los residuos minero-metalúrgicos De acuerdo a la materia prima extraída los residuos minero-metalúrgicos se pueden clasificar o diferenciar en: I) Los residuos provenientes de la explotación de yacimientos minerales sólidos de origen magmáticos o endógeno (ej. yacimientos polimetálicos, uranio, azufre, etc.), II) Los resultantes de los yacimientos residuales (ej. cortezas de meteorización como las lateritas ricas en Fe, Ni, las bauxitas ricas en aluminio Al, etc.), III) Los residuos resultantes de la explotación de yacimientos sedimentarios o de placeres IV) Los residuos de explotación de yacimientos no metálicos: a) materiales de la construcción, b) yacimientos de carbón. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 42 V) Residuos de la industria petroquímica (plantas procesadoras de petróleo y asfalto) y centrales termo-energéticas (cenizas resultantes de la combustión del carbón de piedra, hulla, lignito y antracita). Durante la realización de cualquiera de las explotaciones o procesos minero-metalúrgicos antes descritas se generan tres tipos de residuos: a) gases, b) líquidos y c) sólidos. Los gases: de forma mayoritaria son resultado del proceso de combustión de los combustibles fósiles (petróleo y carbón) y en menor cuantía se encuentran los gases producto del uso de sustancias químicas, fundamentalmente diferentes tipos de ácidos. Estos gases son emitidos a la atmósfera, generalmente a altas temperaturas, en forma de compuestos gaseosos (CO, CO2, NOx, SOx, etc.) y en algunos casos están acompañados de vapor de agua (Pérez et al., 1991). Los líquidos: son aguas residuales altamente contaminadas con diferentes compuestos químicos y metales pesados. Presentan, en la mayoría de los casos, un pH ácido cuando son resultado de procesos metalúrgicos de extracción de sulfuros o muy básico cuando se usan bases fuertes en los procesos de neutralización (Rosario et al., 1993, Romero y Terreo, 1993). Los sólidos: constituyen el producto final de un proceso que se inicia con la trituración de los fragmentos de roca o mineral que contiene el elemento útil; continúa en una segunda etapa con el machaqueo secundario, en que los fragmentos de roca se reducen a tamaño de arena mediante molinos (de bola, martillos o cono), seguida de una reducción, mediante molinos de barras o bolas, hasta llegar a tamaños muy inferiores al milímetro. El tratamiento de la masa mineral continúa en la fase de concentración, en la que se separan las partículas de mayor ley (concentrado) de aquellas de baja ley o estériles (residuos). El tamaño final alcanzado, junto con el contenido de minerales arcillosos y la disgregación que pueda producirse en las fases siguientes de transporte y almacenamiento en las presas de estériles, condiciona la granulometría de los lodos resultantes del proceso metalúrgico de extracción. Este proceso de fragmentación y transporte es muy diferente del que acompaña a los procesos de fragmentación, transporte y sedimentación en la naturaleza, por lo que, salvo en minerales muy arcillosos (por ejemplo los residuos de las plantas de petróleo, lavado de áridos, explotación de yacimientos lateríticos, bauxitas, cenizas de la combustión del carbón, etc.), las partículas muestran una notable angulosidad, hecho que influye considerablemente en las �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 43 propiedades físicas y geotécnicas de los lodos. 2.2. Tipos de presas de residuos y formas de vertido 2.2.1. Tipos de presas de acuerdo al sistema de cierre utilizado El almacenamiento de estériles constituye una de las principales tareas en el proceso minerometalúrgicos. La construcción de presas y diques para recoger los residuos minerometalúrgicos es una innovación del siglo XX. Antes de la llegada de la flotación y el tratamiento de minerales de baja ley (contenido mínimo industrial), los procesos mineralúrgicos se llevaban a cabo con partículas mucho más gruesas y los residuos no se recogían sistemáticamente. Los residuos de operaciones de recuperación de mineral eran generalmente descargados en una superficie cerca de la mina, o en las aguas superficiales más cercanas. Todavía hay algunos vertidos a ríos o al mar, pero en la mayoría de los casos, los diques de estériles se han convertido en parte esencial de las explotaciones mineras. Su diseño ha evolucionado, desde una construcción rudimentaria, a los actuales estándares de alta ingeniería, en la que se utiliza la geotecnia, ingeniería geológica y campos asociados (Markland and Eurenius, 1976; Quintana, 1998). Los primeros métodos de construcción de acuerdo al sistema de cierre utilizado consistían simplemente en levantar un muro de contención con los estériles más gruesos, a los que había que ir añadiendo materiales (recrecidos) a medida que iba subiendo el nivel de los materiales depositados. En la actualidad existen cuatro métodos fundamentales de construcción de estos tipos de presa (Figura 2.1). - Línea central ”centraline” (Figura 2.1A): combina alguna de las ventajas de los otros métodos (con una mejor estabilidad sísmica que el método ”upstream” y con menos requerimientos de volumen de material en los recrecidos que con el sistema ”downstream”); sin embargo, la capacidad de retención de agua no es tan buena como la del método ”downstream” (Markland and Eurenius, 1976; Junghans y Helling, 1998). - Aguas abajo ”downstream” (Figura 2.1B): ha llegado a ser el más ampliamente usado. Habitualmente, se construye una barrera impermeable en la cara del muro de la presa que está en contacto con el depósito y se provee de un drenaje interno para asegurar que el nivel �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 44 freático dentro del muro se mantenga lejos de la cota de aguas arriba. El espesor de la parte baja del muro se incrementa dependiendo de la altura. Esto incrementa la estabilidad, pero requiere aportes exponencialmente crecientes de material según la subida gradual del muro (Markland and Eurenius, 1976; Junghans and Helling, 1998). - Línea central desplazada “modified centraline” (Figura 2.1C): en este método lo que se realiza es un recrecimiento del muro de contención de la presa de la misma forma que el método de línea central, pero con una prolongación de la longitud del muro de la presa aguas abajo (Junghans y Helling, 1998).. Inicial y final A Final Inicial Final B Final Inicial Inicial C D Figura 2.1. Tipos de presas de almacenamiento de residuos, de acuerdo a la forma de construcción del cierre (adaptado de Junghans and Helling, 1998). A) Línea central, B) Aguas abajo, C) Línea central desplazada y D) Aguas arriba. - Aguas arriba ”upstream” (Figura 2.1D): cada construcción se hace sobre el muro existente y el borde de playa detrás del muro. El incremento de peso de la presa se puede repetir varias veces pero el sistema tiene una desventaja en el sentido que hay una línea de debilidad potencial en la base de cada recrecimiento, ya que el muro se cimenta sobre material grueso y fino. Este sistema todavía se usa en las áreas más secas del mundo, donde los niveles de agua en el interior de la presa se pueden mantener al mínimo (Junghans and Helling, 1998). Los diseños de presas que ofrecen una mejor retención de agua usan un núcleo impermeable en el muro y capas de filtro y drenajes dentro del mismo (Figura 2.2). Esto minimiza las �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 45 filtraciones de agua, pero los costes de construcción son mucho más elevados y crecen rápidamente con la altura. La localización de los diques depende en gran medida de la topografía natural y de la naturaleza de las rocas subyacentes, incluyendo su permeabilidad. Los diques de estériles de acuerdo a su ubicación se pueden clasificar en: I)- cerramiento de valle (cross valley), II)- de ladera (valley side), III)- fondo de valle (valley bottom), IV)- anillo completo de cerramiento (ring or enclosed), V)- cerramiento parcial o total de bahías marinas o ensenadas (Quintana, 1998). El almacenamiento de los estériles en las presas antes descritas ha reducido sustancialmente el riesgo de fallos, pero ocurren incidentes, algunos de ellos muy serios (Troncoso 1988a; Vick, 1996; Fell, 1997; Benito et al., 2001; Alonso y Gens, 2001a y 2001b; ; Moya, 2001). En la página http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/ se puede encontrar una relación muy amplia de estos accidentes ocurridos en diferentes partes del mundo. Como ejemplo en los últimos años se puede ver Meeries- pruit en Sur África, Omai en Guyana y Aznalcóllar en España.. Uno de los elementos principales de las presas de residuos es su sistema de impermeabilización, puesto que determina en gran medida la magnitud y volumen de aguas que son drenadas al medio ambiente y el volumen de agua que puede ser lixiviado por el vaso de la presa. En la gran mayoría de los casos se proyectan con un sistema de capa impermeable de arcilla en la base del vaso que actúe como barrera al proceso de infiltración de las aguas residuales y como frontera geoquímica que retenga los principales contaminantes y con un sistema de drenes que permita la recogida de los lixiviados y su tratamiento (Figura 2.2). Este procedimiento constructivo se realiza en los países donde existe una legislación ambiental importante, sin embargo en la gran mayoría de los países en vías de desarrollo este proceso constructivo es obviado, debido a que el sistema encarece los costes de producción (hasta un 20%) y disminuye la rentabilidad del proceso mineralúrgico. El uso de una o dos capas de arcilla depende del tipo de residuo a almacenar. Las geomembranas comienzan a ser de gran aplicación en muchas obras de este tipo. La existencia de los piezómetros para control de los niveles de agua y del potencial hidráulico �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 46 comienza también a ser un aspecto a tener en cuenta. El uso de los sistemas de drenaje de los lixiviados es de extraordinaria importancia para evitar la contaminación de las aguas subterráneas y para poder tratar los lixiviados, así como para poder reutilizar las aguas. La vida de las presas de residuo se puede dividir en dos etapas: A) vida útil en uso de estos depósitos para el almacenamiento de residuos y B) etapa post-operacional con riesgo ambiental. Núcleo Filtro Fragmentos de roca Zona de drenaje Agua Residuo Capas de arcilla Capas de arcillas Colector del lixiviado Geomembranas Acuítardo Acuitardo Colector de lixiviado secundario Acuífero Figura 2.2. Esquema de los elementos que integran una presa de residuos. Parte superior el dique y parte inferior el vaso (Modificado de Rowe et al., 1995). A) La vida útil en uso de estos depósitos para el almacenamiento de residuos depende de varios factores: I) el área de la presa, II) del volumen a almacenar, III) del tipo de presa, �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 47 IV) de la capacidad soportante del suelo, V) de la altura máxima permitida, y VI) del tiempo. B) La etapa post-operacional. Es prácticamente imposible definir el alcance en el tiempo de los efectos ambientales que pueden generar estas presas de residuo, pero dependerá fundamentalmente de la magnitud del volumen almacenado y de la composición de estos residuos y de los materiales que conforman el vaso de la presa, que son los que determinan la calidad del agua que lixivian estos. No debe olvidarse que la incidencia del depósito de estériles en el coste total de una operación minera puede llegar a ser del 20% del coste total de la inversión y tiene como peculiaridad que se trata de un coste necesario pero improductivo por lo que debe tratarse de reducir al mínimo. Sin embargo, no debe hacerse a costa de la seguridad ni de un deterioro inadmisible del medio ambiente y sus ecosistemas. 2.2.2. Formas de vertido de los residuos Los residuos de los procesos minero-metalúrgicos pueden ser vertidos en los depósitos de tres formas fundamentales: A) húmedos B) secos C) lodos ó colas (slurry), siendo este último el más utilizado y el más ampliamente conocido (Figura 2.3) (Yasuhara et al., 1994). El método seco y húmedo (la masa de residuos no se satura, para evitar la generación de lixiviados) es usado mayoritariamente para los residuos de las industrias que queman combustibles fósiles como las centrales térmicas. El hecho de agregarle cierta humedad facilita su transporte y almacenamiento sin que sea erosionado con facilidad por el aire. Si la masa de residuos derivados de este proceso se satura con agua aumenta el riesgo ambiental de éstos, pues generalmente presentan grandes concentraciones de azufre y algunos sulfuros. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte A -I B -I C -I 48 A -II B -II C -II Figura 2.3. Formas de verter los residuos minero-metalúrgicos. I) bajo de agua y II) al medio ambiente. A) Húmedos, B) Secos y C) Lodos o Colas (modificado de Yasuhara et al., 1994). En los vertidos en forma de lodos o colas, con un 30-40 % de sólidos y un 60-70 % de líquidos, los residuos son depositados en un punto y comienzan a circular por el interior de las balsas, donde se produce la precipitación y sedimentación de los sólidos en suspensión (Figura 2.4, Foto 2.1) Tubos de descarga Área de decantación Figura 2.4. Esquema de la descarga de lodos mineros en una balsa de residuos. (Modificado de Vick, 1996). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 49 Foto 2.1. Vertido de residuos metalúrgicos en una de las presas de la industria cubana del níquel. En cuanto a la calidad del agua que acompaña a los lodos compuestos por partículas finas, se trata de un agua residual, frecuentemente rica en metales pesados y con un pH entre 2-7. En este punto conviene también hacer una precisión, un pH ácido entre 2 y 6 no significa, por si solo, que los metales vayan a estar en disolución, como cationes; para que esto ocurra se necesita, además, que el potencial redox sea el adecuado. El material sólido que forma el lodo vertido en las escombreras de residuo es generalmente un material geológico natural al cual se le añaden algunos productos químicos durante las etapas del proceso mineralúrgico. La diferencia entre el vertido inicial de lodo al culminar el proceso metalúrgico y el material sedimentado en la presa de residuo es debido al origen de nuevos minerales (de neoformación), que originalmente no se encuentran en el yacimiento y que son el resultado: I) de los procesos exógenos (oxidación de las diferentes fases minerales principalmente sulfuros, la meteorización física y química y evaporación del agua que provoca una mayor concentración de sales y la precipitación de nuevas especies minerales) y II) de los compuestos químicos añadidos en el proceso metalúrgico. La combinación de estos dos factores da lugar al desarrollo de nuevos procesos hidroquímicos que afectan las aguas que circulan por estos medios porosos. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 50 2.3. Propiedades de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 2.3.1. Principales fases minerales La composición mineralógica de los lodos y estériles de mina depende del tipo de yacimiento mineral explotado y del contexto geológico de las rocas encajantes. La composición mineralógica del estéril o lodo vertido a la presa de residuo sufre una transformación una vez acumulado en la balsa, donde tienen lugar una serie de procesos físico - químicos que dan lugar al desarrollo de nuevos minerales, resultado de su interacción con el medio circundante y los productos químicos añadidos en el proceso. Los residuos resultantes de la explotación de los yacimientos de minerales polimetálicos (Cu, Zn, Sn, Au, Ag, etc.) y los de carbón se caracterizan por un predominio de los sulfuros. En la Tabla 2.1 se muestra un listado de los elementos metálicos y los principales minerales que se encuentran en las balsas de residuos de diferentes regiones del mundo. Generalmente en los procesos de beneficio del mineral se extrae la mayor parte de su elevado contenido natural en metales pesados, excepto los minerales de hierro, manganeso y algunos sulfuros que no cumplen con un contenido mínimo industrial económicamente rentable. Entre los minerales neoformados se encuentran los diferentes productos de la oxidación de la pirita (Tabla 2.1). Los óxidos e hidróxidos de hierro, aluminio, el yeso y los carbonatos constituyen los más abundantes. El yeso y los carbonatos pueden encontrarse cementando las partículas sólidas (Ribet et al., 1995; Adamo et al., 1996). De estos minerales, los sulfuros constituyen uno de los elementos más peligrosos para el medio ambiente por su posibilidad de oxidarse ante la presencia de oxígeno y dar lugar a minerales generadores de acidez (melanterita, romerita, coquinbita, copiapita y varios miembros de la familia jarosita, tal como la jarosita potásica). Estas sales que normalmente se encuentran en un medio reductor (presa de residuos) al ponerse en contacto con aguas ricas en oxígeno se oxidan y facilitan el descenso del pH de éstas y la solución de los metales pesados. La composición química de los residuos está directamente relacionada con la mineralogía del depósito y los elementos químicos usados en el proceso mineralúrgico. Generalmente los elementos químicos que presentan mayores concentraciones son el Fe, S y Al. El resto de los metales aparecen en concentraciones menores. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 51 Tabla 2.1. Principales minerales presentes en los residuos mineros. Elemento Mineral Hierro Pirita Pirrotina Arsenopirita Jarosita Goethita Limonita Hematita Magnetita Ferryhidrita Lepidocrosita Melanterita Aluminio Gibbsita Cobre Calcopirita Calcocina Covelita Carbonatos Calcita Dolomita Yeso Plomo Galena Anglecita Zinc Esfalerita Formula química Referencias FeS2 Fe(1-x)S FeAsS KFe(SO4)2(OH) FeOOH FeO(OH)3 Fe2O3 Fe3O4 Fe(OH) FeOOH (OH3)) FeSO47H2O Al2O3 CuFeS2 Cu2S CuS CaCO3 CaMgCO Ca(SO4)2H2O PbS PbSO4 ZnS Vick, 1996; Rodríguez et al., (1998a); Blight, (1994, 1998), Aubertin et al (1994); Younger, (1999). Ribet et al., (1995); Younger, (1999) Ribet et al., (1995), Younger, (1999, 2000) Ribet et al., (1995); Adamo et al., (1996); Younger, (1999) Ribet et al., (1995). Younger, (1999) Ribet et al.,(1995);Younger, (1999, 2000) 2.3.1.1. Comportamiento geoquímico El comportamiento geoquímico de los residuos minero-metalúrgicos esta determinado por la composición mineral de la fracción sólida y el tipo de proceso metalúrgico que se emplea en la extracción del componente útil. Los estudios de estos se centran en la transferencia al medio hídrico mediante: 1- Tests de lixiviado mediante la técnica de ensayos Batch, 2- Secuencias de extracción 3- Ensayos en columnas 4- Evolución de la contaminación en los acuíferos afectados por la infiltración de sus lixiviados. En este aspecto existe un gran número de trabajos (Monterroso et al., 1994; Stollenwerk, 1994, Ribet et al., 1995, Encabo et al., 1997, Fanfani et al., 1997; West, et al., 1998), �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 52 encaminados a determinar la masa de solutos que pueden ser transferidas al medio hídrico en presencia del agua y de diferentes soluciones extractantes. 2.3.2. Propiedades físico–mecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos El estudio de las características y propiedades físicas y mecánicas de los residuos ha sido objeto de un gran número de trabajos entre los que se destacan los de Markland and Eurenius, (1976); Heredia (1980); Blight, (1994, 1998); Aubertin et al (1994); Vick, (1996). Las propiedades físico - mecánicas de los residuos mineros están condicionadas por la naturaleza y magnitud de la explotación minera de que se trate. En la mayoría de los casos presentan una granulometría muy fina entre 0.02 y 1 mm, más del 50% pasa por el tamiz 200 (Foto 2.2, Figura 2.5A), una densidad de las partículas sólidas de 1.5 a 4.5 g/cm3, un ángulo de fricción interna entre 27 y 45 grados, plasticidad nula o muy baja, un índice de poros muy variable desde 0.8 a 3 según el tipo de material y proceso que lo haya originado. En la Tabla 2.2, se muestra una comparación de las propiedades físicas de residuos mineros de diferentes regiones del mundo y diferentes tipos de minas. Foto 2.2. Imagen obtenida mediante el microscopio electrónico de una muestra de residuo de una de las presas del residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL). Moa (Cuba), donde se observa la angulosidad de las partículas sólidas y su pequeño tamaño. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 53 % de finos por peso Diamante Uranio Oro Platino Vanadio/Rodio Diámetro de las partículas Figura 2.5A. Representación de las curvas granulométricas de estériles procedentes de diferentes tipos de minas (adaptado de Blight, 1994). Tabla 2.2. Características físicas de residuos minero-metalúrgicos almacenados en presas y escombreras (tailing dam) valores medios indicativos. Mineral extraído Ni y Co Localidad - País Moa ACL - Cuba Ni y Co Ni y Co Fe Fe C C Al Fe Moa SAL-Cuba Mayarí ACL-Cuba Hamersley -Australia Newman-Australia Riverside-Australia Wambo-Australia Weipa-Australia Fernandinho-Brasil ρd g/cm3 1.8 ρs g/cm3 3.97 Ll Lp 43.9 1.8 1.4 3.91 3.81 3.5 3.7 1.74 1.86 2.85 3.6 25 40 30 33 44 74 43 39. 9 24 36 39 44 56 116 60 Arcilla (%) 10 Limo Arena Referencia (%) (%) 70 20 Rodríguez, et al 1998 14 70 16 42 29 39 57 32 8 54 58 49 35 40 70 4 13 12 8 28 22 Heredia 1980 Heredia 1980 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al, 1992 Tibana and Campos 1998 Cu, S, Zn Aznalcollar-España Estéril 3.1 NP NP 1.0 96.6 2.4 López, 1999 Lodos 4.5 NP NP 98 2.0 Lloret et al., 1999 ρs: densidad de las partículas sólidas, ρd: densidad seca, Ll: límite líquido, Lp: límite plástico, NP: no plástico. Estéril: no pasa por el proceso metalúrgico. Lodo: pasa por el proceso metalúrgico. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 54 2.3.2.1. Licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos Los estudios de las características y mecanismos de licuefacción de los residuos mineros ante la presencia de una carga dinámica generalmente debida a los seísmo ha sido objeto de atención de un gran número de investigaciones (Yasuhara et al., 1994; Barrera and Lara, 1998; Tibana and Campos, 1998). Dentro de los residuos minero-metalúrgico los que presentan una mayor probabilidad de licuefactar son los que presentan una granulometría areno-limosa con una baja cohesión (Figura 2.5B). % de finos por peso Zona más probable de licuefacción Fronteras de suelos potencialmente licuefactables A B % de finos por peso Granulometría para los residuos mineros limosos con baja resistencia a la licuefacción Frontera para suelos potencialmente licuefactables Límite para los suelos más licuefactables Diámetro de las partículas Figura 2.5B.A) Rangos de granulometría en los que pueden desarrollarse los procesos de licuefacción. B) Rangos para residuos mineros que por el tamaño de sus partículas se clasifican como limos (Committee on Earthquake Engineering, 1985). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 55 2.3.2.2. Comportamiento hidromecánico Constituye uno de los temas muy poco estudiados y en general se pueden citar pocos trabajos con relación al comportamiento en condiciones no saturadas. Los trabajos realizados se han centrado en el estudio de la succión y la permeabilidad en muestras aisladas y en depósitos de estériles (Aubertin et al., 1994; Rodríguez et al., 1998; Santos and Martínez, 1998; Lloret et al., 1998). Otro de los aspectos estudiados en los depósitos de estériles es los procesos de consolidación debido a la sedimentación que experimentan los residuos vertidos por decantación y producto de la evaporación (Committee on Earthquake Engineering, 1985; Swarbrick and Fell, 1992; Acevedo et al., 1994; Calabresi et al., 1994) 2.4. Impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas Las actividades minero-metalúrgicas pueden causar diferentes impactos: a) Impacto sobre los recursos hídricos (ecosistemas acuáticos, aguas superficiales, subterráneas y marinas); b) Variación de la morfología del terreno; c) Impacto sobre el aire (atmósfera); d) Impacto sobre los suelos y la flora y la fauna asociada a ellos; e) Impactos paisajísticos; f) Contaminación ambiental con diferentes formas de energía (ruido o acústica, radiaciones, calor). Las características y magnitud de cada uno de ellos dependen en gran medida de la vulnerabilidad y fragilidad del territorio, de la naturaleza del recurso extraído (tipo de yacimiento mineral y la mineralización secundaria), de las rocas que lo acompañan (rocas encajantes), de la magnitud de las explotaciones (área afectada por la explotación), de los métodos de extracción, tratamiento y beneficios utilizados, condiciones hidrogeológicas e hidrológicas, de la geomorfología local y de las condiciones climáticas (condiciones geográficas locales). Aunque los impactos más aparentes se concentran en la zona minera propiamente dicha, suelen afectar a los lugares adyacentes y pueden alcanzar regiones muy lejanas. Es bueno destacar que en mayor o menor medida todos estos impactos ambientales presentan dos elementos que los interrelacionan entre sí, el viento y el ciclo hidrológico del planeta Los �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 56 vertidos de aguas en ríos pueden ser transportados cientos de km y depositados en el mar. Las emanaciones gaseosas pueden ser transportadas por las corrientes de aire y precipitar en zonas muy alejadas del lugar de explotación, como ha sucedido con las lluvias ácidas en Canadá, debido a las emanaciones gaseosas en los EE.UU. (Tabla 2.3). 2.4.1. Impacto sobre las masas de agua continentales y marinas Las actividades minero-metalúrgicas son procesos industriales íntimamente ligados al agua. El agua es un elemento esencial en estas actividades y se usa para disgregar, lavar, transportar substancias y para refrigerar. Esta actividad genera grandes volúmenes de aguas residuales altamente contaminadas que en la mayoría de los casos no reciben ningún tratamiento y que su vertido origina la contaminación de aguas superficiales y subterráneas. Su origen es variado y difícil de evaluar en muchos casos debido a que estas actividades se desarrollan en condiciones geográficas muy diferentes. La forma de contaminación más importante es la introducción de substancias solubles en el medio hídrico lo que tiene lugar por diferentes vías: 1)- El uso de reactivos en el proceso de concentración de los metales, entre los cuales se encuentran ácidos y bases modificadoras del pH del agua, derivados del petróleo, ácidos orgánicos, xantanos (esteres de ácidos inestables), cianuros, etc. (Llamas, 1998). 2)- Descarga de aguas ácidas ricas en metales pesados y compuestos tóxicos (principalmente plomo, mercurio, cobre, zinc, cromo, cadmio y molibdeno). Incorporación de sustancias radioactivas al agua. Las fuentes de radioactividad son los vertederos y escombreras de minas de uranio abandonadas o en explotación (Pollock, 1986). 3)- Sulfatos, procedentes del drenaje ácido de yacimientos de carbón, metálicos o escombreras y minas abandonadas (fundamentalmente menas de carbón, sulfuros de Fe y de polimetálicos). La oxidación de los sulfuros se produce por entrada del oxígeno debido a los procesos de recarga de las aguas subterráneas y a las fluctuaciones del nivel freático. Pueden existir otras substancias capaces de provocar la acidificación de las aguas (productos químicos, orgánicos), que afectan los ecosistemas acuáticos. Las aguas enriquecidas en sulfato hacen más soluble muchos compuestos metálicos y metales (dependiendo del pH) letales para las plantas y organismos acuáticos. El descenso del pH hace a las aguas �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 57 químicamente agresivas, requiriendo una gran dilución o un tratamiento específico para que puedan utilizarse de nuevo (Elberling and Nicolson, 1996, Rodríguez y Candela, 1998). Foto 2.3. Precipitados de óxidos e hidróxidos de hierro en las orillas del río Moa, Cuba. 4)- Sales ferrosas, que al pasar a férricas dan lugar a turbidez en el agua y a que en lechos y márgenes de muchos ríos se puedan observar precipitados pardos de óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso (ej. El río Tinto en España, el río Moa en Cuba, las bahías de Nicaro y Moa en Cuba, Foto 2.3), provocando una degradación casi total del medio acuático y otros problemas ambientales relacionados con la transformación de los ecosistemas naturales circundantes (Smith et al., 1998). 5)- Incorporación de materia orgánica, que produce una disminución en la cantidad de oxigeno disuelto y con ello afecta el desarrollo de la vida acuática. Su origen esta asociado a la deforestación de áreas tropicales durante la aperturas de minas a cielo abierto y tala indiscriminadas de los bosques existentes para crear la infraestructura necesaria. 6)- Incorporación de diferentes nutrientes que pueden llegar a ocasionar una eutrofización (exceso de alimento para las plantas en el agua) del agua, generalmente están asociados a los arrastres por erosión de las escombreras de suelo del destape del yacimiento y a los procesos de deforestación. También pueden incorporarse elementos metálicos que constituyen alimentos para el desarrollo de diferentes microorganismos (Brake, et al., 2001 ). La existencia de estos nutrientes provoca también la eutrofización de las aguas debido al desarrollo de la vegetación en el agua almacenada en las minas a cielo abierto y embalses de agua para el abastecimiento de las plantas de tratamiento y beneficio (Cuadros et al., 1999). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 58 7)- Incorporación de partículas de suelos o sedimento en suspensión (particularmente cuando se desarrollan lavados de materiales aluviales para la construcción de las obras mineras y civiles, dragados de áridos aluviales y marinos, profundización de cauces fluviales, limpiezas de los puertos y canales, deforestación y almacenamiento en escombreras de suelos poco cohesivos en climas tropicales de elevada pluviometría (Carménate y Riverón, 1999). En primer lugar, estas cargas sólidas que se incorporan a las corrientes de aguas superficiales producen el incremento de la turbidez del medio y la disminución de la entrada de la luz solar, provocando una disminución de la actividad biológica de plantas, animales y microorganismos acuáticos, así como la afectación de la fotosíntesis de la vegetación acuática y algas. En segundo lugar esta carga sólida puede obstruir cauces y canales, provocando inundaciones, enterrar y colmatar embalses y al llegar las aguas de los ríos que desembocan en zonas costeras pueden provocar daños a puertos, incrementar la turbidez del agua del mar, afectar el crecimiento de los corales y ocasionar su muerte por enterramiento (Martínez, et al., 1993; Carménate y Riverón, 1999). Puede afectar zonas de importancia socioeconómica (de interés turístico y pesquero). Otra de las fuentes de incorporación de partículas sólidas al medio hídrico superficial son los vertidos de residuos en los cauces fluviales y la rotura por accidentes de las balsas de residuos o estériles (Benito, et al., 2001) (Apartado 2.5) Tabla 2.3. Relación de algunos ejemplos del impacto ambiental de las actividades minerometalúrgicas en diferentes condiciones geográficas. País Región Contaminantes Referencias UK Canadá España Portugal México South Africa Guyana Brasil Bolivia Argentina Chile Cuba Frazer´s Grove Sudbury Galicia Río Cabado S.M. de la Paz Transval Omai Amazonas La Paz/Oruro Fe,Cu,Pb,Zn Ni,Mn,Fe,SO4 Cu Zn,Cr,Pb Ni,Cu,Mn,Fe,Zn,As Fe, SO4 Zn,Cu,Fe Cr,Mn,Pb,Ni Fe,Mn,Al U,Ra Cd,Zn Ni,Cr,Mn,Fe,SO4 Younger, 2000 Elberling and Nicholson, 1996 Izco et al., 1986, Iribar et al, 1998 Goncalves, et al., 1994 Manz and Castro, 1997 Bullock and Bell, 1994 Narayan, 1998 Weissberg, 1991 Pescod and Younger, 1999 Bonben et al, 1996 Schalscha and Ahumada, 1998 Rodríguez y Candela, 1998 Región central Moa 8) La oxigenación de las aguas en las plantas de lavado de áridos para la construcción (por ejemplo, a causa de agitación mecánica durante la extracción de áridos del lecho de los ríos), �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 59 puede causar la destrucción de cantidades excesivas de materia orgánica, que puede resultar necesaria para el desarrollo de los diferentes ecosistemas acuáticos y de gran valor en el mantenimiento de las condiciones geoquímicas del medio (Fernández, 1998). 9) Reducción de las zonas húmedas o humedales, variación del caudal de los manantiales y del flujo en las aguas superficiales, por variación de los niveles piezométricos debido al bombeo de agua superficial y subterránea (Tovar, 1999). De los casos de contaminación de aguas subterráneas y superficiales consultados, el mayor porcentaje está asociado a la minería del carbón y a la de los yacimientos de minerales sólidos que presentan una mineralización sulfurosa rica en metales pesados (Tabla 2.3). Los minerales sulfurosos al ponerse en contacto con los agentes de meteorización, fundamentalmente el oxígeno y las precipitaciones atmosféricas, provocan la oxidación de los sulfuros (Elberling y Nicolson, 1996, Yonguer, 1999, 2000) y con ello la generación de lixiviados y drenaje de aguas contaminadas. Los efectos ambientales, actividad biológica y toxicidad de los diferentes metales que se incorporan al medio hídrico se recogen con gran grado de detalle en Merian, (1991). 2.4.2. Drenajes y lixiviados de aguas ácidas de escombreras y minas inactivas El efecto ambiental de los drenajes de aguas residuales de plantas metalúrgicas, minas y escombreras es muy importante. Concentraciones bajas de metales pesados (del orden ppm) son letales para los seres vivos acuáticos y constituyen un importante riesgo sanitario para el hombre y ganadería. La toxicidad de los metales depende de la concentración, de la forma química en que se encuentre (por ejemplo, el mercurio o el plomo en compuestos orgánicos es más tóxico que en inorgánicos, mientras que con el cobre sucede lo contrario) y de la presencia de otros metales. Una sustancia química en el agua puede incrementar la toxicidad de otras, por ejemplo la presencia de sulfato en las aguas facilita en muchos casos la solubilidad de otros metales y con ello eleva el grado de contaminación (Custodio, 1983b; Larsen and Postmant, 1997). Los cianuros y otros compuestos son letales en concentraciones del orden de partes por mil en el agua (Merian, 1991) y el ácido fluorhídrico puede dar lugar a fluorosis en personas o animales que beban el agua enriquecida en este compuesto. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 60 La oxidación de minerales sulfurosos tiene lugar en condiciones naturales, sin la intervención del hombre y es la causa de que en determinadas zonas del planeta existan numerosos ríos con valores de pH muy bajos e incluso, con una fauna autóctona única y adaptada a esas condiciones de acidez (ej. El río Tinto en España). También es la causa de que predominen las aguas sulfatadas cálcicas sin que existan zonas de yesos (estas son el resultado de la neutralización natural de las aguas ácidas al entrar en contacto con afloramientos de rocas carbonatadas, margas, tobas calcáreas, calizas, etc.). La filtración a través de escombreras se produce debido a que la acumulación de estos residuos en las balsas y presas de residuos (tailing dams), sobre la superficie del terreno provoca una variación de las condiciones hidrogeológicas locales (Ribet et al. 1995). El agua del residuo crea un nivel freático artificial sobre la superficie del terreno provocando una variación de las condiciones de recarga y flujo (McWhorter and Nelson, 1979) (Figura 2.5C). Por otro lado, las reacciones químicas de los diversos contaminantes que modifican el equilibrio geoquímico pueden manifestarse en cambios de: oxidación/reducción, especiación/ complejación, disolución/precipitación, adsorción/desorción, floculación y digestión de coloides (Morin and Cherry, 1988). La generación del drenaje ácido de las minas (AMD) abandonadas y escombreras está motivada por la combinación de dos factores básicos: I) la oxidación de los sulfuros metálicos principalmente la pirita (FeS2) y II) su proceso de disolución y transporte por el agua. La oxidación de la pirita da lugar a minerales secundarios: melanterita (FeSO4 7H2O), romerita (Fe2+Fe3+2(SO4)4 14H2O), coquinbita (Fe2(SO4)39H2O), copiapita (Fe2+Fe3+2(SO4)6(OH)2 20H2O) y varios miembros de la familia jarosita, tal como la jarosita potásica (KFe33+(OH)6 (SO4)2). Todos estos minerales están considerados como sales generadoras de acidez (Younger, 1999). De acuerdo con Hem (1985), existen tres tipos de acidez en las aguas: I) Acidez asociada con los protones de hidrogeno (H+), o sea el pH; II) acidez asociada con la disolución de compuestos orgánicos y III) acidez asociada con la disolución de metales. En el drenaje ácido �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 61 de minas (AMD) la disolución de compuestos orgánicos es generalmente pequeña o nula, por lo que la acidez está asociada fundamentalmente a las causas I y III. Sobre el tema del AMD se puede encontrar mayor información en un gran número de trabajos (Muñoz et al., 1997; Younger, 1999, 2000), que tratan sobre los problemas del drenaje de aguas ácidas relacionados con la minería del carbón y polimetálicos. De forma general, el proceso de oxidación de los sulfuros está originado por el ascenso y descenso del nivel freático dentro de las balsas de residuo y del acuífero. Durante el descenso se produce la entrada de oxígeno y la oxidación de los diferentes metales, mientras que en el ascenso se produce la disolución y lixiviado de los diferentes contaminantes. Es bueno destacar que la entrada del oxígeno está condicionada por el grado de saturación de los residuos y que a partir del 80 % de saturación se dificulta la difusión de éste en el medio (Elberling and Nicholson, 1996). La mayor o menor magnitud de este proceso depende de los intervalos de este ciclo, condicionado por la variabilidad climática, el tipo de mina y si la escombrera o balsa de residuo se encuentra en explotación o abandonada. Si está en explotación, hay un aporte de líquido del proceso metalúrgico que también juega un papel importante en el ciclo (González y Ramírez, 1995; González, et al.,1995, 1997; Pluta and Trembaczowski, 2001). Es de señalar que generalmente por debajo de un metro de profundidad del nivel freático en el interior de las balsas se presenta un medio reductor (Elberling and Nicholson, 1996). Lo anómalo en el caso del drenaje de aguas ácidas de minas abandonadas es su caudal, debido a que al producirse su salida a la superficie se libera un gran volumen de agua muy rica en ácido sulfúrico y con gran cantidad de metales en disolución, al drenar en tan corto espacio de tiempo provoca la ruptura del equilibrio hidrogeoquímico natural de las aguas superficiales (Blowes et al, 1992; Younger, 2000). El primer efecto que provoca la salida al exterior de un gran volumen de aguas ácidas es que el volumen de ácido sulfúrico que generalmente las acompaña carboniza la materia orgánica. Esto se ha podido observar claramente en la vegetación, en Aznalcollar, (Quintana, 1998), especialmente en los plantones más jóvenes y en los juncos que están quemados hasta el nivel que alcanzaron las aguas (Llamas, 1998). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 62 Presa Nivel freático inicial Nivel freático alterado Acuífero Figura 2.5C. Variación del nivel freático que provoca la construcción de una escombrera sobre un acuífero libre. La acidez del agua no desciende inmediatamente, ya que el agua de descarga sigue conteniendo grandes cantidades de ácido que es liberado (lavado) lentamente (Younger, 1999). En un agua estancada, como la de las balsas, a una profundidad mayor de medio metro por debajo del nivel de los lodos el contenido en oxígeno disuelto es prácticamente nulo (Blowes et al., 1992; Elberling and Nicolson, 1996), el ambiente es reductor y los metales se encuentran mayoritariamente estables como sulfuros. Por lo tanto, las aguas ácidas liberadas de la balsa por los procesos de lixiviación no pueden tener el mismo contenido en metales pesados que las aguas ácidas naturales (formadas por lixiviación de los sulfuros en un ambiente oxidante, como son las minas abandonadas). Si esas aguas infiltradas se ponen en contacto con aguas ricas en oxígeno o circulan por la zona no saturada durante su infiltración, su capacidad para disolver metales aumenta considerablemente. 2.4.2.1. Modelos numéricos en el estudio de la contaminación de acuíferos por el lixiviado de residuos minero-metalúrgicos La simulación con métodos numéricos de la contaminación de las aguas por la infiltración de los lixiviados de las escombreras de residuos minero-metalúrgicos constituye una de las líneas de investigación que se desarrollan actualmente, con el objetivo de determinar la proporción información sobre la evolución de la contaminación y los principales mecanismos que controlan el flujo y el transporte (TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). 2.4.3. Variación de la morfología del terreno �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 63 La morfología local sufre importantes cambios debido a la construcción de vías de acceso y extracción de mineral, se hacen pozos, galerías, zanjas y excavaciones diversas, se mueven grandes volúmenes de mineral, tierra o rocas, desmontes, escombreras, balsas de sedimentación y terraplenes, sujetos a movimientos de masa y a erosión de los agentes exógenos (Vera, 1979). En general las modificaciones son más importantes si las explotaciones se hacen a cielo abierto o permitiendo el colapso superficial, pero la minería subterránea puede provocar fenómenos de subsidencia o hundimientos. El que se presenten unos u otros, su alcance y otros efectos, depende del tipo de roca (por ejemplo, si su deformabilidad es elevada tenderá a haber subsidencia, pero si es baja son más probables los hundimientos, que suelen causar mayores daños), de la profundidad de las labores y de su extensión, etc. Las vibraciones que acompañan a los hundimientos pueden generar graves daños también en lugares próximos, en edificios, embalses, puentes y otras obras públicas. Los cambios de morfología son muy importantes pues al afectar al nivel freático, provocan una intercepción del mismo y por consiguiente un drenaje artificial; en otras áreas conducen a cambios en las condiciones de flujo y recarga (Figura 2.6, Foto 2.4). (Fernández, 1981, Jiménez y Rodríguez, 1997). También se generan problemas de subsidencias del terreno debido a la extracción de aguas subterráneas para bajar sus propios niveles. Foto 2.4. Intersección del nivel freático en una mina de níquel a cielo abierto. Moa, Cuba. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 64 Agua A Agua B Agua C Figura 2.6. Casos más frecuentes de minas a cielo abierto donde se produce la intersección o alteración del nivel freático. A) Recarga del acuífero desde el hueco minero, B) Flujo a través del hueco minero y C) Flujo hacia el hueco minero. 2.4.4. Impactos sobre la atmósfera y el suelo Contaminación atmosférica: las causas son la emanación de gases a la atmósfera, la incorporación de partículas por la erosión del viento y el vertido de las chimeneas. Los residuos de bajo peso específico son los que pueden tener una mayor incidencia sobre este aspecto (cenizas de carbón, desechos de la industria petroquímica). La contaminación del aire puede igualmente alcanzar elevada gravedad y suponer riesgos sanitarios importantes. Los contaminantes se originan al dividir, triturar o remover suelos, sedimentos y rocas. Los lugares de origen son escombreras, balsas de sedimentación, detritos de cualquier tipo, suelos con vegetación empobrecida o sin ella, vertidos o escapes de las plantas de tratamiento, talleres, ventilación, vehículos, etc. Los agentes más importantes son: �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 65 1)- Aerosoles y polvo: su composición es variada y depende principalmente del material geológico que se explota (las rocas, yacimiento mineral, carbón, petróleo o gas), pero el tamaño, el volumen y otras características dependen de las técnicas mineras y metalúrgicas utilizadas y en menor medida de otros factores, fundamentalmente del clima local (Álvarez et al., 1982, Gregurek, et al, 1999). En el caso del polvo presentan mayor riesgo ambiental las partículas con tamaño menor de 10 micras (Sierra et al., 1998) pues no son retenidas por las defensas del tracto respiratorio y las menores de 2 micras son inhaladas por los seres humanos y animales y pueden provocar enfermedades respiratorias y cáncer de pulmón (Merian, 1991). Las partículas ricas en sílice pueden ocasionar la silicosis sobre todo en aquellos yacimientos con explotación de volúmenes importantes de rocas ricas en sílice. Foto 2.5. Emanaciones gaseosas de una planta metalúrgica procesadora de Ni y Co. Moa, Cuba. 2)- Los gases y compuestos gaseosos, principalmente dióxidos de carbono, nitrógeno y azufre y en ocasiones sulfhídrico, fluorhídrico, etc. Las consecuencias son variadas y recaen principalmente sobre los organismos vivos de la zona minera y de sus inmediaciones, que quedan sujetas a riesgos sanitarios importantes con variados tipos de enfermedades. Los metales pesados que acompañan estas emisiones pueden ocasionar diversas formas de toxicidad, entre las principales se encuentran la emisión de partículas ricas en cromo hexavalente. Las enfermedades de anemia y cáncer pueden ser provocadas por materiales radiactivos y cáncer de pulmón por asbestos, cromo, etc. (Merian, 1991, Adriano, 1995). La vegetación y las aguas locales pueden sufrir los efectos de la contaminación atmosférica, produciéndose daños diversos (Elberling and Nicholson, 1996). Las modificaciones de la �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 66 morfología y la contaminación de aguas y aire influyen negativamente sobre los suelos, que pueden ser destruidos, degradados o alcanzados por diversos contaminantes (metales pesados, compuestos tóxicos, isótopos radiactivos), por aguas ácidas, por sedimentos que los alteren, por gases nocivos, etc., con consecuencias que van desde caídas en la productividad primaria (y por lo tanto en las cosechas agrícolas) hasta la práctica desaparición de los microorganismos del suelo y de la vegetación. El principal problema ambiental generado por los residuos gaseosos es el origen de las lluvias ácidas, las cuales pueden manifestarse en regiones muy alejadas del área de emanaciones. El efecto que provocan estas lluvias es la acidificación de suelos y la eliminación de grandes superficies de bosques. 2.4.5. Impactos paisajísticos Las modificaciones morfológicas se traducen en impactos paisajísticos considerables, frecuentemente agravados por la destrucción o degradación de la vegetación, la ruina de granjas y otros edificios preexistentes, por la combustión espontánea de escombreras, la existencia de torres, barracones, plantas de concentración y tratamiento, presas de aguas y de residuos y construcciones diversas para la actividad minera (en ocasiones poblados enteros). En ocasiones el cierre de minas subterráneas produce el desplome o colapso de la superficie del terreno, mayoritariamente por el desplome de los pilares de las cámaras debido a la erosión hídrica de los estratos infrayacentes. Los impactos paisajísticos pueden aparecer también lejos de las operaciones (por ejemplo, daños en la vegetación a causa de las lluvias ácidas o masas de aire contaminado por el polvo de aterramiento, de actividades complementarias como la construcción de un ferrocarril, una carretera o un tendido eléctrico, etc.) Cada vez con mayor frecuencia se realizan las explotaciones a cielo abierto, de dimensiones superiores a las subterráneas. Las causas son la creciente utilización de rocas industriales, el incremento del consumo de materia prima mineral y las leyes de contenido mínimo industrial cada vez más bajas y los cada vez más poderosos medios tecnológicos utilizados en los procesos metalúrgicos. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 67 2.4.6. La contaminación ambiental por diferentes formas de energía La contaminación ambiental por esta causa suele ser también elevada, causando diversos daños ecológicos y a la población. Las vibraciones (maquinaria pesada, explosivos, movimientos de masa de suelos y rocas) pueden también dar lugar a impactos ambientales (Pollock, 1986). La contaminación térmica de las aguas, debido a su uso para refrigerar, puede provocar efectos variables entre los que se encuentran: cambios de la flora y la fauna en ríos, lagos y el mar, que pueden influir en el desarrollo de nuevas especies. Las oscilaciones grandes de temperatura originan contaminaciones térmicas excesivas o terminales, que pueden llegar incluso a provocar la muerte de los seres vivos acuáticos (Pollock, 1986). La emisión de gases y vapor a la atmósfera se produce generalmente con altas temperaturas (Pérez et al., 1991b). Estudios de los efectos del ruido generado por las actividades minero-metalúrgicas indican que el ruido puede provocar diferentes enfermedades sobre la capacidad auditiva de los trabajadores. Estudios en plantas metalúrgicas muestran que el 80% de los trabajadores presentan diferentes afectaciones sobre su capacidad auditiva (Aguilera, 1998). 2.5. Riesgo ambiental por rotura de las presas de residuos Una de las mayores causas de riesgo asociadas a los residuos almacenados es la posibilidad de fallo o rotura de las escombreras, presas o balsas de residuos por pérdida de la estabilidad. La mayoría de los factores que tienen un efecto directo sobre la estabilidad de los diques de estériles y por tanto en sus capacidades de retención a largo plazo, tienen que ver con la manipulación del agua de una forma u otra. Una relación de casos, de las principales causas y de los daños que provocan el fallo o rotura de las presas se pueden consultar en la página http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/. El fallo de la puede ocurrir como resultado de filtraciones a través del muro, erosión interna, inundación, desbordamiento por coronación y por fallo de la cimentación; situaciones que pueden empeorar debido a fenómenos naturales como movimientos de tierras o fuertes �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 68 lluvias. El agua contenida dentro del dique y la depositada detrás de él encontrarán un nivel natural (nivel freático), que puede variar dependiendo de las estaciones, el volumen de los estériles vertidos y otros factores. Si el nivel freático intercepta la cara externa del dique (aguas abajo) se desarrollará una superficie de rezume que puede provocar una rápida erosión y el deslizamiento eventual de esa cara. Algunos fallos en diques se han atribuido a que se han bloqueado o dañado tuberías de decantación y drenaje, aumentando el valor de la presión intersticial del material del dique y disminuyendo su resistencia al deslizamiento. El riesgo de rotura del dique por erosión es importante y típico en aquellas zonas tropicales y subtropicales que presentan una elevada pluviosidad. Según Bligth, (1994), los ángulos de talud para los que el riesgo por erosión es máximo están comprendido entre 25-35 grados (Figura 2.8). Aparte de los daños relacionados con el agua, las ondas generadas por movimientos de tierras (sismos y grandes deslizamientos) pueden tener consecuencias devastadoras para los materiales relativamente no consolidados del muro del dique. Entre las principales puede citarse un movimiento sísmico en Chile en 1965 cuando se perdieron 210 vidas y se destruyeron 15 presas (Troncoso, 1988a). El riesgo de fallo por licuefacción es importante para aquellas explotaciones mineras con balsas de estériles y lodos ubicadas en zonas del planeta sísmicamente activas. Los más favorables a licuefactar son aquellos que presentan una granulometría areno-limosa (Figura 2.7) (Committee on Earthquake Engineering, 1985; Yasuhara et al., 1994). En algunos casos, los fallos se producen al recrecer excesivamente balsas muy antiguas cuyos problemas de cimiento y estabilidad se han olvidado a lo largo de una dilatada explotación minera. Mining Journal Research Services acometió la inspección de diques de estériles en países de economía de mercado, con un volumen de producción en cobre del 75% del total mundial y del 60% de plomo y zinc. También investigó aquellos países con aproximadamente el 65% de producción global de oro. Se ha estimando que la cantidad de diques en África del Sur es del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 69 orden de 400, mientras que British Columbia y Québec poseen probablemente un total de unos 300. Por tanto, es razonable asumir que a nivel mundial el número de presas pueda contarse por miles. El Mining Journal Research Services (MJRS, 1999), revisó la frecuencia de este tipo de fallos en el período 1980-96, para el Programa Medioambiental de las Naciones Unidas (UNEP). El estudio identificó un número importante de incidentes, desde pequeñas cantidades de agua sucia y emisiones de polvo desde las superficies secas de los diques, hasta un desplome total. En Internet (http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/) pueden encontrarse un resumen de 78 roturas de diques, desde 1961 hasta octubre del 2000. Los incidentes de gran escala resultaron ser poco frecuentes al identificar solo 8 grandes fallos, donde el volumen de residuo y agua vertido supera los 1000 m3. La salida al exterior de los residuos mineros por rotura del muro debido a las causas antes mencionadas tiene consecuencias ambientales catastróficas (desarrollo de procesos físicos y químicos), debido a que la fracción sólida presenta una elevada superficie específica (superficie por unidad de peso): - Las partículas sólidas pueden comportarse como un fluido (con muy poco rozamiento entre ellas), cuando el contenido en agua es suficientemente elevado. - Los lodos tienen una gran capacidad para cubrir drenajes, tapar tuberías, etc., debido a su pequeño diámetro, generalmente menor de 0.5 mm (Figura 2.5, Tabla 2.2). - La fina granulometría de los lodos facilita el que se puedan poner en suspensión y removilizarse en el agua (más difícilmente por el aire, debido a que generalmente las partículas presentan un peso específico elevado). - Entre las consecuencias químicas, cabe destacar su mayor velocidad de reacción en el medio ambiente pues la superficie específica de las partículas (Se) es mayor que en la roca natural de partida. Los minerales sulfurados que componen la mayor parte del material (FeS2 FeAsS, ZnS, PbS, Cu,S, etc.) se oxidan en contacto con el oxígeno de la atmósfera y esta reacción es catalizada y acelerada por algunas bacterias, como la Thiobacillus Ferrooxidans, E. Mutabilis (Brake, et al, 2001), comunes en todos los suelos. El resultado de esta oxidación es el paso del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 70 sulfuro a sulfato; es decir, la formación de ácido sulfúrico (aproximadamente 1,5 g por cada gramo de pirita) es lo que da lugar a las aguas ácidas. Este ácido, al disminuir el pH del agua, y al estar el medio en condiciones oxidantes (en contacto con el aire), tiene una gran capacidad para disolver los metales. Por lo tanto, cabe considerar la posibilidad de que todos los metales presentes en los lodos mineros al producirse la rotura de las balsas se movilicen y terminen incorporándose al suelo, corrientes de aguas superficiales y aguas subterráneas, contaminándolos de tal forma que posiblemente su recuperación resultase económicamente inviable (MJRS, 1999). Al producirse la rotura de un dique, el volumen de residuo se extiende por una gran superficie por lo que la masa de sulfuro puesta en contacto con el oxígeno es varias veces mayor que la que se encuentra en contacto en el interior de la balsa. La oxidación de los minerales sulfurosos (pirita fundamentalmente) es un proceso fuertemente exotérmico y si el espesor de la capa de lodos extendida sobre la superficie debido al vertido por rotura de las balsas es lo suficientemente grande como para disipar mal el calor, una ligera humedad causada por la lluvia, unida a las altas temperaturas, pueden dar lugar a la autocombustión de los residuos, con riesgo de incendios. Este riesgo no es muy importante pero hay que considerarlo, fundamentalmente para aquellas áreas del planeta con altas temperaturas y poca precipitación, Máximas pérdidas Pérdidas por erosión Angulo de la pendiente Longitud de la pendiente donde normalmente el nivel de humedad de los lodos llega a ser muy bajo. Máximas pérdidas Pérdidas por erosión Figura 2.8. Se muestran las pendientes para las que ocurre la mayor erosión por el agua y el viento en los taludes de las presas de residuos y estériles (adaptado de Bligth, 1994). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 71 Foto 2.6. Erosión del dique de una presa de residuos, debido al desbordamiento de esta por el agua. Tabla 2.4. Ejemplo de falla de escombreras y presas de residuos en diferentes partes del mundo. País Canadá Reino Unido Estados Unidos de América España Año Presa 1990 Escombrera 1966 Presa 1985 Presa 1998 Lugar Muertos Referencias Alberta Fell, 1997 Aberfan 144 Fell, 1997 Colorado Vick, 1996 Aznalcóllar Benito et al., 2001 Mayor información sobre roturas de presas en http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/. 2.6. Los residuos mineros en Cuba. Antecedentes Los primeros residuos mineros en Cuba datan de la época colonial (1530-1544). Las primeras escombreras se construyeron en la mina el Cobre, provincia de Santiago de Cuba. Las escombreras resultado de la explotación de los yacimientos lateríticos de Ni y Co, se inician en 1942 en el municipio de Mayarí y a partir de 1963 en el municipio de Moa. Aunque el número de trabajos realizados sobre los residuos minero-metalúrgicos es grande, la gran mayoría no reflejan con claridad la metodología desarrollada en cada caso y sólo están publicados los resultados de forma parcial; en muchos casos, los datos ofrecidos son escasos y fraccionados, lo que no permite hacer una valoración cuantitativa de la magnitud de la problemática ambiental existente. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 72 Los residuos de la industria cubana del níquel han sido objeto de atención de un gran número de investigadores, entre los principales trabajos se encuentran los de Heredia (1978, 1980), donde se realiza una caracterización de las propiedades físicas y mecánicas de dos presas de residuos. En su estudio, Heredia concluye que estos materiales son de granulometría bastante uniforme con diámetro menor de 0.1 mm, con un coeficiente de uniformidad de 0.5. Plantea que son materiales que pueden presentar fallos por licuefacción debido a sus condiciones granulométricas, pero en ninguno de los casos aparecen datos experimentales que justifiquen esta afirmación. La composición mineralógica y química ha sido estudiada por Guerra et al, (1991); Leyva et al., (1995); Guerra et al., (1993) y Carty y Falcón, (1985); Figueredo et al., 1997; Rodríguez, (1997b), Castany et al., 1998; Pons et al., (1998), en todos estos trabajos se concluye que los elementos predominantes son el Fe en más del 40 % y en segundo lugar el Al. Los minerales presentes están mayoritariamente representados por la hematita y magnetita y en menor medida gibbsita y espinelas cromíferas. El estudio de las emanaciones gaseosas y su efecto ambiental es escaso y los trabajos desarrollados sobre esta problemática ambiental se limitan a los efectos locales, entre ellos se encuentran los trabajos de Pérez (1991); Pérez et al., (1991) Pérez y Yuzhaninov, (1991) y Santana y Palacios, (1993) y Ávila et al., (1993). En el trabajo de Pérez et al., (1991) se concluye que las emanaciones de la planta de lixiviación ácida superan en más de una decena de veces los límites ambientalmente permitidos, en un área geográfica reducida de 17 km2. En el trabajo de Hurtado et al., (1999) Hurtado, y Fernández, (1998), queda claro que el área afectada por las emanaciones gaseosas de la planta de lixiviación carbonato amoniacal es grande (mas de 20 km2) pero no se da el rango de concentraciones de estos contaminantes. El impacto de las emanaciones de partículas sólidas al medio ambiente ha sido evaluado por Álvarez et al., (1982) comprobando que las emanaciones de partículas sólidas de la empresa metalúrgica de Nicaro se distribuyen en una distancia de 3 km en la dirección predominante de los vientos, superando la concentración establecida por la norma cubana de emisiones (0.5 mg/cm2 en 30 días) en un área aproximada de 20 km2. Los efectos de los residuos sobre el medio hídrico superficial y subterráneo que ha provocado la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas han sido caracterizados por INRH, �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 73 (1986a y 1986b), Terrero et al., (1993); Rosario et al., (1993); Fernández et al., (1993); Proenza et al., (1994); Rodríguez y Candela (1998); Rodríguez et al., (2000). En estos trabajos se observa que la actividad minera y los lixiviados de las presas de estériles han provocado la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por metales pesados, aunque en ninguno de los casos se hace referencia a las especies químicas que controlan el proceso de transporte y movilidad de estos contaminantes. El impacto ambiental sobre el medio marino ha sido descrito por Cortéz, et al., (1993), Martínez, et al., (1993a), (1993b), (1993c);. Rosaval et al., (1993), Martínez y Morales, (1993) Salcedo y Quintana, (1993); Heredia et al., (1993); Zozaya and Cheviera, (1993); González, (1996); González y Ramírez (1995); González et al., (1997); Rodríguez, (1997a), León, (1993). En estos tres últimos trabajos se realiza una valoración del contenido de metales pesados en los sedimentos de las bahías de Moa y Nicaro, comprobando que hay una concentración elevada de los principales metales que contiene el corte laterítico, aunque no especifican la diferenciación entre el aporte por erosión de las áreas mineras que aportan los ríos Mayarí, Levisa y Moa, y el impacto provocado por los sedimentos y residuos aportados por la industria y los lixiviados de las escombreras. Martínez, et al., (1993) estudian la presencia de metales pesados en los corales de la barrea coralina de Moa y otras zonas de la Isla, comprobando que el contenido de metales en los corales de Moa es muy elevado en comparación con los de otras zonas del país. Su crecimiento, está reducido en un 50% respecto al crecimiento que experimentan otras áreas de la barrera coralina cubana, concluyendo que esta contaminación es resultado de la actividad minera del territorio de Moa. La caracterización de los efluentes líquidos de las industrias metalúrgicas ha estado en el punto de atención en los últimos años. Según Astorga, et al., (1991); Alfonso, et al., (1998); Aguirre, (1993a); Aguirre, (1993b); Labadié, et al., (1993) los efluentes líquidos y la carga de sólidos en suspensión que les acompaña constituyen la mayor carga contaminante que se vierte al medio ambiente en las empresas de Moa y Nicaro. Las pérdidas económicas que representan los residuos líquidos de la industria cubana del níquel han sido estudiadas por Aguirre, (1993), Alfonso, et al., (1998), Tamargo, (1993). Estos autores concluyen que la pérdida del mineral útil extraído es del orden del 2% del total de Ni y Co de la mena inicial. Rojas y Carballo, (1993) realizan una valoración económica del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 74 material de rechazo de la planta de lixiviación ácida, comprobando que el contenido de Ni en este residuo es similar al de la mena inicial que alimenta el proceso metalúrgico, el único problema es que presenta una granulometría mayor que la que requiere el proceso industrial por lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) por lo que representa una importante pérdida económica para el proceso productivo en la extracción del Ni y el Co. La posible reutilización de los residuos sólidos almacenados en las presas de residuo ha sido objeto de algunas investigaciones. Entre los trabajos realizados para la posible recuperación de algunos de los componentes de estos residuos se encuentran los de Carty y Falcón, (1985); Carty et al., (1993). Otros trabajos de aprovechamiento de estos residuos plantean la obtención de productos alternativos como Fe(OH)3 y Fe2O (González, 1993). El trabajo más novedoso sobre el aprovechamiento de los residuales sólidos es el de Guerra et al., (1991) en el cual se realizan experimentos para el empleo de estos residuos en la industria siderúrgica, obteniendo resultados preliminares favorables para su aplicación en la fabricación de acero. Rodríguez et al., (1992), obtienen yeso a partir de la neutralización de los residuales líquidos de la planta de preparación de sulfuros de la industria con proceso metalúrgico de lixiviación ácida. El establecimiento de algunos métodos de tratamiento de los residuos ácidos de las plantas de lixiviación ácida ha sido objeto de diferentes investigaciones. Entre los principales trabajos se encuentran los de Labadié et al., (1993), en los que se neutralizan los residuos líquidos de esta planta utilizando pulpa de coral y cal. Granda et al., (1992, 1993) estudian la posibilidad de recuperación de Ni de los residuales líquidos de la planta de lixiviación ácida con el uso de la serpentina. Borroto y Martínez, (1993), Tratan de recuperar los metales de los efluentes empleando extractos de confieras (Pinus Caribean). Rodríguez et al, (1997) estudian la posibilidad de neutralización de los residuales líquidos de la planta de lixiviación ácida usando los residuales líquidos de la planta de lixiviación carbonato amoniacal y además utilizan la zeolita natural en la extracción de metales del residual. Los resultados de este último trabajo a nivel de laboratorio son muy positivos y sería interesante realizar experimentos a mayor escala. La restauración de las áreas degradadas ha sido investigada por Herero et al., (1993) y Jiménez y Rodríguez, (1997), en sus trabajos se plantea que han sido probadas más de 20 �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 75 especies forestales de las cuales la Casuarina Equisetifolia y el Pinus Cubensis, son los que presentan la mejor adaptación. 2.7. Antecedentes en el estudios de residuos minero-metalúrgico de yacimiento lateríticos en otras partes del mundo La caracterización de estos residuos en la literatura consultada es muy escasa debido a que estas explotaciones se encuentran en pocas regiones del mundo y su explotación es relativamente joven, la mayoría de estos yacimientos se comenzaron a explotar a partir de la segunda guerra mundial (Strnad, 1968; Goligtly, 1981). En el caso de Brasil se han desarrollado estudios de las propiedades físicas, mecánicas y la capacidad de licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos resultados de yacimientos residuales ricos en hierro (Tibana and De Campos, 1998). Este material se caracteriza por una granulometría areno limosa y sin plasticidad. Swarbrick and Fell (1992), estudian 5 presas de residuos en Australia donde analizar sus principales características físico-mecánicas y los efectos de los procesos de sedimentación y agrietamiento por desecación y el efecto de los elevados contenidos de arcilla. En este trabajo una de las presas presenta características similares en composición de minerales de hierro a los residuos de la industria cubana del níquel. Se caracteriza por la presencia de grietas de desecación, una granulometría con predominio de la fracción limo y un elevado peso específico de las partículas. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 76 Capítulo 3. MÉTODOS, TÉCNICAS Y EQUIPOS DESARROLLADOS 3.1. Introducción La realización de toda investigación requiere de una metodología de trabajo a seguir para dar cumplimiento a los objetivos planteados. El desarrollo y elaboración de esta memoria se ha basado en diferentes métodos que podemos dividir en 5 etapas: I) recogida de información o documentación, II) trabajo de campo, III) desarrollo y puesta a punto de los equipos y trabajo de laboratorio, IV) tratamiento de los datos, representación, elaboración y síntesis y V) interpretación y análisis de los resultados obtenidos. Para la compilación de la información existente sobre la zona objeto de nuestra investigación fue necesario consultar los archivos del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), el Fondo Geológico del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa (ISMMM), así como diferentes publicaciones relacionadas con la geología, la hidrogeología, la minería y la metalurgia de la zona. Esta primera etapa permitió disponer de información cartográfica, datos meteorológicos, inventario de puntos de agua, datos piezométricos, datos de aforo, datos de análisis químicos de las aguas subterráneas del aluvial, de las rocas ultramáficas, de las aguas superficiales y aguas residuales. 3.2. Trabajo de campo El trabajo de campo realizado se limitó al reconocimiento del terreno y a la toma de muestras de aguas superficiales, aguas subterráneas del aluvial y del acuífero de las rocas ultramáficas, de aguas residuales, para la realización de los diferentes estudios en el laboratorio, así como la medición de los niveles piezométricos en los pozos y piezómetros en que fue posible. También se tomaron muestras de los diferentes materiales geológicos existentes en el área de estudio, suelo y de las presas de residuos. Aguas superficiales: el muestreo se realizó en los diferentes ríos y arroyos del área de estudio considerados representativos de las áreas afectadas por las actividades mineras y metalúrgicas (Tabla 3.1, Figura 3.1). El muestreo del río Yagrumaje permite tener una �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 77 valoración del impacto de la minería a cielo abierto sin que haya un efecto de los vertidos de las aguas residuales de los procesos metalúrgicos. Aguas subterráneas en las rocas ultramáficas: se realizó el muestreo en manantiales (Figura 3.1), además se dispone de otros trabajos de carácter regional y datos de varios trabajos hidrogeológicos realizados en el área de explotación de los yacimientos lateríticos. El muestreo de los manantiales en áreas afectadas, o no afectadas, por la minería a cielo abierto tuvo como objetivo el conocimiento del fondo geoquímico natural de la región en cuanto a los elementos mayoritarios y trazas. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 78 Figura 3.1. Representación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas, residuales y manantiales. El área del recuadro se representa en la Figura 3.2. Aguas del acuífero aluvial: se muestrearon los pozos y piezómetros situados en la terraza del río Moa, representados en las Figura 3.1 y 3.2 y relacionados en la Tabla 3.1. Las muestras de aguas en todos los casos fueron tomadas por duplicado y filtradas (filtro de 0.45 micras). Una de las muestras fue acidificada, con HNO3; las muestras sin acidificar se emplearon para determinar las propiedades físico-químicas de las aguas y sus elementos mayoritarios. A partir de las muestras acidificadas se obtuvo la concentración de los metales en el agua. Las muestras de agua fueron analizadas en los Servei Científic Tècnic de la Universidad de Barcelona. Figura 3.2. Representación de los puntos de muestreo del área del acuífero aluvial estudiada y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa (área señalada en el recuadro en la Figura 3.1). Aguas residuales: se tomaron dos muestras de las aguas procedentes de la planta de lixiviación con ácido sulfúrico que son vertidos al río Cabaña (punto 33), dos del agua residual del proceso por lixiviación carbonato amoniacal (punto 30), dos de las aguas de drenaje de las presas de residuos (punto 31 y 35) y dos de las aguas que acompañan los residuos sólidos de los dos procesos metalúrgicos que se vierten en las dos presas de residuos (puntos 28 y 30) y dos muestras de agua de las minas a cielo abierto (puntos 49 y 50) (Figura 3.1; Tabla 3.1). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 79 Agua intersticial de los residuos: para determinar la composición del agua intersticial se tomaron 10 muestras de residuo de 2 Kg. en los puntos que se señalan en la Figura 3.3. Las determinaciones se realizaron por el método de extracto en pasta saturada (Page, 1990), para ello se tomaron 500 g de residuo por muestra. Las concentraciones de los elementos mayoritarios y los metales (Cr, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ti, V y Sr) en el agua intersticial de los residuos se analizaron en el Institut de Recerca Tecnologia Agrària (IRTA) de Barcelona, con un equipo de adsorción atómica. Muestreo de los materiales sólidos: se realizó sobre los diferentes materiales geológicos existentes en el área de estudio y de las dos presas de residuos, correspondientes a las tecnologías metalúrgicas empleadas, lixiviación con ácido sulfúrico (presa II, Figura 3.3) y lixiviación con carbonato amoniacal (presa I, Figura 3.3). Figura 3.3. Localización de los puntos de muestreo de residuos sólidos en las presas de residuo de los dos procesos metalúrgicos. I- Presa de residuo SAL y II- Presa de residuo ACL (abril de 1996). Las muestras de las presas de residuos (5 muestras por presa, de 2 kg de peso) se obtuvieron entre 10-20 cm de profundidad. Las muestras para el análisis de las propiedades de composición e hidroquímica se almacenaron en bolsas de plástico, a 4 oC y fueron transportadas al laboratorio. Además se tomó una muestra de 50 Kg de peso en la presa I correspondiente al proceso ACL (muestra 9, Figura 3.3). Las muestras para análisis de las propiedades físico-mecánicas se almacenaron a temperatura de laboratorio. El �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 80 objetivo de este muestreo es conocer las propiedades físicas, mineralógicas, químicas, hidromecánicas e hidrogeológicas de los residuos (Figura 3.3). Se tomaron muestras de las tres capas del corte laterítico de los yacimientos en explotación (puntos 49 y 50, Figura 3.1), de la formación Río Macio que constituye el material que conforma las terrazas aluviales (punto 15, Figura 3.1) y de las rocas del complejo ofiolítico (gabros, harzburgitas, dunitas, puntos 22, 44, 49 y 50, Figura 3.1). El objetivo de muestrear los diferentes materiales geológicos presentes en el área de estudio era realizar ensayos Batch en el laboratorio para determinar su capacidad de transferir sales al medio hídrico. Tabla 3.1. Relación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas y residuales. Puntos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 38 39 40 15 22 25 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 18 19 20 21 Zona Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Mina a cielo abierto Mina a cielo abierto Río Moa Río Moa Río Moa Río Yagrumaje Descripción Pozo Pozo Pozo Pozo Piezómetro Piezómetro Pozo Pozo Piezómetro Pozo Pozo Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Yacimiento Punta Gorda Yacimiento Moa Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 23 24 26 27 29 32 34 28 30 31 35 33 Río Yagrumaje Río Yagrumaje Arroyo La Vaca Arroyo Los Lirios Río Yagrumaje Río Cabaña Río Moa Vertido residuo SAL Vertido residuo ACL Drenaje al río Moa SAL Drenaje al río Moa ACL Vertido residual al río Cabañas 81 Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales 3.3. Trabajos de laboratorio Los residuos utilizados en el desarrollo de la tesis son muy poco conocidos por lo que fue necesario realizar una caracterización detallada del material mediante diferentes técnicas analíticas y experimentales. Los trabajos de laboratorio han constado de: I) determinaciones analíticas; II) calibración y puesta a punto de los diferentes equipos de medidas (higrómetros, psicrómetros, medidores del contenido volumétrico de agua (TDR), termómetros, transductor de desplazamiento, célula de carga, tensiómetros y equipo HPLC), III) preparación de muestras y IV) ensayos experimentales. 3.3.1. Caracterización de la fase líquida Composición química de las aguas superficiales, subterráneas y residuales: se han realizado determinaciones de iones mayoritarios (Cl-, SO42-, HCO3-, Na+, K+, Ca+, Mg2+), algunos minoritarios (NH4+, NO3-, Fe2+, Fe3+, Fetotal, Cr6-, Crtotal, Ni2+, Co+, Zn2+, Al2+) y contenidos de SiO2, pH, CE, además de alcalinidad y turbidez. Los análisis se realizaron en el laboratorio del Servei Científic Tècnic de la Universidad de Barcelona (UB). Previo al análisis de las muestras, éstas se filtraron por un papel de filtro de 0.45 micras de diámetro. Tabla 3.2. Los métodos de análisis para la determinación de los diferentes elementos (Buurman et al., 1996). ClSO42HCO3- Parámetro. Método Valoración con AgNO3 usando como indicador el cromato potásico. Volumetría. Determinación de la alcalinidad por valoración. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados Na+ y K+ Ca2+ Mg2+ NH4+ NO3SiO2 Fetotal, Crtotal, Ni2+, Co+, Zn2+, Al2+ Cr(III), Cr(VI)-, Fe(II) y Fe(III) Dureza Conductividad eléctrica, pH, temperatura Demanda química de oxígeno (DQO) 82 Adsorción atómica y fotometría de llama. Valoración complexométrica. Diferencia entre la dureza y el calcio. Colorimetría con Nessler. Colorimetría leyendo en el ultravioleta con ClH 1N. Colorimetría con molibdato amónico. ICP-AES Adsorción atómica Método colorimétrico (Weng et al., 1994) . Valoración complexométrica. pH-metro portátil Orion modelo SA 250, con compensación automática de temperatura. La metodología seguida ha sido la de oxidación con dicromato potásico, llevando a ebullición (150 oC) durante 120 minutos, realizando la determinación del dicromato restante mediante valoración con sulfato ferroso amónico. 3.3.2. Características de la fase sólida La determinación de las propiedades físicas de los residuos “in situ” es de extraordinaria importancia para la simulación de las condiciones naturales en las muestras remoldeadas que se elaboraron en el laboratorio. Las propiedades físicas: densidad seca, densidad natural, peso específico de las partículas, humedad, porosidad, índice de poros y grado de saturación se han determinado en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma ASTM, (1993) y Jiménez y Justo, (1975). Suceptibilidad magnética: se determinó sobre las muestras del corte laterítico y muestras de residuos mediante el equipo Kappa Bridge KLY-2. Para contrastar los resultados se usó un patrón de magnetita pura del Service D´Analyse des Roches et des Mineraux du CNRS (Francia). Se determino a 10 muestras 5 por cada residuo en Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera, del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Granulometría: el análisis granulométrico se realizó por el método de difracción láser, con un equipo Malvern (Mastersizer/E) con capacidad de trabajo en el rango de 0.5 a 600 micras. Se determino a 10 muestras (5 por presa de residuos) en Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera, del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 83 Granulometría por sedimentación: se realizaron a 6 muestras según el procedimiento de la norma ASTM, (1993). Las determinaciones se realizaron a 6 muestras del residuo ACL en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma Annual Book Standards Manual (ASTM, 1993). Límites de Atterberg: los límites se realizaron a 6 muestras del residuo ACL según el procedimiento de la norma ASTM, (1993). Las determinaciones se realizaron en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma ASTM, (1993). pH: en las muestras de sólidos se realizó sobre extractos 1:2.5 en agua destilada utilizando el equipo de la Tabla 3.2 (Page, 1986). El análisis se realizó a 10 muestras de residuo 5 por cada tipo de residuo) y a 10 del corte laterítico En el Laboratorio de la Unidad de Edafología. Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona. Capacidad de intercambio catiónico (CIC): mediante el método Gillman de aplicación para los suelos ácidos (Page, 1986). Se determino a 10 muestras de residuo 5 por cada tipo de residuo) y a 10 del corte laterítico en el Laboratorio de la Unidad de Edafología. Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona. Materia orgánica oxidable (MO): se determinó por métodos volumétricos y electroquímicos (ASTM, 1993). Laboratorio del Institut de Recerca y Tecnologia Agrària (IRTA). Materia orgánica soluble (MOS): el método utilizado para la extracción de la fracción orgánica, ha sido modificado de Ribalta et al. (1995). El disolvente empleado para las extracciones sólido/líquido de las muestras fue diclorometano (calidad análisis de ultratrazas, Scharlauc). Cinco gramos de cada muestra fueron tratados con 300 ml de diclorometano durante 36 horas en un extractor Soxhlet. Finalizada la extracción, las fracciones orgánicas fueron evaporadas en un rotavapor hasta unos 10 ml, a continuación se columnaron a través de florisil y de sulfato sódico anhidro, para acondicionar y secar la �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 84 muestra. Posteriormente fueron llevadas a sequedad por evaporación en corriente de nitrógeno. Las muestras secas fueron finalmente reconstruidas con 250 µl de isooctano. El análisis químico de las soluciones, se procesó por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM) usando un cromatógrafo Fisons GC 8000 series, unido a un espectrómetro Fisons MD800. El sistema CG-EM fue controlado con el software Masslab v1.3, encargado también de la adquisición de datos y su tratamiento. En el cromatógrafo se utilizó una columna capilar de 30 m de longitud, 0.25 mm de diámetro y 0.25 µm de película, de tipo DB-5MS (J&W Scientific, Folsom, CA, USA). Las condiciones cromatográficas fueron las siguientes: inyección de 1µl en el inyector, a una temperatura de 275°C. El programa de temperaturas en el cromatógrafo, se inicia a la temperatura de 60°C y durante 2 minutos se mantuvo la temperatura constante, luego empezó un rampa a 15°C/min hasta 150°C, y a continuación una rampa más suave de 4°C/min hasta 310°C. Seguidamente continuó durante 45 minutos a 310°C, para finalmente volver a 60°C. El gas portador fue Helio y la temperatura de la cámara de ionización 200°C. Los espectros de masas, fueron tomados en el modo de Impacto Electrónico (EI+), y el escaneado de iones se efectuó entre los 50 y 600 Dalton, con un tiempo de barrido de 1,4 segundos y un tiempo de espera entre barrido de 0,1 segundos. El cromatograma tuvo una duración total de 93 minutos, empezando a adquirir datos a partir de 6 minutos. Una vez realizados los análisis de las soluciones, se procedió a la identificación de los compuestos orgánicos presentes, en función de la información procedente de la base de datos de espectros de masas NIST/NBS (1990) integrada con el programa de tratamiento de datos y fuentes bibliográficas (Hites, 1992). También se compararon algunos índices de retención bibliográficos (Lee et al., 1979; Vacilaros et al., 1982; Rostad and Pereira, 1986). Los análisis se realizaron en el laboratorio de química de la Escuela de Minas de Manresa, UPC. Composición mineralógica: la difracción de Rx se efectuó con un difractómetro de geometría BRAGG - BRENTANO α/2θ SIEMENS D-500 con Radiación Kα del Cu α= 1.5418 Ao a 40 kV y 30 mA, monocromador secundario de grafito. Los difráctogramas medidos de 4 a 70o 2α con tamaño de paso de 3”. Se analizaron 12 muestras, las fases minerales se identificaron con el programa de computación DIFFRAC-AT que utiliza el banco de datos Powder Diffraction File (PDF-1) del International Centre for Diffraction �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 85 Data (ICDD). Los análisis se realizaron en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona. Composición química de la fase sólida: para determinar la composición se tomaron 0.2 g de sólido y se seco en estufa a 40 grados. En las muestras se analizaron 18 elementos (Fe, Cr, Ni, Co, Zn, Al, Mn, Cu, Pb, Ag, Cd, V, Mg, S, Ti, Sr, K, Mg), por AAS e ICP-AES, previa digestión total de las muestras por ataques sucesivos de HF, HNO3 y HClO4. Para verificar los resultados de la concentración de los metales en los análisis se utilizó el patrón internacional de serpentina del Service D´Analyse des Roches et des Mineraux du CNRS de Francia. Este patrón permite corregir las desviaciones de la concentración de los diferentes elementos analizados. Los análisis se realizaron a 10 muestras de los residuos y a 10 del corte laterítico, en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona. 3.3.3. Ensayos de caracterización geoquímica En el estudio del transporte de contaminantes, una correcta identificación del comportamiento geoquímico de los diferentes componentes permite considerar las hipótesis adecuadas en cuanto al posible modelo de migración de los elementos. Para el conocimiento de este comportamiento se efectuaron los siguientes experimentos (Anejo 2): 3.3.3.1. Ensayos Batch El estudio experimental de la transferencia química al medio hídrico se efectuó por medio de tests de lixiviación (Batch) a distintas proporciones agua/sólido (residuos metalúrgicos y materiales geológicos secos). Los ensayos tipo Batch se efectuaron sobre 10 muestras de residuos, 3 muestras correspondientes a las diferentes capas del corte de los yacimientos lateríticos, rocas del complejo ofilítico y los materiales del aluvial. Las muestras fueron colocadas en contacto con agua Milli-Q, con pH=7 y las ratio 1:5, 1:20 y 1:250, manteniéndolas en agitación mecánica durante 24 horas a temperatura controlada en el laboratorio (22±2oC). La determinación de las concentraciones se efectuó por AAS e ICPAES, determinando la concentración de Fe, Cr, Ni, Co, Zn, Al, Mn, Cu, Pb, Ag, Cd, V, �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 86 Mg, S, Ti, Sr, K). Las muestras fueron ensayadas por triplicado, así como el uso de patrones y 4 blancos, para corregir posibles errores analíticos, los blancos y patrones sufrieron el mismo tratamiento que las muestras (Anejo 2). 3.3.3.2. Secuencias de extracción o especiación La realización de este ensayo tiene como objetivo determinar las formas minerales o especies en que se encuentran los metales en la matriz de los residuos (Tessier et al., 1979; Howard and Shu, 1996). Para ello se utilizó una adaptación del método de Ma y Uren, (1995) que se muestra en la Tabla 3.3. Los ensayos se realizaron por triplicado (tres muestras por cada residuo). La masa de residuo seco que se utilizó por muestra a ensayar fue de 2 gramos. Los análisis se realizaron en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona (Anejo 2). Tabla 3.3. Procedimiento de extracción secuencial en 7 fases. Condiciones experimentales modificadas de Ma y Uren, (1995). Pasos Fase Abreviatura Método 1 Soluble en agua WSF Agua destilada 1:5. Agitación 2h. 2 Adsorbido SF 1% NaEDTA en NH4Oac 1M pH 8.3 1:10. Agitación 2h. 3 Mn fácilmente ERMn 0.2% Hidroquinone en NH4OAc 1M pH 7 reducible 1:10. Agitación 2h. 4 Carbonatos CF Na acetato 0.5M pH 4.74 1:10. Agitación 15h/ Agitación 3h. 5 Materia OM H2O2 pH 4.74 digestión en dos tiempos a 85ºC 5 orgánica mL Cada tiempo. 1h. Añade Na acetato 0.5M pH 4.74 1:10. Agitación 15h/ Agitación 3h. 6 Fe y Al óxidos FeAlOX (NH4)2C2O4 0.175M – H2C2O4 0.10M (1/1) pH 3.25 1:10. Agitación 15h/ Agitación 2h. 7 Residual RES Se realizó la digestión de la fase residual con el ataque sucesivo de ácidos. HF, HNO3 y HClO4 3.3.4. Parámetros hidráulicos Se determinó la curva de retención, la permeabilidad saturada y no saturada. Los diferentes ensayos se realizaron sobre muestras remoldeadas, con la densidad seca controlada. Todos los ensayos que describiremos a continuación se han realizado en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 87 Permeabilidad saturada: la determinación se realizó sobre 4 muestras remoldeadas con diferente porosidad (Tabla 3.4) siguiendo la técnica de la carga variable y de carga constante (ASTM, 1993). Se determinó además en el equipo triaxial con diferentes presiones de cola y confinamiento y tres muestras agrietadas y estratificadas. En estos últimos casos las muestras eran de 120 mm de altura y 100 mm de diámetro. Permeabilidad no saturada: se determinó a partir del ensayo edométrico con succión controlada, en muestras de 10 mm de altura y 50 mm de diámetro con una saturación inicial del 100% y humedad inicial del 40%, con variaciones en el grado de saturación similares a las existentes en condiciones naturales. El equipo utilizado es análogo al de una placa de succión con control de la tensión vertical sobre el suelo (Escario y Sáez, 1973). Los valores de la permeabilidad se ajustaron midiendo la evolución del volumen de agua que entra o sale de la muestra en función del tiempo al cambiar la succión impuesta. El ajuste se realizó utilizando la ecuación de Richards, teniendo en cuenta la baja permeabilidad del disco cerámico de alto valor de entrada de aire (Kunzend and Kirham, 1962). Curva de retención: La determinación de la curva de retención se efectuó con una combinación de técnica psicrométrica (Dimos, 1991), solución salina de ClNa y edómetro de succión controlada (Escario y Sáez, 1973). En este ensayo se emplearon 63 muestras, 21 para cada índice de poros (e=2, e=1.75 y e=1.5). La determinación de la succión total en el suelo mediante el psicrómetro tipo SMI Transistor Psicrometer se utilizó para medir succiones comprendidas en el rango de 0.1 a 10 MPa. Para la medida de la succión entre 0.01 y 0.9 MPa, difícil de medir con precisión con la técnica psicrométrica, se utilizó el edómetro de succión controlada. En este caso la succión impuesta fue la capilar. Los valores obtenidos por los dos procedimientos fueron ajustados mediante la ecuación de Van Genuchten, (1978). 3.3.5. Propiedades mecánicas �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 88 Todos los ensayos para la obtención de las propiedades mecánicas se desarrollaron sobre muestras compactadas a diferentes densidades y humedades iniciales. En todos los casos, salvo excepciones, se siguió el procedimiento establecido por la norma ASTM, (1993). La resistencia a la compresión se ha realizado para diferentes grados de saturación sobre 14 muestras cilíndricas de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. Las muestras se preparan saturadas y se dejan secar hasta lograr el grado de saturación deseado, para realizar el ensayo. El edómetro convencional se realizó sobre tres muestras remoldeadas de 50 mm de diámetro y 20 mm de altura (ASTM, 1993). La humedad inicial era del 44% y la densidad de 1.39 g/cm3 Los ensayos triaxiales se realizaron de dos tipos: los convencionales con consolidación previa y carga monótona en condiciones no drenadas y los triaxiales con carga cíclica no drenada. Las muestras compactadas ensayadas fueron de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. Tabla 3.4. Características iniciales de las muestras empleadas en los diferentes ensayos. Ensayo Edómetro convencional Corte directo Límite de retracción Edómetro De succión controlada hinchamiento Colapso Triaxial Cíclico Convencional Compresión simple Ensayo Brasileño Tracción directa Medida de la succión Permeabilidad saturada Permeabilidad saturada en el triaxial Diámetro Altura Densidad Humedad (mm) (mm) (g/cm3) (%) 50 20 1.39 44 50 y 60 20 1.53 40 38 76 1.53 40 10 50 44 20 1.39 50 44 20 1.39 50 38 76 1.53 40 38 76 1.53 40 38 76 1.53 40 50 20 1.53 40 20 1.53 40 1.32 Variable 12 15 1.44 depende 12 12 1.53 del ciclo 12 12 38 76 38 76 1.53 40 �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados Muestra homogénea Muestra estratificada y agrietada 89 100 100 100 100 120 120 120 120 1.39 1.39 1.41 1.42 20 20 20 20 El límite de retracción se determinó en el laboratorio con temperatura controlada sobre una muestra similar a la empleada en el ensayo de compresión simple de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. 3.4. Equipos desarrollados para la investigación 3.4.1. Bandejas de retracción Para la determinación de las características de retracción y agrietamiento por desecación del residuo se desarrolló un equipo o dispositivo compuesto por unos recipientes de plástico (llamados en lo sucesivo bandejas) con aros exteriores de diversas alturas (4, 8, 16, 32 mm), un compactador y una brida de acero que envuelve al dispositivo por la parte exterior. La brida permiten realizar la compactación de las muestras de residuo para diferentes densidades, diferentes alturas y con diferente grado de saturación. El esquema del dispositivo se presenta en la Figura 3.4. Las bandejas presentan ranuras o estrías de 1.5 mm en la base. Al colocar o montar la muestra de residuo estas estrías se llenan de suelo fijándolo a la superficie, lo que evita su desplazamiento horizontal durante el proceso de retracción que experimenta la muestra al ser secada. Las bandejas permiten desarrollar los ensayos de secado en condiciones de ambiente de laboratorio con humedad relativa y temperatura controlada (22±2 oC), así como en un contenedor cerrado con humedad relativa controlada (Figura 3.4, Foto 3.1). El ensayo en el interior del contenedor se puede realizar con una bandeja o con dos o tres a la vez, en función de su capacidad. Las condiciones de humedad relativa son impuestas con una solución salina en un recipiente en el interior del contenedor (Foto 3.2). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 90 B AR CB Foto 3.1. Bandeja usada en los ensayos de retracción. B: plato, AR: aros: CB: compactador y brida. Foto 3.2. Contenedor donde se realizaron los ensayos de retracción y agrietamiento por desecación. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 91 Compact ador Brida Perf il de ranuras 0mm 0cm 5cm 10mm Plant a de ranuras 0mm 10mm Figura 3.4. Bandejas de PVC ranuradas en la base para el estudio de la retracción en el residuo. Parte superior sección. Parte inferior en planta. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 92 0cm 5cm Figura 3.5. Sección del contenedor utilizado en los ensayos de retracción del residuo para diferentes condiciones de humedad relativa. 3.4.2. Equipo para determinar la resistencia a la tracción Para desarrollar el estudio de resistencia a la tracción se construyó un equipo de características similares al desarrollado por Mikulisch y Gudehus (1995) (Figura 3.6, Foto 3.3). Este equipo consta de un compactador que permite preparar muestras de diferentes densidades. Durante la compactación de las muestras se coloca una placa porosa de bronce sinterizado entre el compactador y la muestra que facilita la salida del agua durante el proceso de compactación. El equipo de tracción dispone de un sistema de medida de desplazamiento con un transductor (LVDT) que permite la adquisición de datos de manera continuo. Midiendo el proceso de deformación de la muestra en función de la carga que se esté aplicando y el tiempo, se puede conocer el momento en que se produce la rotura. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 93 Además consta de un comparador en el que se pueden realizar las lecturas de la deformación de la muestra de manera manual (Figura 3.6). El equipo permite determinar el valor de la resistencia directa a la tracción en las muestras de residuo o de un suelo para diferentes condiciones de densidad, diferentes grados de saturación y diferentes espesores. La principal limitación de este equipo es que es complicado realizar ensayos con una tensión de confinamiento vertical. Este equipo fue fabricado por dos razones: 1) no existe en el mercado y 2) el precio de los componentes y costo de fabricación es bajo. Foto 3.3. Equipo de tracción utilizado en los ensayos de resistencia a la tracción directa. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 94 Compact ador I Filt ro LVDT Carga 0 10 20 30 40 50mm II Zona de Rot ura 0 10 20 30 40 50mm Figura 3.6. Equipo para la determinación de la resistencia a la tracción del suelo. I) Sección y II) Vista en planta. LVDT- transductor de desplazamiento. 3.4.3. Construcción de columnas de pequeño diámetro para el estudio del flujo y transporte de solutos en el medio poroso Las columnas construidas en acero inoxidable para la preparación de muestras de materiales porosos (suelo o residuo) se muestran en la Figura 3.7. Permiten compactar las muestras en el interior del tubo y lograr las condiciones de densidad deseadas para los ensayos de flujo y transporte de soluto. Están construidas en acero inoxidable para resistir la presión en el caso de realizar ensayos con el HPLC y con una capa interior de plástico para evitar el efecto redox durante la realización del ensayo con diferentes tipos de metales. El plástico utilizado es PVC que se caracteriza por ser inerte y resistente a altas presiones. Consta de un filtro en forma de anillos que garantizan una distribución uniforme del líquido que entra sobre la muestra del �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 95 material poroso con el que se esté ensayando y de una tórica que hace completamente estanco el medio, para evitar variación en las condiciones del ensayo. Además, las columnas presentan tuerca y contratuerca, que garantizan un montaje rápido y un cierre eficaz de la misma. Las columnas desarrolladas son de 50 y 100 mm de longitud y de 20 y 16 mm de diámetro (Figura 3.7, Foto 3.4). La columna permite realizar el ensayo para diferentes condiciones de presión en el rango de 1-250 bares) y velocidad de flujo, así como diferentes densidades del medio poroso. En la Foto 3.4 se muestran dos de las columnas utilizadas en los ensayos de flujo y transporte de soluto. Estas columnas se fabricaron por varias razones: no existen en el mercado, el costo de fabricación es bajo en comparación con el que ofrecen las casas comerciales por encargo y cumple los requisitos de versatilidad necesarios para realizar diferentes tipos de ensayos. 0 10 20 30 40 50mm Figura 3.7. Sección de la columna usada en los ensayos de flujo y transporte (Foto 3.1). 01-pared de acero, 02-tuerca de cierre, 03-pared de plástico, 04-tórica de plástico para el ajuste de los conectores, 05-tórica de ajuste entre el tubo de plástico y la tórica exterior, 06-07-08 son anillos concéntricos que actúan como filtro y distribuyen uniformemente el agua, 09-muestra del sólido. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 96 Foto 3.4. Columnas usadas en el laboratorio para los ensayos de flujo y transporte de solutos. 3.4.4. Construcción e instrumentación de una columna para el estudio del comportamiento hidromecánico de medios porosos y medios porosos fisurados La columna constituye un sistema automatizado para la observación del comportamiento hidromecánico del residuo minero (u otro medio poroso) y consta de tres componentes: I) Parte física, formada por una columna con célula de carga, electroválvula, ventilador, bombilla, piedra porosa, filtro y diversos sensores para medir humedad, temperatura, succión, etc. (Figura 3.8). II) Una interfaz electrónica (tarjeta de adquisición de datos) que actúa de enlace entre la parte física y el ordenador. III) Sistema de control y registro automático de los diferentes sensores programado con un código desarrollado en Visual Basic. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 97 Columna: está confeccionada en un cilindro de metacrilato de 44 cm de alto y 30 cm de diámetro exterior y 29 cm de diámetro interior y una base interior construida en plástico (PVC). La columna descansa sobre una base de acero que se encuentra conectada a una célula de carga de 100 kg ubicada en su centro. La célula de carga a su vez está fijada a un disco de acero rígido (Figura 3.8). Entre la pared de metacrilato y el residuo se coloca una membrana de latex que evita el flujo preferencial por las paredes de la columna y facilita el sellado de los diferentes sensores conectados en la muestra de residuo. Los detalles de los principales componentes de la columna, los diferentes dispositivos y sensores se relacionan en la Tabla 3.5. En la Figura 3.8 y en la Fotos 3.5, se muestran los principales componentes de la columna y en las Fotos 3.6 se aprecia una imagen de cada uno de los sensores utilizados. La colocación de los sensores como se muestra en la Figura 3.8I, se ha realizado en forma de espiral para evitar la formación preferente de fisuras verticales. El diámetro de los diferentes sensores se indica con el objetivo de mostrar la magnitud del volumen dentro de la matriz del residuo ocupada por éstos. El transductor de desplazamiento (LVDT), el termómetro de control de la temperatura en la superficie de la muestra y la electroválvula ubicados en el centro de la columna se desplazan por un eje central simétrico, manteniendo siempre la misma distancia con relación a cada una de las capas de residuo o suelo que se va colocando en el interior de la columna (Figura 3.7). Características de funcionamiento mecánico: el líquido que se infiltra en la columna puede proceder de dos depósitos de agua. La elección del depósito de agua deseado se hace de manera manual. En un depósito de agua se deposita la solución electrolítica sin soluto y en el otro la solución con el soluto con que se realiza el ensayo de flujo y transporte. El nivel del agua dentro de la columna se puede regular manualmente, colocando el sensor de la electroválvula a determinada altura de acuerdo con el gradiente hidráulico deseado. El caudal de agua que suministra la electroválvula depende de las condiciones de presión a que se encuentre el depósito. El nivel de agua en este depósito se controla con un sensor de nivel ligado a una electroválvula. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 98 En la fase de secado sobre la capa superior de la columna se controla la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del aire. La humedad relativa del aire se regula obligando al aire a atravesar unos paños de algodón que están parcialmente sumergidos en un depósito de agua. El nivel del agua en el depósito y el número de paños permiten variar la humedad del aire que entra al sistema. La electroválvula tiene apertura automática de acuerdo a las variaciones del nivel en el depósito de agua para el humedecimiento del filtro de algodón (paños) que es el encargado de elevar la humedad relativa del aire que entra y circula por el interior del sistema. También se cierra o se abre al variar el nivel de agua dentro de la columna de residuo o suelo (Figura 3.8). La temperatura se regula automáticamente con un termómetro ubicado en la parte superior de la muestra con un error de ±0.5 oC. La temperatura impuesta es de 26 oC con el objetivo de mantener una humedad relativa del 60±5%. La velocidad del aire se impone usando un ventilador que gnera una corriente de aire sobre la muestra de 2 m/s. Es de señalar que este es el valor medio de la velocidad del viento en la zona donde se encuentran las balsas de residuo. Sistema de adquisición de datos: está constituido por una tarjeta de adquisición de datos AT-MIO-16XE-10 con 16 canales de entrada analógica y 16 de salida y capacidad de realizar 20000 lecturas por segundo (National Instruments, 1996). Esta tarjeta se coloca en el interior del PC y permite tener un control de las medidas en el intervalo de tiempo fijado y con el número de lecturas deseado. El control y adquisición de la señal se realiza a través de un código en el ordenador personal. Software de adquisición de datos: se ha desarrollado un programa interactivo programado en Visual Basic para establecer el tiempo de inicio de una sesión de trabajo, los intervalos de lectura y su hora de finalización. El programa orienta al usuario sobre los pasos que ha de seguir para lograr una ejecución correcta del ensayo y evitar errores en las lecturas. El código realiza las lecturas cíclicas de todos los sensores instalados en la columna en los intervalos de tiempo programados. Simultáneamente controla mediante una de las salidas �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 99 digitales, el encendido o apagado de un foco de luz infrarroja con la finalidad de mantener una temperatura constante en la superficie del residuo (o suelo). Previamente la temperatura es fijada en función del experimento a realizar por el usuario y es medida por un termómetro ubicado directamente en la superficie de la muestra (Figura 3.8 y 3.9). Tabal 3.5. Características de la columna empleada en el estudio de flujo y transporte de solutos conservativos y no conservativos en el laboratorio. Columna exterior Membrana de látex Diámetro (cm) Exterior Interior 30 29 29 28.5 Función Garantizar la rigidez de la muestra Evita el flujo por las paredes Placa porosa 29 Evita el paso de las partículas sólidas Base de la columna Soporte de la muestra y los sensores Ventilador que genera aire a velocidad de 2 m/s Filtro de algodón húmedo Flujo de entrada y salida del aire que garantiza la evaporación de agua Humedecer el aire de entrada Bombilla infrarroja Mantener la temperatura constante Electroválvula Caudal de agua que mantiene el nivel dentro de la columna y del depósito donde están colocados los filtros que humedecen el aire Difuminar la luz para evitar el efecto sombra Cristal Sensores de medida Diámetro Longitud (mm) (mm) Parámetro que mide Rango Higrómetros (Vaisala) 12 0-99% 0-100 oC 0.1-10 MP 0-100 oC 0-44% 1.0 % 0.5 oC 50 Humedad relativa Temperatura Succión Temperatura Contenido volumétrico de agua Temperatura 0-100 oC 0.2 oC 66 Retracción 0.005-30 mm 0.1% Pérdida de peso 100 kg 0.2 % Succión 0.01-1.2 m.c.a. 0.005 m.c.a 50 Psicrómetros (Wescor) 6 50 TDR - Time Domain 2.5 Reflectometry (IMKO) Termómetro 5 (fabricación propia) LVDT (Transductor de 3 desplazamiento) Célula de carga 80 Tensiómetro (fabricación propia) 5 Precisión 0.2 oC 2% Los tensiómetros se fabricaron con una piedra porosa de alto valor de entrada de aire (0.5 MPa) y un tubo capilar de 2 mm de diámetro, que permite medir una succión de 2 metros �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 100 de columna de agua, debido a las limitación de altura en el laboratorio donde se han desarrollado los ensayos. Los termómetros se fabricaron con dos termopares de 2 mm de diámetro y se aislador mediante una resina que impedía la entrada de agua en el sistema, debido a que comprobamos que si se mojan se producen alteraciones en la lectura. El sistema, además, está provisto de diferentes opciones para imponer la temperatura deseada y el tiempo al que se desea realizar la lectura. El equipo muestra en pantalla la evolución en tiempo real de las medidas realizadas en las últimas 24 horas y muestra el valor numérico de la última lectura realizada. Cada 24 horas el dispositivo crea un nuevo fichero en cuyo nombre se incluye la fecha del día en que se realiza el ensayo, lo que garantiza la conservación de la información. El programa permite además variar las condiciones de lectura y temperatura en el momento que se desee, sin tener que interrumpir la realización del ensayo. Los datos son almacenados en un fichero en MSDOS que puede ser exportado y tratado gráfica y analíticamente. El sistema se diseñó y construyó porque no existe en el mercado un equipo que permita realizar el estudio del comportamiento hidromecánico de los medios porosos, con el control de los diferentes parámetros (temperatura, succión, contenido volumétrico de agua, evaporación, humedad relativa, permeabilidad etc.), además el equipo permite la realización de ensayos de flujo y transporte de solutos. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 101 B T EV V TDR V SP SP V T SP I TDR T TDR SP SP SP SP T CC VE SA B II P T EV 11 9 TDR 7 5 3 SP 1 III F 12 10 LVDT 8 6 4 2 TDR EA V NA M TDR T PP T TN CC 0 cm 10 20 30 Figura 3.8. Esquema de la columna. I) Desarrollo del cilindro que muestra la ubicación de cada uno de los sensores. II) Sistema de adquisición de datos y III) representación de la columna en 3D. Los sensores no se colocaron en la misma vertical sino como se muestra en I. Los números indican la posición de la capa de residuo. CC: célula de carga; TN: tensiómetro; PP: placa porosa; M: membrana; TDR: medidor del contenido volumétrico de agua; T: termómetro; SP: psicrómetro; V: higrómetro; EA: entrada de aire; SA: salida del aire; NA: nivel del agua; F: filtro de algodón; VE: ventilador; B: bombilla; LVDT: transductor de desplazamiento; EV: electroválvula; P: piezómetro. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 102 3.4.4.1. Prestaciones de la columna - Permite el llenado de la columna con material sólido de cualquier característica (suelos naturales o antropogénicos, residuos, etc.). El llenado de la columna se puede hacer por capas, compactando el material o vertiéndolo de forma húmeda y dejándolo secar y consolidar en el interior según los objetivos del trabajo. - Se pueden realizar ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones saturadas o no saturadas en medios homogéneos o heterogéneos. El gradiente hidráulico de la columna puede ser modificado según los objetivos del trabajo. La conductividad hidráulica saturada se determina en condiciones de régimen de flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. El nivel del agua en la superficie es controlado por una electroválvula. - Permite realizar ensayos de retracción de suelos (formación de fisuras) con control o imposición de la temperatura, con control de la pérdida de la masa de agua por evaporación, humedad relativa y velocidad del viento en superficie. La retracción del suelo sólo puede medirse de manera continua en la dirección vertical y los datos son almacenados de manera continua por un ordenador. - Permite la medida en profundidad de la humedad, la succión y la temperatura y su evolución en el tiempo. - Mide la pérdida en peso en función del tiempo, lo que permite determinar la evaporación de la muestra que se esté ensayando. - Permite imponer la temperatura del ensayo que se desee realizar. - Se puede establecer la velocidad del viento deseada si se dispone de un regulador de potencia para el motor del ventilador. - Se puede imponer la humedad relativa con una variación de ±5% en condiciones de temperatura ambiente, esta variación puede ser reducida entre el 1-2% si se realizan ensayos en un laboratorio con temperatura controlada. - Permite aplicar o realizar una recarga (riego) sobre la muestra de suelo que se esté ensayando siempre que el peso total del sólido y el agua no supere los 100 kg. - El proceso de evolución del contenido volumétrico de agua puede ser controlado por el TDR y la succión por psicrómetros. - La saturación del material sólido se puede realizar en dos sentidos de abajo hacia arriba o de arriba hacia abajo. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados - 103 A partir de este diseño, la altura y capacidad de la columna, así como el número de sensores pueden ser variados según los objetivos planteados en cada trabajo de investigación. PP R Base CC M EV Foto 3.5. Componentes de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas del residupo. PP: placa porosa; R: dispositivo para aplicar la recarga de agua distribuida uniformemente; Base: soporte de la columna de sólido y del metacrilato, sobre él descansa la placa porosa y permite evacuar el agua; M: membrana de látex; CC: célula de carga; EV: electroválvula. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados V 104 LVDT 8 mm 30 mm T TDR 8 mm SP 80 mm TN 6mm 5mm Foto 3.6. Sensores de la columna instrumentada. V: higrómetro; LVDT: transductor de desplazamiento; T: termómetro; TDR: medidor del contenido volumétrico de agua; SP: psicrómetro; TN: tensiómetro. 3.5. Trabajo de gabinete Para comprobar la fiabilidad de los análisis químicos de las aguas superficiales y subterráneas realizados en este trabajo y los ya existentes en trabajos anteriores, se utilizó la relación entre el error en el balance iónico de los componentes mayoritarios. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 105 Normalmente suele existir una diferencia entre la suma de aniones y cationes en meq/L, debido a los errores acumulados en cada una de las determinaciones individuales, al no tenerse en cuenta los iones minoritarios. El error de un balance iónico viene dado por: Error(%)=200*(Σcat-Σani)/(Σcat+Σani) (Custodio y Llamas, 1983) Tratamiento de los datos: en el tratamiento de los datos químicos de la composición de las aguas, además de las técnicas estadísticas convencionales (media y desviación estándar), se han empleado los siguientes métodos gráficos: Diagramas de Stiff para diferenciar los distintos tipos de agua y visualizar la mineralización de los mayoritarios por el polígono gráfico y el área de los mismos respectivamente y los diagramas de Piper para identificar las facies hidroquímicas presentes y posibles mezclas de agua. El modelo hidrogeoquímico de la composición química de las aguas superficiales y subterráneas se realizó usando el programa de especiación PHREEQCI (Parkhurst, 1995, Charlton et al., 1997). �Figura 3.9. Vista en pantalla de la salida gráfica y digital de los diferentes sensores. El color indica el parámetro que se está midiendo. Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 106 �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 107 Capítulo 4. MODELOS DE FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS EN LOS MEDIOS POROSOS 4.1. Generalidades de los modelos de flujo y transporte de solutos Los modelos de flujo y transporte de solutos en el medio poroso existentes en la bibliografía se pueden clasificar en dos grandes grupos: 1- Modelos de equilibrio. 2- Modelos de no equilibrio. Los modelos de equilibrio: han sido desarrollados bajo la hipótesis de la existencia de equilibrio en todos los puntos del sistema. Los modelos de no equilibrio: incluyen todos aquellos que contemplan algún tipo de cinética durante el movimiento del soluto por el medio poroso (no se alcanza el equilibrio instantáneamente). El conjunto de modelos numéricos consultado que permiten simulan o reproducir el flujo y transporte de soluto en los medios porosos (Sprankle et al., 1975; Van Genuchten and Wierenga, 1976; Álvarez et al., 1982; Rubin, 1983; Grove and Stollenwerk, 1985; Valocchi,1985 y 1986; Nielsen et al., 1986; Bahr and Rubin, 1987; Jennings,1987; Yang, 1988; Ayora et al., 1998; Saaltink et al., 1998b, 1998b; Latinopoulos et al, 1988; Lessey,1988a, 1988b y 1989; Brusseau, et al.,1989; Nicoud and Schweich, 1989; Van Dam et al., 1990; Van der Zee,1990; Marzal, 1992; Varela y Carrera,1993; Van Dam et al., 1996; Selim and Amacher, 1997, Persson and Berndtson, 1997, Wang et al., 1998; Tindall et al., 1999, Saaltink et al., 2001, Ayora et al., 2001; Guimaraes, 2002), difiere en tres aspectos fundamentales: a) La forma de acoplar las reacciones químicas y la ecuación de transporte. b) El modelo utilizado para definir el equilibrio de adsorción. c) El método de resolución. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 108 4.1.1. Acoplamiento químico del transporte del soluto De acuerdo a la manera de realizar el acoplamiento entre las reacciones químicas de los solutos y las ecuaciones de transporte es posible diferenciar dos tipos de modelos: 1) Modelos directos. 2) - Modelos secuenciales. 1 - Modelos directos: las reacciones químicas se introducen directamente en la ecuación de transporte, de esta manera el problema se reduce a la solución de una ecuación de transporte para cada soluto o componente químico. Estos modelos engloban en un único sistema de ecuaciones diferenciales todos los fenómenos implicados, de manera que en un sólo paso se determina el transporte de los solutos y la interacción química (sinergia o antagonismos). El conjunto de ecuaciones utilizado depende del tipo de interacciones químicas. Estos modelos son muy específicos para cada problema concreto, tanto en su planteamiento como en el esquema numérico desarrollado. 2 - Modelos secuenciales: las reacciones o relaciones químicas de los diferentes solutos se mantienen separadas de las ecuaciones diferenciales que expresan el balance de materia (ecuaciones de transporte) y la solución se obtiene iterando alternativamente entre los dos sistemas de ecuaciones. Estos modelos presentan como ventaja su versatilidad para el tratamiento de sistemas multisoluto y la posibilidad de utilizar programas de equilibrio químico en sistemas de aguas naturales, como MINEQL (Westall et al., 1976), WATEQF (Plummer et al., 1976), GEOCHEM (Sposito and Mattigod, 1980), MINTEQ (Felmy et al., 1985); PHREEQCI (Parkhust, 1995). Esta opción tiene como desventaja que incrementa el tiempo de cálculo y el equilibrio químico debe establecerse un elevado número de veces. 4.1.2. Definición del equilibrio de adsorción Termodinámicamente, el equilibrio de adsorción fue definido por Karickhoff (1980) como el estado en el cual la concentración de los compuestos (solutos reactivos) en las fases sólidas (matriz del medio poroso adsorbente) y la solución son iguales (fs=fc, siendo f=Fa⋅[Cw], donde Fa es el coeficiente de adsorción (o fugacidad) y [Cw] es la concentración de la fase en solución). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 109 La definición del equilibrio de adsorción, en los diferentes modelos, entre un soluto cualquiera en la solución y el adsorbente (matriz del medio poroso) en unas condiciones fisicoquímicas determinadas, va desde el uso de una isoterma de adsorción lineal, de una isotermas de adsorción no lineal (Langmuir, Freundlich, etc.), hasta los modelos de formación de complejos superficiales (modelo de capacitancia constante, modelo de doble y de triple capa, etc.). Un resumen de los diferentes tipos de isotermas empleados en los diferentes modelos de flujo aparece en Selim and Amacher, (1997). 4.1.3. Método de resolución El método de resolución del flujo y el transporte de solutos puede ser: I) Analítico. II) Numérico. I)- Analítico: la obtención de una solución analítica para el flujo y transporte de un soluto en el medio poroso requiere realizar una serie de simplificaciones, respecto a las propiedades del sistema y de las condiciones de contorno. La realización de estas simplificaciones puede llevar con facilidad a un modelo excesivamente simplificado. Sin embargo, de acuerdo con Latinopoulos et al, (1988) y Tindall et al., (1999) los métodos analíticos presentan ciertas ventajas: - Son útiles en la obtención de una estimación inicial del grado de contaminación de un acuífero. - Son eficientes cuando se dispone de poca información del sistema. - Pueden ser aplicables para verificar la exactitud de los métodos numéricos. - Son útiles en el análisis de los mecanismos que afectan el flujo y transporte de contaminantes en presencia de reacciones o interacciones químicas. En Tindall et al., (1999) se encuentra un resumen de diferentes modelos analíticos utilizados en el flujo en condiciones no saturadas en hidrogeología. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 110 II)- Numérico: en general se utilizan tres tipos de métodos numéricos. El método de las características, de las diferencias finitas y elementos finitos. De acuerdo con Konikow and Mercer (1988), en los medios porosos en los que el flujo y el transporte de solutos está controlado por el flujo convectivo (zonas de alta permeabilidad debido a fracturas, macroporos, puntos de descarga o recarga, zonas de bombeo) la ecuación de transporte se aproxima a una ecuación de tipo hiperbólica, si por el contrario predomina el flujo dispersivo (zonas de baja permeabilidad, áreas estancadas) la ecuación de transporte se aproxima a una ecuación de tipo parabólico. Dentro de un mismo medio poroso se pueden encontrar las dos condiciones. El método de las características: se desarrolló para resolver las ecuaciones hiperbólicas. Este método consiste básicamente en la reducción de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que definen el sistema a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias equivalentes. Las ecuaciones diferenciales ordinarias se resuelven por diferencias finitas, por lo que este método en su esencia es un método de diferencias finitas. Método de las diferencias finitas y de los elementos finitos: en estos métodos, la región de estudio es dividida en celdas o elementos a los que se les asocian los puntos nodales. Los métodos de las diferencias finitas aproximan la primera derivada, tanto espacial como temporal, mediante el cociente de la diferencia en el valor de las variables entre los nodos adyacentes y el intervalo entre dichos nodos. Los métodos de elementos finitos utilizan funciones preestablecidas de las variables dependientes y de los parámetros del modelo para evaluar formulaciones integrales de las ecuaciones diferenciales. La discretización espacial y temporal reduce la resolución de la ecuación diferencial a la resolución simultánea de un sistema de ecuaciones algebraicas. Dicho sistema puede ser resuelto por procedimientos iterativos o por métodos matriciales directos. Los métodos de las diferencias finitas son más sencillos conceptual y matemáticamente. Los métodos de los elementos finitos pueden ser más exactos , pero sobre todo, son más flexibles en la discretización espacial, adaptándose mejor a contornos irregulares (Konikow and Mercer, 1988). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 111 Un amplio resumen de diferentes modelos numéricos para condiciones de flujo y transporte no saturados en hidrogeología puede consultarse en Tindall et al., (1999). Otros modelos sobre el tema pueden verse en Carreras y Galarza, (1993), Samper, (1991, 1993). Para el caso de flujo y transporte de soluto en condiciones saturadas puede consultarse a Selim and Amacher (1997). La elección de un método numérico o analítico dependerá básicamente de las condiciones de flujo y de la complejidad del sistema y de las interacciones químicas existentes. En general los métodos numéricos son más versátiles y pueden proporcionar soluciones fiables en sistemas de elevada complejidad, aunque requieren generalmente gran tiempo de cálculo y se pueden presentar problemas derivados de la dispersión numérica. 4.2. Modelos de equilibrio local La mayoría de los modelos de flujo y transporte de contaminantes establecidos bajo la suposición de equilibrio local han sido desarrollados de acuerdo con la clasificación de Rubin (1983): - Reacciones suficientemente rápidas homogéneas (clase uno). - Reacciones heterogéneas superficiales (clase dos). Sin embargo, no todos los modelos existentes en la bibliografía consultada alcanzan el mismo grado de generalidad en cuanto al grado de representación de las interacciones físicas y químicas que tienen lugar entre el soluto en la solución y el adsorbente. De esta manera aparecen dos grupos de modelos (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997): - Modelos unicomponentes. - Modelos multicomponentes. 4.2.1. Modelos unicomponentes En estos modelos sólo se emplea una ecuación de flujo y transporte, la correspondiente al adsorbato. El equilibrio de adsorción se describe mediante una isoterma que puede ser lineal o no lineal y el acoplamiento entre el equilibrio de adsorción y el transporte se realiza directamente mediante el factor de retardo (R) (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 112 En número de modelos unicomponentes es muy grande y entre ellos los más usados para la simulación del flujo y el transporte de soluto en columnas e encuentran los de Rao, (1974); Rao et al., (1993); Brusseau and Rao, (1989); Brusseau et al., (1989, 1990; 1992); Brusseau (1994); Álvarez et al., (1995, 1999, 2001), donde presenta un modelo de flujo y transporte de solutos que permite realizar simulaciones de ensayos en columnas de un soluto, utilizando los modelos de “dos sitios y dos regiones”. La solución del problema asume isoterma de adsorción lineal y no lineal. Estos modelos son los que describiremos en detalles más adelante. 4.2.2. Modelos multicomponentes En estos modelos el sistema está representado por una ecuación de flujo y transporte para cada soluto existente en la solución acuosa (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997, Guimaraes, 2002). Entre los modelos de multicomponentes desarrollados bajo el esquema matemático directo destacan los modelos de Jennings et al., (1982) y Miller and Benson, (1983). Ambos modelos presentan limitaciones para tratar sistemas de multisolutos y no linealidad de las ecuaciones de transporte. En ambos casos (modelos unicomponentes y multicomponentes) la ecuación general utilizada para describir el flujo y transporte advectivo dispersivo de un soluto en condiciones de equilibrio local es la siguiente, R ∂ 2 Cw ∂C ∂C =D −v w 2 ∂t ∂x ∂x (4.1) donde Cw, es la concentración del soluto en el líquido (ML3), v, es la velocidad de flujo (LT-1), t, es el tiempo (T), D es la dispersión (L2 T-1), x, es la distancia a punto de inyección, R, es el retardo. Para solutos con isoterma de adsorción lineal R se define según la siguiente ecuación (Wang et al., 1998), R = 1 + Kd ρ θ Kd es el coeficiente de reparto o distribución, θ es el contenido volumétrico de agua (L3L-3) y ρ es la densidad seca del suelo o material empleado (ML3). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 113 4.2.3. Aplicabilidad del equilibrio local en el flujo y transporte de solutos La aplicabilidad del equilibrio local para los ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos se ha caracterizado mediante una serie de parámetros adimensionales, seguida de un análisis paramétrico para determinar los valores críticos de los mismos que marcan el límite de aplicabilidad de este criterio. Dichos parámetros adquieren la forma general del número de Damkohler (w). Este número representa la contribución de la cinética al proceso global del transporte de un soluto por el medio poroso. La expresión concreta del número de Damkohler aplicable a cada caso depende del tipo de cinética que se esté considerando. Jennings (1987), estudia la aplicabilidad del equilibrio local con un ensayo de flujo y transporte con una inyección de soluto en forma de pulso. El análisis de los resultados pone de manifiesto la validez del equilibrio local para números de Damkohler superiores a 10. Además, considera el efecto de la dispersión a través del número de Peclet (P). Otros trabajos de aplicabilidad del equilibrio local durante la realización de estudios de flujo y transporte de solutos por el medio poroso considerando el criterio del número de Damkohler se pueden encontrar en Bahr and Rubin (1987), Lessey (1988b y 1989), Brusseau et al., (1989), Wang et al., (1998). Valocchi (1985, 1986), presenta un estudio de flujo y transporte de soluto con inyección en pulso para el que realiza un análisis diferente de la validez de las condiciones de equilibrio. En este caso la validez de la existencia de condiciones de equilibrio se cuantifica a través de los momentos centrales, segundo y tercer momento respectivamente. Estos momentos representan el centro, grado de propagación y asimetría de la curva de paso del soluto por el medio poroso. De acuerdo con los estudios de Jennings (1987), el equilibrio instantáneo en un proceso de flujo y transporte de soluto reactivo por el medio poroso nunca puede ser alcanzado, sin embargo en algunos sistemas el error puede ser pequeño y venir compensado por las ventajas que conlleva aceptar condiciones de equilibrio desde el punto de vista de la formulación matemática y de la determinación de los parámetros. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 114 4.3. Modelos de flujo y transporte con cinética de transferencia de masa En la bibliografía consultada se encuentran diferentes trabajos que incluyen en la ecuación de flujo y transporte un término que representa transferencia de materia por el mecanismo de difusión molecular (Rao, (1974); Van Genuchten and Wierenga, 1976, Rao et al., (1993); Brusseau and Rao, (1989); Brusseau et al., (1989, 1990; 1992); Brusseau (1994); Álvarez et al., (1995, 1999, 2001). El tratamiento de estos sistemas se realiza distinguiendo dos regiones en la fase líquida del sistema: región móvil y región inmóvil. Esto se conoce en la literatura como modelos bicontinuos o modelos de “dos regiones”. Los investigadores Van Eijkeren and Lonch (1984), atendiendo a la división anterior hecha por Van Genuchten and Wierenga, (1976), plantean un modelo en el que distinguen dos regiones en el adsorbente una de ellas se encuentra en equilibrio con la fase acuosa (sitio uno) y otra controlado por la cinética química (sitio dos). Estos modelos son los que se conocen como modelos de “dos sitios”. Nkedi-Kizza et al., (1984), presentan un modelo que reproduce las curvas de ruptura en columnas de intercambio catiónico. En este estudio se incluye la comparación entre el modelo de dos regiones y el de dos sitios. Su conclusión más significativa es que mediante la definición de una serie de parámetros adimensionales se puede demostrar la equivalencia entre estos dos modelos con modelos conceptuales totalmente diferentes. Lassey (1988a) y Van der Zee (1990), presentan una solución analítica para el flujo y transporte unidimensional de solutos. En este trabajo, se pone de manifiesto la equivalencia matemática entre la descripción de la cinética por una transferencia de materia entre dos regiones móviles e inmóviles (modelos de dos regiones) o cuando el proceso es descrito por una cinética química de primer orden (modelos de “dos sitios”). Yang (1988), propone un modelo bidimensional con separación entre fases acuosa móvil e inmóvil y transferencia de materia entre ambas fases, proporcional a la diferencia de concentración entre las mismas. El modelo reproduce el movimiento de solutos en un sistema saturado y no saturado. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 115 Siguiendo este tipo de planteamiento de los modelos de dos sitios y dos regiones, Brusseau et al., (1989), proponen pasar del modelo bicontinuo a un modelo de múltiples regiones. Para ello dividen el medio poroso en cuatro dominios de adsorción, los dos primeros se asocian a la fase acuosa móvil y los dos últimos a la fase acuosa inmóvil. En tres de estos dominios la adsorción se supone está controlada por uno de estos factores: 1- Equilibrio. 2- Cinética química o difusión interna. 3- Difusión en la fase acuosa inmóvil. En el cuarto dominio la adsorción viene controlada por dos factores. 1- Difusión en la fase acuosa inmóvil. 2- Cinética química o difusión interna. Grove and Stollenwerk, (1985) y Nicoud and Schweich, (1989), han desarrollado modelos de flujo y transporte de soluto que incluyen la cinética de transferencia de materia sin considerar la existencia de regiones móviles e inmóviles en la fase acuosa que rellena el medio poroso. 4.3.1. Descripción de los modelos de flujo y transporte de solutos en condiciones de no equilibrio El desarrollo de los modelos de flujo y transporte de solutos reactivos se ha convertido en un tema de gran interés científico en el campo de la hidrogeología, la agricultura y el medio ambiente. Dentro de los modelos de flujo y transporte de solutos reactivos se encuentran los modelos analíticos y los modelos numéricos. En nuestro caso nos centraremos en los modelos numéricos que describen los procesos de flujo y transporte de solutos reactivos en el medio poroso. Específicamente los que reproducen el flujo por el medio poroso en ensayos en columnas de laboratorio. En la actualidad se han desarrollado diferentes tipos de modelos de flujo y transporte que incluyen los procesos de cinética química con transferencia de masa. Entre los modelos más usados para simular el flujo y transporte de solutos en columnas se encuentran los siguientes: �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos - 116 Modelos físicos o “modelos de dos regiones” (two region models) (Van Genuchten and Wierenga, 1976). - Modelos químicos o “modelo de dos sitios” (two site models) (Brusseau and Rao, 1989; Brusseau et al., 1989; Álvarez et al., 1995, 1999, 2001; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). Los modelos antes mencionados han sido desarrollados para condiciones de flujo en medio saturado y no saturado. Los modelos de dos sitios y dos regiones han sido desarrollados para condiciones no saturadas (Skopp et al., 1981, White, 1985, Wagenet and Hutson, 1987; Carsel et al., 1985), estos modelos tienen como particularidad que tienen que resolver las ecuaciones de flujo considerando condiciones de flujo multifase. En el caso de condiciones de flujo saturado, los modelos reproducen los datos experimentales con muy buenos resultados (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Brusseau et al., 1989; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). 4.3.1.1. Modelos químicos o “modelo de dos sitios” (two site models) La formulación conceptual de estos modelos asume que los procesos de sorción ocurren con diferentes intensidades (ratio) entre el soluto y la matriz del medio poroso. Estos modelos fueron desarrollados inicialmente por Selim et al, (1976), y Cameron and Klute, (1977). En estos modelos la complejidad del medio poroso es simplificada asumiendo que en el medio poroso hay dos sitios: primer sitio (S1) donde la sorción tiene lugar instantáneamente y esta en equilibrio y un segundo sitio (S2) donde la sorción tiene lugar más lentamente controlada por la cinética del medio, el equilibrio de adsorción se alcanza más lentamente. En realidad la fracción del medio poroso estudiado que le corresponde a estos dos sitios no se conoce y su separación física - química es prácticamente imposible (Selim and Amacher, 1997). De acuerdo con los trabajos de Brusseau and Rao, (1989) es posible diferenciar en el medio algunos de esos tipos de sitios: I) Sitios de reacción a escala molecular. II) Sitios de diferente grado de accesibilidad (variación en la estructura del medio poroso). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 117 III) Sitios con diferentes fases adsorbentes (materia orgánica, minerales cristalinos y amorfos, partículas coloidales). IV) Sitios con diferentes mecanismos de sorción (depende de la composición de la matriz del medio poroso). Los procesos físico-químicos que controlan la adsorción y desorción de solutos que tienen lugar en el medio poroso pueden ser descritos por dos tipos de reacciones fundamentales: I) en serie y II) en paralelo (Figura 4.1). Modelo en serie Cw K1 S1 k1 S2 k2 Modelo en paralelo S2 k2 Cw K1 S1 k1 Figura 4.1. Representación esquemática de los modelos de dos sitios (Brusseau and Rao, 1989). Sin embargo si en el medio poroso uno de estos dos sitios controla el equilibrio, es imposible diferenciar matemáticamente el concepto de reacción en serie o en paralelo. El equilibrio de sorción se puede describir por dos ecuaciones lineales, S1 = K1Cw = FK d Cw (4.2) S 2 = K 2Cw = (1 − F ) K d Cw (4.3) Los subíndices uno (1) y dos (2) se refieren a los sitios de tipo uno (se ha alcanzado el equilibrio) y de tipo dos (el equilibrio lo controla la cinética de reacción). F: es la fracción del soluto para el que la adsorción ocurre instantáneamente , (1-F) es la adsorción que depende del tiempo como la adsorción por procesos cinéticos, Kd: coeficiente de reparto. La sorción total en el medio se corresponde a la suma de la sorción en los dos sitios. ∂S ∂S 1 ∂S 2 = + ∂t ∂t ∂t (4.4) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 118 Si consideramos que la sorción en el sitio uno (S1), está en equilibrio la sorción total es, ∂Cw ∂S1 = FK d ∂t ∂t (4.5) Si suponemos o asumimos que la sorción en los sitios de tipo dos (S2), es lineal e irreversible, la sorción en este caso está dado por una ecuación de primer orden de la forma, ∂S 2 = k 2 [(1 − F ) K d C w − S 2 ] ∂t (4.6) donde k2 representa el coeficiente de primer orden. La ecuación de flujo que describe el modelo de transporte en el medio poroso considerando los dos componentes de la sorción (S1) en equilibrio y (S2) en cinética, es (Brusseau et al., 1989): (1 + F ρ K d ∂Cw ρ ∂S2 ∂ 2Cw ∂C ) + =D −v w 2 θ ∂t θ ∂t ∂x ∂x ∂S 2 = k 2 [(1 − F ) K d C w − S 2 ] ∂t (4.7) (4.8) si introducimos en las ecuaciones 4.7 y 4.8, la correspondiente expresión adimensional de sus parámetros, Cw1 = Cw Co (4.9) Cw 2 = S2 (1 − F ) K d Co (4.10) T= vt L (4.11) X= x L (4.12) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos P= vL D R = 1+ 119 (4.13) ρ Kd θ (4.14) ρ FK d θ (4.15) β= θ + F ρ K d Rm = θ + ρ Kd R (4.16) w= K 2 (1 − β ) RL v (4.17) Rm = 1 + donde Rm es factor de retardo correspondiente a la región de equilibrio, producto a la adsorción instantánea, ρ, densidad seca de la muestra. Si sustituimos en la ecuación 4.7 y 4.8 obtendremos que, βR ∂Cw1 ∂C 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 + (1 − β ) R w 2 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 ∂T ∂T ∂X P ∂X 2 (1 − β ) R ∂Cw 2 = w(Cw1 − Cw 2 ) − ηCw 2 ∂T (4.18) (4.19) 4.3.1.2. Modelos físicos o “modelos de dos regiones” (two region models) Los primeros trabajos sobre estos modelos de transporte para solutos conservativos son los de Coats and Smith, (1964), siendo aplicados a los solutos no conservativos por Van Genuchten and Wierenga, (1976), posteriormente por Brusseau and Rao, (1989) y más adelante por Álvarez et al., (1995). Estos métodos conceptualmente se basan en que el transporte de soluto en el medio poroso está dividido en dos dominios o regiones, una región donde la fase líquida se mueve y donde el transporte de soluto ocurre por advección-dispersión y una región inmóvil donde las moléculas de solutos se mueven por difusión molecular (gradiente de concentración). Estos modelos asumen que los procesos de no equilibrio son el resultado de los diferentes ratios (velocidad) con que se desarrolla el transporte de solutos a través del medio poroso y que hay una parte de la superficie de la matriz del medio, donde el proceso de reacción del �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 120 soluto con la fase adsorbente es instantáneo. Asociado a esto, está la idea de que sólo los poros grandes o área de porosidad efectiva del medio poroso es la que participa activamente en los procesos de sorción y que los procesos de difusión que continúan removiendo el soluto, son los responsables de la existencia de una gran cola en las curvas de paso de los diferentes solutos que circulan por el medio poroso (Van Genuchten and Wierenga, 1976). La transferencia de soluto entre las dos regiones es tomada de manera proporcional a la diferencia de concentración entre las dos regiones. Las regiones inmóviles actúan como un término fuente - sumidero. Las regiones inmóviles están representadas por la microporosidad, agua estancada, poros mal comunicados (ej. matriz porosa en el medio fracturado), la ley de difusión de Fick es usada para describir la difusión molecular en esas regiones de agua estancada (Van Genuchten and Wierenga, 1976). La ecuación de transporte de soluto para los modelos de dos regiones es la siguiente (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Selim and Amacher, 1997), θm ∂Cwm ∂S ∂C ∂S ∂ 2Cwm ∂C + F ρ m + θ in win + (1 − F ) ρ in = θ m Dm − θ m vm wm (4.20) 2 ∂t ∂t ∂t ∂t ∂x ∂x θ in ∂Cwin ∂S + (1 − F ) ρ in = α (Cwm − Cwin ) ∂t ∂t (4.21) los términos S y Cw representan la concentración del soluto asociado a la fase sólida y líquida respectivamente y los subíndices (m) e (in) se refieren a la fase de la región móvil e inmóvil, α es la dispersividad, F es la fracción en que la adsorción ocurre instantáneamente y θ es contenido volumétrico de agua. Si se considera sorción instantánea, lineal y reversible para las dos regiones se puede escribir que la sorción en ambas regiones es, S m = K d Cwm (4.22) Sin = K d Cwin siendo la sorción total, S = FSm + (1 − F ) Sin (4.23) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 121 Reorganizando las ecuaciones 4.20 y 4.21 resulta que, (θ m + ρ FK d ) ∂Cwm ∂C ∂ 2Cwm ∂C + (θ in + ρ (1 − F ) K d ) win = θ m D − θ m vm wm 2 ∂t ∂t ∂x ∂x (θ in + (1 − F ) ρ K d ) (4.24) ∂Cwin = α (Cwm − Cwin ) ∂t (4.25) si introducimos los siguientes parámetros adimensionales en la ecuación 4.24 y 4.25, Cw1 = Cwm Co (4.126) C2 = C in Co (4.27) φm = θm θ m + θ in (4.28) T= vt v mφ m t = L L (4.29) X= x L (4.30) q = θ m vm (4.31) vm L D (4.32) P= R = 1+ ρ Kd θ Rm = 1 + β= w= F ρ Kd θm θ m + F ρ K d φm Rm = θ + ρ Kd R αL q (4.33) (4.34) (4.35) (4.36) donde φ, es la porosidad si sustituimos obtenemos la misma formulación matemática que la de los modelos de dos sitios ( ecuaciones 4.18 y 4.19), βR ∂Cw1 ∂C 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 + (1 − β ) R w 2 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 ∂T ∂T ∂X P ∂X 2 (4.37) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos (1 − β ) R ∂Cw 2 = w(Cw1 − Cw 2 ) − ηCw 2 ∂T 122 (4.38) 4.4. Estudios de flujo y transporte de soluto en condiciones de no equilibrio Cuando los procesos de adsorción y desorción no ocurren lo suficientemente rápido como para considerarlos instantáneos, estamos en presencia de condiciones de sorción en régimen de no equilibrio y el asumir en estas condiciones el comportamiento lineal de la isoterma de adsorción no es válido (Parker and Jardine, 1986; Selim and Amacher, 1997). La constatación de encontrarnos en condiciones de no equilibrio se puede obtener de los ensayos Batch y de los ensayos de flujo en condiciones de laboratorio. Las principales vías para comprobar si un soluto presenta un radio de adsorción limitado y dependiente de las condiciones físico químicas del medio son: 1) Comprobar la adsorción en función del tiempo para un valor de concentración determinada en ensayos de Batch. 2) Efectuar ensayos de flujo para diferentes velocidades (tiempos de tránsito) en un medio poroso con las características similares. 3) Variar las condiciones físicas del medio como la porosidad (contenido volumétrico de agua, concentración, solución electrolítica). 4) Variación de las condiciones físico-químicas (T, pH, Eh). 5) Realizar ensayos de flujo con interrupción del mismo y posterior reanimación. Cuando se comprueba que el soluto que se estudia presenta adsorción no lineal en los diferentes ensayos, es que este necesita un tiempo de tránsito suficientemente largo como para alcanzar el equilibrio, normalmente esto se puede lograr si se logran realizar los ensayos en condiciones de velocidad de flujo similares a la permeabilidad del medio poroso, aunque en ocasiones esto no es suficiente para alcanzar el equilibrio, pues pueden influir otros factores entre los que se pueden encontrar cambios en las condiciones físico - químicas del medio. En la mayoría de los trabajos con ensayos de flujo en columnas de suelo con compuestos orgánicos e inorgánicos que hemos consultado en las referencias citadas, se observan curvas de llegadas asimétricas y con colas (Brusseau et al., 1993, Sparks, 1995; Condesso, 1996; �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 123 Selim and Amacher, 1997; Wang et al, 1998). En todos los casos los autores coinciden en que las principales causas de este fenómeno lo constituyen: 1- La existencia de condiciones de no equilibrio en el medio poroso (sólido/líquido), debido a los lentos procesos de transferencia de masa entre la fase líquida y la matriz sólida, así como de la histéresis de los procesos de adsorción (Van Genuchten et al., 1977; Parker and Jardine, 1986; Brusseau et al. 1989; Condesso, 1996; Wang et al., 1998). 2- En segundo lugar plantean que para estos solutos, el uso de las isotermas de adsorción lineal no son válidas y que se requiere establecer un modelo cinético de reacción que describa la ley de variación en el tiempo de la relación S vs Cw. Sin embargo debido a la complejidad del fenómeno, de manera general los métodos numéricos utilizan ecuaciones de cinética química básica y la teoría de transferencia de masas controladas por los procesos de difusión molecular. Los modelos cinéticos derivados de estos estudios consideran que el tiempo de adsorción es pequeño en comparación con el tiempo de tránsito del soluto por el medio poroso en condiciones naturales (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Selim and Amacher, 1997). En los apartados anteriores se han analizado los diferentes modelos de flujo y transporte de solutos. En todos ellos se consideran dos partes fundamentales: 1- Las hipótesis admitidas para la descripción del sistema estudiado (modelo conceptual). 2- La formulación matemática del problema de flujo y transporte a resolver. De manera general todos los modelos anteriormente descritos reproducen satisfactoriamente los ensayos experimentales siempre y cuando las condiciones de contorno y el modelo conceptual del proceso coincidan con el del modelo numérico o analítico seleccionado. 4.5. Estimación de los parámetros de los modelos de flujo y transporte de “dos sitios” y “dos regiones”. Significado de estos e influencia sobre las curvas de llegadas de los solutos La solución inversa de la ecuación de flujo y transporte para solutos en medios porosos (suelo, residuos mineros y resinas sintéticas), consiste en el ajuste de los parámetros de la �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 124 formulación del modelo que permite reproducir los resultados experimentales a nivel de campo o laboratorio. En nuestro caso nos centraremos en el análisis de flujo y transporte de solutos en columnas de laboratorio, donde la entrada del soluto al sistema se realiza mediante un pulso (inyección durante un tiempo to) en forma de flujo de pistón. Condiciones de contorno: la solución para las ecuaciones 4.37 y 4.38, se obtiene de acuerdo con las condiciones iniciales y de contorno definidas en Van Genuchten y Waguenet, (1989). Se considera un medio semi-infinito y condiciones de flujo estacionario, mientras que la masa de soluto se introduce como un flujo (Q) de manera continua o por pulso de duración to. - Condiciones iniciales: Cw(x,t)=S1(x,t)=S2(x,t)=0 0≤x<∞, t=0 (8.20) x→∞; t>0 (8.21) - Condiciones de contorno: ∂C w ( x, t ) = 0; ∂x (− D ∂C w vC + vC w ) x = 0 =  o ∂x 0 0〈t ≤ t o t ≥ to (8.23) Del ajuste de los resultados experimentales se extrae información sobre los mecanismos que rigen la interacción del soluto con la matriz del medio poroso para predecir o estimar su comportamiento. Esta modelación posibilita un conocimiento más exhaustivo de los procesos de transferencia de masas y una comprensión del significado de los coeficientes de las ecuaciones (4.37) y (4.38) de una forma más concreta. En este apartado se presenta un estudio de la influencia que puede tener cada valor de estos parámetros sobre la curva de paso del soluto por el medio poroso. En todos los casos se usa una columna de 100 mm de longitud y 10 mm de diámetro. Estimación de los parámetros de los modelos: el hecho de realizar el análisis por separado de cada uno de los parámetros se debe a que la realización simultánea de todos los parámetros no mostraría con claridad el significado físico de estos sobre el flujo y transporte de solutos por el medio poroso y la influencia que tienen sobre la formulación e implementación del modelo. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 125 - El factor de retardo (R): está relacionado con la capacidad de adsorción del soluto. Si dicho soluto no es adsorbido por el suelo (Kd=0) el valor de R es igual a l. Este parámetro se puede obtener a partir de estudios de las isotermas de adsorción. En la Figura 4.2 se observa que, cuando un soluto es retenido (R>1), la aparición del pico de concentración se retrasa y aparece un ensanchamiento de la curva con una gran cola. El valor de R nos indica la posición del centro de la masa para una determinada velocidad del flujo en el medio poroso. Este parámetro es directamente proporcional al coeficiente de reparto Kd. Cw/Co Otros parámetros Parámetros To=1 P=8 β=1 v=8 cm/h Volumen de poros Figura 4.2. Influencia del valor de R en la curva de llegada del soluto. Condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. - El número de Peclet (P): es una medida de la incidencia de la advección frente al flujo dispersivo. Valores altos de este número reflejan poca influencia de la dispersión frente a la advección (flujo de pistón), y valores bajos indican un flujo difusional. La disminución del parámetro de dispersión hidrodinámica (D) acerca el comportamiento al f1ujo de pistón (el valor de P tiende a infinito) (Figura 4.3). El aumento de la componente dispersiva (el valor de P tiende a cero) provoca que algunas partículas de soluto atraviesen más rápidamente el medio poroso, lo que se manifiesta con un frente de llegada o ruptura adelantado y la aparición de colas debido a que la elución se opone a la advección. Cuando el valor de P es bajo, la aparición de las colas en la curva de paso del soluto puede confundirse con el efecto de la difusión. De esto se concluye que cuando se desee desenmascarar el efecto de la difusión en la matriz con la realización de experimentos de flujo y en columnas de materiales porosos los ensayos de flujo y transporte han de realizarse en regímenes de flujo con valores de Peclet �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 126 altos. En la Figura 4.3 se muestra el efecto de este parámetro sobre la curva de llegada para diferentes valores de D. D=0.1 Cw/Co D=1 D=2 D=5 Otros parámetros To=1 R=1.7 β=1 w=1 v=8 cm/h Volumen de poros Figura 4.3. Influencia del valor de D en la curva de llegada del soluto. Simulación en condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. - Velocidad lineal del fluido (v): el efecto de la velocidad lineal del fluido (v) es contrario al dispersivo (Figura 4.4), puesto que se engloba este mismo coeficiente adimensional. A velocidades grandes predomina el flujo advectivo sobre el flujo por difusión. A velocidades pequeñas las curvas de llegada se caracterizan por presentar una gran cola. Cw/Co Otros parámetros Parámetro D=1 β=1 To=1 R=1 Volumen de poros Figura 4.4. Influencia del valor de v en la curva de llegada del soluto. Este caso es un ensayo con equilibrio local. La velocidad (v) en cm/h. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 127 - Número de Damkholer (w): este parámetro da cuenta de la velocidad con la que se alcanza el equilibrio. Su valor varía entre cero a infinito. Si w tiende a infinito el fenómeno de no equilibrio se minimiza, estableciéndose el equilibrio local en el medio poroso estudiado, esto es típico de los procesos de adsorción instantánea. En el modelo de dos sitios, esto indica que el control cinético de los sitios de tipo dos (S2) no es significativo independientemente de la fracción de sitios, debido a que existe una cinética muy rápida. En el modelo de dos regiones, significa que la transferencia de materia entre las dos fracciones de agua es muy elevada. Cuando se produce el efecto de no equilibrio algunas moléculas viajarán más rápido de lo esperado durante el proceso de adsorción (adelantándose el frente de llegada o ruptura de la curva de paso del soluto por el medio poroso) y se desadsorberán con mayor dificultad cuando se produzca la desorción (curvas de llegada asimétricas y aparición de grandes colas) (Figura 4.5). Cw/Co Otros parámetros Curva 1 P=50 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.01 Curva 2 P=50 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.1 Curva 3 P=5 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.01 Curva 4 P=5 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=10 Volumen de poros Figura 4.5. Influencia del valor de w en la curva de llegada del soluto, para diferentes condiciones de no equilibrio. Velocidad de 1 cm/h. -Fracción de sitios en las que se alcanza el equilibrio instantáneamente (β): está relacionado con la fracción de sitios de tipo uno (S1) y tipo dos (S2) que responden a un mecanismo cinético de la fracción de la masa del soluto que experimenta adsorción instantánea y la que depende de las propiedades cinéticas del medio (o en el caso de los modelos de dos regiones está relacionado con la fracción de agua móvil e inmóvil). Su valor varia entre cero y uno (β≤1). Si el valor de β tiende a la unidad, prácticamente todas las moléculas de soluto alcanzarán el equilibrio de adsorción instantáneamente (en el modelo de dos sitios) o prácticamente todo el agua será móvil (en el modelo de dos regiones) y la curva de ruptura no �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 128 estará influenciada por los procesos de no - equilibrio. Si el valor de β es menor que uno (β<1) es indicativo de la existencia de condiciones de no equilibrio. Cuanto menor sea el valor de β mayores serán las condiciones de no equilibrio del soluto que se está estudiando. En este último caso gran cantidad de soluto abandona la columna antes de lo esperado porque no llega a alcanzar el equilibrio de adsorción y por lo tanto no es retenido (independientemente de la forma de su isoterma de adsorción). Por otra parte, la desorción también está afectada por las condiciones de no equilibrio y aparecen pronunciadas colas. En la Figura 4.6, se puede apreciar como cuanto mayor es β la forma de la curva es más centrada con menor cola y un mayor valor máximo de la relación Cw/Co. Este parámetro está fuertemente afectado por los procesos de adsorción, degradación y precipitación de los solutos. En presencia de degradación de los solutos el valor de β tiende a disminuir. Otros parámetros Cw/Co P=15 To=2 R=1.7 w=1 Volumen de poros Figura 4.6. Influencia del valor de β en la curva de llegada del soluto. Velocidad 1 cm/h y concentración constante para todos los casos. - La concentración (Cw): otro punto importante es la influencia del rango de la concentración inicial en el comportamiento de la sorción. Por una solución muy concentrada en determinado soluto, Kf→0 y R→1, el comportamiento del soluto se aproximará a un soluto ideal. Esto implica, que cerca de la fuente de contaminación, donde normalmente aparecen las concentraciones mayores de contaminante, un soluto adsorbido puede comportarse como un soluto conservativo y no reactivo, aumentado el riesgo de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. En la Figura 4.7 se puede apreciar la influencia de la �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 129 concentración del soluto sobre la curva de llegada. Obsérvese que en estas condiciones de no equilibrio, para mayores concentraciones la curva de llegada es más simétrica. Otros parámetros Cw/Co P=80 To=1 Kf=0.1 Volumen de poros Figura 4.7. Influencia de la concentración sobre la curva de llegada del soluto. En la literatura consultada y en las simulaciones realizadas se ha comprobado que el resultado de la formulación matemática de estos dos modelos es muy sensible al parámetro β, siguiendo en sensibilidad los parámetros R, D, w y v. La forma de las curvas varía en todos los casos, especialmente para los parámetros, β, R, D y w, lo que advierte de la posibilidad que pequeñas desviaciones en un parámetro puedan ser compensadas con las modificaciones en los otros. Por tanto, para tener una idea del tiempo en que ocurre la adsorción y de los mecanismos o variables que pueden afectarlos es de extraordinaria importancia tener un conocimiento de las propiedades cinéticas, de adsorción y desorción del soluto que se esté analizando. De todo esto se concluye que el efecto de diferentes variables como la isoterma de adsorción no lineal, el valor Kd y n (exponente del modelo de adsorción de Freundlich), el factor de retardo (R), la concentración de soluto inicial (Cw), la velocidad del flujo (v), deben tenerse en cuenta cuando se estudia y predice el comportamiento de solutos en condiciones de laboratorio y en medios naturales. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 131 Capítulo 5. HIDROLOGÍA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA 5.1. Introducción La contaminación de las aguas superficiales y subterráneas debido a los residuos mineros y metalúrgicos constituye un serio problema en diferentes regiones del mundo donde se realiza la explotación de depósitos minerales. En el capítulo se realiza una valoración de las características hidrogeológicas del municipio de Moa, con el objetivo de evaluar la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas debido a la actividad minera y metalúrgica y establecer las principales causas, condiciones y factores que influyen en el flujo y transporte de los contaminantes. Para el estudio de las aguas superficiales se ha seleccionado un sector de las cuencas hidrográficas del Río Moa y el Yagrumaje, pues sus cuencas hidrográficas son las áreas que mejor representan en el territorio las afectaciones medioambientales de la minería por el método de explotación a cielo abierto y el efecto del vertido de los residuos líquidos de las actividades metalúrgicas. El estudio de la hidrogeología subterránea se realiza en el acuífero aluvial ubicado en la terraza del río Moa y el de las rocas ultramáficas, con énfasis en el acuífero aluvial ya que presenta los mayores problemas de contaminación en el municipio de Moa. 5.2. Hidrología superficial La red hidrográfica del municipio Moa es muy densa. Según el trabajo de Batista, (1987) presenta una densidad con valores entre 1.5 y 2 km de río por km2, lo que es un indicativo de una importante escorrentía superficial y está caracterizada por una gran cantidad de ríos y arroyos permanentes durante todo el año (Figura 5.1). La dirección predominante del flujo es de Sur-Norte, aunque al sur del área existen diferentes ríos y arroyos que corren con dirección NW-SE. El río Cabañas es el único que presenta una dirección de flujo diferente al circular por una fractura con dirección SW-NE. La variación local en la dirección del flujo de las aguas superficiales está controlada por las fracturas tectónicas del territorio. De acuerdo a la extensión superficial de las cuencas hidrográficas los ríos más importantes son el río Moa, �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 132 con un área de 156 km2 y los ríos Cayo Guam, Cabañas, Quesigua, Yamanigüey y Punta Gorda con cuencas hidrográficas muy inferiores, pues ninguna supera los 100 km2. El área de este estudio se sitúa en la cuenca hidrográfica del río Moa y sus afluentes. La longitud del cauce del río Moa es de 46 km. El nivel topográfico del cauce del río Moa desciende unos 300 m dentro del municipio Moa, de acuerdo con el mapa topográfico 1:50.000 de la República de Cuba (Instituto Cubano de Geodesia y Cartografía (I.C.G.C)). Su cauce fluye por una profunda garganta siguiendo una falla de dirección SW-NE. Sus principales afluentes son el río Calentura en las inmediaciones y el Cabaña en su desembocadura y de menor importancia los arroyos La Veguita, Arroyón, Los Lirios. La escorrentía superficial en el sur del área está regulada por la presa Nuevo Mundo con una altura de 85 m. Existe otra minipresa de agua entre el río Moa y el Cabañas que se usa para almacenamiento de agua para la industria metalúrgica del proceso de lixiviación ácida (SAL). Sólo se dispone de los aforos realizados en el río Moa durante el período 1968-1977. A partir de estos datos se ha establecido que los caudal oscila entre 1.8 y 4.9 m3/s, siendo el caudal medio para este período de 4 m3/s (Villamil y Carreras, 1989). 5.2.1. Características físico-químicas de las aguas superficiales En este apartado se muestran los datos de la campaña de muestreo realizada en el área de estudio en noviembre de 1996 (Figura 5.2). El área muestreada de las aguas superficiales es mucho más extensa que la de las aguas subterráneas, con el objetivo de estudiar el impacto ambiental de las diferentes actividades mineras y metalúrgicas sobre las masas de aguas superficiales. A continuación analizaremos las principales características físicas y químicas de las aguas superficiales. Los datos físico-químicos de las diferentes muestras de aguas superficiales se encuentran en el Anejo I. Turbidez: es algo elevada en aquellos puntos (18, 19, 20, 24, 29 y 34) afectados por los procesos erosivos con valores entre 18 y 32 ppm de SiO2. En las épocas de lluvia se han llegado a registrar valores de 53 ppm de SiO2 (INRH, 1986a). Conductividad: las aguas superficiales no contaminadas presentan un valor de conductividad bajo entre 90 y 200 µS/cm, incrementando su valor en la medida que los puntos de muestreo �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 133 se encuentran en las áreas afectadas por los vertidos de las áreas mineras, de las aguas residuales y los drenajes de las presas de residuo. Figura 5.1. Red hidrográfica del municipio de Moa. pH: los valores para las diversas muestras no afectadas por los vertidos de las aguas residuales oscilan entre 6.7 y 8.2. El pH de 2.8 en el punto 32 río Cabañas se debe a los vertidos de las aguas residuales (punto 33) y de 4.2 en el punto 34, desembocadura del río Moa, se debe al drenaje de las presas de residuo (punto 31) y al aporte de aguas ácidas del río Cabañas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 134 Dureza: la dureza es muy baja y debida fundamentalmente a la presencia del magnesio con valores de 0.9-1.4 meq/L. El valor de la dureza se incrementa a medida que nos acercamos a la costa. Oxígeno disuelto: es superior a 6,5 mg/L en las aguas superficiales no contaminadas. En los puntos 32 y 34 del río Cabañas y del Moa respectivamente, el contenido de oxígeno es menor de 2 mg/L. Demanda química de oxígeno (DQO): es elevada en los puntos del Río Yagrumage y el arroyo La Vaca, siendo en este último superior a 10 mg/L (punto 26), lo que denota la existencia de materiales oxidables (materia orgánica o metales). Esta DQO se produce debido al arrastre de material rocoso erosionado en el área de la mina a cielo abierto. Figura 5.2. Puntos de muestreo (Noviembre de 1996). Aguas superficiales y residuales de los procesos metalúrgicos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 135 Total de sales disueltas (TSD): el contenido de sales disueltas en las aguas superficiales no contaminadas es muy bajo, incrementando su valor en la medida que las aguas pasan por las áreas mineras. En las áreas mineras los procesos erosivos aportan gran cantidad de sólidos en disolución y en suspensión. Magnesio (Mg): presenta concentraciones generalmente inferiores a los 10 mg/L. En las aguas superficiales afectadas por los vertidos de aguas residuales y el aporte del drenaje de las presas de residuos la concentración puede llegar hasta 20 mg/L. Calcio (Ca): el origen del calcio está asociado a la disolución de los carbonatos que desarrollan las aguas superficiales y al aporte de las aguas subterráneas que drenan a las aguas superficiales. Sodio (Na): su origen se debe fundamentalmente a las precipitaciones atmosféricas. Este elemento sufre un proceso de concentración debido a la intensidad de los procesos de evaporación. Potasio (K): la concentración de este elemento en las aguas es muy pequeña y la fuente principal de su origen son las precipitaciones atmosféricas. Sulfatos (SO4): en las aguas superficiales no contaminadas su concentración es muy baja, inferior a los 15 mg/L. El sulfato de las aguas superficiales al sur del área procede fundamentalmente de las precipitaciones atmosféricas. En la desembocadura del río Cabañas (punto 32) se debe fundamentalmente al vertido del agua residual de la planta de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y en el punto 34 (río Moa) se debe al aporte del río Cabaña y al drenaje de la presa de residuos del proceso SAL (punto 31). En los puntos del río Moa y el Cabañas afectados por los vertidos mineros y el drenaje de las presas de residuos esta concentración alcanza hasta 66 mg/L. Bicarbonato (HCO3): procede de la hidrólisis de los silicatos de las rocas ultramáficas ayudado por el CO2 que acompaña las aguas meteóricas, además de la incorporación del CO2 atmosférico. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 136 Sílice (SiO2): la sílice es el resultado de los procesos de disolución a que están sometidas las rocas ultramáficas y a la descarga de las aguas subterráneas. Cloruro (Cl): el origen del ión cloruro está asociado a las precipitaciones atmosféricas, la concentración oscila entre 14 y 18 mg/L y en los puntos afectados por la actividad minera (27 y 32) puede llegar a 30 mg/L. Nitrato (NO3): en las aguas no contaminadas se han encontrado valores inferiores a los 4 mg/L, solamente en los puntos afectados por los procesos erosivos en las áreas mineras (26, 29 y 34) presentan concentraciones ligeramente superiores a 10 mg/L. El origen del nitrato es debido al aporte del suelo, aunque puede existir una posible influencia de las emanaciones gaseosas de las plantas metalúrgicas. De acuerdo a la concentración de las especies mayoritarias las aguas superficiales no contaminadas se clasifican como bicarbonatadas magnésicas, las contaminadas (puntos 32 y 34) se clasifican como sulfatadas magnésicas (Figura 5.3). Ambas se clasifican además como aguas de muy baja alcalinidad. Figura 5.3. Diagramas de Stiff modificados. Aguas superficiales de los ríos Moa, Yagrumaje y Cabañas y de dos manantiales (puntos 22 y 25) en las rocas ultramáficas (Noviembre de 1996). Según el total de sales disueltas (TSD) y el residuo seco (RS) se clasifican como aguas dulces de muy baja mineralización. En cuanto a la dureza, son aguas blandas y muy turbias las de los puntos 18, 19, 20, 24, 27, 29, 32 y 34, mientras que los puntos 21, 23 y 26 son algo turbias. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 137 Foto 5.1. Vertido de los residuos sólidos en la presa de residuo del procesos de lixiviación con ácido sulfúrico (punto 28, Figura 5.4). 5.2.2. Análisis de la contaminación de las aguas superficiales por los residuos mineros En las aguas superficiales del río Moa, Cabaña y Yagrumaje, se detectan concentraciones de metales y sulfatos muy superiores a las detectadas en estas aguas antes del inicio de las actividades de minería a cielo abierto y de los procesos metalúrgicos. En este apartado analizaremos la contaminación de las aguas como consecuencia de las actividades minerometalúrgicas. Respecto a los contaminantes, interesa destacar especialmente las concentraciones de Cr, Mn, Ni, Fe, SO4 y Mg, dada su asociación con la mineralización de los residuos y la geología de la zona. La concentración de los diferentes metales en los distintos puntos de muestreo se presentan en la Figura 5.4, conjuntamente con ellos se ha representado la concentración de dos manantiales muestreados en las rocas ultramáficas que permite comparar el incremento de la concentración en metales de esta agua con relación al fondo geoquímico de las aguas subterráneas. Níquel (Ni): en las aguas no afectadas por los vertidos mineros se pueden encontrar concentraciones muy variables, entre 0.005 y 0.51 mg/L. En las aguas superficiales contaminadas (puntos 24, 27, 34) pueden llegar a valores de 3.5 mg/L. Cobalto (Co): en las aguas no contaminadas su concentración oscila entre 0.003 y 0.005 mg/L; las aguas contaminadas pueden alcanzar concentraciones de hasta 3.2 mg/L. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 138 Manganeso (Mn): presenta un amplio rango de concentración, entre 0.09 a 3.2 mg/L. Los puntos con valores mayores de 1 mg/L son los afectados por los vertidos de las actividades metalúrgicas y los procesos erosivos de las áreas mineras (puntos 20, 27, 32 y 34). Su origen en las aguas superficiales se debe al manganeso amorfo presente en el corte laterítico y los escombros de la mina a cielo abierto. Aguas residuales Residuos sólidos Foto 5.2. Vertido de las aguas residuales y los residuos sólidos en la presa de residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (punto 30). Hierro (Fe): en las aguas superficiales que circulan por las rocas ultramáficas la concentración de Fe2+ presenta un valor cercano a 0.1 mg/L y la del Fe3+ entre 0.15 y 1.5 mg/L en los ríos de las áreas no afectadas por la minería (para pH entre 7.1 y 7.4). En las zonas contaminadas (puntos 20,32, 34) es superior a los 2 mg/L. Cobre (Cu): para las aguas no contaminadas por los vertidos de aguas residuales su concentración se sitúa entre 0.002 a 0.006 mg/L, en las aguas contaminadas se encuentra en concentraciones cercanas a 1.2 mg/L (puntos 20, 32, 34). Aluminio (Al): aparece en concentraciones entre 0.05-0.18 mg/L y su concentración se incrementa a medida que nos acercamos a la costa. La principal fuente de contaminación son los vertidos de las aguas residuales del proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (punto 33). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 139 Figura 5.4. Concentración de los diferentes metales en las aguas superficiales y dos manantiales de los existentes en las rocas ultramáficas (puntos 22 y 25) (Noviembre de 1996). En las aguas superficiales se aprecia un incremento en la concentración de los diferentes elementos contaminantes y sales solubles a medida que nos acercamos a la costa. Si se analiza la evolución de la concentración de contaminantes en el río Moa a lo largo del tiempo (punto 34, Figura 5.5), se aprecia un deterioro de la calidad de las aguas. La mayor concentración de metales y sulfatos se detecta en la última década, donde la concentración del Mn, Fe y sulfato se ha incrementado en un orden de magnitud. Este incremento puede ser el resultado del aumento de la actividad minero-metalúrgica. En 1986 entró en producción una nueva fábrica, basada en el proceso metalúrgico de lixiviación por carbonato amoniacal (ACL). Esta industria explota un nuevo yacimiento que ha originado la deforestación de unas 30 ha anuales y un incremento de 1200 toneladas diarias en el volumen de residuos generados por esta actividad. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 140 1.E+03 1963 1975 1986 1996 Concentración (mg/L) Aguas superficiales río Moa 1.E+01 1.E-01 1.E-03 SO4 Ni CrVI Mn Fetotal Figura 5.5. Evolución de la contaminación en las aguas superficiales del río Moa, punto 34, Figura 5.4 (datos del INRH) 5.2.3. Calidad de las aguas superficiales La calidad de las aguas superficiales está determinada por cuatro grupos de características: químicas y físicas, bacteriológicas, biológicas y radiactivas. De acuerdo a su composición química las aguas superficiales no contaminadas (punto 21, 23 y 24) se clasifican como potables, mientras que las aguas afectadas por los vertidos mineros (puntos 32, 34) se clasifican como no aptas para el consumo, debido a su concentración en metales pesados y bajo pH. Por su turbidez los puntos 19, 20, 24, 29, 32, 34 superan el valor máximo permitido para ser utilizadas como agua potable, que es de 25 ppm de SiO2. Las normas de potabilidad de la Organización Mundial de la Salud (O.M.S) consideran que una DQO>6 mg/L, constituye un indicador de contaminación en el agua analizada. Considerando este criterio el agua del arroyo La Vaca, punto 26 está muy contaminada (Anejo I, Tabla A1.9). De manera general se puede comprobar que prácticamente las aguas superficiales de la región analizada no cumplen los requisitos de agua potable al menos para la fecha y las condiciones en que se ha realizado este muestreo. 5.3. Hidrología subterránea En este capítulo se presentan en primer lugar las diferentes unidades acuíferas existentes en el territorio, sus principales características y funcionamiento hidrogeológico. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 141 Desde el punto de vista hidrogeológico, el municipio minero de Moa se encuentra en el sistema acuífero del macizo ofiolítico. En el sistema se diferencian las siguientes unidades hidrogeológicas (Adamovich y Chejovich, 1968, Terrero, 1986, De Miguel, 1998a) (Figura 5.6). I) Acuífero aluvial, representado por la Formación Río Macio. II) Acuífero de las rocas vulcano-sedimentarias, representado por la Formación Quiviján y Sabaneta. III) Acuífero de las rocas ultramáficas (peridotitas, harzburgitas serpentinizadas y gabros) IV) Acuífero representado por la Formación Punta Gorda. Los trabajos ejecutados en la zona presentan en su mayoría un carácter regional y general; en ellos se trata fundamentalmente la composición de las aguas, con fines de determinar su calidad y cantidad, para el abastecimiento de la población y la industria. De los acuíferos, los más estudiados son el acuífero aluvial en primer lugar (INRH, 1983, 1986; Terrero, 1986; Proenza et al., 1994; De Miguel, 1993, 1996, 1998a, 1998b) y las rocas ultramáficas en segundo lugar (Adamovich y Chejovich, 1968, Buguelsky y Formell, 1967, 1973a y 1973b; Trutie, 1988; De Miguel, 1998, Toirac, 1997). En nuestro trabajo, el estudio hidrogeológico se centra en la cuenca hidrográfica del río Moa, con énfasis en el acuífero aluvial ubicado en la terraza aluvial del río Moa (Figura 5.7). 5.3.1. Inventario de puntos de agua En el área se han inventariado, pozos, piezómetros y manantiales con una distribución muy irregular (Figura.5.6). Hay que señalar además, que el número de perforaciones, pozos criollos y pozos en áreas mineras ejecutados son aproximadamente de unos 9 por hectárea de yacimiento de níquel y cobalto explotado, pero son pozos que se caracterizan por ser de muy poca profundidad y pocos alcanzan los 50 m (INRH, 1986) (Anejo I). En realidad, el conjunto de pozos perforados en el municipio de Moa con fines hidrogeológicos no supera ninguno la profundidad de los 50 m, aspecto este que dificulta el establecimiento de los límites de las diferentes unidades acuíferas en profundidad. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 142 9 Figura 5.6A. Materiales geológicos constituyentes del sistema acuífero y situación de los puntos agua (INRH, 1983). 1) Sedimentos Aluviales (Formación Río Macio), 2) Gabros del complejo ofiolítico, 3) Formación Quiviján y 4) Formación Sabaneta, 5) Ultramáficas, 6) Formación Punta Gorda, 7) Ríos, 8) Fallas y 9) Punto de agua. En el recuadro se presenta en la Figura 5.6B. 5.3.2. Acuífero de las rocas ultramáficas El estudio de las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas se ha desarrollado fundamentalmente mediante el muestreo de manantiales y pozos mineros. Los diversos trabajos realizados en el área (Kudelasek y Zamarsky, 1971; Buguelsky y Formell, 1967, 1973a, 1973b; INRH, 1986, Trutie, 1988) se han centrado en estudiar los mecanismos hidrogeoquímicos que han dado lugar al desarrollo de los yacimientos lateríticos, la composición química del agua y control de la evolución piezométrica, ensayos de bombeo e inyección o vertimiento en pozos y evaluación de la calidad de las aguas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 143 Figura 5.6B. Esquema de las unidades acuíferas de un sector del municipio de Moa marcado en la Figura 6.A. 1-Presas de residuos, 2- Acuífero aluvial, 3-Barrera coralina, 4- Área de afloramiento de lateritas, 5- Acuífero rocas ultramáficas, 6- Nivel del agua y 7- Dirección del flujo subterráneo. 5.3.2.1. Características geométricas El acuífero de las rocas ultramáficas ocupa más del 60% del área de estudio (INRH, 1983). La potencia de los materiales ultramáficos es variable y se le atribuyen espesores superiores a los mil metros. Los límites se toman convencionalmente como la divisoria de las aguas de las diferentes corrientes de aguas superficiales al sur, este y oeste, mientras que al norte se toma el Océano Atlántico, donde se desarrollan las zonas pantanosas como resultado de la descarga de las aguas subterráneas. En el área de estudio, los límites laterales que se asumen convencionalmente están representados por las cuencas hidrográficas de los ríos Moa, Cabañas, Yagrumaje, Cayo Guam, etc. No es posible definir un límite en profundidad, pues en realidad se desconoce el corte geológico y el espesor saturado, según los estudios del INRH, (1983) puede estar entre los 90 y los 600 m. Sobre un área aproximada del 25-30% de la superficie se desarrolla la corteza laterítica con un espesor variable entre los 5 y los 30 m, siendo la media de 10 m (Lavaut, 1998). El flujo del agua en la corteza laterítica es a través del medio poroso granular y en las rocas ultramáficas a través de un medio fracturado. En nuestro estudio nos centraremos en la cuenca hidrográfica del río Moa y sus afluentes. 5.3.2.2. Superficie piezométrica �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 144 La información existente sobre el estudio y evolución de los niveles piezométricos en los acuíferos de la región es escasa. En realidad solamente existe un estudio donde se ha confeccionado un mapa piezométrico para un sector de la región (INRH, 1983). A escala regional la superficie freática del acuífero de las rocas ultramáficas reproduce prácticamente la topografía del terreno. La conexión río-acuífero en el área se caracteriza por la presencia de ríos efluentes. En el mapa piezométrico se observa la presencia de varios domos piezométricos indicativos de la presencia de una divisoria de las aguas (Figura 5.7). De acuerdo con los estudios del INRH, (1983, 1986) y Trutie (1988), la variación estacional de las condiciones climáticas modifica poco la dirección del flujo regional debido a que en el área de las rocas ultramáficas no se efectúa prácticamente ninguna extracción de agua subterránea. En la Figura 5.8, se aprecia la variación de los niveles piezométricos en dos pozos situados en la corteza laterítica y en las rocas ultramáficas. Se puede comprobar que las fluctuaciones de los niveles piezométricos del pozo ubicado en la corteza laterítica son mucho menores que las que se producen en el pozo que está situado en rocas ultramáficas al sur del área. En el caso de las lateritas las fluctuaciones son inferiores a los 5 m. Ambos registran los mayores descensos en los meses más secos del año (julio y agosto). 5.3.2.3. Parámetros hidráulicos La caracterización de los parámetros hidráulicos de las ultramáficas se realizó fundamentalmente a partir de los trabajos de Adamovich y Chejovich, (1964), Terrero, (1986) y Trutié, (1988). De acuerdo con estos resultados la porosidad de las rocas ultramáficas se debe a la fracturación y se estima entre un 3 y 10%, la permeabilidad (k) oscila entre 3-20 m/día, y la transmisividad (T) entre 30-840 m2/día. El gradiente hidráulico (i) se encuentra entre 0.036-0.089, encontrándose los mayores valores del gradiente hidráulico en el área de la cuenca hidrográfica del Río Moa. La dirección predominante del flujo es SE-NW, estando los cambios de la dirección del flujo condicionados por la tectónica del territorio (Trutie, 1988). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea Pantanos 145 Aluvial Presa de residuos Ultrabasitas a) Isopiezas y b) dirección del flujo Figura 5.7. Mapa piezométrico de un sector del Municipio de Moa (INRH, 1983). El recuadro indica el sector del acuífero aluvial estudiado (ver Figura 5.10) 85 Niveles piezométricos (m) Niveles piezométricos pozo 86, en ultrabasitas Niveles piezométricos pozo 63, en laterítas 80 75 70 65 60 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.8. Oscilaciones piezométricas para el año 1987 en el acuífero de las rocas ultramáficas. Pozo 86 en ultramáficas y pozo 63 lateritas (Trutie, 1988 ). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 146 La parte superior de la corteza laterítica presenta una porosidad entre 20-60%, con un espesor saturado entre 5-15 m. La permeabilidad (k) es mucho menor y varía entre 0.15-5.6 m/día, mientras que la transmisividad (T) oscila entre 0.13 y 4.2 m2/día y el gradiente hidráulico entre 0.01 y 0.02 (Trutie, 1988, De Miguel, 1998a). 5.3.3. Acuífero aluvial Este acuífero se corresponde geológicamente con La Formación Río Macio de edad Eoceno, ubicada en las terrazas del río Moa y compuesta por los depósitos aluviales que conforman la terraza aluvial. Los diferentes estudios hidrogeológicos efectuados (INRH, 1983, 1986) se centran en un área muy concreta al sur de la terraza del río Moa donde se realiza la extracción de agua para el abastecimiento de la población de Moa. En los materiales geológicos que forman el acuífero es posible diferenciar distintas capas de gravas, limos y arcillas de diferentes espesores (Figura 5.9). Las fases minerales que forman el material aluvial son goethita y hematita, y en menor medida gibbsita, serpentinita y minerales arcillosos como la montmorillonita y la saponita (INRH, 1986). En la capa superior del aluvial se encuentran contenidos de materia orgánica que pueden llegar al 1.5% en peso. Estos materiales se describen con mayor detalle en apartado de geología del Capítulo 1. 5.3.3.1. Características geométricas El acuífero aluvial se localiza en las terrazas del río Moa y ocupa un área superficial de 10 km2. Los límites laterales se corresponden al este con el área de afloramiento de la Formación Punta Gorda, al oeste y al sur con el contacto de las rocas ultramáficas, y al norte el Océano Atlántico. Está prácticamente aceptado que las rocas ultramáficas actúan como límite inferior, sobre el que se encuentran los materiales sedimentarios que conforman el acuífero aluvial. Como límite superior se encuentra una capa de arcilla y limos de una potencia media de 4 m. El espesor saturado de este acuífero es de 12 a 35 m, incrementando su espesor hacia la costa (INRH, 1983). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 147 Ultramáficas Figura 5.9. Mapa geológico con la ubicación de la terraza aluvial del río Moa y perfil geológico (INRH, 1983). El recuadro aparece dibujado en la Figura 5.10. 5.3.3.2. Superficie piezométrica En el acuífero aluvial el flujo es predominantemente SE-NW y las isopiezas reproducen la topografía del terreno. Se puede apreciar en la Figura 5.10 que en los mapas piezométricos para distintos períodos de tiempo se mantiene una distribución similar de las isopiezas, con la única modificación significativa provocada por los bombeos en el sector sur del acuífero. Como se puede ver en la Figura 5.10B, en este sector del acuífero aluvial la variación del flujo regional (SE-NW) está condicionada por la afección al río Moa producida por los bombeos y el flujo provocado por la variación del nivel debida a la recarga de la presa de residuos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 148 Figura 5.10. Superficie piezométrica del acuífero aluvial. A) Noviembre de 1983 (INRH). B) Noviembre de 1996. La situación de esta área aparece en el recuadro de la Figura 5.9. En esta área los descensos oscilan entre 2-3 m y ocasionalmente pueden llegar a 5 m (Figura 5.11). Al igual que en las rocas ultramáficas, el nivel del aluvial está condicionado por la variabilidad temporal de las precipitaciones; en el sector sur la variación está condicionada en mayor medida por los bombeos realizados para el abastecimiento de la población e industria, que provocan un pequeño cono de depresión. El bombeo para el abastecimiento se realiza en los pozos 1, 2, 3 y11. 10 Niveles piezométricos (m) Niveles año 1978 en Pozo 7 acuífero aluvial 8 6 4 2 0 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.11. Evolución piezométrica durante el año 1978 (INRH, 1983) del pozo 7 acuífero aluvial (ver Figura 5.10). 5.3.3.3. Parámetros hidráulicos Los parámetros hidráulicos del acuífero aluvial proceden de ensayos de bombeo realizados en noviembre de 1986 por el INRH en la terrazas del río Moa (Tabla 5.1). Se estima que el valor �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 149 de la permeabilidad del acuífero aluvial oscila entre 28 y 134 m/día, la porosidad total entre 15 y 30 % y el gradiente hidráulico entre 0.002-0.026. Tabla 5.1. Principales características hidrogeológicas de las diferentes unidades acuíferas presentes en el área de estudio. Acuífero Símbolo Aluvial Capa de arcilla Aluvial Permeabilidad (m/día) k 2 Transmisividad (m /día) T Gradiente i Porosidad (%) η Espesor saturado (m) b Niveles piezométricos (m) respecto a metros sobre el nivel del mar Referencias 0.14-0.15 0.12-0.13 35-50 Rocas ultramáficas Ultramáfica Laterita s s 28-134 3-20 0.15-5.6 700-3350 30-840 0.13-4.2 0.0210.036-0.089 0.01-0.02 0.026 15-30 3-10 20-60 12-35 90-600 1.5-20 1.5-4.9 2-13.7 2.82-13 INRH, (1986) Trutie, (1988) 5.3.4. Funcionamiento hidrogeológico 5.3.4.1. Recarga La recarga del sistema compuesto por el acuífero de las rocas ultramáficas y el aluvial es debido a la infiltración de las aguas meteóricas y se estima un valor medio entre 400 y 450 mm/año (Rodríguez et al, 1998) considerando un período de estudio de 10 años y de acuerdo al método de balance de cloruros. Además, existe una pequeña recarga inducida en el acuífero aluvial provocada por las presas de residuos metalúrgicos y los recursos atraídos del río Moa, en la zona de bombeo. En la Figura 5.12, se representan las distribuciones de las precipitaciones mensuales para el año 1987 en los tres pluviómetros existentes en el área de estudio y la variación de los niveles piezométricos en dos pozos, en las rocas ultramáficas y en la corteza laterítica. Se observa que la variación mensual de los niveles piezométricos está estrechamente relacionada con la variación y distribución de las precipitaciones mensuales. 5.3.4.2. Descarga �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 150 Las descargas del sistema hidrogeológico formado por el acuífero de las rocas ultramáficas y el acuífero aluvial se produce a través de una serie de manantiales que drenan a las aguas superficiales (Río Moa, Cabaña y los arroyos Los Lirios y La Vaca), los pantanos de la costa norte, drenaje subterráneo al mar (Figura 5.7, 5.10 y 5.13) y las salidas por bombeo. 400 Precipitación (mm) Pluviómetro Moa Pluviómetro Calentura 300 Pluviómetro Arroyo Bueno 200 100 0 E F M A M J J A S O N D Meses 85 Niveles piezométricos (m) Niveles piezométricos pozo 86, en ultrabasitas Niveles piezométricos pozo 63, en laterítas 80 75 70 65 60 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.12. Relación entre la variación de los niveles piezométricos y la distribución de las precipitaciones en el área de estudio en 1987. A) Precipitaciones en los tres pluviómetros del área de estudio (INRH, 1986a, 1986b). B) Niveles piezométricos en las ultramáficas y lateritas (Trutie, 1988). 5.3.4.3. Balance El balance que presentamos a continuación fue realizado para todo el acuífero aluvial por el INRH, (1988). Para la determinación del mismo consideraron diferentes hipótesis. Los límites laterales convencionalmente tomados fueron al este la formación Punta Gorda y al oeste y al sur las rocas ultramáficas, mientras que al norte se estableció la línea de costa con el Océano Atlántico. El área de descarga del acuífero aluvial al mar se consideró de 12 km de longitud y �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 151 con un espesor saturado medio de 25 m. La lluvia útil para un periodo de 10 años es de 400 mm/año. La longitud de recarga del río al acuífero en el área afectada por los bombeos es de 500 m. La permeabilidad media del acuífero aluvial de 75 m/día, el gradiente hidráulico de 0.026 y la porosidad del 25%. El área de las presas de residuos es de 6 km2 y la permeabilidad saturada de la presa de residuos de 1x10-8 m/s. Por otra parte, el espesor medio saturado en el interior de las presas fue de 4 m y la porosidad media del 63%. Las extracciones por bombeo estimadas fueron de 8 hm3 al año y unas variaciones del almacenamiento ∆R = ±6 hm3 . Considerando los valores anteriormente indicados obtuvieron el balance para el acuífero aluvial que se muestra en la Figura 5.13, correspondiente a un año medio. Recarga presa de residuos y de agua 1 hm3 Recarga acuífero ultrabasitas 22 hm3 Recarga inducida del Río Moa 3 hm3 Recarga de la Lluvia 4 hm3 Entradas Acuífero aluvial 62 hm3±∆R=0 Salidas Extracciones por bombeo 8 hm3 Descarga al Mar, al río Moa y los pantanos 22 hm3 Figura 5.13. Representación esquemática del balance hidrológico en el acuífero aluvial considerando un año medio (INRH; 1988). 5.3.5. Características físico-químicas de las aguas subterráneas En este apartado se describen los resultados de los análisis de las aguas subterráneas muestreadas durante la campaña de campo, realizada en noviembre de 1996, correspondiente a los acuíferos aluviales y al de las rocas ultramáficas. Los datos de las diferentes propiedades físico-químicas se muestran en el Anejo I. El objetivo de este apartado es señalar las �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 152 principales características físicas, químicas y las sales disueltas que controlan la composición química de las aguas subterráneas y su posible origen. Turbidez: en el acuífero de las rocas ultramáficas se encuentra con valores cercanos a la unidad 1 ppm de SiO2. En las aguas subterráneas del acuífero aluvial se han encontrado valores superiores a 2 ppm de SiO2 (puntos 12 al 17), lo que al parecer es un indicativo de la existencia de materiales coloidales en el medio. Conductividad: en el agua del acuífero de las rocas ultramáficas oscila entre 100 y 500 µS/cm y para el aluvial entre 200 y 7300 µS/cm. Los valores más altos de la conductividad se asocian con las muestras de los pozos del 12, 13, 14, 16 y 17 cercanos a la presa de residuos del proceso metalúrgico SAL, estas muestras de agua son las más ricas en sulfato, magnesio y metales disueltos. pH: los valores para el acuífero de las rocas ultramáficas y del aluvial no afectadas por los vertidos de las aguas residuales oscilan entre 6.7 y 8.2. En el acuífero aluvial los valores más bajos se encuentran en los pozos cercanos a la presa de residuos II (Figura 5.14). Alcalinidad: los valores en las aguas de las rocas ultramáficas oscilan entre 1 y 5 meq/L. En las aguas del aluvial varía entre 1 y 6 meq/L, pero se aprecia un incremento a medida que nos acercamos a la presa de residuos (Figura 5.14). Dureza: la dureza de las aguas subterráneas se debe fundamentalmente a la presencia del magnesio. En las aguas de las rocas ultramáficas es de 1-3 meq/L; en el aluvial presenta un amplio rango de variación, con valores entre 1.7 y 103 meq/L, situándose los valores más elevados en los pozos cercanos a la presa. Oxígeno disuelto: para las rocas ultramáficas el contenido de oxígeno disuelto es superior a 1.5 mg/L. En el caso de las aguas del acuífero aluvial se ha encontrado la presencia de oxígeno disuelto en concentración superior a 1.5 mg/L. De acuerdo con el contenido de oxígeno, puede considerarse que en los acuíferos existe un medio oxidante. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 153 DQO: en las aguas del acuífero aluvial es baja entre 0.2-0.7 mg/L lo que denota que no existe Alcalinidad (meq/L de HCO3=) prácticamente materia orgánica ni metales que puedan ser oxidados. 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 8.5 pH 8.0 7.5 7.0 6.5 Distancia a la presa (m) Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 Figura 5.14. Variación del pH y la alcalinidad en el área del acuífero aluvial estudiada en función de la distancia a la presa del residuo SAL. TSD: en las aguas de las rocas ultramáficas es muy bajo con concentraciones entre los 50 y 250 mg/L. En las aguas del acuífero aluvial el total de sales disueltas se incrementa a medida que nos aproximamos a la presa del residuo SAL, en los puntos del 12 al 17 supera los 2000 mg/L, siendo los elementos mayoritarios el sulfato y el magnesio. La representación de la relación entre conductividad y TSD para el acuífero aluvial muestra la existencia de tres grupos de aguas según su mineralización y grado de contaminación (Figura 5.15). El grupo 1 está representado por los pozos 1 al 6 y 11, el grupo 2 por los pozos 7 al 10 y el grupo 3 por los pozos del 12 al 17. Calcio (Ca): en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas su presencia está asociada a la meteorización de los diques de gabros existentes en las rocas ofiolíticas y específicamente a la disolución de la plagioclasa. La concentración en las aguas de las rocas ultramáficas es muy baja con valores entre 3 y 4 mg/L generalmente. En el acuífero aluvial es muy variable, �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 154 entre 14-201 mg/L. La mayor concentración en el acuífero aluvial se presenta en los pozos cercanos a la presa del residuo (Figura 5.16). Conductividad (mhom/cm) 2.0 1.5 3 1.0 2 1 0.5 y = 0.0018x - 0.1505 R2 = 0.98 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 TSD (mg/L) Figura 5.15. Relación entre la conductividad y el total de sólidos disueltos (TSD) en el acuífero aluvial. Magnesio (Mg): la concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es baja con rangos entre 9-10 mg/L y procede de los procesos de meteorización de los feldespatos magnésicos (olivino, ortopiroxenos, clinopiroxenos). El contenido de magnesio en el acuífero aluvial se incrementa en la misma medida que nos acercamos a la presa de residuos, donde la concentración de magnesio supera los 1000 mg/L (Figura 5.16). Sodio (Na): su origen es debido fundamentalmente a las precipitaciones atmosféricas. Este elemento sufre un proceso de concentración por la evaporación que tiene lugar en el área de estudio. La concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es de 6 a 7 mg/L. En el acuífero aluvial la concentración es variable, entre 4-37 mg/L, incrementando su valor a medida que nos acercamos a la presa de residuos (Figura 5.16). Potasio (K): el aporte a partir del agua de lluvia es pequeño, entre 0.06-0.08 mg/L. La concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es inferior a 1 mg/L. En las aguas del acuífero aluvial su concentración es generalmente inferior a 1.5 mg/L. La baja concentración es debida a los procesos de intercambio y al ser fijado por el material arcilloso que se encuentra en la corteza laterítica y el acuífero aluvial. Bicarbonato (HCO3): procede de la hidrólisis de los silicatos de las rocas ultramáficas, junto con el CO2 que acompaña las aguas meteóricas y la incorporación del CO2 atmosférico. En las rocas ultramáficas su concentración es generalmente inferior a los 200 mg/L, ocasionalmente �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 155 aparecen puntos de agua con concentraciones de hasta 500 mg/L. La concentración en el acuífero aluvial es variable, entre 118 y 421 mg/L, incrementando su valor a medida que nos acercamos a la presa de residuos. (Figura 5.16). 450 60 Cl- HCO3= 6000 SO4= 400 5000 50 Concentración (mg/L) 350 4000 300 40 250 3000 30 200 2000 150 20 100 1000 10 50 0 0 0 0 200 0 400 250 200 250 200 Ca2+ 200 200 150 150 400 10000 Na2+ Concentración (mg/L) 0 400 Mg2+ 1000 100 100 100 50 50 0 10 1 0 0 200 400 Distancia a la presa (m) 0 200 400 Distancia a la presa (m) 0 200 400 Distancia a la presa (m) Figura 5.16. Concentración de los elementos mayoritarios en el agua del acuífero aluvial en función de la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación ácida. Sílice (SiO2): la sílice presente en las aguas es el resultado de los proceso de meteorización a que están sometidos los silicatos que conforman las rocas ultramáficas del área de estudio (olivino, ortopiroxeno, clinopiroxenos y piroxeno). La concentración varía entre 7 y 112 mg/L en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas y entre los 13-27 mg/L en las aguas del acuífero aluvial. Cloruro (Cl): el origen del ión cloruro en las aguas subterráneas está asociado a las precipitaciones atmosféricas y su concentración por evaporación en el terreno. La �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 156 concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es 11 y 18 mg/L, mientras que en el acuífero aluvial varía entre 13 y 51 mg/L. La existencia de una concentración mayor en los puntos del acuífero aluvial en la medida que nos acercamos a la presa de residuo del proceso SAL, se debe a la recarga inducida de los lixiviados de ésta (Figura 5.16). Sulfato (SO4): en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas procede fundamentalmente de la precipitación atmosférica y su concentración por procesos de evaporación. Pequeñas cantidades de sulfato pueden deberse a la oxidación de los sulfuros diseminados en las peridotitas y harzburguitas entre los que se encuentran la pirrotita (Fe1-xS), pentlandita (S8(Fe,Ni)9), cubanita (Cu2FeS2), calcopirita (CuFeS2) y en menor medida calcosina (SCu2). Es probable que las emanaciones gaseosas de los procesos metalúrgicos desarrollados en el área constituyan otra fuente que aporte sulfato al medio. La concentración de sulfato en el acuífero de las rocas ultramáficas es de 3 a 9 mg/L, mientras que en el acuífero aluvial presenta amplios rangos de concentración variando desde 200 a 4800 mg/L. Nitrato (NO3): las concentración de nitrato no son importantes en ninguno de los puntos de muestreo. En las aguas subterráneas no contaminadas se han encontrado valores superiores a los 12 mg/L. En los puntos 38, 39 y 40 se aprecian concentraciones superiores a los 20 mg/L, esta concentración puede estar asociada con la recarga que provoca la presa de residuos sobre el acuífero. El flujo regional procedente de las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas que descargan en el acuífero aluvial al parecer provoca un efecto regulador sobre la composición química de las aguas del acuífero aluvial en los puntos de muestreo (7, 8, 9 y 10), donde se observa una diferencia importante en la concentración de los elementos mayoritarios en comparación con los puntos del 12 al 17. Si analizamos la Figura 5.16, al parecer el efecto de la recarga inducida sobre el acuífero aluvial se limita a los primeros 100 m, en lo que probablemente tenga cierta influencia la convergencia de los tres flujos en el área de bombeo: el flujo regional, el de la presa de residuos y el de los recursos atraídos por el bombeo desde el río Moa. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 157 5.3.6. Clasificación de las aguas subterráneas De acuerdo a la concentración de las especies mayoritarias las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como bicarbonatadas magnésicas (Figura 5.17). Para el acuífero aluvial en función de los elementos mayoritarios, se pueden distinguir dos tipos de aguas: bicarbonatado-magnésicas (puntos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 11) y sulfatado-magnésicas (puntos 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, y 17) (Figura 5.18). Figura 5.17. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas, Moa (Noviembre de 1996). De acuerdo a la dureza las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como aguas blandas de muy baja mineralización. En el acuífero aluvial se pueden diferenciar 4 grupos de muestras formados por los puntos 1 al 7 aguas blandas, 8 y 9 ligeramente duras, 10 moderadamente dura, el resto (puntos 12 al17) muy duras. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 158 De acuerdo con el TSD, las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como aguas dulces, mientras que en el acuífero aluvial se pueden diferenciar dos grupos: aguas dulces, con una mineralización menor de 2000 mg/L (puntos 1,2,3,4,5,6,7,8,,9,10 y 11) y salobres las que presentan una mineralización mayor a 2000 mg/L (puntos 12 al 17). Según el contenido de sulfatos, el agua del acuífero aluvial los puntos 12,13,14,16 y 17 se clasifican como selenitosas. Figura 5.18. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero aluvial y tres puntos de las aguas superficiales del río Moa (Noviembre de 1996). 5.3.7. Análisis de la contaminación de las aguas subterráneas Este apartado se centrará en la presencia de Cr, Ni, Mn, Fe, sulfato y Mg en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas y en el acuífero aluvial. El análisis de la concentración de los metales en las rocas ultramáficas nos permite establecer el fondo geoquímico natural correspondiente al Cr, Ni, Mn, Fe, SO4 y Mg, en segundo lugar analizaremos la contaminación del acuífero aluvial. El análisis de los diferentes contaminantes se realiza atendiendo a: �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea I) 159 Al fondo geoquímico natural (FGN), establecido en función de los resultados de diferentes trabajos previos a la actividad minero-metalúrgica. II) A los valores límites admisibles para agua potable (VLAP), establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Los elementos estudiados (Ni, Cr, Mn, Fe, SO4 y Mg), presentan una estrecha relación con la mineralización de los materiales geológicos y los residuos de la zona, que en algunos casos presentan concentraciones por encima del VLAP. Por ello, el conocimiento del fondo geoquímico es de gran valor para poder diferenciar el aporte natural de los diferentes elementos del aporte antropogénico Se debe destacar, que no es objetivo de este trabajo el estudio de los procesos físico-químicos debido a la actividad de microorganismos que afecta el comportamiento de algunos metales. Según la literatura el Fe y el Mn, están afectados en muchos casos por la presencia de determinados tipos de bacterias acidofólicas y catalizadoras comunes para diferentes condiciones ambientales existentes en el planeta tierra, entre las que se pueden señalar géneros tales como Crenothrix, Lectotrhric, Gallionella (Viñals, 1981) y Thiobacillus Ferrooxidans (Fernández Rubio, 1981). Para el Cr se ha estudiado la existencia de más de 14 bacterias que pueden actuar en los procesos de oxidación-reducción de este elemento en diferentes condiciones ambientales (Fendorf et al., 2000). Mientras que se han hecho estudios de la biodegradación del Ni (Francis et al., 1996). 5.3.7.1. Metales pesados, hierro, magnesio y sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas: fondo geoquímico natural Se mencionarán aquí aquellos elementos de origen natural que se encuentran en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas en concentraciones apreciables y que en algunos casos son superiores al valor límite admisible para agua potable (VLAP), establecido por la OMS. Manganeso (Mn): la concentración varía entre 0.04-0.05 mg/L. Como se puede ver la concentración en las áreas no afectadas por la minería se encuentra muy cercana al VLAP (0.5 mg/L) y en algunos se encuentra en el límite admitido (Anejo I). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 160 Níquel (Ni): en el acuífero de las rocas ultramáficas se presentan en concentraciones bajas con un valor medio de 0.02 mg/L, muy inferior al VLAP (0.5 mg/L). Hierro (Fe): las concentraciones de hierro total en las aguas de las rocas ultramáficas son inferiores a 0.08 mg/L, muy inferior al VLAP (1 mg/L). Su origen se debe a la disolución de los silicatos férricos, aunque es probable que parte de este hierro (Fe2+) se deba a la oxidación de los sulfuros existentes en las peridotitas. Cromo (Cr): la concentración de Cr en el agua de las rocas ultramáficas es de del orden de 0.001 a 0.002 mg/L, muy inferior al valor límite (0.05 mg/L). Cobalto (Co): se han detectado en las aguas subterráneas las rocas ultramáficas con valores de 0.004 mg/L. En este elemento no hay un límite mínimo definido aunque se asume el mismo que el del níquel. Aluminio (Al): se ha detectado pequeñas concentraciones en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas con valores entre 0.006-0.05. En este caso el límite no está establecido con claridad se establece normalmente 1 mg/L. Sulfato (SO4): la concentración de sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas varía entre 5 y14 mg/L, muy inferior al VLAP (250 mg/L). Magnesio (Mg): la concentración de magnesio en las aguas subterráneas oscila entre 8 y 50 mg/L, inferior al VLAP (150 mg/L). 5.3.7.2. Contaminación de las aguas subterráneas del acuífero aluvial En el acuífero aluvial se encuentran concentraciones de Cr, Ni, Mn, Fe, Mg y SO4 que sobrepasan en gran medida los valores existentes en las aguas subterráneas del aluvial antes de la construcción de la presa de residuos. En la Figura 5.19A se aprecia como la concentración de metales Cr, Ni, Mn e Fe en el acuífero aluvial decrece a medida que aumenta la distancia a la presa, como resultado de la dilución de la pluma contaminante por el �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 161 flujo del agua subterránea y la retención de los metales por la matriz del medio poroso del acuífero. Cromo: la presencia de cromo hexavalente (CrVI) ha sido detectada en todos los puntos de agua muestreados, con valores entre 0,01-1,60 mg/L. La concentración de Cr supera el VLAP (0.05 mg/L) en los puntos 8, 10, 11, 12, 13, 14,16 y17 (Figura 5.19A). Su presencia es debida al lixiviado de la presa de residuos y es posible que su movilidad esté facilitada por la existencia de un medio oxidante en el acuífero. Puede ser adsorbido en la superficie de los óxidos de Fe y Mn en forma coloidal (compuestos amorfos), presentes en la matriz del medio poroso y en el agua del acuífero. La solubilidad del Cr(VI) está controlada fundamentalmente por los valores del pH, en la medida que aumenta el pH disminuye su concentración. Manganeso (Mn): la concentración de manganeso en el acuífero aluvial oscila entre 2,1 y 8,3 mg/L. Todas las muestras del acuífero aluvial presentan una concentración superior al VLAP (0.5 mg/L). Dado que la solubilidad del Mn es limitada para pH>6 (Viñals, 1981, Fernádez Aller, 1981, Weng, et al.,1994), es muy probable que la mayor parte de este elemento pueda encontrarse en forma de partículas coloidales (materia amorfa). La existencia de manganeso en las aguas subterráneas puede tener su origen en el manganeso amorfo presente en el corte laterítico desarrollado sobre las rocas ultramáficas de la región. La presencia de manganeso amorfo en las lateritas de la región de Moa ha sido reportada por diferentes investigadores (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995, Barros et al., 2001). Níquel (Ni): los valores en el acuífero aluvial se incrementan en dirección opuesta a las líneas de flujo con valores entre 0,01 y 0,09 mg/L. La concentración de Ni en los puntos 12, 13, 14 y 17 es superior al VLAP (0.05 mg/L). La solubilidad del Ni es limitada para pH mayor que 6 (Fernández Aller, 1981, Día et al., 2000), puede ser que parte de éste se mueva asociado a partículas coloidales. Hierro(Fe): la concentración en el acuífero aluvial afectado por los lixiviados de las escombreras de residuos presenta grandes rangos de variación. Para el Fe2+ entre 0.035 y 0.44 mg/L. El Fe3+ no se encuentra en ninguna de las aguas estudiadas en la zona debido a que precipita como hidróxido a pH≥4.3 (Viñals, 1981, Fernández Aller, 1981). El hierro total se �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 162 encuentra con concentraciones entre 0,02 y 5,1 mg/L. Las concentraciones de hierro total en las aguas es superior al VLAP (1 mg/L) en los puntos 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16 y 17. 6 Concentración (mg/L) Fe(Total) 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 10.0 Concentración (mg/L) Cr6+ 1.0 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 10 Concentración (mg/L) Mn 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0.10 Concentración (mg/L) Ni 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Distancia a la presa (m) Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 VLAP FGN �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 163 Figura 5.19A. Variación de la concentración de los principales contaminantes en el acuífero aluvial (Ni, Fe, Mn, Cr). Línea continua valor límite admisible (VLAP) y línea discontinua fondo geoquímico natural (FGN). En la Figura 5.19B se representa la concentración de los contaminantes metálicos Cr, Ni, Mn y Fe de acuerdo con la ecuación 5.1, donde FGN, es el fondo geoquímico natural del metal analizado, Cwac, del metal analizado en el agua del acuífero aluvial y Cwre, concentración del metal analizado en el agua intersticial del residuo. (Cwac-FGN)/Cwre-FGN) (5.1) �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 164 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 0.10 Mn 0.05 0.00 10 Di (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 0.10 i 100 l 1000 ( ) Ni 0.05 0.00 10 100 1000 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 1.00 Cr 0.50 0.00 10 100 1000 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 1.00 Fetotal 0.50 0.00 10 100 Distancia a la presa (m) 1000 Figura 5.19B. Normalización de la distribución de los contaminantes metálicos en el acuífero aluvial. La Figura 5.19A, permite apreciar que la movilidad de los contaminantes en el acuífero es diferente, siendo en el caso del Cr en el que se aprecia una marcada diferencia entre los pozos situados al lado de la presa (primeros 40 m) y el resto de los pozos en el aluvial, como cabria esperar. En todos los casos se observa que el incremento es exponencial en la medida que nos acercamos a la presa de residuos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 165 Sulfatos (SO4): para los puntos 12, 13, 14, 16 y 17 cercanos a la presa de residuos la concentración es muy elevada (1800-4800 mg/L). La alta concentración de sulfato está favorecida por la presencia de altas concentraciones de Mg que incrementa notablemente su solubilidad (Custodio, 1983b). En los puntos 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16 y 17 el valor medio de sulfato supera ampliamente el valor límite admisible para agua potable (VLAP) que es de 400 mg/L. Magnesio (Mg): se observa contaminación en los pozos 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16 y 17, próximos a la presa de residuos, con valores de concentración entre 430 y 1150 mg/L. El Mg y SO4 constituyen los elementos mayoritarios en el área del acuífero con mayor influencia de la recarga inducida de las aguas de la presa de residuos. El análisis de la relación existente entre los diversos contaminantes muestra que para el Mg y SO4 es prácticamente lineal (Figura 5.20). En la Figura 5.21 donde se representa: Ni vs Fe, Ni vs Mn, Mn vs Cr y SO4 vs suma de todos los metales, se observa la existencia de una cierta correlación y la formación de tres grupos de agua, que quedan muy bien diferenciados en el gráfico del Cr vs Mn: 1400 R2 = 0,976 1200 Mg (mg/L) 1000 800 600 Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 SO4 (mg/L) Figura 5.20. Relación entre la concentración de sulfato y de manganeso en el acuífero aluvial. I) representado por los pozos que se encuentran más cerca de la presa (puntos 12, 13, 14, 16 y 17), II) los pozos (7, 8, 9 y 10) situados en el área de influencia del bombeo y de la recarga de la presa de residuos y III) los puntos de pozos ubicados en las proximidades del río Moa (puntos 1 al 6) (Figura 5.21). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 166 10 6 5 8 Fe (mg/L) Mn (mg/L) 4 6 4 3 2 2 1 0 0.00 0.05 0 0.00 0.10 0.05 Ni (mg/L) 0.10 Ni (mg/L) 10.0 10000 I 1000 Cr (mg/L) SO4 (mg/L) 1.0 100 II 0.1 10 III 0.0 1 0 5 10 15 20 0 Ptos 1-6 2 4 6 8 10 Mn (mg/L) Fe+Ni+Mn+Cr (mg/L) Ptos 12-17 Ptos 7-10 Figura 5.21. Relación entre los diferentes contaminantes del agua subterránea del acuífero aluvial. Los puntos de muestreo con mayor concentración de sulfatos presentan los mayores valores de concentración en Ni, Cr, Mn e Fe. Se puede apreciar además que existe una buena correlación entre el sulfato y la suma de los diferentes metales presentes en el agua. Para todos los puntos muestreados se pueden llegar a diferenciar dos grupos de aguas de acuerdo al grado de contaminación: I) puntos cercanos a la presa (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16 y17) y II) puntos del área de bombeo (1-7). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 167 El hecho que no hayan precipitado los metales disueltos en el acuífero aluvial debido a las aguas ácidas que se infiltran desde la presas de residuos puede ser debido a que en las aguas subterráneas no se ha alcanzado la alcalinidad necesaria para su precipitación, o bien el que estén asociados a las partículas coloidales (menores de 0.45 micras, pues el agua fue filtrada por un filtro con ese tamaño de poros) existentes en el agua del acuífero. En la Figura 5.22 se muestran los resultados de diferentes campañas de muestreo realizadas en la zona en el período 1963-1996. Del análisis de la evolución de los principales elementos contaminantes (sulfato, níquel, cromo, manganeso e hierro) se aprecia que la contaminación del acuífero aluvial ha aumentado en los últimos 30 años debido a los procesos mineros. 1.E+05 Aguas subterráneas acuífero aluvial Concentración (mg/L) B 1963 1975 1986 1996 1.E+03 1.E+01 1.E-01 1.E-03 SO4 Ni CrVI Mn Fetotal Figura 5.22. Evolución de la concentración media de los principales contaminantes en el pozo 7, acuífero aluvial (datos del INRH). El efecto del vertido de la escombrera sobre la calidad de las aguas del acuífero aluvial en la zona de estudio a lo largo del tiempo se puede observar además en la Figura 5.23A. Desde 1975 el contenido en sulfatos del pozo 7 ha pasado de 7 mg/L (valor medio) a 201 mg/L en 1996. El mismo proceso se observa en el valor de la conductividad (Figura 5.23A), como cabría esperar. Este proceso puede estar acelerado por el proceso de explotación que se realiza en los pozos de abastecimiento, que han provocado una variación en las condiciones hidrodinámicas en un sector del acuífero. Considerando los resultados de la evolución del contenido de sulfato se puede apreciar que su concentración se incrementa a una media de 8 mg/L por año, indicativo del progreso de la contaminación a lo largo del tiempo. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 168 500 Sulfatos (mg/L) Conductividad (mS/cm) 300 300 200 100 0 100 74 84 Años 94 74 84 Años 94 Figura 5.23A. Representación de la evolución de la contaminación de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 (punto 7) acuífero aluvial (elaborado con datos del INRH 1975-1996). La elevada mineralización de las aguas, la alta concentración de metales pesados y sulfatos en el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa, así como, la existencia de un gradiente de las concentraciones de los contaminantes siempre creciente en dirección a la presa de residuos, confirman el efecto producido por la recarga del lixiviado de los residuos que forman la presa. El pH de la fase líquida y su composición tienen una acción preponderante en el proceso de lixiviado, que puede estar favorecido por la existencia de grietas de retracción en la superficie del embalse que puedan constituir vías para el desarrollo de flujo preferencial. Conociendo que los procesos de contaminación son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo de permanencia de los contaminantes en el medio, es previsible que la contaminación del acuífero continúe aumentando a lo largo del tiempo, debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y a las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas (precipitación elevada y una recarga de más de 400 mm/año). 5.3.7.3. Origen de los metales pesados en el agua subterránea En la Figura 5.23B se muestran los resultados de los ensayos en Batch realizados con las muestras de roca, lateritas y residuos (relación 1:10). En todos los casos se aprecia la capacidad de los materiales naturales y los residuos metalúrgicos para lixiviar metales al ponerse en contacto con el agua. El residuo es el que presenta los mayores valores de masa �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 169 de metal lixiviada. Considerando estos resultados se puede observar la existencia de dos fuentes de metales: una de origen natural y otra antropogénica. Masa lixiviada (mg/kg) 100.0 Cr Ni Mn Fe 10.0 1.0 0.1 Dunita Gabro Harzburgitas Cromitita Saprolita Limonita Residuo (SAL) Figura 23B. Resultados de los ensayos Batch. Fuentes naturales de Cr, Ni, Mn e Fe De los cuatros metales que se encuentran en concentraciones que en determinados casos superan el VLAP, es de especial interés el Cr hexavalente y en segundo lugar el Ni, pues presenta un mayor riesgo ambiental debido a los efectos toxicológicos que desarrolla sobre los seres humanos (Furst, 1971; Hara and Sonada, 1979; Hyodo et al., 1980; Flessel et al., 1980; Fregert, 1981; Merian, 1991; Hermond and Fechner, 1994; Meyer et al., 1999). Cromo: Diversos autores han llamado la atención sobre la presencia Cr en los acuíferos localizados en áreas de afloramientos de rocas ultramáficas, y de las cortezas de meteorización asociadas (Vardaki y Kelepertsis, 1999; Whalley et al., 1999; Robles-Camacho y Armienta, 2000). Las rocas ultramáficas, comparadas con otros tipos de rocas, contienen concentraciones relativamente altas de Cr. En la zona de estudio, las rocas ultramáficas y sus productos de alteración son los materiales más abundantes, constituyendo una posible fuente natural de Cr. Los minerales principales que componen las rocas estudias son olivino, cromita, ortopiroxenos, clinopiroxenos y plagioclasa. De todas estas fases, las que presentan los mayores contenidos de Cr son, en orden decreciente, la cromita, el clinopiroxeno y el ortopiroxeno. La cromita de la cromitita, y la accesoria en la harzburgita, dunita y gabro presentan valores de Cr2O3, variables entre 36 y 46% en peso. Los clinopiroxenos tienen valores de Cr2O3 entre 0.90 y 1.53% en peso, mientras en los ortopiroxenos varía entre 0.47 y 0.54% en peso. En cambio, el olivino y la plagioclasa son fases muy pobres en Cr, normalmente sus contenidos están por debajo del límite de detección de la microsonda �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 170 electrónica. De todo lo anterior se deduce, en principio, que la fuente natural de Cr debe estar en las rocas que contienen mayor proporción de fases minerales portadoras de Cr (cromita y piroxenos). Los resultados obtenidos de los ensayos Batch indican que la roca que más Cr libera al medio hídrico es la cromitita, y le siguen en orden decreciente la dunita, el gabro y harzburgita (Figura 5.23B). La mayor liberación de Cr en la muestra de cromitita está en concordancia con su composición mineralógica, más de un 90% de cromita. En cambio, parece paradójico que las muestras de harzburgita y gabro que presentan una proporción modal importante de piroxenos cromíferos transfieran menos Cr al medio hídrico que la muestra de dunita que no presenta piroxeno en su composición. La respuesta a esta cuestión probablemente esté relacionada con el diferente comportamiento físico-químico de las cromitas y piroxenos. Sistemáticamente, las cromitas presentes en las muestras estudiadas tienen una aureola de alteración a ferricromita a favor de bordes de grano y fracturas (Proenza et al., 1997). Esta fase de alteración de la cromita se caracteriza por un incremento considerable en Fe3+ y está muy desarrollada en las cromititas y en las dunitas, en cambio es mucho menor en las harzburgitas. En estas últimas, las cromitas accesorias, suelen disponerse incluidas en ortopiroxenos preservándose totalmente inalteradas (Proenza et al., 1997, 1999b). Los resultados obtenidos en este trabajo evidencian una correlación directa entre el contenido de Cr liberado al medio hídrico y el grado de alteración a ferricromita que presentan las cromitas que componen los diferentes tipos litológicos estudiados. Estos resultados, son coherentes con las conclusiones obtenidas por Robles-Cacho and Armienta (2000). Estos autores sugieren que la desintegración de los bordes de ferricromita, dada su menor estabilidad físico-química, es el principal proceso geoquímico que incorpora cromo a los acuíferos encajados en las unidades ultramáficas de la Sierra de Guanajuato (México). En el caso de las muestras correspondientes a la corteza laterítica, las dos muestras analizadas liberan contenidos de Cr similares, siendo ligeramente superior en la muestra representativa de la zona limonítica. En la corteza laterítica, las cromitas también presentan un marcado grado de transformación a ferricromita (Friedrich et al., 1987), la cual constituye una fuente importante de liberación de Cr. Adicionalmente, estas muestras lateríticas se caracterizan mineralógicamente por presentar proporciones modales considerables de goethita (en la zona limonítica alcanza valores superiores al 60%), las cuales también potencialmente pueden �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 171 liberar Cr al medio hídrico. Esta fase puede albergar importantes contenidos de Cr en su estructura. Por ejemplo, Manceau et al. (2000) describen en goethitas naturales valores de hasta 0.73% en peso de Cr. Níquel: el origen natural del Ni en las aguas subterráneas asociado a rocas ultramáficas ha sido descrito por varios investigadores (Kudelasek y Zamarsky, 1971; Formell y Oro, 1980; Candela y Rodríguez, 1996; Vardaki and Kelepertsis, 1999), en todos los casos se trata de concentraciones muy bajas inferiores a 0.02 mg/L. De los minerales que componen el corte laterítico formado sobre las rocas ultramáficas es la goethita la que presenta mayor concentración de Ni (hasta 1.3% en peso) (Barnes and O´Neil,1978, Golightly, 1981; Rojas y Orozco, 1994). En las rocas ultramáfica los portadores de Ni son el olivino (0.4 - 0.5% en peso) y la serpentina (0.2-0.3% en peso). De acuerdo con los resultados de los ensayos Batch las muestras que mayor cantidad de Ni liberan al medio hídrico son las de la zona saprolítica en primer lugar donde el contenido de Ni puede llegar al 3% en peso (Golightly, 1981; Friedrich et al., 1987) y en orden decreciente le siguen la zona limonítica del corte laterítico. Mientras que en el caso de las rocas la que mayor masa libera es la harzburgita donde el contenido de NiO es entre 0.2 y 0.3% (Figura 5.23A). Parte de las concentraciones detectadas en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas puede deberse a la oxidación de las pequeñas concentraciones de sulfuros de Ni existentes en las rocas ultramáficas. Estos resultados se corresponden también con los trabajos de Kudelasek y Zamarsky, (1971), INRH, (1971), Formell y Oro, (1980) y Candela y Rodríguez, (1996), donde se reportan concentraciones de Ni, en aguas subterráneas en rocas ultramáficas con pH>7. Manganeso: la concentración de manganeso en las rocas ultramáficas es del orden del 0.01% en peso, mientras que en los materiales de alteración que forman la corteza laterítica puede llegar al 0.12% en la parte superior del corte (Golightly, 1981). La existencia de manganeso en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas puede tener su origen en el manganeso amorfo presente en el corte laterítico desarrollado sobre las rocas ultramáficas de la región. La presencia de manganeso amorfo en las lateritas de la región de Moa ha sido reportada por diferentes investigadores (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995, Barros et al., 2001). Hierro: en los materiales geológicos que conforman el medio de los dos acuíferos estudiados el Fe es uno de los elementos más abundantes y su concentración es variable desde un 9% de �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 172 Fe2O3 en la roca madre hasta un 77% en los materiales que forman la corteza laterítica (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995). Su origen en acuíferos naturales de rocas ultramáficas esta asociado generalmente a la disolución de los silicatos férricos (Custodio, 1983b). Aunque en este caso es probable que parte de este hierro (Fe2+) se deba a la oxidación de las pequeñas concentraciones de sulfuros existentes en las rocas ultramáficas. La concentración de Fe detectada en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es coherente con los resultados de Kudelasek y Zamarsky, (1971), Formell y Oro, (1980). En las aguas que circulan por las rocas ultramáficas de la región de Moa ha sido reportada la presencia de Fe2+ (0.1 mg/L) y Fe3+ (0.15-1.5 mg/L) para pH entre 7.1 y 7.4 (Formell y Oro, 1980). Fuente antropogénica de Cr, Ni, Mn e Fe En nuestro caso el aporte antropogénico de estos cuatro metales está relacionado con la infiltración de los lixiviados de la presa de residuos, los cuales presentan un pH ácido. La fase sólida está compuesta por diferentes minerales entre los que se encuentran, hematita (6975%), cromoespinelas (2.1-2.8%), gibbsita (1.4-6%) y yeso (2.5-5.6%). La concentración en peso de los elementos mayoritarios es: un 47% de Fe; 0,48% Mn; 0,08% Ni; 0,011% Co; 4,3% Al; 0,044% Mg; 0,042 Cu; 0,05% Zn; 1,65% Cr. El agua intersticial de los residuos que es la que se infiltra a través de la base de la presa presenta un pH medio de 4.1 con la siguiente concentración en sales disueltas: 4000-4500 mg/L SO4, 120 mg/L de Mn, 220 mg/L Mg, 530 mg/L de Ca, 36 mg/L de Na y 1.67 mg/L de Cr+6. El hecho de que los metales en el acuífero aluvial se encuentren en solución se debe a la existencia de un medio oxidante que facilita su movilidad y a la baja alcalinidad del medio. En la medida que nos alejamos de la presa, la contaminación de las aguas disminuye exponencialmente, hasta una distancia de 250 m, a partir de la cual la concentración de los metales es bastante uniforme indicativo de la existencia de un fondo natural relativamente alto en el acuífero aluvial (Figura 5.19). 5.3.8. Calidad de las aguas de los acuíferos aluvial y el acuífero de las rocas ultramáficas La calidad de las aguas subterráneas está determinada por cuatro grupos de características: físico-químicas, bacteriológicas, biológicas y radiactivas. En nuestro caso nos centraremos en el primer grupo pues los restantes parámetros no presentan valores significativos en el área de estudio (Anejo I). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 173 Las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como potables, pues ninguno de los elementos químicos disueltos en el agua supera la normativa vigente por la Organización Mundial de la Salud (OMS). En las aguas del acuífero aluvial se puede comprobar la existencia de dos grupos formados por los puntos del 12, 13, 14, 16 y 17 que superan todos los indicadores químicos en cuanto a concentración máxima permitida por la OMS y los puntos del 1 al 6 que no cumplen los criterios de concentración máxima admisible para el Fe y el Mn. Es de señalar que el agua bombeada del acuífero aluvial es enviada a una planta de tratamiento de agua que garantiza la calidad del agua de abastecimiento a la población de Moa y la industria, pues el tratamiento para eliminar los metales debido a su baja concentración es aun económicamente factible. 5.3.9. Cálculo de mezclas de agua en el acuífero aluvial Si analizamos la representación gráfica de los resultados analíticos en el diagramas Piper (Figura 5.24) se puede comprobar que se superponen los campos de distribución de las aguas superficiales y los de las aguas subterráneas, así como el campo de distribución de las aguas intersticiales del residuos SAL y las aguas subterráneas del aluvial. Esto es un indicativo de que en el acuífero se producen dos tipos de mezclas de agua: 1) Las aguas del río se mezclan con las del acuífero, debido a los bombeos que se desarrollan en los pozos (1, 2, 3, 4 y 11, Figura 5.10) 2) El agua subterránea se mezcla con el agua que se infiltra como consecuencia del lixiviado de los residuos, resultado de la recarga inducida que produce la presa sobre el acuífero. Las aguas del acuífero pasan de bicarbonatadas magnésicas a sulfatadas magnésicas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 174 100% SO4+Cl Ca+Mg Mg100% 100%Ca Na+K100% 100% SO4 100%CO3H+CO3 Cl 100% Aguas subterráneas del aluvial no contaminadas Aguas superficiales río Moa Agua intersticial del residuo SAL Agua poco contaminada del acuífero aluvial Agua muy contaminada acuífero aluvial Dirección del flujo Figura 5.24. Diagramas de Piper. Con el objetivo de calcular el porcentaje de mezcla existente entre las aguas del acuífero aluvial y el lixiviado de la presa de residuos se aplicaron metodologías que permiten cuantificar los porcentajes mediante métodos químicos y modelos hidrogeoquímicos. 5.3.9.1. Métodos químicos ambientales El estudio de mezcla de aguas de diferentes orígenes se basa en la utilización de métodos químicos ambientales, entre ellos hay que destacar las técnicas isotópicas y el balance de un soluto conservativo, generalmente el cloruro (Davis et al., 1985; Iglesias, 1999; Ghomshei and Allen, 2000). Para determinar la mezcla de agua existente en el acuífero aluvial emplearemos el balance del ión cloruro (Cl). El Cl es el más indicado, pues a la diferencia de concentración existente entre las diferentes aguas que se mezclan, se une la ausencia de posible intercambio con los materiales que forman el medio poroso, su alta estabilidad �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 175 geoquímica, alta solubilidad, origen conocido y que no deriva de la roca en condiciones del área de estudio (ausencia de rocas evaporíticas o rocas con minerales de cloruro). Según Custodio y Llamas (1983), si se tiene un agua C con un contenido de cloruro que es mezcla de otras dos de contenidos en cloruro, C1 y C2 y su relación en concentración de cloruro es C1<C<C2, y en el agua C existe una fracción X del agua C1 y 1-X del agua C2, se debe cumplir que: C= C1X+ C2(1-X) (5.2) por lo que X=(C- C2 )/( C1- C2) (5.3) En nuestro caso C: cloruro en el agua mezcla (punto 13 acuífero aluvial), C1: cloruro en el agua del acuífero (punto 5), C2: cloruro del agua intersticial del residuo SAL y X: fracción del agua mezcla. De acuerdo con este método, se puede apreciar que existe una mezcla importante de agua de la presa de residuos con las del acuífero, con porcentajes de mezcla que alcanzan hasta el 20%. Así, en el acuífero aluvial se pueden apreciar 3 grupos de aguas: 1-aguas muy contaminadas ( puntos 12, 13, 14, 16 y 17), 2-aguas afectadas por el cono de depresión debido a los bombeos (puntos, 7, 8, 9 y 10) y 3- aguas del acuífero aluvial (puntos 1 al 6) (Figura 5.25). 20 Ptos 1-6 1 Ptos 7-10 Ptos 12-17 % de la mezcla 15 10 2 5 3 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Distancia a la presa (m) Figura 5.25. Representación gráfica del porcentaje de agua de la presa de residuos mezclada con el agua del acuífero aluvial. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 176 5.3.9.2. Cálculo de la mezcla de agua en el acuífero aluvial mediante un modelo hidrogeoquímico Con el objetivo de comprobar la hipótesis de mezcla de las aguas del acuífero aluvial con la recarga provocada por los lixiviados del residuo (SAL), se utilizó el modelo Hidrogeoquímico FREEQECI (Parkhurst, 1995) para simular la mezcla. Los datos utilizados son las propiedades fisicoquímicas (pH, Eh, composición química de los elementos mayoritarios y trazas) del agua intersticial de la presa de residuos y los pozos 13 y 5 ubicados en un mismo perfil hidrogeológico, en la dirección del flujo subterráneo. En la Figura 5.26, se puede apreciar que los resultados obtenidos por el modelo hidrogeoquímico son coherentes con los del método del balance de cloruros. En el caso de las aguas del punto 5 se aprecia la existencia de una diferencia en la concentración real y la calculada del cromo y el oxígeno disuelto, las diferencias son menores en el punto 13. En el agua intersticial de la presa de residuo el modelo reproduce correctamente la concentración de los diferentes elementos con la excepción del hierro. De acuerdo con los resultados del modelo hidrogeoquímico se obtiene una mezcla de las aguas de recarga producto de la infiltración del lixiviado de la presa de residuos con las del acuífero aluvial, la proporción de mezcla en el pozo 13 es del 12% muy similar a la obtenida con el método del balance del cloruro (Figura 5.25). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 177 Concentración (Moles) 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real agua intersticial del residuo SAL Valor simulado agua intersticial del residuo SAL P SO 4 Si O 2 i O 2 N a N M g M n N O H 4 N O 3 K Fe F 2+ Fe 3 Cr Cl (to ta l) Ca B H CO 3 1.E+00 Concentración (Moles) 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real pozo 13 acuífero aluvial Valor simulado pozo 13 acuífero aluvial P SO 4 Si O 2 P SO 4 Si O 2 2 O 2 i O N a N K M g M n N O H 4 N O 3 Fe F 2+ Fe 3 Cr Cl (to ta l) Ca B H CO 3 1.E+00 Concentración (Moles) 1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real pozo 5 acuífero aluvial Valor simulado pozo 5 acuífero aluvial i N a N M g M n N O H 4 N O 3 K Fe F 2+ Fe 3 Ca B Cr Cl (to ta l) H CO 3 1.E+00 Elementos Figura 5.26. Simulación de la composición química de las aguas del acuífero aluvial y las presas de residuo. Se supone que la composición en sales del punto 13, es el resultado de la mezcla del agua intersticial del residuo con el agua del punto 5 en el acuífero aluvial. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 178 5.4. Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas 5.4.1. Relaciones iónicas El establecimiento y análisis de las relaciones iónicas entre los iones disueltos en el agua permiten establecer el origen de estas y los posibles procesos hidrogeoquímicos modificadores a que han estado expuestas. Generalmente guardan una estrecha relación con los materiales geológicos por donde circulan, aunque estos análisis hay que realizarlos con cuidado y considerando el modelo conceptual de funcionamiento del acuífero (En el Anejo I, se recogen los parámetros físicos y químicos de las aguas subterráneas). rNa/rCl: es de 0.93 en el agua de lluvia y en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es de 0.91 indicativo de que el origen de éstas son las aguas meteóricas. rCa/rMg: en el agua de las rocas ultramáficas alcanza valores menores a 1, indicativo del enriquecimiento en magnesio y calcio que experimentan las aguas de recarga y subterráneas que circulan por materiales geológicos que presentan un predominio de minerales silicatados magnésicos y en segundo lugar carbonatos y plagioclasas. En aguas del acuífero aluvial sucede igual para los puntos del acuífero que no presentan una contaminación importante (puntos 1,2,3,4,5,6), su valor decrece a medida que nos acercamos a la presa de residuo llegando a ser de 0.14. rCl/rMg: las aguas subterráneas del acuífero aluvial tienen un valor menor que 1 debido al enriquecimiento en magnesio, como resultado de la disolución de los silicatos magnésicos. En las aguas muy contaminadas del acuífero aluvial es muy inferior a uno, debido a que el agua que se infiltra de la presa de residuos está enriquecida en magnesio. rCl/rSO4: en el agua subterránea del acuífero aluvial presenta un valor generalmente menor que 1, decreciendo en la misma medida que nos acercamos a la presa de residuo. En los puntos 2, 3 y 4, en el agua de las rocas ultramáficas es superior a 3. Esta ligera disminución del valor de la relación respecto al del agua de lluvia se debe al posible aporte de sulfato de la oxidación de los sulfuros diseminados en las rocas ultramáficas �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 179 rHCO3/rCa: en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas, en el acuífero aluvial y en las aguas superficiales presenta valores superiores a 1, lo que es indicativo de un enriquecimiento de estas aguas en bicarbonatos. kr = 3 rCa (CO3 H ) 2 : el valor kr es siempre positivo, incrementando su valor en la misma medida en que disminuye la distancia a la presa de residuos. Este incremento del valor kr, esta relacionado con el incremento de la contaminación de las aguas. SO4 rCa : normalmente tiene interés para constatar una precipitación o disolución de yeso, en nuestro caso presenta valores superiores a 10 en los puntos (12,13,14, 16 y 17), llegando en algunos a valores cercanos a 30. Si combinamos esta información con el valor de kr, y el conocimiento de que dentro del residuo hay mineral de yeso y gran cantidad de sulfato en solución es muy probable que se produzca la disolución de una masa importante de sulfatos en esta zona. 5.4.2. Interacción agua roca (modelo hidrogeoquímico) Para tener un valor estimado de la distribución proporcional de las diferentes especies iónicas que controlan la hidroquímica de las aguas del área de estudio y las posibles formas en que se mueven los principales elementos contaminantes se realizó la modelación geoquímica del agua de los acuíferos. Para ello los parámetros físicos y químicos de las diferentes muestras de aguas (Anejo I) fueron introducidos al programa PHREEQCI (Parkhurst, 1995), el cual asume condiciones de equilibrio para realizar el balance de masas. Con el modelo se determinaron las principales especies acuosas que para condiciones de equilibrio se encuentran en las aguas superficiales y subterráneas estudiadas, de acuerdo con las características del medio analizado. En la Tabla 5.2, se relacionan las principales especies en que se presentan los principales constituyentes detectados en el agua y las especies iónicas que se han obtenido con la utilización del modelo. La alta concentración de sulfatos existentes en el agua subterránea del acuífero aluvial y especialmente en las muy contaminadas (puntos 12,13,14,16 y17) y el sulfato del agua intersticial de las presas de residuos, al parecer desempeñan un importante efecto en la �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 180 especiación de los cationes acuosos detectados en las aguas subterráneas, de acuerdo con los resultados de la simulación. En las aguas intersticiales del residuo SAL y las aguas subterráneas contaminadas (puntos 12,13,14,16 y17) más del 30% del contenido de Ca, Mg, Fe2+ y Mn es transportado como complejo SO4-ion. El Fe3+ y el Al3+ se mueven principalmente como hidróxidos, el resto de los elementos se mueven mayoritariamente en forma iónica (Tabla 5.2). Tabla 5.2. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en las aguas superficiales y subterráneas (valores medios en % del elemento en la especie de acuerdo al modelo geoquímico). Elemento Especies Aguas no contaminadas del acuífero aluvial puntos (l –6) Agua Aguas contaminadas intersticial puntos (12- residuo SAL 17) Aguas subterráneas Aguas ultramáficas puntos superficiales puntos (19-20) (25-26) Ca2+ Ca2+ CaSO4 Mg2+ MgSO4 89.0 59.0 39.0 54.0 44.0 96.0 100 58.0 38.0 84.0 57.0 41.0 52.0 46.0 95.0 100 53.0 44.0 98.0 99.3 97.0 99.4 52.0 15.0 31.0 32.0 66.0 50.0 13.0 30.0 50.0 17.0 33.0 49.0 27.0 51.0 15.0 34.0 11.0 23.0 99.8 100 84.0 15.0 79.0 21 83.0 16.0 99.8 99.0 85.0 12.0 62.0 47.0 96.0 51.0 48.0 82.0 14.0 74.0 26.0 96.0 50.0 48.0 87.0 100.0 73.0 17.0 100.0 98.0 56.0 38.0 100.0 Mg2+ Na+ ClS(6) C(4) Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cu2+ Co2+ Ni2+ Zn2+ Cr6+ Si ClSO42MgSO4 HCO3CO2 Fe2+ FeHCO3 FeSO4 Fe(OH)2+ Fe(OH)3 Mn2+ MnHCO3 Mn SO4 Al3+ Al(OH)4 Al(OH)2+ AlSO4 Cu2+ CuOH2 CuSO4 Ni2+ Zn2+ ZnHCO3 Zn SO4 CrO42Cr2O72H4SiO4 90.0 99.5 100 78.0 20.0 94.0 48.0 30.0 82.0 29.0 61.0 66.0 100.0 100.0 41.0 17.0 33.0 98.0 98.0 100.0 99.0 100.0 100.0 En las aguas subterráneas del acuífero aluvial no contaminadas y las ultramáficas, así como en las superficiales todos los elementos se mueven mayoritariamente en forma iónica. Esta �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 181 diferencia en el comportamiento de las aguas no contaminadas (aluvial, ultramáficas y superficiales) se debe a la baja mineralización que presentan éstas y su pH casi neutro. 5.4.3. Índice de saturación (IS) Con el objetivo de conocer el grado de saturación de las aguas subterráneas y las aguas superficiales y residuales con relación a las fases minerales presentes en el medio geológico estudiado se realizó el cálculo de los índices de saturación (IS). Para ello se empleó el modelo PHREEQCI (Parkhurst, 1995). Se considera que un agua está en equilibrio si se obtiene un índice de saturación (logarítmico) igual a cero. En el trabajo hemos considerado convencionalmente el criterio de que el agua analizada está en equilibrio cuando se tienen índices de saturación de ±0.5. Este criterio permite tener en cuenta la incertidumbre en los valores analíticos y en el valor de las constantes termodinámicas. Si la muestra analizada presenta valores superiores a +0.5 se considera sobresaturada en la especie mineral analizada y si es inferior a –0.5 se considera que está subsaturada. A partir de la información analítica disponible (propiedades físicas y composición química de las aguas) se calcularon los índices de saturación de los minerales: goethita, hematita, cuarzo, yeso y gibbsita que son las fases minerales que predominan en el contexto geológico del área estudiada y los residuos mineros. Globalmente las aguas de esta región están sobresaturadas en goethita y hematita. Al parecer las aguas del acuífero aluvial están en equilibrio con el cuarzo, mientras que las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se encuentran subsaturadas, es decir con tendencia a la disolución. En todos los casos las aguas naturales están en equilibrio con la gibbsita, mientras que las aguas contaminadas están subsaturadas. En la Tabla 5.3, se dan los resultados de los índices de saturación para los diferentes puntos analizados. De acuerdo con los IS se pueden diferenciar 4 grupos de agua (Figura 5.27). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 182 20 Indice de saturación 15 Gohetita Hematita Cuarzo Yeso Gibbsita 10 3 5 4 2 1 0 -5 10 100 1000 10000 TSD (mg/L) Figura 5.27. Índice de saturación vs total de sólidos en las aguas subterráneas. 1- Aguas de las rocas ultramáficas. 2- Aguas del acuífero aluvial. 3- Aguas afectadas por el cono de bombeo del acuífero aluvial. 4- Aguas de los puntos cercanos a la presa de residuos SAL Tabla 5.3. Índice de saturación en las diferentes especies minerales. Aguas Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Río Moa Río Moa Río Moa Manantial ultramáficas Manantial ultramáficas Residuo SAL Residuo ACL Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 17 18 13 14 16 19 11 18 19 20 22 25 Goethita 2.3 2.3 2.3 3.7 3.1 4.1 3.1 5.9 4.4 3.4 9.3 9.7 4.7 10.4 9.4 10.8 10.4 Hematita 1.6 1.4 1.4 2.7 2.4 2.2 2.8 4.3 3.3 2.0 14.7 15.6 2.6 17.2 16.7 17.0 16.8 2.3 2.0 2.2 4.9 5.6 9.4 8.2 1.3 1.1 1.8 11.2 13.3 14.7 12.1 Cuarzo -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.6 0.2 0.5 0.2 0.0 0.7 0.2 0.2 0.2 0.2 -0.1 -1.2 -1.1 0.2 0.3 Yeso -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -0.5 -0.5 -0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 -4.3 -4.1 0.5 0.4 Gibbsita -0.4 -0.4 -0.4 -0.9 -0.8 -1.2 -1.0 -1.0 -1.0 -1.3 -0.4 -0.9 -1.0 -1.3 -1.2 -1.0 -1.2 -0.8 -1.2 -0.8 -1.0 -1.0 -1.0 �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 183 De acuerdo con el modelo hidrogeoquímico PHREEQCI, al parecer la acidez del agua intersticial de los residuos y la de los lixiviados procedente de las presas de residuo (SAL) que se infiltran al acuífero aluvial está condicionada o controlada principalmente por las siguientes reacciones químicas: 1 3 Fe 3+ + O2 + H 2 O → FeOOH + 2 H + 4 2 Fe 3+ + 2 H 2 O → FeOOH + 3H + 1 Fe 2+ + O2 + 2 H 2O → Fe(OH )3 + H + 2 Al 3+ + 3H 2 O → Al (OH ) 3 + 3H + 1 3 Mn 2+ + O2 + H 2 O → MnOOH + 2 H + 4 2 mientras que en el acuífero aluvial el CO3=, CO3H- y el CO2 tienden a mantener el equilibrio. 5.5. Conclusiones - Del análisis de los resultados se desprende que todas las aguas de la región, que no han sido afectadas por los vertidos de aguas residuales ni por el lixiviado de la presa de residuo, de acuerdo a la composición de las especies mayoritarias son bicarbonatadas magnésicas. - El fondo geoquímico de las aguas subterráneas y superficiales en cuanto a la concentración de los metales Ni, Mn, Fe es elevado. En ninguno de los casos consultados, las aguas del acuífero aluvial estudiadas con anterioridad a la construcción de las presas de residuo se reportan concentraciones que superen las normas de potabilidad establecidas por la Organización Mundial de la Salud (OMS). - Las explotaciones mineras de níquel y cobalto en la zona han producido un deterioro de la calidad de las aguas superficiales y subterráneas desde su inicio en 1963, con un marcado incremento en la última década, donde se aprecian concentraciones de los metales (Ni, Cr, Mn e Fe) que superan los valores límites admisibles establecidos por la OMS para agua potable. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 184 - El origen de la presencia de los metales pesados en las aguas superficiales se puede asumir que es debido al arrastre de sedimentos ricos en metales pesados de las áreas de minería a cielo abierto durante los periodos de precipitación, el vertido de aguas residuales directamente al río Cabañas y el drenaje directo de la presa de residuos al río Moa. - Dadas las condiciones oxidantes de las aguas subterráneas y la baja demanda química de oxígeno de las diferentes muestras analizadas en el laboratorio se puede suponer que los metales se encuentran en estado oxidado. - El comportamiento y distribución de los metales en este contexto hidrogeológico es diferente en los dos acuíferos (rocas ultramáficas y aluvial) en cuanto a su concentración y están condicionados por las condiciones de oxidación reducción, pH y las condiciones del flujo subterráneo. - En el caso de la concentración de los diferentes iones presentes en el agua del acuífero aluvial en el momento del análisis se observa un incremento exponencial de estos con relación a la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación con ácido sulfúrico. El mayor efecto de la recarga de la presa de residuos se aprecia en los primeros 100 m. - La contaminación de las aguas del acuífero aluvial del río Moa se ha producido desde 1975 por el lixiviado de los residuos mineros. Los residuos producen una recarga inducida en el acuífero con una elevada concentración de sales disueltas, que ha provocado la contaminación en diferentes metales (Cr, Ni, Mn e Fe), sulfatos y Mg. El incremento de la concentración de sales en las aguas subterráneas está condicionado por la dirección del flujo y los aportes procedentes de la recarga inducida por la presa de residuos del proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Esta situación puede ser alterada aún más si se incrementan las extracciones de agua desde los pozos de abastecimiento, lo que provocaría una variación de las condiciones hidrodinámicas del medio que pueden incrementar la recarga desde la presa de residuos y con ello acelerar los procesos de disolución precipitación de las diferentes sales ricas en elementos contaminantes. - Los resultados de la simulación geoquímica muestran que las aguas se encuentran sobresaturadas en hematita y goethita que son las fases minerales que predominan en el medio �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 185 geológico y en los residuos, siendo mayor esta sobresaturación en las aguas más contaminadas. Los iones metálicos en las aguas subterráneas afectados por la contaminación se presentan en forma de iones complejos asociados al sulfato, bicarbonato e hidróxidos. - Conociendo que los procesos de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo que actúa sobre el acuífero, es previsible que continúe aumentando a lo largo del tiempo. Este aumento de la contaminación es debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas (precipitación elevada con una recarga de más de 400 mm/año). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 185 Capítulo 6. CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS METALÚRGICOS SÓLIDOS DE LA INDUSTRIA CUBANA DEL NÍQUEL EN MOA 6.1. Introducción La industria cubana del níquel ubicada en el noreste de la provincia de Holguín (Cuba), realiza la explotación de los yacimientos lateríticos en el municipio de Moa desde 1963 con una planta y a partir del 1986 con dos. La explotación de los yacimientos lateríticos se realiza por el método de minería a cielo abierto. La extracción de concentrado de níquel más cobalto se realiza con dos procesos metalúrgicos: I) lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) y II) lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Como consecuencia de estos procesos metalúrgicos se generan grandes volúmenes de residuos, que al culminar el proceso son mezclados, diluidos en agua y transportados por tuberías en forma de líquido viscoso hasta las presas de residuos (presas de cola), ubicadas en las terrazas del río Moa. (Foto 6.1). En la actualidad existen cinco presas de residuo, resultado de los procesos metalúrgicos de extracción del Ni y Co. Tres en el municipio de Moa que constituye el área de nuestro estudio y dos en el municipio de Mayarí (Nicaro) (Figura 6.1). La suma del área ocupada por las cinco presas equivale a unos 10 km2. Presentan una altura en los diques variable entre los 2 y 22 m de altura. El volumen de residuos que en ellas se almacenan supera los 180 millones de toneladas (Tabla 6.1). De acuerdo al sistema de construcción empleado en el cierre, las balsas se clasifican como presas de Aguas Arriba de acuerdo con el trabajo de Junghans y Helling, (1998) (Capítulo 2). El grado de saturación del material en las balsas es variable en función de la época del año y del lugar en que se encuentre el punto de vertido de los residuos que se realiza de manera puntual (Foto 6.1). El vertido de la mezcla (denominada cola) se realiza de manera puntual en uno de los extremos de la balsa, a partir de ese momento, el líquido comienza a circular por el interior de la balsa y con ello se produce la precipitación y sedimentación de la fase sólida en suspensión, mientras que el líquido acompañante es drenado por el otro extremo al río Moa. Para conocer el comportamiento hidromecánico de estos residuos y caracterizar las diferentes propiedades fisicoquímicas se han empleado una serie de técnicas y métodos cuyos resultados se exponen a continuación. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 186 Foto 6.1. Se puede apreciar el vertido y circulación de los residuos mineros en una de las presas de residuos. Obsérvese la presencia de capas estratificadas de diferentes espesores, así como la presencia de grietas de desecación en la parte inferior derecha. Foto 6.2. Grietas de desecación en los meses de julio y agosto en la balsa 3 residuo ACL y 5 residuo SAL, de la Figura 6.1 (área aproximada de la foto 1 m2). Las balsas se caracterizan por la presencia de grietas de desecación y estratificación dentro de los embalses (Fotos 6.1 y 6.2). Las grietas por desecación (fisuras) en la superficie alcanzan profundidades superiores a los 20 cm y de hasta 5 cm de ancho (Foto 6.2), aspecto que al �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 187 parecer favorece la infiltración de las aguas meteóricas y con ello el proceso de circulación de los contaminantes hacia el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa. Figura 6.1. Ubicación de las presas de cola en el municipio minero de Moa en Nicaro. Las presas 1, 2 y 3 contiene al residuo del proceso metalúrgico ACL y las presas 4 y 5 contienen a los residuos del proceso SAL. Tabla 6.1. Principales características de las presas de estériles. Presa Estado Proceso Localidad Perímetro actual metalúrgico (m) 1 2 3 4 5 En uso Inactiva En uso Inactiva En uso ACL ACL ACL SAL SAL Nicaro Nicaro Moa Moa Moa ≈6 500 ≈2 000 ≈6 400 ≈3 100 ≈4 200 Área (km2) Altura del dique (m) 2.2 0.3 3.0 0.7 1.5 14-22 2-4 2-6 1-8 4-8 Millones de toneladas ≈88 ≈17 ≈19 ≈18 ≈45 Los números de las presas se corresponden con la Figura 6.1. 6.2. Características mineralógicas y químicas de los depósitos de estériles El mineral predominante en los residuos es la hematita, formado mayoritariamente en el proceso metalúrgico por acción de los productos de lixiviación sobre la goethita (60-80 % del mineral laterítico inicial que entra al proceso metalúrgico), que es la fase principal portadora �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 188 de níquel (Berezowsky, 1996). Los resultados semicuantitativos de los análisis de los residuos por difracción de rayos X se muestran en la Tabla 6.2. Se puede observar que existe una diferencia entre la composición mineralógica de las balsas de residuo correspondientes al proceso de lixiviación ácida (SAL) y al proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL), fundamentalmente debido al contenido de minerales de aluminio, yeso y magnetita (Tabla 6.2). Tabla 6.2. Composición mineralógica de los residuos. Resultados semicuantitativos en % peso. Proceso Presa *Densidad Fórmula de acuerdo Proceso 3 metalúrgico (g/cm ) al manual de metalúrgico ACL Presa 3 Minerales mineralogía de Dana SAL Presa 5 N=5 N=5 Hematita Magnetita Cuarzo Gibbsita Anatasa Alunita Yeso Serpentina Chromoespinelas Minerales de Mn Ferryhidrita Magnesita 5.26 5.18 2.65 2.30 3.90 2.60 3.32 2.30 4.3 Fe2O3 Fe3O4 SiO2 Al(OH)3 TiO2 KAl3 (SO4)2(OH)6 CaSO4H2O Mg3Si2O5(OH)2 FeMgCr2O4 3.96(sintética) 3.3 Fe5O6(OH)33H2O MgCO3 69-75 0.6-1.2 1.3-3.1 1.4-6 0.02-0.05 8.9-14 2.5-5.6 0.6-1.4 2.1-2.8 0.5-0.7 0.1-0.6 0.1-0.2 60-70 13-23 2-4.2 1-3 0.03-0.06 -0.1-1.2 0.6-1.5 2-4 0.6-1.2 0.4-1.2 No detectada * Gaines et al., (1997) N: número de muestras. La composición química del agua intersticial del residuo se determinó a partir del extracto en pasta saturada de acuerdo con la metodología de Page, (1986). Se aprecia que el agua se caracteriza por la presencia de una gran cantidad de sales disueltas. Las principales diferencias de las aguas de poros de los dos residuos son el pH, concentración de sulfatos y nitrato. En la Tabla 6.3 se puede ver que en el proceso de lixiviación ácida, la concentración de los nitratos, es prácticamente tres órdenes de magnitud inferior a la concentración en el residuo ACL. Mientras que con respecto a la concentración de sulfato se puede apreciar que es cuatro veces mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL. El contenido de metales disueltos es mayor en el agua intersticial del residuo SAL, esto está favorecido por el pH ácido de la solución. La conductividad eléctrica es mayor en el residuo ácido. El contenido de sodio es �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 189 tres veces mayor en el residuo SAL que en el ACL. Los contenidos de magnesio son similares en ambos casos. Los análisis químicos de los residuos sólidos muestran un elevado contenido de Fe (mayor del 43%) que se encuentra mayoritariamente en forma de hematita (Fe2O3), además se presenta en otras formas como magnetita (Fe3O4), aluminocromita (FeO(AlCr)2O3), cromita (FeCr2O4), ferryhidrita y hierro amorfo, así como silicatos complejos tal como se ha identificado por difracción de Rx,. El azufre en el residuo del proceso SAL se presenta como sulfato cálcico hidratado (yeso) y alunita o hidroalunita, la presencia de la alunita ha sido reportada también por Fernández, (1983). El aluminio se encuentra en forma de gibbsita y aluminio amorfo y el silicio en forma de cuarzo y cuarzo amorfo. La concentración de manganeso es pequeña en comparación con el hierro y el aluminio, el manganeso se encuentra mayoritariamente en forma amorfa, aunque se aprecia la presencia de algunos minerales de Mn que no es posible precisarlos con las técnicas de rayos X (Rx). El cromo se presenta en forma de cromita. La diferencia entre los contenidos de níquel y cobalto en los dos residuos se debe a la baja eficiencia del proceso ACL que sólo recupera entre un 75-80 % del níquel original y entre un 40 y 50 % del cobalto. La composición química de ambos residuos se muestra en la Tabla 6.4. Tabla 6.3. Principales características del agua intersticial de las dos presas de residuos representativas de los dos procesos metalúrgicos (concentración en mg/L, Eh en mV). Presa 3 Presa 5 Presa 3 Presa 5 Residuo ACL SAL Residuo ACL SAL K+ Na+ Mg2+ Ca2+ ClSO4= HCO3= NO3NO2P3N3Cu2+ 3.80 145.80 1012.90 33.20 212.60 1307.20 292.80 3387.10 8.20 3.10 2.09 0.84 3.00 42.00 1352.00 172.00 256.00 5623.00 505.00 3.00 3.54 1.60 n.d. 0.08 Cr+6 Cr(total) Co2+ Ni2+ Fe(total) Mn2+ Zn2+ Sr4+ Ti2+ Al3+ V3+ pH Eh(mv) 0.22 0.32 0.07 0.32 0.02 0.07 0.10 n.d. n.d. 0.01 n.d. 6.50 325.00 1.95 2.82 0.11 0.51 5.60 120.00 0.49 0.01 n.d. 4.50 n.d. 4.10 422.00 �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 190 En las muestras del residuo ACL analizadas se observa entre un 3 y 4.6% de materia orgánica. Esta fracción orgánica, procedente del uso de petróleo en el proceso metalúrgico, no es destruida completamente por los procesos posteriores de combustión y lixiviación, y se mantiene hasta llegar a la balsa de residuos. Tabla 6.4. Principales componentes de los residuos (contenido de los elementos en % en peso). Co Zn V Ni Ba Cr Ti Mn Mn(amorfo) SAL ACL 0.57 0.06 0.42 0.72 0.061 0.231 0.03 0.10 Tabla 6.4. (continuación). Al Al(amorfo) Fe SAL ACL 43.58 49.19 4.94 4.80 0.245 0.301 0.01 0.05 Fe(amorfo) 0.140 2.132 0.03 0.03 0.18 0.60 SiO2 0.0028 0.0030 SiO2(amorfo) 4.7 5.2 0.012 0.020 0.53 1.72 S 3.8 *Mayor información en el Anejo II. La Foto 6.3, muestra una imagen tomada en el microscopio electrónico donde se puede apreciar que el tamaño de las partículas es relativamente homogéneo. En la misma figura, se puede observar un cristal de yeso y una partícula esférica constituida por alifáticos derivados de la combustión del petróleo empleado en el proceso metalúrgico ACL para el tratamiento del mineral laterítico. El estudio de las fracciones orgánicas se realiza de forma cualitativa para determinar la existencia de compuestos que representen un determinado riesgo ambiental. Entre los compuestos de la materia orgánica detectados, son de especial interés las trazas de hopanos (Tabla 6.5.), y de esteranos y diasteranos (Tabla 6.6.). Estos compuestos, indican el origen petrolígeno de la materia orgánica presente en el residuo, ya que son generados durante la formación del petróleo (Albaigés et al., 1986). Tabla 6.5. Hopanos identificados. No 1 2 3 4 5 6 7 8 Compuestos 18α (H),21β (H)-22,29,30-Trisnorhopano(Ts) 17α (H),21β (H)-22,29,30-Trisnorhopano(Tm) 17α(H),21β(H)-30-Norhopano 17α(H),21β ( (H)-Hopano 2α-Metil-17α (H),21β (H)-Hopano 17α(H),21β (H)-Homohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Homohopano (22R) Gammacerano No 9 10 11 12 13 14 15 16 Compuestos 17α(H),21β (H)-Bishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Bishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Trishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Trishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Tetraquishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Tetraquishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Pentaquishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Pentaquishomohopano (22R) �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 191 Materia orgánica Yeso Foto 6.3. Imagen del microscopio electrónico del residuo ACL, donde se observa una partícula de materia orgánica de forma esférica en el centro y un cristal de yeso en la parte inferior derecha. Ancho de la fotografía 25X20 micras. Tabla 6.6. Esteranos y Diasteranos identificados. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Compuestos 5α(H), 14β(H),17β(H)-Pregnano 5α(H), 14β(H),17β(H)-Homopregnano 13β (H),17α(H)-Diacolestano (20S) 13β (H),17α (H)-Diacolestano (20R) 13α(H),17β (H)-Diacolestano (20S) 13α(H),17β (H)-Diacolestano (20R) 24-Metil-13β (H),17α (H)-Diacolestano (20S) 5α(H), 14α(H),17α(H)-Colestano + 24-metil-13α(H),17β (H)-Diacolestano (20S) 5α(H),14β(H), 17β(H)-Colestano(20R) + 24-etil-13 β(H),17α(H)-Diacolestano (20S) 5α(H),14β(H), 17β(H)-Colestano(20S) No 11 12 13 14 15 16 17 18 Compuestos 5α(H),14α(H), 17α(H)-Colestano(20R) 24-Etil-13β (H),17α(H)-Diacolestano (20R) 24-Metil-5α(H),14β(H),17β(H)-Colestano (20R) 24-Metil-5α(H),14β(H),17β(H)-Colestano (20S) 24-Metil-5α(H),14α(H),17α(H)-Colestano (20R) 24-Etil-5α(H),14α(H),17α(H)-Colestano (20S) 24-Etil-5α(H),14β (H),17β (H)-Colestano (20R) 24-Etil-5α(H),14β (H),17β (H)-Colestano (20S) 19 24-Etil-5α(H),14α(H),17α (H)-Colestano (20R) Para conocer el tipo de petróleo que ha dado origen a estos compuestos se ha calculado durante el estudio de los hopanos, la relación de los biomarcadores 18α(H),21α(H)-22,29,30Trisnorhopano (Ts) y 17α(H),21α(H)-22,29,30-Trisnorhopano (Tm), resultando: Ts/(Ts+Tm) = 0.47 (6.1) �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 192 Según los estudios de Seifert y Moldowan (1978), una ratio igual a 0.47 de hopanos, se corresponde con un petróleo maduro. La existencia de restos de petróleo en el residuo, la presencia de dibenzotiofeno y derivados de este, así como de los principales hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) (entre 2 y 6 anillos), son indicativos de un proceso de combustión incompleto del petróleo durante el proceso metalúrgico (ACL). Algunos de estos HAPs, están incluidos en la lista de contaminantes peligrosos de la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental (EPA) (Tabla 6.7), y en general, su alta toxicidad en animales y plantas ha sido ampliamente estudiada y documentada (Verschueren, 1996, Volkman et al., 1983, Campos et al., 1996), debido a la frecuencia con la que se encuentran estos compuestos en diferentes matrices y con procedencias u orígenes muy distintos. Tabla 6.7. En la izquierda los HAPs, presentes en la muestra ACL (pirometalúrgica). En la derecha aparecen señalados los que se encuentran en la lista de elementos peligrosos de la EPA. Compuesto EPA, (1989) Compuesto EPA, (1989) Naftaleno 1-Metilnaftaleno 2-Metilnaftaleno Fenantreno Antraceno Fluoranteno x x x x x Pireno Benzo(a)antraceno Criseno + Trifenileno Perileno Dibenzotiofeno x x x x Los compuestos orgánicos mayoritarios que se han detectado, son hidrocarburos alifáticos lineales de rango C13-C36 con predominio de los homólogos con número de carbonos par, característicos de aportes bacterianos (Grimalt y Albaigés, 1987). Se ha detectado la presencia de metil ésteres con predominio par y máximo en el ácido hexadecanoico. Este tipo de compuesto está asociado también a aportes bacterianos (Albro, 1976, Alexander et al., 1983, Connan, 1984). Además se han hallado trazas de azufre elemental (S8), indicativos de actividad bacteriana. Los citados compuestos, corroboran los procesos de degradación microbiana que sufre la materia orgánica presente en los residuos mineros ACL. En la Foto 6.4. se muestran dos fotografías del microscopio electrónico donde se observa la presencia de algas en los residuos. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 193 A 100 micras B 200 micras Foto 6.4. Imagen del microscopio electrónico donde se observa la presencia de microorganismos en los residuos. A) Presa de residuo 3, proceso de lixiviación con carbonato amonical (ACL) y B) presa de residuo 5, proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). La muestra del residuo SAL, contiene una menor cantidad de materia orgánica, debido a dos razones principales. En primer lugar, no se añade petróleo ni otras sustancias orgánicas durante el tratamiento metalúrgico que originan los residuos. En segundo lugar, si hubiese residuos de materia orgánica que se pudieran encontrar en el material, estos serían destruidos por el ácido sulfúrico durante la lixiviación ácida de los metales. Todo ello se corrobora en el contenido de materia orgánica medido electroquímicamente, así como el análisis realizado mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Ambos métodos registraron cantidades inapreciables de materia orgánica soluble. Por el método de calcinación (Page, 1986), el contenido de materia orgánica presenta una media de 0.6%. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 194 6.3. Características físico-mecánicas Para caracterizar las propiedades físicas y mecánicas básicas de los residuos de la presa 3 (Figura 6.1.), se han realizado ensayos granulométricos mediante sedimentación y tecnología láser y se han determinado los límites de Atterberg y las humedades y densidades “in situ”. La deformabilidad del material se ha determinado mediante ensayos edométricos y la medida del módulo de deformación en ensayos de compresión simple. La resistencia se ha determinado en ensayos de compresión simple, tracción directa e indirecta (ensayo Brasileño), corte directo drenado, triaxiales con rotura no drenada y triaxiales cíclicos. 6.3.1. Propiedades físicas básicas El peso específico de las partículas es muy elevado, superior a 3.8 mg/kg en el caso de los dos residuos (Tabla 6.8). Estos resultados de un peso específico tan elevado son coherentes con los estudios de Swarbrick and Fell, (1992), en este trabajo se encuentra que las minas de hierro estudiadas presentan un valor del peso específico entre 3.76 y a 3.84, mientras que en otros tipos de minas este peso específico es significativamente inferior. 100 ACL (Sedimentación) ACL (Láser) SAL (Sedimentación) SAL (Láser) % en peso 80 60 40 20 0 1 0.1 0.01 0.001 Diámetro de las partículas (mm) 0.0001 Figura 6.2. Curvas granulométricas de los residuos de la industria cubana del níquel. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 195 Los residuos de la industria cubana del níquel se caracterizan por una granulometría muy fina. A partir de los resultados granulométricos mediante láser se obtuvo que el 100% del material presenta una granulometría con diámetro inferior a 200 micras. Como se puede ver en la Figura 6.2, el 92 % de su peso se corresponde con una granulometría inferior a las 80 micras. Las curvas obtenidas por ambos métodos (láser y sedimentación) no son idénticas (Figura 6.2.), esta diferencia puede deberse a la formación de agregados durante el proceso de sedimentación a causa del carácter magnético del residuo y al hecho de que en el ensayo mediante láser se emplea ultrasonido para disgregar las partículas. 20 micras Foto 6.5. Granulometría de una muestra del residuo ACL en una imagen del microscopio electrónico. Según la distribución granulométrica y los límites de Atterberg, el material se clasifica como un limo de muy bajo límite líquido. Según el índice de plasticidad (IP) el material presenta un comportamiento poco plástico. En la Tabla 6.8 se presentan las principales características físicas de este material, que se caracteriza por presentar humedades muy altas, así como un bajo límite líquido y baja plasticidad. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 196 6.3.2. Ensayos edométricos La Figura 6.3, muestra los resultados de ensayos edométricos realizados sobre muestras remoldeadas de la presa de residuo número 3 en la Figura 6.1. Las muestras fueron compactadas estáticamente hasta densidad seca de 1.39 g/cm3 y una humedad inicial de 44% y grado de saturación igual a uno. En condiciones saturadas, el índice de compresión, Cc, es de 0.26 y el de hinchamiento, Cs, es de 0.05. La deformabilidad de estas muestras remoldeadas es algo mayor que la medida en muestras inalteradas de las otras presas existentes en el área (Heredia, 1980), en la Tabla 6.9 se indica el orden de magnitud de Cc medido por Heredia, (1980). Con las condiciones iniciales citadas, la estructura del material es muy colapsable. Cuando se carga una muestra con su humedad inicial de compactación del 10%, la deformabilidad de la misma es mucho menor que en condiciones saturadas (Cc= 0.12). Sin embargo, cuando una muestra con esa humedad se satura manteniendo una carga aplicada, se produce una importante reducción de volumen, hasta que finalmente alcanza un volumen final semejante al obtenido para esa misma carga con una muestra saturada inicialmente bajo carga nula. Tabla 6.8. Propiedades físicas de los residuos. Parámetros Presa 1* ACL Presa 3 ACL Presa 4* SAL N. de ensayos ρn (g/cm3) ρd (g/cm3) ρs (g/cm3) w% LL LP IP e n=20 2.38-2.23 1.83-1.67 3.99-3.77 35.3-29.4 25-23 24-21 11-6 1.35-1.15 n=22 2.15-1.73 1.57-1.33 4.11-3.52 30.9-25.0 40.4-35.3 36.8-30.0 7.4-3.1 1.95-1.47 n=6 2.38-2.29 1.83-1.64 3.8-4.04 35-25 44-40 40-36 6-4 2.2-1.3 (*Heredia, 1980) En la Figura 6.3, puede observarse la magnitud de la deformación de colapso para distintas cargas verticales. Este comportamiento es coherente con el observado en suelos naturales de granulometría y porosidad análoga a la del residuo (Alonso et al., 1987). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 197 Tabla 6.9. Parámetros de los ensayos edométricos (para tres presas de la Figura 5.1) Parámetros Presa 1* ACL Presa 3 ACL Presa 5* SAL N. ensayos Cc Cs N=22 0.31 0.06 N=6 0.26 0.05 N=20 0.24 0.05 (*Heredia, 1980) 1.90 Colapso Edómetro saturado Índice de poros 1.80 1.70 1.60 1.50 Carga de compactación 1.40 0.0 0.1 1.0 Carga vertical (MPa) 10.0 Figura 6.3. Curva edométrica representada en coordenadas semilogarítmicas (saturado y colapso). Muestra amasada o remoldeada del residuo ACL, de 50 mm de diámetro y 20 mm de altura. 6.3.3. Ensayos de compresión simple Se han realizado ensayos de compresión simple sobre probetas compactadas a una densidad seca de 1.53 g/cm3, algo inferior a la media “in situ” con una humedad inicial del 40% (Sr=1) que se han dejado secar lentamente en el ambiente del laboratorio (humedad relativa del 60% y temperatura de 22±2ºC) hasta alcanzar diferentes humedades finales (Figura 6.4A), al llegar a la humedad deseada se realizó el ensayo de compresión simple. En la Figura 6.4B) se muestra la variación del módulo de Young y de la resistencia a compresión en función del grado de saturación de las probetas. Puede observarse un claro aumento de la rigidez a medida que el material está más seco. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 198 0.05 Resistencia a la compresión simple (MPa) w=0.025 w=0.2 w=0.3 0.04 w=0.36 w=0.39 w=0.41 0.03 w=0.42 w=0.43 0.02 0.01 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Deformacióin unitaria Figura 6.4A. Resultados del ensayo de compresión simple en función de la humedad. 50 100.0 Resistencia a la compresión (KPa) A E(MPa) 10.0 1.0 0.1 B 40 30 20 10 0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 Figura 6.4B. Resultados del ensayo de compresión simple. A) Módulo de deformación, B) Resistencia a la compresión en función del grado de saturación (ensayo sobre muestras remoldeadas de 76 cm de altura y 38 de diámetro). La resistencia a la compresión es mayor para las muestras con un grado de saturación cercano al 80% (Figura 6.4B). En la Foto 6.6, se pueden apreciar diferentes muestras rotas en el ensayo de resistencia a la compresión. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 199 Incremento del grado de saturación Foto 6.6. Fotografía de algunas muestras rotas en el ensayo de compresión simple, nótese el plano de rotura, la disminución de altura de las muestras cilíndricas es el resultado de la deformación vertical experimentada debido al mayor grado de saturación. 6.3.4. Resistencia a tracción Por otra parte se ha medido la resistencia a tracción en muestras preparadas en las mismas condiciones iniciales, utilizando un equipo similar al descrito por Mikulisch y Gudehus (1995). La resistencia a tracción obtenida se muestra en la Figura 6.5, en esta misma figura se muestra la resistencia a la tracción medida indirectamente siguiendo el método Brasileño. Puede constatarse como la resistencia a tracción presenta un valor máximo para grados de saturación del orden de 0.8. Resistencia a la tracción (KPa) 20 15 10 5 Medida directa Ensayo Brasileño 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 Figura 6.5. Curvas de resistencia a la tracción con diferentes grados de saturación. A) Método Brasileño y tracción directa. Si analizamos los resultados de los ensayos de tracción y de compresión simple, podremos comprobar como tanto la resistencia a tracción como a compresión presentan un valor �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 200 máximo para grados de saturación cercanos al 0.8 (Figura 6.5). El cociente entre la resistencia máxima a compresión y la resistencia máxima a tracción directa es del orden de 5. En las muestras cercanas a saturación, la resistencia a tracción tiende a ser del mismo orden de la resistencia a compresión. La diferencia que se aprecia entre el ensayo de tracción por el método Brasileño y el método de tracción directa puede ser debido a que este método no está pensado para suelos aunque por su sencillez se aplicó con el objetivo de ver si el material experimentaba un comportamiento similar al otro método. A Incremento del grado de saturación C B Foto 6.7. A) Fotografía de algunas muestras rotas por el ensayo Brasileño. B) Equipo de tracción directa. C) prensa usada en el ensayo Brasileño. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 201 6.3.5. Ensayos de corte directo Se efectuaron los ensayos de corte directo en condiciones drenadas sobre muestras remoldeadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3 y saturadas. Los resultados han proporcionado valores del ángulo de rozamiento interno entre 41º y 45º y cohesiones efectivas casi nulas (entre 0 y 0.01 MPa) (Figura 6.6.). 0.3 0.3 y = 1.1698x + 0.0108 R2 = 0.972 0.25 0.25 Tensión de corte (MPa) Tensión de corte (MPa) 0.2 MPa 0.2 0.15 y=x R2 = 1 0.1 0.05 0.2 0.2 MPa 0.15 0.1 MPa 0.1 MPa 0.1 0.04 MPa 0.05 Curva de valores máximos 0.05 MPa Curva de valores mínimos 0 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Tensión normal (MPa) 0.25 0 2 4 6 8 Desplazamiento (mm) 10 Figura 6.6. A) Relación entre la tensión normal y la tensión de corte. B) Curva de tensión vs desplazamiento de corte directo en muestras remoldeadas para diferentes presiones normales del residuo ACL. 6.3.6. Ensayos triaxiales 6.3.6.1. Ensayos triaxiales en condiciones no drenadas Los ensayos triaxiales se realizaron en condiciones no drenadas sobre muestras de iguales características a las usadas en comprensión simple. Las muestras se prepararon en condiciones de grado de saturación igual al 100%. Los resultados de estos ensayos están indicados en la Figura 6.7. Puede observarse como para pequeñas deformaciones axiales (menores del 2%) se pueden medir importantes incrementos de presión de poros, mientras que cuando las deformaciones son mayores, el material tiende a ser dilatante y las presiones de poro se reducen, con el consiguiente aumento de la resistencia no drenada. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 202 El ángulo de rozamiento interno que se puede derivar de estos ensayos es de 35.6º, muy diferente al obtenido por los ensayos de corte directo. Esta diferencia entre el valor del ángulo de fricción interna entre los dos ensayos puede deberse a la velocidad con que se ha realizado el ensayo de corte directo 0.0048 mm/min, no haya sido lo suficientemente baja como para alcanzar las condiciones drenadas. Al ser un material esencialmente dilatante a grandes deformaciones, la resistencia no drenada es superior a la drenada. Resultados similares del ángulo de fricción interna en ensayos triaxiales se obtienen en residuos de minas de hierro en Brasil (Tibanas et al., 1998). σ3σ =250 KPa 3=250 σ3=350 KPa σ3=350 σ3=100 KPa σ3=100 Foto 6.8. Fotografías de tres muestras sometidas al ensayo triaxial. Muestras remoldeadas del residuo ACL de 76 mm de altura y 38 de diámetro. 200 800 B A 150 400 Presión de poros (kPa) q=σ1-σ3 (kPa) 600 1% 0.5% 200 σ3o'=350 0 kP 100 50 σ3ο'=200 kPa 0 -50 0.1% σ3o'=100 kPa σ3ο'=50 kPa -100 0 0 200 400 p’=[(σ1’+2σ3’)/3] (kPa) 600 0 10 20 Deformation axial Deformación axial (%) 30 Figura 6.7. Ensayos triaxiales. A) p´vs q y B) presión de poros vs deformación axial. Se realizaron en condiciones no drenadas sobre muestras de iguales características a las preparadas para los ensayos de compresión simple. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 203 La obtención de ángulos de fricción tan grandes en ensayos triaxiales y de corte directo al ensayar muestras de residuos mineros, son coherentes con los resultados de los trabajos de Markland and Eurenius, (1976), aunque hay que señalar que en ese trabajo la porosidad del material es inferior en un 20% a la que presentan los residuos estudiados en esta tesis. 6.3.6.2. Ensayos triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas Se han realizado triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas sobre muestras saturadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3. En la Figura 6.8A) se muestra la relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica (σd/(2σ'3o)). En la misma figura se muestra también esta relación para llegar a alcanzar diversos grados de deformación. Puede constatarse que una vez alcanzada la licuefacción, las deformaciones tienden a crecer muy rápidamente. En la Figura 6.8B) puede observarse como las presiones de poros empiezan a incrementarse cuando la deformación axial alcanza valores del orden del 0.1% y llegan a igualar a la tensión de confinamiento para deformaciones axiales del orden del 1% de forma casi independiente de la presión de confinamiento. Estos resultados son coherentes con los resultados de Dobry presentados por el Committee on Earthquake Engineering (1985) con arenas de diversas procedencias y diferentes densidades relativas. 1 A 0.3 Inicio licuefacción 1% deformación axial 2% deformación axial 3% deformación axial 4% deformación axial B 0.8 0.26 0.6 u/σ'3o Relación de delas lastenciones tensiones(σd/(2σ (σd/(2σ3o )) Relación 3o)) 0.34 0.22 0.4 0.18 0.2 0.14 1 10 100 Número de ciclos 100 0 0.01 σ3o' 100 KPa 100 KPa 103 KPa 200 KPa 200 KPa 1000 KPa 0.1 1 Deformación vertical (%) 10 Figura 6.8. Triaxiales cíclicos. A) Relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica. B) Relación entre la presión de poros y la deformación axial. Los ensayos se han realizado en condiciones no drenadas sobre muestras saturadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 204 6.4. Comportamiento hidromecánico Para caracterizar el comportamiento hidromecánico se ha determinado la curva de retención del material, sus cambios de volumen asociados a los cambios de succión, la humedad y la permeabilidad saturada y no saturada. Todas estas propiedades son de interés si se pretende estudiar el comportamiento del residuo cuando las balsas se secan por primera vez y en los sucesivos procesos de humedecimiento y secado, debido a las condiciones climáticas, además del transporte y vertido de nuevos volúmenes de residuos. 6.4.1. Curva de retención La curva de retención del residuo para succiones entre 0.1 y 10 MPa se ha obtenido midiendo la succión mediante un psicrómetro de transistores (Dimos, 1991) en pequeñas muestras cilíndricas (15 mm de diámetro y 12 mm de altura, Foto 6.9) compactadas con humedad y densidad seca inicial controladas. En todos los casos las muestras se han realizado por triplicado en cada uno de los puntos medidos tanto para la curva de secado como para la de humedecimiento, en total se analizaron 65 muestras. Las pequeñas muestras saturadas para la curva de secado se han secado hasta alcanzar distintas succiones en el ambiente del laboratorio con temperatura controlada de 22±oC. En los ciclos de humedecimiento el aumento de humedad se ha realizado añadiendo el agua necesaria gota a gota, a partir de muestras equilibradas en un recipiente como el de la Figura 6.9. con una succión 38 MPa impuesta con una solución salina de ClNa. A B Foto 6.9. A) Imagen del recipiente utilizado para lograr el equilibrio de las muestras con una solución salina. B) Muestras utilizadas para la determinación de la succión en el psicrómetro. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 205 Con succiones menores a 1 MPa, se han realizado ensayos edométricos con succión controlada para evaluar los cambios de volumen y humedad del material cuando se le somete a cambios de succión o de carga vertical en condiciones no saturadas. El edómetro (Lloret, 1993; Lloret y Alonso, 1985) utiliza la técnica de la traslación de ejes (Hilf, 1956), para controlar la succión del material. Las variaciones de succión se han impuesto aplicando una presión de aire de 1 MPa en la cara superior de la muestra (50 mm de diámetro y 20 mm de altura) y variando la presión de agua en la base de la piedra porosa de alto valor de entrada de aire. La medida de la cantidad de agua que entra o sale de la muestra permite conocer la humedad de la muestra. Si en los ensayos edométricos se mide de forma continua la evolución en el tiempo del volumen de agua que entra en la muestra tras un cambio de succión, la permeabilidad no saturada se puede obtener mediante el ajuste de esta evolución utilizando la solución simplificada de Richards, teniendo en cuenta la baja permeabilidad de la piedra porosa de alto valor de entrada de aire (Kunze y Kirham, 1962; Romero, 2000). En el ensayo edométrico se partió de una muestra saturada con un índice de poros de 1.75. La tensión vertical neta aplicada durante el ensayo ha permanecido constante con un valor de 0.03 MPa. En la Figura 6.9A) se muestran las curvas de retención correspondientes a trayectorias de secado y de humedecimiento en el caso de muestras inicialmente saturadas y compactas con un índice de poros inicial de 1.75. En la Figura 6.9A) se incluyen las medidas realizadas con psicrómetro y en el edómetro de succión controlada. Puede observarse que los dos tipos de medida se solapan bien, lo que indica que la succión osmótica es una pequeña parte de la succión total. Por otra parte, puede observarse que la histéresis es importante. En la Figura 6.9B) puede apreciarse el efecto del volumen de poros en la forma de la curva de retención en trayectoria de secado. Una reducción del volumen de poros implica un aumento importante del valor de entrada de aire en el material. La Tabla 6.10 muestra los parámetros que definen las distintas curvas de retención obtenidas, cuando se utiliza para el ajuste la expresión propuesta por Van Genuchten (1978) para modelar dichos resultados: 1    s  1− λ   Sr =  1 +     Po    −λ (6.2). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 206 donde Sr es el grado de saturación, s la succión y λ y Po parámetros que pueden ser estimados a partir de los resultados experimentales (Tabla 6.10). 100 100 A) 10 Succión (MPa) Succión (MPa) 10 Secado 1 B) Secado Mojado 0.1 e=1.5 1 e=1.75 0.1 e=1.75 e=2 0.01 0.01 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación Psicrómetro 1 0 Ed. de succión controlada 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1 Mod. de V. Genuchten Figura 6.9. Curva de retención obtenida por la técnica psicrométrica y el edómetro de succión controlada. A) Curva de secado y humedecimiento para un mismo índice de poros iniciales. B) Curva de retención en trayectoria de secado para diferentes índices de poros iniciales (15 mm de diámetro y 12 mm de altura). Tabla 6.10. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de las curvas de retención (Figura 5.17) Índice de poros (e) 1.50 1.75 1.75 2.00 Ensayo Po (MPa) λ Secado 1.100 0.389 Secado 0.374 0.392 Mojado 0.134 0.398 Secado 0.079 0.357 6.4.2. Cambio de volumen debido a cambios de succión La Figura 6.10 muestra el cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión durante el ensayo edométrico con succión controlada. En el primer caso (Figura 6.10A), con un incremento de succión entre 0.01 a 0.03 MPa, la muestra, debido al bajo valor de la succión aplicada permanece prácticamente saturada y el cambio de volumen total es muy parecido al volumen de agua que sale de la muestra. En cambio, cuando la succión es mayor (cambio desde 0.4 a 0.6 MPa) la muestra tiene un grado se saturación menor y el cambio de volumen global es muy pequeño frente al cambio de volumen de agua. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 6 6 A B 5 5 Cambios de volumen Cambio de volumen(%) (%) Cambio de volumen (%) 207 4 3 Agua Global 2 1 4 3 Agua Global 2 1 0 0 1 10 100 1000 Tiempo (minutos) 10000 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 6.10. Cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión en el ensayo edométrico con succión controlada. A) 0.01-0.03 MPa. B) 0.4-0.6 MPa En la Figura 6.11 se muestra la evolución del índice de poros y del grado de saturación de la muestra durante el ciclo de secado/humedecimiento/secado realizado bajo una carga de 0.03 MPa en el edómetro de succión controlada. Puede observarse la existencia de una importante deformación irreversible durante el primer ciclo de secado (Figura 6.11A) mientras que en los ciclos subsecuentes las deformaciones son mucho menores y reversibles, lo que denota la histéresis que acompaña los procesos de secado y humedecimiento en estos residuos. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos Ín dice de poros 1. 72 Grad o de satu ración 2 A 1. 68 8 1. 64 4 1. 60 0 1. 56 6 1. 52 2 1 .00 208 B D C 0 .80 Secado 0 .60 M ojado Secado 0 .40 0.01 0.1 Succión (MPa) 1.0 0.2 0.3 0.4 Humedad Figura 6.11. Resultado del ensayo en el edómetro de succión controlada en el residuo ACL. A) Cambio del índice de poros (variación de volumen) en función de la succión. B) Variación del índice de poros en función de la humedad. C) Variación del grado de saturación en función de la succión impuesta. D) Relación entre la humedad y el grado de saturación. La Figura 6.12 muestra la evolución del cambio de volumen respecto al cambio de humedad de una probeta cilíndrica de material (38 mm de diámetro y 76 mm de altura, Figura 6.12B), inicialmente saturado y con una densidad seca de 1.53 g/cm3, expuesto sin confinamiento a una atmósfera con una humedad relativa del 60%. Puede observarse como la relación entre el cambio de volumen (medido a través del cambio en las dimensiones de la probeta) y el cambio de humedad es lineal cuando la humedad es alta. Si el material permaneciera totalmente saturado la relación entre el cambio de volumen y el cambio de humedad debería tener una pendiente igual al valor del cociente entre la densidad seca inicial y la densidad del agua. En la Figura 6.12 se observa que el contenido de agua es algo menor al indicado por la relación anterior, ello probablemente es debido a que la distribución del agua no es uniforme en la muestra y la periferia de la muestra en contacto directo con el ambiente deja de estar �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 209 saturada antes que el interior de la misma. El límite de retracción que resulta de la deformación final de la muestra es del 0.37 (37%) si se calcula como: εν = − (ω r − ω o ) ρ do (6.3) ρω donde (ωr) es el límite de retracción, (ωo) es la humedad inicial, (εv) es la deformación volumétrica final, (ρdo) la densidad seca inicial y (ρw) la densidad del agua. Hay que señalar que tanto en el ensayo edométrico como en este ensayo de retracción, el cambio de volumen experimentado por el material en condiciones saturadas es importante (Figuras 6.11 y 6.12). 0.00 Cambio de volumen (εv ) A B 0.05 0.10 Material saturado ideal 0.15 wr 0.20 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Humedad Figura 6.12. A) Curva de retracción del residuo ACL. B) Fotografía de la muestra de residuo. 6.4.3. Permeabilidad La permeabilidad saturada del material depende de forma importante de su volumen de poros. En la Figura 6.13A, se muestra la relación prácticamente lineal existente entre el índice de poros y el logaritmo de la permeabilidad medida imponiendo un gradiente constante sobre una probeta saturada colocada en el interior de la cámara de un equipo triaxial (Figura 6.16) y sometida a diferentes presiones de confinamiento. �1.E-06 1.E-10 1.E-07 1.E-11 knosat (m/s) ksat (m/s) Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 1.E-08 1.E-09 210 e=1.70 Mod. Van Genuchten Primer secado Mojado Segundo secado 1.E-12 1.E-13 e=1.56 A a) 1.E-10 B b) 1.E-14 1.0 2.0 3.0 4.0 Indice de poros 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1 Figura 6.13. Permeabilidad del residuo ACL. A) Saturada, B) No saturada, observese como la permeabilidad no saturada se ajusta a la ecuación de Van Genuchten. La Figura 6.13B) muestra la evolución de la permeabilidad con el grado de saturación medido durante los cambios de succión impuestos en el edómetro con succión controlada en las trayectorias de secado/humedecimiento/secado utilizadas para definir la curva de retención mostrada en la Figura 6.11C. Puede observarse una importante disminución de la permeabilidad cuando el material deja de estar saturado. De forma aproximada la relación entre el grado de saturación y la permeabilidad se puede ajustar a la ecuación de Van Genuchten, 1978: k nosat = S r0.5 (1 − (1 − S r1 / λ ) λ ) 2 k sat (6.4) siendo ksat la permeabilidad saturada, knosat la permeabilidad no saturada, Sr el grado de saturación y λ el valor obtenido del ajuste de las curvas de retención (Figura 6.9A y 6.9B, Tabla 6.10). 6.5. Formación de grietas por desecación Las fisuras verticales por desecación aparecen en los residuos mineros o suelos cuando las tensiones de tracción que se ejercen en un plano vertical llegan a superar la resistencia a la tracción del medio, esta resistencia a la tracción depende del contenido de agua. Las tensiones �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 211 horizontales se generan por la tendencia del suelo a disminuir de volumen cuando se deseca. Hasta la aparición de las primeras fisuras, la deformación horizontal del suelo es casi nula, de forma que se compensa la disminución de volumen por desecación con un incremento de las tensiones de tracción. La magnitud de las tensiones de tracción están pues relacionadas con la rigidez del material y el cambio de volumen que experimenta cuando se deseca. Cuanto mayores sean los gradientes verticales de humedad generados por las condiciones de evaporación en la superficie, mayores serán los gradientes de tensión horizontal y mayor probabilidad existirá para la formación de fisuras (Morirs et al., 1992; Rodríguez et al., 1998; Yesiller et al., 2000). A fin de conocer el proceso de formación de grietas por retracción del material observadas en las presas de residuo en el campo (Foto 6.2), se han realizado una serie de ensayos de desecación con el residuo de la presa 3 correspondiente al proceso metalúrgico ACL. La muestra de residuo se ha extendido sobre una placa circular (225 mm de diámetro) situada en un ambiente con humedad relativa controlada. Los ensayos son similares a los descritos por Fang (1997), Lloret et al, (1998) y Kodikara et al., (2000). Las placas estaban ranuradas con estrías de 1.5 mm de profundidad a fin de evitar el deslizamiento en el contacto entre la placa y el residuo. El material se extendió sobre las placas con diferentes espesores y con una humedad inicial de aproximadamente el 50%. Se realizaron cuatro series de ensayos en los que las placas se encerraban en recipientes estancos de unos 12 litros de capacidad en los que se imponía la humedad relativa del aire empleando disoluciones salinas o de ácido sulfúrico, en una quinta serie las placas se mantuvieron en el ambiente abierto del laboratorio con una humedad relativa del aire del 60%. La succión final del agua en el material está relacionada con la humedad relativa del ambiente que lo rodea a través de la ley psicrométrica. La temperatura en todas las series de ensayos se mantuvo a 22±2 ºC. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 212 Foto 6.10. Foto de un desecador usado en los ensayos de retracción. Se aprecia que la muestra de residuo en la bandeja está agrietada. En la Foto 6.11 se muestran las fotografías correspondientes a ensayos realizados con tres espesores de material situado en un ambiente cerrado con diferentes humedades relativas y en condiciones de atmósfera de laboratorio. Puede apreciarse como al aumentar el espesor del residuo aumenta el tamaño de la superficie encerrada entre las fisuras (tamaño de los bloques o mosaicos). Las fisuras tienen forma vertical y se mantiene prácticamente igual para los distintos espesores estudiados. En la Tabla 6.11 se incluyen las características más significativas de los ensayos realizados. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos I-A I-B I-C I-D I-E II-A III-B 213 III-A III-B II-C III-C II-D III-D II-E III-E Foto 6.11. Se muestra el agrietamiento de tres capas de residuo de diferentes espesores secadas en el laboratorio bajo diferentes condiciones de humedad relativa (HR) y temperatura constante de 22 grados. I) 4 mm; II) 8 mm y III) 16 mm. A) HR=97.8%; B) HR=75%; C) HR=60%; D) HR=15.6% y E) HRlaboratorio=60%. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 214 En la Figura 6.14A, puede observarse la existencia de una relación prácticamente lineal entre la distancia entre las fisuras y el espesor del material, mientras que el efecto de la humedad relativa impuesta sobre la distancia entre fisuras es mucho menor. La humedad en el momento de la aparición de las fisuras es elevada en las muestras en las que la succión impuesta ha sido menor de 100MPa de forma que el material puede considerarse como prácticamente saturado, sin embargo cuando la succión impuesta es muy elevada, la humedad en el momento de la aparición de las fisuras resulta ser mucho más baja (Figura 6.14B). En la Figura 6.14C, puede observarse que el tiempo necesario para la aparición de las grietas disminuye de forma importante cuando el ambiente en el que se sitúa la muestra es abierto. Por otra parte, puede observarse también que este tiempo aumenta al disminuir la succión impuesta y al aumentar el espesor de la muestra de residuo depositado encima de la placa ranurada. Tabla 6.11. Principales resultados del ensayo de retracción en bandejas. Característica del ensayo Humedad relativa impuesta (%) Contenedor cerrado 97.8 Contenedor cerrado 75.0 60.0 Contenedor cerrado 15.6 Contenedor cerrado Atmósfera laboratorio 60.0 Succión impuesta (MPa) Espesor Tiempo del suelo de inicio de la grieta (mm) (días) Humedad al inicio de la grieta (%) Apertura final de las grietas (mm) Distancia entre grietas (mm) Retracción vertical al iniciar la grieta (%) Retracción vertical final (%) 3.0 3.0 3.0 38.0 38.0 38.0 58.9 58.9 58.9 251.0 251.0 251.0 4 8 16 4 8 16 4 8 16 4 8 16 22.00 35.00 58.00 9.00 15.00 26.00 6.00 12.06 19.05 3.00 10.00 14.00 41.9 43.5 43.7 42.6 43.8 45.9 41.9 43.5 43.1 29.6 30.1 30.5 0.4 0.8 1.2 0.1-0.5 0.1-0.6 0.1-0.8 0.1-0.5 0.05-0.6 0.05-1.3 0.05-0.1 0.05-0.5 0-1.2 17 37 117 14 39 55 14 30 66 14 36 70 1.15 1.40 1.50 2.70 3.00 2.40 4.90 6.10 5. 56 7.85 7.20 6.00 1.25 1.50 1.67 3.00 3.12 2.50 5.20 6.40 5.70 8.00 7.50 6.25 58.9 58.9 58.9 4 8 16 0.17 0.45 1.07 41.9 43.5 43.6 0.05-0.5 0.1-0.5 0.1-2 13 28 66 7.60 7.00 6.87 8.00 8.20 8.70 Este comportamiento puede ser debido al aumento de la rigidez observada al aumentar la succión del material. En la Figura 6.14D, se observa que la retracción aumenta con el espesor y con la succión impuesta. La retracción en condiciones de atmósfera de laboratorio es mucho mayor que en condiciones de atmósfera cerrada para un mismo valor de la succión. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 215 80 B Humedad al iniciarse la grieta (% Dis tancia entre grietas (mm) ) A 60 40 y = 4.03x 2 R = 0.96 20 0 38 34 30 26 0 5 10 15 Altura de la muestra (mm) 20 1 100 ) 1 1000 D Retracción vertical (% 10 10 100 Succi ón impu est a (MPa) 10 C Tiempo de incio de la grieta (días) 42 8 6 4 2 0.1 0 1 10 100 1000 Succión impuesta (MPa) 0 100 200 300 Succión impuesta (MPa) h=4mm h=8 mm h=16 mm h=4 mm h=8 mm h=16 mm Laboratorio Contenedor Figura 6.14. A) Relación entre el espesor de las muestras y la distancia entre fisuras. B) Relación entre la humedad al formarse la grieta y la succión impuesta. C) Relación entre el tiempo de agrietamiento y la succión. D) Relación entre la succión y la retracción vertical. En la Figura 6.15A se puede apreciar la correlación entre la distancia de las grietas obtenidas en el laboratorio y las medidas en el campo. En el caso de la distancia de las grietas en el terreno está condicionada en muchos casos por la uniformidad de la capa de residuos. Es de �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 216 señalar que en el caso de las muestras de laboratorio la muestra del residuo está fijada a la superficie de las bandejas que evitan su desplazamiento horizontal. 600 Datos de bandejas agrietadas en el laboratorio residuo ACL, Presa 3 Medidas en el terreno, Presa 3 residuo ACL Medidas en el terreno, Presa 4 residuo SAL Distancia entre grietas (mm) 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 Espesor de la capa (mm) 60 70 80 Figura 6.15A. Representación de la distancia entre grietas y el espesor en datos de campo y de laboratorio. La velocidad de evaporación es mucho más grande en las condiciones de laboratorio que en las muestras dentro de los contenedores. En el caso de los espesores estudiados la evaporación está controlada por la difusión del vapor y la velocidad de evaporación es más o menos constante para los tres espesores cuando la evaporación se produce en contacto con la atmósfera de laboratorio, sin embargo en el caso de las muestras encerradas en los contenedores la velocidad es la misma para los espesores de 4 y 8 mm, pero para el espesor de 16 mm es algo mayor (Figura 6.15B). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 217 Tiempo (horas) Tiempo (horas) 0 500 0 1000 A 0.2 Inicio de la grieta 16 mm 8 mm 4 mm 0.6 Pérdida de agua por unidad de área (g/cm2) Perdida de agua por unidad de área (g/cm2) 2 Pérdida Perdidadedeagua aguapor porunidad unidadde de área área (g/cm (g/cm2)) 100 0 0 0.4 50 150 B 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Inicio de la grieta 4 mm 16 mm 8 mm Figura 6.15B. Pérdida de agua por unidad de área para los tres espesores de muestra estudiados (Foto 6.11). A) Contenedores cerrados (Foto 6.10). B) Muestras en contacto con atmósfera de laboratorio. 6.6. Influencia de las grietas de retracción sobre la permeabilidad de los residuos mineros Con el objetivo de evaluar la posible influencia de las grietas de desecación en el transporte de contaminantes en los residuos mineros, se realizó a nivel de laboratorio una simulación de la mezcla de sólidos y agua que conforman los residuos de una de las plantas metalúrgicas de la industria cubana del níquel (44% de sólido y 56% de agua). Para efectuar la preparación de las muestras que se utilizan en el experimento se usaron recipientes de 225 mm de diámetro por 200 mm de alto. Para ello se vertía el material en estos recipientes con el peso de sólido necesario para conformar capas de 10, 20 y 40 mm de espesor y se dejaba secar en el laboratorio con temperatura controlada (60% de humedad relativa y temperatura de 22 grados), hasta que en la superficie se formaban las grietas de desecación similares a las de la Foto 6.11 y luego se vertía una nueva capa de lodo que rellenaba las fisuras de la anterior y así sucesivamente hasta conformar las muestras deseadas en cada uno de los recipientes. Durante el secado de las primeras capas de lodo vertidas en el recipiente se controló la pérdida de humedad en función del tiempo. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 218 Además, simultáneamente a estas muestras se confeccionó una muestra homogénea de 130 mm de altura y 100 mm de diámetro con las mismas condiciones de mezcla inicial de las otras muestras, la cual se dejó secar y posteriormente se realizaron con ella los ensayos de permeabilidad. Después de elaboradas cada una de estas muestras de gran tamaño se tallaba o cortaba una muestra procedente de cada recipiente de 120 mm de alto y 100 mm de diámetro (Foto 6.12) y se sometía al ensayo de permeabilidad en el equipo triaxial cuyas características se muestran en la Figura 5.16. Las cuatro muestras fueron saturadas dentro de la cámara triaxial antes de iniciar el ensayo de permeabilidad durante un periodo de 24 horas comprobando que el volumen de agua de entrada era igual al de salida, la tensión de confinamiento inicial durante la saturación fue de 7 KPa en todos los ensayos de las muestras agrietadas y estratificadas, mientras que en la continua fue de 12 KPa. Las muestras estaban rodeadas de una membrana que impedía el flujo preferencial por las paredes. La dirección del flujo de agua fue siempre de abajo hacia arriba (Figura 6.16). La variación de la porosidad en todos los ensayos se controló por la diferencia entre el volumen de agua que entra y el volumen de agua que sale, considerando que esta diferencia equivalía a la variación de volumen de la muestra. El volumen de agua era almacenado en la salida del triaxial (Figura 6.16), en un recipiente cerrado para evitar la pérdida por evaporación. El volumen de agua era controlado periódicamente y se cambiaba de escalón en la presión de confinamiento cuando se comprobaba que el volumen de entrada de agua era igual al de salida. Con el flujo ya estabilizado se realizó el cálculo de la permeabilidad en cada caso (Figura 6.17). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 219 Célula de carga Piedra porosa Muestra Cámara de confinamiento Pedestal Membrana Transductor de presión de poros Pistón Llave de paso Conductos de agua Controlador de presión de cámara (GDS) Colector de agua Dirección del flujo Controlador de volumen y de presión de cola (GDS) Figura 6.16. Esquema del equipo triaxial usado en los ensayos de permeabilidad y en los ensayos triaxiales. En la Figura 6.17 se muestra la variación de la permeabilidad en función de la tensión isótropa de confinamiento, obtenida sobre una muestra continua de 100 mm de diámetro y 120 mm de altura con una densidad inicial de 1.53 g/cm3 y la permeabilidad obtenida en 3 muestras del mismo tamaño construida mediante capas de 10, 20 y 40 mm de altura y de 1.53 g/cm3 de densidad inicial. Como se puede ver, la fisuración del material por desecación puede aumentar significativamente el valor de su permeabilidad, aún en el caso de que se favorezca el sellado de las fisuras mediante un confinamiento mecánico. Como se puede apreciar en la Figura 6.17 existe una diferencia entre la permeabilidad en el medio poroso continuo y el medio agrietado, donde la permeabilidad en el medio poroso continuo es inferior en más de un orden de magnitud con relación a las muestras formadas por capas de suelo agrietado. Esto nos indica que aunque las fisuras abiertas en cada una de las muestras es rellenada nuevamente por el lodo vertido en la parte superior, los planos de discontinuidad no se cierran del todo. En el caso de transporte de contaminantes éste es un �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 220 aspecto a tener en cuenta, debido a que un incremento de la permeabilidad de esta magnitud significa un incremento en el riesgo de la contaminación, pues el tiempo de tránsito de los contaminantes a través del medio poroso se ve reducido considerablemente. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Mackay and Fredericia, (1995) y Jorgensen, et al., (1998) para materiales arcillosos. En esos estudios las grietas estaban rellenas de material arcilloso de la misma composición que el material no agrietado. 1.E-05 1.E-05 B A 1.E-06 1.E-06 1.E-07 k (m/s) k (m/s) 1.E-07 1.E-08 1.E-08 1.E-09 1.E-09 1.E-10 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 Porosidad 1.E-10 1 10 100 1000 10000 Presión de confinamiento (KPa) Muestra en capas agrietadas h=10 mm Muestras en capas agrietadas h=20 mm Muestra en capas agrietadas h=40 mm Muestra continua Figura 6.17. A) Relación de la permeabilidad saturada con la porosidad y B) Variación de la permeabilidad con la presión de confinamiento, h, es el espesor de las capas que conforman cada una de las muestras. En el caso de los depósitos de residuos mineros se puede considerar que este proceso puede ser aún más importante, ya que es típico observar en la superficie de estos embalses grietas de desecación y estratificación por capas (Fotos 5.1 y 5.2), debido a la variabilidad en los procesos y lugares de depósito de estos residuos. En la Figura 6.17, se puede ver que el espesor de las muestras influye en la permeabilidad, a mayor espesor la permeabilidad es ligeramente mayor, esto puede ser debido al factor de escala, ya que al cortar las muestra con la que se va a realizar el ensayo se ha observado que la separación entre los labios de las grietas es mayor en las muestra de 40 mm que en las otras dos muestras (10 y 20 mm). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 221 La obtención de la permeabilidad en función del confinamiento es de gran utilidad para la estimación del valor de la permeabilidad en las presas de residuos, pues si se conoce el espesor de las capas y la profundidad a que se encuentran estas se puede determinar el confinamiento y con el uso de la figura 6.17 obtener un valor de la permeabilidad estimativo para esa zona o punto de la presa de residuos. I II III IV Fotos 6.12. Muestras sobre las que se determinó la permeabilidad en el ensayo triaxial. I) muestra homogénea, II) muestra por capas de 10 mm, III) muestra por capas de 20 mm y IV) muestra por capas de 40 mm. La diferencia del color se debe a la cámara fotográfica. Todas las muestras son de color negro. 6.7. Conclusiones Debido a la composición química de los residuos (fase sólida y líquida) en metales pesados (Cr, Ni, Co, etc.) y compuestos orgánicos, éstos se encuentran en la lista número dos de sustancias contaminantes de la legislación ambiental europea (DOGC 1776 del 28-07-1993). -Los estudios de laboratorio muestran que el material de las presas de colas se caracteriza por una granulometría limo-arcillosa. De acuerdo a la caracterización físico-mecánica el material se clasifica como un limo de bajo límite líquido. El material cuando se compacta con una humedad baja presenta características típicas de los residuos mineros colapsables. La resistencia a la compresión, a la tracción y la rigidez presentan una gran dependencia del grado de saturación. La resistencia a la compresión presenta un máximo para grados de saturación del orden del 85 al 90%, mientras que la resistencia a la tracción es máxima para �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 222 grados de saturación más bajos del orden del 80 al 85%. La rigidez disminuye progresivamente en la medida que aumenta el grado de saturación. - Según los resultados de la conductividad hidráulica saturada el material sin fisurar (10-8 m/s) se comporta como un acuitardo. Sin embargo si se considera la permeabilidad del material agrietado (10-6 m/s) este se material se comporta como un material de permeabilidad media. - La formación de fisuras en los residuos acumulados en las presas de la industria cubana del níquel, está favorecida por las bruscos cambios de humedad que se generan debido a las condiciones climáticas. La formación de estas fisuras condiciona el régimen de infiltración y en casos como el estudiado en Moa, constituye una zona preferencial de flujo de indudable importancia. - Las grietas de desecación aparecen para grados de saturación muy altos superiores al 80 %, en los diferentes casos analizados. - La distancia (L) entre fisuras en el material secado en el laboratorio es proporcional a su espesor (h). De forma aproximada puede decirse que L=4h. Por tanto el área (A en cm2) de los mosaicos que se forman durante el proceso de desecación de las capas de residuos y el espesor (h en mm) presentan una relación lineal (A≈16h2). - El comportamiento hidromecánico del material afecta la conductividad hidráulica de dos formas: I) los cambios de volumen (variación de la porosidad) y de grado de saturación producen una disminución de la conductividad hidráulica y II) las grietas de desecación provocan un incremento de la permeabilidad con relación al material homogéneo (medio poroso) en más de un orden de magnitud, aunque estas grietas estén rellenas por el material depositado en la colocación de las capas sucesivas. - Se ha comprobado que cuanto mayor es el espesor de la capa de residuos que se deseca mayor es la separación entre las grietas y la abertura (distancia entre los labios) de las mismas. El aumento de la abertura supera el efecto de la separación entre grietas y favorece el aumento de la permeabilidad global. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 223 - El haber determinado la variación de la permeabilidad en función del confinamiento y con diferentes espesores de las capas de residuos estratificadas es de gran valor práctico, pues en el estudio de las presas de residuos si se conoce el espesor de las capas que forman el embalse y la profundidad a que se encuentran estas capas se puede estimar un valor de la permeabilidad en ese punto. - El valor de entrada de aire de los residuos es relativamente bajo, lo que favorece la retracción por desecación del material. La determinación de la curva de retención y de la permeabilidad en condiciones saturadas y no saturadas puede ser de interés en estudios de flujo y transporte en condiciones saturadas y no saturadas. - La determinación y conocimiento de los parámetros de resistencia constituyen una herramienta de interés que puede ser usada en los estudios de diseño y construcción de las presas de residuo para los nuevos emplazamientos. - El mayor riesgo ambiental de estos residuos se debe a la recarga que pueden producir sobre el acuífero debido al gran contenido de sales disueltas que se encuentran en las aguas de poros. Además, son materiales que se erosionan con facilidad y pueden ser susceptibles de licuefactar de acuerdo con los resultados que se han obtenido en los ensayos triaxiales cíclicos del laboratorio. Este constituye uno de los temas que a nuestro entender y considerando la actividad sísmica de la zona debe ser tenido en cuenta en investigaciones futuras. - Otro aspecto que requiere ser tenido en cuenta desde el punto de vista ambiental es la fina granulometría de estos residuos y su muy pequeña cohesión, lo que puede facilitar su incorporación a la atmósfera por erosión por aire. Los compuestos que pueden ser mas fáciles de incorporar al aire son los de baja densidad (la fracción orgánica). - En la Figura 6.18 se representa un posible mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad más alta. Aunque las fisuras se rellenen con el mismo material saturado, el material que ya se ha secado no cambia prácticamente de volumen al mojarse y secarse de nuevo, aspecto comprobado en los ensayos de secado y humedecimiento �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 224 con el edómetro de succión controlada (Figura 6.11). Por otra parte el material que se deposita saturado, al secarse por primera vez disminuye mucho su volumen por el proceso de retracción y deja espacios libres por donde puede circular el agua. Vertido inicia primera capa Muestra saturada Primer secado capa Evaporación, retracción y agrietamiento Grieta Vertido de la segunda capa Sellado de la grieta Primer secado capa Evaporación, retracción y agrietamiento Grieta Volumen libre Figura 6.18. Mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad mayor que el medio poroso aunque se rellenen las grietas con el mismo material. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 225 Capítulo 7. MOVILIDAD DE LOS METALES Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) EN RESIDUOS MINEROS: ENSAYOS DE LABORATORIO 7.1. Movilidad de los metales 7.1.1. Introducción El drenaje ácido de minas (DAM) y los lixiviados de contaminantes emanados de las escombreras, presas y balsas de residuos, se han convertido en una de las mayores causas de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas (Fernández, 1981, 1998a, 1998b; Younger, 1998, 2000). Los metales pesados retenidos por el suelo durante la infiltración de aguas contaminadas pueden ser gradualmente liberados debido a los procesos abióticos y bióticos que tienen lugar en el suelo, por lo que constituyen una amenaza para las aguas subterráneas y en especial para las de abastecimiento (Wang et al., 1998). Por esta razón el estudio de los procesos de transporte y flujo de contaminantes en el medio poroso (suelos y residuos) es de gran interés. En los procesos de flujo y transporte de contaminantes, la sorción (adsorción-desorción, químisorción-desorción) de los mismos es uno de los factores determinantes tanto en el medio poroso saturado como en el no saturado. Esta propiedad de los medios porosos desempeña un importante papel desde el punto de vista medioambiental, pues constituye la barrera natural que impide, dificulta o retrasa la movilidad geoquímica de los solutos (contaminantes o no contaminantes) en el medio poroso. La capacidad de adsorción de un medio poroso (suelo, residuo o resinas sintéticas) está condicionada por varios factores: contenido volumétrico de agua (medio saturado o no), contenido de materia orgánica (MO) y su tipo, pH, Eh, composición mineralógica (potencial zeta de las fases minerales presentes y las partículas sólidas como MO, minerales amorfos y coloides), tamaño de las partículas (esta propiedad determina la superficie reactiva, porosidad y la conductividad hidráulica), capacidad de intercambio catiónico (CIC), concentración del contaminante en el medio y por las propiedades hidrogeoquímicas del contaminante (solubilidad, reactividad, semi vida t1/2) y en menor medida por la temperatura. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 226 Para el estudio del transporte de contaminantes, a nivel de laboratorio se han desarrollado una serie de métodos que permiten deducir el comportamiento hidrogeoquímico de determinados solutos (orgánicos e inorgánicos), ante la presencia de una matriz sólida que puede ser: suelo, residuo, materia orgánica, minerales, resinas sintéticas u otros materiales. Entre estas técnicas se encuentran los ensayos de adsorción-desorción (Batch equilibrium sorption studies) y los ensayos de flujo a través de columnas (miscible displacement experiments) (Rao, 1974; Tyler, 1981; Rao et al., 1993; Wang et al., 1998). El objetivo de este capítulo es determinar los factores que controlan los procesos de adsorción-desorción de los metales pesados Cr(VI), Ni(II) y Mn(II) en los residuos mineros ACL y SAL de la industria cubana del níquel y los parámetros cinéticos que regulan el flujo y transporte de estos contaminantes en el medio poroso. La elección de estos tres metales para realizar los ensayos Batch se debe a que: son los principales contaminantes detectados tanto en las aguas contaminadas y no contaminadas de los acuíferos del municipio de Moa, así como en las aguas residuales de los procesos metalúrgicos. Estos metales se caracterizan por permanecer en disolución en concentraciones variables en medios acuosos que van desde débilmente ácidos a ligeramente alcalinos. 7.1.2. Material Los ensayos se han realizado con los residuos correspondientes a los dos procesos metalúrgicos existentes en el distrito minero de Moa, Cuba. Los residuos fueron tomados en dos presas (presas 3 y 5 Figura 6.1) a profundidades correspondientes al intervalo de 10 a 20 cm (Figura 3.1, puntos de muestreo). Las muestras usadas fueron secadas al aire en el laboratorio a una temperatura de 40±2 grados. El material se encuentra en su forma original sin realizar ningún tipo de tamizado, debido a que su granulometría es inferior a 200 micras. Las principales propiedades de los residuos aparecen en la Tabla 7.1. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 227 7.1.3. Ensayos de adsorción-desorción de los metales pesados en los residuos mineros Los estudios de adsorción-desorción (Batch) constituyen una de las técnicas más frecuentes utilizadas en la caracterización de la sorción de los compuestos orgánicos e inorgánicos (Condesso, 1996, Wang et al., 1998, Rodríguez et al., 1998a, Payne et al., 1998), aunque sus resultados hay que analizarlos con precaución pues presentan una cierta limitación debido a las siguientes razones: 1) predominio de la fase líquida sobre la sólida, 2) el ensayo se realiza en un sistema cerrado, lo que da lugar al desarrollo de procesos secundarios debido a un elevado tiempo de contacto entre el soluto y el líquido, 3) no se produce un proceso de suspensión de las partículas coloidales de manera uniforme, 4) la superficie de contacto sólido-líquido es mayor en el ensayo de “Batch” que en los ensayos de flujo o en condiciones naturales, pues las partículas están nadando en un medio acuoso. El proceso de agitación en que se realiza el ensayo facilita la separación de las partículas sólidas y se destruye la estructura del medio poroso, 5) no se produce el proceso de dispersión y difusión como ocurre en un medio de flujo continuo, Tabla 7.1. Media de las principales propiedades físico - químicas de los residuos (N=5). Propiedades Materia orgánica Partículas tamaño arena <2mm (%) Partículas tamaño limo (%) Partículas tamaño arcilla (%) pH (ratio 1:2.5) Conductividad (µS/cm) (ratio 1:2.5) Capacidad de intercambio catiónico (CIC) (meq/100g de sólido) Hierro amorfo (g/kg) Manganeso amorfo (g/kg) Aluminio amorfo (g/kg) Sílice amorfa (g/kg) Superficie efectiva aproximada (m2/g) ACL 4.6 10 70 20 6.45 670 10 21.321 2.33 3.015 0.208 80-112 SAL 0.63 14 70 16 4.1 790 8 1.407 0.208 2.452 0.125 70-97 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 228 6) las técnicas de separación de la fracción líquida de la sólida en muchos casos son dependientes del sistema de separación empleado y del técnico que realiza la operación, 7) las condiciones ambientales establecidas durante el tiempo de agitación son alteradas al ponerse en contacto con el medio ambiente (atmósfera del laboratorio) para realizar la separación de las dos fases (filtración). A continuación caracterizaremos la adsorción y la desorción del Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en dos residuos. Estos ensayos permiten evaluar la capacidad de adsorción y desorción, la influencia de la relación sólido/concentración, la adsorción en función del tiempo y conocer la capacidad efectiva de estos residuos para retener la masa de metal adsorbida. Tabla 7.2. Características de los metales usados en el ensayo de flujo y transporte (Burriel et al., 1985). Elementos Níquel Cromo Manganeso Grupo de la tabla periódica Símbolo químico Valencia más estable Otras valencias en que se presentan en la naturaleza Número atómico Peso atómico Punto de ebullición (oC) Punto de fusión (oC) Solubilidad en el agua natural Densidad (g/cm3) VIII Ni 2+ 3+ VIB Cr 3+ 6+, 2+ VIIB Mn 2+ 7+, 6+, 4+, 3+ 28 58.71 2730 1453 baja 8.9 24 51.996 2665 1875 baja 7.19 25 54.938 2150 1245 baja 7.43 7.1.4. Metodología de los experimentos en Batch La obtención de las isotermas de adsorción y desorción del Ni(II), Cr(VI), Mn(II) se ha realizado en el laboratorio a temperatura controlada de 22±2oC, mediante ensayos Batch. Las disoluciones de los metales se prepararon en KNO3 0.01 mM como electrolito soporte a pH=5.5. Esta solución es la misma que se utilizará posteriormente en los ensayos de flujo pues permite estabilizar la fuerza iónica de la solución, estabilizar la carga de las partículas sólidas minerales o no minerales y conseguir el mismo nivel de agregado en el medio poroso. Comúnmente en los ensayos de Batch se emplean como electrolitos soluciones de metales divalentes como el CaCl2 y MgCl2. En nuestro caso los residuos se caracterizan por presentar un alto contenido de Mg y un �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 229 bajo contenido en Ca. Además, en el caso de las soluciones electrolíticas de elementos de carga divalente se ha comprobado que favorecen la adsorción (Selim and Amancher, 1997). Considerando este criterio y el hecho de haber en la literatura estudios de adsorción de Ni y Cr en suelo con el uso de el KNO3 como solución electrolítica donde se han tenido buenos resultados y considerando las características de nuestro material se decidió emplear la misma solución que en los trabajos de (Adriano, , 1995, Wang et al., 1998) Los ensayos de adsorción-desorción se realizaron con una relación 1:10 (dos gramos de suelo y 20 ml de solución). La metodología empleada para este tipo de ensayo generalmente consiste en poner un volumen de sólido conocido (previamente secado a temperatura de 40 grados) en contacto con un volumen conocido de la solución electrolítica en la que se encuentra el soluto y extraer muestras de la fase líquida cada cierto intervalo de tiempo (Wang et al, 1998, Payne et al., 1998). En nuestro caso fue necesario obtener cada punto de la isoterma de forma independiente, debido a la dificultad para separar la fase líquida de la sólida, al ser necesario centrifugar y filtrar la solución en cada ensayo. Los puntos de las isotermas realizados para ambos residuos se muestran en la Tabla 7.3. En la preparación de la solución con los metales se emplearon diferentes sales. En el Cr se utilizó el K2CrO4, el Mn(NO3)2 para el Mn y la solución de Ni se preparó a partir de Ni(NO3)26H2O. Las principales características se relacionan en la Tabla 7.2. En la Tabla 7.3 se presentan las diferentes concentraciones molares que serán usadas en cada uno de los metales, en todos los casos se expresan además las concentraciones en mM. Los ensayos de adsorción-desorción se realizaron de acuerdo a los siguientes pasos: 1- las muestras de 2 g de residuo sólido depositadas en un tubo de plástico (volumen del tubo 40 cm3) fueron puestas en contacto con un volumen de 20 ml de una solución de KNO3 1 mM a pH 5.5 y se colocaron en un agitador durante un periodo de 24 horas para estabilizar la fuerza iónica de la solución acuosa y la carga iónica de las partículas, 2- a las 24 horas fueron centrifugadas durante 10 minutos a 900 r.p.m. y fue separada la fase sólida de la líquida, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 230 3- al terminar el paso 2 las muestras sólidas fueron lavadas en dos pasos: primero se lavó con agua milliQ pH 5.6 y después con una solución diluida de KNO3 0.01 mM a pH= 5.5, para ambos lavados se utilizó un volumen de líquido de 20 ml. En el primer caso fueron agitadas durante una hora y posteriormente centrifugadas a 900 r.p.m. y separadas la fase sólida de la líquida, en el segundo caso fueron agitadas durante 24 horas y posteriormente centrifugadas durante 10 minutos a 900 r.p.m. y separada la fase sólida de la líquida, 4- Terminado el paso 3 se añadió a los sólidos el volumen de la solución (20 ml) con las diferentes concentraciones de metal en cada uno de los recipientes, 5- las muestras de sólidos en contacto con las soluciones de metales fueron colocadas en un agitador rotatorio (a 10 r.p.m.) y dejadas equilibrar durante los siguientes intervalos de tiempo, 5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1400 y 4320 minutos, para obtener la isoterma de adsorción y la cinética de adsorción, 6- Al culminar cada período de tiempo se realizó el centrifugado (durante 10 minutos a 900 r.p.m.) y el filtrado de la solución mediante un filtro (Millipore) de 0.45 micras separando la fase sólida de la líquida y 7- a la solución acuosa filtrada se le midió el pH y el Eh, posteriormente se determinó por ICP-AES la concentración del soluto. 8- Al culminar el paso 6 la fase sólida empleada en el proceso de adsorción (todos los puntos donde no fue adsorbido en totalidad el metal de la solución) fue puesta en contacto con una solución acuosa diluida de KNO3 0.01 mM sin metal. Luego se colocaron en un agitador (10 r.p.m.) y se dejaron equilibrar durante los siguientes intervalos de tiempo, 5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1400 y 4320 minutos, para obtener la isoterma de desorción y la cinética de desorción. 9- Se repitieron los pasos 6 y 7. Para observar con mayor detalle la histéresis del proceso de adsorción-desorción se realizaron ensayos de desorción con cinco ciclos de lavado. Los puntos de desorción se corresponden con las muestras utilizadas en el último y el antepenúltimo punto de la isoterma de adsorción. La desorción se realizó con la misma metodología que los ensayos de Batch, a partir del paso 5, con la única diferencia de que en el proceso de desorción la solución electrolítica no contiene ningún tipo de metal. La relación sólido líquido de 1:10, durante períodos de 8 horas, se realizaron 5 ciclos de lavado. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 231 En todos los casos de ensayos de adsorción el pH inicial de la solución (paso 4 de la metodología) es el que impone la concentración del metal con que se realiza el ensayo (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)). La diferencia entre la concentración de la solución inicial y la final se atribuye a la capacidad de adsorción de los residuos. Tabla 7.3. Relación de las concentraciones de soluto en la solución acuosa para la que se realizó la isoterma de adsorción. Concentración mM 0.1 0.4 0.75 1 2 3 4 5 5.5 6 7 ACL Mn(II) X X X X X X X X NR X NR Cr(VI) X X X X X X X NR NR X NR Ni(II) X X X X X NR X X X X NR SAL Mn(II) X X X X X X X X X X X Cr(VI) X X X X X X X X X X NR Ni(II) X X X X X X X X NR X NR ACL= residuo del proceso lixiviación carbonato amoniacal, SAL= residuo del proceso lixiviación ácida NR, ensayo no realizado. 7.5 NR NR X X NR NR La masa de metal adsorbida por unidad de masa de sólido (Sa) en cada uno de los ensayos Batch se determinó por la diferencia entre la concentración en la solución inicial (Co) y la concentración en la solución final (Cw), Sa = (Co − Cw )V M (7.1) donde M masa total de residuo y V volumen de la solución electrolítica. La masa de soluto desadsorbida (Sd) se determinó por diferencia entre la concentración inicial de la solución acuosa sin soluto (Cwi) y la concentración en la solución acuosa final (Cwf) después de su interacción con la masa de suelo que se había usado en el proceso de adsorción. Sd = (Cwf − Cwi )V M (7.2) La determinación de la isoterma de adsorción es un pre-requisito para la estimación de los diferentes parámetros que controlan el flujo y transporte de contaminantes en el suelo (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Rao et al., 1993, Brusseau et al., 1989). En nuestro caso la isoterma de adsorción ha sido descrita mediante la ecuación de Freundlich (ec. 7.3) asumiendo que se ha alcanzado el “equilibrio” en la solución residuo-líquido, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 232 n≠0 S = K f Cwn (7.3) donde Kf y n son constantes cuyos valores se pueden obtener de la isoterma de adsorción mediante un ajuste por mínimos cuadrados ó un ajuste por regresión lineal de la expresión en forma logarítmica de la ecuación de Freundlich, que se expresa de la siguiente forma n≠0 log Sa = log K f + n log Cw (7.4) en este caso el valor de Kf se corresponde con la intersección de la recta de ajuste con el eje de adsorción (Sa) (en escala logarítmica) y n corresponde a la pendiente de dicha recta. 7.1.5. Isoterma de adsorción y desorción del Mn(II) En la isotermas de adsorción en función del tiempo solamente se representan los puntos donde la masa del soluto no es adsorbida totalmente (Figura 7.1A). La adsorción del 90 % de la masa total de Mn(II) que retienen los residuos ocurre prácticamente en las primeras 2 horas, alcanzando el estado de equilibrio en unas 4 horas para los dos residuos (Figura 7.1A y 7.1B). 2500 700 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 2000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 500 1500 1000 1 hora 1 hora 22 horas horas 4 horas 4 horas 6 horas 6 horas 8 horas 824horas horas 500 400 300 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 200 100 0 0 0 50 C w (mg/L) 100 150 0 100 200 C w (mg/L) 300 Figura 7.1A. Isoterma de adsorción de Mn(II) para diferentes tiempos de contacto sólidolíquido en los dos residuo. ACL: residuos del proceso lixiviación carbonato amoniacal, SAL: residuo del proceso mediante lixiviación ácida. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 233 La isoterma de adsorción del Mn(II) de los dos residuos mineros analizados es no lineal y se puede apreciar la existencia de un buen coeficiente de correlación de los datos obtenidos, ajustados a la ecuación de Freundlich (Figura 7.2). La masa adsorbida en el residuo ACL es 3.5 veces mayor que en el residuo SAL, siendo el valor del coeficiente de reparto (Kf) 53 veces mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. Esta diferencia entre los valores de Kf puede ser el resultado de la diferencia en el pH inicial de los sólidos de los dos residuos (pHSAL=4.5 y pHACL =6.9). Generalmente el proceso de adsorción del manganeso es mayor en aquellos suelos que presentan pH más elevados (Mckenzie, 1980; Spark, 1995; Tan, 1992, 1994, Selim and Amacher, 1997). Aunque otros factores que pueden estar favoreciendo el proceso de adsorción en el residuo ACL es la mayor cantidad de hierro amorfo y su mayor superficie especifica. Específicamente en el trabajo de Mckenzie, (1980) se realizan ensayos de adsorción sobre la hematita y la goethita, comprobando que los mayores valores de adsorción del manganeso son para pH próximos a 7. Mn C o =282.02 mg/L Cw (mg/L) 300 200 Adsorción residuo SAL Adsorción residuo ACL 100 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Cw (mg/L) 30 Mn C o =0 mg/L 20 10 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.1B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos. De acuerdo a la forma de la curva que describe la isoterma, ésta se clasifica como una isoterma tipo “h” según la clasificación de Giles et al., (1960). La isoterma de tipo “h” �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 234 es un caso particular de las isotermas tipo “L” (Apéndice B). Las isotermas de adsorción con forma de “h” son indicativas de una gran afinidad entre el soluto y el absorbente. Según los estudios de Sparks, (1995), este tipo de isoterma en ocasiones apuntan a la formación de complejos en el proceso de adsorción. Se observa que las características de isoterma tipo “h” son más marcadas en el residuo ACL. Los 4 puntos de la isoterma de desorción en el residuo ACL en la Figura 7.2 se corresponden con el proceso de desorción de los 4 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. En el residuo SAL los 9 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con la desorción de los 9 puntos de la isoterma de adsorción. 700 2500 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 Se=9.77*C w +37.72 2 2000 R =0.95 Sa=1054.45*C w 0.14 500 2 Sa=19.704*C w Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) R =1 1500 Se=60.94*C w +990.85 2 R =0.99 1000 0.60 2 R =0.99 400 300 200 500 Adsorción 100 Adsorción Desorción Desorción 0 0 0 50 100 C w (mg/L) 150 200 0 100 200 C w (mg/l) 300 400 Figura 7.2. Isotermas de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. La desorción es lineal en ambos residuos. Este tipo de comportamiento es indicativo de la existencia de un equilibrio entre la masa que hay en la solución y la del adsorbente sin que se pueda definir una fuerza específica de unión entre el soluto y el adsorbente. En este caso la masa adsorbida es dependiente de la concentración de soluto, de las condiciones físico - químicas del medio y de las propiedades cinéticas del soluto. En la Figura 7.3, se puede apreciar la irreversibilidad del proceso de adsorción. El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. En ambos casos la variación de la masa retenida depende en parte del punto de partida de la isoterma de adsorción. Esto nos permite asegurar que la adsorción efectiva que tiene un medio poroso depende del valor de la concentración inicial que se haya usado en el �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 235 ensayo de adsorción. El residuo utilizado en el proceso de adsorción en contacto con una solución acuosa, es capaz de liberar una determinada masa de soluto. El proceso de liberación depende de los ciclos de lavado a que se ha sometido el absorbente, pero en todos los casos se observa que existe una cantidad de soluto que no es cedida al medio acuoso, a la que denominamos adsorción efectiva. Se aprecia con claridad que la capacidad de retener mayor porcentaje de la masa total adsorbida es mucho mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. 700 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 2000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 500 400 300 1500 200 Adsorción Adsorción Desorción 100 Desorción Desorción Desorción 0 1000 0 50 100 C w (mg/L) 150 0 100 200 C w (mg/l) 300 400 Figura 7.3. Histéresis del proceso de adsorción/desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. A partir de dos puntos diferentes de la isoterma de adsorción. En el residuo ACL sólo se representa la parte superior de la isoterma, para una mejor comprensión. 7.1.6. Isoterma de adsorción y desorción del Ni(II) A partir de los experimentos de adsorción del Ni(II) en función del tiempo se puede apreciar que en el residuo ACL el equilibrio de adsorción se alcanza prácticamente a las dos horas, más rápido que en el caso del manganeso. En el caso del residuo SAL el equilibrio es prácticamente instantáneo (Figura 7.4A y 7.4B). El hecho de que el equilibrio de adsorción se alcance rápidamente, parece indicar que el mecanismo de adsorción predominante es el de las fuerzas de atracción electrostáticas controlado por la carga de las partículas sólidas (potencial zeta). �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 2500 236 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 500 2000 1000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 400 1500 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 500 300 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 200 100 0 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.4A. Isoterma de adsorción del Ni(II) para diferentes tiempo de contacto sólido-líquido para los dos residuos. Sólo se representan los puntos de mayor concentración en el residuo ACL, pues para baja concentración en la solución inicial la adsorción del soluto es total. En el níquel se puede ver que existen diferencias muy marcadas en el proceso de adsorción de los dos residuos (Figura 7.5). El residuo ACL presenta una isoterma de adsorción no lineal y para el residuo SAL la isoterma es lineal (Figura 7.5). Los 5 puntos de la isoterma de desorción en los dos residuo se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. Se puede apreciar la existencia de un buen coeficiente de correlación de los datos obtenidos, ajustados a la ecuación de Freundlich (ecuación 7.2). La masa de soluto adsorbida por el residuo ACL es 4 veces mayor que en residuo SAL (Tabla 7.7). El valor de Kf obtenido para el residuo ACL es muy elevado (1057), esto constituye un indicativo de que el Ni(II) está fuertemente fijado a la superficie de los sólidos. El valor de Kf (Figura 7.5, Tabla 7.7) en el residuo ACL es tres órdenes de magnitud mayor que en residuo SAL. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Cw (mg/L) 380 237 Ni C o =303.89 mg/L 280 Adsorción residuo SAL 180 Adsorción residuo ACL 80 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) 25 Ni C o =0 mg/L Cw (mg/L) 20 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 15 10 5 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.4B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Ni(II) en los dos residuos. Los resultados obtenidos en el caso del Ni para el residuo ACL son coherentes con estudios de adsorción realizados sobre fases minerales de óxidos e hidróxidos de hierro similares a las que conforman los residuos objeto de este estudio (Mckenzie, 1980; Sparks, 1995; Sharma y Lewis, 1994; Tan, 1994; Payne et al., 1998). Los trabajos de estos investigadores muestran que los mayores valores de adsorción se alcanzan en medios porosos con pH superiores a 5. Principalmente en los medios porosos con pH entre 6-7, la movilidad del níquel es muy baja, y en el caso de las aguas subterráneas se encuentra en concentraciones de pocos miligramos por litro, generalmente menor que uno (Adriano, 1995). Los estudios de Poulsen and Bruun (2000) en suelos naturales concluyen que la adsorción del níquel depende del pH y de la solución electrolítica que se use en el experimento. El hecho de que el residuo SAL presente una isoterma de adsorción lineal está motivado por el pH ácido del residuo y la existencia de diferentes óxidos e hidróxidos de Fe y Al, que actúan como tampón. Para los períodos de tiempo estudiados el pH se mantiene en el rango de 4 a 4.4, disminuyendo ligeramente en la medida que aumenta la concentración molar de la solución. En este rango de pH la adsorción por los óxidos e �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 238 hidróxidos de hierro es muy baja debido al potencial zeta de las partículas sólidas que conforman las fases minerales presentes en los residuos. La forma de la isoterma para el residuo ACL es de tipo “h” muy bien marcada, indicativo de la gran afinidad (atracción) entre el soluto y el absorbente. En el caso del residuo SAL la isoterma de adsorción es lineal de tipo “C”, donde existe un equilibrio entre la concentración de soluto en la solución y el adsorbente. El estudio de la desorción en el níquel, muestra una isoterma lineal en los dos residuos, lo cual indica que la irreversibilidad del proceso es limitada, mostrando una gran histéresis. En el caso del residuo SAL se observa la facilidad del sólido de desadsorber la masa de soluto retenida en el proceso de adsorción. El hecho de que la desorción de Ni sea mayor en ACL que en SAL está motivado por el pH del residuo SAL, pues a pH ácidos la movilidad del Ni(II) se incrementa notablemente. 3000 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 2500 500 Sa=1058.16*C w 400 0.15 2 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 2000 R =0.99 1500 Se=29.84*C w +1786.8 2 R =0.95 1000 Sa=0.76*C w Se=C w +1 300 2 R =0.99 2 R =1 200 100 500 Adsorción Adsorción Desorción Desorción 0 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.5. Isoterma de adsorción y desorción de Ni(II) en los dos residuos mineros. Se: masa retenida después del proceso de desorción. El comportamiento lineal de la isoterma de adsorción del Ni(II) en SAL se corresponde con los resultados de los trabajos realizados por Smith et al., (1998). Este investigador determina la adsorción del Ni(II) y otros metales en óxidos e hidróxidos de hierro, observando que la adsorción es muy baja y lineal en el rango de pH entre 4-5, mientras que para pH mayores se convierte en fuertemente no lineal. Para los rangos de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 239 concentración analizados en este estudio la desorción del Ni(II) en el residuo SAL es lineal para estos mismos valores de pH (entre 4-5) (Figura 7.5). En las Figuras 7.5 y 7.6, se puede observar la histéresis en el proceso de adsorción del Ni(II) en los dos residuos. El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. La histéresis es más marcada en el residuo ACL, donde la masa efectiva de soluto retenida para estas condiciones de ensayo supera los 1800 mg/kg, lo que denota gran capacidad de este residuo para retener la masa de Ni(II) adsorbido inicialmente en el proceso de adsorción. Sin embargo en el residuo SAL se observa que el sólido cede con mucha mayor facilidad la masa de soluto adsorbida inicialmente, llegando a ser muy pequeña la masa retenida (menos de 80 mg/kg de sólido), para las condiciones en que se ha realizado el ensayo (Figura 7.6). La masa retenida depende hasta cierto punto de la posición de partida (masa adsorbida) de la isoterma de adsorción. 2400 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 500 2200 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 400 2000 300 200 1800 Adsorción Desorción 100 Adsorción Desorción Desorción Desorción 0 1600 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.6. Histéresis del proceso de adsorción-desorción del Ni(II) en los dos residuos mineros. En el proceso de desorción del Ni(II) se aprecia que inicialmente la masa de soluto cedida al medio acuoso es muy grande y que en la medida que se realizan los posteriores lavados este proceso es cada vez más lento. En los dos residuos se observa que el volumen de masa cedido inicialmente al medio depende del punto de partida de la isoterma de adsorción. En ninguno de los casos la curva que describe el proceso de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 240 desorción sigue la misma pendiente que la de adsorción. Para los dos residuos el proceso de desorción es lineal. La existencia de esta diferencia entre el proceso de adsorción y el de desorción denota la presencia de una gran histéresis. 7.1.7. Isoterma de adsorción y desorción del Cr(VI) De acuerdo con los resultados obtenidos el proceso de adsorción del Cr(VI) es algo más lento que el Ni(II) y el Mn(II). En la Figura 7.7 y 7.8, se puede observar como el equilibrio se alcanza para un período superior a las 6 horas en el residuo SAL y para 2 en el residuo ACL. La fase sólida presenta además mucha menos afinidad por el soluto que en el caso del Ni(II) y Mn(II), debido a que las partículas minerales con un potencial zeta que tengan carga positivas en esta condiciones de pH son mucho menores que las que presentan carga negativa (Tabla 7.6). 1800 500 Cr(VI)- Residuo SAL Cr(VI)- Residuo ACL 1500 400 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 1200 300 1 hora 200 2 horas 900 1 hora 2 horas 600 4 horas 4 horas 6 horas 100 6 horas 300 8 horas 8 horas 24 horas 24 horas 0 0 0 50 100 150 200 C w (mg/L) 250 300 0 50 100 C w (mg/L) 150 200 Figura 7.7. Isotermas de adsorción del Cr(VI) para diferentes tiempos para los dos residuos ACL y SAL. En el cromo se puede observar que al igual que el Mn(II) presenta una isoterma de adsorción no lineal para los dos residuos. La adsorción del Cr(VI) en el residuo SAL es 4 veces mayor que en el residuo ACL (Figura 7.9). En este caso, al parecer la adsorción del Cr(VI) está controlada por el pH. En suelos con pH entre 6 y 7 la movilidad del Cr(VI) es mayor que en suelos con pH más ácidos (Weng et al, 1994; Adriano, 1995; Tan, 1994; Selim and Amacher, 1997; Brigatti et al., 2000). En ambos residuos se �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 241 observa un buen ajuste de la isoterma de adsorción a la ecuación de Freundlich. El valor de Kf (461) en el residuo SAL es15 veces mayor que en el residuo ACL. Por otra parte, el valor de n (0.47) en el residuo ACL es prácticamente el doble que el del residuo SAL (n=0.26) (Figura 7.9). 225 Cr(VI) C o =196.13 mg/L Cw (mg/L) 200 175 150 Adsorción residuo ACL 125 Adsorción residuo SAL 100 75 50 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) 20 Cw (mg/L) Cr(VI) C o =0 mg/L 10 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.8. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Cr(VI) en los dos residuos. La isoterma de desorción en el cromo es lineal en los dos residuos. En nuestro caso se puede apreciar la irreversibilidad del proceso de adsorción (histéresis) y como la masa desadsorbida en este proceso es mayor en el residuo ACL, que presenta un pH más alto. Los ensayos de desorción del cromo no son muy comunes. En los casos consultados en la literatura se aprecia que en los estudios de adsorción - desorción de metales pesados en suelos el proceso presenta histéresis (Selim and Amacher, 1997; Brigatti et al., 2000). En la Figura 7.10 se observa la irreversibilidad o histéresis del proceso de adsorción en el Cr(VI). El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. En ambos casos la variación de la masa retenida depende del punto de partida a partir de la isoterma de adsorción. El residuo ACL retiene menor cantidad de masa que el residuo SAL, aspecto que está regulado por el pH de la solución acuosa (Figura 7.10). Esta �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 242 propiedad del proceso de adsorción-desorción en el Cr(VI) ha sido reportada por otros investigadores (Selim and Amacher, 1997). En el residuo SAL la masa retenida por el residuo es función de la magnitud de la concentración con que se realice el ensayo de adsorción, del número de veces y tiempo de lavado. Para el caso del residuo ACL la masa retenida depende menos de la masa inicialmente adsorbida. 1800 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 400 1500 Sa = 30.55*C w 0.47 Sa = 461.51*C w 0.26 1200 R 2 = 0.99 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 300 200 Se = 23.86*C w R 2 =1.00 900 Se=87.375*C w +289.83 600 R 2 = 0.9133 R 2 =0.98 100 300 Adsorción (Sa) Adsorción Desorción Desorción (Se) 0 0 0 100 200 C w (mg/L) 300 0 50 C w (mg/L) 100 150 Figura 7.9. Isoterma de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Los 5 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. El residuo SAL tiende a retener una masa de soluto importante, más de 450 mg/kg y el ACL 100 mg/kg. Al parecer la liberación de cierta proporción de la masa retenida por adsorción es prácticamente irreversible por procesos de lavado. 7.1.8. Discusión de los resultados de los ensayos Batch De los ensayos de adsorción-desorción realizados en el laboratorio con los diferentes metales se puede deducir que la desorción del cromo en función del tiempo es mucho más lenta que en los otros dos metales estudiados y el “equilibrio” se alcanza, al parecer, para un período de 8 horas, mientras que para el resto de los elementos metálicos el “equilibrio” se alcanza para un período de tiempo inferior a las 4 horas (Figura 7.1B, 7.4B y 7.7B). Se puede apreciar que a partir de las 2 horas el valor del pH varía muy poco manteniéndose casi estable, dependiendo ligeramente de la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 243 concentración de la solución. El Eh siempre es positivo, por lo que las condiciones de los ensayos son oxidantes. 1800 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 400 1500 1200 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 300 200 900 600 Adsorción 100 Adsorción Desorción Desorción 300 Desorción Desorción 0 0 0 100 200 C w (mg/L) 0 300 50 C w (mg/L) 100 150 Figura 7.10. Histéresis del proceso de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Donde Sa: masa total adsorbida y Se: adsorción efectiva. Tabla 7.5. Valores de pH inicial y final de los ensayos de adsorción y desorción en función del tiempo (minutos) para el Ni (II), Cr(VI) y Mn(II). Residuo SAL una concentración de 4 mM Tiempo en minutos Metal Cr(VI) Mn(II) Ni(II) Ensayo Adsorción Desorción Adsorción Desorción Adsorción Desorción Inicial 6.11 5.08 5.45 5.07 4.87 4.56 5 5.95 5.11 5.66 5.09 4.12 4.53 10 6.01 5.22 5.61 5.25 4.18 4.51 30 5.95 5.22 5.75 4.92 4.12 4.50 60 5.85 2.18 5.76 4.77 4.14 4.29 120 6.15 5.16 5.72 4.85 4.11 4.27 240 6.05 5.15 5.78 4.88 4.44 4.30 480 6.11 5.21 5.70 4.79 4.13 4.36 1440 6.04 5.20 5.68 4.76 4.16 4.34 4320 6.10 5.23 5.62 4.79 4.15 4.35 480 7.70 7.47 6.40 6.85 6.30 6.00 1440 7.70 7.52 6.70 7.26 6.36 6.11 4320 7.71 7.50 6.82 7.36 6.56 6.12 Residuo ACL una concentración de 4 mM Tiempo en minutos Metal Cr(VI) Mn(II) Ni(II) Ensayo Adsorción Desorción Adsorción Desorción Adsorción Desorción Inicial 7.93 7.5 6.5 7.1 5.46 5.56 5 7.72 7.56 6.37 6.67 6.30 5.86 10 7.74 7.59 6.38 6.62 6.31 5.89 30 7.77 7.41 6.28 6.67 6.35 5.92 60 7.72 7.35 6.10 6.71 6.21 5.98 120 7.79 7.59 6.11 6.70 6.24 5.99 240 7.89 7.58 6.36 6.90 6.23 6.01 A partir de los resultados de adsorción se deduce que esta ocurre en un tiempo relativamente corto (Figuras 7.1B y 7.4B y 7.7B). El hecho de que la adsorción sea tan rápida permite suponer que la mayor parte de la masa adsorbida es por causas �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 244 puramente físicas, donde la adsorción por fuerzas electrostáticas (carga de las partículas o potencial zeta) es la que juega el papel fundamental en el proceso de adsorción y que la existencia de posibles procesos de quimisorción (para los intervalos de tiempo en que se han realizado los ensayos) desempeñan un papel secundario. Este aspecto se corrobora con los análisis por difracción de Rx donde no se reporta la existencia de minerales del grupo de las arcillas. Los procesos de intercambio en este caso desempeñan un papel menos importante, pues los residuos presentan una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC=8-10 meq/100 gramos de residuo sólido, Tabla 7.1). Es bueno señalar que el material presenta gran cantidad de minerales amorfos y de muy mala cristalización, pues en los difractógramas se observa un gran fondo y la intensidad de los picos en comparación con la concentración de Fe existente es baja. Tabla 7.6. Valores de pH para los que la carga de las partículas sólidas es igual a cero (potencial zeta y en la literatura anglosajona points of zero charge). Mineral Hematita Goethita Maghemita Magnetita Aluminio amorfo Hierro amorfo Ferrihydrita Gibbsita Corindon Lepidocrosita Cuarzo Magnesita calcinada Minerales de Mn ? ? Anatasa (o) Fórmula química (0) α - Fe2O 3 α – FeOOH 8.5 pH solución KNO3 en una pH de (1) 3.2 6.8 6.2(5) Al(OH)3 AlOOH Fe(OH) 3 Fe5OH8 4H2O α -Al(OH)3 α – Al2O3 γ−FeO OH SiΟ2 δ-MgO 2 4.6 β-MnO2 δ-MnO2 γ-MnO2 TiO2 7.3 1.5 5.6 5.5-5.8 pH(2) pH(3) 8.5 7.3 6.7 6.7 Superficie específica Se (m2/g) 85(5); 22(0) 75(5), 2891(0) 85(5) 8.3 5.0 8.5 8.1 8.5 9.2 8.1 7.1 9.06 4.8 8.5 5 9.1 600(4) 18-47(0) 67.3(0) 5.4-7.3 2.9 6.(5) 2.0 12.4 2.8 85(5) 43(0) Anderson y Rubin, (1999) (1) Tan, (1994), pag 163; (2) Appelo and Postma, (1993), pag. 154; (3) Spark, (1995), pag. 134; (4)Stollenwerk, (1994), (5)Mackenzie, (1980). Estos valores corresponden a diferentes fuentes bibliográficas y diferentes métodos de medida por lo que no son necesariamente comparables. Sin embargo, se puede apreciar que en muchos casos los resultados son similares. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 245 Los resultados Batch permiten concluir que la preferencia de adsorción de acuerdo a la masa retenida en el residuo ACL es Ni(II)>Mn(II)>Cr(VI), mientras que en el residuo SAL es Cr(VI)>Mn(II)>Ni(II). El hecho de que estos residuos y en especial el residuo ACL presente una gran capacidad de adsorción es debido a la existencia de una mayor superficie específica de las partículas que lo forman (mayor cantidad de Fe amorfo) (Tabla 7.1). Esta capacidad de adsorción en el residuo ACL para el Ni y el Mn puede estar favorecida además por una CIC ligeramente mayor que en el residuo SAL, así como un mayor pH y un mayor contenido de minerales de hierro y mayor contenido de compuestos orgánicos derivados de la combustión del petróleo (Tabla 7.1). La capacidad de adsorción de los minerales formados por óxidos e hidróxidos de Fe (ferryhidrita, hematita y goethita) ha sido evaluada por diferentes investigadores (Mckenzic, 1980; Spark, 1995; Payne et al., 1998) y en todos los casos se ha podido comprobar que los mayores valores de adsorción se obtienen para valores de pH entre 6 y 7. Lo que demuestra que el pH puede considerase como el factor o parámetro principal que controla este proceso para estos materiales, debido a la ausencia de minerales del grupo de las arcillas y al papel secundario que desempeñan los procesos de intercambio o quimisorción. Stollenwerk, (1994), en un estudio de contaminación de un acuífero por el lixiviado de escombreras de residuos, donde en la matriz del acuífero existía ferryhidrita y óxidos e hidróxidos de aluminio, hierro y manganeso plantea que: el proceso de adsorción está controlado mayoritariamente por la ferryhidrita, por lo que es el principal elemento de adsorción en el medio y que el aluminio y el manganeso amorfo desempeñan un papel muy inferior. En su análisis concluye que resulta imposible poder diferenciar el porcentaje de adsorción de la ferryhidrita con relación al aluminio y manganeso amorfo. En general se considera que la ferryhidrita es el principal adsorbente por su gran superficie especifica 600 m2/g (Stollenwerk, 1994). En nuestro caso consideramos que si parte de este hierro se encuentra en forma de ferryhidrita, como parecen indicar los resultados de Rx y el porcentaje de Fe amorfo, es la cantidad de ferryhidrita la que controla el proceso de adsorción. La isoterma de adsorción del Mn(II) y el Cr(VI) para los dos residuos es no lineal (tipo “h”), observando que la adsorción es función de la concentración pues el pH de los �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 246 diferentes ensayos realizados se ha mantenido con valores relativamente constantes (Tabla 7.5). El pH presenta una ligera disminución en la medida que se incrementa la concentración de la solución usada en el ensayo de Batch, como cabría esperar. Al no ser lineal la isoterma de adsorción la Kf no es constante (n<1), su valor aumenta en la misma medida que aumenta la concentración del soluto pero la relación masa adsorbida (Sa) vs concentración en el agua (Cw) disminuye. Los resultados obtenidos en este trabajo son coherentes con los de otras investigaciones en medios porosos ricos en hierro y manganeso (Spark, 1995; Payne et al., 1998). En suelos o materiales porosos en condiciones aeróbicas el manganeso precipita en la superficie de las partículas arcillosas y en los óxidos de Fe. En el proceso de precipitación en condiciones aerobias los metales precipitan asociados al manganeso. De manera general los óxidos de manganeso tienen una alta capacidad para adsorber metales pesados debido a su gran superficie específica y alta carga negativa. Los suelos con elevada cantidad de hierro y manganeso libre presentan una alta capacidad de adsorber el Cr(VI). La existencia de óxidos de hierro y manganeso son de extraordinaria importancia en la adsorción de Cr(III) y Cr(VI) (Tan, 1994). Los valores de Kf y n se obtienen a partir de la ecuación 7.4. Los valores de Kf y n obtenidos del ajuste de las isotermas de adsorción a la ecuación de Freundlich (Figuras 7.2, 7.5, 7.8) para cada uno de los metales aparecen en la Tabla 7.7A. El hecho de que las isotermas de adsorción del Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en el residuo ACL y el Mn(II) y Cr(VI) en el residuo SAL se ajusten a la isoterma de adsorción de Freundlich es indicativo de que en ninguno de los casos se ha alcanzado la saturación de los sitios de adsorción para las concentraciones utilizadas en los ensayos Batch. La isoterma de adsorción del Ni(II) en el residuo SAL es lineal y se ajusta al caso particular de la ecuación de Freundlich cuando n=1. Existe una diferencia importante entre los Kf del cromo y el manganeso en ambos residuos, siendo esa diferencia mayor en el residuo ACL. Si observamos la similitud de los valores de n, Kf y la forma de la isoterma de adsorción del Ni(II) y el Mn(II) en el residuo ACL, podremos concluir que ambos presentan un comportamiento cinético muy similar, para estas condiciones de experimentación. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 247 Tabla 7.7A. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de adsorción. Kf n No r2 Proceso Metal Solución electroquímica de KNO3 (0.01mM) ACL SAL Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) 1054.45 30.35 1057.00 17.78 461.51 0.77 0.14 0.46 0.15 0.60 0.26 1.00 9 7 9 9 9 10 1.00 0.99 0.99 0.97 1.00 0.99 (r= coeficiente de correlación, No= número de muestras). El hecho de que el Mn(II) y Ni(II) en el residuo ACL presenten un gran valor de Kf es indicativo de que están más fuertemente fijados a la matriz del residuo. Esta gran capacidad de adsorción está favorecida por el pH y la superficie específica de las partículas, debido a la presencia de ferryhidrita. En el residuo SAL el cromo presenta un Kf mayor que el Mn(II), esto nos muestra que el cromo es fijado a la superficie de las partículas con mayor fuerza que el Mn(II), aspecto este que al parecer está controlado por el pH. Para estas condiciones de pH entre 4 y 5 la solubilidad del Mn(II) es mucho mayor que la del Cr(VI) (Wen et al., 1994). Estos resultados son coherentes con los trabajos de Khaodhiar et al., (2000), donde los mayores valores de adsorción de Cr(VI) en óxidos de hierro ocurren para valores de pH ácidos entre 3-5. La desorción es lineal para los tres metales (Cr(VI), Mn(II) y el Ni(II)) analizados (Tabla 7.7B). Estos resultados muestran la existencia de histéresis en el proceso de adsorción y desorción, al menos para los valores de concentración y pH analizados en este estudio. La causa de que el proceso de desorción sea lineal en todos los casos es el resultado de la escasa masa de metal que libera la fase sólida al medio acuoso debido a la histéresis del proceso, lo que genera una solución con muy baja concentración. Normalmente en los casos de desorción estudiados para metales pesados en suelos, donde la masa del soluto cedida al medio acuoso es muy baja, la isoterma de desorción es generalmente lineal (Selim and Amacher, 1997). De manera general se puede apreciar que los procesos que afectan la movilidad de estos metales en el residuo dependen de las propiedades físico-químicas del residuo utilizado (pH, Se, CIC, MO, Tabla 7.1). Aunque se puede señalar que la alta concentración de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 248 magnetita en el residuo ACL puede favorecer también el proceso de adsorción (Caitcheon, 1993). Tabla 7.7B. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de desorción. Solución electroquímica de KNO3 (0.01mM) Proceso ACL SAL Metal Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Kf 60.94 23.86 29.84 9.77 87.37 1.00 n No 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 5 5 9 9 9 5 r2 0.99 0.91 0.99 0.95 0.98 1.00 (r= coeficiente de correlación, No= número de muestras). Esta propiedad de adsorber los metales, es una de las características que conceden a estos residuos un valor añadido desde el punto de vista medioambiental en la posibilidad de ser utilizados para reciclar aguas contaminadas con este metal, fundamentalmente el residuo ACL. 7.1.9. Adsorción instantánea en un sistema cerrado (ensayos Batch) Para evaluar la adsorción instantánea consideraremos la masa adsorbida por la fase sólida en un período de tiempo de 5 minutos. De acuerdo con Selim and Amacher, (1997) (pag. 115), considerando los modelos de adsorción de dos sitios, se puede considerar instantánea a los procesos que ocurren en minutos o en horas, pues el movimiento de la fase líquida por el medio poroso es muy lento. Sin embargo, desde el punto de vista químico se denomina así al proceso que ocurre instantáneamente (en fracciones de segundo). En el residuo ACL la adsorción del Mn(II) en la fase sólida ocurre de forma instantánea para concentraciones menores o iguales a 100 mg/L (≈2 mM). En el níquel ocurre para concentraciones de 160 mg/L (≈2.8 mM). En el Cr(VI) la adsorción ocurre instantáneamente para una concentración de cromo en la solución de 111 mg/L (≈2.2 mM). El proceso de adsorción del soluto en la fase sólida ocurre de forma instantánea en el residuo ácido SAL (pHmedio= 4.1), en el caso del Mn(II) para valores de concentración �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 249 menores o iguales a 100 mg/L (≈2 mM) y en el Cr(VI) tiene lugar para un valor de concentración en la solución de 8 mg/L (≈0.2 mM). Para el níquel consideramos que no se puede hablar de adsorción sino de equilibrio instantáneo, produciéndose rápidamente para todas las concentraciones analizadas. A los 5 minutos el 60 % de la masa total de metal que puede adsorber el residuo de la solución ha sido absorbido en todos los casos. Se puede apreciar que en el proceso de desorción ocurre también muy rápidamente. 7.1.10. Comparación de la capacidad de adsorción de los residuos con otros materiales y suelos naturales El presente apartado pretende ilustrar la capacidad de adsorción que presentan los residuos ACL y SAL en comparación con diferentes suelos naturales u otros materiales. En la Figura 7.11 se muestra una comparación entre la isoterma de adsorción del Ni(II) de los dos residuos estudiados y los diferentes suelos naturales reportados en la literatura. El pH que aparece en la figura es el pH de la solución con que se ha realizado el ensayo. 2500 Ni(II) Sa (mg/kg) 2000 Residuo ACL a pH=6.5 Residuo SAL pH 4.1 Hayhook soil a pH=6 Ronhave soil a pH=6 1500 1000 500 0 0 50 100 150 200 250 C w (mg/L) Figura 7.11. Comparación de la capacidad de adsorción de Ni(II) en los residuos y dos suelos, valores en Tabla 7.8. Se puede observar que el residuo ACL presenta una capacidad de adsorción muy superior a la del resto de los suelos representados. En todos los suelos citados la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 250 isoterma de adsorción es no lineal (n≠1), sin embargo en el caso del residuo SAL ésta es lineal. En la Tabla 7.8, se encuentran las principales propiedades de un gran número de suelos y los valores de n y Kf obtenidos al ajustar las isotermas al modelo de Freundlich. El valor del coeficiente de reparto (Kf) para el residuo ACL es casi 9 veces superior al resto de los suelos que se muestran. En la Figura 7.11, se aprecia como el valor de la masa de Ni(II) retenido en el residuo SAL es pequeño. Este valor tan pequeño es debido a que el pH del medio es ácido (pH=4.1). El cromo constituye uno de los elementos contaminantes más estudiado en aguas y suelos, entre sus principales iones, el cromo hexavalente ha sido el más estudiado por su alto grado de toxicidad. En la Figura 7.12, se muestra una comparación de la isoterma de adsorción de éste para los dos residuos con otro grupo de suelos y dos arcillas (Tabla 7.9). En el residuo SAL la capacidad de adsorción es 4 veces superior a la de la montmorillonita y 20 veces con relación a la caolinita. El valor de Kf para el residuo SAL es 3 veces superior al resto de suelos naturales citados en la Tabla 7.9. 2000 Cr(VI) Residuo ACL a pH=6.5 1500 Residuo SAL a pH=4.1 Sa (mg/kg) Montmorillonita a pH=4 Caolinita a pH=4 1000 500 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 300 Figura 7.12. Comparación de la capacidad de adsorción de Cr(VI) en los residuos ACL y otros minerales naturales, valores en Tabla 7.9. El manganeso constituye uno de los elementos más estudiado desde el punto de vista edafológico pues es un elemento esencial para las plantas. En este caso se puede apreciar que el residuo ACL presenta una capacidad de adsorción muy superior a la de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 251 muchos suelos naturales. En la Tabla 7.10 se muestran las principales características de un gran número de suelos empleados en estudios de adsorción del Mn(II). Los valores de Kf y n se corresponden con los parámetros de la ecuación de Freundlich. El valor del coeficiente de reparto Kf en el residuo ACL es superior en más de un orden de magnitud con relación al resto de los suelos citados y en algunos casos dos órdenes de magnitud. Para los suelos citados la isoterma de adsorción es no lineal (n≠1). 2500 Mn(II) Residuo ACL a pH=6,5 Residuo SAL a pH=4,1 Suelo 1 a pH=8,2 Suelo 2 a pH=8,0 Suelo 3 a pH=8,1 Suelo 4 a pH=7,7 Sa (mg/kg) 2000 1500 1000 500 0 0 50 100 150 200 C w (mg/L) 250 300 350 400 Figura 7.13. Comparación de la capacidad de adsorción de Mn(II) en los residuos y en otros suelos naturales, valores en Tabla 7.10. ��225 Windsor Webster Windsor Unnamed Olivier Norwood Molakai Lafitte Kula Cecil Calciorthid Alligator 1.98 1.54 0.44 0.61 6.62 11.6 1.67 0.21 0.83 0.028 0.015 0.099 0.093 0.009 0.760 0.008 0.270 0.000 0.063 0.041 0.031 0.330 0.050 1.760 1.680 1.190 0.190 0.061 0.300 0.009 0.190 0.420 0.230 0.740 0.250 0.270 5.850 1.160 12.40 0.300 0.710 0.008 0.550 1.230 0.790 3.510 0.280 0.910 0.016 0.071 0.220 0.100 0.560 0.290 0.150 0.000 3.14 7.39 67.70 10 14 5.9 70.0 12.8 73.7 60.7 25.7 79.2 4.4 90.2 27.5 76.8 74.8 75.0 70 70 39.4 19.3 7.3 25.4 21.7 46.2 18.1 89.4 6.0 48.6 20.5 24.1 15 Limos (%) 4 20 6.5 16 4.1 54.7 4.8 10.7 8.5 5.7 0.9 5.9 17.6 3.9 28.2 6.0 2.8 6.9 6.2 6.6 3.8 4.3 23.9 7.6 2.8 5.3 1.1 5.8 10.0 7.0 0.939 0.504 0.688 0.738 0.903 0.720 0.661 0.646 0.836 0.748 0.741 Referencias 161.90 Wang et al., 1998 95.40 Poulsen y Bruun, (2000) 0.29 Martínez et al., (1999) 37.80 Buchter et al, 206.00 (1989) 6.84 110.00 50.10 44.90 20.90 50.50 3.44 3.37 8.43 Kf 10.0 0.140 1058.16 Este trabajo 8.0 0.600 0.76 30.2 14.7 2.0 22.5 26.9 11.0 4.1 8.6 2.7 48.1 2.0 0.8 252.0 0.160 10.9 0.775 6.3 0.373 pH CIC n Meq/100g de sólido Arcilla (%) 10.0 7.5 Partículas tamaño Arenas (%) 86.0 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) ACL Residuos 4.2 0.02 0.21 0.03 SAL Moa, Cuba 0.6 0.002 0.014 0.02 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. Louisiana New México S. Carolina Hawaii Louisiana Hawaii Louisiana Louisiana Florida Lowa N.Hampshire 1.20 Ronhave Island Als Denmark Argentina Zeolita Chubut 0.11 Hayhook Canadá 0.14 M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 (%) (%) Fe2O3 Fe2O3 (%) (%) (%) (%) Suelo Localidad Tabla 7.8. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Ni(II). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �ACL SAL Caolinita 0.230 0.420 0.790 0.290 1.230 0.560 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) 4.2 0.02 0.21 0.03 0.6 0.002 0.014 0.02 0.031 0.041 10 14 74.8 76.8 70 70 24.1 20.5 4.8 5.7 5.9 3.9 6.0 6.6 20 6.5 16 4.1 4.0 1.1 5.8 4.0 n Kf Referencias 0.504 3.41 Buchter et al, (1989) 0.450 132.00 Selim and Amacher, 0.609 62.80 (1997) 0.374 30.30 Buchter et al, (1989) 0.607 6.41 0.641 7.00 0.394 5.47 Selim and Amacher, 2.0 0.521 8.47 (1997) 30.2 2.0 22.5 26.9 11.0 8.6 de 21.30 10.0 0.140 23.86 Este trabajo 8.0 0.600 461.51 75-150 0.147 0.8 0.550 18.50 6.6-20 0.143 113.49 Adriano, (1995) Meq/100g sólido pH CIC 2.8 5.3 M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 Partículas tamaño (%) (%) Fe2O3 Fe2O3 (%) (%) Arenas Limos Arcilla (%) (%) (%) (%) (%) 1.54 0.028 0.330 0.740 0.150 5.9 39.4 54.7 0.61 0.099 1.760 0.270 67.7 12.8 7.3 6.62 0.093 1.680 5.850 3.510 73.7 25.4 0.9 11.6 0.009 1.190 1.160 0.280 60.7 21.7 17.6 1.67 0.760 0.190 12.40 0.910 25.7 46.2 28.2 0.83 0.270 0.300 0.710 0.071 4.4 89.4 6.2 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. Residuo Moa, Cuba Hampshire Windsor Montmorillonita Alligator Cecil Kula Lafitte Molakai Olivier Oldsmar Windsor Louisiana S. Carolina Hawaii Louisiana Hawaii Louisiana Louisiana N. Hampshire Suelo Localidad N. 226 Tabla 7.9. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Cr(VI). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �227 Localidad Suelo M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 Partícula tamaño Fe2O3 (%) (%) Fe2O3 (%) (%) Arenas Limos Arcilla (%) (%) (%) (%) (%) Florida Suelo 1 1.5 0.61 18.6 Florida Suelo 2 0.86 8.6 4.3 Florida Suelo 3 0.1 4.7 9.0 Florida Suelo 4 0.56 6.3 0.8 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) Residuos Moa ACL 4.2 0.02 0.21 0.03 10 70 20 SAL 0.6 0.002 0.014 0.02 14 70 16 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. 10.0 0.140 1054.45 Este trabajo 8.0 0.600 19.75 4.36 Adriano, 1995 17.52 4.34 41.84 6.5 4.1 0.571 0.519 0.583 0.327 Referencias 19.5 41.9 15.1 36.4 Kf 8.2 8 8.1 7.7 n pH CIC Meq/100g-1 Tabla 7.10. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Mn(II). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 255 7.2. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columnas de residuos en el laboratorio 7.2.1. Introducción El uso de las técnicas de ensayo de flujo a través de columnas en el laboratorio ha sido ampliamente descrito y estudiado por numerosos autores (Brusseau et al., 1990; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Fetter, 1999). Estos ensayos permiten dar solución a las limitaciones del ensayo Batch señaladas en el apartado anterior (7.1), debido a que en este método la columna constituye un sistema abierto donde el flujo de agua es constante y donde intervienen los procesos de dispersión, difusión y diferentes reacciones químicas. El soluto se encuentra en constante proceso de adsorción-desorción, la fase sólida que conforma la matriz del medio poroso está continuamente reaccionando con una gran masa de soluto, pero con estrecha relación sólido/líquido en comparación con el ensayo de Bacth. Es importante señalar que los resultados obtenidos del transporte de solutos en columna de suelo a escala de laboratorio no representan las condiciones de transporte de soluto en condiciones reales, pero nos permite tener una estimación de la magnitud o rango en que se pueden encontrar estos parámetros. Por ejemplo, los coeficientes de dispersión (D) obtenidos en ensayos de laboratorio con muestras alteradas o no alteradas dan resultados inferiores al de los trabajos realizados en campo. En muchos casos son menores, con diferencias entre uno o dos órdenes de magnitud con relación al medio natural (Fetter, 1999). Los estudios experimentales de flujo y transporte en columna son muy útiles en estudios de cinética del comportamiento de diferentes solutos, pues en estos ensayos son eliminadas rápidamente las especies desadsorbidas y evitan la reacción con el adsorbente. Por otro lado, los ensayos de flujo se utilizan para investigar los procesos de adsorción-desorción en condiciones de no-equilibrio (precipitación, desorción, degradación de los solutos, etc.). Estos dispositivos permiten realizar ensayos de forma repetitiva con muy buenos resultados en solutos conservativos y además permiten variar las condiciones de flujo, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 256 las características de empaquetamiento de la columna y las concentraciones de los diferentes solutos. Es de destacar que estos métodos también presentan ciertas limitaciones: a) los procesos de transferencia de masa tienen una capacidad limitada, b) en el caso de los solutos su repetitividad está condicionada a los cambios que se realizan en el material utilizado para cada ensayo (empaquetamiento de la columna, composición), c) los resultados pueden inducirnos a errores en la interpretación de los procesos que controlan la cinética de los solutos analizados en condiciones de campo, por lo que han de ser analizados con cautela y prudencia. Para tener una aproximación del coeficiente de dispersión de los residuos de la industria cubana del níquel (residuo SAL y ACL) se han realizado diferentes ensayos de adsorción-desorción con flujo en continuo a través de columnas en el laboratorio. Se han realizado ensayos para estudiar el comportamiento de los metales en diferentes condiciones de flujo y determinar los efectos de la adsorción y desorción en función del tiempo de tránsito del contaminante en el medio. Los ensayos de flujo y transporte han sido realizados con un trazador orgánico conservativo (pentafluorobenzoato sódico, PFBA) y tres metales Ni(II), Cr(VI) y Mn(II). En la Tabla 7.11 se muestran las características de las columnas utilizadas. 7.2.3 Materiales y método En la realización de los ensayos de flujo se ha usado un equipo HPLC (Cromatografía líquida de alta resolución) de la casa Spectra System. El HPLC dispone de dos bombas (P2000) de doble pistón capaz de mantener el flujo estable en el rango de 0.01 a 9 ml por minuto. Es bueno señalar que para flujos inferiores a 0.04 ml/min los errores pueden ser del 2 al 4% debido a que el flujo no es estable. Un detector de diodos en línea (ultravioleta visible, UV-600LP) permite la detección en continuo de solutos que tengan señal en el campo de longitud de onda de 190 a 800 nanómetros. La gestión de todo el dispositivo se realiza desde un ordenador con el código CHROMQUEST. Este mismo código permite la generación de los archivos, que son exportados con posterioridad a MS-DOS y usados en la modelación. En la Figura 7.14, se muestra un esquema del dispositivo experimental usado en la realización de los ensayos. El efluente de los diferentes ensayos de flujo realizados con �257 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) trazador fue analizado en continuo (on-line), mientras que en el caso de los diferentes metales se tomaban fracciones del efluente con un colector de fracciones automático CYGNET (de la casa ISCO, con capacidad para 100 muestra que eran acumuladas en botellas de plástico, almacenadas en frío y transportadas al laboratorio de química de la Universidad de Girona donde fueron analizadas por ICP-AES (Inductively coupled plasma-mass spectrometry). Solución sin soluto Solución I sinsoluto Ordenador Ordenador Detector 2 1 III Solución Solucióncon soluto con soluto 3 Columna Efluente II Esquema de la vávula III 1-Entrada bomba I 2-Salida columna 3-Entrada bomba II 4 y 6- Salidas Figura 7.14. Esquema donde los componentes del montaje de la columna de residuo y los equipos usados en los ensayos de laboratorio. Como se puede ver en la Figura 7.15 la columna está provista de filtros de 25 micras que evitan el paso de las partículas y una conexión a tuberías por ambos extremos. La columna está cerrada por dos tuercas que se acoplan con el tubo que contiene la muestra con una tórica lo que permite su montaje y desmonte con facilidad. Las columnas están hechas de acero para evitar que la deformación de las paredes del tubo de plástico debido a la presión pudiera ocasionar variaciones en el volumen de la muestra. �258 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 7.2.3.1. Montaje de las columnas El llenado de la columna se hizo con el residuo sólido secado a temperatura de 46±2oC para evitar la pérdida de la materia orgánica (ASTM, 1993). El empaquetamiento de la columna se realizó en varios pasos de compactación y sometiendo la columna a vibraciones para obtener una densidad uniforme de 1.55 g/cm3 y evitar la existencia de cavidades que favorecieran el flujo preferencial. Posteriormente al empaquetamiento se realizó la saturación de la columna con la solución electrolítica de KNO3 0.1 mM igual que la empleada en la realización de las isotermas de adsorción. La saturación se efectuó durante un período de 24 h para evitar la existencia de burbujas de aire. Luego se hizo pasar a través de la columna (Figura 7.13) la misma solución electrolítica hasta que se llegó al flujo estacionario comprobando que el caudal (Q), pH y la conductividad eléctrica de la solución que entraba y la que salía eran iguales. En la Tabla 7.11 se muestran los diferentes parámetros de la columna usada en los ensayos de flujo y se puede ver como el volumen muerto del sistema es de 0.121 cm3. Este volumen corresponde a las tuberías de entrada y salida de la columna, de acuerdo con el volumen de poros (Vp) de las columnas consideramos que es razonable debido a que es inferior al 1% del Vp. Tabla 7.11. Características de la columna de residuo utilizada en los diferentes experimentos de transporte de solutos en medio poroso. Ensayos con trazador pentaflourobenzoato (PFB). Ensayos de adsorción y desorción con los metales, Cr(VI), Ni(II) y Mn(II). Residuo Características Longitud (L) de la columna Diámetro (Ф) Volumen total (V) Masa de residuo (M) Densidad natural o húmeda (ρh) Densidad de las partículas (ρs) Volumen de poros (Vp) Porosidad (η) Contenido volumétrico de agua (θ) Velocidades de flujo (v) Volumen muerto del ensayo (Vm) Experimento Unidades cm cm cm3 g g/cm3 g/cm3 cm3 cm3/cm3 cm3/cm3 cm/h cm3 ACL SAL 5.00 10.00 5.00 10.00 1.60 1.60 10.55 20.11 10.55 20.11 15.66 31.32 15.52 31.04 2.17 2.15 3.97 3.88 6.11 12.22 6.06 12.11 0.61 0.60 0.61 0.60 1.20, 14.0, 39.0 1.20, 14.01.20 0.121 0.121 Adsorción-Desorción �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 259 7.2.4. Ensayos de transporte de soluto con flujo estacionario Los ensayos de flujo que describiremos a continuación se han realizado a diferentes velocidades (1.2, 14 y 39 cm/h). La elección de estas velocidades es resultado de los ensayos de adsorción en Batch donde se comprobó que para un período de 8 horas se había alcanzado al parecer el estado de equilibrio en los tres metales estudiados. Con estas velocidades se garantizan tiempos de tránsito entre 5 minutos y 8 horas. La velocidad más pequeña empleada es algo superior a la permeabilidad real del medio poroso, pero es similar a la obtenida en las muestras agrietadas ensayadas en el equipo triaxial (Capítulo 6). El uso de condiciones de flujo iguales en el estudio de los tres metales permite comparar sus resultados experimentales. En todos los ensayos de flujo se ha tratado de saturar las zonas de adsorción de la matriz del medio poroso con cada uno de los metales. El procedimiento para la obtención de las curvas de llegada (breakthrough curves) se inicia girando la válvula que permite el paso de la solución con trazador o con el metal por la columna. Transcurrido el tiempo de inyección del pulso que se haya establecido para el ensayo se gira nuevamente la válvula a su posición inicial volviendo a entrar a la columna solución sin trazador. Durante la realización de los experimentos el caudal (Q) y la temperatura (T) se mantienen constantes. 0 10 20 30 40 50mm Figura 7.15. Esquema de la columna usada en el laboratorio: 01-pared de acero, 02-tuerca de cierre, 03-pared de plástico, 04-tórica de plástico para el ajuste de los conectores, 05-tórica de ajuste entre el tubo de plástico y la tórica exterior, 06,07,08 son los anillos concéntricos que actúan como filtro y distribuyen uniformemente el agua, 09-muestra del sólido. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 260 La estabilidad del flujo durante el experimento se chequea con muestreo del efluente a la salida del detector. Al desmontar la columna se observa si se han producido variaciones en la densidad del material durante el ensayo, esto se detecta por cambios en el tamaño de la muestra. Al finalizar el ensayo la muestra de sólido se coloca en la estufa a 110 oC y se determina el volumen de agua existente. El volumen de agua existente es el equivalente al volumen de poros (Vp) que será usado en la representación e interpretación de los resultados obtenidos. El procedimiento y el objetivo del ensayo de flujo y transporte en continuo se resumen en la Figura 7.16. A continuación se explica en detalle el procedimiento del ensayo de flujo y transporte mediante pulso en el caso del trazador e inyección en continuo de metales: I) programación del ensayo de acuerdo a las características del experimento donde se establece la velocidad de flujo (v), volumen a inyectar (Vi) y si el experimento será de inyección continua o mediante pulso, 1- Empaquetamiento de la columna y saturación 2- Inyección del pulso de trazador 3- Determinación de la curva de paso del trazador 4 Programación del colector de fracciones 5. Se hace pasar solución electrolítica nuevamente por la columna con el soluto (metal) a estudiar 6. Se analizan las muestras del ensayo del soluto por ICP-AES 7. Se obtiene la curva de paso o llegada del metal Figura 7.16. Esquema de flujo de los principales pasos del ensayo de flujo y transporte en columna. II) inyección del trazador durante un tiempo (t) que se fija de acuerdo al ensayo que se desee realizar, �261 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) III) interpretación del resultado lo que permite determinar la calidad del empaquetamiento de la columna de residuo y comprobar la ausencia de flujo preferencial, el volumen de poros de la columna y los parámetros físicos del medio poroso, IV) inyección de la solución con metal y toma de las fracciones durante el experimento de flujo con los diferentes metales, V) las muestras de metales son enviadas al laboratorio donde son analizados, VI) representación e interpretación de los resultados y modelación numérica de los resultados (Capítulo 8) El ensayo de trazador se realizó en cada una de las columnas con el objeto de determinar sus características y garantizar la representatividad de cada ensayo y para poder comparar los resultados entre los diferentes solutos. Si se conocen bien todas las características del sólido (como es nuestro caso) con el que se empaqueta la columna el volumen de poros (Vp) se determina de acuerdo con la ecuación: Vp = (1 − ρd )VT ρs (7.6) Donde ρd es la densidad seca del suelo (g/cm3), ρs, la densidad de las partículas (g/cm3)y VT volumen total de la columna (cm3). Por otra parte, el Vp se puede determinar de acuerdo con la ecuación 7.7, donde Vm es el volumen muerto, Vi el volumen inyectado y µ1 es el primer momento normalizado en el caso de los solutos conservativos que no son afectados por la dispersión. Este momento fue definido por Aris, (1958), como se expresa en la ecuación (7.8 ). V p = [ µ 1 − 1 / 2V i ] − V m µ1 = +∞ +∞ ∫ (C V )dV / ∫ C dV w 0 (7.7 ) w 0 (7.8) �262 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) El volumen muerto se determina experimentalmente con una válvula sin volumen interior (denominada válvula de volumen muerto), donde el volumen de agua que ha pasado por esta válvula entre el tiempo de inyección del trazador y su detección en el detector ultravioleta (UV) es considerada como Vm. Este volumen se corresponde con el volumen de tubería y conectores. 7.2.5. Interpretación de los resultados del ensayo de flujo con el trazador con pentafluobenzoato sódico (PFBA) Los ensayos de flujo con el trazador PFBA se realizan como paso previo al ensayo de flujo y transporte de los metales. En nuestro caso hemos empleado el PFBA que es un soluto orgánico conservativo que no se adsorbe en el suelo. Este trazador ha sido empleado a nivel de campo por Becker and Shapiro, (2000) y a nivel de laboratorio por Álvarez et al., (1995), con recuperaciones de la masa superiores al 90%. El ensayo de trazador con el PFBA se realiza para usarlo como referencia en el análisis de las curvas de paso de los metales que se están estudiando. Además con el ensayo de trazador se determinan el número de Peclet (P) y la dispersión (D), parámetros necesarios para los modelos que emplearemos en el próximo capítulo. Para cada columna de suelo en que se realiza el ensayo con el metal, se realiza primeramente el ensayo de trazador para la misma velocidad de flujo, obteniendo la curva de paso del PFBA. El análisis de la curva de paso se realiza normalmente por el método de los momentos definido por Aris, (1958). Este análisis estadístico nos permite deducir las condiciones en que se realiza el ensayo y comprobar si existen condiciones de no-equilibrio o flujo preferencial. Para ello se definen: - Zero absolute moment (mo), se corresponde con el tiempo de inyección, su unidad de medida es (M.T.L-3) y se calcula como, m0,t = +∞ ∫ C dt w (7.9) 0 - First absolute moment (m1), corresponde al centro de la masa del soluto en el gráfico de la curva de llegada, se determina como, �263 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) m1,t = +∞ ∫ C tdt (7.10) w 0 - First normalised moment repect to (µ1,t), representa el valor máximo de la curva de paso del trazador. {µ 1,t - = +∞ ∫ Cwtdt / 0 +∞ mo ,t ∫ C dt} = m w (7.11) 1,t 0 Second central moment (µ2,t), representa la desviación con relación al centro de la masa (la varianza) su unidad de medida es T2. Matemáticamente se determina como, µ 2,t = +∞ ∫C (t − µ1,t ) dt / 2 w 0 - +∞ ∫ C dt w (7.12) 0 Third central moment (µ3,t), representa el sesgo de la distribución de la concentración, las unidades de medida son T3. La expresión matemática que lo define es, µ3,t = +∞ 3 ∫ Cw (t − µ1,t ) dt / 0 +∞ ∫ C dt w (7.13) 0 Los resultados de los ensayos de trazador muestran un pico en la curva de paso del trazador (Figuras 7.17A y B ). La existencia de un pico máximo en la curva de llegada del trazador es un indicativo de que el flujo circula por la porosidad efectiva. La existencia de un solo pico y la pequeña desviación del centro de la masa con relación a un volumen de poros, muestran que no existe flujo preferencial y la ausencia de fenómenos o procesos físicos que demuestren la existencia de condiciones de noequilibrio. Los resultados del análisis de los momentos de las curvas que se representan en la Figura 7.17A, se muestran en la Tabla 7.12. �264 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 0.3 0.3 Residuo ACL v=1.2 cm/h L=10 cm 0.2 Cw Cw (mg/L) 0.2 Cw (mg/L) Cw v=1.2 cm/h L=5 cm Residuo SAL 0.1 0.1 0.0 0 0 100 200 300 0 100 Tiempo (minutos) 0.3 Residuo ACL v=14 cm/h L=10 cm v=14 cm/h L=10 cm Residuo SAL 0.2 0.1 0.2 0.1 0.0 0 0 10 20 30 40 0 10 Tiempo (minutos) 20 30 40 Tiempo (min) 0.4 0.4 V=39 cm/h L=10 cm Residuo ACL 0.3 0.2 0.1 v=39 cm/h L=10 cm Residuo SAL 0.3 Cw (mg/L) Cw Cw (mg/L) Cw 300 Tiempo (min) Cw (mg/L) Cw Cw (mg/L) Cw 0.3 200 0.2 0.1 0.0 0 6 0 12 0 6 Tiempo (minutos) 12 Tiempo (min) Figura 7.17A. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. v: es la velocidad, Ap: ancho del pulso en volúmenes de poro, L: longitud de la columna en centímetros. Tabla 7.12A. Análisis de los momentos curvas de paso del trazador PFBA(Figura 7.17A). Residuo Longitud de la columna Velocidad (cm/h) Co Tiny (g/L) (min) m0,t (g.minL-3) m1,t (g.min2.L-3) µ1,t min µ2,t min2 µ3,t min3 (cm) ACL SAL 5 10 10 5 10 10 Tiny. Tiempo de inyección 1.2 14.0 39.0 1.2 14.0 39.0 5 3.8 0.65 0.22 5 3.78 0.65 0.23 16.03 1643 102.48 725.71 6164.90 2.84 48.2 16.95 12.36 19.94 1.06 6.05 5.65 2.86 0.41 14.67 1529.00 104.75 676.85 6394.20 2.63 44.90 17.03 15.64 19.00 0.99 5.80 5.85 1.18 0.37 �265 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 0.08 0.07 Ensayo de trazador con PFBA en el residuo ACL Ap=0.041 0.06 v=1.2 cm/h; L=5 cm A Cw/Co 0.05 v=14 cm/h; L=10 cm v=39 cm/h; Serie1 L=10 cm 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Vp 0.08 B Ensayo de trazador con PFBA en el residuo SAL Ap=0.041 0.07 0.06 Cw/Co 0.05 v=1.2 cm/h; L=5 cm v=14 cm/h; L=10 cm v=39 cm/h; L=10 cm 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Vp Figura 7.17B. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. v: es la velocidad, Ap: ancho del pulso en volúmenes de poro, L: longitud de la columna en centímetros. Tabla 7.12B. Análisis de las curvas de paso del trazador PFBA normalizada(Figura 7.17B). Residuo ACL SAL Longitud de la columna (cm) 5 10 10 5 10 10 Velocidad (cm/h) 1.2 14.0 39.0 1.2 14.0 39.0 Ancho del pulso (Vp) 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 Centro de la masa (Vp) 1.119 1.060 1.015 1.073 1.019 1.003 Pico máximo (Vp) 1.003 1.002 0.992 1.003 1.001 0.991 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 266 La masa de PFBA recuperada es superior al 96 % en todos los ensayos. En ninguno de los ensayos efectuados se ha comprobado una pérdida importante de la masa inyectada por lo que se puede asegurar que el PFBA no sufre ningún tipo de proceso de adsorción o degradación en el medio poroso. La diferencia entre la masa inyectada y la recuperada se debe a las limitaciones instrumentales en la detección de bajas concentraciones del trazador. Para estas condiciones de flujo hemos comprobado que el PFBA se comporta como un soluto conservativo y que el trasporte puede ser descrito por la ecuación de flujo que rige el transporte de soluto por advección-dispersión. 7.2.6. Análisis de los ensayos de flujo y transporte de los metales en las columnas de residuo En trabajos experimentales con suelos naturales a nivel de laboratorio y de campo (Selim and Amacher, 1997; Wang, et al., 1998; Smith et al., 1998) se ha observado que la adsorción local e instantánea en los metales pesados no suele ocurrir para toda la masa del soluto, y que por tanto, este proceso se desarrolla en condiciones de noequilibrio, debido a la histéresis de los procesos de adsorción y a las condiciones de flujo del medio. Sin embargo, los estudios de transporte de contaminante en residuos mineros teniendo en cuenta las condiciones de no-equilibrio son escasos (Stollenwerk, 1994). El hecho de que la isoterma de adsorción de los metales (Cr(VI), Mn(II), Ni(II)) en ACL y Cr(VI) y Mn(II) en SAL no sea lineal indica que el coeficiente de reparto (Kf) y el factor de retardo (R) no son constantes, por lo que afectan la curva de paso o llegada de los metales generando una gran cola. Estos resultados pueden inducir a falsas valoraciones en la evaluación de la curva de paso o llegada de éstos a través de la columna de suelo si no se tiene una correcta caracterización del medio poroso. En todos los ensayos se ha prolongado la inyección el tiempo suficiente como para que la concentración y el pH a la salida del efluente sean iguales a los de entrada. 7.2.6.1. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) Los ensayos de flujo con Ni se han efectuado para las condiciones que se relacionan en la Tabla 7.13. La curva de llegada del Ni(II) a través de los dos residuos muestra los efectos de la existencia de condiciones de flujo no ideal o condiciones de no �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 267 “equilibrio” al presentar una gran cola (Figura 7.18). Se aprecia que para que la concentración llegue a ser Cw/Co≈1 (saturación de las zonas de adsorción ) es necesario el paso de 18 volúmenes de poros en el residuo SAL y de 33 en el residuo ACL. La máxima masa de soluto adsorbida (Smax) en el residuo ACL es 3 veces mayor que en el residuo SAL, mientras que la masa retenida (Sret) de Ni en el residuo ACL al parar el ensayo es 9 veces mayor (Tabla 7.13). Este aspecto se debe a la diferencia de pH en los dos residuos y a la existencia de mayor cantidad de Fe amorfo en el residuo ACL. Se observa que en ninguno de los dos residuos la concentración es cero al finalizar el ensayo (Tabla 7.13). El proceso de adsorción en el residuo ACL es muy importante, lo demuestra el retraso con que sale el soluto de la columna, ya que para ello es necesaria una renovación de 17 Vp, mientras que en el residuo SAL la salida de soluto en el efluente es más rápida, apenas han salido 4 volúmenes de poros. Obsérvese que la Kf del Ni(II) obtenido de los ensayos Batch en el residuo SAL, que presenta un pH inferior a 5, durante todos los ensayos es inferior a 1, este valor es indicativo de que el tiempo de tránsito del soluto Ni(II) por el medio poroso es muy pequeño en comparación con el residuo ACL. Tabla 7.13. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni(II) con procesos de adsorcióndesorción en los dos residuos. La masa adsorbida representa la masa retenida en el momento de finalizar el ensayo de flujo. Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sret Smax Sret cm/h (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 416 0.08 457.6 85.88 Ni(II) 91 127 2744 2168 14.0 0.70 88.47 2452 1762 39.0 0.90 90.54 2087 1444 SAL 1.2 534 5.72 600.0 98.49 820 236 Vpi: volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sret: por ciento de masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida al acabar el ensayo. �268 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1.0 A Ni residuo ACL Cw/Co 0.8 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.5 v=14 cm/h; L=10 cm 0.3 v=39 cm/h; L=10 cm 0.0 0 50 100 150 200 1 250 B Ni residuo SAL Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 v=1.2 cm/h; L= 5 cm 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.18. Curvas de llegada del Ni a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v: velocidad, L: longitud de la columna. 7.2.6.2. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Mn(II) En la Figura 7.19, se aprecia con claridad que la masa de Mn(II) adsorbida por los dos residuos es grande, siendo mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL (Tabla 7.14.), a pesar de que la concentración en la solución es muy similar en ambos ensayos. De la curva de llegada del Mn(II) se puede concluir que el proceso de desorción es mucho más lento que el proceso de adsorción, en los dos residuos. �269 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1.0 Mn residuo ACL A Cw/Co 0.8 0.6 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.4 v=14 cm/h; L=10 cm 0.2 v=39 cm/h; L=10 cm 0.0 0 50 100 150 1 200 Mn residuo SAL 250 B Cw/Co 0.8 0.6 0.4 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.19. Curvas de llegada del Mn(II), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v, es la velocidad y L es la longitud de la columna. Tabla 7.14. Características del ensayo de flujo y transporte de Mn(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos. La masa adsorbida representa la masa retenida en el momento de finalizar el ensayo de flujo Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sre Smax Sret (cm/h) (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 267 0.027 293.7 84.30 Mn(II) 91 127 2285 1981 14.0 0.90 89.10 2067 1375 39.0 1.02 90.22 1981 1233 SAL 1.2 254 0.021 280.0 96.00 1602 836 Vpi: volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sre: por ciento de masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sert: masa retenida al acabar el ensayo. En este caso se puede apreciar que al parecer para una misma concentración y la velocidad de flujo de 1.2 cm/h en el residuo SAL las zonas de adsorción se saturan para 34 Vp(Cw/Co≈1), mientras que en el caso de residuo ACL este proceso ocurre para 45 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 270 Vp, lo que ilustra con claridad que en el residuo ACL la masa de Mn afectada por el proceso de adsorción es mucho mayor que en el residuo SAL. 7.2.6.3. Ensayos de transporte y flujo con adsorción y desorción de Cr(VI) En los ensayos de flujo y transporte de adsorción–desorción con cromo para la velocidad de 1.2 cm/h se aprecian claramente los dos estados del proceso de adsorción (Figura 7.20). Inicialmente la adsorción del Cr en el residuo ACL ocurre rápidamente hasta un volumen de poros inyectado igual a 5 (donde Cw/Co≈1) y de 9 Vp (donde Cw/Co≈1) en el residuo SAL, mientras que una pequeña parte de la masa del Cr necesita de un tiempo mayor para que el proceso de adsorción ocurra. La adsorción de la masa de soluto máxima (Smax) para la que al parecer se logra la saturación de los sitios de adsorción en el residuo SAL es 5 veces mayor que la adsorbida por el residuo ACL (Tabla 7.15). Tabla 7.15. Características del ensayo de flujo y transporte de Cr(VI) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos. Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sre Smax Sret cm/h (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 247 0.027 Cr(VI) 91 127 271.7 94.77 624 295 14.0 0.60 96.45 586 200 39.0 0.70 96.86 513 177 SAL 1.2 920 11.04 1012.2 96.83 2907 1232 Vpi: volumen de poros de inyección(adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sre: masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida al parar el ensayo. Las características de adsorción del Cr presentan el mismo comportamiento que el observado en los ensayos de Batch para los dos residuos. El hecho que la masa adsorbida del Cr(VI) sea mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL es debido al pH. Para valores de pH ácido (menor que 5) la movilidad del Cr(VI) es menor que para pH próximos a la neutralidad (6-7). Según los estudios de diferentes investigadores (Selim and Amacher, 1997, Khaodhiar et al., 2000) a pH ácido el Cr(VI) puede formar precipitados o complejos mucho más estables con los óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. De acuerdo con Khaodhiar et al., (2000), la adsorción del Cr(VI) en presencia de óxidos e hidróxidos de hierro se debe fundamentalmente a la acción de las fuerzas electrostáticas y en menor medida a la formación de complejos. �271 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1,0 Cr residuo ACL A C/Co Cw/Co 0,8 0,6 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0,4 v=14 cm/h; L=10 cm 0,2 v=39 cm/h; L=10 cm 0,0 0 50 100 150 1 200 Cr residuo SAL 250 B Cw/Co 0,8 0,6 0,4 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.20. Curvas de llegada del Cr(VI), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v, es la velocidad y L es la longitud de la columna. 7.2.7. Discusión de los resultados de los ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Cr(VI), Ni((II) y Mn(II) La gran capacidad de adsorción del residuo ACL implica un importante valor de retraso, siendo el mayor para el Mn, el segundo para el Ni y el tercero para el Cr. Este mismo aspecto se manifiesta de diferentes formas para el residuo SAL donde el mayor retraso es para el Cr(VI), segundo para el Mn(II) y tercero para el Ni(II). Este aspecto es positivo desde el punto de vista ambiental pues muestra la capacidad de estos residuos para retener y retardar el paso de estos metales a través de su matriz. La existencia de un valor de retardo (R) muy grande no justifica la asimetría observada en todas las curvas de llegada o paso de los solutos (contaminantes) existentes en los ensayos de flujo realizados (Figuras 7.18 a7.20). La existencia de esa asimetría es �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 272 debida a las condiciones de no-equilibrio entre el soluto en la solución acuosa y la matriz del medio poroso en que se desarrollan los ensayos de flujo y transporte. Para los tiempos en que se han realizado los ensayos de flujo se puede apreciar que el proceso de adsorción es parcialmente reversible. Este proceso de irreversibilidad observado puede estar motivado por la sorción a los óxidos de hierro y aluminio existentes en el medio. Otro de los factores que controla la irreversibilidad del proceso es la fuerte capacidad de los residuos para retener metales, esta capacidad es aún más marcada en el residuo ACL. En todos los ensayos de flujo realizados con el PFBA no se ha observado este fenómeno de asimetría que se muestra en los tres metales estudiados, por lo que los efectos de la dispersión pueden ser considerados como despreciables. En estas condiciones todo parece indicar que el flujo está controlado por la advección. Las curvas de paso del Ni(II), Mn(II), Cr(VI) muestran un comportamiento no ideal con una gran cola y asimetría, mostrando además la existencia de condiciones de no equilibrio en los procesos de sorción. La gran adsorción que presentan estos residuos para el caso del Ni(II) y Mn(II) está controlada por la presencia de óxidos e hidróxidos de hierro que se caracterizan por presentar valores de carga negativa en sus partículas para pH superiores a 2 (ver Tabla 7.5), en nuestro caso el Fe representa entre el 40 y 50 % en peso de la masa total del residuo sólido. Por otro lado la adsorción de Cr(VI) con carga negativa está favorecida por la existencia de minerales mal cristalizados, diferentes compuestos orgánicos y elementos en estado amorfo (Mn, Si), que presentan generalmente un potencial zeta muy bajo. Se puede apreciar que el cromo es el elemento menos adsorbido en condiciones cinéticas para el residuo ACL, mientras que para el residuo SAL es el Ni(II), confirmando de esta manera el mismo orden de prioridad en cada uno de los residuos que el observado en los ensayos Batch descritos en el apartado 7.1. En el caso del residuo ACL la gran capacidad de adsorción puede estar favorecida además por la existencia de materia orgánica y el pH cercano a 7. Para valores de pH cercanos a 7 o neutros los minerales de Fe, hematita y goethita alcanzan los mayores �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 273 valores de adsorción para diferentes metales pesados como el Ni, Co, Zn y Mn (Sparks, 1995). El hecho de que la adsorción ocurra muy rápidamente es un indicativo de que la adsorción de los metales está controlada por la adsorción física, debido a las fuerzas electrostáticas en la superficie de las partículas sólidas; además la capacidad de intercambio catiónico de estos residuos es muy baja (8 a 10 mg/100 g de residuo sólido), lo que nos indica que la quimisorción desempeña un papel secundario. La existencia de adsorción de estos metales implica un factor de retardo en el paso del contaminante superior a uno (R>1). De manera general la existencia de un R mayor que uno no justifica la existencia de la gran cola que se observa en todos los ensayos realizados, sino que este fenómeno está condicionado por la presencia de un flujo y transporte de soluto no ideal o la existencia de condiciones de “no-equilibrio” en la matriz porosa durante la realización del experimento. De acuerdo con los resultados de ensayos Batch y los de flujo y transporte de contaminantes, parece obvio que en el caso de los procesos de adsorción-desorción de los tres metales estudiados no se puede considerar la existencia de condiciones de equilibrio. Para poder explicar este tipo de fenómenos se necesita necesariamente de modelos que incluyan las condiciones cinéticas no lineales que describen los procesos de adsorción-desorción. El fenómeno de las colas y asimetría de la curva de llegada resultado de los ensayos de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción es mucho más evidente en los tres solutos (Cr, Ni y Mn) para las menores velocidades. 7.2.8. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de los tres metales simultáneamente El ensayo de flujo y transporte de los tres metales a través de los residuos ACL, se investigó también en este estudio dada las características de sorción de este material (Figura 7.21). La velocidad de flujo a que se realizó el ensayo fue a 14 cm/h. En la Tabla 7.16 se muestran las características del ensayo. �274 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) El retardo con que aparecen en el efluente los solutos Ni(II) y Mn(II), disminuye considerablemente en comparación con el valor obtenido de los ensayos de flujo y transporte de soluto por separado (Figuras 7.18-7.20). En el residuo ACL se muestra claramente que los metales Ni(II) y Mn(II) compiten por los sitios de adsorción. En este residuo ACL, se comprueban las evidencias de los ensayos de Batch donde el comportamiento del Ni(II) y el Mn(II) son parecidos, mientras que al parecer el Cr se mueve de manera independiente. La masa adsorbida en cada uno de los metales es menor que la adsorbida por cada metal solo. Esto denota que la existencia de otros solutos en la solución acuosa, con similares características de sorción, afecta a los procesos de flujo y transporte de contaminantes en el medio poroso, disminuyendo incluso el tiempo de tránsito de éstos por el medio. Tabla 7.16A. Características del ensayo de flujo y transporte de los tres metales con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL. v=14 cm/h. Residuo Metal ACL Vpi Mn(II) Vpd 39 99 Co Cwf Sin Sre Smax Sret (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) 419.78 0.82 201.49 89.92 864 502 Cr(VI) 103.48 0.31 49.67 71.48 560 385 Ni(II) 336.84 2.37 161.68 75.47 1381 1020 Vpi, volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); Co, concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin, masa inyectada; Sre, masa recuperada; Smax: adsorción máxima por kg de suelo que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida por kg de suelo al acabar el ensayo. 1 Mn(II) Ni(II) 0,8 Cr(VI) Cw/Co 0,6 0,4 0,2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Vp Figura 7.21. Curva de llegada de un ensayo de flujo y transporte de una solución con los tres metales a través de una columna del residuo ACL. L=10 cm y v=14 cm/h (Tabla 7.16A). �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 275 Para una inyección similar de 39 volúmenes de poros los sitios de adsorción en el caso de cada soluto por separado están “prácticamente saturados” (Figuras 7.18 a 7.20), aspecto éste que en los ensayos con multicomponentes no se observa (Figura 7.21). La suma de la masa total de Ni(II) y Mn(II) adsorbida es menor que la que adsorbe el residuo para cada uno de ellos, aunque la masa retenida por los residuos sigue siendo elevada (Tabla 7.16A y 7.16B). Tabla 7.16B. Comparación de la adsorción de los metales (Ni, Cr y Mn) por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad 14 cm/h y L=10 cm. Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Total Solos Smax (mg/kg) 2067 586 2452 5105 Mezclados Sret (mg/kg) Smax (mg/kg) Sret (mg/kg) 1375 864 502 200 560 385 1762 1381 1020 3337 2804 1907 El factor de retardo del Cr(VI) es algo menor al observado en el ensayo de flujo con el metal individualmente (Figura 7.20). Si consideramos la forma en que se comporta la curva de llegada podremos decir que la adsorción es un poco más lenta y que la presencia de otros solutos en el medio retrasa un poco el proceso de adsorción. En el Cr(VI) la masa adsorbida es menor que la que retiene el residuo ACL en los ensayos de flujo y transporte con el Cr(VI) solo. Esta diferencia en la masa adsorbida puede ser debido a que la concentración inicial en la solución es algo mayor o que la presencia del Mn pueda provocar un efecto sobre el Cr que disminuya su adsorción (Tabla 70.16 y 7.16A). �276 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 500 A Mn (mg/L) 400 300 200 Adsorción Desorción 100 0 0 20 40 60 80 100 Cr (mg/L) Ni (mg/L) 300 B 200 100 Adsorción Desorción 0 0 20 40 60 80 100 Cr (mg/L) 500 C Mn (mg/L) 400 300 y = 1.3496x - 6.0467 R2 = 0.9998 200 100 Adsorción Desorción 0 0 50 100 150 200 Ni (mg/L) 250 300 350 Figura 7.22. Relación entre las concentraciones de metales en la solución acuosa durante los ensayos de flujo con procesos de adsorción-desorción de los tres metales en residuo ACL. a) Mn(II)-Cr(VI), b) Ni(II)-Cr(VI) y c) Ni(II)- Mn(II). En el caso del Ni(II), Cr(VI) y el Mn(II) se realizó una comparación de la concentración del soluto en el efluente durante los procesos de adsorción - desorción entre los tres metales (Figura 7.22). En este caso se puede comprobar que en el proceso de adsorción la relación entre los metales es no lineal, lo que corrobora los resultados obtenidos en los ensayos de Batch. La desorción es lineal en el caso del Ni(II)-Mn(II), la proporción de Mn(II) liberada es 1.35 mg/l con respecto a 1 mg/L de Ni(II). La relación del Cr(VI)- �277 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Ni(II) no es lineal, liberando 3.3 mg/L de Cr(VI) por cada uno de Ni(II). Esto confirma lo observado en los ensayos de batch y flujo y transporte de los solutos por separado donde el residuo ACL tiene mayor afinidad para adsorber el Ni(II) y el Mn(II) que el Cr(VI). Esta propiedad de adsorción del residuo ACL es muy favorable desde el punto de vista ambiental, pues el Ni(II) y el Cr(VI) realmente presentan una gran toxicidad, mientras que la del Mn(II) es mínima. 7.2.9. Ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) y Mn(II) Considerando que al parecer existe una competencia por los sitios de adsorción entre el Ni(II) y el Mn(II), se realizó un ensayo de flujo y transporte con los dos metales con procesos de adsorción – desorción. En la Figura 7.23, se puede apreciar como inicialmente el manganeso alcanza la saturación, sin embargo en la medida que se incrementa la adsorción de Ni(II) disminuye la concentración de manganeso en el efluente, esto puede ser indicativo de una mayor adsorción de Mn(II). En realidad el incremento de la adsorción del manganeso representa un valor importante. En estas condiciones de pH mayores que 6 la adsorción del Ni(II) y el Mn(II) por los óxidos e hidróxidos de Fe, presentan sus mayores valores de adsorción (Tan, 1992, 1994; Sparks, 1995; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). Este aspecto consideramos constituye una cuestión que habrá que estudiar con más detalle en el futuro.En la Tabla 7.16C y 16D se muestran las principales caracteristicas y resultados del ensayo de flujo y transporte binario con el Mn y Ni, por una columna del residuo ACL. 1 Mn(II) 0,8 Ni (II) C/Co 0,6 0,4 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.23. Representación de un ensayo de flujo con dos solutos en la solución (Ni(II) y Mn(II)) en una columna del residuo ACL. �278 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Tabla 7.16C. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni y Mn con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL. v=14 cm/h. Residuo ACL Metal Mn(II) Ni(II) Vpi 140 Vpd 105 Co Cwf Sin Sre Smax Sret (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) 419.78 0.82 201.49 89.92 864 502 336.84 2.37 161.68 75.47 1381 1020 Vpi, volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); Co, concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin, masa inyectada; Sre, masa recuperada; Smax: adsorción máxima por kg de suelo que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida por kg de suelo al acabar el ensayo. Como se puede ver en todos los casos de ensayos de flujo y transporte de metales con procesos de adsorción-desorción el comportamiento de las curvas de llegada es similar e independientemente del metal analizado y de la concentración utilizada. Siempre presentan un ascenso bastante vertical en el proceso de adsorción y una caída inicialmente vertical de la curva en el proceso de desorción y una gran cola, donde en ninguno de los casos en que se ha parado el ensayo se ha logrado llegar al valor cero de concentración del soluto en el efluente. Tabla 7.16D. Comparación de la adsorción de los metales Ni y Mn por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad 14 cm/h y L=10 cm. Mn(II) Ni(II) Total Solos Smax (mg/kg) 2067 2452 4519 Sret (mg/kg) 1375 1762 3137 Mezclados Sa (mg/kg) Sret (mg/kg) 864 565 1381 1213 2245 1788 7.2.10. Análisis semicuantitativo de la concentración de los metales en muestras del ensayo de flujo y transporte Con el objetivo de verificar si la masa adsorbida por el residuo se encontraba en la matriz sólida, se tomaron muestras de la matriz después de concluido el ensayo de flujo y transporte para cada uno de los metales utilizados. La determinación de la concentración de metales se realizó con el microscopio electrónico de barrido con analizador de dispersión de energía. En la Figura 7.24, correspondiente a los espectros semicuantitativos de las muestras del residuo ACL se aprecia claramente la diferencia entre el contenido de los metales Cr, Ni y Mn antes y después de realizado el ensayo de flujo con adsorción–desorción. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 279 En el caso del análisis por microscopio electrónico de barrido es bueno destacar que la intensidad del pico es proporcional a la concentración del mineral en la partícula o superficie que se esté analizando. Antes del ensayo de flujo y transporte Después del ensayo de flujo y transporte Figura 7.24. Espectro del microscopio electrónico. Parte superior, determinación en la muestra de residuo ACL antes del ensayo de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción. Parte inferior, después de desarrollado el ensayo con los tres metales. Los elementos son: hierro (Fe), cromo (Cr), manganeso (Mn), níquel (Ni). En todos los casos en que se ha comparado la concentración del metal en el residuo antes y después de realizado el ensayo de adsorción–desorción se ha podido observar que la concentración es mayor en la muestra después de realizado el ensayo (Figura 7.24). De acuerdo con estos resultados se puede apreciar que los metales al parecer se encuentran en la superficie de las partículas de óxidos e hidróxidos que conforman la matriz del residuo. En los análisis no se detectó la existencia de posibles procesos de precipitación o formación de otros compuestos o minerales de estos elementos. �280 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) En la Tabla 7.17 se dan los resultados de 10 de los análisis realizados con el microscopio electrónico sobre muestras de los dos residuos. La concentración semicuantitativa de los diferentes elementos presentan el mismo orden de concentración en los residuos que el observado en los ensayos de Batch y en los de flujo. La masa adsorbida es mayor en el residuo ACL de acuerdo al siguiente orden, Ni, Mn y Cr, mientras que en el residuo SAL es Cr, Mn y Ni (Figura 7.25). 7000 20000 B - SAL A - ACL 6000 16000 12000 mg/kg mg/kg 5000 8000 4000 3000 2000 4000 1000 0 0 Cr Ni Cr Mn Antes del ensayo de flujo y transporte Ni Mn Después del ensayo de flujo y transporte Figura 7.25. Representación de la concentración media de Ni, Cr, Mn en los residuos antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte de metales. Tabla 7.17. Resultados de la composición de las muestras de residuo de acuerdo con los análisis semicuantitativos del microscopio electrónico antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción (concentración en mg/kg). Residuo Velocidad cm/h Cr Ni Mn concentración concentración concentración Muestra Antes Después Antes Después Antes Después ACL 1.2 SAL 1.2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 17195 5267 17490 17220 17652 17500 17396 6499 6325 6224 5923 6450 6008 1765 8176 7945 8238 8112 8125 2001 2054 1989 1975 1879 7182 4164 9163 8750 8985 8496 9029 5004 4956 4285 4986 4789 Aunque los resultados experimentales obtenidos a nivel de laboratorio pueden diferir, y difieren de la realidad en el terreno, consideramos que constituyen un buen punto de vista a la hora de comparar el comportamiento de estos metales en el medio ambiente, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 281 debido a que resulta extremadamente complejo y costoso el poder controlar las diferentes variables que intervienen en el medio natural. Los resultados del microscopio electrónico corroboran los resultados de los ensayos de Batch sobre la capacidad de estos residuos de retener los metales, así como que, al parecer, el mecanismo de adsorción de los metales en la superficie de las partículas debido a la fuerza electrostática es la causa fundamental de la adsorción, pues no se observan ni precipitados ni otras formas minerales de estos elementos. 7.3. Influencia del pH en el proceso de adsorción El considerar la influencia del pH sobre los procesos de adsorción constituye uno de los aspectos más importantes en el estudio de los procesos físico–químicos que controlan la movilidad de los solutos a través el medio poroso (Poulsen and Bruun, 2000; Elzahabi and Yong, 2001). Los cambios de pH provocan variación en las condiciones de equilibrio en el medio y según los tipos de óxidos o hidróxidos presentes pueden o no favorecer los procesos de adsorción o liberación de los iones metálicos al medio. El pH controla o determina generalmente la carga de las partículas sólidas que forman el medio poroso y con ello favorece la adsorción de unos iones y la movilidad de otros. En el caso de los metales en el medio acuoso, el pH determina en muchos casos su movilidad pues son solubles en un determinado rango de pH precipitando al producirse su cambio (Tan, 1994; Ribet et al., 1995; Laumakis, et al., 1998). De acuerdo con los resultados de los procesos de adsorción-desorción de los ensayos Batch y de flujo, se ha podido observar que el pH es al parecer el factor principal que controla el proceso de adsorción y que el residuo que presenta una mayor capacidad de adsorción de Ni y Mn es el residuo ACL. Para verificar el comportamiento del proceso de adsorción del residuo ACL en función del pH, se usaron dos pH extremos, que son los que tienen las aguas residuales de la región de Moa (Anejo I, datos hidroquímicos). 7.3.1. Materiales y métodos del ensayos de flujo con adsorción de metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) a diferente pH Para el estudio del efecto del pH de la solución que contiene el soluto sobre los procesos de adsorción solamente se ha empleado el residuo ACL que se caracteriza por un pH �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 282 superior a 6 y a efectos de comparación una zeolita compuesta por dos minerales (Clinoptilolita+ Mordenita). La zeolita con que se realizó el trabajo se encuentra en el área de estudio en un yacimiento de rocas volcánicas zeolitizadas. El mineral de zeolita predominante en dicho depósito es la Clinoptilolita y en menor medida la Mordenita. El contenido de Clinoptilolita es entre el 50-70% y la Mordenita es de hasta el 15% (Orozco y Rizo, 1998). En los ensayos de flujo en columna se han empleado dos pH extremos para cada uno de los metales estudiados. La elección de estos valores se debe a que en la región se generan efluentes del proceso metalúrgico que presentan un pH ácido (1.3-3) con cantidad de metales pesados y sólidos en suspensión (Capítulo 1, Anejo I). El objetivo de estos ensayos es evaluar la capacidad de adsorción de estos residuos ante la posibilidad de su posible utilización en la descontaminación o minimización del impacto de estos efluentes. La realización de los ensayos se efectuó con el dispositivo experimental que se muestra en la Figura 7.26. En la Tabla 7.18, se recogen las características de la columna empleada en los diferentes ensayos de adsorción para diferentes pH, en función de las características de la especie química de los metales utilizados. En la preparación de las columnas para realizar los diferentes ensayos se utilizaron inicialmente masas de residuo de 1, 2 y 4 gramos. Los resultados de prueba mostraron que con masas de residuo de 1 gramo el tamaño de la muestra (volumen de lecho, en química) en la columna era muy pequeño y se producía flujo preferencial. Para la columna con masa de suelo de 4 gramos se comprobó que el caudal de salida era muy pequeño y por lo tanto el tiempo de realización del ensayo se prolongaba demasiado. En todos los casos se utilizó una masa de residuo de 2 g y una misma concentración del soluto a un pH constante. Las soluciones de los metales fueron preparadas con las mismas sales que las utilizadas en los ensayos Batch y flujo (apartados 7.1 y 7.2). El pH de la solución se ajustó con NO3H. �283 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Tabla 7.18. Características de la columna de vidrio empleada en cada uno de los ensayos de flujo con los diferentes metales. Parámetros Unidad Valor Diámetro Longitud Área de salida Masa del sólido cm 1.80 cm 40.00 cm2 2.54 Residuo g 2.00 Zeolita g 2.00 Altura del sólido en el interior de la columna Residuo cm 0.66 Zeolita cm 0.90 Volumen ocupado por el sólido Residuo cm3 1.53 Zeolita 5.08 Porosidad de sólido Residuo % 67 Zeolita 70 Velocidad de flujo cm/h 4.7 La columna del líquido sobre el sólido es variable en función de la velocidad de flujo a que se realice el experimento. La columna de liquido esta a presión atmosférica Columna de vidrio Residuo Disolución electrolítica Colector de fracciones Figura 7.26. Esquema del dispositivo experimental empleado para la realización de los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica con proceso de adsorción de metales en el residuo ACL y en zeolita. El residuo se empaquetó en una columna de vidrio de 40 cm de longitud y 1.8 cm de diámetro. El volumen ocupado por el sólido dentro de la columna era de 1.53 cm3. El efluente era bombeado con una bomba peristáltica marca Minipuls-3, de la casa comercial Gilson. Las fracciones del efluente se tomaron con un colector de fracciones �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 284 FC203 de la misma casa comercial. Las muestras del efluente fueron analizadas por ICP-AES, en el laboratorio de química analítica de la Universidad de Girona. Para verificar la reproducibilidad de los resultados cada ensayo se realizó por duplicado, por lo que los valores que se presentan responden sólo a uno de los ensayos realizados. En todos los casos la solución electrolítica de NO3K se hizo pasar previamente por el material durante 12 horas, con objetivo de estabilizar el agregado de las partículas en el residuo, su carga y la fuerza iónica del medio. En los ensayos que se describen a continuación (Cr, ni y Mn) se representaran también los resultados del ensayo Batch en la misma gráfica (Figura 7.27, 7.28 y 7.29), para ilustrar la diferencia ene l proceso de adsorción independientemente de que la masa de residuo utilizada en ambos casos es la misma y las condiciones de ensayos son diferentes. Además, es de señalar que la altura de la muestra en el interior de la columna se puede considerar infinitesimal en comparación con la proporción de la columna de líquido. 7.3.2. Adsorción de Cr(VI) en un ensayo de flujo y transporte a través del residuo ACL para diferentes pH Para el Cr(VI) se emplearon dos valores de pH, al considerar que al variar el pH varía la especie de cromo en la solución. Para valores de pH menores que cuatro el metal está en forma de Cr2O72-. En la Figura 7.27, se puede apreciar como la masa de soluto adsorbida disminuye en la medida que aumenta el pH. El Cr(VI) presenta una mayor movilidad a pH altos, condiciones en la que forma la especie CrO42-. Los resultados aquí obtenidos corroboran los resultados de los ensayos de Batch y flujo y transporte descrito en los apartados 7.1 y 7.2 de este capítulo. Los valores de Kf en este caso son mayores a los obtenidos en los ensayos de Batch para un pH de 6.5, esta diferencia puede estar condicionada por las propiedades de la especie de Cr(VI) en cada uno de estos pH y las condiciones en que se realiza cada ensayo. �285 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 5000 Cr(VI)- Residuo ACL pH=2.6 pH=8.5 pH=6.5 en batch Sa (mg/kg) 4000 3000 Sa = 825,49*C w 0,2301 2 R = 0,996 2000 Sa = 387,17*C w 0,2268 2 R = 0,99 1000 Sa = 30,55*Cw0.47 2 R = 0,99 0 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 600 Figura 7.27. Adsorción del Cr(VI) en el residuo ACL para diferentes pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Se representa en la figura los resultados del ensayo Batch. Si observamos la Figura 7.27, se puede apreciar que al final para una masa adsorbida del orden de 1573 mg/kg en el caso del pH=8.5 y de 3500 mg/kg en el caso del pH=2.6 se produce casi una saturación de los sitios de adsorción, pues la meseta de la curva es cada vez más plana. En este caso las isotermas de adsorción obtenidas por flujo en continuo y ajustadas a la ecuación de Freundlich, presentan un comportamiento no lineal como el observado en los ensayos Batch, para un pH de 6.5 en el residuo ACL (Figura 7.8). En la Tabla 7.31, se aprecia claramente la gran diferencia de la masa adsorbida entre el pH ácido (2.6) y el pH alcalino (8.5). En este caso donde los ensayos de flujo se han realizado a presión atmosférica y con una porosidad mayor, la masa adsorbida es mucho mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo a presión en columnas cerradas con el uso del HPLC (Tabla 7.15) y los ensayos de Batch en un sistema cerrado. Esta diferencia puede ser debida al incremento de la concentración del soluto en la solución acuosa y una mayor porosidad del medio que condiciona una mayor superficie de contacto y el hecho de que el ensayo se realiza en condiciones de presión atmosférica. De estas tres condiciones las que a nuestro entender tienen una influencia más clara es el pH y la porosidad. El efecto del pH sobre la adsorción del Cr(VI) ha sido estudiado por diferentes investigadores para el caso de los suelos y suelos contaminados. En todos los casos �286 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) consultados el pH juega un papel importante en la adsorción del Cr (Tabla 7.9), como sucede con el residuo ACL. 7.3.3. Adsorción de Ni(II) en el residuo ACL para diferentes pH En la Figura 7.28 se muestran los resultados de los ensayos de flujo con adsorción del Ni(II) para diferentes pH. Estos resultados muestran que el pH desempeña el papel predominante en el proceso de adsorción del Ni(II) como se había observado en los ensayos Batch y de flujo de los apartados 7.1 y 7.2. En la gráfica 7.28 se observa que la isoterma de adsorción es no lineal como la obtenida en los ensayos Batch. Los valores de Kf en este caso son inferiores a los obtenidos en los ensayos Batch para un pH de 6.5. La masa adsorbida en este caso es mayor que la masa retenida en los ensayos de flujo en columna de residuo cerradas realizados con HPLC (apartado 7.2) y algo mayor que la de los ensayos de Batch. Esta diferencia se debe probablemente a un incremento de la concentración de la solución y una mayor porosidad y al pH. 4500 Ni(II)- Residuo ACL 4000 3500 Sa = 653.27C w 0.2943 R2 = 0.998 Sa (mg/kg) 3000 2500 2000 Sa = 16.718C w 0.8667 Sa =1058.16*Cw0.15 1500 R2 = 0.9991 R2=0.99 pH=2,9 1000 pH=5.85 500 pH=6.5 en batch 0 0 100 200 300 400 500 600 C w (mg/L) Figura 7.28. Adsorción del Ni(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h y a presión atmosférica. El estudio de la adsorción del Ni(II) en función del pH ha sido tenido en cuenta por diferentes investigadores y en todos los casos se aprecia que la masa de Ni(II) adsorbida es mayor para pH entre 6-8 (Atanassova, 1999; Poulsen and Bruun, 2000). La obtención de una isoterma de adsorción no lineal para pH ácido es coherente con los resultados de �287 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Smith et al., (1998), en estudios de adsorción en óxidos e hidróxidos donde para pH menores que 4 la isoterma de adsorción del Ni(II) es siempre no lineal. 7.3.4. Adsorción de Mn(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH El manganeso constituye el elemento menos tóxico de los 3 metales que estamos estudiando. Es un metal cuya movilidad en el medio está altamente controlada por el pH. Su solubilidad en el medio acuoso es muy baja y se ha comprobado que generalmente es adsorbido con facilidad por los óxidos e hidróxidos de hierro (McKenzie, 1980, Selim and Amacher, 1997). En la Figura 7.29, se aprecia claramente que a pH ácido 2.7 la movilidad del Mn(II) es mucho mayor y la capacidad del residuo para adsorberlo disminuye considerablemente. En este caso se puede apreciar que al parecer casi se produce la saturación de los sitios de adsorción en los dos ensayos, como lo demuestra la disminución de la pendiente de la isoterma de adsorción en la medida que aumenta la masa adsorbida. El pH determina la capacidad de adsorción del residuo ACL, pues los ensayos se han realizado a una misma concentración de metal en la solución de entrada y a una misma velocidad de flujo. La masa adsorbida en el caso del Mn(II) es también mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo y transporte con HPLC y Batch. En este caso consideramos que influyen las mismas condiciones que en el Ni(II) y Cr(VI) 5000 Mn- Residuo ACL 4000 Sa = 988.47*C w 0.23 2 Sa (mg/kg) R = 0.98 3000 Sa = 818.04*C w 0.23 2 R = 1.00 2000 Sa =1054.45*C w 1000 pH =4.5 pH=2.5 pH=6.5 en batch 0.14 2 R =1 0 0 100 200 300 Cw (mg/L) 400 500 600 Figura 7.29. Adsorción del Mn(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. �288 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) En la Tabla 7.19, se pueden apreciar los valores de la masa adsorbida en cada uno de los casos analizados para los tres metales. En el caso de la masa de soluto adsorbida en estos ensayos es mayor que la que se obtuvo de los ensayos de flujo con HPLC y los ensayos Batch, aspecto este que parece estar favorecido por la existencia de una mayor porosidad del material, además el ensayo se realizó en condiciones atmosféricas sin que existiese una presión de confinamiento como es el caso de los ensayos en las columnas con el equipo HPLC (Tablas 7.13, 7.14 y 7.15). Tabla 7.19. Principales resultados de los ensayos de flujo y transporte en columnas con diferentes pH y presión atmosférica. Metal Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Velocidad Porosidad (cm/h) (%) 4.73 67 4.73 67 67 4.73 67 4.73 67 4.39 67 4.39 Cw mg/L 500 500 500 500 500 500 pH 8.50 2.60 5.85 2.50 4.50 2.70 Kf 387.17 825.49 653.27 7.39 988.47 818.04 n Sa (mg/kg) 0.22 0.23 0.29 1.00 0.23 0.23 1573 3500 4075 3582 4274 3361 Sa: masa adsorbida, sin realizar desorción. Los valores de la masa expresados en la Tabla 7.19 corresponden al máximo valor de la isoterma de adsorción en cada uno de los casos analizados. Se observa que el pH condiciona el comportamiento del residuo y determina de manera significativa la capacidad de éste para adsorber los diferentes metales analizados. 7.4. Influencia de la concentración de soluto en la solución acuosa (Co) sobre el proceso de adsorción en el residuo ACL De manera general la adsorción se incrementa con el incremento de la concentración de soluto en la solución cuando la isoterma de adsorción no es lineal (Condesso, 1996; Álvarez et at., 1995; Selim and Amacher, 1997). En este caso se ha realizado un ensayo de flujo y transporte con proceso de adsorción (con el dispositivo de la Figura 7.26) con Cr(VI) y otro con Mn(II) para dos concentraciones diferentes y un mismo pH, 8.5 y 4.5 respectivamente. La elección de este pH se debe a que estas especies presentan una gran movilidad en esas condiciones (Tabla 7.20). �289 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 2500 Adsorción de Cr(VI) en el residuo ACL A Sa (mg/kg) 2000 0,257 Sa = 349,95*C w 1500 R2 = 0,9882 0,2268 Sa = 387,17*C w 1000 R2 = 0,9974 Co=1000 mg/L; pH=8,5 500 Co=500 mg/L; pH=8.5 0 0 200 400 600 C w (mg/L) 800 1000 6000 B Adsorción de Mn(II) en el residuo ACL 5000 Sa (mg/kg) 1200 Sa = 1117,93*C w 0,24 R2 = 0,98 4000 3000 Sa = 818,04*C w 0,23 R2 = 1,00 2000 Co=1000 mg/L ; pH =4.5 1000 Co=500 mg/L; pH=4,5 0 0 200 400 600 C w (mg/L) 800 1000 1200 Figura 7.30. Influencia de la concentración inicial Co del soluto, sobre el proceso de adsorción del Cr(VI) y Mn(II) a un pH=8.5 y 4.5 respectivamente. Co es la concentración inicial en la solución de entrada. Cw es la concentración en la solución acuosa del efluente. Sa es la masa adsorbida. En los dos casos se puede apreciar que a mayor concentración, mayor es la adsorción aunque el pH de la solución se mantenga constante. Estos resultados de los ensayos en continuo confirman los resultados de los ensayos Batch obtenidas en el apartado 7.1. Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con proceso de adsorción de metal a diferentes concentraciones iniciales en la solución (Co) y pH constante. Metal Cr(VI) Mn(II) Velocidad Porosidad Co (cm/h) (%) mg/L 4.73 67 500 4.73 67 1000 4.39 67 500 4.39 67 1000 pH Kf 8.50 387.95 8.50 349.95 4.50 818.04 4.50 1117.93 n 0.22 0.25 0.23 0.24 Sa (mg/kg) 1573 2542 4274 5838 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 290 La masa adsorbida por el residuo ACL es mucho mayor para el Mn(II) que para el Cr(VI) como se había observado en los ensayos Batch y de flujo en columnas con HPLC. Estos resultados muestran la mayor afinidad del residuo ACL por el Mn(II) que por el Cr(VI). Esta diferencia en la masa adsorbida puede ser debida a que en los ensayos de flujo y transporte con el HPLC la porosidad es menor que la que tiene el residuo en este ensayo, pues a mayor porosidad mayor superficie de contacto y mayor masa adsorbida. 7.5. Comparación de la capacidad de adsorción del residuo con una zeolita (clinoptilolita) Se ha elegido este material ya que su uso como intercambiador iónico es una práctica habitual en el estudio de procesos de descontaminación de efluentes industriales y aguas. En Cuba, como planteamos en el Capítulo 2, se ha empleado para tratar los efluentes ácidos de los procesos metalúrgicos por lo que consideramos conveniente compararla con el residuo ACL, que al parecer es el que tiene mejores propiedades adsorbentes y de neutralización de la acidez. Considerando la capacidad de adsorción del residuo ACL se ha pensado en la posible utilización que puede tener este material o alguno similar en un futuro en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con estos metales. Los ensayos de flujo para los procesos de adsorción de los tres metales (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)) usando como absorbente la zeolita, clinoptilolita y el residuo ACL se efectuaron con el dispositivo que se muestra en la Figura 7.26 usado en los otros ensayos. Las características de la columna empleada son las que se muestran en la Tabla 7.18. La solución incluye como solutos a los tres metales (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)) en concentraciones (mg/L) muy similares (Tabla 7.20) y con pH constante (pH=2.5), estabilizado con HNO3. En este caso se usa la misma masa de residuo que en todos los ensayos anteriores e igual masa de zeolita. La granulometría de la zeolita es inferior a los 0.03 mm. Las características del ensayo experimental en columna son las mismas que las usadas para cada metal independientemente (Tabla 7.20). �291 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 800 A Residuo ACL Sa (mg/Kg) 600 400 200 Cr(VI) Mn(II) Mn(II) 0,28 Sa = 168,34*C w Cr(VI) 0,29 R2 = 0,98 0,29 Sa = 222,14*C w R2 = 0,99 Sa = 146,97*C w Ni(II) Ni(II) R2 = 0,99 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 350 B Ensayo de flujo en zeolitas 300 70 Sa (mg/Kg) 250 200 150 100 50 Cr(VI) Mn(II) Ni(II) 0 0 10 20 Mn(II) Sa = 90,502*C w 0,3233 R2 = 0,9981 Cr(VI) Sa = 77,071*C w 0,3259 R2 = 0,9986 Ni(II) Sa = 71,396*C w 0,3698 R2 = 0,9982 30 40 C w (mg/L) 50 60 70 Figura 7.31. Representación de la curva de adsorción de los tres metales a pH=2.5. A) Residuo ACL, B) Zeolita. Tanto en la zeolita como en el residuo se observó que el Cr es el primer elemento detectado en el efluente. Este resultado es coherente con los resultados obtenidos en el ensayo de flujo y transporte con los tres metales realizado con el HPLC sobre nuestras del residuo ACL (apartado 7.2). Como aspecto más significativo se puede observar que la isoterma de adsorción en los tres casos es no lineal en los dos materiales siendo el pH de la solución acuosa de 2.5 (Figura 7.31). Los valores del coeficiente de reparto (Kf) de acuerdo con el modelo de Freundlich en el residuo ACL son prácticamente el doble de los de la zeolita. El residuo adsorbe prácticamente el doble de la masa en cada uno de los metales en comparación con la zeolita ( Figura 7.31 y Tabla 7.20). �292 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 600 A Sa (mg/Kg) 500 400 Sa = 146,97*C w 0,29 R2 = 0,98 300 200 Sa = 77,071*C w 0,3259 R2 = 0,9986 Cr(VI) Residuo ACL Cr(VI) Zeolita 100 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 70 600 B Sa (mg/Kg) 500 Sa = 168,34*C w 0,28 400 R2 = 0,99 300 Sa = 90,502*C w 0,3233 R2 = 0,9981 200 Mn(II) Residuo ACL Mn(II) Zeolita 100 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 800 C 700 600 Sa (mg/Kg) 70 Sa = 222,14*C w 0,29 500 R2 = 0,99 400 300 200 Sa = 71,396*C w 0,3698 Ni(II) Residuo ACL Ni(II) Zeolita 100 0 0 10 20 30 C w (mg/L) 40 50 R2 = 0,9982 60 Figura 7.32. Comparación de la isoterma de adsorción de los metales en el residuo ACL y la zeolita a pH=2.5. Aunque no se pueden comparar los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de NI para dos concentraciones diferentes (dispositivo de la Figura 7.26) se ha de señalar que la isoterma de adsorción del Ni no difiere de los resultados obtenidos para un ensayo de flujo y transporte con el Ni solo en el residuo ACL para un pH ácido. La �293 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) isoterma de adsorción es no lineal (ver Figura 7.28 en este apartado), aunque el pH es ligeramente diferente (Figura 7.33). Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con los tres metales a una misma velocidad de flujo, pH de la solución y concentración (Cw). Metal Material Velocidad Porosidad Cw pH Kf n Sa (cm/h) (%) (mg/L) (mg/kg) 4.73 67 62 2.5 146 0.29 611 4.73 67 62 2.5 77 0.32 296 Cr(VI) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita Ni(II) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita Mn(II) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita 4.73 4.73 67 67 67 67 2.5 222 0.29 2.5 71 0.36 732 352 4.39 4.39 67 67 62 62 2.5 168 0.28 2.5 90 0.32 513 488 Sa: es la masa adsorbida. 4000 A Residuo ACL Sa (mg/Kg) 3000 2000 pH=2,9 1000 pH=2.5 0 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 600 Figura 7.33. Comparación de los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de Ni en el residuo ACL para dos pH ácidos. 7.6. Conclusiones Durante el desarrollo de este capítulo hemos descrito tres ensayos de laboratorio con diferentes condiciones de contorno: I) Ensayos Batch (procesos de adsorción y desorción). II) Ensayos de flujo con HPLC a presión en condiciones confinadas con procesos de adsorción-desorción. III) Ensayos de flujo y transporte a presión y temperatura atmosféricas con proceso �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 294 de adsorción. Considerando los resultados obtenidos, las conclusiones de este capítulo pueden resumirse en los siguiente puntos. Ensayos Batch - Los procesos de adsorción de los diferentes metales ocurren rápidamente, el 60% de la masa total adsorbida por los residuos se produce en los primeros 5 minutos. - Los resultados de los ensayos Batch permiten concluir que la preferencia de adsorción de acuerdo a la masa retenida en el residuo ACL es Ni(II)>Mn(II)>Cr(VI), mientras que en el residuo SAL es Cr(VI)>Mn(II)>Ni(II). - Considerando la velocidad a que ocurre el proceso de adsorción en los diferentes ensayos Batch, al parecer las fuerzas de atracción electrostáticas de las partículas son las que desempeñan el papel principal en el proceso de adsorción de los diferentes metales, siendo los procesos de quimisorción muy pequeños. - Con la excepción del Ni(II) en el residuo SAL que presenta una isoterma de adsorción lineal, el resto de los metales presentan una isoterma de adsorción no lineal. En el caso del Mn(II) y el Ni(II) en el residuo ACL la isoterma es fuertemente no lineal, clasificándose como una isoterma de tipo h. - El hecho de que la isoterma de adsorción obtenida por ensayos Batch de estos metales en los dos residuos se ajusten al modelo de la ecuación de Freundlich es indicativo de que no todos los sitios de adsorción son cubiertos para las concentraciones en que se ha realizado el ensayo. - El pH del medio (residuo SAL= 4.1 y del residuo ACL= 6.1) es la propiedad que más afecta o influye sobre los valores de Kf y n. En menor medida se encuentra la concentración del soluto en la solución acuosa. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 295 - El tiempo de equilibrio en el proceso de adsorción en el caso de los tres metales en los ensayos Batch es inferior a 8 horas. El equilibrio en la desorción es mucho más rápido para las concentraciones analizadas. -La adsorción en los ensayos Batch se incrementa con la concentración del soluto en la solución, mientras que la desorción depende del punto de partida de la isoterma de adsorción utilizado para realizar el ensayo de desorción y de la cantidad de lavados a que se someta la muestra. En algunos casos (Figura 7.6) tras la desorción, la relación entre la concentración en la solución acuosa final y la masa retenida es unívoca y lineal, en otros casos no, y esta relación depende del punto de partida de la isoterma de adsorción (Figura 7.3). - Los procesos de adsorción-desorción de los metales se caracterizan por presentar una gran histéresis. - El Ni(II) y Mn(II) presentan características de retención muy similares en el residuo ACL, por lo que puede considerarse que su comportamiento geoquímico es similar como lo denotan la forma de sus isotermas y el valor de Kf y n (Figura 7.2 y 7.5). Ensayos de flujo en columna con HPLC - En los ensayos con HPLC de flujo y transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) se ha comprobado que el proceso de adsorción ocurre rápidamente, mientras que la desorción ocurre más lentamente. - La velocidad de flujo afecta los procesos de adsorción de los diferentes metales en el medio poroso. A menor velocidad las curvas de llegada de los solutos presentan una mayor cola y mayor asimetría, debido a la difusión, indicativo de un flujo y transporte de solutos en condiciones no ideales. - La realización de ensayos de adsorción-desorción con el uso de las técnicas Batch y de flujo en columnas, conduce a resultados que son congruentes. Los ensayos de flujo han permitido comprobar las resultados de los ensayos Batch donde queda demostrada la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 296 capacidad de estos residuos para retener los metales. Esta capacidad de adsorción es fuertemente dependiente del pH de la solución electrolítica empleada. - Que el residuo ACL presente una mayor capacidad de retención de Ni(II) y Mn(II) que el residuo de tipo SAL, tanto en los ensayos Batch como en los de flujo y transporte está condicionado por su pH que es el que determina la carga de las partículas sólidas (potencial zeta) que son las que desempeñan el papel principal en el proceso de adsorción y en menor medida puede que le favorezca una ligera superioridad en su CIC y la existencia de una mayor proporción de metales amorfos. - El hecho de que los dos residuos presenten la capacidad de adsorber elementos en solución con carga negativa (CrO4=) y positiva (Ni2+ y Mn2+) está determinado por la composición mineralógica de los residuos y el punto de cero carga o potencial zeta (ZP) de sus partículas sólidas. El Fe y Al amorfos, la ferryhidrita y maghemita presentan un ZP muy alto (ZP=0 para un pH≥6.7), lo que facilita la adsorción de los iones con carga positiva (Ni2+) y Mn2+)), mientras que los minerales mayoritarios (en función del peso), hematita, goethita y gibbsita presentan un ZP más bajo (ZP=0 para pH≤4.8), lo que favorece la adsorción de los iones con cargas negativas (CrO4=). - La realización de los ensayos de flujo con varios solutos en la solución acuosa afecta a los procesos de adsorción de los diferentes metales en la solución. En el caso del Ni(II) y el Mn(II) en el residuo ACL se ha podido comprobar que se produce una disminución de la masa adsorbida al realizar un ensayo de flujo en columna con una solución con estos dos solutos. Cuando se realiza un ensayo con los tres metales, la masa de soluto retenida en el proceso de adsorción disminuye en cada uno de los solutos, además la saturación de los sitios de adsorción resulta bastante difícil debido a la competencia entre los solutos por los sitios de adsorción, al menos para las concentraciones y condiciones de flujo analizadas en este estudio. Ensayos de flujo y transporte a presión y temperatura atmosféricas con proceso de adsorción - En los ensayos de flujo que se han realizado a presión atmosférica y con una porosidad mayor, la masa adsorbida es mucho mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo y �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 297 transporte a presión en columnas cerradas con el uso del HPLC (Tabal 7.15) y los ensayos de Batch en un sistema cerrado. Esta diferencia puede ser debida al incremento de la concentración del soluto en la solución acuosa, una mayor porosidad del medio que condiciona una mayor superficie de contacto y el hecho de que el ensayo se realiza en condiciones de presión atmosférica. También puede influir la relación líquido/sólido/masa de soluto que en los ensayos de Batch es constante, mientras que en el ensayo de flujo y transporte el sólido que forma la matriz del medio poroso es constante, pero el líquido se renueva constantemente y la masa de soluto aumenta. - El pH constituye la propiedad de los residuos que afecta en mayor medida la masa retenida por la matriz sólida en el medio poroso. La influencia del pH sobre los procesos de adsorción ha sido comprobada tanto en los ensayos Batch, en los ensayos de flujo y transporte con el HPLC y como en los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica y temperatura de laboratorio. - La adsorción del Cr(VI) y Mn(II) está condicionada por la concentración del soluto en la solución y el pH, el cual determina la movilidad de estos metales. Además el pH en el caso del Cr(VI) determina la especie iónica del medio acuoso. - La masa de metal adsorbida por el residuo ACL empleado en este estudio en los tres tipos de ensayo y bajo diferentes condiciones de contorno, es en muchos casos superior a la capacidad de retención de muchos suelos naturales y otros materiales consultados en la literatura (Tabla 7.8, 7.9, 7.10), así como la zeolita que constituye el intercambiador más usado en la descontaminación de aguas residuales ricas en metal. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 299 Capítulo 8. MODELACIÓN DEL PROCESO DE SORCIÓN EN LOS ENSAYOS DE FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS EN COLUMNAS 8.1. Introducción Los procesos de sorción de los diferentes solutos (orgánicos e inorgánicos) en su movimiento por el medio poroso están afectados por una gran variedad de factores físicos, químicos y biológicos. En algunos casos estos procesos pueden verse afectados por las actividades antrópicas como son la agricultura, la minería y la metalurgia. La modelación numérica de estos procesos que afectan el movimiento de los solutos por el medio poroso requiere del conocimiento e identificación de esos factores y la magnitud en que afectan a cada soluto y de los diferentes tipos de mecanismos de interacción entre ellos. El estudio de flujo y transporte de diferentes solutos orgánicos e inorgánicos (contaminantes o no) con presencia de procesos de adsorción–desorción, degradación, precipitación y su correspondiente modelo matemático han sido ampliamente desarrollados por numerosos autores (Samper, 1993; Carrera y Galarza, 1993; Van Genuchten and Weringan 1977; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim y Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001, Guimaraes, 2002). El uso de modelos matemáticos para ajustar los resultados experimentales de los ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones de laboratorio y de campo constituye una importante herramienta en la comprensión de la movilidad de los solutos en el medio poroso (Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997). El empleo adecuado de estos resultados constituye una información muy valiosa en los estudios de contaminación de acuíferos y puede contribuir a anticiparse a los posibles problemas de contaminación y atenuar o minimizar dentro de lo posible su impacto ambiental. Además, son herramientas para evaluar el efecto de posibles acciones antrópicas sobre el medio natural que puedan afectar las masas de aguas continentales. Existen diferentes modelos para describir el comportamiento de los diferentes solutos durante su movimiento por el medio poroso. Un resumen importante de estos modelos puede consultarse en Samper (1991), Selim and Amacher, (1997) y Tindall et al., (1999). El auge y desarrollo de los modelos matemáticos en el estudio del flujo y transporte de soluto está condicionado por la dificultad y el costo de los trabajos de campo, así como por el �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 300 hecho de que normalmente se dispone de medidas puntuales de un área determinada (acuífero, balsa de residuos, área agrícola, etc.) las cuales hay que interrelacionar. Uno de los principales problemas de los modelos matemáticos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso es identificar la función o funciones matemáticas que permitan caracterizar adecuadamente los procesos de transferencia entre el soluto del medio acuoso y la matriz sólida del medio poroso. El desconocimiento de estos procesos es lo que hace en muchos casos difícil el poder desarrollar o escoger el modelo adecuado para el caso en concreto que se está evaluando. La descripción del proceso de flujo y transporte de solutos reactivos en el medio poroso se basa en la clásica ecuación de flujo que contempla los fenómenos de advección – dispersión, con las hipótesis de asumir equilibrio local, medio homogéneo y flujo estacionario (Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997). Para estas condiciones la ecuación de flujo se formula de la siguiente manera, ∂ 2Cw ∂C ∂C w =D −v w R 2 ∂x ∂t ∂x (8.1) donde R es el factor de retardo, Cw es la concentración en la solución (ML-3), D es el coeficiente de dispersión (L2T-1), v es la velocidad de flujo (LT-1), t es el tiempo (T-1) y x el espacio (L). La solución de la ecuación 8.1 considerando coeficientes constantes, reproduce muy bien los ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos en condiciones de equilibrio (adsorción instantánea e isoterma de adsorción lineal), y no reactivos “ideales”, solutos que no son adsorbidos ni reaccionan con la matriz del medio poroso. Esta misma formulación es incapaz de reproducir los procesos de flujo y transporte de solutos que reaccionan y son adsorbidos por la matriz de los medios porosos con diferente intensidad (Wang et al., 1998). Tampoco reproduce los procesos en régimen transitorio como el que se desarrolla en la zona no saturada (ZNS). Estos casos son los más frecuente y el más observado en ensayos de campo y de laboratorio (Van Genuchten and Weringan 1977; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Appelo and Postma, 1993; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 301 Los trabajos e investigaciones de laboratorio sobre el flujo y transporte de contaminantes orgánicos e inorgánicos en medios porosos naturales (fundamentalmente suelo) son numerosos (Van Genuchten and Weringan 1977; Brusseau et al., 1992; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997; Want et al., 1998; Álvarez et al., 2001). En casi todos los casos se realiza su posterior ajuste a modelos matemáticos que incluyen la cinética de los procesos de adsorción-desorción y degradación de los solutos en el medio poroso saturado y no saturado. Entre los modelos más aplicados a los ensayos de flujo y transporte de contaminantes en columnas de suelo se encuentran los de dos sitios y dos regiones descritos en el Capítulo 4. 8.2. Selección de los modelos Los modelos seleccionados para describir los ensayos de flujo y transporte de solutos realizados en el laboratorio dependen de los solutos que se consideren. Para el caso del trazador (Pentaflurobenzoato), dado que es un soluto conservativo (Kd=0), su transporte no está afectado por ningún tipo de proceso físico – químico, ni biológicos y su flujo está controlado por los procesos de advección–dispersión, se utilizarán los modelos en condiciones de equilibrio. En los metales pesados que presentan la propiedad de reaccionar con el medio poroso, utilizaremos los modelos de dos sitios o dos regiones descritos en el Capítulo 4. La selección de estos modelos se basa en las evidencias de los ensayos de Batch y flujo donde se observa con claridad la existencia de condiciones de no equilibrio y flujo no ideal en los ensayos de adsorción y desorción realizados con estos métodos (Capítulo 7). En estos ensayos se ha podido comprobar la irreversibilidad del proceso de adsorción (histéresis) y la asimetría de las curvas de llegada de los solutos caracterizadas por una larga cola en todos los casos. La formulación de los modelos de dos sitios considera que la adsorción y desorción está controlada por procesos físicos, químicos y biológicos (en el caso de los que pueden ser biodegradados) (Van Genuchten and Wierenga, 1977; Gamerdinguer et al., 1990; Brusseau et al., 1992, Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 302 La modelación se ha realizado con el modelo unidimensional UFBTC (University of Florida Break Through Curves Brusseau et al., 1992) está programado en diferencias finitas. Este modelo integra los aspectos de los modelos de dos sitios y dos regiones descritos en el Capítulo 4. Las hipótesis básicas de este modelo son: I) el medio poroso es heterogéneo y su matriz la integran diferentes componentes (minerales, materia orgánica, minerales amorfos, coloides, etc.) y II) los procesos de interacción entre el medio poroso y el soluto en el medio se producen en distinta proporción e intensidad debido a la existencia de diferentes procesos fisicoquímicos y biológicos y estos procesos se caracterizan por la existencia de histéresis de los procesos de adsorción, así como la presencia de disolución, precipitación, degradación, etc. El código UFBTC, consta de tres partes y cada parte incluye diferentes posibilidades: - El UFBTC-1 (Brusseau et al., 1989) permite modelar las curvas de paso de solutos conservativos (trazadores) y no conservativos (reactivos, biodegradables o no). Entre las tres posibilidades que contempla el código se encuentran: I- Permite modelar las curvas de paso de solutos conservativos en condiciones de equilibrio y la solución analítica que incluye es la de Brener, (1962). II- Permite modelar las curvas de paso de los solutos reactivos en condiciones de no equilibrio con proceso de adsorción en dos sitios. III- En este caso, incluye la posibilidad de usar una isoterma de adsorción no lineal descrita por el modelo de Freundlich con histéresis en el proceso de sorción y degradación de primer orden. La solución o modelo matemático que incluye es el de Van Guenuchten and Wierenga, (1977). - El UFBTC-2 (1989a), las posibilidades de esta versión son: I- En este caso permite simular las curvas de paso de los solutos para condiciones de no equilibrio con isoterma de adsorción no lineal basado en el proceso de adsorción en dos sitios y con tres fases de degradación. II- Permite modelar las curvas de paso de los solutos reactivos en condiciones de no equilibrio e isoterma de adsorción lineal con degradación del soluto. Permite considerar el modelo de dos sitios y de dos regiones para estimar los diferentes parámetros. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte III- 303 Incluye isoterma de adsorción no lineal descrita por el modelo de Freundlich con degradación del soluto e histéresis de los procesos de adsorción. La solución o modelo matemático que incluye es el la de Van Guenuchten and Wagenet (1989). -El UFBTC-3 (Wang et al., 1998), sus posibilidades son: I- Considera condiciones de no equilibrio con proceso de adsorción en dos sitios: adsorción instantánea y adsorción debido a procesos cinéticos (histéresis de los procesos de adsorción). La solución matemática que incluye es la de Brusseau et al., (1989). 8.3. Modelos matemáticos 8.3.1 Modelo en condiciones de equilibrio La hipótesis en que se basan estos modelos es la de considerar el medio poroso homogéneo, flujo estacionario y equilibrio local (Freeze and Cherry, 1979; Qinhong and Brusseau, 1994; Wang et al., 1998). La ecuación de transporte por advección - dispersión para el transporte de soluto reactivo o conservativo en condiciones de equilibrio se define como, ∂ 2 Cw ∂C ∂C R =D −v w 2 ∂t ∂x ∂x (8.2) donde Cw es la concentración en el líquido (ML3), v es la velocidad de flujo (LT-1), t es el tiempo (T), D es la dispersión (L2 T-1), x es la distancia a punto de inyección, R es el retardo. Para solutos con isoterma de adsorción lineal R se define según la siguiente ecuación (Wang et al., 1998), R = 1 + Kd ρ θ (8.3) Kd es el coeficiente de reparto o distribución, θ es el contenido volumétrico de agua (L3L-3) y ρ es la densidad seca del suelo o material empleado (ML3). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 304 8.3.2. Modelos en condiciones de no equilibrio (modelo de dos sitios) Estos modelos presentan como hipótesis fundamental que los procesos de adsorción tienen lugar en dos sitios o regiones. La adsorción ocurre instantáneamente para una parte del soluto y para el resto se produce más lentamente, controlada por los procesos físico químicos del medio (Van Genuthen and Wierenga, 1977; Van Genuthen and Wagenet, 1989; Brusseau, 1994; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001), lo que conceptualmente se puede definir como que la concentración del soluto (Cw) en la solución acuosa está dividida en dos fracciones o sitios: Cw ⇔ S1 ⇔ S2 (8.4) S1 = Fs1 + K f Cwn (8.5) dS 2 = K 1 S1 − K 2 S 2 dt (8.6) S1 es la masa adsorbida instantáneamente de la concentración existente en la solución (sitio 1) y S2 es la masa adsorbida más lentamente debido a los procesos de quimisorción (intercambio iónico u otros procesos) (sitio dos), Fs1 es la fracción de soluto para la cual la adsorción ocurre instantáneamente (sitio uno), mientras que K1 y K2 son coeficientes de reparto de ambas fracciones y Kf y n son parámetros del modelo de Freundlich. Es de señalar que la formulación de estos dos últimos parámetros puede variar en función del tipo de isoterma que presente el soluto que se esté analizando. La ecuación de transporte de solutos reactivos en condiciones de no equilibrio puede escribirse de acuerdo a la siguiente expresión (Brusseau et al., 1989), βR ∂Cw1 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 P ∂X 2 ∂T ∂X (1 − β ) R ∂C w 2 = w(C w1 − C w 2 ) − ηC w 2 ∂T (8.7) (8.8) donde T es el tiempo de residencia (L/v), X es la distancia adimensional, C1 y C2 son las �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 305 concentraciones del soluto en los sitios uno y dos respecto a la concentración Co, que es la concentración inicial de la solución que se inyecta durante el ensayo de transporte, P es el número de Peclet, β es la fracción de adsorción instantánea y w es el número de Damkholer que expresa la relación entre el tiempo de tránsito de un soluto y el tiempo necesario para que ocurra la adsorción de este. Los términos ξ y η representan los términos fuente o sumidero de pérdida o degradación de la masa de soluto en las regiones de equilibrio (S1) y no equilibrio (S2) respectivamente. Las diferentes variables o parámetros de las ecuaciones anteriores se pueden obtener de acuerdo a las siguientes formulaciones (Van Genucthen and Wierenga, 1977; Van Genucthen y Wagenet, 1989; Brusseau, 1994; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998) son los siguientes: w = ( K 2 (1 − β ) RL) / v (8.9) T= vt L (8.10) X= x L (8.11) P= vL D (8.12) Cw1 = Cw Co (8.13) Cw 2 = S2 /(1 − F ) K LCo ) (8.14) β = Rm / R (8.15) R m = 1 + ( FρK L ) / θ (8.16) R = 1 + ( ρK L ) / θ (8.17) η = ((1 − F ) ρK L µ S L) / q (8.18) ξ = (θµ c + F ρ K L µ S ) L / q (8.19) 2 1 donde los términos S1 representan los sitios de adsorción instantánea en estado de equilibrio y S2 los sitios de no equilibrio donde la adsorción es controlada por los procesos cinéticos. R es el factor de retardo y Rm es el factor de retardo instantáneo correspondiente a la región en equilibrio. KL es el coeficiente de la isoterma de adsorción linealizada (apartado 8.3). F �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 306 es la fracción de soluto para la que ocurre la adsorción instantánea. K2 es la velocidad (ratio) de adsorción en el sitio dos. El término µ es la velocidad de degradación o pérdida constante de soluto respecto a la concentración inicial en la solución y los subíndices c, s1 y s2 representan a que fracción corresponde el factor de degradación del soluto, en la solución acuosa, en el sitio de tipo uno (1) y de tipo dos (2) respectivamente. La solución para las ecuaciones 8.7 y 8.8, se obtiene de acuerdo con las condiciones iniciales y de contorno definidas en Van Genuchten and Waguenet, (1989): si se considera un medio semi-infinito y condiciones de flujo estacionario, mientras que la masa de soluto se introduce como un flujo (Q) de manera continua o por pulso de duración to. - Condiciones iniciales: Cw(x,t)=S1(x,t)=S2(x,t)=0 0≤x<∞, t=0 (8.20) - Condiciones de contorno: ∂C w ( x, t ) = 0; x→∞; t>0 ∂x (− D ∂C w vC + vC w ) x = 0 =  o ∂x 0 (8.21) 0〈t ≤ t o t ≥ to (8.23) 8.4. Estimación o determinación de los parámetros del modelo El uso de cualquier modelo numérico para simular un experimento a nivel de campo o laboratorio requiere de la estimación de los parámetros que describen la formulación matemática del modelo. En el caso de los modelos en condiciones de equilibrio solamente es necesario definir inicialmente un valor estimado de tres parámetros: I) número de Peclet (P), factor de retardo (R) que en estos casos es igual a la unidad pues se trata de un trazador ideal, y ancho del pulso (Ap). Los modelos de dos sitios que usaremos para simular las curvas de llegada de los metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) que hemos estudiado en los ensayos de flujo y transporte en este trabajo requieren de la estimación inicial de un valor para 7 parámetros: �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 307 - El número de Peclet (P): representa la relación entre el movimiento advectivo y el dispersivo (ecuación 8.12). Su valor depende de las condiciones del medio poroso y de la velocidad de movimiento de la solución y puede variar entre cero e infinito (0≤P≥∞). Normalmente, en los ensayos en columnas en medios porosos consultados en la literatura este parámetro presenta un valor inferior a 80 (Van Genucthen and Wierenga, 1977; Van Genucthen and Wagenet, 1989; Brusseau, 1994, Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). - Factor de retardo (R): representa al proceso de adsorción en el transporte del soluto analizado (ecuación 8.17). Su valor depende generalmente de la capacidad del medio poroso para retener el soluto y en los casos de adsorción no lineal es función de su concentración, varía entre cero e infinito (0≤R≥∞). - Fracción de soluto que se adsorbe instantáneamente (β): está relacionado con la masa de soluto que se adsorbe instantáneamente. Su valor depende de las características de adsorción del soluto en el medio poroso y de los mecanismos de precipitación o degradación que puedan afectarlo y se encentra entre cero y uno (0≤β≥1). - Número de Damkholer (w): es la relación entre el tiempo de residencia y el tiempo en que ocurre la adsorción. Su valor varía entre cero e infinito (0≤ ω ≥∞). Valores muy bajos de este parámetro, especialmente inferior a uno (1), son indicativos de condiciones de no equilibrio (Brusseau and Rao, 1989). - Degradación en condiciones de equilibrio (ξ): representa la fracción de soluto que se degrada en los sitios de tipo uno (S1). - Degradación del soluto en el proceso cinético (η): indica la fracción que se degrada en las regiones de sitio dos (S2). - Tamaño del pulso o ancho del pulso (Ap): representa el intervalo de tiempo en que se ha inyectado la solución con el soluto a través del medio poroso estudiado. Su valor dependerá de las condiciones en que se hayan realizado los ensayos. En el modelo que utilizamos su valor se caracteriza en unidades de volumen de poros (Vp). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 308 8.4.1. Determinación de KL y R para los modelos de dos sitios En el caso de los solutos conservativos, como es el caso de los trazadores, el valor de R es la unidad porque Kd=0. Para los solutos o elementos químicos que son afectados por los procesos de sorción, es necesario conocer la isoterma de adsorción y la concentración del soluto en la solución para tener un valor estimado de R. Las isotermas de adsorción no lineal obtenidas en los ensayos de Batch se ajustaron a la ecuación del modelo de Freundlich para los tres metales en el residuo ACL y para el Cr y el Mn en el residuo SAL. Del ajuste a la ecuación de Freundlich se obtienen los valores de Kf y n necesarios para estimar el valor inicial de R que se introduce en el modelo. Los valores de Kf y n para los metales con adsorción no lineal se pueden determinar por la ecuación de Freundlich en su forma logarítmica (ecuación 8.24) o por un ajuste mediante mínimos cuadrados (Figuras 7.2, 7.5 y 7.8). La expresión de Freundlich en su forma logarítmica es: logSa = logKf + nlogCw n≠1 (8.24) Si se tiene en cuenta que la isoterma de adsorción de los tres metales [Cr(VI), Mn(II) y Ni(II)] en ACL y dos metales [Cr(VI) y Mn(II)] en SAL presentan un comportamiento no lineal, es necesario usar un método para proceder al tratamiento de la no linealidad del proceso de adsorción con el objeto de tener una estimación del valor de R. Existen diferentes métodos para proceder a tratar la no linealidad de la isoterma de adsorción que pueden consultarse en Selim and Amacher, (1997). En nuestro caso usaremos el método de la secante. Se realiza la transformación de la isoterma no lineal a una isoterma lineal (Rao, 1974), KL=KfCwn-1 (8.25) en este caso, el factor de retardo se determina de acuerdo a la siguiente expresión, RL=1+(ρKL)/θ (8.26) Los valores de Kf y n se obtienen de la Figura 8.1. Los valores de KL y RL obtenidos para los diferentes metales empleados en los ensayos de flujo y transporte de soluto se muestran en la Tabla 8.1. En el caso del Ni(II) para el residuo SAL la isoterma de adsorción es lineal por �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 309 lo que los valores de Kf y n se obtienen directamente del ajuste de la isoterma (Figura 8.1). 600 4,0 Ni(II) - Residuo ACL log Sa Sa (mg/kg) 3,5 log(Sa) = 0.15*log(C w ) + 3.02 3,0 Ni(II)- Residuo SAL 500 R 2 = 0.99 400 Sa=0.77*C w 300 R 2 =0.99 200 100 Adsorción Adsorción 0 2,5 0 1 2 log C w 3 0 4 200 300 C w (mg/L) 400 500 4 4 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 3 3 log Sa log(Sa) = 0.14*log(C w ) + 3.02 log Sa 100 R 2 = 0.99 2 2 log(Sa) = log(C w ) + 1.00 R 2 = 1.00 1 1 Adsorción Adsorción 0 0 0 1 log C w 2 0 3 1 2 3 log C w 3 5 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 4 log Sa log Sa 2 log(Sa) = 0.48*log(C w ) + 1.47 R 2 = 0.99 1 3 log(Sa) = 0.2636*log(C w )+ 2.66 2 R 2 = 0.9988 1 Adsorción Absorción Adsorción 0 0 0 1 2 3 log C w 0 1 log C w 2 3 Figura 8.1. Representación de las isotermas de adsorción según la ecuación de Freundlich. En el caso del Ni(II) en el residuo SAL la isoterma es lineal. 8.4.2. Determinación del valor de D, P, ω y β. Los valores de P y D se han obtenido de los ensayos de flujo y transporte de solutos realizados con el trazador Pentafluorobenzoato (PFBA). Para obtener estos valores la curva de paso del trazador se ha ajustado con el modelo de equilibrio local (modelo UFBTC-1). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 310 Los parámetros de entrada en este modelo son el ancho del pulso (Ap), P y R. A partir del valor de P se obtiene el valor de D. El valor de R es considerado igual a uno pues el PFBA es considerado un soluto ideal (conservativo) y el ancho del pulso (Ap) es conocido de los ensayos de flujo. Tabla 8.1. Valores de Kf, n, KL y R. Para el caso del níquel la isoterma es lineal por lo que no se calcula KL. Residuo Metal L ρ KL RL θ Cw n Kf 3 3 3 (cm) (g/cm ) cm /cm (mg/L) ACL SAL Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) 10 10 10 10 10 10 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 0.61 0.61 0.61 0.60 0.60 0.60 266.00 247.00 416.00 254.00 920.00 534.77 0.14 0.46 0.15 0.60 0.26 1.00 1054.00 30.35 1057.00 17.78 461.50 0.77 8.66 1.55 6.28 1.94 2.96 0.77 23.15 4.96 17.06 5.98 8.59 3.78 En el caso del valor de β (fracción a la que ocurre la adsorción instantánea) un valor inicial para comenzar el ajuste al modelo lo representa el valor de βR; cuando R=1, este valor se corresponde con el volumen de poros en el que aparece por primera vez el trazador, en el caso de que la dispersión hidrodinámica sea despreciable (Paker and Van Genuchten, 1984). El valor de β en nuestro caso se ha determinado aproximadamente a partir de los ensayos de Batch pues se corresponde con la fracción de la masa del soluto que alcanza el equilibrio instantáneamente. El valor de β también se puede calcular matemáticamente si se conocen las diferentes variables de la ecuación 8.15. Existen diferentes modelos para el ajuste matemático de ese parámetro (Álvarez et al., 1995; Wang et al., 1998). El valor de número de Damkohler representa la relación entre el tiempo de residencia y el tiempo en que ocurre la adsorción en el la matriz sólida del medio poroso estudiado. Si se conoce el tiempo para el que ocurre la adsorción en un determinado medio se puede calcular su valor, pues el tiempo de tránsito lo determina la velocidad a que se realice el ensayo de flujo y transporte. En nuestro caso se ha estimado un valor inicial a partir de los ensayos de adsorción en función del tiempo realizados con cada metal. También el valor de w se puede obtener por ajuste de mínimos cuadrados o con interacción con el modelo con test de prueba y error. Para la estimación de los valores β, w, η, ξ, también existen programas de ajuste por mínimos �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 311 cuadrados como CFITM (Van Genuchten, 1981; Wang et al., 1998), que permiten obtener una estimación inicial de estos parámetros a partir de la curva de llegada del soluto. 8.5. Análisis de los resultados del ajuste de las curvas de paso del Pentafluorobenzoato (PFBA) La determinación de las características de la columna se realizó mediante los ensayos con trazador. En la Figura 8.2 se puede ver que la curva de paso del trazador presenta un solo pico y es casi simétrica y sigmoidal, lo que permite asumir que el empaquetamiento de la columna es homogéneo y el ensayo se desarrolla en condiciones de equilibrio, así la simulación numérica se puede realizar con la ecuación de flujo 8.2, para condiciones de equilibrio. El factor de retardo en estas condiciones es igual a uno y el máximo de la curva de paso se encuentra muy próximo a la unidad (Tabla 8.2). El ajuste de P se ha realizado con la solución analítica de Brenner, (1962), mediante el uso del modelo UFBTC-1, en una dimensión. En todos los casos se aprecia un buen ajuste del modelo a los resultados experimentales. Estos resultados son indicativos de que el flujo y transporte del PFBA por la matriz de los residuos no están afectados al parecer por ningún tipo de proceso físico – químico. Tabla 8.2 Características de las columnas usadas en los ensayos de flujo con el PFBA (condición de flujo estacionario, medio isótropo y en condiciones de equilibrio) y parámetros del modelo de equilibrio local. θ v D P Residuo Φ L ρ R (cm3/ cm3) (cm/h) (cm2/min) (cm) (cm) (g/cm3) 1 8 0.012 2.17 0.61 1.2 ACL 1.6 5 1 15 0.153 14.0 10 1 36 0.180 39.0 10 1 7 0.014 2.17 0.60 1.2 SAL 1.6 5 1 13 0.176 14.0 10 1 33 0.196 39.0 10 Donde Φ: es el diámetro de la columna; L: es la longitud de muestra de suelo; ρ: es la densidad seca del residuo; θ es el contenido volumétrico de agua; D es la dispersión; P es número de Peclet; R: es el factor de retardo; v es la velocidad. Los valores de P y D de los ensayos de flujo y transporte realizados en los dos residuos dependen de la velocidad y como se puede ver son similares en los dos residuos. La similitud de estos valores se debe a que las características físicas del medio poroso en los dos residuos son parecidas (Tabla 8.2, Capítulo 6). El hecho de que la curva de paso del �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 312 trazador PFBA en su salida sea tan vertical es indicativa de que el flujo está controlado por la advección, fundamentalmente en el ensayo a velocidad más elevada. 0,08 Ensayo de trazador con PFBA en el residuo ACL A 0,07 R =1 0,06 v=1.2 cm/h; P=8; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; L=10 cm Modelo V=39 cm/h; P=36; L=10 cm Modelo 0,05 Cw/Co Ap =0.041 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Vp 0,08 B Ensayo de trazador con PFBA en el residuo SAL 0,07 R =1 0,06 v=1.2 cm/h; P=7; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=13; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=33; L=10 cm Modelo 0,05 Cw/Co Ap =0.041 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Vp Figura 8.2. Comparación de los resultados del ajuste de los ensayos de flujo y transporte de PFBA en las columnas de residuos. A) Ensayos en el residuo ACL. B) Ensayos en el residuo SAL. Vp: volumen de poros; Cw/Co: Concentración relativa. El número de Peclet es una medida de la advección frente al flujo dispersivo, en este caso se ha podido comprobar que a mayor velocidad aumenta la dispersión. En todos los casos evaluados el flujo es mayoritariamente controlado por la advección. Este valor de la dispersión tan pequeño nos muestra una mayor aproximación al flujo de pistón. Se puede �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 313 apreciar que a menores velocidades se produce un incremento de las colas en la curva de llegada, las cuales son ligeramente inferiores a las obtenidas en la simulación (velocidad 1.2 y 14 cm/h). El máximo de la curva de llegada del trazador en todos los casos se encuentra ligeramente a la derecha del valor de un volumen de poros, lo que puede ser indicativo de existencia de un pequeño retraso por difusión en la matriz del sólido. En todos los ensayos, el modelo de equilibrio local se ajusta muy bien a los datos experimentales. Las mayores dificultades del ajuste se encuentran en la cola donde generalmente el modelo queda por encima de los datos experimentales. 8.6. Modelación de la curva de llegada de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales En la simulación de los ensayos de flujo y transporte hay que introducir los valores de la concentración del soluto y el tiempo, la concentración inicial del soluto, R, P y w. En la simulación siempre se parte de un valor inicial para cada parámetro de entrada. El valor inicial de R es el obtenido con los parámetros del modelo de Freundlich a partir del ajuste de las isotermas de adsorción de cada metal como resultado de los ensayos en Batch. En el caso del número de Peclet se utilizarán los valores obtenidos en los ensayos de trazador para cada una de las velocidades. Los valores de los restantes parámetros se ajustarán de acuerdo a los valores estimados a partir de los datos disponibles. Los ensayos de flujo y transporte de los tres metales en los dos residuos se han realizado con inyección en continuo de 91 volúmenes de poro de solución con el soluto para el proceso de adsorción y con inyección en continuo de 127 volúmenes de poro de solución sin soluto en el proceso de desorción. El procedimiento ha sido siempre el mismo para las diferentes velocidades con el objetivo de tratar de saturar los sitios de adsorción y poder comparar los resultados. En los análisis de simulación se consideró degradación del soluto pero para todos los casos la simulación ajustaba para valores de degradación inferiores al 0.002 % de la masa, a partir de este valor las curvas de ajuste se separan de los datos experimentales. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 314 8.6.1. El ensayo de flujo y transporte del Ni(II) con procesos de adsorción y desorción. Para la obtención de la curva de paso o llegada del Ni(II) se realizaron los ensayos de flujo y transporte en los dos residuos metalúrgicos (ACL y SAL). La adsorción del níquel ocurre rápidamente al igual que en los ensayos Batch, la curva es asimétrica y presenta una gran cola. Se puede apreciar que la curva de paso del efluente a través del residuo ACL y SAL presenta un marcado carácter vertical a la salida del contaminante indicativo de un flujo de pistón con predominio al parecer de la advección. A Ni(II) Residuo ACL Parámetros del model de flujo y transporte R =17 Kf =1057 n =0.15 Ap =91 β =0.80; 0.77; 0.72 1,0 C/Co Cw/Co 0,8 v=1.2 cm/h; P=8; w=2; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=1; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.06; L=10 cm Modelo 0,5 0,3 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 B Ni(II) Residuo SAL Parámetros del modelo de flujo y transporte β = 0.78 n= 1 K f = 0.77 Ap= 91 Cw/Co 0,8 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,1; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.3. Simulación de la curva de paso del NI(II) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL y B) residuo SAL. El valor de β en los ensayos de flujo y transporte por el residuo ACL experimenta una variación en el caso de las dos velocidades extremas equivalente al 6%. El menor valor se corresponde con el ensayo de mayor velocidad para el caso del residuo ACL. Este mismo �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 315 efecto se aprecia en el caso del valor de w donde se obtiene una variación de un orden de magnitud entre las dos velocidades extremas (Figura 8.3A). Aunque el residuo SAL en el caso del Ni(II) presenta una isoterma de adsorción lineal la obtención de un valor de β menor que uno es una confirmación que el proceso de flujo y transporte se desarrolla en condiciones no ideales o “no equilibrio”. Este mismo resultado lo muestra el valor de w que es menor que uno. Los resultado del ajuste de los ensayos se muestran en la Tabla 8.3. El problema del ajuste con el modelo se centra en la cola de la curva de llegada correspondiente al ensayo de desorción. En la Figura 8.3 se aprecia claramente que la saturación de los sitios de adsorción está ligeramente afectada por la velocidad. El factor de retardo para el Ni(II) es tres veces mayor en el residuo ACL con relación a su valor en el residuo SAL. El hecho de que el Ni en el residuo SAL presente un valor de F que sea el doble del valor de β se debe a que presenta una isoterma de Tipo C: Las isotermas de tipo C, no son más que las isotermas lineales, donde se mantienen en equilibrio la masa del soluto en la solución acuosa y la masa de soluto adsorbida en la matriz sólida, sin que se puedan especificar los mecanismos de adsorción entre el soluto y el adsorbente (Sparks, 1995). La existencia de una isoterma lineal es indicativo de que los sitios de adsorción permanecen constantes, o sea que a medida que se adsorbe el soluto más sitios o lugares de adsorción se van creando. Esta isoterma es también un indicativo de que el soluto puede entrar a regiones inaccesibles para el solvente. Giles et al., (1960), plantea que el soluto entra más fácil a la matriz sólida que el solvente. Según este autor normalmente este tipo de isoterma se mantiene constante hasta un determinado valor de concentración en que la curva cambia bruscamente de pendiente y adquiere en su parte superior una meseta completamente horizontal. Existen determinadas condiciones en el medio poroso que favorecen la existencia de isotermas de tipo C: a) existencia de moléculas muy flexibles en el medio poroso debido a diferentes grados de cristalización de los minerales que lo forman (presencia de minerales amorfos, materia orgánica, etc.); b) mayor afinidad del soluto con el sustrato que con el solvente; c) gran poder de penetración del soluto en la matriz debido a sus características fisicoquímicas y d) la existencia de determinadas condiciones en la estructura cristalina de los sólidos que permitan su adsorción. Como hemos podido ver todas estas condiciones anteriormente descritas están presentes en el residuo SAL. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 316 8.6.2. El ensayo de flujo y transporte del Mn(II) con procesos de adsorción y desorción En el caso de la curva de llegada del Mn(II) se puede apreciar por el valor de R igual a 24 que los residuos presentan una gran capacidad de adsorción de este metal. En la Figura 8.4 se aprecia que la saturación de los sitios de adsorción (Cw/Co=1) es afectada por la velocidad de flujo. La simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros, el modelo de dos sitios UFBTC-3 que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio (histéresis del proceso de adsorción) presenta un buen ajuste, siendo menos preciso en la parte del proceso de desorción. En el caso del Mn(II) sucede lo mismo que en el Ni(II), el valor de R es muy superior al que se obtiene para el PFBA (R=1). Esta diferencia es debido a la existencia de condiciones de flujo y transportes no ideales. El valor de R es 4 veces mayor en el residuo ACL con respecto al valor de R en el residuo SAL. En este caso esta diferencia está controlada por el valor del pH, pues a pH ácido la movilidad del manganeso es mucho mayor (Saparks, 1995, Tan, 1994). La adsorción en los dos residuos presenta isotermas de adsorción no lineal que generalmente son indicativas de condiciones no ideales o de “no equilibrio” en los procesos de adsorción en condiciones de flujo y transporte de solutos. Los resultados del ensayo de flujo y el valor de los parámetros de modelo β y w confirman estas condiciones durante la realización del ensayo de flujo y transporte del Mn para las velocidades de 14 y 39 cm/h en el residuo ACL y para 1.2 cm/h en el residuo SAL. Cuando el valor de w es menor que uno, según los diferentes estudios consultados equilibrio (Sparklet et al., 1975, Paker and Van Genuchten, 1984; Álvarez et al., 1995; Álvarez et al., 2001), es un indicativo de la existencia de un proceso de flujo y transporte en condiciones no ideales. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 1,0 A Mn(II) Residuo ACL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =24 Kf =1054 n =0.14 Ap =91 β =0.8; 0.77; 0.72 0,8 Cw/Co C/Co 317 v=1.2 cm/h; P=8; w=1; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=0.17; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.06; L=10 cm Modelo 0,6 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 B Mn(II) Residuo SAL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =6 β =0.78 n =0.6 Ap = 91 Cw/Co 0,8 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,1; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.4. Simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios: UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL. B) Residuo SAL. 8.6.3. El ensayo de flujo y transporte del Cr(VI) con procesos de adsorción y desorción En el caso del cromo sucede lo contrario de lo visto en el Ni y el Mn, en este caso el factor de retraso es 2 veces mayor en el residuo SAL con respecto al residuo ACL. Esta diferencia es debido al pH pues a pH ácidos la movilidad del cromo hexavalente es mucho menor. En el caso del cromo se puede observar que el valor de β es superior a 0.7, en los dos residuos lo que es indicativo de que los sitios de adsorción en equilibrio representan un porcentaje importante. El valor de F es muy similar, lo que indica que la fracción de la masa de soluto que se adsorbe rápidamente es muy importante y que esta adsorción �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 318 instantánea es la que determina en cierta medida el porcentaje de los sitios de adsorción que está en equilibrio. Al igual que en los otros metales en el caso del Cr el valor del factor de retardo está determinado principalmente por la adsorción instantánea, pues como se ha visto en los ensayos Batch la adsorción ocurre muy rápidamente. 1,0 A Cr(VI) Residuo ACL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =5 Kf =30.35 n =0.46 Ap =91 β =0.8; 0.77; 0.72 Cw/Co 0,8 0,6 v=1.2 cm/h; P=8; w=1; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=0.32; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.05; L=10 cm Modelo 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 Cr(VI) Residuo SAL B Parámetros del modelo de flujo y transporte R =9 β =0.78 n =0.26 Ap =91 0,8 Cw/Co 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,01; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.5. Simulación de la curva de paso del Cr(VI) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios, UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL. B) Residuo SAL. 8.6.4. Discusión de los resultados de modelación de los ensayos de flujo y transporte de metales Las curvas de llegada de los solutos (metales) son asimétricas, presentando una gran cola. El uso de un modelo con adsorción no lineal y condiciones de no equilibrio UFBTC-3 describe o simula la curva de llegada de los tres metales. Este modelo reproduce con �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 319 bastante exactitud la curva de llegada del los diferentes solutos, lo que indica que la existencia de una cola tan larga es el resultado de la no linealidad de los procesos de adsorción–desorción comprobado en los ensayos Batch (Capítulo 7). Tabla 8.3. Tabla resumen de los parámetros utilizados para el ajuste de las curvas de llegada de los ensayo de flujo y transporte de los tres metales en las columnas de residuo ACL y SAL. Metal Residuo Vpi Vpd v R β w Rm K2 F ξ η P Vp Vp cm/h Mn(II) ACL Ni(II) SAL ACL Cr(VI) SAL ACL SAL 91 127 1.2 14.0 39.0 1.2 1.2 14.0 39.0 1.2 1.2 14.0 39.0 1.2 8 15 36 7 8 15 36 7 8 15 36 7 24 0.80 0.77 0.72 6 0.78 17 0.80 0.77 0.72 6 0.78 5 0.80 0.77 0.72 9 0.78 1.0 0.17 0.06 0.1 2.00 1.00 0.06 0.10 1.00 0.32 0.05 0.01 19.20 18.48 17.28 4.68 13.60 13.09 12.24 4.68 4.00 3.85 3.60 7.02 0.050 0.043 0.035 0.018 0.141 0.358 0.049 0.018 0.240 0.390 0.139 0.001 0.83 0.80 0.75 0.74 0.80 0.76 0.71 1.46 0.77 0.73 0.66 0.79 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Vpi, es volumen de poros de inyección(adsorción); Vpd, es volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción). El hecho de que el valor de β sea significativamente menor que uno (β<1) es indicativo de condiciones de flujo en régimen de no “equilibrio” o flujo y transporte de soluto no ideal. Los resultados de un valor de β superior al 0.7 en los dos residuos es una muestra de que más de un 70% de adsorción de la masa de soluto ocurre instantáneamente. Este valor de β nos indica además que los sitios de adsorción donde se ha alcanzado el equilibrio son un porcentaje muy elevado del total de sitios existentes. Con el incremento de la velocidad de flujo en el ensayo realizado en el residuo ACL se aprecia que el valor de β disminuye un 6% indicativo de un incremento de las condiciones de no equilibrio, debido a que el tiempo de tránsito del soluto por el medio es mucho menor, por lo que disminuye la adsorción del soluto analizado. También del valor de β se puede deducir que un valor de aproximadamente entre el 20 y 28% de la masa de soluto adsorbida puede estar controlada por los sitios de tipo dos (S2), donde la transferencia de masa entre la solución y el sólido está controlada por los procesos cinéticos o quimisorción. El valor de w nos da cuenta de la velocidad con que se alcanza el equilibrio. El hecho de tener un valor de w inferior a 1 en los ensayos de los tres metales en el residuo SAL y de los �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 320 ensayos de Mn y Cr para velocidades de 14 cm/h y en los ensayos de los tres metales en el residuo ACL para la velocidad de 39 cm/h es indicativo de que el medio no está en equilibrio, debido a que la adsorción ocurre en dos sitios o dos regiones. Esto hace suponer que la fracción de soluto que se adsorbe en los sitios de tipo dos (S2) está controlada por el proceso cinético, el cual necesita de un mayor tiempo para alcanzar el equilibrio. Se aprecia que en la medida que se aumenta la velocidad del ensayo de flujo y transporte el valor de w es menor lo que muestra un alejamiento de las condiciones de equilibrio. En estudios de flujo y transporte de solutos orgánicos e inorgánicos en suelos naturales siempre que el valor de w es pequeño (menor que uno) se consideran condiciones de no equilibrio (Sparklet et al., 1975, Paker and Van Genuchten, 1984; Álvarez et al., 1995; Álvarez et al., 2001). Para el factor de retardo (R) se ha comprobado en los casos de que n es menor que 1 que el valor de R depende de la concentración como sucede en los diferentes trabajos consultados (Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). En todos los metales analizados el valor de R es superior a 5 indicativo de las buenas propiedades de adsorción que presentan estos residuos. Aunque este parámetro se ha considerado constante durante la simulación, en las Figuras 8.3, 8.4 y 8.5 y Tabla 8.3, se puede comprobar que está ligeramente afectado por la velocidad. El aumento de la velocidad disminuye considerablemente el tiempo de tránsito y con ello el tiempo de interacción sólido-soluto para que ocurra la adsorción. Los mayores valores de R se obtienen para los metales que presentan un valor de n menor y un mayor valor de Kd. El valor del coeficiente de adsorción instantánea F es muy similar a el valor de β con la excepción del Ni en el residuo SAL, donde su valor es el doble del valor de β, esta diferencia es debida a que el Ni en el residuo SAL tiene una isoterma de adsorción lineal. El valor de F superior a 0.7 en todos los metales con isoterma de adsorción no lineal, muestra que de la masa de soluto adsorbida (más del 70%), ocurre instantáneamente. El valor de Rm, revela claramente que la componente del valor de retardo equivalente a los sitios de adsorción en estado de equilibrio es superior al 70% del valor total de R en los tres metales (Ni, Cr y Mn) analizados y para los dos residuos. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 321 El valor K2, para las mismas condiciones de ensayo en el caso del manganeso es de 0.05 para el residuo ACL y de 0.018 para el residuo SAL, como se puede ver en el residuo ACL es más de dos veces el valor obtenido para SAL. En el residuo ACL se puede apreciar una pequeña disminución del valor de K2 en función de la velocidad a que se realice el ensayo, para los tres metales, siempre que las condiciones de longitud de la columna de residuo y la velocidad de flujo sean las mismas. El hecho de que para ajustar el modelo a los datos experimentales en el caso de los dos residuos los términos fuente o sumidero ξ y η (debido a la degradación del soluto) son considerados igual a cero (menor de 0.002), nos muestran que aparentemente los solutos utilizados no sufren ningún tipo de degradación. Estos valores corroboran la información obtenida mediante el empleo del microscopio electrónico sobre la composición de la matriz del sólido empleado en los ensayos de flujo y transporte de los tres metales, donde no se observó ninguna precipitación de los metales en otro tipo de minerales (Capítulo 7). Estos resultados unidos a la velocidad con que ocurre la adsorción son indicativos de que el metal es adsorbido al parecer en la superficie de las partículas sólidas debido a la acción de las fuerzas electrostáticas (potencial zeta de las partículas sólidas). El ajuste mejor logrado es el del Ni(II) en el residuo SAL, esto es probablemente debido a que este presenta una isoterma de adsorción y desorción lineal aunque hay histéresis en el proceso de adsorción y resulta mucho más fácil de simular por el modelo numérico que cuando hay un marcado proceso de histéresis en el proceso de sorción pero que sus isotermas son diferentes en cada proceso como es el caso de los otros dos metales en el residuo SAL y de los tres metales en el residuo ACL que presentan isoterma de adsorción no lineal y desorción lineal. Las curvas de ruptura de los tres metales indican que el comportamiento de estos durante el flujo y el transporte de contaminantes es no ideal. El uso de modelos que incluyen la adsorción no lineal y que el proceso ocurre en dos sitios (diferentes intervalos de tiempo) indican que el proceso de adsorción no lineal es la causa principal de que se obtenga una gran cola en la curva de llegada. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 322 Lo que más llama la atención dentro de estos ensayos es la capacidad de estos residuos para retener los solutos, lo que queda demostrado con el elevado valor del factor de retardo (R) en todos los solutos expresado en volúmenes de poros es siempre superior a 5 Vp (Tabla 8.3). 8.7. Conclusiones Los resultados de los ensayos de flujo con procesos de adsorción–desorción nos permiten llegar a las siguientes conclusiones. - El PFBA es un buen soluto para ser utilizado como trazador en el conocimiento de las propiedades del medio poroso. Su análisis resulta muy económico y se detecta para concentraciones muy bajas de 0.001 mg/L. - El uso de los modelos de equilibrio para simular los resultados del ensayo con el trazador es muy bueno para la parte de la curva correspondiente al ensayo de adsorción y bueno en el caso de la parte de la curva que corresponde al ensayo de desorción, aunque en este caso se queda un poco por encima en la cola de la curva de llegada o paso del soluto. La causa de esta pequeña cola se debe a la dispersión y al posible efecto de la difusión en la matriz que sufre el soluto conservativo. - La velocidad de flujo afecta la curva de llegada del trazador, a medida que disminuye la velocidad la curva pierde simetría y aumenta la cola. - La velocidad de flujo afecta al proceso de adsorción y la forma de las curvas de llegada de los diferentes solutos. En todos los casos se aprecia la existencia de asimetría y una gran cola. - Los resultados de los ensayos de Batch muestran una buena predicción de los resultados del factor de retraso (R) en el caso de los tres metales, para los dos residuos. - La velocidad de flujo afecta los principales parámetros del modelo β, w, P y R. Los parámetros P y w dependen directamente de la velocidad. De los parámetro del modelo los �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 323 más afectados por la velocidad a que se realiza el ensayo de flujo y transporte son β y R. La diferencia del valor de β entre las dos velocidades extremas es del 6% para el residuo ACL. La afectación del valor de R es pequeña entre las dos velocidades extremas del ensayo de flujo y transporte en el residuo ACL, debido a que la velocidad con que ocurre la adsorción de la masa de soluto es muy rápida. - La obtención de un valor estimado de β entre 0.72 y 0.78 en todos los casos sugiere que los sitios de adsorción de la masa de residuo que rellena la columna en estado de equilibrio es menor del 80% del total. - Los valores de F son similares a los de β en los tres metales en el residuo ACL y en el Mn y en el Cr en el residuo SAL (Tabla 8.3). En el caso del Ni en el residuo SAL es prácticamente el doble de β indicativo de que al parecer en el residuo SAL durante el proceso de adsorción se mantienen constantes los sitios de adsorción en la matriz del medio poroso, fenómeno característico de los materiales que presentan isoterma de adsorción lineal (isotermas de tipo “C”, Clasificación de Giles et al, 1960). - Considerando el criterio de número de Damkholer (w) para definir si el proceso de adsorción en los ensayos de flujo y transporte se desarrolla en condiciones de equilibrio o no equilibrio es necesario que este sea mayor que uno. Se puede apreciar que este criterio en el residuo SAL indica que no existen condiciones de equilibrio para los tres metales, pues el valor de w es siempre menor que uno para una velocidad de 1.2 cm/h, mientras que en el caso del residuo ACL es dominante para los ensayos de gran velocidad 39 cm/h en los tres metales (Ni, Cr y Mn) donde w<0.05 y para el caso de la velocidad de 14 cm/h en los ensayos de flujo y transporte del Mn y Cr donde w<1. - El valor de Rm factor de retraso instantáneo correspondiente a la región o sitios en equilibrio es muy grande y prácticamente constante para cada metal en el residuo ACL, con una ligera disminución en función de la velocidad del ensayo del flujo y transporte (Tabla 8.3). - La estimación del valor de la relación o ratio de adsorción K2 en los dos residuos es variable con valores entre 0.018 y 0.001 hr-1 en el residuo SAL y entre 0.39 y 0.018 hr-1 en �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 324 el residuo ACL y es al parecer en la mayoría de los casos dependiente de la velocidad del ensayo de flujo y transporte del soluto (Tabla 8.3). - El uso de los modelos de dos sitios (UFBTC) que incluyen los proceso de sorción con diferentes proporción e intensidad (adsorción física, química, etc.) e histéresis para modelar los resultados de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales en el medio poroso (en los dos residuos) dan resultados satisfactorios en la simulación de las curvas de llegada de los metales obtenidos en el laboratorio. - El resultado del uso de los modelos de “Dos sitios” confirma las observaciones de los ensayos de Batch y flujo y transporte de solutos, así como los resultados de análisis semicuantitativo por microscopio electrónico de barrido de las muestras de residuo una vez realizados los ensayos, donde se pudo comprobar la existencia de una masa de soluto adsorbida que resulta prácticamente irreversible. Se observó como el proceso de adsorción tiene dos componentes, una física (adsorción instantánea por fuerzas electrostáticas) que es el principal para más del 70% de la masa del soluto adsorbido y una cinética, para el resto de la masa. La masa adsorbida depende un poco de la velocidad del flujo y del tiempo de residencia del soluto en el medio. - Al modelo le resulta mucho más difícil reproducir los resultados del proceso de desorción debido a que la cinética del proceso de desorción es mucho más lenta que la del proceso de adsorción. - Los ensayos pueden ser modelados con valores de los términos fuente o sumidero ξ y η iguales a cero. Ello indica que, al parecer los solutos utilizados no sufren ningún tipo de degradación o precipitación. Estos valores corroboran la información obtenida mediante el empleo del microscopio electrónico sobre la composición de la matriz del sólido empleado en los ensayos de flujo y transporte de los tres metales, donde no se ha observado ninguna precipitación de los metales como otros minerales. Estos resultados son indicativos de que el metal es adsorbido en la superficie de las partículas sólidas. - La existencia de un transporte de solutos no ideal se debe principalmente a la irreversibilidad del proceso de adsorción y en menor medida está condicionada por el tiempo en que ocurre este proceso. El proceso o efecto más destacable es la irreversibilidad �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 325 de los procesos de adsorción–desorción (histéresis) y la capacidad de estos residuos para adsorber los tres metales, fundamentalmente para el Ni(II) y Mn(II) en el residuo ACL. - Los resultados indican que la existencia de procesos de adsorción no lineal es la principal causa de un proceso de flujo y transporte de soluto por el medio poroso en condiciones no ideales, mientras que la existencia de un proceso de interacción con distinta proporción e intensidad entre el soluto de la solución y el sólido desempeña un papel secundario. - Los resultados obtenidos durante la realización de los ensayos de adsorción-desorción en un sistema cerrado (Batch) y en un sistema abierto (condiciones de flujo) muestran que los residuos tienden a retener los metales en la matriz del medio poroso, lo que denota una gran limitación en la movilidad de estos en el medio poroso, valor de R>5, para todos los metales en los dos residuos. Finalmente es de señalar que se han usado otros modelos (AQUITRAQ (Marzal, 1992), y Álvarez et al., 1995) para tratar de reproducir los resultados experimentales de los solutos considerándolos como reactivos (metales Ni, Cr y Mn) pero los resultados obtenidos no han sido coherentes con los experimentales. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 327 Capítulo 9. INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO DE LOS RESIDUOS MINERO-METALÚRGICOS EN EL FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS 9.1. Introducción Gran parte de los estudios de flujo y transporte de solutos en el medio poroso en condiciones saturadas y no saturadas se han desarrollado en columnas de materiales porosos en el ámbito de laboratorio (Sharma and Lewis, 1994; Pennell, et al., 1994; Álvarez et al., 1995; Gomis_Yagües et al., 1997; Muñoz et al., 1997; Selim and Amacher, 1997; Perin et al., 1997; Kedziorek et al., 1998; Carvalho et al., 1998; Wang et al., 1998; Hollenbeck and Jensen, 1998; Rooney et al., 1998; Iqbal, 1999; Paseka et al., 2000; Yeh et al., 2000; Yong et al., 2001; Ursino et al., 2001). El empleo de estas técnicas, basadas en el principio de transferencia de masa en los medios porosos, permite llevar a cabo experimentos controlados que proporcionan información sobre las condiciones de flujo y los mecanismos de transporte y reactividad de los solutos. El flujo y transporte de solutos en el medio poroso en condiciones reales es dependiente de la estructura del material y en su estudio pueden considerarse tres situaciones generales: 1- Distribución uniforme del material o medio homogéneo. 2- Distribución no uniforme del material o medio heterogéneo. 3- Medio heterogéneo u homogéneo y presencia de discontinuidades (fracturas, macro poros, etc.). En los estudios de campo y en el laboratorio se ha comprobado que cuando el flujo y transporte de los solutos reactivos se realiza por el medio poroso homogéneo, la velocidad del movimiento de estos es muy baja, debido a los diferentes procesos que actúan sobre el soluto entre los que se encuentran la precipitación, intercambio, degradación, etc. (Álvarez et al., 1995, Wang et al., 1998). Sin embargo, cuando flujo y transporte se desarrollan debido al flujo preferencial a través de discontinuidades, el flujo y el transporte de los solutos ocurre mucho más rápido que el observado en el medio poroso (Tsang, 1993; Jørgensen et al., 1998; Tindall et al., 1999; Iqbal, 1999). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 328 A continuación se describe un ensayo hidromecánico en una columna de residuos mineros en la que se ha realizado un ensayo de flujo y transporte en condiciones de flujo y transporte no ideales y con presencia de flujo preferencial. Las condiciones de contorno están bien delimitadas y controladas a nivel de laboratorio con el objetivo de asegurar el conocimiento de aquellos factores que pueden tener una mayor incidencia en el flujo y transporte de solutos. 9.1.1. Procedimiento de ensayo de los residuos mineros en columnas El estudio del comportamiento hidromecánico se realizó con el residuo metalúrgico ACL de la industria cubana del níquel caracterizado en los Capítulos 6 y 7. El ensayo se desarrolló con la columna de la Foto 9.1 cuyas características de funcionamiento y composición han sido detalladas en el Capítulo 3. El ensayo consta de varias etapas o fases: 1- Calibración y puesta a punto de todos los sensores, para las características de este material, y el equipo de adquisición de datos (Anejo 4). 2- Llenado de la columna con el residuo capa a capa con control de la evaporación, la retracción, la succión, la temperatura, la humedad relativa y el contenido volumétrico de agua. 3- Saturación de la columna y control en profundidad de la evolución de la succión, la humedad, la temperatura y la consolidación 4- Medida de la permeabilidad. 5- Ensayo de flujo y transporte con los solutos conservativos y reactivos. 6- Secado de la columna. A efectos de poder comparar los resultados experimentales, se realizó una segunda columna de las mismas dimensiones pero construida con un solo vertido de residuo, la cual se dejó consolidar. En esta columna se realizaron los ensayos de flujo y transporte al igual que la agrietada. Al terminar los ensayos de flujo y transporte se realizó el proceso de secado y se pudo comprobar que para estas condiciones no se produce la formación de fisuras, aunque la columna experimenta retracción. La medida de las propiedades físicas de esta columna se realizó en tres perfiles en la vertical al igual que la columna grande. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 329 Esto nos permite obtener las características físicas de densidad y permeabilidad de una muestra de residuo con porosidad inicial similar a la que presenta la columna de residuos estratificada, pero sin fisuras. Conociendo los valores de la densidad de esta columna se fabricaron columnas de pequeño diámetro de características similares a esta en las que se realizaron ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones saturadas. 9.2. Llenado de la columna, saturación y medida de la permeabilidad 9.2.1. Llenado de la columna La preparación de la muestra que se encuentra en el interior de la columna se realizó por capas y la relación sólido-líquido utilizada es similar a la utilizada para verter los residuos metalúrgicos en el área de estudio. En este caso se empleó en cada capa una mezcla de 2300 g del residuo sólido y 3300 cm3 de agua. Esta proporción de sólido está calculada para lograr capas de un espesor entre 20 y 27 mm, considerando la retracción que experimentan estos residuos al ser vertidos en forma de lodos (6-8%, Capítulo 6) y al secarse rápidamente en un ambiente de laboratorio (humedad relativa del aire de 60±5% y temperatura de 22±2 oC). El aire que realiza la evaporación del agua en cada capa de residuo (vertida en forma de lodo en la columna) circula a una velocidad de 2 m/s por la parte superior (esta es la velocidad media del aire en la zona donde están depositados los residuos, ver Capítulo 1). La temperatura media de la masa de aire se mantiene a 26±0.5 oC, la cual se controla por un termómetro situado en la parte superior de la capa de residuo que se está secando. La mezcla (residuo más agua) de la primera capa se vierte en el interior de la columna y se inicia el secado que se prolonga durante una semana hasta que el peso del material tiende a estabilizarse. Durante el secado se controla la humedad y el tiempo en que se produce la formación de las fisuras. En cada capa se dibuja un esquema de la distribución de las grietas de desecación. Durante el tiempo de consolidación y secado de cada capa se controla la retracción en la dirección vertical (con un LVDT) y la pérdida en peso (con una célula de carga) de la capa de residuo que se está secando. La pérdida en peso representa el volumen de agua evaporado. Durante el proceso de secado se controla además la succión, la temperatura, la variación del contenido volumétrico de agua en la muestra y la humedad relativa. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 330 Al cabo de una semana se vierte una nueva masa de la mezcla (agua más residuo) de idéntica composición sólido-líquido que la anterior y se sigue el mismo procedimiento y así sucesivamente hasta confeccionar una columna de 11 capas que alcanzan una altura Depósito de agua Sensor elctroválvula Electroválvula de 29 cm. Bombilla Piezómetro Ordenador Higrómetros Filtros TDR Célula de carga Salida del agua Tensiómetro Foto 9.1. Disposición de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas de los residuos. La distribución de los sensores se ha realizado en forma de espiral y ninguno intercepta ni la primera capa ni la última, con el objetivo de evitar que el agrietamiento de las capas se produzca siempre en una misma situación. En la Figura 9.1 se aprecia la ubicación de cada uno de los sensores con relación a las capas que conforman la muestra del residuo. Al culminar el proceso de llenado de la columna con el residuo, se desarrolló la saturación de ésta, mediante la aplicación de una recarga de 0.3 cm3/cm2/min. La saturación de la columna se realizó con la misma solución electrolítica (KNO3 a 0.1 mM) empleada en los ensayos Batch y los de flujo y transporte de solutos descritos en el Capítulo 7. El uso de la solución electrolítica permite estabilizar la fuerza iónica de las partículas del medio y garantizar una buena agregación de las partículas del sólido. �7º niv el 10º n ivel el niv 2º 13º nivel Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 331 5º niv el l nive 4º 8º nive l 1º nivel el 11º niv 15º nive l el niv 14º º 12 Ø10 11.43 261.43 SP 150 TN 107.14 135.71 T 92.86 207.14 164.29 121.43 250 42.86 235.71 192.86 TN 50 1 78.57 2 TDR TDR T T SP 36.43 3 T SP 6 4 Ø8 V SP 7 5 V 64.29 14.29 Ø18 20cm La dist ancia sera de 48° TDR TN 9 8 10 178.57 10 el niv 20 11 ivel 9º n 6º nivel 3º niv el 12 0 PP 0 10 20cm CC Figura 9.1. Ubicación de los sensores con relación a cada capa que forma la columna de residuos. Los números de la izquierda indican la posición de cada una de las capas de residuo. CC: célula de carga, TN: tensiómetro, PP: placa porosa, TDR: transductor de medida del contenido volumétrico de agua, T: termómetro, SP: psicrómetro, V: higrómetro. Una vez terminado el proceso de saturación de la columna con las 11 primeras capas y pasadas 48 horas desde el inicio del proceso de saturación se vertió en la parte superior de la capa 11 una nueva capa de residuo (la 12) de igual características que las anteriores (2300 g de sólido y 3300 cm3 de líquido). Esta capa se dejó consolidar durante 4 semanas con una lámina de agua en superficie de 6 mm, altura que permaneció constante durante todo el período que duró el ensayo de permeabilidad. La función de esta capa era sellar las grietas de la capa 11 y evitar la entrada por flujo preferencial del trazador y los diferentes solutos de una manera directa en las grietas. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 332 Así se garantizaba una entrada uniforme en toda la superficie de la columna, con el objeto de poder aplicar la hipótesis de flujo de pistón. La medida de la permeabilidad se realizó a gradiente constante, para ello se efectúa la toma de muestra del caudal saliente a diferentes intervalos de tiempo hasta que se comprueba que el caudal está estabilizado y a partir de ese momento se controla el caudal de salida en función del tiempo y luego se calcula la permeabilidad del medio. 9.3. Resultado de las medidas efectuadas durante el proceso de montaje de la columna por capas 9.3.1. Evaporación Durante el ensayo de secado de cada una de las capas se controla la pérdida en peso de agua en función del tiempo. En la Figura 9.3 se puede apreciar que la velocidad de pérdida de peso por evaporación en cada una de las capas es similar. El ritmo de evaporación está controlado por la humedad relativa, la temperatura y la velocidad del aire en contacto con el residuo. 70 60 50 40 Humedad relativa en (%) Temperatura en grados centígrados Capa 2 30 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo (días) Figura 9.2. Representación gráfica de la temperatura y humedad relativa en la superficie de la muestra de residuos durante el montaje de la capa 2. Si superponemos las medidas de la pérdida en peso por unidad de área de la muestra ensayada en condiciones de atmósfera de laboratorio a humedad relativa del aire de 60±5% y temperatura de 22±2 oC y las de una de las capas de la columna de residuos, se puede comprobar que en ambos casos la pérdida en peso por unidad de área en función del tiempo es una línea recta, aunque la velocidad de secado en una capa de suelo en el ambiente del laboratorio es mucho más lenta que en el interior de la columna de residuo. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 333 20 Capa 11 Capa 10 Capa 8 Capa 9 Capa 5 Capa 4 Capa 3 Capa 2 30 Capa 1 Peso (kg) 40 Capa 7 Capa 6 50 Peso de la columna vacía 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tiempo (días) Figura 9.3. Medidas de la pérdida de peso por evaporación en función del tiempo en cada una de las capas de suelo colocadas en la columna. Esta diferencia en la velocidad de secado se debe a la diferencia en la masa de aire que está en contacto con la muestra, pues en el caso de la columna de residuo, la masa de aire se renueva constantemente debido a la velocidad del aire que circula por encima y la temperatura de éste es 4 grados superior a la del laboratorio (Figura 9.4A). Estos resultados son coherentes con los de Blight (1997), quien comprobó que para diferentes condiciones de contorno en la superficie del material la pérdida de agua en suelos naturales era siempre lineal para capas de material de pequeño espesor. Tiempo (horas) 0 20 40 60 80 100 120 140 2 Pérdida de agua por unidad de área (g/cm ) 0.0 1.0 y = 0.0072x - 0.0153 R2 = 0.99 2.0 y = 0.0297x - 0.0025 R2 = 0.97 3.0 4.0 5.0 Capa 2 en la columna de diámetro 285 mm: h=25.5 mm Formación de la fisura Bandeja en el laboratorio: h=16 mm Figura 9.4A. Pérdida de agua por unidad de área en la capa 2 de la columna de residuo y en una bandeja de residuo en el laboratorio en condiciones de humedad relativa similares, la temperatura 4 grados más baja y sin viento. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 334 9.3.2. Retracción El estudio de la retracción de un material constituye uno de los principales fenómenos a considerar cuando se evalúan sus propiedades hidromecánicas. En la Figura 9.4B se puede apreciar la retracción de cada una de las capas que conforman la columna de residuo. Para cada capa (desde la 1 a la 11), se ha medido la retracción en la vertical durante el proceso de secado por evaporación y el área de grietas al final del secado de cada capa. En todas las capas se observa que el material presenta una gran capacidad de retracción que puede llegar a 2.5 mm en la vertical. Esta retracción se debe a la deformación de la última capa colocada ya que puede decirse que en las capas inferiores el cambio de volumen debido a la nueva capa colocada puede considerarse despreciable. Esta retracción representa una variación media de la altura superior al 8.2% en cada capa. Los datos correspondientes al contenido volumétrico de agua en cada capa en el momento de formación de la fisura indican que las grietas de desecación en las diferentes capas de residuo aparecen para valores de saturación muy altos, superiores al 85%. Tiempo (min) 10 100 1000 10000 0.0 Retracción (mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9 Capa 10 Capa 11 3.0 Figura 9.4B. Resultados de la retracción vertical durante el proceso de secado de cada capa de la columna de residuos. Estos resultados de las características de retracción, deformación del material durante el secado y humedad a que se forman las fisuras por desecación son coherentes con los obtenidos en los ensayos de retracción realizados en las bandejas ranuradas y en las muestras cilíndricas analizadas en el Capítulo 6. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 335 Para obtener los resultados de la densidad que se muestran en la Tabla 9.2. en cada capa de material vertida en el interior de la columna se medía la altura de ésta y como se conoce el diámetro de la columna y el volumen de sólido vertido se determinaba la densidad. Además al final del ensayo se realizaron los tres perfiles en la vertical en el interior de la columna donde se tomaron muestras en cada una de las capas y se efectuó la medida de la densidad y de la humedad en el momento de desmontar cada una de las columnas. En la Figura 9.5 se puede apreciar que la densidad seca de cada capa en la columna de residuo varía muy poco con la profundidad (entre 1.34-1.41 g/cm3) (Tabla 9.2), lo que al parecer indica que el proceso de consolidación inicial que experimenta la capa de suelo por retracción es el que controla la densidad seca final de la muestra. Si se mide la densidad seca en las zonas de las capas de residuo que no se han agrietado se puede ver que la densidad es mayor que la densidad media (de tres puntos por capa) calculada para toda la capa con un valor entre 1.43 y 1.45 g/cm3. Estos últimos valores de densidad se corresponden con los observados en los ensayos de retracción desarrollados en el laboratorio sobre muestras más pequeñas (Capítulo 6). Tabla 9.2. Principales características finales de las capas de residuo que conforman la columna. P H Capas (cm) (cm) A (cm2) V (cm3) Ws (g) ρd (g/cm3) N=3 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.37 1.36 1.36 1.35 1.35 1.34 1.34 η Ww (g) w Ag (cm2) Vg (cm3) 1 -30.31 2.55 637.94 1626.75 2300 0.64 1047.40 0.46 48.80 124.45 2 -27.76 2.58 637.94 1645.89 2300 0.65 1066.54 0.46 49.38 127.39 3 -25.18 2.59 637.94 1652.27 2300 0.65 1072.92 0.47 49.57 128.38 4 -22.59 2.62 637.94 1671.41 2300 0.65 1092.06 0.47 50.14 131.37 5 -19.97 2.63 637.94 1677.79 2300 0.65 1098.44 0.48 50.33 132.38 6 -17.34 2.64 637.94 1684.16 2300 0.66 1104.82 0.48 50.52 133.39 7 -14.70 2.65 637.94 1690.54 2300 0.66 1111.20 0.48 50.72 134.40 8 -12.05 2.66 637.94 1696.92 2300 0.66 1117.58 0.49 50.91 135.41 9 -9.39 2.67 637.94 1703.30 2300 0.66 1123.96 0.49 51.10 136.43 10 -6.72 2.69 637.94 1716.06 2300 0.66 1136.72 0.49 51.48 138.49 11 -4.03 2.68 637.94 1709.68 2300 0.66 1130.34 0.49 52.06 139.51 12 -1.35 2.70 637.94 1722.44 2300 0.66 1143.10 0.50 ------Total 1461.6 P: profundidad de la superficie, H: espesor, A: área, V: volumen, Ws: peso de los sólidos, ρd: densidad seca, η: porosidad, Ww:: peso de agua y w: humedad, Ag: área de grietas, Vg: volumen de grietas. Si se realiza el llenado de la columna con una mezcla de residuo de iguales características que la usada en cada una de las capas pero con un solo vertido, se puede ver que salvo en la zona superficial, la densidad alcanzada tras 60 días de secado a �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 336 través de la superficie es mayor que en el caso de la muestra construida capa por capa. Por otra parte, la variación de la densidad con la profundidad es más acusada en la muestra continua procedente de un solo vertido (Figura 9.5). Esto parece indicar que en este caso, la rigidez es menor y se produce un proceso de consolidación en condiciones saturadas que conduce a densidades más altas a medida que aumenta la profundidad del material que conforma la columna. En definitiva el cambio de volumen por consolidación en la muestra continua saturada es mayor que el cambio de volumen por retracción de las muestras construidas capa a capa. 1.32 0 1.34 Densidad seca (g/cm3) 1.36 1.38 1.4 1.42 1.44 Profundidad (cm) -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 Muestra procedente de un solo vertido Muestra formada por capas agrietadas Figura 9.5. Variación de la densidad seca de la muestra en la columna de residuo con la profundidad. En la Figura 9.6 se puede apreciar que la distribución de las grietas en cada una de las capas no está estrechamente relacionada con la disposición de las grietas de la capa subyacente o precedente. Tampoco se aprecia una distribución relacionada con la posición de los sensores. Sin embargo, en todos los casos se ha observado la existencia de determinados sectores donde se produce un contacto directo o intersección entre los planos de grietas de la capa superior y la capa que le subyace (Figura 9.7). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 337 Foto 9.2. Grietas de desecación y precipitación de sales debido a la evaporación en la superficie de la capa 11 de la muestra de residuo. Nótese la presencia de un gran número de fisuras. Si representamos en un esquema la disposición de las grietas que conforman cada una de las capas agrietadas de la muestra se obtiene la Figura 9.7, donde se observa con claridad que los planos de grietas están interconectadas por más de 7 puntos entre capa y capa. En ninguno de los casos se observa una superposición total de una grieta para dos capas consecutivas. En algunas zonas de la pared de la columna se puede observar la coincidencia en la parte exterior de la columna de más de una grieta en la vertical (Figura 9.8). �Capa 1 Capa 4 Capa 7 Capa 10 Capa 2 Capa 5 Capa 8 Capa 11 Punto C Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 338 Capa 3 Capa 6 Capa 9 Capa 12 Figura 9.6. Disposición de las grietas en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo. El trazo más grueso se corresponde con la grieta formada inicialmente. Los puntos A, B y C representan las zonas de muestreo en cada capa de residuo que forma la columna resultados en la Tabla 9.2. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 339 Capas 1-2 Capas 2-3 Capas 3-4 Capas 4-5 Capas 5-6 Capas 6-7 Capas 7-8 Capas 8-9 Capas 9-10 Capas 10-11 Figura 9.7. Superposición de las capas por parejas donde se aprecian los puntos de contacto entre las grietas de ambas capas. El color más claro corresponde a la capa superior. �Punto C Punto B Punto A Punto B Punto A I Punto C Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 340 Punto C Punto B Punto A II Figura 9.8. Esquema de la distribución exterior de las grietas en cada una de las capas de la columna de residuo en que se ha realizado el ensayo de flujo y el de flujo y transporte. I) Vista frontal y II) Vista trasera. Si se superponen en un gráfico isométrico todos los puntos de unión entre las diferentes capas, se puede observar que la conexión entre las fisuras es por determinados sectores aunque el mayor número de puntos de interconexión se encuentra en el área central (Figura 9.9). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 341 II I I´ A II´ Capas 10-11 Capas 9-10 Capas 8-9 Capas 7-8 Capas 6-7 B Capas 5-6 Capas 4-5 Capas 3-4 Capas 2-3 Capas 1-2 Capas 10-11 Capas 9-10 Capas 8-9 Capas 7-8 C Capas 6-7 Capas 5-6 Capas 4-5 Capas 3-4 Capas 2-3 Capas 1-2 Figura 9.9. Representación de los puntos de interconexión entre capas (1-2, 2-3,3-4, 4-5, 5-6, 67, 7-8, 8-9, 9-10, 10-11. A) Isométrico, B) Sección I-I´ y C) Sección II-II´. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 342 Como se puede ver en la Figura 9.10, el número de puntos o sectores de grietas con contacto entre dos capas consecutivas no es constante, aunque en todos los casos es mayor que 7. Sin embargo, el área de agrietamiento es muy parecida en cada una de las 11 capas analizadas (Tabla 9.2). El hecho de que el área de grieta sea muy similar en cada capa garantiza un volumen de poros rellenos con el material de residuo vertido en la nueva capa que le sobreyace muy similar en cada una de ellas. 0 Altura de la columna (cm) -5 Capa10-11 Capa 9-10 Capa 8-9 Capa 7-8 Capa 6-7 Capa 5-6 Capa 4-5 Capa 3-4 Capa 2-3 Capa1-2 -10 -15 -20 -25 -30 -35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Número de intersecciones entre fisuras Figura 9.10. Número de sectores de los planos de grietas donde se produce una intersección entre dos capas consecutivas. 9.3.3. Ensayo de saturación Una vez terminado el llenado de la columna y comprobado que se había estabilizado el peso (Figura 9.11), la humedad en todo el perfil vertical de la columna, como lo muestran los datos del TDR (Figura 9.12) y los de succión (Figura 9.13), se procedió a su saturación con una recarga de la misma solución electrolítica (KNO3 0.1 mM) que la empleada en los ensayos de Batch, los ensayos en columnas con HPLC y en columnas abiertas (Capítulo 7). La recarga aplicada inicialmente sobre la superficie de la columna fue de 0.3 cm3/cm2/minuto (Q=190 cm3/minuto). Este caudal permitió que al cabo de 10 minutos de iniciado el proceso de saturación se formara sobre la columna una capa de agua de 2 mm de altura. Posteriormente esta altura se mantuvo constante con el suministro de agua de la electroválvula comandada por un sensor de nivel de agua hasta los 1000 minutos. A partir de ese momento se elevó la posición del sensor de la electroválvula y se incrementó el nivel de agua sobre la superficie de la columna hasta 80 mm (Figura 9.11). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 343 50 Célula de carga Llenado de los poros pequeños 45 Peso (kg) Llenado de los macroporos (fisuras) 40 Agua en la superficie de la muestra 35 Peso antes de iniciar el proceso de saturación 30 1 10 100 1000 Tiempo (minutos) Figura 9.11. Incremento en peso de la columna de residuos durante el proceso de saturación. Durante el tiempo de saturación se llevó un control del incremento del peso de la muestra (volumen de entrada de agua), humedad relativa en la superficie de la muestra, evolución de la humedad de la muestra, succión, temperatura impuesta en superficie, temperatura en el interior de la muestra y de la consolidación del residuo. El control se realizó a intervalos de lectura de 10 minutos, al igual que durante el proceso de montaje de la columna capa por capa. La evolución del peso en la columna (Figura 9.11) muestra que inicialmente el volumen de agua que entra aumenta rápidamente, como lo muestra la pendiente de la curva. Este volumen de agua que entra inicialmente se considera está asociado a la saturación de los macroporos existentes en la columna, pues como se puede ver, a partir de los 10 minutos de iniciado el proceso de saturación se produce una estabilización de la curva del volumen de agua que entra a la columna. Esto parece indicar que el volumen de grietas que se indica en la Tabla 9.2, es mucho menor que el real, lo que muestra la existencia de un volumen importante de macroporos no detectados como grietas, pero que si pueden estar como microgrietas en cada una de las capas de residuo. Los resultados de la evolución del contenido de humedad, de acuerdo con los datos de los TDR, situados en el interior de la muestra de residuo que rellena la columna, muestran que al parecer existe un flujo preferencial. Si se observa en la Figura 9.12B), �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 344 el comportamiento del TDR-2 y TDR-3 inicialmente se produce una evolución de la humedad como si se tratara de un flujo de pistón hasta los 607 minutos (Figura 9.12). A partir de ese momento se produce un cambio en el contenido de humedad en el TDR-3, el cual registra que la muestra de residuo situada a -27.9 cm de profundidad se humedece más rápidamente que el residuo situado en la zona intermedia TDR-2 a -16.5 cm. En el caso del TDR-1 se observa una evolución normal del contenido de humedad, como cabría esperar para la aplicación de una recarga de agua continua en la parte superior de una muestra de un material poroso no saturado sumergido bajo el agua. 45 A Llenado de los poros más pequeños Humedad (%) 40 35 30 Llenado de los macroporos (fisuras) 25 20 TDR-1 a la profundidad de 6.5 cm TDR-2 a la profundidad de 16.5 cm TDR-3 a la profundidad de 27.9 cm 15 0 200 400 600 800 1000 1200 Tiempo (min) Tiempos en minutos 0 B t=0 Profundidad (cm) -5 TDR-1 t=6 t=15 -10 t=24 -15 t=297 TDR-2 t=607 -20 t=667 t=737 -25 t=1057 TDR-3 t=1077 -30 15 20 25 30 35 40 45 50 Humedad (%) Figura 9.12. A) Evolución de la humedad en función del tiempo en tres puntos a diferentes profundidades de la columna de residuo durante el ensayo de saturación (son valores promedios). B) Evolución de la humedad con relación a la profundidad para determinados momentos del ensayo de saturación que se muestra de manera continua en la parte superior (Figura 9.12A). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 345 Los resultados de detección de flujo preferente en una columna rellena con un material poroso con el uso de TDR obtenidos en este trabajo son coherentes con los obtenidos por Persson and Berndtson, (1997) y los de Alemi-Ichola, (1998) en columnas de suelo no saturados. En la Figura 9.13, se observa como el incremento de la humedad relativa (HR) se produce muy rápidamente como sucede con la humedad registrada por el TDR-1 (Figura 9.12) y la succión del psicrómetro SP1 (Figura 9.14). Este incremento se debe a la cercanía de los hidrómetros (sensores de HR y temperatura) con la parte superior de la columna por donde se produce la recarga del medio poroso no saturado. Primero responde el sensor más superficial, prácticamente a los 6 minutos se produce un ligero incremento de la humedad relativa, mientras que el higrómetro más profundo responde a la variación de humedad pasados los 10 minutos de iniciado el proceso de saturación de la columna. Se observa como a partir de los 50 minutos los dos sensores están marcando una humedad relativa del 100%. Humedad relativa del aire (%) 100 90 80 70 60 Higrómetro a la profundidad de -10.8 cm Higrómetro a la profundidad de -5.4 cm 50 1 10 100 1000 Tiempo (min) Figura 9.13. Evolución de la humedad relativa en dos puntos en profundidad de la columna de residuos. En la Figura 9.14 se muestra la evolución de la succión en profundidad de la columna de residuo para diferentes intervalos de tiempo durante el proceso de saturación (ciclo de mojado). El control de la succión se realizó con 4 psicrómetros con cápsula de cerámica en la columna de residuo a diferentes profundidades. Como se puede ver en la evolución de la succión se aprecia inicialmente un comportamiento normal a cuando se inicia el proceso de saturación por una recarga de agua continua en la superficie de una �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 346 muestra de material poroso no saturado. A partir de los 607 minutos se aprecia un cambio en el comportamiento de la succión en la parte inferior de la columna (psicrómetro 3 y 4), donde la succión disminuye más rápido que en el psicrómetro 2 (Figura 9.14). Este comportamiento en la succión es similar al observado en el caso del TDR3 (Figura 9.12), lo que constituye un indicativo de la existencia de flujo preferente en la columna de residuo estudiada. Parece ser que a partir de un tiempo, alrededor de 10 horas, el agua hubiera encontrado un camino preferencial para llegar a la parte baja de la columna de residuos. Entonces si esto es así, se produce la saturación de la placa porosa situada en la base de la columna de residuos. La placa porosa sirve para repartir fácilmente el agua de forma uniforme por toda la base de la columna, iniciándose un proceso de flujo ascendente, desde la base de la columna hacia la parte central motivado por los gradientes de succión. Esto se traduce en un aumento de la velocidad de entrada de agua en la columna que puede observarse a los 500 minutos en la Figura 9.11. 0 Tiempo en minutos -5 t=0 t=15 t=24 t=159 t=507 t=607 t=667 t=737 t=297 Profundidad (cm) -10 Sp1 -15 Sp2 -20 Sp3 Sp4 -25 -30 -35 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Succión (MPa) Figura 9.14. Evolución de la succión en función del tiempo en el interior de la columna durante el proceso de saturación (valores promedios). Las medidas de la succión se realizaron con el psicrómetro. Sp, psicrómetro. A partir de los datos de succión medidos con los psicrómetros instalados en la columna, el índice de poros (e) correspondiente a la zona de la columna donde se encuentra y la curva de retención determinada para diferentes índices de poros en el Capítulo 6, se puede obtener el grado de saturación del material que rellena la columna (Figura 9.15). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 347 En la figura se incluyen también puntos obtenidos con medidas directas de la succión utilizando psicrómetros, tensiómetros y medidas del grado de saturación calculados a partir del valor del contenido volumétrico de agua en el residuo medido con TDR. Se puede apreciar que los dos resultados son coherentes, aunque la posición de los psicrómetros y los TDR en el perfil de la columna en profundidad es diferente. En la Tabla 9.3, se relacionan los parámetros que definen la curva de retención obtenida a partir de los datos de succión medidos durante el ensayo de saturación. Para el ajuste de los resultados se empleó la ecuación de Van Genuchten (1978), definida en el Capítulo 6 como la ecuación 6.2. De la curva de retención se observa que el valor de entrada de aire de este material es pequeño, coherente con lo observado en las muestras pequeñas analizadas en el Capítulo 6. La presencia de un bajo valor de entrada de aire facilita la evaporación del agua. 1.00 Succión (MPa) 0.10 0.01 Valor de la succión medida con los psicrómetros Succión medida con los tensiómetros Succión calculada a partir de la humedad medida en el TDR Modelo de Van Genuchten 0.00 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Grado de saturación Figura 9.15. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas de los psicrómetros, tensiómetros y el TDR utilizados durante el proceso de saturación de la columna de residuos. Tabla 9.3. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de la curva de retención (Figura 9.15). Índice de poros (e) 1.78-1.94 Ensayo Humedecimiento Po (MPa) 0.109 λ 0.379 �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 348 Si se superponen los resultados de las curvas de retención durante los ciclos de mojados obtenidas en los ensayos realizados con muestras pequeñas y analizados en el Capítulo 6 y los medidos en la columna grande durante el proceso de saturación, se puede apreciar la coherencia de los resultados obtenidos (Figura 9.16). La diferencia que se aprecia, es debido a que el índice de poros (e) de la columna grande no es completamente homogéneo y en cada uno de los puntos medidos es ligeramente inferior que las muestras estudiadas en el laboratorio. 1.00 Succión (MPa) 0.10 0.01 Valor de la succión medido con los psicrómetros Succión calculada a partir de la humedad medida con TDR Succión medida con los tensiómetros Modelo de Van Genuchten 0.00 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Grado de saturación Figura 9.16. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro sobre muestras individuales y la obtenida en la columna durante la saturación. Si se representan las medidas de los diferentes sensores (TDR, psicrómetros e higrómetros) obtenidas durante el procesos de saturación de la columna de residuos expresadas en contenido volumétrico de agua, se puede obtener el perfil de humedades en la vertical (Figura 9.17). En los perfiles de humedad para diferentes intervalos de tiempo, se aprecia con mayor claridad la existencia de flujo en las dos direcciones, debido a que el agua que circula por los caminos preferentes llega a la parte baja de la muestra y al encontrar la piedra porosa se satura y permite una distribución uniforme en la base de la muestra, que facilita el flujo ascendente debido a los gradientes de succión (Figura 9.14 y 9.17) �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 349 0 Tiempo en minutos t=0 -5 V TDR-1 t=6 Profundidad (cm) t=15 -10 V Sp1 Sp2 -15 t=24 t=159 TDR-2 t=297 t=507 -20 Sp3 t=607 t=667 Sp4 -25 t=737 TDR-3 t=1057 t=1077 -30 15 20 25 30 35 40 45 50 Humedad (%) Figura 9.17. Perfil de humedad en profundidad a diferentes intervalos de tiempo en la columna de residuos durante el proceso de saturación. En la Figura 9.18, se puede observar que la diferencia de temperatura entre la parte superior de la columna y el termómetro situado a –26.5cm, es algo menor de cuatro grados con relación a la temperatura impuesta en superficie (26±0.5 oC). Además, es posible observar en los termómetros situados a mayor profundidad (T3 y T4) el efecto de los ciclos de temperatura debido al día y la noche. Es de señalar que este efecto puede ser eliminado de dos maneras: I) creando una capa de aislamiento entre la columna y el medio exterior y II) realizando el ensayo en un laboratorio con temperatura controlada. Esta diferencia de temperatura puede crear un flujo de vapor desde la parte superior de la columna (más caliente), hacia la parte inferior más fría. Sin embargo dada la pequeña diferencia de temperatura y el bajo valor de la temperatura media (25 oC), el valor de este flujo puede considerarse despreciable frente al flujo de agua en estado líquido por gradiente de succión. Durante el ensayo de saturación de la columna llena con los residuos del proceso ACL se experimentó una consolidación del material (Figura 9.19), donde se puede apreciar una reducción en la altura de la columna de 2.5 mm. Estos resultados son coherentes con lo observado con anterioridad en los ensayos de colapso con el residuo ACL en edómetros convencionales analizados en el Capítulo 6. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 350 28 27 Termómetro en la superficie de la muestra Termómetro en la superficied de la muestra Ts 26 Temperatura oC 25 T3 Termómetro a la profundidad de-19.36 cm 24 T4 23 Termómetro a la profundidad de -26.5 cm 22 Día Noche 21 20 200 700 1200 1700 2200 2700 3200 Tiempo (min) Figura 9.18. Evolución de la temperatura en profundidad en la columna de residuos. Tiempo (min) 1 10 100 1000 10000 0.0 1.0 ( ) Asiento (mm) 0.5 1.5 2.0 2.5 3.0 Figura 9.19. Consolidación del material de la columna durante la saturación. Como resultado final del proceso de montaje y saturación se obtuvo una columna de 12 capas con 31.5 cm de altura, 637.94 cm2 de área, una porosidad media de 0.65 y un volumen de poros equivalente a 13.302 litros de agua. La masa de residuos sólidos es 27.6 Kg, el diámetro 28.5 cm y la densidad seca media es de 1.36 g/cm3. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 351 9.3.4. Ensayo de permeabilidad El ensayo de permeabilidad se efectúa a gradiente constante (i=1.1) y con control del volumen de agua que sale de la muestra en función del tiempo. La obtención de una línea recta que relaciona el volumen de agua que sale de la columna en función del tiempo con una correlación de 0.99 es un buen indicativo de que la columna es físicamente estable, no hay variación de sus propiedades físico-mecánicas, ni de la permeabilidad, ni del caudal. Como se puede ver en la Figura 9.20, la permeabilidad del medio es del orden de 5.26x10-6 m/s, lo que muestra que es muy superior a la del medio poroso, que es del orden de 10-8 m/s (Capítulo 6). La obtención de una permeabilidad mayor a la del medio poroso es un indicativo de la existencia de un flujo preferencial. Este valor de la permeabilidad corrobora los resultados de la variación de humedad medida con los TDR durante el proceso de saturación (Figura 9.12) y la variación de la succión medida con el psicrómetro en profundidad (Figura 9.15). Volumen de agua (cm3) 60000 50000 L=31.5 cm Diámetro =28.5 cm Gradiente 1.1 40000 30000 V = 17.77t + 455.12 R2 = 0.999 20000 k=5.26 x 10-6 m/s 10000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tiempo( min) Figura 9.20. Resultados del ensayo de permeabilidad realizado en la columna para flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. Si superponemos en una misma gráfica los resultados de la permeabilidad obtenida en: I) la columna grande, II) las muestras continuas, III) muestras estratificadas y agrietadas ensayadas en el equipo triaxial y IV) muestras continuas ensayadas a carga constante, se observa que los resultados del ensayo de flujo en la columna de residuo de gran diámetro con presencia de grietas de desecación y estratificación son coherentes con los resultados de la permeabilidad de las muestras agrietadas ensayadas en el equipo �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 352 triaxial (Figura 9.21). El valor de la permeabilidad medido en la columna grande resulta algo mayor que la estimada a partir de las medidas en probetas de 100 mm de diámetro formados por capas de 20 mm. Esto puede ser debido a un efecto de escala, dado que la columna grande tiene un volumen más de 20 veces superior al de las probetas ensayadas en el equipo triaxial. En la Figura 9.21 se puede ver que el valor de la permeabilidad en la columna de gran diámetro es algo mayor que el de las capas pequeñas ensayadas en la cámara triaxial, para un mismo valor de porosidad. La diferencia entre los valores de la permeabilidad puede ser debida al factor escala. 1.E-05 kk (más) (m/s) 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 Porosidad Muestra continua ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mm Muestra continua ensayo a carga constante: altura total 50 mm y diámetro 50 mm Muestra en capas agrietadas h=10 mm ensayada en cámara triaxial: altura total 120 mm y díámetro 100 mm Muestras en capas agrietadas h=20 mm ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mm Muestra en capas agrietadas h=40 mm ensayada en cámara triaxial: altura total =120 mm y diámetro 100 mm Columna gran diámetro en capas agrietadas altura media por capa 25 mm: altura total 315 mm y diámetro 285 mm Figura 9.21. Representación de los resultados de los diferentes ensayos de permeabilidad realizados en la investigación. La influencia de las grietas de desecación en las medidas obtenidas de la permeabilidad son coherentes con los estudios en arcillas glaciares de Mackay et al., (1993) y Mackay and Fredericia, (1995). En estos trabajos se obtienen diferencias de los valores de permeabilidad de más de 3 órdenes de magnitud entre el medio poroso fisurado con las grietas rellenas y el medio poroso homogéneo. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 353 9.4. Ensayos de flujo y transporte de solutos por la columna de residuo 9.4.1. Ensayo de flujo y transporte con el trazador PFBA Con el objetivo de estudiar los efectos de la existencia de flujo preferencial debido a la existencia de grietas de desecación y estratificación en las muestras de residuo observados en el proceso de saturación de la columna se realizó un ensayo de flujo y transporte con el trazador conservativo pentafluorbenzoato (PFBA) lo que permite controlar el tiempo de tránsito a través del medio poroso. Para poder comparar los resultados con los ensayos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso se aplicó un pulso de 0.041 volúmenes de poros (equivalente a un volumen de solución de 0.55 litros) con una concentración de 20 mM. Este volumen de agua equivale a una lámina de 8 mm de altura en toda la superficie de la muestra. La velocidad media del flujo en la columna obtenida a partir de los ensayos de permeabilidad fue de 2.6 cm/h (Tabla 9.4). Los resultados muestran que la llegada del soluto es más rápida que lo observado en los ensayos de flujo y transporte de soluto en los ensayos de flujo en columna con HPLC realizados en muestras de residuo homogéneas, y en condiciones de presión atmosférica y temperatura de laboratorio analizados con anterioridad en el Capítulo 7. En la Figura 9.22, se observa que la curva de llegada es asimétrica y con una gran cola, así como que el pico de máxima concentración de la masa se encuentra muy desplazado hacia la izquierda, indicativo de la presencia de procesos físicos de no-equilibrio, como mal empaquetamiento de la columna o la existencia de flujo preferencial en el medio. En este caso es debido a la existencia de discontinuidades ocasionadas por las grietas de desecación. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 354 PFBA Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Pv Figura 9.22. Curva de llegada del PFBA en el ensayo de flujo y transporte realizado en la columna de residuo con grietas de desecación y estratificación. Ancho de pulso (AP=0.041VP), velocidad 2.6 cm/h. Si superponemos los resultados del flujo y transporte por el medio poroso homogéneo y los del ensayo de la columna de residuo con presencia de estratificación y grietas de desecación, se puede comprobar la existencia de comportamientos muy diferentes en ambos casos (Figura 9.23). La dispersión en la columna de residuo agrietada es mucho mayor que en la columna con flujo por el medio poroso. 0.05 Columna de residuos en capas agrietadas de h=25.5 mm y porosidad del 65% 0.04 Columna de residuos homogéneos y porosidad del 65% Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Volumen de poros Figura 9.23. Representación del ensayo de trazador en el medio poroso homogéneo y de la columna con presencia de flujo preferencial. Ambos ensayos se han realizado para un mismo ancho de pulso (AP=0.041 Vp) y una misma velocidad (v=2.6 cm/h). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 355 Tabla 9.4. Análisis de la curva de paso del trazador PFBA. Residuo Longitud de la columna (cm) ACL Medio poroso Velocidad (cm/h) 31.5 Homogéneo Agrietado Ancho del pulso (Vp) 2.6 2.6 Centro de la masa (Vp) 0.041 0.041 Pico máximo (Vp) 1.09 1.51 1.03 0.71 9.4.2. Ensayo de flujo y transporte de Ni(II) En el ensayo de flujo y transporte de Ni(II) por la columna de residuo agrietada y con estratificación se ha realizado con las mismas condiciones del ensayo de trazador (Tabla 9.5). Para ello se aplicó un pulso de 10 volúmenes de poros con una concentración en la solución de 417 mg/L. Los resultados de la curva de llegada del Ni normalizados se muestran en la Figura 9.24. En la curva se puede observar que la pendiente de salida crece rápidamente en concentración y que una vez finalizado el pulso (AP=10 Vp) ésta decrece más lentamente y con una gran cola. La presencia de Ni(II) en el efluente ocurre prácticamente para 9 Vp (Figura 9.24). Sin embargo, si el flujo se desarrollara por el medio poroso, el valor del factor de retardo (R) calculado para la porosidad media de la columna (0.65) se correspondería con un valor mayor a los 14 Vp, como se muestra en la Figura 9.25. 0.25 Ni(II) 0.2 Cw/Co 0.15 0.1 0.05 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Volumen de poro Figura 9.24. Curva de llegada del Ni en el ensayo de flujo realizado en la columna de residuos con grietas de desecación y estratificación. Ap=10, v=2.6 cm/h, L=31.5 cm. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 356 Si se superponen en una misma gráfica los resultados de los ensayos de flujo y transporte del Ni por el medio poroso homogéneo, con las mismas características de porosidad media que la de la columna de residuo agrietada y los resultados de la columna grande de residuo con presencia de flujo preferencial debido a las grietas de desecación, se puede comprobar que los resultados del ensayo de flujo y transporte del Ni por la columna de residuo grande con estratificación y grietas de desecación, muestran un comportamiento claramente diferente con un menor tiempo de tránsito del soluto por el medio poroso, lo que es un indicativo de la existencia de un flujo preferente (Figura 9.25). 1 Diferencia en la salida del Ni en el efluente de las dos columnas Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 Volumen de poros Columna de residuos agrietada en capas de h=25.5 mm, porosidad media del 65% Columna de material homogéneo, porosidad del 65% Figura 9.25. Curvas de llegada del ensayo de flujo y transporte de Ni por el medio poroso y por la columna de residuo con grietas de desecación. En ambos casos se empleó la misma concentración inicial (Co=477 mg/L), la misma velocidad (v=2.6) cm/h. El ancho del pulso en el medio poroso es de 15 Vp y en la columna agrietada es de 10 Vp. Tabla 9.5. Análisis de la curva de llegada del Ni. Residuo Longitud de Diámetro Medio la columna (cm) poroso (cm) ACL 31.5 28.5 Homogéneo Agrietado Velocidad (cm/h) 2.6 2.6 Ancho del pulso (Vp) 15 10 Pico máximo (Vp) 10.2 15.2 Sa (mg/kg) 2742 2246 De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor parte de la masa de Ni inyectada ha quedado retenida en la matriz sólida de la columna de residuos. La determinación de la masa adsorbida de níquel en la matriz del medio poroso se realizó en tres puntos de cada una de las capas que conforman la columna de residuos agrietados (Figuras 9.6 y 9.26). El muestreo se realizó en tres perfiles siempre a una misma distancia de la parte exterior de la muestra. Los perfiles A y C tomados a 5 cm de la pared de la columna de residuos �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 357 y un perfil B tomado en el centro (Figura 9.6). En cada uno de estos puntos se determinó la masa adsorbida en miligramos de soluto por quilogramos de residuo (Tabla 9.6). En la Figura 9.26 se puede ver como la masa de Ni adsorbida en la capa 12 (que no presenta fisuras) y la 11 (que es la que se encuentra a continuación) es muy uniforme en los tres puntos analizados. Esta alta concentración en las capas 11 y 12 se debe a que son las capas más afectadas por la entrada de soluto al sistema y la componente del flujo por el medio poroso es la más importante pues la capa 12 cubre toda el área de entrada. En el caso de la capa 12 la entrada del soluto se produce de acuerdo al modelo del flujo de pistón. En el caso del resto de las capas se puede ver una gran diferencia entre los puntos situados cerca de las fisuras y los alejados de éstas (Tabla 9.6, Figura 9.26). La masa de Ni adsorbida por el residuo se concentra en el área próxima a las zonas agrietadas, disminuyendo exponencialmente en la medida que nos alejamos de la zona de fractura (Figura 9.27). Del análisis de los resultados se desprende que la concentración depende de la distancia del punto de muestreo a la zona de fisura, y que son las fisuras al parecer las que controlan el flujo y transporte de solutos para la columna estudiada. Por otra parte la Figura 9.27 indica que el residuo todavía era capaz de retener una cantidad importante de Ni ya que en las zonas alejadas más de 2 cm de la zona de fractura la concentración era muy baja. En este caso puede considerarse que el proceso principal que condiciona la adsorción del Ni en la matriz del medio poroso es la fuerza electrostática de las partículas sólidas (potencial zeta), al igual que en el caso de los ensayos Batch y flujo y transporte en el medio poroso homogéneo. El análisis mineralógico de las muestras, y el análisis bajo el microscopio electrónico, no muestran la existencia de precipitados, ni nuevos minerales formados. Al parecer en el proceso de adsorción la componente química es muy pequeña en comparación con los procesos físicos de adsorción. �0 2000 1000 1000 Capa 4 C A Punto A B Punto B Punto A A Punto C 0 C Punto C Punto B B 4000 2000 1000 0 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 3000 3000 2000 1000 C 3000 2000 1000 0 0 B C Capa 6 4000 A B Capa 5 4000 Punto C 2000 0 A Punto B Punto A 3000 Punto C 1000 3000 Punto B 2000 4000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 3000 Punto A Punto C 4000 4000 Sa (mg/kg) Capa 12 Capa 11 Capa 10 Sa (mg/kg) Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 358 A B C A B Figura 9.26. Masa adsorbida de Ni en tres puntos pertenecientes a diferentes capas de la columna de residuo. C �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 359 4000 Puntos A Puntos B Puntos C Sa (mg/kg) 3000 2000 y = 4546.4e-1.9578x R2 = 0.83 1000 0 0 1 2 3 Distancia a la grieta (cm) 4 5 Figura 9.27. Concentración de Ni(II) en los diferentes puntos analizados con respecto a su distancia a la grieta. Tabla 9.6. Masa de Ni(II) adsorbida en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo respecto a la distancia del punto de muestreo a la zona de fisuras. Co=417 mg/L de Ni(II), Sa: masa de soluto adsorbida. Puntos Capa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B Distancia Sa Distancia a la grieta (cm) (mg/Kg) a la grieta (cm) 2.64 10.10 2.90 0.79 882.80 1.32 0.26 2972.97 3.43 0.26 3362.90 0.21 4.22 2.60 2.90 2.58 20.20 0.06 2.90 162.00 0.53 1.06 592.00 0.05 3.93 72.05 0.79 2.11 102.00 0.26 1.32 492.04 0.26 3293.50 C Sa Distancia Sa (mg/Kg) a la grieta (cm) (mg/Kg) 2.78 1.58 192.52 642.54 2.38 172.25 72.91 2.64 232.45 3202.56 0.05 3612.52 4.25 0.79 702.62 3782.12 1.32 392.25 1662.11 2.11 9.87 3962.59 2.11 232.23 1262.00 0.26 2502.78 2842.36 1.32 192.56 2442.28 0.79 1192.33 3197.20 3129.39 9.4.3. Ensayo de flujo y transporte con un trazador fosforescente (fluoresceína sódica) Con el propósito de comprobar si el flujo y transporte preferencial de soluto era controlado por las grietas de desecación rellenas del propio residuo, como indican los resultados del ensayo de flujo y transporte con el Ni, se efectuó un ensayo de trazador con fluoresceína sódica. La fluoresceína sódica ha sido usada por otros investigadores (Iqbal, 1999; Jorgensen et al., 1998) para identificar la existencia de flujo preferencial debido a que estos trazadores fosforescentes tiñen o marcan las zonas por donde pasan y �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 360 no es muy fácil que la existencia de un tiempo prolongado de flujo pueda lavar todo el color fijado en las partículas. El agua usada para preparar la solución de trazador contiene la misma solución electrolítica empleada en los ensayos de flujo y transporte de metales y PFBA, con una concentración en la solución de fluoresceína sódica de 2500 mg/L. El volumen de agua inyectado fue de un litro (1 L). El ensayo de flujo y transporte de la fluoresceína sódica se realizó con las mismas características de velocidad que el ensayo de flujo y transporte con el Ni y el PFBA (Tabla 9.7). Tabla 9.7. Datos del ensayo con la fluoresceína sódica. Residuo Longitud de la columna (cm) ACL 31.5 Diámetro (cm) Medio poroso 28.5 Agrietado Velocidad (cm/h) Ancho del pulso (Vp) 2.6 0.13 Concentración inicial (Co) (mg/L) 2500 Una vez desmontada y cortada la columna las zonas teñidas con fluoresceína se distinguen cuando son examinadas con una lámpara de luz ultravioleta (UV). Se pueden observar y fotografiar las zonas tintadas siempre y cuando se disponga de la cámara fotográfica adecuada, pues requiere de un elevado tiempo de exposición de la película y la utilización de un filtro que sea capaz de captar el reflejo de la luz. La foto se ha de realizar a oscuras al menos para el caso que nos ocupa (Foto 9.3). Las áreas de mayor concentración de fluoresceína sódica se correspondían con las zonas de mayor fosforescencia; con el reconocimiento de la superficie fracturada de la columna se ha observado que estas zonas coinciden con los principales sectores de distribución de las grietas, documentadas en cada capa durante el proceso de formación de las grietas de desecación, cuando se realizó el montaje por capas de la columna (Figura 9.6 y 9.7; Foto 9.3). Asimismo se pudo observar la existencia de una variación considerable de la intensidad de reflejo fosforescente de las zonas de grietas a las no agrietadas. El área de más concentración de la fluoresceína se corresponde con el área central de la muestra, que coincide con el área de mayor interconexión de las zonas agrietadas de las diferentes capas (Figura 9.7). No se observó la existencia de flujo preferente por las �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 361 paredes de la columna al desmontar la membrana que la recubre. El uso de la membrana cubierta con grasa de silicona para evitar el flujo preferente por las paredes del residuo constituye por tanto un buen método para evitar la circulación de la solución acuosa durante la realización de los ensayos. Los resultados que se observan en la distribución de la fluoresceína sódica confirman los resultados de los ensayos de saturación obtenidos con el uso de los TDR, los valores de la variación de la succión, los de flujo y transporte de soluto no reactivo con el trazador PFBA y el de flujo y transporte reactivo realizado con el Ni. Foto 9.3. Aspecto de una sección de la columna después de realizar el experimento con la fluoresceína sódica. Los resultados obtenidos en la realización de los experimentos de flujo y de flujo y transporte en las muestras de residuos agrietadas y con estratificación son coherentes �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 362 con los trabajos de Bronswijk, (1988); Drumm et al., (1997); Jorgensen et al., (1998) en suelos naturales. En todos estos trabajos se ha observado que el flujo está afectado por la presencia de grietas de desecación. Drumm et al., (1997) comprobó en arcillas un incremento de la conductividad hidráulica de tres órdenes de magnitud con respecto al medio poroso sin agrietar. Jorgensen et al., (1998) observó en ensayos de flujo y transporte de plaguicidas y de cloruro en una columna de arcillas con presencia de grietas (rellenas del mismo material que el material que forma el medio poroso) que el tiempo de tránsito de dichos solutos era mucho menor que el del medio poroso y que el valor de la permeabilidad del material agrietado era varios órdenes de magnitud mayor que en el medio poroso no agrietado. 9.5. Modelación de los resultados de los ensayos de flujo y transporte 9.5.1. Modelación de los ensayos con el trazador PFBA En este apartado analizaremos el resultado de la simulación utilizando el modelo de “Dos sitios” considerando los resultados del flujo y transporte en el medio homogéneo y la columna con presencia de flujo preferencial, medio heterogéneo. En la Figura 9.28 se aprecia que el modelo reproduce el ensayo de flujo y transporte del PFBA en el medio poroso, pero sin embargo es incapaz de reproducir el ensayo de la columna con presencia de grietas y estratificación considerando los mismos parámetros de entrada. Este hecho se debe a que el flujo y el transporte del PFBA en la columna agrietada se desarrollan por flujo advectivo a través de la fractura y difusión en la matriz. El flujo preferencial por la fractura provoca una disminución considerable en el tiempo de tránsito de soluto por el medio poroso. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 363 0.05 Columna de residuos homogéneos y porosidad del 65% A 0.04 Modelo Ensayo PFBA R =1 Ap =0.041 P =10 v =2.6 m/s Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Volumen de poros 0.05 Columna de residuos en capas agrietadas y porosidad del 65% B 0.04 Modelo Ensayo con PFBA R =1 Ap =0.041 P =10 v =2.6 m/s Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Volumen de poros Figura 9.28. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con el trazador PFBA. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. 9.5.2. Modelación de los ensayos de flujo y transporte con el Ni En el caso del flujo y el transporte del Ni por el medio poroso homogéneo los modelos de “Dos sitios” reproducen muy bien la curva de llegada del Ni. Sin embargo, en el caso del ensayo del flujo y transporte de Ni en la columna con grietas de desecación el modelo no reproduce la curva de llegada del Ni, considerando los mismos parámetros que en el ensayo anterior. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 364 1.0 Parámetros del modelo de flujo y transporte P=10 R=16 β=0.8 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volumen de poros Columna de material homogéneo, porosidad del 65% Modelo 0.3 Parámetros del modelo de flujo y transporte P =10 R =16 β =0.8 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.2 0.1 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volumen de poros Columna de residuos en capas de h=25.5 mm agrietadas , porosidad media del 65% Modelo Figura 9.29. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. Si consideramos la hipótesis del modelo de dos regiones donde existe en el medio poroso un agua móvil y otra inmóvil, se puede realizar la simulación del ensayo de flujo y transporte con el Ni, si se considera que el valor de β (que representa en estos modelos la fracción de agua en movimiento en el medio poroso) cuando el flujo es preferente es muy inferior al del medio homogéneo. Entonces, si se realiza la modelación con los mismos parámetros del medio homogéneo para el ensayo de flujo y transporte con proceso de adsorción-desorción de Ni y sólo se varía el valor de β, se obtiene una curva que presenta la misma tendencia que la obtenida en el ensayo, lo que constituye un indicativo de que en la columna agrietada existe un flujo preferencial y que a efectos �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 365 reales el agua que circula por el medio poroso se mueve a una velocidad muy inferior al agua que circula por las fracturas (Figura 9.30). 0.3 Parámetros del modelo de flujo y transporte P =10 R =16 β =0.19 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.2 0.1 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Volumen de poros Columna de residuosen capas de h=25.5 mm agrietadas, porosidad media del 65% Modelo Figura 9.30. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni, variando el parámetro β. El hecho de que los modelos de “Dos Sitios” no reproduzcan los resultados del ensayo de flujo y transporte de soluto tanto conservativo como no conservativo en el caso de la columna con grietas de desecación, se debe a que están formulados para el flujo en el medio poroso homogéneo, sin tener en cuenta la existencia de flujo preferencial. 9.6. Conclusiones - El equipo desarrollado permite la simulación de procesos de desecación, retracción, infiltración vertical, imposición de gradientes térmicos, control del contenido volumétrico de agua, succión, humedad relativa y recogida del efluente para su posterior análisis. Considerando los resultados puede ser de gran utilidad en el estudio de flujo y flujo y transporte de contaminantes. Este equipo es de gran versatilidad y su diseño puede ser adaptado a diferentes condiciones, dependiendo del objetivo del trabajo que se desee realizar (ver Capítulo 3). - El uso de los diferentes sensores (TDR, higrómetros, termómetros, psicrómetros, electroválvulas y célula de carga) en el estudio de los procesos hidromecánicos que se desarrollan en el medio poroso, sirven para controlar la evolución de los diferentes parámetros del medio poroso con resultados que presentan un error medio del 2% en el �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 366 contenido volumétrico de agua, un 5% en la humedad relativa y un 2% en la medida de la evaporación por pérdida de peso. - El uso de la instrumentación antes mencionada ha permitido verificar la existencia de flujo preferencial en el medio poroso estudiado (residuos mineros). El agua a través de las fisuras llega a la placa porosa inferior antes de saturar el centro de la columna, a partir de ese momento se produce un ascenso del agua desde la base hacia el interior de la columna por el efecto de la succión. - Las grietas de desecación en las diferentes capas de residuo aparecen para valores de saturación muy altos, superiores al 85%. La retracción vertical por secado representa una deformación vertical del orden del 8.5%. - La disposición de las grietas en cada capa es independiente de las capas que la rodean. Sin embargo, la geometría circular de la sección de la columna tiende a favorecer que la comunicación entre las fisuras de dos capas adyacentes esté más concentrada cerca del eje de la columna. - Los resultados de los ensayos de permeabilidad muestran que las grietas de desecación incrementan la permeabilidad casi tres órdenes de magnitud con relación a la del medio poroso homogéneo. Este es un aspecto de extraordinaria importancia en la hidrogeología, pues disminuye el tiempo de tránsito de los contaminantes por el medio poroso incrementando el riesgo de contaminación de los acuíferos. - Los resultados del análisis de la masa adsorbida (concentración) de Ni en las diferentes capas de residuo muestran una estrecha relación con las áreas de agrietamiento dentro de las capas que conforman la columna de residuo. Se puede comprobar que la masa de Ni adsorbida decrece exponencialmente con la distancia a que se encuentre el punto analizado respecto a la zona de fractura más cercana. La masa media de Ni adsorbida en la columna fisurada ha sido de 2246 mg/kg, mientras que en la columna sin fisuras ha sido de 2742 mg/kg. La distribución de la masa de Ni adsorbida indica que todavía era posible retener más Ni en la matriz de la columna, considerando los resultados del proceso de adsorción en el medio poroso. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 367 - La adsorción del níquel al parecer es principalmente física debido a la carga electrostática de las partículas sólidas, al igual que en los ensayos Batch y de flujo y transporte realizados en el medio poroso homogéneo. El hecho de no observar precipitados en las muestras de residuos analizadas bajo el microscopio electrónico con análisis de partículas corrobora que la adsorción es principalmente física. - Los ensayos con el trazador fosforescente muestran la existencia de zonas preferenciales de flujo asociadas a las áreas de agrietamiento de las diferentes capas de residuo que conforman la muestra. - El flujo y transporte de solutos en los residuos mineros estudiados en los experimentos de laboratorio están controlados por las grietas de desecación. La conductividad hidráulica saturada aumenta en casi tres órdenes de magnitud con relación a la del medio poroso, para las condiciones de ensayo y las características de las muestras analizadas. - Los resultados del ensayo de flujo y transporte empleando solutos no reactivos y solutos reactivos son coherentes con el modelo conceptual de flujo advectivo a través de las fracturas, combinado con el flujo por difusión en la matriz de las zonas cercanas a las fisuras del medio poroso no agrietado, como se observa en la distribución de la masa de Ni adsorbida por la matriz del medio poroso (Figura 9.27) y la distribución de la fluoresceína (Foto 9.3). - El hecho de que las grietas de desecación desempeñen un papel muy importante en el proceso de flujo y transporte de solutos, es un aspecto a tener en cuenta en el caso del diseño y construcción de las balsas de residuos mineros. Por ello sería recomendable que por lo menos durante el proceso inicial de almacenaje de los residuos minerometalúrgicos se evitara, dentro de lo posible, el proceso de agrietamiento por desecación de las capas inferiores. - Los modelos de “Dos sitios” utilizados reproducen muy bien el flujo y el transporte de solutos en los residuos cuando el medio poroso es homogéneo, sin embargo, no lo reproducen si en el medio existe flujo preferencial, debido a las grietas de desecación, considerando los mismos parámetros utilizados para la modelación del medio poroso. �Capítulo 10. Conclusiones 369 Capítulo 10. CONCLUSIONES GENERALES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN La investigación ha permitido avanzar en el conocimiento del impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas y en el estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos y su influencia en el flujo y transporte de contaminantes. Los resultados obtenidos muestran la interrelación del comportamiento hidromecánico de los medios porosos y las diferentes disciplinas de las ciencias de la tierra entre las que se encuentran, geología, geotecnia, hidrología superficial y subterránea, química, geoquímica y medio ambiente en general. Por lo que para una mejor comprensión de los mismos analizaremos por separado cada uno de los resultados y finalmente las conclusiones generales del trabajo y las futuras líneas de investigación. Los residuos minero-metalúrgicos en los que se centra esta investigación son prácticamente desconocidos en cuanto a sus propiedades físico-mecánicas, mientras que el comportamiento hidromecánico y sus características geoquímicas no habían sido evaluados. Los estudios realizados en la zona y otras áreas del mundo donde se presentan residuos similares se han centrado fundamentalmente en: I) la posible aplicación como materia prima en la industria metalúrgica (composición mineralógica y posible tratamiento metalúrgico, ver capítulo 2, apartado 2.6) y II) sus propiedades físico-mecánicas. 10.1. Equipos experimentales El desarrollo de los equipos experimentales ha permitido disponer de información del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos, así como poder realizar los ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones muy controladas. Es de señalar que estos equipos han tenido que ser construidos porque no existen en el mercado y fabricarlos por encargo es extremadamente caro. - La construcción de los “recipientes” para la realización de los ensayos de retracción de los residuos permitió disponer de información sobre la influencia de las condiciones de �Capítulo 10. Conclusiones 370 contorno sobre el proceso de secado. Además, permitió evaluar como influyen las características de las muestras sobre la distribución de las fisuras. - La construcción de un equipo para determinar la “tracción directa” del residuo en función del grado de saturación permite conocer que en el caso de los residuos ésta presenta un valor significativo. Su conocimiento es de gran interés en el estudio del comportamiento hidromecánico de estos materiales y en el estudio de la formación de grietas por desecación. - La construcción de las “columnas” de pequeño diámetro sirve para empaquetar los residuos a diferentes densidades y poder realizar ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos evitando la existencia del efecto redox. Estas columnas permiten realizar ensayos de flujo y transporte de solutos a diferentes valores de presión (0 a 250 bares). - El equipo desarrollado (“Columna instrumentada para el estudio hidromecánico y flujo y transporte con adquisición de datos en continuo”) permite realizar estudios del comportamiento hidromecánico de los medios porosos con control de los diferentes parámetros (la temperatura, la humedad relativa, la succión, el contenido volumétrico de agua, la pérdida de peso por evaporación, etc.) que condicionan el comportamiento de los residuos sometidos a procesos de secado por evaporación. Además, los resultados obtenidos del control de estos parámetros de manera conjunta son coherentes con los resultados de los ensayos de caracterización hidromecánica realizados en muestras pequeñas (Capítulo 6), mostrando la versatilidad y fiabilidad del equipo en este tipo de estudios. 10.2. Hidrología superficial y subterránea De acuerdo con la composición química de los elementos mayoritarios en las aguas superficiales y subterráneas es posible diferenciar dos tipos de agua: aguas bicarbonatadomagnésicas para las no contaminadas y sulfatado-magnésicas para las contaminadas. �Capítulo 10. Conclusiones 371 - Las aguas superficiales de la región presentan un elevado grado de contaminación y ninguna de ellas cumple los criterios de potabilidad establecidos por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.). - Los resultados del análisis de la información disponible indican que el nivel de contaminación de las aguas superficiales se ha incrementado a lo largo de las 4 décadas de explotación minero-metalúrgica en el municipio de Moa. - La elevada mineralización de las aguas, la alta concentración de metales pesados y sulfatos en el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa, así como, la existencia de un gradiente de las concentraciones de los contaminantes siempre creciente en dirección a la presa de residuos, permite deducir que la contaminación del acuífero se ha producido por la recarga del lixiviado de los residuos que forman la presa. En el proceso de lixiviado el pH de la fase líquida y su composición tienen una acción preponderante. Este proceso ésta favorecido por la existencia de grietas de retracción en la superficie del embalse que pueden constituir vías para el desarrollo de flujo preferencial. - Conociendo que los procesos de contaminación son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo de permanencia de los contaminantes en el medio, es previsible que la contaminación del acuífero aluvial continúe aumentando al paso del tiempo, debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y a las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas. - Los resultados de la modelación geoquímica muestran que las aguas subterráneas de la región están sobresaturadas en hematita y goethita, que constituyen las fases minerales más abundantes del corte laterítico y en la matriz de acuífero aluvial. - El cálculo de las proporciones de mezclas entre las aguas subterráneas del acuífero aluvial y las de lixiviado de la presa de residuos muestra que es muy importante, llegando a ser de un 20% en los pozos cercanos a la presa de residuos. �Capítulo 10. Conclusiones 372 10.3. Características hidromecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos - Durante la realización de los experimentos de caracterización físico-mecánica de los residuos mineros se ha podido comprobar que el uso de las técnicas convencionales de caracterización de los suelos naturales da resultados satisfactorios en el estudio y caracterización de los residuos minero-metalúrgicos, a pesar de que muchas de sus propiedades físicas y de resistencia puedan diferir de la de los suelos naturales. - Los estudios de laboratorio muestran que el material de las presas de colas se caracteriza por una granulometría limo-arcillosa y una permeabilidad no saturada muy baja, condicionada por el grado de saturación y la histéresis de los residuos durante los procesos o ciclos de secado y humedecimiento. - Cuando se realiza el secado de una muestra de residuo saturada se producen importantes cambios de volumen y una retracción que es irreversible durante los sucesivos ciclos de secado y humedecimiento. - Los resultados del estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos ACL, parámetros de resistencia a la tracción, resistencia a la comprensión, magnitud de la retracción y módulo de deformación, muestran una alta dependencia del grado de saturación, alcanzándose los mayores valores de resistencia a la compresión y la tracción para saturación entre el 80 y 86%. - De acuerdo con los resultados de los diferentes ensayos de secado de las muestras por evaporación, se puede concluir que la velocidad de secado de una muestra depende de la masa de aire que está en contacto con ella y de la renovación del aire. La evaporación es más intensa en la columna grande donde el aire circula por la parte superior de la muestra, que en condiciones de atmósfera de laboratorio abierta y que en los contenedores cerrados para un mismo valor de succión. �Capítulo 10. Conclusiones 373 - Las grietas de desecación se forman para grados de saturación muy altos, independientemente de las condiciones de humedad relativa y de la velocidad a que se realice el secado. Las grietas de desecación originadas durante el primer ciclo de secado no se cierran en los sucesivos ciclos de humedecimiento. - Cuando se coloca material muy húmedo sobre una capa de material agrietado por retracción, este material rellena las fisuras. Sin embargo, cuando se seca nuevamente el conjunto de las paredes de la antigua grieta casi no se mueve pues su retracción es mínima en el segundo secado, pero el nuevo material que ha entrado en su interior retrae considerablemente en su primer secado (Figura 6.11 y 6.17). Este mecanismo facilita la creación de caminos preferenciales para el flujo y transporte de solutos. - El efecto de las grietas de desecación y la presencia de estratificación incrementa la permeabilidad de los residuos en más de dos ordenes de magnitud en comparación con el material no agrietado. 10.4. Ensayos de adsorción y desorción del Cr, Ni y Mn en los residuos mineros. Ensayos Batch y de flujo y transporte - La isoterma de adsorción del Cr y el Mn en los dos residuos (SAL y ACL) es no lineal, mientras que en el Ni se obtiene una isoterma de adsorción no lineal para el residuo ACL y lineal para el residuo SAL. Las isotermas de adsorción no lineal se ajustan al modelo Freundlich (Sa=KfCwn). - La isoterma de desorción es lineal en los tres metales para los dos residuos mostrando la existencia de histéresis en el proceso de sorción. - El transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) por el medio poroso es retardado principalmente por la adsorción instantánea, debido a las fuerzas electrostáticas de las partículas sólidas que forman la matriz del medio poroso y en menor medida por la capacidad de intercambio de los residuos. �Capítulo 10. Conclusiones 374 - El pH del medio constituye el principal factor que condiciona el proceso de adsorción y la movilidad de los metales. En el caso del Ni y el Mn la adsorción se incrementa para un mayor pH y con el Cr sucede lo contrario. - La adsorción por fuerzas electrostáticas debido a la carga de las partículas sólidas que conforman el medio poroso de los dos residuos es la principal causa de la adsorción de los tres metales. La carga electrostática de cada residuo está condicionada por el pH (potencial zeta o pH al que la carga de los sólidos es cero). - La existencia de un pequeño retardo del momento de pico en las curvas de llegada del trazador PFBA y la presencia de colas es atribuible a la dispersión en la matriz, debido a la fracción de agua que se encuentra en la región inmóvil y a la heterogeneidad del medio poroso. - Las curvas de llegada de los tres metales se caracterizan por la existencia de asimetría y una gran cola evidenciando que el flujo y transporte de estos metales por el medio poroso es no ideal. Este comportamiento se debe a la existencia de un proceso de adsorción no lineal con una marcada histéresis. - El transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) por el medio poroso es afectado significativamente por la presencia de otros solutos, lo que se pone de manifiesto con una reducción significativa del tiempo de tránsito y especialmente por aquellos que presentan características de adsorción similares (Ni y Mn). Además, reduce la masa de soluto adsorbida, aunque aún sigue siendo mayor que la retenida por diferentes materiales y suelos naturales (Tabla 7.8,7.9,7.10). - El transporte binario del Ni y el Mn a través del residuo ACL experimenta una notable reducción del tiempo de tránsito de este soluto en comparación con los ensayos de solutos realizados por separado. Estos resultados se deben a la competencia que experimentan el Ni �Capítulo 10. Conclusiones 375 y el Mn por los sitios de adsorción. - Los resultados de los ensayos de adsorción Batch y los de flujo realizados a través del medio poroso con un trazador muestran resultados coherentes para predecir el flujo y transporte del Cr, Ni y Mn en los dos residuos. 10.5. Resultados de la modelación numérica del flujo y el transporte de solutos El uso de los modelos de “Dos Sitios” en este trabajo ha permitido obtener resultados coherentes con el modelo conceptual establecido para el flujo y el transporte advectido con difusión en la matriz del medio poroso formado por los residuos. El ajuste de los parámetros del modelo ha resultado relativamente sencillo debido a que inicialmente se tiene información de los ensayos de laboratorio que permiten tener un valor estimado de partida para la realización del ajuste. En el ajuste los coeficientes que controlan los procesos de transferencia de masa han sido los únicos que han tenido que ser ajustados numéricamente, por lo que el verdadero número de parámetros que hay que calibrar es mínimo. Los resultados de la modelación indican que la no-linealidad del proceso de sorción (histéresis) es la principal causa de la existencia de un flujo y transporte de solutos por el medio poroso no ideal. Al parecer esta histéresis del proceso de adsorción está controlada por una adsorción de tipo física donde las fuerzas electrostáticas son las que controlan el proceso, teniendo una menor influencia los procesos de quimisorción. Esto se justifica con el hecho de que los términos fuente sumideros sean prácticamente cero, en la matriz del residuo no se tienen minerales del grupo de las arcillas, ni compuestos húmicos y su capacidad de intercambio es muy baja de 8-10 mg/100 gramos de residuo sólido. A esto hay que añadir además que los análisis por Rx y los del microscopio electrónico no muestran la existencia de minerales neoformados. Los resultados de los modelos y los ensayos de adsorción en Batch son coherentes en cada �Capítulo 10. Conclusiones 376 uno de los metales analizados. - Los resultados de la simulación numérica con los modelos de “Dos sitios” indican que la existencia de un proceso de adsorción no lineal es la causa principal de un transporte de soluto no ideal, caracterizado por la existencia de asimetría y una gran cola, mientras que el tiempo en que ocurre la adsorción y los procesos de quimisorción desempeña un papel secundario. - El factor de retardo (R) del Ni y el Mn en el residuo ACL es mucho mayor que en el residuo SAL. En el caso del Cr sucede lo opuesto, el factor de retardo es mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL. Esta diferencia en ambos casos es debida al pH del medio. - Estos modelos permiten simular tanto solutos conservativos como reactivos con adsorción lineal, no lineal y con ausencia de equilibrio, donde el control de la transferencia de masa depende de la cinética de un determinado porcentaje de los sitios de adsorción. - El uso de otros modelos que consideran equilibrio local e isoterma de adsorción lineal no da buenos resultados en el ajuste de los experimentos realizados en esta investigación. - Es de señalar que los resultados del modelo del flujo y transporte de solutos por el medio poroso, realizados en el laboratorio con estricto control de las condiciones de contorno pueden hacer creer que es posible modelar el flujo y el transporte de soluto en las presas de residuo. Sin embargo estos resultados de laboratorio hacen suponer condiciones del medio homogéneas en cuanto a sus propiedades físicas, químicas y biológicas que normalmente no existen a escala real en el terreno. 10.6. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos ACL en el flujo y transporte de solutos �Capítulo 10. Conclusiones 377 El conocimiento del comportamiento hidromecánico de los medios porosos combinado con las técnicas de estudio del flujo y transporte de solutos (conservativos y reactivos) por el medio poroso homogéneo y agrietado permite establecer las diferentes causas que condicionan el flujo preferente de los solutos. - La conductividad hidráulica saturada en la muestra con estratificación y grietas de desecación es mayor en más de dos ordenes de magnitud que la del medio poroso (Figura 9.21). Este incremento de la permeabilidad reduce considerablemente el tiempo de tránsito del soluto conservativo y reactivos por el medio poroso. - La llegada del Ni en el efluente presenta un retardo considerable si se compara con el tiempo de llegada del PFBA, indicativo de que el Ni es fuertemente afectado por los procesos de adsorción. Sin embargo, el tiempo de llegada del Ni en el efluente de la columna agrietada con el de la columna por el medio poroso homogéneo se puede apreciar una diferencia equivalente a 5 volúmenes de poros (2/3 más corto). - La conductividad hidráulica y el flujo y transporte de contaminantes en el caso de la columna por capas agrietadas y estratificadas está controlada por las grietas de desecación. Aspecto que queda demostrado al medir la concentración del Ni adsorbido en función de la distancia a la grieta más cercana. Se ha observado una clara disminución exponencial de la concentración de Ni con relación a la distancia del punto analizado a la grieta. Estos resultados muestran que al parecer el Ni se mueve en la matriz del medio poroso por difusión a partir de las fracturas por donde existe una circulación preferencial. - Los resultados del ensayo del flujo y transporte del trazador PFBA, donde se aprecia un frente adelantado de la curva de llegada con una gran cola, son coherentes con el modelo conceptual de existencia de flujo advectivo a través de las fracturas, combinado con el proceso de difusión del soluto en la matriz del medio poroso. 10.7. Conclusión general �Capítulo 10. Conclusiones 378 - Los resultados obtenidos del comportamiento hidromecánico de los residuos bajo estricto control de las condiciones de laboratorio, presentan cierta limitación para poder predecir el comportamiento del flujo y transporte de los contaminantes en condiciones naturales a escala real, debido a que está reconocido que el flujo y transporte de los solutos en el terreno es un proceso complejo, afectado por un gran número de procesos físicos, químicos, biológicos y en muchos casos factores antropogénicos. - Sin embargo, de acuerdo con los resultados del laboratorio que incluyen, I) la permeabilidad del medio poroso homogéneo saturado y no saturado, II) la concentración de metales (Cr, Ni y Mn) en el agua intersticial de los residuos y en los residuales líquidos vertidos, III) la capacidad de adsorción de los residuos, IV) el factor de retardo (R) que experimentan el Ni, Cr y Mn durante los ensayos de flujo y transporte por el medio poroso y V) la capacidad de adsorción de la goethita y la hematita que representan las fases minerales predominantes (más del 60%), en la matriz del medio poroso no saturado del acuífero aluvial (parte superior primeros 4 metros), difícilmente se podría explicar mediante la ecuación de flujo y transporte habituales, la presencia de la elevada contaminación por Cr, Ni, Mn e Fe medida en el acuífero aluvial, que en algunos casos presenta valores similares a los del agua intersticial de los residuos. Aunque, la presencia de estas concentraciones de metales en el acuífero aluvial puede explicarse si se tiene en cuenta los flujos preferenciales originados por la existencia de fisuras por desecación que se encuentran en los embalses. Según los resultados obtenidos en el laboratorio estas fisuras incrementan la permeabilidad en más de dos órdenes de magnitud, dependiendo del espesor de la capa estratificada y el ancho de las grietas de desecación. Es de señalar, que aunque las grietas sean rellenadas con el propio residuo y sean sometidas a confinamiento, las discontinuidades debidas a las grietas se mantienen y la permeabilidad del medio sigue siendo muy superior a la del medio poroso. 10.8. Riesgo ambiental de los residuos �Capítulo 10. Conclusiones 379 - Debido a la composición química de la fase sólida y de las aguas intersticiales, así como la composición de los residuales líquidos y de acuerdo con lo establecido en el real decreto 849 del año 1986, los residuos SAL y ACL estudiados se encuentran en la lista número dos de sustancias contaminantes de La Unión Europea, la lista de sustancias contaminantes de la EPA y en la legislación ambiental cubana. - De acuerdo a sus propiedades físicas, el riesgo ambiental está presente por la fina granulometría de sus partículas y la naturaleza poco cohesiva del residuo, que combinadas con las condiciones climáticas de la región (más de 2000 mm/año de precipitación) pueden facilitar la erosión por la escorrentía superficial y con ello contribuir a la contaminación de las masas de aguas superficiales y marinas. Además, el hecho de que más del 10% presentan una granulometría inferior a una micra genera el riesgo de que puedan ser erosionadas y transportadas por el aire y al ser muy ricos en metales pesados pueden afectar la salud de la población. - Considerando las propiedades mecánicas el riesgo fundamental es debido a que son materiales que pueden licuefactar ante la presencia de un seísmo. - La existencia y desarrollo de las grietas por desecación en las balsas de residuo constituyen vías preferenciales de flujo de extraordinaria importancia que condicionan el régimen de infiltración de las aguas, que hay que tener en cuenta en el diseño y construcción de los depósitos de residuos, así como en la gestión y monitoreo de los residuos sólidos de los procesos minero-metalúrgicos. 10.9. Futuras líneas de investigación De acuerdo con los resultados de esta investigación se han abierto nuevas interrogantes que permiten establecer diferentes líneas de investigación, las que pueden ser de dos formas: I) uso y aplicación inmediata de los resultados y utilización de los equipos desarrollados y II) �Capítulo 10. Conclusiones 380 futuras investigaciones en nuevas direcciones. 10.9.1. De aplicación inmediata - Usar los equipos desarrollados en la tesis para continuar estudiando el comportamiento hidromecánico de los medios porosos. - La instrumentación desarrollada en la columna del laboratorio puede ser instalada en el ámbito de campo, pues los diferentes sensores utilizados en este estudio han demostrado una gran fiabilidad en los diferentes parámetros controlados en un largo período de tiempo. - Trabajar en el estudio de flujo y transporte de multisolutos por la matriz del medio poroso formado por estos residuos, para diferentes condiciones de pH. - Los parámetros físicos, mecánicos, hidrogeológicos y químicos obtenidos en la caracterización de los residuos pueden ser utilizados en el diseño, construcción y gestión de las nuevas presas de residuos y en la mejora de la gestión y monitoreo de las ya existentes. - Continuar con el estudio de la influencia de los procesos hidromecánicos en otros tipos de residuos minero-metalúrgicos, con el objetivo de poder profundizar en este aspecto controlando otras variables como son los posibles cationes intercambiables y poder establecer y diferenciar dentro de la matriz del medio poroso las fases minerales que desempeñan el papel de sitios de adsorción. - A partir de los resultados de la tesis, sería interesante modelar numéricamente el flujo y el transporte de metales en las balsas, las arcillas en las que se apoyan y en el acuífero aluvial. El objetivo sería poder ajustar las concentraciones de los diferentes solutos medidos hasta ahora en el aluvial, para poder predecir la evolución futura del sistema. 10.9.2. Futuras líneas de investigación a desarrollar �Capítulo 10. Conclusiones 381 - Teniendo en cuenta la actividad sísmica de la zona donde se han registrado sismos de hasta 4 grados de magnitud y las propiedades físico-mecánicas de los residuos mineros favorables a licuefactar ante una carga dinámica en ensayos de laboratorio. Se considera necesario el estudio del riesgo sísmico de las balsas de residuo. - El estudio a fondo y la modelación numérica de los procesos de formación de las fisuras permitiría obtener una base firme para interpretar los ensayos de laboratorio realizados en la tesis. El obtener un modelo numérico puede permitir extrapolar estos resultados a la modelación de los procesos de formación de fisuras por desecación en las balsas de residuos. - Estudiar “in situ” las propiedades hidromecánicas de los residuos mineros y la posibilidad de realizar ensayos de flujo y transporte de soluto en condiciones de campo. -Trabajar en la línea de investigación para utilizar los residuos ACL para neutralizar aguas ácidas. Evaluar su posible utilización en la descontaminación de aguas residuales ácidas ricas en metales pesados, que son vertidas por la industria del proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) al río Cabañas. -Trabajar en la búsqueda de materiales con características similares a la de estos residuos que permitan tratar aguas residuales ácidas o contaminadas con metales pesados, debido a los lixiviados de vertederos urbanos, industriales o drenaje ácido de minas o escombreras de residuos minero-metalúrgicos. - La búsqueda y desarrollo de modelos numéricos que sean capaces de reproducir el comportamiento de flujo y transporte de solutos no ideales con presencia de flujo preferencial e histéresis de los procesos de sorción. - Considerando el estado actual de la contaminación del acuífero aluvial es necesario �Capítulo 10. Conclusiones 382 establecer una serie de piezómetros o pozos para obtener muestras de agua en los sectores que no existen pozos para controlar la evolución de la contaminación. - Además es necesario trabajar en la búsqueda de nuevas fuentes de abastecimiento de agua para la población de Moa. El objetivo es tener disponibilidad de agua en caso de que se incremente el deterioro de la calidad de las aguas del acuífero aluvial y previendo el posible crecimiento de la población de la zona, que en las últimas cuatro décadas ha crecido más de un orden de magnitud, de 6000 en 1960 a más de 70000 habitantes en la actualidad. - En el tema de las aguas residuales de los procesos metalúrgicos es necesario trabajar en la búsqueda de soluciones que incluyan la posible reutilización industrial, aunque se ha de reconocer que es una tarea que probablemente resulte más difícil debido al alto grado de contaminación de las mismas. - En cuanto a los residuos metalúrgicos sólidos se considera que es necesario trabajar en la búsqueda de una posible aplicación industrial debido a la elevada concentración que presentan en diferentes tipos de metales, fundamentalmente Fe y Cr. �Referencias 383 Referencias Abdelsaheb I., Scwab A.P., Banks M.K. y Hetrich B.A. (1994). 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Principales características físicas y químicas de las aguas metalúrgicos (concentración de las especies químicas en mg/L). Proceso SAL Punto 33 Punto pH 1.4 Al 3.5 pH 8.1 Ni 35.0 Cr Ni 260.0 Co 10.0 Zn Co 1.5 Cu 120.0 Cu Fe Mg Mn SAL: proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico, ACL: proceso metalúrgico de lixiviación carbonato amoniacal. 0.08 0.04 0.00 n.d. 0.002 0.20 Eh(mv) CE (ds/m) DQO -325.00 0.72 7.80 -422.00 0.90 6.61 Tabla A1.2. .Principales características físicas y químicas del agua de drenaje de las presas de residuo (concentración de las especies químicas en mg/L; n.d., no detectado). ACL SAL ACL SAL 35 31 35 31 0.30 0.03 Co2+ 0.05 0.01 14.80 4.30 Ni2+ 0.032 0.01 101.10 105.20 Fe(total) 0.02 0.03 3.35 17.20 Mn2+ 0.07 0.05 21.16 26.20 Zn2+ 0.01 0.09 130.10 563.00 Sr4+ n.d. 0.01 29.20 51.23 Ti2+ n.d. n.d. 338.10 0.20 Al3+ 0.01 4.50 0.20 0.41 V3+ n.d. n.d. 0.10 0.11 pH 6.75 3.95 Puntos de muestreo K+ Na+ Mg2+ Ca2+ ClSO4= HCO3= NO3NO2P3- N3Cu2+ Cr(total) SAL: proceso metalúrgico de lixiviación ácida, ACL: proceso metalúrgico de lixiviación carbonato amoniacal. �Anejo 1. Datos hidroquímicos 408 O2 CO2 Meses N. Muestras pH Ce(µS/cm) Temperatura (oC) 1.22 1.33 0.05 0.04 5.30 6.50 0.24 0.28 I 3 4.60 9.98 20 mg/L 0.69 1.68 0.45 0.16 1.08 0.08 5.57 1.43 0.04 6.21 0.29 III 3 4.78 10.58 20 mg/L 0.52 1.42 0.45 0.16 0.98 0.08 4.92 1.31 0.03 5.62 0.25 IV 5 5.10 9.35 20 mg/L 0.48 1.98 0.50 0.16 1.32 0.08 6.05 1.53 0.04 4.85 0.39 V 7 4.20 11.50 20 mg/L 0.61 2.01 0.52 0.16 1.33 0.08 6.32 1.61 0.05 4.98 0.28 VI 3 4.53 12.01 20 mg/L 0.53 1.65 0.41 0.16 1.12 0.08 5.33 1.38 0.03 3.94 0.25 VII 2 5.12 10.13 20 mg/L 0.59 1.98 0.42 0.16 1.43 0.08 6.37 1.71 0.05 4.57 0.26 VIII 3 5.08 12.10 20 mg/L 0.35 1.78 0.45 0.16 1.13 0.08 5.23 1.28 0.06 5.87 0.32 IX 2 4.87 9.94 20 mg/L 0.42 1.59 0.45 0.16 0.99 0.08 5.26 1.57 0.05 5.89 0.20 X 5 5.32 9.99 20 mg/L 0.74 1.67 0.45 0.16 1.03 0.08 5.54 1.41 0.03 4.95 0.35 XI 4 5.10 10.53 20 mg/L 0.55 1.85 0.45 0.16 1.25 0.08 5.63 1.29 0.02 5.24 0.21 XII 3 5.02 10.70 20 mg/L 0.56 1.77 0.45 0.16 1.17 0.08 5.61 1.42 0.04 5.33 0.27 4.86 10.66 20 mg/L Tabla A1.3. Características físicas y químicas del agua de lluvia en el pluviómetro Moa en el período1992-1994 (Rodríguez y Téllez, 1995). NO3 0.68 1.88 0.45 0.16 1.27 0.08 5.85 Media CO3H 0.50 1.77 0.43 0.16 1.10 0.07 5.25 II 4 4.63 11.12 20 mg/L SO4 Cl Ca Mg Na K STD 4.86 10.66 mg/L 2.7 5.96 41 mg/L 0.1 2.1 0.02 5.05 mg/L 5.65 32 1.72 0.24 0.19 1.25 0.05 INRH, (1965) 0.2 2.23 0.01 4.32 mg/L 45 Sagua de Tánamo 2 1.49 0.7 0.21 1.18 0.03 INRH, (1965) Yateras 5 Tabla A1.4. Comparación de las características del agua de lluvia en relación a otros trabajos en áreas próximas la zona de estudio. 3.17 4.25 Baracoa 5.33 0.05 2 CO2 0.04 1.23 Moa 44 O2 1.42 Localidad Número de muestras pH Ce(µS/cm) NO3 0.56 0.1 1.77 1.85 0.45 0.25 0.16 0.17 1.17 1.26 0.08 0.05 Rodríguez y Téllez, (1995) Fagundo et al., (1996) CO3H SO4 Cl Ca Mg Na K Referencias Tabla A1.5. Principales características físico-químicas de las aguas que acompañan los vertidos de los residuos sólidos Residuo SAL ACL SAL ACL SAL ACL SAL ACL Puntos 28 30 Puntos 28 30 Puntos 28 30 Puntos 28 30 K+ 0.01 0.03 Cl10.12 11.40 NO20.20 0.62 Cr(total) 0.00 0.12 Na+ 9.20 2.20 SO4= 21.10 951.00 P30.10 0.11 pH Mg2+ 90.10 89.10 HCO3= 2.20 35.2 N30.01 n.d. DQO Ca2+ 4.35 15.32 NO3157.60 0.12 Cu2+ 0.01 0.002 �407 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.6. Inventario de puntos de agua del INRH, (1986). Principales características físicas y químicas de las aguas en el municipio Moa (Figura 5.1). Punto Cota Topográfica (m.s.n.m) Coordenadas UTM X pH Y SiO2 CE(µS/cm) (mg/L) Cl- HCO3(mg/L) Ca2+ SO4= (mg/L) (mg/L) Mg2+ (mg/L) Na+ (mg/L) K+ (mg/L) TSD (mg/L) (mg/L) 50 8.2 699.90 221.10 7.8 35.34 167.70 106.01 0.69 8.40 1.50 23.57 0.70 0.04 141.27 51 47.0 716.90 218.23 8.2 83.06 1297.47 549.18 129.93 33.49 30.06 77.50 135.70 1.25 957.47 52 80.0 696.45 220.00 7.5 34.94 218.87 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.61 53 40.0 699.45 221.02 8.0 39.22 263.33 117.65 20.07 12.96 20.62 16.09 9.20 0.47 197.42 54 6.0 699.20 221.10 7.4 6.12 322.09 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.41 55 5.0 699.20 221.10 7.4 60.59 322.09 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.41 56 5.0 699.30 221.18 7.5 91.53 632.97 274.59 45.64 46.53 5.47 59.89 37.38 0.58 470.44 57 5.0 699.18 221.03 7.3 76.56 392.35 229.68 14.25 16.32 7.92 43.39 8.05 1.37 321.34 58 5.0 699.28 221.08 7.5 55.00 410.74 165.00 14.25 55.76 7.92 43.39 11.00 1.00 298.68 59 5.0 699.28 221.08 7.5 55.00 410.74 165.00 14.25 55.76 7.92 43.39 11.00 1.00 298.68 60 5.0 699.65 221.40 7.5 76.56 368.60 229.68 14.25 5.76 7.92 43.39 6.90 0.58 308.84 61 460.0 714.00 209.85 6.2 17.27 99.98 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.52 62 40.0 692.35 222.40 8.44 111.87 723.61 335.61 70.92 25.20 12.02 82.69 21.85 0.00 548.65 63 6.0 699.35 221.90 6.7 72.35 360.29 217.05 19.72 0.00 12.71 36.22 11.50 0.59 298.15 64 5.0 700.24 222.16 7.0 58.41 430.56 175.24 18.90 42.24 9.92 19.15 48.30 0.12 314.23 65 5.0 699.30 221.93 6.6 62.62 10665.98 187.87 255.31 4072.32 130.26 1016.68 42.55 2.26 5707.61 66 5.0 699.10 221.05 7.35 41.25 294.59 123.75 18.72 26.40 10.52 27.36 8.05 1.76 216.92 67 5.0 699.30 221.05 7.4 54.92 355.23 164.75 17.73 32.64 10.02 36.48 7.36 0.00 269.34 68 20.0 696.50 221.20 7.45 36.61 211.07 109.84 14.18 4.80 6.01 17.02 13.80 0.00 166.01 69 11.0 707.10 216.45 7.4 53.67 258.44 161.02 10.64 2.40 7.01 29.12 5.98 0.00 216.53 70 10.0 707.05 217.10 6.9 22.37 128.42 67.12 10.64 1.92 6.01 12.16 2.94 0.00 101.15 71 18.0 696.80 224.90 8.0 18.92 200.50 56.75 39.01 1.44 4.33 13.30 18.12 0.59 133.90 72 35.0 695.50 224.30 8.1 33.19 209.95 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 160.29 73 37.0 695.50 224.50 7.3 35.15 220.38 105.44 21.28 3.84 7.86 17.28 12.65 0.00 168.71 74 35.0 695.50 223.48 7.5 48.87 257.35 146.61 14.18 2.88 8.02 29.86 5.75 1.09 208.75 75 5.0 699.40 221.30 7.5 45.54 238.35 136.61 14.18 2.88 8.02 24.86 5.75 1.09 193.75 76 40.0 708.80 218.60 7.9 24.82 259.00 124.47 21.28 4.80 20.04 17.02 10.58 0.00 198.55 77 12.0 707.13 216.30 7.28 28.48 160.58 85.43 10.64 3.98 8.02 15.81 2.99 0.00 127.23 �408 Anejo 1. Datos hidroquímicos 78 38.0 709.00 218.60 7.2 24.41 180.56 73.22 17.73 6.72 79 7.0 712.05 80 35.0 690.15 81 21.0 701.32 10.02 10.94 12.65 0.00 131.64 218.90 7.8 69.16 359.76 207.47 17.73 220.65 8.39 20.34 263.34 111.02 28.37 6.72 8.02 38.91 13.87 0.00 293.08 8.59 16.03 12.16 17.48 0.10 220.95 7.50 45.00 241.40 135.00 12.00 194.11 8.59 2.00 28.40 8.00 0.20 194.55 Tabla A1.6. Inventario de puntos de agua del INRH, (1986) Principales características físicas y químicas del agua en cada uno de los puntos (Figura 5.1). Punto Cota Topográfica Coordenadas UTM (m.s.n.m) 82 X pH CE(µS/cm) SiO2 Y mg/L HCO3- Cl- SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 31.0 701.42 220.58 7.50 41.67 223.97 125.00 12.00 8.59 2.00 25.00 7.20 0.23 180.38 83 9.0 701.48 221.28 7.50 56.00 275.99 168.00 12.00 8.59 2.00 34.10 4.00 0.21 229.26 84 62.0 700.98 220.42 7.50 48.33 249.07 145.00 12.00 8.59 2.00 31.40 4.00 0.24 203.59 85 71.0 701.22 220.02 7.10 53.00 271.89 159.00 12.00 8.59 2.00 36.40 4.00 0.25 222.60 86 11.0 701.45 221.28 7.12 62.33 303.83 187.00 12.00 8.59 2.00 36.20 7.00 0.26 253.41 87 1020.0 702.29 206.10 6.24 24.40 127.73 73.21 7.09 2.40 4.41 13.25 2.76 0.35 103.83 88 310.0 707.45 213.95 7.10 31.73 183.32 95.19 11.35 8.16 2.00 16.66 10.12 0.24 144.08 89 340.0 707.75 212.45 8.00 8.54 138.79 25.63 12.77 24.00 9.22 8.22 5.43 0.23 85.86 90 160.0 707.75 215.15 6.20 24.50 169.01 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.70 91 120.0 709.20 216.08 7.30 21.13 156.56 63.40 23.05 3.98 1.01 17.60 4.60 0.10 114.10 92 595 699.900 211.800 6.80 40.00 139 27.63 12.77 24.00 9.22 8.22 4.43 0.23 86.50 93 420 698.800 213.700 6.80 48.70 144 31.63 12.77 24.00 9.22 8.22 5.43 0.23 91.50 94 90 693.100 212.500 6.90 52.00 210 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 159.93 95 105 692.300 209.900 7.00 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 96 170 693.900 208.000 6.95 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 97 130 689.700 210.500 7.10 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 98 180 690.300 207.700 6.85 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 99 380 698.000 214.500 6.65 17.27 100 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.16 100 180 697.200 217.250 7.10 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 101 20 694.500 221.400 7.00 33.19 210 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 159.93 102 50 689.900 217.900 7.10 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 103 590 696.400 210.800 6.50 17.27 100 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.16 �409 Anejo 1. Datos hidroquímicos 104 160 689.650 208.600 6.90 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 105 50 690.100 219.900 6.50 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 106 180 709.400 212.750 6.89 30.83 189 92.50 21.99 0.96 0.00 19.08 10.81 0.10 145.44 107 7 710.250 217.600 7.20 60.59 322 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.05 108 10 717.100 216.400 7.10 60.59 322 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.05 109 140 712.600 212.100 7.30 29.86 200 89.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 149.93 110 180 714.200 206.200 6.90 29.17 182 87.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 139.34 111 380 698.000 214.600 6.70 17.93 102 53.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 80.16 �410 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.7. Principales características físicas y químicas de las aguas superficiales y subterráneas del área de estudio según diferentes investigaciones. SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD Aguas superficiales pH Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- Clmg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Formell y Oro,1980 Arroyo Cupey 7.3 0.031 0.020 0.005 0.100 1.500 34.0 73.0 14.0 3.0 2.8 13.0 7.0 1.0 113.8 Formell y Oro,1980 Arroyo al este del Río Jaragua 7.3 0.023 0.010 0.005 0.350 48.0 146.0 16.0 2.0 2.0 33.0 7.0 1.0 207.0 Formell y Oro,1980 Manantial río Jaragua 7.1 0.020 0.010 0.005 0.200 38.0 68.0 18.0 4.0 2.4 18.4 5.0 1.0 116.8 Formell y Oro,1980 Arroyo al oeste del Río Jaragua 7.4 0.052 0.010 0.005 0.150 26.0 73.0 16.0 1.0 2.8 16.6 6.0 1.0 116.4 Bugelsky y Formel,1973ª Nacimiento río Naranjo 6.5 0.021 0.010 0.005 0.100 0.050 8.0 24.4 4.2 2.0 2.0 3.4 4.0 40.0 Bugelsky y Formel,1973b Nacimiento río Pinos 6.9 0.018 0.002 0.005 0.050 18.0 48.8 3.9 2.0 2.4 7.4 4.0 68.5 INRH, 1965 Manantial en el curso superior del río Seco 6.6 0.031 0.002 0.005 0.050 18.0 61.0 3.9 2.0 2.8 9.7 4.0 83.4 INRH, 1971 Manantial en el curso superior del río Seco 6.6 0.018 0.002 0.005 0.100 0.050 14.0 48.8 5.3 2.0 0.7 9.9 4.0 70.7 INRH, 1985 Nacimiento del río Seco 6.6 0.012 0.010 0.005 0.050 14.0 39.7 5.3 2.0 0.5 8.8 4.0 60.3 Manantiales rocas ultramáfitas Bugelsky y Formel,1973 INRH, 1965 INRH, 1971 INRH, 1985 INRH, 1988 Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- ClSO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 6.5 0.018 0.002 0.005 0.050 8.0 24.4 4.2 2.0 2.0 3.4 4.0 40.0 6.9 0.031 0.002 0.005 0.005 18.0 48.8 3.9 2.0 2.4 7.4 4.0 68.5 6.6 0.011 0.001 0.005 0.010 18.0 61.0 3.9 2.0 2.8 9.7 4.0 83.4 6.6 0.013 0.002 0.005 0.015 14.0 48.8 5.3 2.0 0.7 9.9 4.0 70.7 6.6 0.012 0.002 0.010 0.015 14.0 39.7 5.3 2.0 0.5 8.8 4.0 60.3 pH Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- ClSO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 7.3 0.021 0.001 0.010 0.005 80.0 131.0 7.0 1.2 1.2 26.7 5.1 0.1 172.3 7.4 0.010 0.002 0.010 0.004 80.0 185.4 7.0 2.2 1.2 36.5 5.1 0.1 237.5 Nacimiento Río Naranjo Nacimiento Río Pinos Curso superior del río Seco Curso superior del río Seco Nacimiento del río Seco Pozos rocas ultramáfitas INRH, 1965 INRH, 1971 pH Yacimiento Moa Yacimiento Punta Gorda �Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.8. Principales características físicas y químicas de las aguas subterráneas del acuífero aluvial. Pto T oC pH Turbidez CE NO3 O2(dis) DQO Cr+6 Mn Ni Fe(total) SiO2 HCO3- Cl- SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 0.23 1 22 7.4 218 1.71 2.10 0.04 0.02 2.32 0.01 0.48 13.0 126.5 15.0 6.0 8.7 26.5 4.2 1.0 0.56 2 22 7.4 280 3.00 1.53 0.00 0.02 2.64 0.03 1.34 13.1 145.0 13.5 16.5 9.0 30.0 4.7 1.5 0.52 3 22 7.4 210 3.29 0.00 0.00 0.02 2.49 0.01 0.60 12.8 118.5 16.0 16.5 13.6 22.8 4.1 1.0 0.36 4 22 7.2 600 2.15 1.48 0.68 0.02 2.26 0.02 0.52 12.9 274.5 15.0 77.5 11.9 64.5 6.1 1.0 0.56 5 22 8.1 600 2.00 0.00 0.00 0.02 2.67 0.01 0.46 12.9 310.5 15.0 49.5 14.7 63.5 8.7 1.0 0.58 6 22 7.3 732 1.55 2.40 2.99 0.02 2.61 0.01 1.40 15.6 314.5 19.5 100.0 13.5 79.5 9.6 1.0 0.92 7 22 7.6 650 3.81 0.65 0.00 0.05 4.04 0.03 2.30 17.8 156.5 23.5 178.0 14.0 67.0 13.5 1.0 0.74 1520 1.40 8 22 7.1 0.00 0.69 0.06 5.77 0.04 3.16 16.6 228.0 27.0 433.0 76.0 98.3 18.6 1.0 0.95 1750 10.08 9 22 7.1 3.18 2.11 0.40 6.10 0.05 3.91 16.1 189.0 24.0 639.0 23.0 182.8 11.7 1.0 0.86 1708 1.00 10 22 7.5 0.95 0.00 0.06 5.53 0.04 2.38 16.0 189.0 20.5 632.2 18.5 182.5 11.5 2.0 0.46 11 22 7.3 550 1.94 1.15 0.48 0.04 3.19 0.03 2.03 27.6 365.0 33.5 40.0 14.0 58.0 17.5 1.0 1.23 5310 11.52 12 22 7.2 6.30 0.91 1.11 7.05 0.06 4.10 15.5 384.0 51.5 1824.0 49.0 433.8 214.4 1.0 1.24 4402 1.26 13 22 7.3 0.12 0.03 1.09 7.71 0.06 4.29 16.4 381.0 45.5 3512.0 176.0 756.6 75.5 1.5 2.01 4612 3.96 14 22 6.8 1.75 1.04 1.41 7.80 0.06 3.73 26.1 279.0 44.0 3072.0 115.7 748.8 35.5 1.5 2.14 5915 3.10 16 22 6.7 2.28 1.66 1.60 8.08 0.08 5.04 27.0 402.5 51.5 4771.5 173.5 1144.5 37.5 1.0 2.10 3440 12.40 17 22 6.9 3.70 1.29 0.78 6.88 0.06 4.35 26.1 421.0 32.5 2489.5 201.8 581.0 23.0 1.5 0.63 38 22 8.1 600 32.00 0.00 0.00 0.02 2.67 0.01 0.46 12.9 290.5 15.0 49.5 14.7 63.5 8.7 1.0 0.53 39 22 7.3 734 21.55 2.40 2.99 0.02 2.61 0.01 1.40 15.6 284.5 19.5 100.0 13.5 79.5 9.6 1.0 0.25 40 22 7.6 658 23.81 0.65 0.00 0.05 4.04 0.03 2.30 17.8 156.5 23.5 178.0 14.0 67.0 13.5 1.0 411 �412 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.9. Principales características físicas y químicas de las aguas superficiales. Pto pH Turbidez CE DQO Mn(total) Ni2+ Al3+ Fe(total) Cu2+ Co Cr+6 Zn NO3 NH4 SiO4H4 HCO3- Cl SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 29 6.8 32 95.1 4.0 0.029 1.300 0.049 0.560 0.050 0.003 0.045 0.005 11.4 0.1 12.6 34.2 15.3 5.0 2.0 15.8 8.3 2.0 24 7.0 31 92.4 3.4 0.009 2.030 0.050 0.540 0.051 0.003 0.045 0.008 3.1 0.5 12.3 33.7 14.9 10.8 2.0 13.4 16.0 1.2 23 6.8 3 91.7 3.0 0.008 0.053 0.068 0.040 0.006 0.003 0.030 0.004 3.2 0.5 12.3 35.2 14.9 5.6 2.0 13.6 18.0 1.0 21 6.8 6 113.2 4.2 0.006 0.030 0.066 0.040 0.006 0.005 0.041 0.004 3.1 0.1 7.8 41.5 18.1 1.0 2.7 9.8 15.6 2.0 26 34 6.8 4.2 32 27 18 19 20 2.8 2.8 6.7 6.8 6.5 3 28 96.2 98.5 116.3 31 18 111.1 18 113.5 29 114.3 26 118.2 11.6 0.0 0.080 2.000 1.000 2.520 0.015 0.005 0.960 2.000 0.004 1.200 0.020 1.110 0.028 0.041 0.070 1.500 11.2 10.1 1.3 0.1 8.4 8.0 0.2 0.7 4.8 4.1 4.1 3.600 2.000 1.012 1.050 1.021 0.510 3.500 1.050 1.200 1.500 0.500 0.120 0.500 0.120 0.006 2.040 0.210 1.860 1.360 2.360 0.004 0.002 0.300 0.004 0.002 0.011 3.200 1.2 1.01 1.2 0.030 0.041 0.05 0.04 0.05 2.650 0.280 0.000 0.000 0.000 0.9 0.2 1.4 1.6 1.2 0.2 0.9 10.9 7.3 11.2 9.65 8.75 44.2 13.3 38.4 16.1 39.4 36.6 38.0 38.6 38.0 28.4 29.8 14.0 14.0 16.9 2.6 5.4 66.2 46.2 14.0 11.0 16.1 3.3 20.9 13.5 18.3 14.8 8.2 2.0 1.7 2.9 19.3 3.2 19.2 6.0 17.0 6.0 20.0 7.0 18.50 8.5 7.9 6.8 7.1 8.2 1.0 1.2 1.0 1.0 1.6 Tabla A1.10. Principales características físicas y químicas de las aguas de las rocas ultramáficas. Pto pH Turbidez CE MO Mn(total) Ni2+ Al3+ Fe(total) Cu2+ Co Cr+6 Zn NO3 NH4 SiO4H4 HCO3- Cl SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 15 7.1 0.25 54.7 0.0 0.005 0.005 0.006 0.07 0.003 0.004 0.008 0.009 9.7 0.9 10.5 35.9 16.2 1.4 2.8 9.2 6.2 1.1 50.8 22 6.5 0.60 0.0 0.004 0.005 0.006 0.070 0.002 0.004 0.006 0.007 11.2 0.8 8.3 35.5 16.2 1.4 2.8 9.2 6.2 1.1 25 6.2 0.65 51.3 0.0 0.005 0.007 0.003 0.08 0.002 0.004 0.006 0.006 10.1 0.2 7.6 36.6 14.2 1.5 3.1 8.9 7.0 1.0 41 6.3 0.78 56.8 0.0 0.003 0.004 0.002 0.08 0.001 0.002 0.002 0.002 9.2 0.9 8.1 39.5 16.2 1.4 2.8 9.1 6.9 0.21 42 6.6 0.81 43 44 6.7 6.8 0.45 0.46 45 46 7.1 7.1 0.65 0.32 47 6.9 0.68 48 49 7.1 7.2 0.83 1.25 50 7.3 1.36 41.3 45.7 0.0 0.004 0.003 0.002 0.09 0.001 0.001 0.002 0.005 9.8 0.7 7.9 46.6 14.2 1.5 3.1 9.9 7.9 0.5 0.0 0.0 0.003 0.002 0.005 0.007 0.004 0.005 0.06 0.07 0.002 0.003 0.003 0.004 0.003 0.001 0.005 0.004 12.2 13.3 0.5 0.4 8.5 7.9 65.5 16.2 56.6 14.2 1.4 1.5 2.8 3.1 9.2 8.1 6.4 5.0 0.3 0.2 61.3 0.0 0.0 0.003 0.005 0.005 0.007 0.003 0.003 0.05 0.04 0.002 0.001 0.003 0.002 0.002 0.003 0.003 0.003 11.8 9.0 0.6 0.7 8.8 9.6 45.1 16.2 32.9 14.2 1.4 1.5 2.8 3.1 7.7 8.5 6.8 7.3 0.6 0.5 50.8 51.3 0.0 0.003 0.005 0.005 0.06 0.001 0.001 0.005 0.004 10.6 0.3 8.3 37.1 16.2 1.4 2.8 7.6 6.5 0.7 0.0 0.0 0.005 0.005 0.007 0.005 0.002 0.006 0.08 0.17 0.001 0.003 0.002 0.004 0.002 0.008 0.005 0.009 11.3 8.6 0.5 0.9 6.5 10.5 39.6 14.2 51.1 16.2 1.5 1.4 3.1 2.8 9.1 19.9 7.0 12.2 0.8 0.2 0.0 0.005 0.007 0.006 0.82 0.003 0.004 0.007 0.006 7.7 0.6 12.3 54.9 14.2 1.5 3.1 18.7 14.0 0.1 55.2 58.1 66.2 71.9 �413 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla a1.11. Relaciones iónicas aguas subterráneas acuífero aluvial (r=meq/L). Punto rNa/rCl rNa/rK rCl/rK rCl/rSO4 rCl/rMg rCa/rMg rNa/rMg rCO3H/rCa rCO3H/r(Ca+Mg)rNa/rCa rCO3H/r(Na/Ca) rNO3/rSO4 icb(-) icb kr (rSO4*rCa)1/2 1 0.37 6.46 17.63 3.10 0.45 0.17 0.07 0.37 1.50 0.41 5.08 0.050.14 0.69 1.21 0.24 2 0.47 7.31 15.42 1.00 0.39 0.17 0.07 0.33 1.63 0.43 5.45 0.120.09 0.59 1.34 0.41 3 0.35 5.44 15.42 1.05 0.39 0.39 0.08 0.40 1.15 0.20 9.81 0.130.12 0.71 1.39 0.51 4 0.66 10.16 15.42 0.24 0.39 0.11 0.05 0.16 2.84 0.42 11.07 0.020.03 0.41 2.37 1.01 5 1.16 15.29 13.22 0.34 0.34 0.14 0.08 0.17 2.92 0.55 9.14 0.030.00 -0.08 2.62 0.84 6 0.78 15.50 19.83 0.24 0.51 0.14 0.07 0.15 2.77 0.47 10.96 0.000.02 0.27 2.81 1.34 Media 1-6 0.63 10.03 16.16 1.00 0.41 0.19 0.07 0.26 2.13 0.41 8.59 0.06 7 0.88 24.30 27.54 0.20 0.71 0.12 0.12 0.17 1.58 1.04 2.44 0.020.02 0.15 1.56 1.45 8 1.12 30.93 27.54 0.08 0.71 0.54 0.10 0.08 0.69 0.18 19.95 0.000.00 -0.09 3.87 6.17 9 0.81 18.69 23.13 0.05 0.59 0.07 0.03 0.06 1.60 0.48 6.68 0.010.01 0.24 2.17 3.62 10 0.85 9.35 11.02 0.04 0.28 0.09 0.03 0.12 0.94 0.35 8.88 0.000.02 0.33 2.27 4.18 11 0.57 22.09 38.55 1.25 0.99 0.05 0.14 0.24 5.06 2.83 2.15 0.020.01 0.20 1.67 2.56 12 5.93 372.13 62.79 0.04 1.61 0.06 0.26 0.03 2.07 4.76 1.30 0.00-0.17 -4.91 4.25 8.94 13 2.73 129.14 47.37 0.02 1.21 0.13 0.05 0.01 0.69 0.41 15.00 0.00-0.03 -1.71 6.75 23.98 14 1.18 28.04 23.68 0.02 0.61 0.10 0.02 0.03 0.55 0.23 19.62 0.000.00 -0.14 5.04 19.75 16 1.05 61.17 58.38 0.02 1.49 0.08 0.02 0.01 0.76 0.20 34.77 0.000.00 -0.03 7.18 28.12 17 1.22 44.18 36.35 0.02 0.93 0.21 0.02 0.02 0.62 0.11 60.03 0.000.00 -0.19 7.73 22.76 Media 7-17 1.63 74.00 35.64 0.17 0.91 0.14 0.08 0.08 1.46 1.06 17.08 0.010.07 0.45 1.95 0.40 Media 1-17 1.18 47.07 26.66 0.45 0.68 0.15 0.07 0.14 1.61 0.77 13.08 0.020.12 0.43 0.83 0.16 �Anejo 1. Datos hidroquímicos 414 �Anejo 1. Datos hidroquímicos Especies 3 Zn SO4 CrO42Cr2O72H4SiO4 98.0 98.0 Ni2+ 100.0 Zn2+ ZnHCO AlSO4 Cu2+ CuOH2 CuSO4 + Mn SO4 Al3+ Al(OH)4 Al(OH)2 3 Ca2+ 89.0 CaSO4 Mg2+ 90.0 MgSO4 99.5 Cl100 SO4278.0 MgSO4 20.0 HCO3- 94.0 CO2 Fe2+ 48.0 FeHCO3 30.0 FeSO4 Fe(OH)2 + 82.0 Fe(OH)3 Mn2+ 29.0 MnHCO 61.0 Aguas no contaminadas del acuífero aluvial puntos (l –6) 98.0 99.4 99.3 407 Agua intersticial Agua subterránea Aguas residuo ACL Ultramáficas superficiales puntos (25-26) puntos (19-20) 97.0 57.0 41.0 52.0 46.0 95.0 100 53.0 44.0 99.8 99.0 85.0 12.0 62.0 47.0 96.0 59.0 39.0 54.0 44.0 96.0 100 58.0 38.0 84.0 99.8 100 84.0 15.0 79.0 21 83.0 16.0 87.0 12.0 85.0 14.0 99.0 100 58.0 41.0 70.0 30.0 77.0 12.0 11.0 72.0 28.0 74.0 26.0 50.0 17.0 33.0 49.0 27.0 51.0 48.0 52.0 15.0 31.0 32.0 66.0 100.0 100.0 70.0 73.0 13.0 17.0 10.0 75.0 50.0 12.0 48.0 10.0 100.0 87.0 96.0 82.0 98.0 100.0 100.0 56.0 38.0 100.0 78.0 15.0 76.0 82.0 11.0 14.0 11.0 99.0 100.0 41.0 17.0 33.0 66.0 11.0 23.0 51.0 15.0 34.0 100.0 100.0 50.0 13.0 30.0 Aguas Agua contaminad intersticial as puntos residuo SAL (12-17) Tabla A1.12. Resultados de la simulación con el Programa FREEQCI. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en las aguas superficiales y subterráneas (valores medios en % del elemento en la especie de acuerdo al modelo geoquímico). Elemeto Ca2+ Mg2+ Na+ ClS(6) C(4) Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cu2+ Co2+ Ni2+ Zn2+ Cr6+ Si �Anejo 1. Datos hidroquímicos 1975 1986 Subterránea Superficiales Subterránea Superficiales Subterránea Superficiales 7 34 7 34 7 34 6.3 7.2 9.2 10.3 0.010 0.010 0.011 0.020 0.010 0.020 107.0 0.010 0.100 10.7 0.010 0.040 0.020 0.023 0.600 0.046 2.600 0.060 0.070 0.050 0.110 0.090 0.200 0.120 INRH, (1965) INRH, (1965) INRH, (1985) INRH, (1985) INRH, (1986) INRH, (1986) 408 Tabla A1.12. Concentración media en mg/L de los principales contaminantes de las aguas subterráneas del acuífero aluvial y superficiales del río Moa, de acuerdo a diferentes trabajos. Punto SO4 Año Aguas Ni Cr(VI) Mn Fetotal Referencia 7 Este trabajo 1996 Subterránea 570.0 0.04 0.053 4.100 2.300 34 Este trabajo Superficiales 66.1 3.51 0.040 2.100 0.070 1963 Tabla A1.13. Evolución del contenido de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 del acuífero aluvial (datos del INRH) Punto Año SO (mg/L) CE(mS) 4 Pozo 7 1975 7.1 177.1 Pozo 7 1978 20.2 287.4 Pozo 7 1982 80.3 323.2 Pozo 7 1983 98.1 384.1 Pozo 7 1984 110.0 448.1 Pozo 7 1985 93.5 500.3 Pozo 7 1987 160.1 480.4 Pozo 7 1988 151.2 540.2 Pozo 7 1990 138.7 508.6 Pozo 7 1991 145.8 513.5 Pozo 7 1992 158.2 528.6 Pozo 7 1994 179.1 544.7 Pozo 7 1995 201.1 593.9 Pozo 7 1996 257.2 741.1 �Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla. A1.14. Principales parámetros de la normativa internacional de agua potable de la O.M.S y norma cubana de agua potable. 409 Sustancias químicas que afectan a la potabilidad del agua Organización Mundial de la Salud (OMS) 1971 Norma cubana (NC, 1985, 1995) Sustancias Concentración Concentración Concentración Concentración máxima aceptable máxima máxima máxima permitida aceptable permitida Sólidos totales 500 1000 500 1000 Color (escala del platino Cobalto) 5 50 5 50 Turbidez (en mg/L de SiO2) 5 25 Gusto No detectable No detectable No detectable No detectable PH 7-8.5 6.5-9.2 7-8.5 Calcio (mg/L) 75 200 200 Magnesio(mg/L) 50 150 50 150 30 30 30 30 Si SO4>250 mg/L 125 125 125 125 Si SO4<250 mg/L Sulfato(mg/L) 200 400 400 H2S 0.05 0.05 Cloro (mg/L) 200 600 250 600 Hierro (mg/L) 0.3 1 0.3 1 Manganeso (mg/L) 0.1 0.5 0.1 0.5 Cobre (mg/L) 0.05z 1.5 1 Zinc (mg/L) 5 15 5 15 Níquel (mg/L) 0.05 Sustancias químicas que pueden afectar la salud Sustancias Fluor 0.5 1.5 1 Nitrato 45 100 45 Sustancias tóxicas Sustancias Plomo(mg/L) 0.1 <0.1 <0.1 Selenio (mg/L) 0.01 0.01 Arsénico (mg/L) 0.05 <0.05 <0.05 Cromo hexavalente (mg/L) 0.05 0.05 Cianuro 0.2 0.2 Cadmio (mg/L) 0.01 0.005 Bario (mg/L) 1 0.03 Mercurio (mg/L) 0.01 0.01 Plata (mg/L) 0.05 0.05 Indicadores químicos de polución Indicador Demanda química de oxígeno (DQO) 10 10 10 10 Demanda bioquímica de oxigeno(DBO) 6 6 6 6 Nitrógeno total (excluido el NO3) 1 1 1 1 NH3 0.5 0.5 0.5 0.5 Carbono (extracto de cloroformo) 0.5 0.5 0.5 0.5 Grasas 1 1 1 1 �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 419 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción A2.1. Introducción La mayor parte de la contaminación por metales de las aguas superficiales y subterráneas del área de estudio está motivada por la actividad minero-metalúrgica, pero al parecer existen otras fuentes de aporte de metales al medio hídrico. Con el objetivo de establecer las diferentes fuentes que dan lugar a la presencia de los contaminantes metálicos en el agua se realizaron ensayos Batch con muestras representativas de los diferentes materiales geológicos del área de estudio y de los residuos metalúrgicos sólidos de la industria del níquel almacenados en las presas sobre las terrazas aluviales del río Moa. A2.2. Ensayos Batch Con el objetivo de conocer la capacidad de los diferentes materiales geológicos y los residuos sólidos de transferir sales al medio acuoso se realizaron ensayos Batch con diferentes relaciones agua roca (Tabla A2.1 y A2.2), controlando el pH inicial y el pH final (Tabla A2.3). La masa de cada elemento lixiviada se calculó por diferencia con la concentración total de este en la muestra sólida inicial y la concentración medida en la solución acuosa. Como resultado de los ensayos Batch se obtuvo que la mayoría de las muestras de material geológico del territorio y los residuos metalúrgicos presentaban la capacidad de transferir al medio en presencia de agua, diferentes proporciones de sales solubles, entre las que se encuentran proporciones importantes de metales (Figura A2.1). Se puede apreciar que la masa de metal liberada para la relación sólido/líquido de 1:5 es muy pequeña en todos los casos, incrementándose en la misma medida que se incrementa la proporción de agua. En el caso de los residuos mineros se observó que son los que presentan los mayores valores de liberación de metal al medio acuoso, siendo el residuo del proceso metalúrgico de lixiviación ácida (SAL, pH=4.1) el que libera mayor masa de metal (Tabla A2.2 y Figura A2.1). �420 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Tabla A2.1. Concentración de los metales en los residuos, el corte laterítico y una muestra del aluvial (g/kg). Elementos SAL ACL ZLS ZLI ZS AL Cu 0.86 0.12 0.02 0.06 0.03 0.01 Cr 24.79 19.72 0.17 21.07 27.91 0.39 Co 1.31 1.15 0.05 0.59 0.21 0.01 Ni 7.23 6.47 4.51 9.85 2.59 4.51 Fe 430.00 450.00 530.00 453.00 190.00 421.00 Mn 18.00 19.00 16.00 18.00 8.00 11.00 Zn 0.67 0.45 0.03 0.33 0.26 0.03 Sr 18.00 16.00 22.00 14.00 6.00 0.20 SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, Al: aluvial Tabla A2.2. Masa de metales lixiviada en los ensayos de Batch (expresada en % en peso con respecto a la masa total del metal en el residuo). SAL Cu Cr Co Ni Fe Mn Zn Sr 1:5 0.08 0.00 0.11 0.04 0.00 0.32 0.10 0.00 1:20 0.48 0.00 0.86 0.23 0.00 2.17 1.75 0.02 ACL 1:250 8.52 0.02 1.30 0.52 0.01 2.04 7.41 0.94 1:5 0.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.09 0.00 1:20 0.84 0.00 0.07 0.04 0.00 0.07 0.49 0.01 ZLS 1:250 28.08 0.01 0.35 0.37 0.00 0.36 4.27 0.55 1:20 10.39 0.26 0.60 0.03 0.00 0.01 3.87 0.00 ZLI 1:250 45.00 3.14 8.88 0.41 0.00 0.10 6.20 0.04 1:20 3.73 0.00 0.02 0.01 0.00 0.00 0.47 0.00 ZS 1:250 49.82 0.03 0.69 0.19 0.01 0.06 8.06 0.51 1:20 5.71 0.00 0.12 0.06 0.00 0.01 0.55 0.02 1:250 42.3 0.01 1.31 0.89 0.01 0.14 6.10 1.20. SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica. El pH inicial de las muestras al parecer juega un importante papel en la masa de metal lixiviada, siendo mayor en el residuo SAL que presenta un pH ácido. En el ensayo de Batch se aprecia que el pH de las diferentes soluciones se incrementa pasadas 24 horas de agitación (Tabla A2.3). Tabla A2.3. Valores del pH inicial y final durante los ensayos Batch. SAL Ratio 1:5 1:20 1:250 1:5 pH 4.52 4.61 4.52 7.2 inicial pH 4.72 7.02 6.85 7.65 final ACL 1:20 7.80 ZLS ZLI ZS AL 1:5 1:20 1:250 1:250 1:5 1:20 1:250 1:5 1:20 1:250 1:5 1:20 1:250 7.8 7.86 7.90 7.72 5.39 5.37 5.31 5.79 5.73 5.85 7.10 7.16 7.10 7.52 7.86 7.39 7.63 7.60 7.58 7.64 7.60 7.32 7.48 7.55 7.80 7.39 7.60 SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, Al: aluvial Durante el análisis de las soluciones resultantes del ensayo Batch se controlaron otros metales (vanadio, titanio, aluminio, bario, plomo, el mercurio, el arsénico y el cadmio. , que no fueron detectados con el equipo empleado en el análisis. �421 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 80 Mn 1:250 Mn 1:20 Mn 1:5 60 40 20 Masa lixiviada (mg/kg) Masa lixiviada (mg/kg) 80 ZLI 4 ZS Fe 1:5 40 20 Cr 1:250 Cr 1:20 3 SAL ACL ZLS AL Cr 1:5 2 1 ZLI ZS AL 4 Masa lixiviada (mg/kg) SAL ACL ZLS Masa lixiviada (mg/kg) Fe 1:20 0 0 Co 1:250 Co 1.20 3 Co 1:5 2 1 0 0 ZLI 12 ZS Ni 1:250 Ni 1:20 Ni 1:5 8 SAL ACL ZLS AL 4 ZLI 12 Masa lixiviada (mg/kg) SAL ACL ZLS Masa lixiviada (mg/kg) Fe 1:250 60 ZS AL Zn 1:250 Zn 1:20 Zn 1:5 9 6 3 0 0 SAL ACL ZLS ZLI ZS AL SAL ACL ZLS ZLI ZS AL Figura A2.1. Masa lixiviada en los ensayos de Batch a diferentes relaciones agua residuo. SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, AL: aluvial. A2.3. Secuencia de extracción (SE) Considerando que los residuos minero-metalúrgicos son los que representan las principales fuentes contaminantes de las aguas superficiales y de las aguas subterráneas del acuífero aluvial y viendo los resultados de los ensayos Batch anteriormente descritos se realizó una secuencia de extracción (SE) o especiación de los dos residuos con el objetivo de conocer las posibles formas o especies en que se encuentran. Determinar los mecanismos de adsorción y formas en que se encuentran los metales partir de las fases en que se desarrolla el lixiviado. Los resultados de las SE nos brindan una información �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 422 aproximada que nos permite estimar las posibles formas en que pueden ser movilizados los diferentes elementos contaminantes. La metodología desarrollada es una adaptación de la de Ma y Urem (1995) para suelos con pH ácido, descrita en el Capítulo 3 de esta memoria. La concentración total de cada elemento en cada uno de los pasos o fases de la secuencia de extracción se detalla en la Tabla A2.4 y A2.5. La masa de cada elemento extraído en cada paso se calculó por diferencia con la concentración total de este en el residuo. El análisis estadístico muestra que la desviación es inferior al 10% para los elementos que su masa es superior al 0.001% en peso respecto al total, con la excepción del bario. Los resultados de la secuencia de extracción muestran que las mayores concentraciones de los diferentes elementos analizados se encuentran asociados a los óxidos e hidróxidos, con la excepción del bario. Estos resultados son obvios si consideramos que la composición de estos residuos son fundamentalmente óxidos e hidróxidos de Fe y Al. A continuación detallaremos los resultados de la secuencia de extracción paso por paso. Paso 1: Fracción soluble en agua. La fracción de sales solubles en agua, normalmente está asociada a los minerales de sulfato. La solución extractante empleada en este caso es agua destilada a pH=5.5, se emplea este pH porque es el establecidos para realizar los test a los residuos y además es el pH de equilibrio del agua de lluvia. El residuo ácido (SAL) es el que presenta la mayor capacidad de transferir metales al medio acuoso, mientras que el residuo ACL transfiere muy pocas sales al medio acuoso. Los resultados muestran como el pH del residuo al parecer es el factor que controla la movilidad de los diferentes metales analizados, siendo mayor en el residuo SAL, que presenta un pH inferior al de la solución extractante. En el residuo ACL, que presenta mayor pH, más porcentaje de partículas tamaño arcilla y mayor contenido de materia orgánica, se observa que la transferencia al medio acuoso es más limitada. El conocimiento de la fracción de metales que es potencialmente transferible al medio acuoso por disolución es de extraordinaria importancia pues en el caso de Moa las condiciones climáticas (precipitaciones anuales de más de 2000 mm) favorecen el proceso de disolución de los solutos al ponerse en contacto con las aguas meteóricas y su transporte e infiltración hasta las aguas subterráneas (Tabla A2.4 y A2.5). �423 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Paso 2. Fracción adsorbida Los metales producidos por la actividad antropogénica normalmente están adsorbidos de diferentes formas en la superficie de las partículas de la matriz del medio poroso, en las cavidades y poros de las partículas o formando complejos en su superficie (Sposito, 1984; Sparks, 1995). La solución extractante empleada en este paso es NaEDTA 1% en NH4Oac 1M con pH 8.3. Se ha comprobado que el residuo ACL presenta una mayor proporción de metales adsorbidos que el residuo SAL. En este paso la masa total de metales es mucho mayor que la masa fácilmente soluble en agua. La extracción de los metales en orden decreciente en el residuo SAL es Al>>Fe>Mn>Ni>Zn»Co>Cr >Ba>Ti>V, mientras que en el residuo ACL es diferente Fe>Mn>Al >Ni>>Co>>>Ba»Zn>V>Ti (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Paso 3. Fracción fácilmente reducible asociada al manganeso En este paso se emplea una solución de hidroquinona al 0.2% en NH4Oac 1M con pH=7, capaz de reducir el Mn. La fracción fácilmente reducible es muy pequeña (menos del 2.2% del peso total) en todos los metales. En esta fase la masa total de metal liberada es inferior a la fracción adsorbida y mayor que la fracción fácilmente soluble en agua. La masa de metales extraída en el residuo SAL en orden decreciente es Al>Fe>Mn>Co>Cr>Ni>V y en el residuo ACL es Fe>Mn>Ni>Al>Co> Cr>Ba (Tabla A2.4 y A2.5). Paso 4. Fracción asociada a los carbonatos En esta fracción se encuentran los metales asociados a los carbonatos de calcio y magnesio. Se emplea en este caso una solución de acetato sódico 0.5M a pH=4.74. A pesar de la existencia de carbonato en el residuo ACL se detecta la presencia de una pequeña fracción de metales asociados a esta fase (Tabla A2.4 y A2.5). En el caso del residuo SAL no existen carbonatos para las condiciones de pH que presenta. �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 424 Paso 5. Fracción asociada a la materia orgánica (OM). En este paso se trata de separar los metales asociados a la materia orgánica eliminándola (Thomas, (1975), para ello se aplica agua oxigenada a pH=4.74, añadiendo al cabo de una hora acetato sódico con una concentración de 0.5M a pH=4.74. En esta fase se aprecia que la masa de metales asociada a la fracción orgánica es mucho mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL, lo cual es de esperar debido a su diferencia en el contenido de materia orgánica. La masa total de metal liberada en ACL es de 868 mg/kg mientras que en el residuo SAL es casi 4 veces menor (228 mg/kg). Las concentraciones de metales más significativas asociadas a la materia orgánica son el Co, Ni, Cr y Mn y las menos importantes el Zn, V y AL (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Paso 6. Fracción asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al La adsorción de metales en los óxidos e hidróxidos de los diferentes metales depende del pH, con rangos que varían según el tipo de metal estudiado. De acuerdo al pH de la solución aplicada el proceso predominante puede ser la adsorción o la desorción (Sposito, 1984; Sparks, 1995). En nuestro ensayo se ha aplicado una solución extractante de (NH4)2C2O4 0.175M con H2C2O4 0.1M con ratio 1:1, a pH=3.25. En el residuo ACL, para la solución acuosa aplicada de pH=3.5, se obtienen las mayores concentraciones de metal asociado a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al lo que demuestra que estos metales están fuertemente fijados a la matriz de las partículas sólidas, por lo que la movilidad de la mayor parte de los metales asociados a los residuos es muy limitada (Tabla A2.4 y A2.5). Paso 7. Fracción residual Se realiza la digestión total de la muestra sólida resultante de los anteriores pasos, para ello se aplica un ataque escalonado de ácidos fuertes (HF, HNO3 y HCLO4) con ratios de 1:10. Los resultados de la digestión total muestran que los residuos están principalmente formados por Fe en más del 40% y en segundo lugar se encuentra el Al con una concentración superior al 4.5%. La masa total de todos los metales asociada a la estructura mineral es superior al 74% en cada uno de los elementos analizados en el residuo ACL, con la excepción del bario y en el residuo SAL es superior al 85%, con la �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 425 excepción del bario. A continuación detallaremos la distribución de los diferentes metales con énfasis en los que han sido detectados en las aguas superficiales y subterráneas del municipio de Moa (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Níquel: La masa de Ni del residuo SAL que es transferida a la solución acuosa en el primer paso de la SE es un orden de magnitud mayor que la del residuo ACL. Esta diferencia es debida a la diferencia de pH. Sucede lo contrario en el segundo paso donde la fracción de Ni adsorbida en el residuo ACL es más de un orden de magnitud que la del residuo SAL, aspecto que puede estar condicionado por el pH y el hecho de que el residuo ACL presenta una granulometría algo más fina. En el tercer paso se aprecia que la masa de Ni asociado al Mn fácilmente reducible en el residuo ACL es más de dos órdenes de magnitud que la existente en el residuo SAL, aspecto que consideramos está motivado por la diferencia de pH. En el cuarto paso se puede apreciar que el Ni asociado a los carbonatos en el residuo ACL es aproximadamente el 2.9% de la concentración total de este elemento en el residuo. En el quinto paso se aprecia que la masa de Ni asociada a la materia orgánica es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL con relación al residuo SAL, esta diferencia se debe a que en el proceso metalúrgico que origina el residuo ACL utiliza petróleo en el proceso de reducción de la fase mineral. En el sexto paso se aprecia que la masa principal del níquel extractable está asociado a la fracción de óxidos e hidróxidos de Fe por lo que su movilidad es muy limitada y solamente puede ocurrir ante soluciones muy ácida (pH<3). En el paso 7 se puede apreciar que en ambos casos más del 86% de la masa total de Ni está asociada a la estructura mineral y que solamente es posible liberarlo con un ataque con ácidos fuertes. Considerando la masa de Ni que puede ser liberada por estos residuos se puede plantear que el que mayor riesgo se presenta en el residuo SAL debido a su pH (Tabla A2.4 y A2.5). Cromo: la masa de Cr transferible a la solución acuosa en el primer paso es muy pequeña en el caso del residuo SAL 0.06 mg/kg, mientras que en el residuo ACL es nula. La fracción de Cr adsorbida en el residuo ACL es tres veces mayor que en el residuo SAL. La fracción de Cr asociada al Mn fácilmente reducible es casi un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. En el caso de los carbonatos la masa de Cr relacionada en el residuo ACL es pequeña (1.5 mg/kg). La masa de cromo asociada a la materia orgánica es un orden de magnitud superior en el �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 426 residuo SAL en comparación con el residuo ACL. En el caso del residuo SAL la masa asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y AL es algo menos de la mitad que la extraída en el residuo ACL. El contenido de Cr asociado a la fracción residual es tres veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL (Tabla A2.4 y A2.5). Manganeso: la fracción de Mn que es transferida al medio acuoso (paso 1) en el residuo SAL es un orden de magnitud superior que la transferida por el residuo ACL, esta diferencia es debida al pH del residuo. La masa de Mn adsorbida en el residuo ACL es un orden de magnitud mayor que la adsorbida en el residuo SAL, la diferencia se debe al pH del medio, pues a pH ácidos la adsorción del Mn disminuye y viceversa. La masa de Mn fácilmente reducible es 6 veces mayor en el residuo ACL en comparación con la del residuo SAL. La fracción de Mn en el residuo ACL es importante 433 mg/kg. La masa de manganeso asociado a la materia orgánica en el residuo ACL es un orden de magnitud superior a la del residuo SAL, esta diferencia es debido a la presencia de alifáticos en el residuo ACL como resultado del petróleo añadido en el proceso metalúrgico. La masa de Mn en el residuo asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al en el residuo ACL es similar en cantidad a la masa asociada a la materia orgánica, mientras que en el residuo SAL es prácticamente el doble de la asociada a la materia orgánica. La concentración de manganeso en la fracción residual es 1.4 veces mayor en el residuo ACL en comparación con la del residuo SAL (Tabla A2.4 y A2.5). Hierro: la fracción de Fe transferida al medio acuoso es dos veces mayor en el residuo SAL, esta diferencia se debe al pH y es probable que parte de este Fe se encuentre en estado amorfo, aunque comparado con la concentración total de Fe en los residuos se puede considerar prácticamente insignificante la masa liberada. El Fe adsorbido es un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. La masa de Fe asociada al Mn fácilmente reducible es 9 veces mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. La fracción de Fe asociada a los carbonatos en el residuo ACL es de 312 mg/kg. La masa asociada a la materia orgánica es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL, aunque es mucho menor que la masa asociada al Mn. La fracción de Fe asociada a los óxidos de Fe y Al es un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con la masa del residuo SAL. El Fe asociado a la fracción residual en ambos residuos supera el 43% del peso total (Tabla A2.4 y A2.5). �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 427 Cobalto: la fracción de Co que pasa al medio acuoso es un orden de magnitud mayor en el residuo SAL en comparación con el residuo ACL. La masa de Co adsorbida es 20 veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. La masa de Co asociada al Mn fácilmente reducible es 7 veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. En el caso de los carbonatos la masa de Co adsorbida es de 40 mg/kg en el residuo ACL. La masa de Co asociada a la materia orgánica es 7 veces mayor en el residuo ACL. En el caso de los óxidos de Fe y Al es casi 2 veces mayor en el residuo ACL. La masa total de Co en el residuo ACL es tres veces mayor que en el residuo SAL. En el caso del residuo SAL se puede señalar que la concentración de Co es muy similar en los 6 primeros pasos de la secuencia de extracción con un rango entre 1.45 y 3.81 (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Durante el análisis de las soluciones resultantes de la secuencia de extracción se controlaron otros metales como el Zn, V, Ti, AL y el bario los cuales se relacionan en la Tabla A2.4 y A2.5. Además se analizó el plomo, el mercurio, el arsénico y el cadmio pero en ningún caso se detecto concentración en las soluciones obtenidas en cada uno de los pasos de la SE. La SE nos brinda varios resultados y dentro de ellos uno de los más importantes es conocer la masa de metales que esta biodisponible en los residuos, con el objetivo de poder disponer de una estimación de las concentraciones que pueden pasar al medio ambiente. La masa biodisponible se corresponde con la suma de los dos primeros pasos de la SE. En este estudio hemos podido constatar que la masa de los principales contaminantes en el caso del Cr es de 0.2 mg/kg en el residuo ACL, mientras que en el residuo SAL es tres veces mayor (0.67 mg/kg) (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6).. En el Ni la masa biodisponible del residuo ACL es 796 mg/kg, prácticamente tres ordenes de magnitud mayor que en el residuo SAL (5.48 mg/kg). Sin embargo en este caso para el residuo ACL esta masa se mueve poco debido a las condiciones de pH casi neutras del medio. En el caso del Co la masa es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con la masa del residuo SAL. El otro elemento que podría tener interés desde el punto de vista medioambiental es el Zn, pero la masa disponible en los dos casos es pequeña (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). �428 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 1000000 Residuo SAL 100000 Concentración (mg/kg) 10000 1000 100 10 1 Masa total Masa extracctable Masa biodisponible 0.1 0.01 Co Zn V Ni Cr(total) Ti Mn Al Fe Ba 1000000 Residuo ACL 100000 Concentración (mg/kg) 10000 1000 100 10 1 Masa total Masa extractable Masa biodisponible 0.1 0.01 Co Zn V Ni Cr(total) Ti Mn Al Fe Ba Metales Figura A2.2. Comparación de la concentración total de 10 metales en cuanto a su concentración total, la extractable y la biodisponible. �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 429 ��419 Fase Soluble en agua Desviación estándar % del total Adsorbida Desviación estándar % del total Asociado al Mn reducible Desviación estándar % del total Asociado carbonato Desviación estándar % del total Asociado a la materia orgánica Desviación estándar % del total Asociado a óxidos de Fe y Al Desviación estándar % del total Residual Desviación estándar % del total Suma todas las fases Extractable Biodisponible Pasos 1 2 3 4 5 6 7 Total 297.89 16.89 3.59 281.00 11.00 85.67 ±9.23 3.81 0.40 1.16 3.23 0.88 0.98 2.32 0.47 0.71 2.14 0.15 0.65 Co 1.45 0.44 0.40 127.46 4.06 2.91 123.40 6.10 89.43 ±7.64 n.d. n.d. n.d. 0.01 0.00 0.00 n.d. n.d. n.d. 2.41 0.80 1.75 Zn 0.50 0.06 0.36 237.02 19.92 0.08 217.10 9.70 82.87 ±9.24 19.4 0.90 7.40 0.27 0.47 0.10 0.04 0.07 0.01 0.08 0.19 0.03 V n.d. n.d. n.d. 1620.30 24.20 5.48 1596.10 95.40 98.62 ±0.17 14.24 0.91 0.81 1.92 2.78 0.11 0.1 1.36 0.01 2.79 2.53 0.16 Ni 3.05 0.15 0.17 5166.54 61.74 0.67 5104.80 353.00 96.92 ±1.91 42.37 3.24 0.80 15.72 1.76 0.30 0.44 0.22 0.01 0.61 0.30 0.01 Cr(total) 0.06 0.01 0.00 5490.46 10.46 0.16 5480.00 141.3 96.58 ±3.24 10.20 0.77 0.18 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.15 0.01 0.00 Ti 0.01 0.01 0.00 1471.60 70.50 2.98 176.76 5.30 0.36 263.79 49.06 0.53 898.13 234.91 1.82 Al 12.04 0.25 0.02 1229.73 136.14 0.28 2.71 1.62 0.00 37.27 8.19 0.01 55.47 14.91 0.01 Fe 1.57 0.51 0.00 0.02 0.03 0.06 0.04 0.04 0.15 n.d. n.d. n.d. 0.44 0.23 1.55 Ba 18.50 8.14 65.37 4050.47 243.47 94.58 49362.6 2981.0 910.17 435798.7 1424.89 56.04 23.42 20.02 18.94 3807.00 46381.60 434373.80 3.40 214.50 2661.80 18434.00 7.35 91.45 94.03 99.67 12.01 ±2.70 ±0.06 ±0.01 ±17.26 44.27 2.47 1.06 27.49 2.63 0.66 22.35 4.05 0.54 36.76 8.27 0.88 Mn 57.82 1.80 1.39 497368.20 2835.64 228.16 326.22 996.48 Total 94.00 Tabla A2.4. Concentración de los diferentes metales y la fracción extractable de cada uno de los elementos en el residuo SAL (concentración en mg/kg, n.d. no detectado). Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción �420 Fase Soluble en agua Desviación estándar % del total Adsorbido Desviación estándar % del total asociado al Mn reducible Desviación estándar % del total Asociado carbonato Desviación estándar % del total Asociado a la materia orgánica Desviación estándar % del total Fe and Al oxides Desviación estándar % del total Residual Desviación estándar % del total Suma todas las fases Extractable Biodisponible Pasos 1 2 3 4 5 6 7 Total 3.72 1.31 0.82 0.59 0.50 0.13 0.45 0.39 0.10 n.d. n.d. n.d. 3.21 1.39 0.70 Zn 0.23 0.13 0.05 5.79 0.34 2.28 n.d. n.d. n.d. 0.30 0.17 0.12 n.d. n.d. n.d. 0.12 0.06 0.05 V 0.01 0.00 0.00 1010.44 420.00 230.52 183.44 8.20 6.22 40.20 3.44 0.13 827.00 411.80 224.30 40.30 10.90 8.60 79.44 90.30 88.31 ±2.93 ±7.9 ±9.24 61.71 6.49 5.93 24.97 2.82 2.40 41.91 2.85 4.03 14.65 2.84 1.41 40.16 3.95 3.86 Co 0.04 0.01 0.00 5476.97 119.67 796.97 4680.00 108.90 77.90 ±8.74 324.81 41.31 5.41 134.24 12.23 2.32 176.41 8.25 2.94 41.84 6.90 0.70 119.45 12.91 1.99 Ni 0.22 0.02 0.00 16993.60 86.27 0.20 16907.30 1198.90 98.33 ±1.17 79.45 9.60 0.46 3.14 0.24 0.02 1.74 1.51 0.01 1.74 1.51 0.01 0.20 0.11 0.00 Cr(total) n.d. n.d. n.d. 5334.5 207.3 74.28 ±3.66 341.13 18.78 4.75 335.13 26.00 4.67 433.07 24.17 6.03 153.91 29.61 2.14 320.87 27.43 4.47 Mn 3.55 0.72 0.05 574.60 6922.16 1.60 1587.66 0.04 131.56 573.00 24.20 95.34 ±4.39 1.56 0.43 0.26 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.04 0.07 0.01 Ti n.d. n.d. n.d. 19259.33 935.48 3.92 114.84 9.70 0.02 312.86 11.19 0.06 206.76 33.99 0.04 653.53 78.11 0.13 Fe 0.76 1.10 0.00 46995.30 481338.00 1973.68 20548.00 131.56 654.30 45021.6 460790.40 1852.8 1621.20 93.86 93.68 ±2.02 ±2.15 1413.33 115.22 2.95 253.33 19.03 0.53 157.41 13.68 0.33 18.05 1.36 0.04 131.53 14.83 0.27 Al 0.03 0.09 0.00 39.89 29.83 22.44 10.06 3.00 23.53 ±14.17 1.23 0.17 2.74 1.99 0.35 4.43 3.98 0.41 8.84 0.19 0.07 0.43 3.44 0.30 7.64 Ba 19.00 5.14 42.22 534779.96 21492.12 868.26 1128.13 437.14 1272.34 Total 23.54 Tabla A2.5. Concentración de los diferentes metales y la fracción extractable de cada uno de los elementos en el residuo ACL (concentración en mg/kg, n.d. no detectado). Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción �Table A2.6. Concentración de los diferentes elementos en orden decreciente de la masa extraída en cada una de las fases de acuerdo a su concentración total. SAL ACL Metales Metales pesados Fase Metales Metales pesados Mn>>Ba>Al>Fe>Ti Ni>Co>Zn>Cr Fracción soluble en agua Ba>>Mn>Fe> Al Zn≈Ni>Co Al>>Fe>Mn>Ba>Ti Adsorbido Fe>Mn>Al>Ba>Ti Ni>>Co>Zn>V Ni>Zn≈Co>Cr>V Al>Fe>Mn Co>Cr>Ni>V Asociado al manganeso fácilmente Fe>Mn>Al>Ba Ni>Co>Cr reducible Asociado a los carbonatos Mn>Fe>Al>Ba>Ti Ni>Co>Cr>Zn Al>Mn>Fe>Ba Cr>Co>Ni>V>Zn Materia orgánica Mn>Al>Fe>Ba Ni>Co>Cr>Zn Fe>Al>Mn>Ti>Ba Cr>V>Ni>Co Óxidos de Fe y Al Fe>Al>>Mn>Ti>Ba Ni>>Cr>Co>V>Zn Fe>Al>Ti>Mn>Ba Cr>Ni>Co>V>Zn Residual Fe>Al>Mn>Ti> Ba Cr>Ni>Co>Zn>V Fe>Al>Ti>Mn>Ba Cr>Ni>Co>V>Zn En el residuo inicial Fe>Al>Mn>Ti> Ba Cr>Ni>Co>Zn >V Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 421 �433 Anejo 3. Isotermas de adsorción Anejo 3. Isotermas de adsorción Las isotermas de adsorción describen la relación de actividad o equilibrio entre un soluto cualquiera en la solución y el adsorbente (matriz del medio poroso) a unas condiciones fisicoquímicas determinadas. De acuerdo con la forma de la curva de adsorción se puede Concentración relativa C/Co definir a simple vista las posibilidades de que ocurra el proceso de adsorción (Figura A3.1). Concentración en la solución Figura A3.1. Representación de los tipos generales de isotermas de adsorción (Marzal, 1992). El proceso de adsorción de los solutos orgánicos e inorgánicos se describe mediante 4 tipos o clases fundamentales de isotermas y diferentes subgrupos (Figura A3.2, Giles et al., 1960; Sposito, 1984, 1994; Sparks, 1995, Jenne, 1998). Esta clasificación de las isotermas de adsorción en 4 grupos fundamentales se basa en la forma inicial de la pendiente de las mismas, mientras que los distintos subgrupos se basan en las posibles formas de la parte superior de la curva (meseta) que describe la isoterma de cada soluto. En la Figura A3.2, se recogen los principales formas de las isotermas que se han reportado en la literatura. En nuestro caso nos centraremos en las que son mas comunes en el caso de los metales pesados que son las que nos interesan para el trabajo que realizamos. De acuerdo con Sparks, (1995 pag. 106), las isotermas más características para los metales son las cuatros primeras. Mayor información sobre los diferentes subgrupos puede verse en Giles et al., (1960). - Isotermas de Tipo C: Las isotermas de tipo C, no son mas que las isotermas lineales, donde se mantienen en equilibrio la masa del soluto en la solución acuosa y la masa de soluto adsorbida en la matriz sólida, sin que se pueda especificar los mecanismos de adsorción entre el soluto y el adsorbente (Sparks, 1995). La existencia de una isoterma lineal es indicativo de que los sitios de adsorción permanecen constante, ósea que a medida que sé adsorbe el soluto �Anejo 3. Isotermas de adsorción 434 más sitios de adsorción se van creando. Esta isoterma es también indicativo de que el soluto puede entrar a regiones inaccesibles para el solvente. Giles et al., (1960), plantea que el soluto entra mas fácil a la matriz sólida que el solvente. Según este autor normalmente este tipo de isoterma se mantiene constante hasta un determinado valor de concentración en que la curva cambia bruscamente de pendiente y adquiere en su parte superior una meseta completamente horizontal (Figura A3.2). Existen determinadas condiciones en el medio poroso que favorecen la existencia de isotermas de tipo C: a) existencia de moléculas muy flexibles en el medio poroso debido a diferentes grados de cristalización de los minerales que lo forman (presencia de minerales amorfos, materia orgánica, etc.); b) mayor afinidad del soluto con el sustrato que con el solvente; c) gran poder de penetración del soluto en la matriz debido a sus características fisicoquímicas y d) la existencia de determinadas condiciones en la estructura cristalina de los sólido que permitan su adsorción. - Isoterma tipo L: los solutos con este tipo de isotermas son indicativos de una gran afinidad entre el soluto y el adsorbente para bajas concentraciones, lo cual va decreciendo en la medida que aumenta la concentración. Estas isotermas se caracterizan por una disminución de la pendiente en la medida que se incrementa la concentración, debido a una disminución de los sitios de adsorción y termina convirtiéndose en una meseta plana al adsorbente ser cubierto completamente. El valor de la masa adsorbida para esta meseta se le considera como la máxima masa de un soluto que puede adsorber este medio poroso. En este caso se obtiene que Cw/Co =1, o sea saturación de los sitios de adsorción (Figura A3.2). Estas isotermas en compuestos orgánicos se ha comprobado que las moléculas se disponen de forma plana en la superficie de las partículas sólidas y que ocasionalmente pueden estar en formas verticales (Giles et al., 1960). - Isoterma tipo h: son un caso particular de las isotermas tipo L. Este tipo de isoterma es indicativo de una alta afinidad entre el soluto y el adsorbente. Para bajas concentraciones la masa de soluto en la solución es completa e instantáneamente adsorbida. La parte inicial de la curva que describe esta isoterma es inicialmente completamente vertical (Giles et al., 1960). En este caso la masa de soluto adsorbida por la matriz sólida es muy grande, normalmente se necesita una gran concentración para poder saturar los sitios de adsorción. En algunos caso puede tener lugar la formación de complejos y precipitación del soluto en forma de otros minerales (Sparks, 1995) (Figura A3.2). �Anejo 3. Isotermas de adsorción 435 Figura A3.2. Clasificación de las isotermas y representación de los diferentes subgrupos de isoterma de adsorción (Giles et al, 1960) - Isoterma tipo S: este tipo de isotermas es indicativo de que a bajas concentraciones del soluto en la solución acuosa existe poca afinidad entre el soluto y el adsorbente. Esta afinidad se incrementa en la medida que aumenta la concentración de soluto en la solución, hasta un cierto valor de concentración donde se produce una saturación de los sitios de adsorción (Figura A3.2). Este tipo de isoterma es característico para determinadas condiciones: a) cuando las moléculas del soluto son monofuncional; b) la existencia de una atracción intermolecular moderada, causando esto la formación de paquetes en forma regular en la superficie del sólido que realiza la adsorción; c) encontrarse una situación de fuerte competencia por los sitios de adsorción entre las moléculas del soluto y las del solvente u de otra especie. Este tipo de curva es característico de compuestos orgánicos. �437 Anejo 4. Calibraciones Anejo 4. Calibraciones Para el desarrollo de la investigación fue necesario poner a punto un gran número de sensores cuyos resultados de la calibración se muestran a continuación. En la calibración del TDR es necesario tener en cuenta el tamaño de la muestra y evitar que durante la introducción de las patas del sensor en el suelo se produzca la separación o acortamiento de la distancia entre ellas, para ellos es necesario utilizar el dispositivo que se muestra en la Foto A4.1. Foto A4.1. Instrumento para perforar la muestra de suelo. 1.8 1.6 1.4 Voltios 1.2 1 0.8 0.6 TDR1 0.4 v = 5,5539x - 0,4887 R2 = 0,9756 0.2 TDR2 TDR3 v = 5,8563x - 0,5681 R2 = 0,9907 v = 5,8186x - 0,5716 R2 = 0,9803 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Humedad Figura. A4.1. Calibración del TDR. 0.25 0.3 0.35 0.4 �438 Anejo 4. Calibraciones 35 30 Aaltura (mm) 25 20 15 y = 11.469x + 18.388 R 2 = 0.9997 10 5 0 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Mili voltios Figura A4.2. Calibración del transductor de desplazamiento (LVDT). Caudal (cm3) 2000 1500 1000 y = 3.2141x + 18.543 2 R = 0.9994 500 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Tiempo (min) Figura A4.3. Calibración de la electroválvula. 90000 80000 70000 Curva de carga y = 3E+06x - 10791 R2 = 1 Peso (g) 60000 de -descarga y =Curva 3E+06x 10751 2 R =1 50000 40000 30000 20000 10000 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Milivoltios Figura A4.4. Calibración de la célula de carga. 0.025 0.03 0.035 �439 Anejo 4. Calibraciones 55 Tempe (oC) 50 Termometro 1 45 40 35 y = 93.719x + 3.1164 R2 = 0.9998 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Mili Voltios 55 Tempe (oC) 50 Termometro 2 45 40 35 y = 100.64x - 1.5033 R2 = 0.9994 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Mili Voltios 55 Tempe (oC) 50 Termometro 3 45 40 35 y = 94.696x + 2.3428 R2 = 0.9998 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 Mili Voltios Figura A4.5. Calibración de los termómetros. 0.4 0.5 0. �440 Anejo 4. Calibraciones 24.00 23.50 Vaisala 1 Temperatura oC 23.00 22.50 y = 15.71x - 38.805 R2 = 0.9997 22.00 21.50 21.00 20.50 3.75 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 Mili Voltios 24.00 23.50 Vaisala 2 Temperatura oC 23.00 22.50 22.00 y = 15.851x - 39.373 R2 = 0.9998 21.50 21.00 20.50 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 Mili Voltios 23.80 23.60 y = 15.441x - 37.78 R2 = 0.9997 Vaisala 3 Temperatura oC 23.40 23.20 23.00 22.80 22.60 22.40 22.20 3.88 3.90 3.92 3.94 3.96 Mili Voltios Figura A4.6. Calibración de los termómetros de los higrómetros. 3.98 4.00 �441 Anejo 4. Calibraciones Humedad relativa (%) 100 Vaisala 1 valor teórico Valor real 80 y = 10.009x - 0.0104 R2 = 1 60 40 y = 10.313x - 1.2728 2 R = 0.9996 20 0 0 2 4 6 8 10 Milivoltios Humedad relativa (%) 100 Vaisala 2 valor teórico 80 Valor real y = 9.9956x + 0.0348 R2 = 1 60 40 y = 10.105x - 0.2897 R2 = 1 20 0 0 2 4 6 8 10 Milivoltios Humedad relativa (%) 100 Vaisala 3 valor teórico Valor real 80 60 y = 10.015x - 0.0687 R2 = 1 40 y = 10.181x + 0.4183 R2 = 0.9999 20 0 0 2 4 6 Milivoltios Figura A4.7. Calibración humedad relativa higrómetros marca “Vaisala” 8 10 �442 Anejo 4. Calibraciones 20 y = 2.4812x + 11.505 2 R = 0.9952 18 16 y = 1.6769x + 13.27 R2 = 0.9913 Sp-5 SP-3 14 Sp-2 Sp-1 Sp-6 mVolt 12 y = 3.0829x + 8.0909 R2 = 0.9925 10 y = 3.3865x + 6.3968 R2 = 0.9978 8 y = 3.1411x + 0.4945 2 R = 0.9984 6 4 2 0 0 0.5 1 1.5 2 Succión (Mpa) Figura A4.8. Calibración psicrómetros con cápsula de cerámica. 2.5 3 3.5 �Listado de símbolos 443 Listado de símbolos θ φi θin θm ρ ρh ρs ρd ρw β ∇ ∇C ∇h λ γ γs γn ϕ η σ σ´ Τ ν ρdo ωo ωr µ1,t µ2,t µ3,t µs1 µs2 εv A Ag Ap As C CC Cf Cim Cm Co Cs Cw contenido volumétrico de agua término fuente sumidero ecuación de flujo. contenido volumétrico de agua en la región inmóvil (modelo de dos sitios). contenido volumétrico de agua en la región móvil. densidad densidad húmeda densidad de las partículas densidad seca densidad del agua. fracción de soluto en la que ocurre la adsorción instantánea en el modelo de dos sitios o fracción de agua móvil en el modelo de dos regiones. nivel del agua. variación de concentración. variación de nivel. parámetro del modelo de Van Genuchten. peso específico. peso específico de las partículas sólidas. peso específico natural. porosidad. factor de degradación por actividad cinética (sitio 1) en los modelos de dos sitios. tensión. tensión efectiva. tiempo en modelos de dos sitios. velocidad del flujo. densidad seca inicial. humedad inicial. límite de retracción. momento de pico varianza sesgo relación (ratio) de la pérdida de masa de soluto modelos de dos sitios (sitio 1 adsorción instantánea). relación (ratio) de la pérdida de masa de soluto modelos de dos sitios (sitio dos adsorción cinética). deformación volumétrica final. área. área de grietas. ancho del pulso. área superficial de partículas. concentración en la solución. índice de compresión ensayos edométricos. concentración final. concentración en la fase inmóvil modelo de dos sitios. concentración en la fase móvil modelo de dos sitios. concentración inicial. índice de hinchamiento ensayos edométricos. concentración en el agua. �Listado de símbolos Cw1 Cwi Cw2 D α Dm E F fc fs H h i k Kd Kf KL Km knosat ksat L M n P Po q Q R R2 Rm s Sa Sb Sd Se Se Sins Sm Smax Sr Sret St Sv T to T T v vin vm 444 concentración en el agua en el sitio uno (adsorción instantánea) modelo de dos sitios. concentración inicial en el agua procesos de desorción concentración en el agua en el sitio dos (adsorción cinética) modelo de dos sitios. dispersión molecular. dispersividad. dispersión molecular en la fase móvil modelo de dos sitios. módulo de deformación ensayos de compresión simple. fracción de soluto para la que ocurre la adsorción instantánea fracción de soluto en la solución según el modelo de Karickhoff (1980) fracción de soluto en el sólido según el modelo de Karickhoff (1980) altura. altura de los estratos, capas de residuos. gradiente hidráulico. permeabilidad. coeficiente de reparto. coeficiente de Freundlich (representa el coeficiente de reparto). coeficiente de reparto de la isoterma de adsorción linealizada. kilómetros. permeabilidad no saturada. permeabilidad saturada. longitud. unidades de masa (mg, g, kg). exponente de la ecuación de Freundlich. número de Peclet. valor de entrada de aire de la curva de retención modelo de Van Genuchten. caudal específico. caudal. factor de retardo. coeficiente de correlación factor de retardo instantáneo (modelo de dos sitios). succión. masa adsorbida. superficie específica por unidad de volumen. masa desadsorbida. adsorción efectiva. superficie específica. adsorción instantánea. superficie específica por unidad de masa. adsorción máxima grado de saturación. masa retenida adsorción en función del tiempo. superficie específica por unidad de volumen de partículas. tiempo. tiempo de inyección de soluto. transmisividad. tiempo modelo de dos sitios o dos regiones velocidad. velocidad en la región inmóvil. velocidad en la región móvil. �Listado de símbolos V Vg Vp Vpd Vpin Vs Vw w w wl wl wr Ws Ww Fa volumen. volumen de grietas. volumen de poros. volumen de poros inyectados sin soluto proceso de desorción ensayos de flujo. volumen de poros inyectado con soluto proceso de adsorción ensayos de flujo. volumen de sólidos. volumen de agua. humedad. número de Damkholer. límite líquido. límite plástico. límite de retracción. peso de los sólidos. peso de agua. coeficiente de adsorción según el modelo de Karickhoff (1980) Abreviaturas empleadas en la memoria ACL Al Ca CIC Cl Cr DBQ DQO ec. EPA Fe H HCO3 icb IP Mg Mn MO N Na Ni OD OMS SAL TSD residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal. aluminio. calcio capacidad de intercambio catiónico. cloro cromo. demanda bioquímica de oxígeno demanda química de oxígeno ecuación. agencia estadounidense de protección ambiental. hierro. hidrógeno. bicarbonatos índice de cambio de base índice de plasticidad. magnesio. manganeso materia orgánica. número de muestras. sodio níquel. oxígeno disuelto Organización mundial de la salud. residuo del proceso de lixiviación ácida. total de sólidos disueltos 445 �Listado de símbolos Sistema de unidades cm KPa L m Meq µ min mm MPa s centímetro Kilo Pascal litros metro miliequivalentes micras minutos milímetros Mega Pascal segundos 446 �447 Listado de figuras Listado de Figuras Figura I.1. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. 7 Figura 1.1. Ubicación geográfica de la isla de Cuba y el municipio de Moa. Figura 1.2. Ubicación del Municipio minero de Moa en la provinvia de Holguín. Figura 1.3. Principales instalaciones que conforman la infraestructura del distrito minero de Moa Figura 1.4. Mapa de altitudes del municipio minero de Moa. Figura 1.5. Representación de los valores máximos, mínimos y medios de la temperatura, la evaporación y la humedad relativa mensual en el período de observación de 1973-1995. Estación climatológica El Sitio, S. De Tánamo Figura 1.6. Valores medios mensuales de precipitación en tres pluviómetros y evaporación en la estación climatológica El Sitio (S. De Tánamo) Figura 1.7. Ubicación de la faja ofiolítica Mayarí-Baracoa Figura 1.8. Esquema geológico del Municipio de Moa. Figura 1.9. Columna litológica de uno de los pozos del acuífero aluvial del Río Moa. Formación Río Macío Figura 1.10. Columna litológica y composición química de los materiales de un pozo perforado en la Formación Punta Gorda Figura 1.11. Columna geológica sintética de los macizos de rocas ofiolíticas de MoaBaracoa, donde se pueden observar los principales tipos litológicos de rocas existentes Figura 1.12. Epicentros de seísmos registrados en la región oriental de la Isla de Cuba y áreas aledañas 1979-1994, con profundidad del epicentro h≤30 km. Figura 1.13. Perfil del corte del yacimiento laterítico Moa. Distribución de los principales elementos químicos en el corte de acuerdo con la profundidad 11 12 Figura 2.1. Tipos de presas de almacenamiento de residuos, de acuerdo a la forma de construcción del cierre. A) Línea central, B) Aguas abajo, C) Línea central desplazada y D) Aguas arriba. Figura 2.2. Esquema de los elementos que integran una presa de residuos. Parte superior el dique y parte inferior el vaso Figura 2.3. Formas de verter los residuos minero-metalúrgicos. I) bajo de agua y II) al medio ambiente. A)Húmedos, B) Secos y C) Lodos o Colas Figura 2.4. Esquema de la descarga de lodos mineros en una balsa de residuos. (Modificado de Vick, 1996). Figura 2.5A. Representación de las curvas granulométricas de estériles procedentes de diferentes tipos de minas Figura 2.5B.A) Rangos de granulometría en los que pueden desarrollarse los procesos de licuefacción. B) Rango para residuos mineros que por el tamaño de sus partículas se clasifican como limos Figura 2.5C. Variación del nivel freático que provoca la construcción de una escombrera sobre un acuífero libre. Figura 2.6. Casos más frecuentes de minas a cielo abierto donde se produce la intersección o alteración del nivel freático. A) Recarga del acuífero desde el hueco minero, B) Flujo a través del hueco minero y C) Flujo hacia el hueco minero. Figura 2.8. Se muestra las pendientes para la que ocurre la mayor erosión por el agua y el viento en los taludes de las presas de residuos y estériles. 12 13 15 16 17 18 19 20 22 24 28 44 46 48 48 53 55 63 65 72 Figura 3.1. Representación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, 78 subterráneas, residuales y manantiales Figura 3.2. Representación de los puntos de muestreo del área del acuífero aluvial estudiada y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa �448 Listado de figuras y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa Figura 3.3. Localización de los puntos de muestreo de residuos sólidos en las presas de residuo de los dos procesos metalúrgicos Figura 3.4. Bandejas de PVC ranuradas en la base para el estudio de la retracción en el residuo. Parte superior sección. Parte inferior en planta. Figura 3.5. Sección del contenedor utilizado en los ensayos de retracción del residuo para diferentes condiciones de humedad relativa. Figura 3.6. Equipo para la determinación de la resistencia a la tracción del suelo Figura 3.7. Sección de la columna usada en los ensayos de flujo y transporte Figura 3.8. Esquema de la columna. I) Desarrollo del cilindro que muestra la ubicación de cada uno de los censores. II) Sistema de adquisición de datos y III) representación de la columna en 3-D Figura 3.9. Vista en pantalla de la salida gráfica y digital de los diferentes sensores. El color indica el parámetro que se esta midiendo. 79 Figura 4.1. Representación esquemática de los modelos de dos sitios (Brusseau and Rao, 1989). Figura 4.2. Influencia del valor de R en la curva de llegada del soluto. Condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. Figura 4.3. Influencia del valor de D en la curva de llegada del soluto. Simulación en condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. Figura 4.4. Influencia del valor de v en la curva de llegada del soluto. Este caso es un ensayo con equilibrio local. La velocidad (v) en cm/h. Figura 4.5. Influencia del valor de w en la curva de llegada del soluto, para diferentes condiciones de no equilibrio. Velocidad de 1 cm/h. Figura 4.6. Influencia del valor de β en la curva de llegada del soluto. Velocidad 1 cm/h y concentración constante para todos los casos. Figura 4.7. Influencia de la concentración sobre la curva de llegada del soluto. 117 Figura 5.1. Red hidrográfica del municipio de Moa. Figura 5.2. Puntos de muestreo (Noviembre de 1996). Aguas superficiales y residuales de los procesos metalúrgicos. Figura 5.3. Diagramas de Stiff modificados. Aguas superficiales de los río Moa, Yagrumaje y Cabañas y de dos manantiales (puntos 22 y 25) en las rocas ultramáficas Figura 5.4. Concentración de los diferentes metales en las aguas superficiales y dos manantiales de los existentes en las rocas ultramáficas. Figura 5.5. Evolución de la contaminación en las aguas superficiales del río Moa Figura 5.6A. Materiales geológicos constituyentes del sistema acuífero y situación de los puntos agua (INRH, 1983). Figura 5.6B. Esquema de las unidades acuíferas de un sector del municipio de Moa Figura 5.7. Mapa piezométrico de un sector del Municipio de Moa (INRH, 1983). Figura 5.8. Oscilaciones piezométricas para el año 1987 en el acuífero de las rocas ultramáficas. Pozo 86 en ultrabasitas y pozo 63 laterítas Figura 5.9. Mapa geológico con la ubicación de la terraza aluvial del río Moa y perfil geológico (INRH, 1983). Figura 5.10. Superficie piezométrica del acuífero aluvial. A) Noviembre de 1983 (INRH). B) Noviembre de 1996. Figura 5.11. Evolución piezométrica durante el año 1978 (INRH, 1983) del pozo 7 acuífero aluvial Figura 5.12. Relación entre la variación de los niveles piezométricos y la distribución de las precipitaciones en el área de estudio en 1987. A) Precipitaciones en los tres pluviómetros del área de estudio (INRH, 1987). B) Niveles piezométricos en las ultramáficas y laterítas (Trutie, 1988). Figura 5.13. Representación esquemática del balance hidrológico en el acuífero aluvial considerando un año medio 133 80 91 92 94 95 101 106 125 126 126 127 128 129 134 136 139 140 142 143 145 145 147 148 148 150 151 �449 Listado de figuras Figura 5.14. Variación del pH y la alcalinidad en el área del acuífero aluvial estudiada en función de la distancia a la presa del residuo SAL. Figura 5.15. Relación entre la conductividad y el total de sólidos disueltos (TSD) en el acuífero aluvial. Figura 5.16. Concentración de los elementos mayoritarios en el agua del acuífero aluvial en función de la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación ácida. Figura 5.17. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas Figura 5.18. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero aluvial y tres puntos de las aguas superficiales del río Moa Figura 5.19A. Variación de la concentración de los principales contaminantes en el acuífero aluvial (Ni, Fe, Mn, Cr). Figura 5.19B. Normalización de la distribución de los contaminantes metálicos en el acuífero aluvial. Figura 5.20. Relación entre la concentración de sulfato y de manganeso en el acuífero aluvial. Figura 5.21. Relación entre los diferentes contaminantes del agua subterránea del acuífero aluvial. Figura 5.22. Evolución de la concentración media de los principales contaminantes en el pozo 7, acuífero aluvial (datos del INRH). Figura 5.23A. Representación de la evolución de la contaminación de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 (punto 7) acuífero aluvial Figura 23A.BResultados de los ensayos Batch. Figura 5.24. Diagramas de Piper. Figura 5.25. Representación gráfica del porcentaje de agua de la presa de residuos mezclada con el agua del acuífero aluvial. Figura 5.26. Simulación de la composición química de las aguas del acuífero aluvial y las presas de residuo. Se supone que la composición en sales del punto 13, es el resultado de la mezcla del agua intersticial del residuo con el agua del punto 5 en el acuífero aluvial. Figura 5.27. Índice de saturación vs total de sólidos en las aguas subterráneas. Figura 6.1. Ubicación de las presas de cola en el municipio minero de Moa en Nicaro. Figura 6.2. Curvas granulométricas de los residuos de la industria cubana del níquel. Figura 6.3. Curva edométrica representada en coordenadas semilogarítmicas (saturado y colapso). Figura 6.4A. Resultados del ensayo de compresión simple en función de la humedad. Figura 6.4B. Resultados del ensayo de compresión simple. A) Módulo de deformación, B) Resistencia a la compresión en función del grado de saturación Figura 6.5. Curvas de resistencia a la tracción con diferentes grados de saturación. A) Método Brasileño y tracción directa. Figura 6.6. A) Relación entre la tensión normal y la tensión de corte. B) Curva de tensión vs desplazamiento de corte directo en muestras remoldeadas para diferentes presiones normales del residuo ACL. Figura 6.7. Ensayos triaxiales. A) p´vs q y B) presión de poros vs deformación axial. Figura 6.8. Triaxiales cíclicos. A) Relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica. B) Relación entre la presión de poros y la deformación axial. Figura 6.9. Curva de retención obtenida por la técnica psicrométrica y el edómetro de succión controlada. A) Curva de secado y humedecimiento para un mismo índice de poros iniciales. B) Curva de retención en trayectoria de secado para diferentes índices de poros iniciales Figura 6.10. Cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión en el ensayo edométrico con succión controlada. A) 0.01-0.03 MPa. B) 0.4-0.6 MPa 153 154 155 157 158 162 163 164 165 166 167 168 173 174 176 181 187 194 197 198 198 199 201 202 203 206 207 �450 Listado de figuras Figura 6.11. Resultado del ensayo en el edómetro de succión controlada en el residuo ACL. A) Cambio del índice de poros (variación de volumen) en función de la succión. B) Variación del índice de poros en función de la humedad. C) Variación del grado de saturación en función de la succión impuesta. D) Relación entre la humedad y el grado de saturación. Figura 6.12. A) Curva de retracción del residuo ACL. B) Fotografía de la muestra de residuo. Figura 6.13. Permeabilidad del residuo ACL. A) Saturada, B) No saturada, observese como la permeabilidad no saturada se ajusta a la ecuación de Van Genuchten. Figura 6.14. A) Relación entre el espesor de las muestras y la distancia entre fisuras. B) Relación entre la humedad al formarse la grieta y la succión impuesta. C) Relación entre el tiempo de agrietamiento y la succión. D) Relación entre la succión y la retracción vertical. Figura 6.15A. Representación de la distancia entre grietas y el espesor en datos de campo y de laboratorio. Figura 6.15B. Pérdida de agua por unidad de área para los tres espesores de muestra estudiados Figura 6.16. Esquema del equipo triaxial usado en los ensayos de permeabilidad y en los ensayos triaxiales. Figura 6.17. A) Relación de la permeabilidad saturada con la porosidad y B) Variación de la permeabilidad con la presión de confinamiento Figura 6.18. Mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad mayor que el medio poroso aunque se rellenen las grietas con el mismo material. Figura 7.1A. Isoterma de adsorción de Mn(II) para diferentes tiempos de contacto sólidolíquido en los dos residuo Figura 7.1B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos. Figura 7.2. Isotermas de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. Figura 7.3. Histéresis del proceso de adsorción/desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros Figura 7.4A. Isoterma de adsorción del Ni(II) para diferentes tiempo de contacto sólidolíquido para los dos residuos Figura 7.4B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Ni(II) en los dos residuos. Figura 7.5. Isoterma de adsorción y desorción de Ni(II) en los dos residuos mineros. Se: masa retenida después del proceso de desorción. Figura 7.6. Histéresis del proceso de adsorción-desorción del Ni(II) en los dos residuos mineros. Figura 7.7. Isotermas de adsorción del Cr(VI) para diferentes tiempos para los dos residuos ACL y SAL. Figura 7.8. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Cr(VI) en los dos residuos. Figura 7.9. Isoterma de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Los 5 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. Figura 7.10. Histéresis del proceso de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Donde Sa: masa total adsorbida y Se: adsorción efectiva Figura 7.11. Comparación de la capacidad de adsorción de Ni(II) en los residuos y dos suelos, valores en Tabla 7.8. Figura 7.12. Comparación de la capacidad de adsorción de Cr(VI) en los residuos ACL y otros minerales naturales, valores en Tabla 7.9. Figura 7.13. Comparación de la capacidad de adsorción de Mn(II) en los residuos y en otros suelos naturales. Figura 7.14. Esquema donde los componentes del montaje de la columna de residuo y los 208 209 210 215 216 217 219 220 224 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 249 250 251 �451 Listado de figuras equipos usados en los ensayos de laboratorio. Figura 7.15. Esquema de la columna usada en el laboratorio Figura 7.16. Esquema de flujo de los principales pasos del ensayo de flujo y transporte en columna. Figura 7.17A. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL Figura 7.17B. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. Figura 7.18. Curvas de llegada del Ni a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.19. Curvas de llegada del Mn(II), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.20. Curvas de llegada del Cr(VI), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.21. Curva de llegada de un ensayo de flujo y transporte de una solución con los tres metales a través de una columna del residuo ACL Figura 7.22. Relación entre las concentraciones de metales en la solución acuosa durante los ensayos de flujo con procesos de adsorción-desorción de los tres metales en residuo ACL Figura 7.23. Representación de un ensayo de flujo con dos solutos en la solución (Ni(II) y Mn(II)) en una columna del residuo ACL Figura 7.24. Espectro del microscopio electrónico. Parte superior, determinación en la muestra de residuo ACL antes del ensayo de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción. Parte inferior, después de desarrollado el ensayo con los tres metales Figura 7.25. Representación de la concentración media de Ni, Cr, Mn en los residuos antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte de metales. Figura 7.26. Esquema del dispositivo experimental empleado para la realización de los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica con proceso de adsorción de metales en el residuo ACL y en zeolita. Figura 7.27. Adsorción del Cr(VI) en el residuo ACL para diferentes pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Se representa en la figura los resultados del ensayo Batch. Figura 7.28. Adsorción del Ni(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h y a presión atmosférica. Figura 7.29. Adsorción del Mn(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Figura 7.30. Influencia de la concentración inicial Co del soluto, sobre el proceso de adsorción del Cr(VI) y Mn(II) a un pH=8.5 y 4.5 respectivamente. Figura 7.31. Representación de la curva de adsorción de los tres metales a pH=2.5. A) Residuo ACL, B) Zeolita. Figura 7.32. Comparación de la isoterma de adsorción de los metales en el residuo ACL y la zeolita a pH=2.5. Figura 7.33. Comparación de los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de Ni en el residuo ACL para dos pH ácidos 257 259 Figura 8.1. Representación de las isotermas de adsorción según la ecuación de Freundlich Figura 8.2. Comparación de los resultados del ajuste de los ensayos de flujo y transporte de PFBA en las columnas de residuos. A) Ensayos en el residuo ACL Figura 8.3. Simulación de la curva de paso del NI(II) en los dos residuos mineros Figura 8.4. Simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros Figura 8.5. Simulación de la curva de paso del Cr(VI) en los dos residuos mineros 310 260 264 265 268 269 271 274 276 277 279 280 283 285 286 287 289 291 292 293 313 315 318 319 Figura 9.1. Ubicación de los sensores con relación a cada capa que forma la columna de 331 residuos. Figura 9.2. Representación gráfica de la temperatura y humedad relativa en la superficie de 332 la muestra de residuos durante el montaje de la capa 2. Figura 9.3. Medidas de la pérdida de peso por evaporación en función del tiempo en cada �452 Listado de figuras una de las capas de suelo colocadas en la columna. Figura 9.4A. Pérdida de agua por unidad de área en la capa 2 de la columna de residuo y en una bandeja de residuo en el laboratorio en condiciones de humedad relativa similares, la temperatura 4 grados más baja y sin viento. Figura 9.4B. Resultados de la retracción vertical durante el proceso de secado cada capa de la columna de residuos residuo. Figura 9.5. Variación de la densidad seca de la muestra en la columna de residuo con la profundidad. Figura 9.6. Disposición de las grietas en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo Figura 9.7. Superposición de las capas por parejas donde se aprecian los puntos de contacto entre las grietas de ambas capas Figura 9.8. Esquema de la distribución exterior de las grietas en cada una de las capas de la columna de residuo en que se ha realizado el ensayo de flujo y el de flujo y transporte Figura 9.9. Representación de los puntos de interconexión entre capas Figura 9.10. Número de sectores de los planos de grietas donde se produce una intersección entre dos capas consecutivas. Figura 9.11. Incremento en peso de la columna de residuos durante el proceso de saturación. Figura 9.12. A) Evolución de la humedad en función del tiempo en tres puntos a diferentes profundidades de la columna de residuo durante el ensayo de saturación Figura 9.13. Evolución de la humedad relativa en dos puntos en profundidad de la columna de residuos. Figura 9.14. Evolución de la succión en función del tiempo en el interior de la columna durante el proceso de saturación Figura 9.15. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro, tensiómetros y el TDR utilizados durante el proceso de saturación de la columna de residuos. Figura 9.16. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro sobre muestras individuales y la obtenida en la columna durante la saturación Figura 9.17. Perfil de humedad en profundidad a diferentes intervalos de tiempo en la columna de residuos durante el proceso de saturación. Figura 9.18. Evolución de la temperatura en profundidad en la columna de residuos. Figura 9.19. Consolidación del material de la columna durante la saturación. Figura 9.20. Resultados del ensayo de permeabilidad realizado en la columna para flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. Figura 9.21. Representación de los resultados de los diferentes ensayos de permeabilidad realizados en la investigación. Figura 9.22. Curva de llegada del PFBA en el ensayo de flujo y transporte realizado en la columna de residuo con grietas de desecación y estratificación. Figura 9.23. Representación del ensayo de trazador en el medio poroso homogéneo y de la columna con presencia de flujo preferencial. Figura 9.24. Curva de llegada del Ni en el ensayo de flujo realizado en la columna de residuos con grietas de desecación y estratificación. Figura 9.25. Curvas de llegada del ensayo de flujo y transporte de Ni por el medio poroso y por la columna de residuo con grietas de desecación. Figura 9.26. Masa adsorbida de Ni en tres puntos pertenecientes a diferentes capas de la columna de residuo. Figura 9.27. Concentración de Ni(II) en los diferentes puntos analizados con respecto a su distancia a la grieta. Figura 9.28. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con el trazador PFBA. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. 333 333 334 336 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 350 351 352 354 354 355 356 358 359 363 �Listado de figuras Figura 9.29. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y 364 estratificación. Figura 9.30. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. 365 Variando el parámetro β. 453 �455 Lista de tablas Listado de tablas 16 Tabla 1.1A. Comportamiento anual de los vientos. Tabla 1.1B. Composición mineralógica predominante por zona del corte laterítico (en % en 27 peso semicuantitativo a partir de los resultados de rayos X Tabla 1.2. Composición de los principales elementos después del proceso de lixiviado y lavado del mineral laterítico (% en peso de la masa). Tabla 1.3. Volumen de residuos generados por las actividades metalúrgicas. Tabla 1.4. Composición de los residuos líquidos (mg/L). Tabla 1.5. Composición de los residuos sólidos que se depositan en las presas de colas (% en peso). Tabla 2.1. Principales minerales presentes en los residuos mineros. Tabla 2.2. Características físicas de residuos minero-metalúrgicos almacenados en presas y escombreras (tailing dam) valores medios indicativos. Tabla 2.3. Relación de algunos ejemplos del impacto ambiental de las actividades minerometalúrgicas en diferentes condiciones geográficas. Tabla 2.4. Ejemplo de falla de escombreras y presas de residuos en diferentes partes del mundo. Tabla 3.1. Relación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas y residuales. Tabla 3.2. Los métodos de análisis para la determinación de los diferentes elementos (Buurman et al., 1996). Tabla 3.3. Procedimiento de extracción secuencial en 7 fases. Tabla 3.4. Características iniciales de las muestras empleadas en los diferentes ensayos. Tabal 3.5. Características de la columna empleada en el estudio de flujo y transporte de solutos conservativos y no conservativos en el laboratorio. 51 35 36 37 51 54 59 72 81 82 87 89 99 Tabla 5.1. Principales características hidrogeológicas de los diferentes unidades acuíferas 149 presentes en el área de estudio. Tabla 5.2. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en 179 las aguas superficiales y subterráneas 181 Tabla 5.3. Índice de saturación en las diferentes especies minerales. Tabla 6.1. Principales características de las presas de estériles. Tabla 6.2. Composición mineralógica de los residuos. Tabla 6.3. Principales características del agua intersticial de las dos presas de residuos representativas de los dos procesos metalúrgicos Tabla 6.4. Principales componentes de los residuos Tabla 6.5. Hopanos identificados. Tabla 6.6. Esteranos y Diasteranos identificados. Tabla 6.7. En la izquierda los HAPs, presentes en la muestra ACL (pirometalúrgica). En la derecha aparecen señalados los que se encuentran en la lista de elementos peligrosos de la EPA. Tabla 6.8. Propiedades físicas de los residuos. Tabla 6.9. Parámetros de los ensayos edométricos. Tabla 6.10. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de las curvas de retención. Tabla 6.11. Principales resultados del ensayo de retracción en bandejas. 187 188 189 190 190 191 192 196 197 206 214 227 Tabla 7.1. Media de las principales propiedades físico - químicas de los residuos. 228 Tabla 7.2. Características de los metales usados en el ensayo de flujo y transporte. Tabla 7.3. Relación de las concentraciones de soluto en la solución acuosa para la que se 231 realizó la isoterma de adsorción. �456 Lista de tablas Tabla 7.4. (no existe) Tabla 7.5. Valores de pH inicial y final de los ensayos de adsorción y desorción en función del tiempo (minutos) para el Ni (II), Cr(VI) y Mn(II). Tabla 7.6. Valores de pH para los que la carga de las partículas sólidas es igual a cero Tabla 7.7A. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de adsorción. Tabla 7.7B. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de desorción. Tabla 7.8. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Ni(II). Tabla 7.9. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Cr(VI). Tabla 7.10. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Mn(II). Tabla 7.11. Características de la columna de residuo utilizada en los diferentes experimentos de transporte de solutos en medio poroso Tabla 7.12A. Análisis de los momentos curvas de paso del trazador PFBA Tabla 7.12B. Análisis de la curvas de paso del trazador PFBA normalizada Tabla 7.13. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.14. Características del ensayo de flujo y transporte de Mn(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.15. Características del ensayo de flujo y transporte de Cr(VI) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.16A. Características del ensayo de flujo y transporte de los tres metales con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL Tabla 7.16B. Comparación de la adsorción de los metales (Ni, Cr y Mn) por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad Tabla 7.16C. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni y Mn con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL Tabla 7.16D. Comparación de la adsorción de los metales Ni y Mn por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad Tabla 7.17. Resultados de la composición de las muestras de residuo de acuerdo con los análisis semicuantitativos del microscopio electrónico antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción Tabla 7.18. Características de la columna de vidrio empleada en cada uno de los ensayos de flujo con los diferentes metales. Tabla 7.19. Principales resultados de los ensayos de flujo y transporte en columnas con diferentes pH y presión atmosférica Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con proceso de adsorción de metal a diferentes concentraciones iniciales en la solución (Co) y pH constante. Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con los tres metales a una misma velocidad de flujo, pH de la solución y concentración (Cw). Tabla 8.1. Valores de Kf, n, KL y R. Tabla 8.2 Características de las columnas usadas en los ensayos de flujo con el PFBA Tabla 8.3. Tabla resumen de los parámetros utilizados para el ajuste de las curvas de llegada de los ensayo de flujo y transporte de los tres metales en las columnas de residuo ACL y SAL. Tabla 9.1. No existe. Tabla 9.2. Principales características finales de la capas de residuo que conforman la columna. Tabla 9.3. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de la curva de retención. 243 244 247 248 252 253 254 258 264 265 267 269 270 274 275 278 278 280 283 288 289 293 311 312 320 335 347 �457 Lista de tablas Tabla 9.4. Análisis de la curva de paso del trazador PFBA. Tabla 9.5. Análisis de la curva de llegad del Ni. Tabla 9.6. Masa de Ni(II) adsorbida en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo respecto a la distancia del punto de muestreo a la zona de fisuras Tabla 9.7. Datos del ensayo con la fluoresceína sódica. 355 356 359 360 �459 Listado de fotos Listado de fotos Foto 1.1. Afloramiento de las rocas ultrabásicas muy agrietadas. Carretera Moa-Sagua Foto 1.2.Grietas y planos de falla en las rocas ultramáficas. Foto 1.3. Grietas de una de los muros de la presa 2 de la Figura 1.3, producidas por el seísmo de 1995. Foto 1.4. Zonas del corte laterítico (yacimiento, Moa). Foto 1.5. Vista de la mina a cielo abierto de uno de los yacimientos de níquel en explotación, se observa la inundación por agua en la parte baja. Foto 1.6. Erosión en cárcava en una escombrera. Foto 1.7. Vertido de los residuos del proceso ACL. Foto 2.1. Vertido de residuos metalúrgicos en una de las presas de la industria cubana del níquel. Foto 2.2. Imagen obtenida mediante el microscopio electrónico de una muestra de residuo de una de las presas del residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL). Moa (Cuba), Foto 2.3. Precipitados de óxidos e hidróxidos de hierro en las orillas del río Moa, Cuba. Foto 2.4. Intersección del nivel freático en una mina de níquel a cielo abierto. Moa, Cuba. Foto 2.5. Emanaciones gaseosas de una planta metalúrgica procesadora de Ni y Co. Moa, Cuba Foto 2.6. Erosión del dique de una presa de residuos, debido al desbordamiento de esta por el agua. Foto 3.1. Bandeja usada en los ensayos de retracción. Foto 3.2. Contenedor donde se realizaron los ensayos de retracción y agrietamiento por desecación. Foto 3.3. Equipo de tracción utilizado en los ensayos de resistencia a la tracción directa. Foto 3.4. Columnas usadas en el laboratorio para los ensayos de flujo y transporte de solutos. Foto 3.5. Componentes de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas del residuos. Foto 3.6. Sensores de la columna instrumentada. 21 23 25 26 30 31 38 49 53 58 64 66 72 90 91 93 96 103 104 Foto 5.1. Vertido de los residuos sólidos en la presa de residuo del procesos de lixiviación 137 ácida Foto 5.2. Vertido de las aguas residuales y los residuos sólidos en la presa de residuo del 138 procesos de lixiviación carbonato amoniacal Foto 6.1. Se puede apreciar el vertido y circulación de los residuos mineros en una de las presas de residuos. Obsérvese la presencia de capas estratificadas de un espesor muy fino, así como la presencia de grietas de desecación en la parte inferior derecha. Foto 6.2. Grietas de desecación en los meses de julio y agosto en la balsa 3 residuo ACL y 5 residuo SAL Foto 6.3. Imagen del microscopio electrónico del residuo ACL, donde se observa una partícula de materia orgánica de forma esférica en el centro y un cristal de yeso en la parte inferior derecha Foto 6.4. Imagen del microscopio electrónico donde se observa la presencia de microorganismos en los residuos Foto 6.5. Granulometría de una muestra del residuo ACL en una imagen del microscopio electrónico. Foto 6.6. Fotografía de algunas muestras rotas en el ensayo de compresión simple, nótese el plano de rotura, la disminución de altura de las muestras cilíndricas es el resultado de la deformación vertical experimentada debido al mayor grado de 186 186 191 193 195 �460 Listado de fotos saturación. Foto 6.7. A) Fotografía de algunas muestras rotas por el ensayo Brasileño. B) Equipo de tracción directa. C) prensa usada en el ensayo Brasileño. Foto 6.8. Fotografías de tres muestras sometidas al ensayo triaxial. Foto 6.9. A) Imagen del recipiente utilizado para lograr el equilibrio de las muestras con una solución salina. B) Muestras utilizadas para la determinación de la succión en el psicrómetro. Foto 6.10. Foto de un desecador usado en los ensayos de retracción. Se aprecia que la muestra de residuo en la bandeja está agrietada. Foto 6.11. Se muestra el agrietamiento de tres capas de residuo de diferente espesores secadas en el laboratorio bajo diferentes condiciones de humedad relativa Fotos 6.12. Muestras sobre las que se determinó la permeabilidad en el ensayo triaxial. 199 200 202 204 212 213 221 Foto 9.1. Disposición de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas de 330 los residuos. Foto 9.2. Grietas de desecación y precipitación de sales debido a la evaporación en la superficie de la capa 11 de la muestra de residuo. Nótese la presencia de un gran 337 número de fisuras. Foto 9.3. Aspecto de una sección de la columna después de realizar el experimento con la 361 fluoresceína sódica. �1 Entidades colaboradoras ENTIDADES COLABORADORAS La realización y culminación de una investigación que incluya la realización de experimentos requiere de la colaboración y participación de un gran número de personas y entidades que permiten la fabricación y puesta a puntos de los equipos y demás dispositivos. A continuación relacionamos las empresas constructoras y suministradoras que participaron en la construcción de equipos de esta tesis doctoral a las cuales queremos agradecer su colaboración y eficiencia en la realización de los equipos y dispositivos experimentales desarrollados. TALLERES P. SALVADOR ABELLANER S.A. JUAN GIMÉNEZ E HIJOS S.L. (GIMSAN) SERV-IMP. ACEROS CALITOR S.A. ACEROS BERGARA S.A. VALBRUNA IBERICA S.L. STALER S.A. SCHRÖDER INTERNACIONAL S.L. SINTERIZADOS Y RECUBRIMIENTOS IBÁÑEZ INDUSTRIAL S.A. (IBINSA) ZINCADOS PERFILES S.A. (ZINPERSA) SUMINISTROS FERRETERÍA INDUSTRIAL ACAB S.A. NORMALIZADOS AC, S.L. SERVICIO ESTACION PLÁSTICOS COMERCIAL SERVIPLAST S.L. SERTU S.A. COMPLAS POLIGLAS CUNITEX ELEMENTOS DE PRESION GOODAIR S.L. CENTRALAIR S.A. INTERSEAL S.A. ELECTRONICA Y VARIOS ONDA RADIO S.A. VIDRIOS JOSE MAGRANS. 1 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio experimental de flujo y transporte de cromo, níquel y manganeso en residuos de la zona minera de Moa (Cuba): influencia del comportamiento hidromecánico Creator An entity primarily responsible for making the resource Roberto L. Rodríguez Pacheco Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2002 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/299e29579504df36dca39cc06e90f3d0.pdf 4f0d1bc908a11bcdd48d531a3d7ebe1c PDF Text Text TESIS ESTUDIO GEOAMBIENTAL DEL DEPÓSITO DE LA UB MINA DE LA EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE GUEVARA Yanet Ramírez Urgellés �Página legal Título de la obra:Estudio geoambiental del depósito de la UB Mina de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, 74pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN: 1.Autor: Yanet Ramírez Urgellés 2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://repoedum.ismm.edu.cu �MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA TESIS EN OPCIÓN AL TÍTULO ACADÉMICO DE MASTER EN GEOLOGÍA MENCIÓN GEOLOGÍA AMBIENTAL TÍTULO: ESTUDIO GEOAMBIENTAL DEL DEPOSITO DE LA U.B.MINA DE LA EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE GUEVARA MAESTRÍA GEOLOGÍA     AUTORA: Ing. Yanet Ramírez Urgellés Año 56 de la Revolución Moa / 2016 I �INDICE RESUMEN ABSTRAC INDICE ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. Antecedentes de la investigacion 1.2. Análisis de los métodos de evaluación de impacto ambiental 1.3. Regulaciones legales vigentes CAPÍTULO 2. MARCO METODOLÓGICO 2.1. Métodos de la investigación científica 2.2. Etapas metodológicas de la investigación 2.3 Desarrollo de las fases metodológicas 2.4. Procesamiento de la información CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 3.1. Resultados químicos del muestreo 3.2. Identificación de los impactos 3.3. Evaluación final de los impactos sobre cada medio afectado CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS IX VII  VIII  IX  X  XI  1  4  4  7  9  16  16  17  18  35  43  43  44  65  69  70  71  �ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Etapas metodológicas 17 Figura 2.2 Mapa de los depósitos. 20 Figura 2.3 Mapa Base. 22 Figura 2.4 Mapa topográfico actual. 22 Figura 2.5 Acumulación de las aguas pluviales. 23 Figura 2.6 y 2.7 Presencia de actividad biótica en áreas aledañas (zona sur). 24 Figura 2.8 y 2.9 GPS Portátil y Equipo para determinar material particulado. 33 Figura 2.10 Determinación In situ de Polvo. 34 Figura 2.11 Sonómetro utilizado en las mediciones de ruido ambiental. 35 Figura 2.12 Ubicación de los puntos de medición de calidad del agua, aire y sedimento. 36 Figura 2.13 Diagrama del VIA 40 Figura 3.1 y 3.2 Grandes espesores de lodo frente a la caseta de muestreo. 48 Figura 3.3 Aguas superficiales provenientes de escorrentías. 51 Figura 3.4 y 3.5 Desprendimientos y deslizamientos en las laderas y taludes que bordean las plazoletas. 53 Figura 3.6 y 3.7 Arrastre y acumulación de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas. 56 Figura 3.8 y 3.9 Modificaciones del paisaje. 58 Figura 3.10 y 3.11 Depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de los cargadores y retroexcavadoras al minar. 58 Figura 3.12 Plazoletas desérticas por la actividad minera. 61 X �ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Nombre: Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. 7 Tabla 2.1. Nombre: Puntos de muestreo de calidad del aire, el agua y los sedimentos. 37 Tabla 2.2. Nombre: Escala de clasificación de impactos. 40 Tabla 2.3. Nombre: Criterios de evaluación y peso asignado. 41 Tabla 2.4. Nombre: Jerarquización de impactos. 42 Tabla 3.1. Nombre: Resumen de las determinaciones de laboratorio de los puntos del muestreo de aguas superficiales y subterráneas. 68 Tabla 3.2. Nombre: Resultados de las determinaciones de calidad del aire (polvo y ruido). 45 Tabla 3.3. Nombre: Impactos de Ambientes. 46 Tabla 3.4. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el aire 49 Tabla 3.5. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el suelo. 51 Tabla 3.6. Nombre: Jerarquización del impacto sobre las aguas superficiales 53 Tabla 3.7. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el paisaje 55 Tabla 3.8. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el suelo. 57 Tabla 3.9. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el relieve 59 Tabla 3.10. Nombre: Jerarquización del impacto sobre la flora. 60 Tabla 3.11. Nombre: Jerarquización del impacto sobre la fauna. 61 Tabla 3.12. Salarios y plantilla en Depósito. 62 Tabla 3.13. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio social. 63 Tabla 3.14. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio económico. 64 Tabla 3.15. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio económico. 65 XI �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés INTRODUCCIÓN Los recursos minerales conforman un elemento fundamental en la sociedad, puesto que brindan muchos elementos beneficiosos y traen mejora para el modo de vida al hombre, y tienen gran importancia, debido a que traen consigo adelantos económicos, aportando así al desarrollo del país. A partir de la extracción de los mismos, la minería juega un papel importante en la actualidad. En la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara (ECECG) se desarrolla la minería a cielo abierto y para un mayor logro de su proceso metalúrgico, se emplea la tecnología de secado solar y aireo en depósitos mineros a la intemperie en los campos mineros de la Unidad Básica Mina, considerando un gradiente de secado solar aceptable de la humedad de entrada del mineral, que contribuye a la disminución del consumo de petróleo al año. Estos depósitos se usan para el almacenamiento, homogeneización y la reducción de la humedad del mineral, que se alimenta a la Planta. Están ubicados a unos 500 m del punto de recepción de mineral de la fábrica. Los depósitos están conformados y operados por bulldozers y cargadores que descargan el material procedente de los frentes en pilas previamente diseñadas por rangos de calidad, en dependencia de los frentes en operación. Los depósitos operan tantas pilas como demande el cumplimiento de los requerimientos para los cuales fueron creados en cuanto a la calidad del componente útil que se envía para la fábrica y la disminución del % de humedad. La tecnología de secado solar en pilas a la intemperie forma parte del Proyecto de Secado Solar incluido en el Sistema Integral de Preparación de Mineral (SIPREMI) desarrollado por investigadores del Centro de Investigaciones del Níquel (CEDINIQ) entre 1994 y 2005 y perfeccionado sobre el sistema de plazoletas desde 2007 en la ECECG. Las operaciones y procesos que componen este sistema producen afectaciones notables sobre el medio natural, que se manifiestan de muchas maneras y que en general tiene como principales causas el manejo deficiente de residuales sólidos y emisiones a la atmósfera, la insuficiente aplicación de enfoques preventivos, la falta 1 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés de conciencia ambiental de muchos de los actores involucrados en la gestión ambiental a los diferentes niveles, las debilidades en la aplicación de la legislación y normas vigentes y la carencia de recursos materiales y financieros para acometer las inversiones requeridas, sustituir tecnologías obsoletas e implementar un sistema de monitoreo ambiental que sustente la toma de decisiones (Terry, Rodríguez, et. al., 2014). Estas razones, unido a que hasta la fecha no se ha realizado un estudio específico en el depósito de minerales, que identifique, caracterice y evalúe los impactos ambientales que produce la etapa de operación del mismo, justifica la realización de esta investigación. Los factores que se encuentran afectados en esta área son el subsuelo, las características geotécnicas, las geoformas, la flora, la fauna, las aguas superficiales y subterráneas, siendo estos aspectos importantes para la caracterización geoambiental del depósito de minerales. Sobre esta base, el problema que aborda la investigación, es la necesidad de elaborar un estudio geoambiental para determinar los efectos que produce la operación del depósito de la Mina de la ECECG. El objeto de la investigación son los estudios geoambientales y el campo de acción el depósito de la Mina de la ECECG. El Objetivo general de la investigación es elaborar un estudio geoambiental en el depósito de la Mina en la ECECG para determinar los impactos ambientales que produce y proponer un sistema de medidas para minimizar sus efectos negativos. A partir del objetivo general, se establecen los siguientes objetivos específicos: 1. Caracterizar el depósito de secado solar del mineral como productor de impactos. 2. Analizar y seleccionar la metodología de evaluación de impactos a utilizar en la investigación. 3. Identificar los factores ambientales susceptibles de recibir impactos. 4. Identificar, caracterizar y evaluar los impactos que genera el depósito de minerales 2 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés 5. Elaborar un plan de medidas para mitigar los efectos negativos provocados por las operaciones en el depósito. La investigación se sustenta en la siguiente hipótesis: Si se caracteriza el depósito del secado solar como productor de impactos, se selecciona la metodología aplicar, se identifican los factores ambientales susceptibles de recibirlos, se pueden evaluar los impactos ambientales que produce y elaborar un sistema de medidas para minimizar sus efectos negativos. La investigación posee valor teórico, metodológico y socio-ambiental. El valor teórico se manifiesta en la utilización de la metodología de Criterios Relevantes Integrados, para la evaluación de los impactos ambientales, por primera vez en el Depósito. Su aporte metodológico consiste en su posible aplicación en depósitos de otros yacimientos con características similares. Se corresponde con la determinación, valoración de los impactos y la elaboración de medidas para corregirlos que redundarán en el mejoramiento de los estándares ambientales de la ECECG, la calidad ambiental de los trabajadores y la población del municipio. 3 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN Este capítulo comprende la sustentación teórica de la investigación. En el mismo la investigadora realiza una revisión y análisis de los trabajos desarrollados por autores dentro del área de estudio, así como antecedentes de otras investigaciones referentes al tema investigado. 1.1. Antecedentes de la investigacion Con el objetivo de ofrecer criterios ambientales adecuados y actuales por medio de los cuales se puedan identificar las regulaciones existentes en cuanto a los impactos ambientales y los que pueden producirse debido a las actividades de extracción y almacenamiento de minerales, se revisaron normas ambientales, la legislación vigente en Cuba y otras fuentes bibliográficas relacionadas con el tema.  Sobre depósitos con el secado solar Según Estenoz (2013), el secado solar de minerales lateríticos comenzó casi de forma simultánea, en las Filipinas y en Nueva Caledonia, entre 1975 y 1976, después de la crisis energética mundial del año 1974. Posteriormente lo implementaron varias empresas de otros países, como Australia y Brasil. En la industria cubana del níquel los primeros trabajos se desarrollaron en la última década del siglo pasado, en el Centro de Investigaciones del Níquel, con resultados muy favorables. Así surgieron las primeras invenciones y patentes para el secado solar y la homogeneización de minerales lateríticos en depósitos mineros. Ya en el año 2003 se efectuaron pruebas con 1700 toneladas de lateritas a escala semiindustrial, Como resultado al año siguiente se efectuó una gran corrida a escala industrial en la Empresa Comandante ECG, en la cual se alimentaron 40140 toneladas de mineral teniendo como resultado más sobresaliente el ahorro de 255 toneladas de petróleo durante los días en que se proceso mineral secado al Sol. Se conoce de prácticas internacionales que el manejo reiterado y recurrido de los minerales en depósitos de secado solar de menas lateríticas, influye de manera positiva, mejorando así su calidad para ser tratado en los procesos metalúrgicos. En países o regiones tales como Filipinas, Nueva Caledonia, Australia, Brasil, etc. se secan y se les reduce la humedad con el secado solar o natural a menas lateríticas, logrando reducir de 4-14% la humedad inicial (Corvalan,1992; Fernández, 1989; 4 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Fernández, 1992; Grupo de Secado Solar, 2004-2009; ISES, 2005; Restrepo y Burbano, 2005). La refinería de Yabulu de Quesean Ni en Australia, recibe 3,75 millones de toneladas anuales de mineral procedente de 16 minas ubicadas en tres países, el cual es transportado y depositado, para luego conformar los montones horizontales donde logran reducir la humedad de 35 a 28% y preparar una homogeneidad de salida superior al 90% (Estenoz, Pérez y Ramírez, 2004). La Empresa Río Tuba Co en las Filipinas trasiega en los depósitos de secado solar unos 2.9 millones de toneladas de mineral para reducir la humedad de entrega en un 14% y elevar los niveles de homogeneidad del mineral hasta 88-91% (Estenoz, Espinosa y Pérez, 2003). La Empresa Tocantin S.A. del Brasil maneja unos 3,2 millones de toneladas de minerales en depósitos mineros de secado solar para reducir la humedad del mineral en 5% y elevar la homogeneización de los flujos de salida de las minas a 75-78 % (Estenoz, Pérez y Espinosa, 2004). En Cuba se han realizado investigaciones y comprobaciones a nivel semindustrial (Estenoz, Rondón y Eulalia, 1997; Estenoz, 1999; Estenoz, Pérez y Rondón, 1999; Estenoz, Pérez y Rondón, 1999; Estenoz, Pérez y Ramírez, 2003E; Estenoz, Pérez y Ramírez, 2004) e industrial (Estenoz, Pérez y Espinosa, 2004; Estenoz, Pérez y Ramírez, 2004; Estenoz y Pérez, 2004; Estenoz, 2005; Estenoz, 2006) cuyos resultados demostraron la factibilidad de aprovechar la energía solar para favorecer las condiciones de estabilidad del mineral de alimentación, obtener ahorros energéticos y mayor eficiencia en los procesos metalúrgicos.  Sobre estudios geoambientales La Guia No 2 de la Serie Ambiente y Ordenamiento Territorial del Ministerio de ambiente de Colombia (2010) define los estudios geaambientales como los que contienen los elementos, informaciones, datos y recomendaciones que se requieren para describir y caracterizar el medio físico, social y económico del lugar o región de las obras y trabajos de explotación minera; los impactos de dichas obras y trabajos con su correspondiente evaluación; los planes de prevención, mitigación, corrección y compensación de esos impactos; las medidas específicas que se aplicarán para el abandono y cierre de los frentes de trabajo y su plan de manejo. 5 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés En la literatura internacional se recogen diversos trabajos referente a la temática estudiada, que establecen como tendencia, estructura y contenidos equivalentes y que seleccionan metodologias de valoración de impacto tomando en cuenta el nivel de profundidad de los estudios y sobre todo las particularidades propias de cada proyecto. En Cuba, como parte de la Maestria de Geología del ISMM de Moa se han realizado numerosas investigaciones que han abordado estudios geambientale para diferentes yacimientos y proyectos con distintos objetivos científicos, entre las que se destacan autores como: Hernández (2003) y Ulloa (2014), en la industria del níquel, Espinosa (2003) y Perotti (2003) para materiales de construcción y Vílchez (2014) relacionado con la industria petrolera. En línea general, estos trabajos se estructuran de forma similar, pero difieren en el empleo de distintas metodologias de evaluación de impacto, en función de las caracteristicas y objetivos ambientales de sus investigaciones. En el depósito de minerales de la Mina de la ECECG, desde el punto vista geambiental, no se han realizado investigaciones integrales destinadas a la determinación de los efectos que produce su face de operación. La Empresa de Ingeniería y Proyectos del níquel (Ceproníquel) en el año 2013, elaboró un estudio para identificar las acciones e impactos ambientales que se desencadenaron a partir de la puesta en marcha del proyecto de Secado Solar, concluyendo que las mayores afectaciones se presentaron en las fases de construcción y operación. A partir de ello, establecieron un plan de medidas de prevención y control para la fase de construcción, operación y cierre del proyecto. Este trabajo no establece con exactitud las acciones del proyecto y los componentes ambientales afectados, tampoco identifica y valora cuantitativamente los impactos que se producen en la etapa de operación que es la que se desarrolla en la actualidad y la de mayor duración. Otras investigaciones parciales se han realizado por Inversiones GAMMA SA en el 2010 relacionadas con el área de estudio, para la realización del análisis químico a la determinación de las emisiones de polvo y de los niveles de ruido emitidos a la atmósfera en el yacimiento de Punta Gorda. 6 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés 1.2. Análisis de los métodos de evaluación de impacto ambiental Existe una amplia variedad de métodos que permiten realizar la evaluación de impacto ambiental de una determinada área o actividad. A continuación se muestran en la Tabla 1.1 un resumen de los principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Tabla 1.1 Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Métodos 1.- Reuniones de expertos. Solamente a considerar cuando se trata de estudiar un impacto muy concreto y circunscrito. Si no ocurre así, no se puede pretender ni rapidez ni exhaustividad, a causa de los cruces interdisciplinarios. El método Delphi ha sido de gran utilidad en estos casos. 2.-Lista de Chequeo “checklists”. Son listas exhaustivas que permiten identificar rápidamente los impactos. Existen las puramente “indicativas”, y las “cuantitativas”, que utilizan estándares para la definición de los principales impactos (por ejemplo contaminación del aire según el número de viviendas). 3.- Matrices simples de causa-efecto. Son matrices limitadas a relacionar la variable ambiental afectada y la acción humana que la provoca. 4.- Grafos y diagramas de flujo. Tratan de determinar las cadenas de impactos primarios y secundarios con todas las interacciones existentes y sirven para definir tipos de impactos esperados. 5.- Cartografía ambiental o superposición de mapas (overlay). Se construyen una serie de mapas representando las características ambientales que se consideren influyentes. Los mapas de síntesis permiten definir las aptitudes o capacidades del suelo ante los distintos usos, los niveles de protección y las restricciones al desarrollo de cada zona. 6.-Redes. Son diagramas de flujo ampliados a los impactos primarios, secundarios y terciarios. 7.- Sistemas de Información Geográficos. Son paquetes computacionales muy elaborados, que se apoyan en la definición de sistemas. No permiten la 7 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés identificación de impactos, que necesariamente deben estar integrados en el modelo, sino que tratan de evaluar la importancia de ellos. 8.-Matrices. Consisten en tablas de doble entrada, con las características y elementos ambientales y con las acciones previstas del proyecto. En la intersección de cada fila con cada columna se identifican los impactos correspondientes. La matriz de Leopold es un buen ejemplo de este método. En matrices más complejas pueden deducirse los encadenamientos entre efectos primarios y secundarios, por ejemplo. 9.-Criterios relevantes integrados. El método consiste en asignar valores a los efectos adversos relevantes de acuerdo a los criterios de probabilidad , intensidad, duración, extensión y reversibilidad del efecto , para obtener un valor de impacto ambiental por efecto y la jerarquización de los mismos Fuente: Espinoza, (2001) Modificada Vílchez, (2014) La selección del método apropiado a utilizar es un elemento importante en los resultados de la evaluación. No es posible establecer una formula única para elegir un método en particular en una evaluación de impacto ambiental, debido a que ningún método por sí solo puede ser utilizado para satisfacer la gran variedad y tipos de actividades que intervienen en un estudio de impacto ambiental, la clave está en seleccionar adecuadamente el método más apropiado de acuerdo a las necesidades de cada estudio. La utilización de métodos ya seleccionados para identificar las modificaciones en el medio, es una tarea relativamente fácil. Pero otra cosa es la calificación de esas modificaciones: todos los aspectos y parámetros pueden medirse; la dificultad está en valorarlos. La medición puede ser cuantitativa o cualitativa; ambas son igualmente importantes, aún cuando requieren de criterios específicos para su definición adecuada. La predicción implica seleccionar los impactos que efectivamente pueden ocurrir y que merecen una preocupación especial por el comportamiento que pueda presentarse. Es importante contrastarlos con indicadores de la calidad ambiental deseada. Para seleccionar un método de evaluación de impacto debe partirse de visitar el sitio, reconocer su entorno, identificar las variables ambientales afectadas por la 8 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés actividad, fijarse en el proceso productivo, hablar con los responsables de la explotación, con personas del entorno afectadas y con grupos ambientalistas (u otros) si los hubiese. Posteriormente deben analizarse las ventajas y desventajas de cada método en relación con las características de la investigación. 1.3. Regulaciones legales vigentes Las principales regulaciones relacionadas con la actividad minera y la protección del medio ambiente son en Cuba, la Ley No 76 de Minas, la Ley No 81 del Medio Ambiente y la Ley No. 85 Forestal y sus respectivos reglamentos, y el Decreto-Ley 136 Del Patrimonio Forestal y Fauna Silvestre y sus Contravenciones y además, un sistemas de normas al respecto. Ley 81 de Medio Ambiente La Ley 81 de Medio Ambiente, aprobada el 11 de julio de 1997 por el Parlamento Cubano, establece en su Artículo 13, que los organismos que tienen a su cargo el uso y administración de recursos naturales, en cumplimiento de sus deberes, atribuciones y funciones específicas relativas a la protección del medio ambiente, deben incorporar y evaluar los requerimientos de la protección del medio ambiente en sus políticas, planes y programas de desarrollo y ejecutar proyectos con vista a garantizar la sostenibilidad de su gestión y contribuir al desarrollo de la vida en un medio ambiente adecuado, valorando científicamente los factores ambientales. Los Artículos 67 y 70, establecen el régimen de sanciones administrativas en materia de protección del medio ambiente que incluye a las personas naturales y jurídicas que incurran en las contravenciones establecidas en la legislación complementaria a la Ley y asevera que toda persona natural o jurídica que por su acción u omisión dañe el medio ambiente está obligada a cesar en su conducta y a reparar los daños y perjuicios que ocasione. El Artículo 92 plantea la obligación de todas las personas naturales y jurídicas en la protección y conservación de las aguas y de los ecosistemas acuáticos en condiciones que permitan atender de forma óptima a la diversidad de usos requeridos para satisfacer las necesidades humanas y mantener una equilibrada interpelación con los demás recursos naturales asegurando un adecuado desarrollo del ciclo hidrológico y de los elementos que intervienen en él, prestando especial 9 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés atención a los suelos, áreas boscosas, formaciones geológicas y a la capacidad de recarga de los acuíferos. Las personas naturales o jurídicas, según el Artículo 106, que tienen a su cargo el uso o explotación de los suelos se ajustarán hacer su actividad compatible con las condiciones naturales de estos y con la exigencia de mantener su integridad física y su capacidad productiva y no alterar el equilibrio de los ecosistemas. Adoptarán las medidas que correspondan, tendientes a evitar y corregir las acciones que favorezcan la erosión, salinización y otras formas de degradación o modificación de sus características topográficas y geomorfológicas. Realizar las prácticas de conservación y rehabilitación que se determinen de acuerdo con las características de los suelos y sus usos actuales y perspectivos. Cumplir las demás disposiciones establecidas en la legislación básica de suelos del país y otras que a su amparo dicten los organismos competentes. En los Artículos 120, 122 y 137 se refieren a que toda actividad minera estará sujeta al proceso de evaluación de impacto ambiental, por lo que el concesionario solicitará la licencia ambiental para ejecutar la fase de explotación y especifica que las personas naturales o jurídicas que desarrollan actividades de aprovechamiento de recursos minerales, estarán en la obligación de rehabilitar las áreas degradadas por su actividad, así como las áreas y ecosistemas vinculados a éstas que puedan resultar dañados, de conformidad con lo dispuesto en la Ley de Minas y en la presente Ley, o en su defecto, a realizar otras actividades destinadas a la protección del medio ambiente, en los términos y condiciones que establezcan el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente, el Ministerio de la Agricultura y el Ministerio de la Industria Básica. Recalca, además, que las medidas correctivas estarán destinadas a remediar los daños causados al paisaje y, en la medida de lo posible, a recuperarlos o rehabilitarlos y se aplicarán de conformidad con lo dispuesto en la presente Ley y su legislación complementaria. También en esta Ley, el Artículo 160 se refiere a que todo inversionista está obligado a asegurar condiciones ambientales que no afecten o pongan en riesgo la salud o la vida de los trabajadores, así como desarrollar las actividades laborales en armonía con el medio ambiente, garantizando además los medios de protección 10 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés adecuados. El inversionista queda obligado a reparar los daños o perjuicios provocados por el incumplimiento de las obligaciones anteriores. Ley 76 de Minas La Ley 76 de Minas de enero de 1995, establece en su Artículo 40 y 42 que todos los concesionarios están obligados a preservar adecuadamente el medio ambiente y las condiciones ecológicas del área, elaborando estudios de impactos y planes para prevenir, mitigar, controlar, rehabilitar y compensar el impacto derivado de la actividad minera en los términos que establece la legislación. En el artículo 57 señala que los concesionarios pueden perder esta condición si no cumplen con el programa de ejecución de las medidas de mitigación y en el 64 y 65 señala la obligación de restaurar con el cierre de la mina. Ley No. 85 Forestal Esta ley de agosto de 1998, tiene entre sus objetivos establecer los principios y regulaciones generales para la protección, el incremento y desarrollo sostenible del patrimonio forestal de la nación. En su Artículo 19 establece como Bosques Protectores de las Aguas y los Suelos a los situados en las cabeceras de las cuencas hidrográficas, las fajas forestales de las zonas de protección de embalses, ríos y arroyos, así como todos los situados en pendientes mayores de 45 % o en zonas susceptibles al desarrollo de la erosión hídrica y eólica. El ancho de las fajas forestales de las zonas de protección de embalses y cauces fluviales será establecido conjuntamente por el Ministerio de la Agricultura y las entidades que correspondan. El artículo 21 prohíbe las actividades que ocasionen la eliminación permanente de la vegetación en las zonas declaradas como bosques protectores. Decreto-Ley 136 Del Patrimonio Forestal y Fauna Silvestre y sus Contravenciones La concepción del Decreto - Ley para la protección del patrimonio forestal y la fauna silvestre, aprobado el 3 de marzo de 1993 por el Consejo de Estado de la República de Cuba, plantea “que los bosques y la fauna silvestre constituyen recursos naturales renovables, patrimonio de todo el pueblo, susceptibles de ser 11 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés aprovechados racionalmente sin detrimento de su integridad ni de sus cualidades reguladoras y protectoras del medio ambiente”. En este sentido, establece las regulaciones generales para la protección, la conservación, el desarrollo sostenible, el incremento y el uso racional de los bosques y la fauna silvestre, así como, de las especies forestales, y controla sus recursos faunísticos y valores florísticos, mediante sus regulaciones. Para el caso particular de las explotaciones mineras, el Artículo 16 de su Capítulo III, Sección Primera, establece que “cualquier inversión que pueda perjudicar el patrimonio forestal o alterar el hábitat o las condiciones de vida y reproducción de las especies de la fauna silvestre, antes de su ejecución, se deberá consultar con el Ministerio de la Agricultura, el cual explicará, cuando proceda, la correspondiente autorización. A su vez, semejante actividad perturbadora de las condiciones medioambientales en áreas forestales, requiere de la correspondiente Licencia Ambiental, emitida por el Centro Inspección y Control Ambiental del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente”. En su Sección Cuarta, en el Artículo 25, se exige como medida correctiva y de restauración, la reforestación de las áreas del patrimonio forestal, en las cuales se realice extracción de minerales, y por otras razones de protección al medio ambiente, sea recomendable reforestar. Con tales fines, el Artículo 27 refiere, que en los trabajos de reforestación, se utilizarán especies que mejoren la calidad y las condiciones del lugar, las que estén en peligro de extinción, incluidas las de reconocido valor económico, así como, las que sean útiles para la fauna silvestre. Resolución No. 132 /2009. Reglamento del Proceso de Evaluación de Impacto Ambiental Sobre la base de la experiencia acumulada desde 1999 y teniendo en cuenta los preceptos que se establecen en la Ley Nº81, se procedió a revisar la Resolución 77/99, del propio organismo, "Reglamento del Proceso de Evaluación de Impacto Ambiental" que dio lugar al nuevo Reglamento del Proceso de Evaluación de Impacto Ambiental, Resolución No. 132 /2009 . Este reglamento regula la realización del proceso de Evaluación de Impacto Ambiental. 12 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés El Artículo 2 expone que los objetivos de la Evaluación de Impacto Ambiental son los siguientes: a) Asegurar que los potenciales impactos ambientales sean debidamente previstos en una etapa temprana del diseño y la planificación del proyecto, mediante la identificación de las medidas para prevenir, mitigar, controlar, rehabilitar y compensar los posibles impactos negativos y realzar los posibles impactos positivos, así como la presentación de alternativas que los eviten o minimicen al máximo, para la toma de decisiones. b) Examinar en qué forma el proyecto puede causar impactos a las comunidades, a otros proyectos de desarrollo social y al medio ambiente en general. c) Propiciar la evaluación y la valoración económica de los efectos ambientales previstos y el costo de la reducción de los efectos ambientales negativos. Tambien especifica con claridad en su Artículo 3: las actividades para las que la realización del proceso de Evaluación de Impacto Ambiental son obligatorias. Guías para la Realización de las Solicitudes de Licencia Ambiental y los Estudios de Impacto Ambiental En el Artículo 27 de la Ley Nº81 se plantea que el Proceso de EIA comprende: a) La Solicitud de Licencia Ambiental; b) El Estudio de Impacto Ambiental, en los casos en que proceda; c) La evaluación propiamente dicha, a cargo del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente; d) El otorgamiento o no de la Licencia Ambiental. El principal objetivo de este manual es establecer el procedimiento metodológico que garantice el desarrollo homogéneo del Proceso de EIA, en todo el territorio nacional, y su control, a través del Sistema de Inspección Ambiental Estatal. Las Guías para la Solicitud de Licencia Ambiental están estructuradas de la forma siguiente:  Guía General (obligatoria para todos los proyectos de obras o actividades que se relacionan en el Artículo 28 de la Ley Nº81). 13 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Guías Específicas (elaboradas para determinadas actividades, como complemento de la Guía General): Por otra parte el manual recoge la estructura de las Guías Metodológicas para realizar Estudios de Impacto Ambiental y las agrupa de la forma siguiente:  Guía General (obligatoria para todos los Estudios de Impacto Ambiental).  Guías Específicas (complementan la Guía General, pero contienen especificidades para cada proyecto de obra o actividad): o Industria o Petróleo o Minería o Obras hidráulicas o Turismo o Aeropuertos o Viales o Agrícola o Pecuaria o Forestal En este manual no están recogidas las guías específicas para todas las actividades, sino que aparecen solo aquellas que han tenido una mayor frecuencia en la presentación de las solicitudes de licencia ambiental y de los estudios de impacto ambiental. El alcance de las solicitudes de licencia y los estudios, para el resto de las actividades, serán definidos por la Autoridad Responsable. 14 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Normas cubanas Las principales normas cubanas afines con la temática son: NC 28 1999. Calidad del suelo. Clasificación de las tierras afectadas para la restauración. NC 29 1999. Calidad del suelo. Restauración de las tierras. Términos y definiciones. NC 30 1999. Calidad del suelo. Tierras alteradas. Requisitos generales para la restauración. NC.23:99. Franja forestal de las Zonas de Protección a Embalses y Cauces Fluviales. NC 26:2007. Ruidos en zonas habitables. Requisitos higiénicos sanitarios. NC.31:99. Calidad del Suelo. Requisitos para la Protección de la Capa Fértil del Suelo al realizar trabajos de Movimiento de Tierra. NC 39:99. Calidad de aire. Requisitos higiénico sanitario (antes NC 93 – 02 – 202 – 1987) cambiado por número y título por Enmienda (obligatoria). NC 111:02. Calidad del aire. Reglas para la vigilancia de la calidad del aire en asentamientos humanos. NC 133:02. Residuos sólidos urbanos. Almacenamiento. Transportación. Requisitos higiénico sanitarios y ambientales. 15 Recolección. �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés CAPÍTULO 2. MARCO METODOLÓGICO En el presente capítulo se procede a explicar la metodología que se utilizó para la identificación, caracterización y evaluación de los impactos que se producen al medio ambiente producto de la acción minera en los Depósitos de mena donde se aplica el Secado Solar. 2.1. Métodos de la investigación científica En la Investigación se emplearon métodos empíricos y teóricos de la investigación científica, entre los que se destacan los siguientes: Dentro de los métodos empíricos:  Observación: para de manera consciente y planificada, percibir visualmente los impactos en el Depósito de mena.  Entrevistas: a técnicos y trabajadores del depósito para identificar los conocimientos que tienen en lo relativo a la importancia de protegerse de los impactos causados por la minería y mediante la identificación de estos, contribuir a la disminución de sus efectos negativos.  Consulta a expertos: Por su aporte en el dominio en la materia objeto de estudio y en el desarrollo de la metodología para la identificación, caracterización, valoración y evaluación de los impactos producto de la minería. Y de los métodos teóricos:  Histórico- lógico: Permitirán estudiar y valorar la situación ambiental que ha caracterizado la actividad antes y durante el transcurso de la investigación y establecer de forma lógica y coherente los fundamentos teóricos del proceso objeto de estudio.  El hipotético-deductivo: Para la formulación y verificación de la hipótesis.  Análisis- síntesis: Para identificar los impactos ambientales y establecer las causas de ellos y aplicar la metodología para su estudio.  Inducción-deducción: Se empleará para interpretar los resultados obtenidos de la evaluación de impactos y establecer las medidas dirigidas a minimizar y corregir los impactos negativos provocados al medio. 16 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés 2.2. Etapas metodológicas de la investigación Las etapas metodológicas de la investigación conllevan a un trabajo de forma lógica, logrando mostrar la estrategia a seguir durante el estudio ambiental. Las etapas del trabajo se muestran en la Figura 2.1. Figura 2.1. Etapas metodológicas de la investigación Etapa 1: Preliminar El objetivo de esta etapa es definir el área de estudio y las características del proyecto. Se formula el problema, objetivos, la hipótesis, se eligen los métodos de trabajo y la estrategia a seguir y se realiza la recopilación de la información necesaria para realizar el estudio geoambiental. Esta información permite realizar el análisis y descripción del proyecto, conocer sus características, y propicia la identificación de los factores ambientales más impactados por las acciones antrópicas, que se desarrollan durante la obra. 17 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Etapa 2: Campo Se realiza la caracterización geoambiental del área de estudio, a partir de la información recopilada y de recorridos en el área (áreas desbrozadas, minadas parcialmente y reforestadas) donde se lleva a cabo diariamente el proyecto de Secado Solar. En esta etapa son importantes las entrevistas a los técnicos y especialistas de la empresa a y a los expertos de los diferentes aspectos del estudio. Al diagnosticar y evaluar los elementos relacionados con el medio físico natural, se obtiene una perspectiva amplia de los problemas existentes en el depósito. Etapa 3: Trabajo de Gabinete Se procesa toda la información obtenida en la etapa de campo, se identifican los impactos, se caracterizan y valoran según la metodología a emplear, y se elaboran las medidas para prevenir, mitigar los impactos negativos. 2.3 Desarrollo de las fases metodológicas 2.3.1. Etapa preliminar El área de estudio está situada dentro del yacimiento Punta Gorda y su zona de influencia como se muestra en el Mapa1. Este yacimiento ha sido el más estudiado en la mina, por lo que de este se puedo adquirir un gran volumen de información necesaria para la realización de este trabajo (estudios geológicos, ambientales y mineros). En esta etapa se analizó el depósito y sus características, además de realizarse varios recorridos por el área. Se identificaron las principales acciones, que se desarrollan durante esta etapa de la minería en los depósitos, capaz de producir impactos, para lo cual se emplearon métodos y técnicas de investigación en conformidad al objeto de estudio, tales como, análisis de la información, consulta de experto a través de entrevista, escenarios comparados y consultas públicas a los responsables de la minería y trabajadores del área del depósito. El proyecto presenta tres etapas (construcción, operación y cierre de la obra), sin embargo, actualmente las acciones están ligadas a todas aquellas actividades que 18 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés se realizan dentro de la segunda etapa (operación de la obra), y a la vez están relacionadas con la entrada y salida del mineral a los depósitos. Las acciones dentro de la Fase de Operación: a) El muestreo: es la primera acción que se realiza en la caseta, la cual permite conocer mediante el análisis químico de estas muestras en el CEDINIQ, la calidad del mineral que se incrementa y evacúa a los depósitos. b) El abasto: se desarrolla en las plazoletas a medida que los camiones avanzan desde los frentes de minería y van depositando el mineral en forma de hileras alargadas quedando así los viajes bien pegados. c) Remoción y formación de pilas: esta acción ocurre cuando la retroexcavadora realiza el remonte del mineral depositado, lo que propicia la separación de todo el material rocoso que pueda estar presente y la homogenización del componente útil, de esta manera finalmente queda conformada la pila. d) La evacuación de la mena: corresponde luego de haber sido conformada la pila, con la ayuda de equipos de arranque y carga para enviar en camiones el material minado hasta la tolva donde es separado de todo material rocoso, iniciando allí su preparación para el proceso metalúrgico. 2.3.2. Etapa de Campo  Caracterización geoambiental del área de estudio El área de estudio se encuentra ubicado dentro del Yacimiento Punta Gorda, el cual se localiza al Este de la Ciudad de Moa en la provincia de Holguín. El yacimiento aparece dentro de los límites del macizo montañoso Moa-Baracoa, ocupando un área de 7.46 Km 2. Como límites naturales tiene por el Oeste-Noroeste; al río Moa, al Suroeste el río Yagrumaje y al Oeste el arroyo Los Lirios. El Depósito de la UBMina de la Empresa Comandante ECG se encuentra al sur de las instalaciones fabriles, y está limitado en las coordenadas X: 703111-703703 y Y: 220227-220919. (Figura 2.2). 19 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 2.2. Mapa de los depósitos.  Características generales del área del Depósito El área donde se desarrolla el estudio se encuentra en el yacimiento Punta Gorda de la ECECG. El mismo presentó en sus inicios un relieve moderado, actualmente con inclinación hacia el Norte, con rangos de pendientes variables (Ceproníquel, 2013). El área es rica en reservas de aguas subterráneas, que han afectado la minería desde el inicio de su explotación; por lo que en el Plan “20 Años de Minería Conjunta” se previó la construcción de canales magistrales para el drenaje que, en la actualidad, aún no han alcanzado una eficiencia adecuada. El régimen de temperaturas del aire es el típico de zonas costeras de la región tropical, con un valor medio anual superior a 26 ºC y temperaturas máximas y mínima absolutas anuales de 36 y 12 ºC respectivamente. La temperatura entre 05:30 y 06:30 horas alcanza su valor mínimo absoluto en el mes de enero, a partir de ahí, con la salida del sol la temperatura experimenta una subida típica del calentamiento diurno y su comportamiento es similar a la curva de la insolación, para alcanzar su valor máximo entre las 13:00 y 14:00 horas. 20 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés La precipitación media anual en la región de donde se ubicaron las plazoletas, oscila entre 1400-1600mm, con un gradiente en estos rangos hacia las zonas más elevadas. Los sistemas de drenaje debían evacuar de forma continua toda la lluvia que pudiese producirse en cualquier momento del año, que pueden ser precipitaciones extraordinarias en 24 horas de hasta 1 000 mm. La humedad relativa del aire oscila de 60% y hasta 90%, pero en extremos llega a 99 y 100%. La evaporación alcanza entre 1 900 y 2 800 mm al año. Según el estudio de impacto ambiental de la nueva presa de colas, Línea base, la evaluación del viento en la zona durante el periodo nocturno reveló una alta ocurrencia de casos de velocidad del viento inferior a 1 m/s, lo que unido al elevado número de casos de calma registrados en el aeropuerto de Moa al amanecer, indica una alta potencialidad para el estancamiento de contaminantes en la zona durante las noches.  Hidrografía Según lo reflejado en estudios realizados anteriormente por Martínez (2011), la hidrografía del área está representada de forma general por los ríos Moa (al norte), sus afluentes río Los Lirios (al oeste), arroyo La Vaca (área central) y el río Yagrumaje (al este y sur). La fuente de alimentación principal de estos ríos y arroyos, son las precipitaciones atmosféricas, desembocando las arterias principales en el Océano Atlántico, donde forman deltas cubiertos de sedimentos palustres y vegetación típica de manglar. La mayor parte del yacimiento está ocupado por la zona de divisorias entre el río Yagrumaje y el arroyo La Vaca, presentando un relieve suavemente ondulado que alcanza una altura de 174 m hacia el sur, disminuyendo su altura hasta 20 m al norte y nordeste. Tratándose de los depósitos en específico, aparece al oeste un pequeño arroyuelo con estrecho cause proveniente de las aguas de escorrentía.  Relieve El relieve del área antes de iniciarse la explotación del yacimiento, se caracterizaba por un conjunto de elevaciones pre-montañosas escalonadas con superficies de aplanación que descendían suavemente en dirección Noroeste (Figura 2.3). 21 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 2.3. Mapa Base Durante la explotación del yacimiento los frentes de explotación se orientaron en dirección Este – Oeste, generándose taludes con pendientes abruptas y depresiones en esta dirección, que modificaron totalmente el relieve original, interceptando además transversalmente a la red del drenaje superficial natural. Las nuevas pendientes generadas tanto por su magnitud, como por su dirección, provocaron desequilibrios en las formas estables del relieve original, propiciando el desarrollo de los procesos erosivos y notables modificaciones topográficas (Figura 2.4). Con la actividad extractiva fueron creadas varias formas antrópicas positivas y negativas del relieve. Figura 2.4. Mapa topográfico actual. 22 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Aguas terrestres Este factor ambiental ha sufrido el impacto de la actividad minera, con transformaciones notables de la red de drenaje superficial original, a la cual se han incorporado los surcos y cárcavas generadas por las alteraciones en la naturaleza de los materiales superficiales y el surgimiento de formas favorables y desfavorables del relieve para su desarrollo. El drenaje superficial se ha deteriorado en la mayoría de las plataformas, aunque se han adoptado medidas correctivas con anterioridad. Debido a la actividad minera se generan continuamente depresiones donde se acumulan las aguas pluviales como puede apreciarse en la Figura 2.5. Figura 2.5. Acumulación de las aguas pluviales.  Suelo Por la cantidad de cárcavas, surcos erosivos y arrastre de sedimentos hacia lugares bajos, la erosión en el área puede evaluarse de intensa o de gran magnitud, siendo este precisamente, como uno de los problemas principales que se observan en el Depósito. Dentro de los procesos y fenómenos geoambientales que afectan los suelos se presenta la erosión, que no es más que el proceso de desagregación y remoción de partículas del suelo o de fragmentos y partículas de rocas, por la acción combinada de la gravedad y el agua, la erosión eólica y la acción de los organismos (plantas y animales). En general se distinguen dos formas de enfoque para los procesos erosivos: 23 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés •Erosión natural o geológica. •Erosión artificial o antrópica Erosión natural se desarrolla en equilibrio con la formación de los suelos, es beneficiosa. En cambio la erosión artificial, es producida por la actividad del hombre. Crea condiciones de desequilibrio que no son fáciles de controlar y van en aumento de año en año. Las causas conocidas de la erosión son muchas, pero podrían sintetizarse en dos: o La destrucción de la estructura superficial natural de los suelos, conformada naturalmente para resistir los golpes de las gotas de lluvia, evitando la separación de sus partículas componentes. o  La erosión acelerada provocada por la acción del hombre. Flora y Fauna La vegetación juega un papel importante, ya que constituye uno de los productores primarios de casi todos los ecosistemas, además de ser estabilizadora de pendientes, retarda la erosión, influye en la cantidad y la calidad del agua, mantiene microclimas locales, atenúa el ruido, y es el hábitat de varias especies (Hernández, 2003). En el área, la flora y la fauna fue prácticamente eliminada debido a la explotación minera, solo se encuentran fragmentos de relictos de vegetación seminatural en zonas aledañas, asociada algunas cañadas y a fuertes pendientes (Figura 2.6 y 2.7). De forma similar la fauna asociada fue extinguida y en menor medida migró hacia áreas distantes al perder su hábitat. Figura 2.6 y 2.7. Presencia de actividad biótica en áreas aledañas al depósito (zona sur). 24 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Calidad del aire Sin duda las condiciones climáticas del territorio determinan los niveles y forma de afectación de la calidad del aire por la emisión de partículas y de ruido durante y después de la actividad extractiva. En la región predomina un clima tropical húmedo con lluvia todo el año a diferencia de la mayor parte del resto del país, que ha sido clasificado como tropical con verano muy húmedo. Este rasgo distintivo del territorio, está relacionado con la ocurrencia de las mayores precipitaciones durante el periodo invernal, con valores máximos entre octubre y febrero, comportamiento diferente al de la mayor parte del país y el cual está condicionado fundamentalmente por la orografía presente. El régimen de precipitaciones en Moa, posee rasgos diferenciales respecto al contexto del país, pues en su ritmo anual se observa como tendencia la ocurrencia de láminas máximas entre los meses de octubre y enero es decir, hacia finales del período lluvioso (mayo - octubre) y comienzos del menos lluvioso (noviembre - abril), de forma que resulta más regular. Existe además un máximo secundario de precipitaciones en mayo y dos mínimos relativos, el principal de febrero a abril y el secundario de junio a septiembre (Inversiones GAMMA SA, 2010).  Vientos La zona de Moa se encuentra bajo la influencia directa de los vientos Alisios, de manera que la brisa puede quedar enmascarada dentro del flujo de circulación general de la atmósfera, sin que se aprecie cambio de signo de las componentes en la mañana, manifestándose solamente un aumento en la velocidad del viento, en un proceso conocido como reforzamiento del Alisios por la brisa. Aunque la información sobre el viento en condiciones nocturnas en la zona es muy escasa, la presencia del terral ha sido inferida a partir de evaluaciones para las primeras horas de la mañana. En tal sentido, al evaluar datos de las 06.00 horas se encontró la manifestación del terral como un flujo continuo de vientos del tercer cuadrante de poca intensidad hasta 2-3 horas después de la salida del sol, quedando ubicado el inicio de la hora de transición terral-brisa marina en el período de 08.00-09.00. Los espesores del terral en la zona han mostrado valores entre 300 - 600 m, con las menores alturas en el área de la fábrica Ernesto Guevara, donde en ocasiones no superan los 300 m. Dos aspectos fundamentales a la hora de determinar la afectación de calidad del 25 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés aire en el territorio lo constituyen sin dudas la concentración de material particulado en suspensión y el comportamiento del ruido ambiental.  Polvo Como resultado del tráfico de camiones y otros equipos que desarrollan la minería, se pueden presenciar las grandes emisiones de polvo a la atmósfera. Son notables las consecuencias negativas de los impactos actuales sobre el medio ambiente. En la atmósfera de regiones como la estudiada, se genera una zona química de origen antrópico que extiende su influencia a decenas de kilómetros de distancia en las direcciones predominantes del viento, provocando la presencia de altos contenidos de sustancias nocivas, que aún en bajas concentraciones, pueden llegar a afectar no solo la calidad del aire, sino además la del suelo, la vegetación y la fauna en los ecosistemas presentes, así como la salud de la población (Inversiones GAMMA SA, 2010).  Economía Económicamente la región está dentro de las más industrializadas del país, no solo por sus riquezas minerales, sino además, porque cuenta con dos plantas procesadoras de níquel en producción, la ECECG y la Cmdte. Pedro Soto Alba. Este renglón constituye el segundo rubro exportable del país. Además de estas industrias metalúrgicas, existen otras instalaciones de apoyo a la metalurgia y la minería, tales como la Empresa Mecánica del Níquel, Centro de Proyectos del Níquel (CEPRONIQUEL), la Empresa Constructora y Reparadora del Níquel (ECRIN), CEDINIQ, entre otras (Martínez, 2011).  Geotectónica Martínez (2011) recoge en su investigación que desde el punto de vista regional, esta área se relaciona con el desarrollo de sistemas de arco insulares y cuenca marginal durante el mesozoico, y a su extinción a fines del Campaniano SuperiorMaestrichtiano. Debido a procesos de acreción tectónica, se produce la obducción del complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de sobrecorrimiento, sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Una vez que se ha producido el emplazamiento del complejo ofiolítico – obducción - las litologías ultramáficas en condiciones de clima tropical y subtropical, fundamentalmente, se inicia el proceso de serpentinización, aunque hay criterios 26 fundados en consideraciones �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés experimentales, que en ambos procesos – obducción y serpentinización – se producen casi simultáneamente. La mayoría de los complejos ofiolíticos que afloran están tectonizados y sumamente agrietados, dislocados, con presencia de espejos de fricción y otras estructuras que manifiestan una intensa fracturación y desplazamiento de las litologías hasta emplazarse en la litosfera superior; los fenómenos estructurales producidos durante los procesos de obducción y serpentinización, contribuyeron a acelerar el proceso de lateralización de las ultramafitas serpentinizadas. Las principales estructuras representativas de este sistema son: falla Los Indios, Cayo Guam, Moa, Miraflores, Cabaña y Maquey (Martínez, 2011). Relativo a la morfotectónica, el yacimiento Punta Gorda se encuentra ubicado en el bloque El Toldo, el cual ha manifestado los máximos levantamientos relativos de la región. La litología está representada por rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia ofiolítico, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas.  Características geológicas de la región Según Iturralde-Vinent, (1996a, 1996b, 1996c, 1998) el área de estudio se enmarca dentro de la región oriental de Cuba, la cual desde el punto de vista geológico se caracteriza por la presencia de las secuencias del cinturón plegado cubano y las rocas del “neoautóctono”. En los macizos rocosos de Mayarí y Sagua-Moa-Baracoa afloran fundamentalmente unidades oceánicas correspondientes a las ofiolitas septentrionales, y a los arcos de islas volcánicos del Cretácico y del Paleógeno (Iturralde-Vinent, 1996, 1998). Las ofiolitas septentrionales en la región de estudio están enmarcadas dentro de la llamada faja ofiolítica Mayarí-Baracoa (Iturralde-Vinent, 1996a, 1996b, 1998). Sus principales afloramientos están representados por los macizos Mayarí-Cristal y MoaBaracoa (Martínez, 2011). Desde el punto vista tectónico la región se caracteriza por su gran complejidad, predominando las estructuras disyuntivas de direcciones NW y NE. El área de estudio se caracteriza desde el punto de vista geológico por la presencia de las secuencias del cinturón plegado cubano y del “Neoautóctono” (Iturralde Vinent, 1996). 27 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Se reconocen seis unidades tectónico-estratigráficas (UTE) principales en la región: 1) Rocas de afinidad ofiolíticas. 2) Materiales volcánicos vulcano-sedimentarios asociados a un arco de islas Cretácico. 3) Materiales asociados a cuencas transportadas del Campaniense Tardío al Daniense. 4) Rocas volcánicas y vulcano-sedimentarias pertenecientes al arco de islas del Terciario. 5) Materiales asociados a cuencas transportadas del Eoceno Medio al Oligoceno. 6) Materiales asociados a un estadío neoplatafórmico “Neoautóctono” desde el Oligoceno al Reciente (Iturralde,1999a). Las rocas de afinidad ofiolíticas son las de mayor distribución en el área, enmarcándose dentro de la llamada faja ofiolíticas Mayarí-Baracoa (Iturralde Vinent.. 1996 y 1998.). Estas ofiolitas han sido interpretadas como representativas de un sistema de cuencas de retroarco-marginal, ubicado paleogeográficamente entre la plataforma de Las Bahamas y el arco de las Antillas Mayores (Iturralde Vinent, 1996b, 1998). La faja ofiolítica constituye un cuerpo alóctono tabular con una longitud de 170 Km. Geomorfológicamente dividido en diferentes partes por el valle del río Sagua de Tánamo y las Montañas del Purial. Posee un espesor que en ocasiones sobrepasa los 1000 metros (Iturralde Vinent 1996, 1998). La secuencia de piso a techo está compuesta por peridotitas con texturas de tectonitas, “acumulados ultramáficos”, acumulados máficos, diques de diabazas y secuencias efusivassedimentarias. Estas ofiolitas se disponen en forma de escamas tectónicas, cabalgando las rocas vulcano-sedimentarias del arco de islas del Cretácico, las cuales están cubiertas transgresivamente por secuencias flychoides y olistostrómicas del Maestrichtiano al Paleoceno (Fm. Mícara, y la Fm. Picota). En ocasiones las ofiolitas están cubiertas por materiales vulcano-sedimentarios procedentes del arco de islas del Paleógeno y por secuencias terrígenascarbonatadas más jóvenes. 28 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Macizo ofiolítico Mayarí –Baracoa El complejo ofiolítico Mayarí-Cristal se ubica en la parte occidental de la faja ofiolíticas Mayarí-Baracoa, ocupando un área aproximada de 1200 Km2 y posee una morfología tabular con un espesor de 1 a 1,5 Km. En él se han descrito principalmente los complejos utramáficos y diques de diabasas; en cambio la existencia del complejo de gabros es polémica y el vulcano-sedimentario no ha sido localizado todavía (Iturralde Vinent, 1996, 1998). Las rocas ultramáficas están constituidas predominantemente por harzburgitas, dunitas, rara veces por iherzolitas y piroxenitas. Al sur del macizo Mayarí-Cristal, se localiza el melange La Corea, la cual es una zona metamórfica de unos 25 Km2. Esta zona se compone por diferentes bloques separados por una matriz serpentinítica. Predominan las rocas metamórficas de alta presión, así como metabasitas de baja presión de origen ofiolítico. Las metamorfitas de alta presión son anfibolitas areníferas y bloques aislados de esquistos glaucofánicos; además existen esquistos verdes, esquistos tremolíticos, actinolíticos, diques de pegmatitas y granitóides masivos. En La Corea existen diferentes fasies metamórficas, y todas afloran hacia la parte sureste de la región de estudio, las que se distinguen son:  fasies de esquistos verdes: en ellos se asocian los esquistos micáceos, esquistos grafíticos, cuarcíferos y otros.  fasies de las córneas: estas fasies se encuentran mucho en los metamorfismos de contacto, en ellas se localizan los mármoles, las cuarcitas secundarias y otras.  fasies de las anfibolitas: Esta es la fasie donde todos los minerales se forman a alta presión y temperatura, en ella se encuentra todas las anfibolitas propiamente dichas. En la faja ofiolítica existen diferentes cuerpos de cromitas con diferentes niveles de estructuras del corte ofiolítico. Las cromitas ricas en cromo se localizan en rocas ultrabásicas, peridotitas con texturas de tectonitas (Mayarí), y las ricas en aluminio en la denominada Moho Transition Zone (Moa – Baracoa). Sin embargo en la zona de Sagua de Tánamo (extremo oriental del macizo Mayarí-Cristal) existen los dos tipos de cromitas, las ricas en aluminio y las ricas en cromo, todo esto es debido que Sagua de Tánamo es el lugar de depósito de estos sedimentos erosionados, es decir, es la cuenca que acumula los sedimentos de las dos grandes fuentes de 29 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés suministro (Mayarí –Cristal y Moa –Baracoa). En Mayarí - Cristal también están presentes los cuerpos de piroxenitas los cuales cortan los peridotitos y los cuerpos de cromitas (Iturralde, 1996, 1998). Los diques de diabazas de pocos centímetros de potencia se encuentran separados a una distancia de 1mts a 5 mts (Iturralde Vinent, 1996, 1998) hoy por hoy se cuestiona mucho la existencia de una secuencia de diques paralelos como las que existen en otras regiones del mundo.  Características geológicas del área de estudio En el yacimiento Punta Gorda se encuentran tres grandes conjuntos litológicos: el basamento, la corteza de meteorización laterítica y lateritas redepositadas. La litología que existe en el basamento es la peridotita serpentinizada en mayor o menor grado, por eso es que hay una complejidad litológica media. Las peridotitas presentes en el área son harzburgitas, de color azul verdoso oscuro, con contenidos variables de piroxénos rómbicos y olivinos, y tanto los piroxénos como el olivino han sido transformados al grupo de la serpentina. En el área, la faja de serpentinita foliada y esquistosa coincide con las zonas de contacto de los mantos tectónicos. La faja ofiolítica deformada está cortada completamente por varios sistemas de fallas más jóvenes. Las budinas, fundamentalmente son peridotitas que se presentan fracturadas y rodeadas por serpentinitas esquistosas. Estas fajas se orientan preferentemente al N60ºE.  Caracterización de la corteza de meteorización La corteza de meteorización está desarrollada sobre rocas peridotíticas como pueden ser harzburgitas- serpentinizadas en distintos grados y por serpentinitas, las cuales ocupan la mayor parte del yacimiento, en menor grado existen minerales friables producto del intemperismo químico de gabro olivínico, plagioclasas y anfibolitas. Ubicado el primero hacia las zonas este y norte del yacimiento y los otros dos tipos de corteza hacia la parte este del depósito mineral. Las litologías que conforman el perfil friable son de arriba hacia abajo: o Litología 1: Ocre estructural con concreciones ferruginosos (OICP). Presentan color pardo oscuro con concreciones ferruginosas que aumentan de tamaño hacia la superficie donde forman bloques de distintas dimensiones y forma. o Litología 2: Ocre inestructural sin concreciones ferruginosos (OISP). Presenta color pardo oscuro y no lleva en su formación los perdigones de hierro redondeados. 30 �Tesis de Maestría o Yanet Ramírez Urgellés Litología 3: Ocre estructural final (OEF). Se caracteriza por sus estructuras terrosas y color pardo amarillento hasta amarillo, se distingue la estructura de la roca madre. o Litología 4: ocre estructural inicial (OEI) es un material de color amarillento, con tonalidades rojizas y verdosas típico de una serpentinita fresca, y en el se reconoce en su estructura la roca que le dio origen. o Litología 5: Serpentina lixiviada (SL). Las rocas como regla están manchadas de ocre. La ocretización se observa en forma de manchas de los hidróxidos de hierro. El grado de intemperismo es irregular y las más intemperizadas están representadas por rocas claras donde en forma de una red de vetillas tiene lugar la serpentinización. Son rocas friables y ligeramente compactas de color gris verdoso las cuales conservan la estructura de la roca madre. o Litología 6: Corteza a partir de gabros (CG). Son materiales arcillosos de color pardo lustroso de diferentes tonalidades (desde pardo oscuro brillante hasta colores ladrillo y crema). Estos materiales son pobres en hierro, níquel y cobalto con contenidos perjudiciales al proceso de sílice y aluminio. Esta litología está presente en la parte este del yacimiento y en menor proporción en su parte norte. En conclusión, el área de estudio presenta un relieve bastante erosionado y afectado como consecuencia de las actividades de la explotación minera activa, principalmente en esta etapa operativa en la que se encuentra actualmente, representado por taludes descubiertos, expuestos a los agentes erosivos que accionan con gran intensidad, presencia de surcos y cárcavas de mediana y gran extensión, influenciados por los agentes de intemperismo, acumulación de aguas pluviales y subterráneas que drenan desde los taludes existentes. Existen también escombreras que en estos momentos son inactivas en las cuales en ocasiones se han descuidado los parámetros de diseño que se exigen, lo que puede ocasionar inestabilidad de las mismas, afectaciones al paisaje, agrietamiento y deslizamientos (Inversiones GAMMA SA, 2010). El medio biótico es uno de los más alterados, encontrándose vida solo en las áreas aledañas, teniendo en cuenta que son pequeñas zonas donde aparece algún tipo de vegetación, y un poco más distante, las áreas reforestadas. 31 �Tesis de Maestría  Yanet Ramírez Urgellés Toma de muestras Los trabajos de muestreo fueron tomados de trabajos anteriores previamente realizados. Para la obtención del diagnóstico adquirieron y utilizaron los materiales y técnicas más novedosas para orientar y apoyar la cartografía durante los trabajos de campo y para evaluar el estado del medio ambiente y de las acciones de la rehabilitación minera (Inversiones GAMMA SA, 2010). Entre los materiales, equipos y técnicas empleadas se encuentran: Las imágenes satelitales de alta resolución, fueron utilizadas en la delimitación cartográfica de las zonas afectadas por la minería y áreas de difícil acceso, en las que fueron realizadas acciones de rehabilitación minera. Se emplearon las imágenes IKONOS de alta resolución mediante un mosaico de imágenes comprendidas entre los años 2005 y 2006. Las imágenes IKONOS se obtuvieron en formato GEOTIFF, con resolución espacial 1 m, color verdadero. El sistema de referencia empleado fue la proyección geográfica longitud/latitud Datum WGS 84 (EPSG: 4326), método Bursa-Wolfe (7-parámetros). La imagen se procesó con el Software ENVI versión 4.5, aplicándosele varios filtros para mejorar el contraste y la textura. Posteriormente se exportó a un Sistema de Información Geográfica (SIG MapInfo V.10), realizándose la vectorización de la misma, con el objetivo de realizar distintos análisis de la información espacial e integrar los resultados en una región común (capa), que contiene una base de datos con los principales indicadores empleados para el diagnóstico del proceso de rehabilitación minera. El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) se usó durante los trabajos de campo para delimitar cartográficamente las áreas de las plantaciones forestales. Para las principales afectaciones provocadas por el desarrollo de los procesos erosivos y la ubicación de los espejos de aguas y sedimentadores, se utilizó un equipo de posicionamiento global (GPS) de la marca Garmin 60 Csx con una precisión de más menos 1 metro (Figura 2.8). Los puntos de GPS conjuntamente con las imágenes satelitales permitieron precisar la ubicación exacta de cada sitio y su representación, en el Sistema de Información Geográfico. o Mediciones de Polvo y de Ruido Con el objetivo de conocer la calidad del aire, se determinó el grado de dispersión de las partículas y los niveles de ruido en el Yacimiento y su área de influencia. 32 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Durante los trabajos realizados en el presente estudio, se diseñó una red de punto para medir in situ el volumen y tipo de polvo en suspensión mediante el contador de partículas Aerocet 531 Serie E7295 (Figura 2.9). Este equipo es pequeño, totalmente portable y almacena hasta 4000 mediciones en tiempo real. Esta unidad contiene una fuente de radiación beta que determina la ganancia de peso en un filtro, a medida que este experimenta acumulación de partículas dando cumplimiento al método alterno para determinación de material particulado PM10. El rango de concentración es de 0-1 mg/m³, el equipo opera a una temperatura no menor a 0 °C y no mayor a 50 °C y la toma de muestra se realiza durante 2 minutos por punto. Este equipo puede trabajar en dos modalidades: a) como contador de partículas en los rangos >0.5 μm y < .5 μm b) como un contador volumétrico para la fracciones PM1, PM2.5, PM7, PM10 y TSP. Las mediciones fueron realizadas colocando el sensor del equipo a una altura de 1.55 metros teniendo en cuenta, que esa es la altura promedio de las fosas nasales para una persona parada o en estado de movimiento, Figura 2.10. Figura 2.8 y 2.9. GPS Portátil y Equipo para determinar material particulado 33 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 2.10. Determinación in situ de Polvo. Se diseñó una red de puntos de determinación de polvo que abarcara de forma general toda el área del Yacimiento Punta Gorda y una parte considerable de Yagrumaje Norte y Oeste, Figura 2.12.  Equipo para mediciones del ruido ambiental De forma conjunta con las mediciones de polvo en suspensión se hicieron mediciones de ruido ambiental. En todos los puntos se midió el ruido con un sonómetro tipo HD 8701 de la Delta OHM, cuya región de frecuencia y el rango de niveles abarcados es de 1000 Hz y de 30 a 130 respectivamente, Figura 2.11. Las mediciones se realizaron siguiendo los siguientes aspectos metodológicos: -el sonómetro se encontraba debidamente verificado y con alta técnica. -antes de cada jornada de medición se calibró el sonómetro con una fuente HD 9102 de Clase 1 según la noma IEC 942-1988, para la calibración integral del sistema que provee un sonido de banda estrecha con nivel sonoro de 94 y 110 dB (lineal) con incertidumbre no mayor de ± 0, 5 dB (lineal). -en cada punto de medición se hicieron cinco determinaciones, que fueron promediadas.  Técnicas de laboratorio empleadas en el análisis de las aguas superficiales. Las determinaciones de laboratorio de las aguas fueron realizadas en el CEDINIQ. Los métodos de análisis empleados fueron los siguientes: 34 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés o Volumétricos (CO3 -2, CL-, NH3) o Gravimétricos (ST, S/S, SD, SO4 -2) o Espectrofotometría de Absorción Atómica: Metales o Electrométricos (pH) Figura 2.11. Sonómetro utilizado en las mediciones de ruido ambiental. Con relación a la calidad de las aguas superficiales, durante la ejecución del diagnóstico fueron muestreadas y caracterizadas en diferentes sitios del yacimiento (Tabla 2.1), las aguas de ríos, arroyos y pequeños cuerpos de agua. El punto 36, presenta como coordenadas X: 20. 612880 y Y: 74. 895650 en el yacimiento PG., donde también se tomaron mediciones de polvo y ruido solamente. 2.4. Procesamiento de la información Se han analizado en otros estudios referentes al área las acciones del proyecto sobre el medio ambiente, aparecen alteraciones en los factores, lo que trae como resultado la aparición de varios impactos, muchos de estos se han ido intensificando, por lo que fue necesario recurrir a varias caminatas por los Depósitos para corroborar los impactos que anteriormente existían. Este proyecto ha traído como consecuencia diversos impactos sobre socioeconómico. 35 los factores físico, biológico y �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 2.12. Ubicación de los puntos de muestreo de calidad del agua, aire y sedimentos. 36 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 2.1 Puntos de muestreo de calidad del aire, del agua y los sedimentos. 37 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés 2.4.1. Elección de la metodología de evaluación de impactos Se seleccionó la metodología Criterios Relevantes Integrados (CRI) de Buroz (1990), para la evaluación de los impactos ambientales. El método de CRI está basado en un análisis multicriterio, partiendo de la idea de que un impacto ambiental se puede estimar a partir de la discusión y análisis de criterios con valoración ambiental, los cuales se seleccionan dependiendo de la naturaleza del proyecto. Es una metodología ventajosa, simple de usar y comprender. Permite el estudio profundo de las acciones e impactos, la esquematización de los resultados de la EIA, es excelente para la identificación y análisis de los impactos. Facilita la descripción de cada impacto en su medio y su efecto en detalle para luego evaluarlo cuantitativamente a partir de los criterios de evaluación. 38 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Este método se emplea asignando valores a los efectos adversos relevantes de acuerdo a los criterios de extensión, intensidad, duración, reversibilidad y riesgo, para de esta manera alcanzar el valor de impacto ambiental por efecto y la jerarquización de los mismos.  Caracterización de la metodología CRI Para identificar los impactos que están operando o interactuando sobre el área previamente seleccionada, es requisito indispensable conocer las diferentes actividades que se generan durante la ejecución del proyecto y las cuales producen efectos sobre el medio físico, biológico y socio-económico. (Buroz, 1990, citado por Vílchez, 2014). Se mantiene un orden consecutivo según el medio afectado: Medio Físico MF - 01 Medio Biológico MB - 01 Medio Socioeconómico MSE- 01 La metodología considera indicadores de impactos para la valoración de de los mismos  Intensidad (I): Cuantificación de la fuerza, peso o rigor con que se manifiesta el proceso o impacto puesto en marcha.  Extensión (E): Influencia espacial o superficie afectada por la acción antrópica. Es decir, Medida del ámbito espacial o superficie donde ocurre la afectación.  Duración (D): Lapso o tiempo que dura la perturbación. Período durante el cual se sienten las repercusiones del proyecto o número de años que dura la acción que genera el impacto.  Reversibilidad (Rv): La posibilidad o dificultad para retornar a la situación actual.  Riesgo (Ri): Probabilidad de que el efecto ocurra. La escala de valores para todos los indicadores estará comprendida entre 1 y 10. Este método considera que el valor del impacto ambiental (VIA), es generado por una acción que es producto de las siguientes variables, como se muestra en la Figura 2.13. 39 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés MÉTODO DE LOS CRITERIOS RELEVANTES INTEGRADOS . Intensidad Extensión Duración Reversibilidad Riesgo Valor de Impacto Ambiental (VIA) Figura 2.13. Diagrama del VIA. Fuente: Buroz, (1990) En la tabla 2.2 se muestra la clasificación de los impactos según su valor. Tabla 2.2. Escala de clasificación de impactos. Valor Intensidad Extensión Duración Reversibilidad Riesgo 6-10 Alta Generalizada Larga Irreversible Alto > 75% (>5años) (baja capacidad (>50%) o irrecuperable) 3-5 Media Local o Media Medianamente Medio Extensiva (2>5 años) reversible de 11 (10 a a 20 años, largo 50%) 10% - 75% plazo 1-2 Baja Puntual Corta Reversible (a Bajo < 10 % (<2 años) corto plazo <de (<10%) 10 años) Fuente: Buroz, (1990). Posterior a la asignación de valores para cada una de las variables antes descritas se procede a introducir esos datos en la siguiente fórmula, para asignarle una categoría: VIA = I x Wi + E x We + D x Wd + Rv x WRv + Ri x WRi(1) Donde, I = Intensidad E = Extensión 40 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés D = Duración Rv = Reversibilidad Ri = Riesgo Wi = Peso con que se pondera la intensidad We = Peso con que se pondera la extensión Wd = Peso con que se pondera la duración WRv = Peso con que se pondera la reversibilidad WRi = Peso con que se pondera el riesgo La prueba del método en numerosos proyectos indicó la necesidad de diferenciar el peso de cada indicador. Los diferentes análisis indicaron que los mejores resultados se obtenían con la ponderación mostrada en la siguiente tabla 2.3. Tabla 2.3. Criterios de evaluación y peso asignado. Indicador Peso (%) Intensidad 30 Extensión 20 Duración 10 Reversibilidad 20 Riesgo 20 Fuente: Buroz, (1990). Los resultados de la evaluación se reflejan en la ficha descriptiva que recoge los elementos fundamentales y se muestra a continuación: Jerarquización de los impactos Nombre / Código Descripción Para la jjerarquización de impacto ambiental (JIA), una vez que se han aplicado las metodologías pertinentes, para identificar los impactos ambientales, los ordenamos de mayor a menor valor, con el fin de establecer prioridades, en cuanto a las propuestas y ejecución de medidas. 41 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés La siguiente tabla 2.4, presenta la Jerarquización de los impactos a partir del valor de impacto ambiental (VIA). Tabla 2.4. Jerarquización de impactos. Categoría Ocurrencia Valor de VIA I Muy alta II Alta 6< VIA ≤ 8 III Moderada 4< VIA ≤ 6 IV Baja VIA >8 VIA ≤ 4 Fuente: Buroz, (1990). Posteriormente se elaboran las medidas ambientales de prevención, mitigación o corrección en función de las categorías asignadas:  CATEGORÍA I. Probabilidad de ocurrencia muy alta. VIA ≥ 8. Máxima atención. Medidas preventivas para evitar su manifestación.  CATEGORÍA II. Probabilidad de ocurrencia alta. 6 <VIA < 8. Medidas mitigantes o correctivas (preferiblemente estas últimas). Normalmente exigen monitoreo o seguimiento.  CATEGORÍA III. Probabilidad de ocurrencia moderada. 4 < VIA < 6. Medidas preventivas, que pueden sustituirse por mitigantes, correctivas o compensatorias cuando el impacto se produzca, si aquéllas resultaran costosas.  CATEGORÍA IV. Probabilidad de ocurrencia baja o media. VIA ≤ 4. No se aplican medidas, a menos que se trate de áreas críticas o de medidas muy económicas. 42 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS En este capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos durante el desarrollo de la investigación, siguiendo la metodología expuesta en el capítulo II, marco metodológico, así como su relación con los objetivos específicos. 3.1. Resultados químicos del muestreo Se tomaron los resultados obtenidos a partir de los estudios de Inversiones GAMMA SA, (2010).  Aguas Los resultados del muestreo de las aguas de ríos, arroyos y pequeños cuerpos de agua se resumen en la Tabla 3.1. Del total de los 7 puntos muestreados 5 corresponden a corrientes superficiales (1, 2, 3, 4, y 7) y las dos restantes (la 5 y la 6) a un pozo hidrogeológico y a la surgencia de un pequeño manantial respectivamente. Es notable la diferencia entre estos dos tipos de aguas en la mayoría de los indicadores que fueron medidos tales como el pH, la carga de sedimentos, las concentraciones de Cl, SO4 y Ca. En pocos casos los valores rebasan las concentraciones máximas admisibles (CMA) para el agua potable, siendo significativa una mineralización inferior a la reportada para yacimientos en su fase de inicio de explotación. Esto puede estar motivado por el hecho de que en Punta Gorda se ha retirado casi en su totalidad la capa mineral y el agua está en contacto con rocas y sedimentos de más baja mineralización. En sentido general las aguas de acuerdo a su composición físico-química no presentan un estado preocupante por una alta contaminación por metales.  Polvo Las concentraciones de contaminantes en el área, superan, según los resultados de estudios precedentes, las Concentraciones Máximas Admisibles (CMA) del SO2, H2 S, aerosoles (polvo en suspensión) y polvo en suspensión y sedimentable (INSMET, 1990; CESIGMA, 1997 y 2003 y Inversiones GAMMA, 2009). La emisión de los contaminantes del aire en el caso del material particulado proviene en la actualidad del resto de la explotación de los yacimientos más cercanos y de la fábrica Che Guevara. En cuanto a los gases, los principales contaminantes son SO2, H2S, NO2y NH3 producto de la actividad de las fábricas (Che Guevara y Moa Níquel) y la Planta de Amoniaco. Los resultados de las determinaciones de polvo en suspensión para 43 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés cada una de las fracciones en los 56 puntos correspondientes a los yacimientos Punta Gorda, Yagrumaje Norte y Yagrumaje Oeste, obtenidos en este estudio son mostrados en la Tabla 3.2. En todos los puntos de medición los valores de las fracciones PM-7, PM-10, TSP sobrepasan los Concentración Máxima Admisible (CMA) vigente en Cuba de 0,1 mg/m3 para zonas habitables, siendo los más críticos los puntos 49, 51 y 53 asociados al tráfico vehicular en caminos mineros no asfaltados y con bajo grado de humedad. Del análisis de estas figuras se puede apreciar la considerable contribución de los aportes de las emisiones de la fábrica ECECG, ya que por lo general los valores más altos se encuentran en los puntos más cercanos a las áreas de la fábrica y a la presa de cola y de forma más puntual a sectores de los caminos principales de mayor circulación. Estos resultados concuerdan con los valores existentes para la región y corroboran el hecho de que la presencia de material particulado suspendido representa un fenómeno de carácter regional donde el proceso de reforestación si bien puede contribuir a su disminución no representa la contribución fundamental. • Ruido En total fueron medidos una serie de 56 puntos coincidentes con los de determinaciones de polvo (Figura 2.12), cuyos valores se presentan en la Tabla 3.2. Como se puede observar, existen una serie de puntos con valores superiores a los 45 dB, valor que representa de forma aproximada el máximo establecido para zonas rurales no perturbabas, mostrando así que los valores más elevados son producto de la proximidad a vías con tráfico automotor (17, 22, 43, 44, 46, 47, 48, 49, 50 y 52) y cercanía a la zona fabril (1, 2, 4, 5, 26, 27, 51, 56). 3.2. Identificación de los impactos Los impactos evaluados por el método CRI se dividen en tres medios: físico, biológico y socioeconómico (Tabla 3.3). 44 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.2. Resultados de las determinaciones de calidad del aire (polvo y ruido). 45 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.3. Impactos de Ambientes. 46 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Componente Medio Físico A continuación se analizan los impactos que afectan el medio físico. La puntuación asignada para cada criterio de valoración se obtuvo a través de tormenta de idea, consulta a especialistas, trabajadores y técnicos que radican en los depósitos. MF- 01: Alteración de la calidad del aire. o Medio Afectado: Aire. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos en los depósitos durante la carga y transportación del mineral desde los diferentes frentes de minería. Emisiones de polvo, gases y ruido. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. o Efectos: La alteración en la composición del aire por las emisiones de polvo, gases y ruido, afecta la flora y fauna asociada al área. Tratando el tema de los efectos de las emisiones de polvo en específico, es crítica la situación, debido a que en tiempo de seca se dificulta grandemente el paso del personal que trabaja en los depósitos para realizar recorridos y otras tareas. Con el paso de los camiones y otros equipos, se crean capas con un espesor de hasta 25 cm de polvo muy fino que logra viajar en forma de torbellino a grandes distancias. En tiempos de lluvia, se generan capas de lodo de hasta 20 cm de espesor en los caminos mineros, y más tarde son retirados con buldozer y mototrailla (Figura 3.1 y 3.2), quedando expuesta una superficie seca y vulnerable al paso de los camiones, ocasionando de esta manera grandes nubes densas de polvo que se elevan hasta más de 10 m de altura. El equipamiento minero produce ruido considerable que dificulta la estancia en la caseta de muestreo donde se realiza la actividad. El ruido se define como un sonido indeseable para los sujetos que lo perciben. Sus efectos negativos más importantes son la pérdida de audición, dolores de oído y cabeza, estrés, irritabilidad, agresividad, malestar, alteraciones del sistema nervioso, interferencias en la comunicación, disminución de la eficacia en la actividad cotidiana y perturbaciones en la fauna local (Terry, Rodríguez, et. al., 2014). o Descripción del impacto: Estas emisiones se pueden considerar como el impacto negativo que más afecta al medio, en las zonas aledañas donde se ha logrado desarrollar la reforestación, y en las mismas áreas del depósito. La 47 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés contaminación acústica es una de las causas de mayor deterioro de la calidad de vida en los depósitos. Figura 3.1 y 3.2. Grandes espesores de lodo frente a la caseta de muestreo. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Este impacto ha traído consigo grandes afectaciones a los factores ambientales en el depósito y en otras áreas circuncidantes, por lo que se considera como notable o muy alta intensidad 10. o Extensión: Este impacto es característico en el depósito alcanzando unos 15.73 ha, y cuyo efecto, se manifiesta en todo el entorno considerado, siendo su nivel de extensión generalizada 9. o Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del mismo desde el momento en que aparece hasta que pueda el medio regresar a sus condiciones iniciales. A partir de la existencia de los depósitos, ha sido alterada la calidad del aire, debido a las emanaciones de polvo, ruido y gases durante 12 años, por lo que se considera como larga 9. o Reversibilidad: La reversibilidad en los depósitos, teniendo en cuenta este tipo de impacto, puede alcanzar un plazo corto de menos de 10 años para que el medio retome su condición inicial, lo que se puede lograr una vez que cese la actividad de la minería, además de ser un área de pequeña extensión en comparación a los yacimientos. Este efecto se considera reversible con un valor de 1. o Riesgo: Este impacto representa un alto nivel de riesgo para el medio físico, debido a las afectaciones que en el entorno se han causado, principalmente por el exceso de polvo y ruido en el ambiente, se considera el riesgo como alto, con un valor de 8. 48 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Los datos determinados se introducen en la fórmula que aparece en la página 37. VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 9 x 0.1 + 1 x 0.2 + 8 x 0.2 = 7.5 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.4. Tabla 3.4. Jerarquización del impacto sobre el aire. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 10 9 9 1 8 7.5 ll Afectado Aire Fuente: Elaboración propia. MF-02: Aumento de la intensidad de la erosión en el área por remoción y excavación. Medio Afectado: Suelo. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Tráfico de vehículos y equipos pesados. Formación de pasteles y pilas del mineral seco. o Efectos: Los efectos de este impacto se agravan cada vez más, debido a que el medio no es capaz de restablecerse con la misma intensidad en que se degrada. A simple vista se pueden notar las afectaciones en el suelo, lo que dificulta el acceso del personal que transita por el área, e incluso en ocasiones, para los camiones. Actualmente aunque se toman medidas para una mejor conformación de las plataformas, no se han resuelto estos problemas. Cada día se intensifica la erosión de los suelos producto a las malas condiciones del terreno y por la mala operación de los equipos (cargadores, mototrailla, retroexcavadoras y buldozer) a la hora de realizar las diversas tareas como: remonte, evacuación, nivelación de caminos y plataformas donde se incrementa y extrae el mineral. Toda modificación que se realiza en depósito, al no considerar medidas para su mejor conformación, influye y determina en el aumento de la intensidad de la erosión, lo que origina que en ocasiones quede expuesto a la superficie el material de la propia base del depósito, corriendo el riesgo de ser minado o arrastrado por las aguas o por los buldozer, lo cual ya ha sucedido con anterioridad. 49 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés o Descripción del impacto: Teniendo en cuenta esta etapa operativa, constantemente se mantiene la acción sobre el suelo, y trae como consecuencia negativa la erosión del mismo, lo cual se intensifica y se hace cada vez más notable. Al caminar a través de las pilas o pasteles, u otras áreas de las plataformas que están por los alrededores, se observan huellas de la minería que en algún momento se desarrolló allí, ha sido abandonada por un tiempo, y quedan expuestas a los agentes de intemperismo, formando así cortezas duras y muy degradadas, dando lugar al agrietamiento y desertificación de las mismas donde apenas se origina el habitad para algunas especias de la vegetación típica de estas zonas semidesérticas. Existen ciertas características en el terreno como la pendiente, topografía, humedad del suelo, el contenido en nutrientes, a cuyas variaciones son muy sensibles algunas especies florísticas, que resultan por tanto, indicadoras de estas condiciones y se pierden de forma irreversible del territorio (CEPRONIQUEL, 2001). Criterios de valoración del impacto o Intensidad: El grado de incidencia de estas acciones sobre el suelo, es notable, por lo que se considera como de alta intensidad 10. o Extensión: Este impacto se manifiesta en toda la zona de estudio, con un nivel de extensión generalizado, tomando el valor de 9. o Duración: El criterio de duración de este impacto ha estado de manifiesto durante más de cinco años, por lo que la misma se considera como larga con un valor de 8. o Reversibilidad: Este aumento de la intensidad de la erosión en el área, logrará alcanzar su mayor estabilidad y recuperación luego del cese de la minería, lo que se podría lograr a corto plazo en menos de 10 años, siempre que se tomen en cuenta todas las medidas y se realice la supervisión continua. Su efecto se considera reversible con un valor de 2. o Riesgo: A pesar del riesgo que representa este impacto, se trabaja por el mejoramiento de ello, aún así, se considera como alto, incluso sigue generando otros efectos. Este riesgo alcanza un valor de 9. VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 8 x 0.1 + 2 x 0.2 + 9 x 0.2 = 7.8 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.5. 50 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.5. Jerarquización del impacto sobre el suelo. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 10 9 8 2 9 7.8 II Afectado Suelo MF- 03: Contaminación de las aguas superficiales. o Medio Afectado: Aguas superficiales. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Mantenimiento de los sistemas de drenaje y de las vías de acceso. o Efectos: Las aguas superficiales provenientes de escorrentías corren contínuamente a orillas del depósito, con un pequeño cauce que ha ido disminuyendo en el tiempo al igual que su caudal. Los flujos hídricos provocan cambios físico-químicos en el terreno que disminuyen la resistencia del mismo (Guardado y Almaguer, 2001), y en temporada lluviosa suele incrementarse y tomar fuerza mientras que en el período seco, llega a desaparecer. La generación de polvo, desprendimiento de suelos y materia orgánica, y los desechos sólidos han contribuído a ello. No da abasto para ningún uso, ni siquiera para regar los caminos del depósito. En estas zonas pantanales por las que apenas corre un hilillo de agua, se han reducido las posibilidades de vida vegetal y animal, Figura 3.3 Figura 3.3. Aguas superficiales provenientes de escorrentías. o Descripción del impacto: La minería es uno de los principales focos contaminantes de las aguas, las cuales son impactadas negativamente, produciendo de algún modo el encausamiento de las aguas superficiales. Se han 51 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés creado sistemas de drenaje, los cuales están cubiertos de sedimentos, y en otros casos se han formado lagunas de sedimentación de gran espesor, con granulometría muy fina. Esto ha provocado que las aguas superficiales que provienen de escorrentía, alcancen elevadas concentraciones de minerales y elementos pesados propios del medio, modificando así su composición. Son saturadas por sólidos en suspensión, sales metálicas, nutrientes, restos de suelo y materia orgánica que se desprende de las laderas de las escombreras ya reforestadas y de las zonas más altas de los depósitos. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Si se logra el mantenimiento de los sistemas de drenaje, existe la posibilidad del aumento de la circulación de las aguas, principalmente las pluviales que permanecen estancadas en las plataformas, se puede mejorar la fluidez y circulación del caudal de estos manantiales. El grado de incidencia se considera como de alta intensidad 6. o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma extensiva en la zona de estudio, con un valor de 8. o Duración: Este impacto ha permanecido vigente hace varios años, y a la vez se incrementa cada vez más. Tiene un valor de 8, debido a que se considera como de larga duración. o Reversibilidad: Con el cese de la minería, existe la posibilidad de que estas aguas recuperen su calidad, quizás no como la inicial, pero ya no existiría una fuente de contaminación como lo ha sido la minería, lo que se podría lograr a largo plazo, de 11-20 años, siempre que se tomen en cuenta todas las medidas. Su efecto se considera medianamente reversible con un valor de 5. o Riesgo: Al no trabajar en el mantenimiento y mejor conformación del sistema de drenajes, no se podrá lograr el mejoramiento de la calidad de estas aguas, permaneciendo de esta manera inútiles. Este riesgo se considera como alto, con un valor de 8. VIA = 6 x 0.3 + 6 x 0.2 + 8 x 0.1 + 5 x 0.2 + 8 x 0.2 = 6.4 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.6. 52 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.6. Jerarquización del impacto sobre las aguas superficiales. Medio Afectado Aguas Superficiales I E D Rv Ri VIA Categoría 6 6 8 5 8 6.4 ll MF- 04: Posible ocurrencia de desprendimientos o deslizamientos. o Medio Afectado: Paisaje. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos y equipos pesados. Producción de vibraciones. o Efectos: En los taludes descubiertos de los pasteles, se crean sistemas de agrietamiento muy pronunciados, cárcavas y surcos de mediana y gran extensión expuestos a los agentes de intemperismo. Son zonas donde a pesar de tomarse medidas de seguridad para disminuir la erosión en los depósitos, se hace difícil mantener la estabilidad, provocando el deslizamiento y desprendimiento del material, principalmente al aumentar la humedad. A la hora de evacuar el mineral o nivelar los pasteles (con buldozer o compactadores) para lograr mejor conformación de los mismos, el suelo es sometido a fuertes vibraciones. Estos taludes aparecen en los bordes de los pasteles o plataformas, donde es inactiva la minería, y han quedado abandonadas a la merced de los agentes de intemperismo, modificando el paisaje con gran intensidad y de manera extensiva, Figura 3.4 y 3.5. Figura 3.4 y 3.5. Desprendimientos y deslizamientos en las laderas y taludes que bordean las plazoletas. o Descripción del impacto: Este impacto negativo va dejando notables modificaciones en el medio trayendo consigo el deterioro del paisaje, la inestabilidad 53 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés de laderas y taludes donde lamentablemente al hombre en ocasiones se le hace difícil acceder a ellas por el peligro al que se expone. No se manifiestan con frecuencia deslizamientos de gran escala, mas ocurren con la presencia de la alta humedad en el medio. El debilitamiento de la resistencia del suelo es consecuencia de los cambios físicos (Chávez y Guardado, 2008) lo que brinda un enfoque a estudios geotécnicos de laderas y taludes que puedan ser utilizados para la prevención, mitigación y estabilización de riesgos por deslizamientos en los Depósito. Desde el punto de vista físico, los deslizamientos se producen como consecuencia de los desequilibrios existentes entre las fuerzas que actúan sobre un volumen de terreno (Almaguer, 2006). Criterios de valoración del impacto o Intensidad: La intensidad de los desprendimientos o deslizamientos en los depósitos, se considera como de intensidad alta con un valor de 7. A pesar de tomarse medidas para asegurar la estabilidad del medio, no se erradican todos los problemas y es necesario persistir en ello. o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma extensiva bordeando todo el perímetro del depósito, con un valor de 5. o Duración: Este impacto según ha pasado el tiempo, ha estado vigente y a la vez se incrementa cada vez más. Tiene un valor de 9, debido a que se considera como de larga duración. o Reversibilidad: Al finalizar la minería, estas áreas de los depósitos serán tratadas como un yacimiento cerrado para su rehabilitación, asegurando su recuperación a corto plazo, lo que requiere de atención y supervisión para evitar la erosión de sus laderas como actualmente sucede. Su reversibilidad tiene un valor de 2. o Riesgo: Se debe trabajar en la conformación de las laderas y taludes, para lograr mayor estabilidad. Este riesgo se considera como alto, con un valor de 7. VIA = 7 x 0.3 + 5 x 0.2 + 9 x 0.1 + 2 x 0.2 + 7 x 0.2 = 5.8 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.7. 54 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.7. Jerarquización del impacto sobre el paisaje. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 7 5 9 2 7 5.8 llI Afectado Paisaje MF- 05: Arrastre de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas. o Medio Afectado: Suelo. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Conformación de las plazoletas y falta de compactación. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Mantenimiento de los sistemas de drenaje. o Efectos: Actualmente, uno de los problemas que afectan severamente es el desnivel e irregularidad en las plataformas, generando el mayor arrastre de sedimentos hacia las plazoletas bajas, las cuales carecen de un sistema de drenaje en buen estado (Figura 3.6 y 3.7). Durante los tiempos de seca se crean grandes emanaciones de polvo, por lo que durante la etapa de las precipitaciones, se estanca un gran volumen de agua y acarrea con ella materiales y sedimentos muy finos que son arrastrados desde las partes más elevadas. En la orilla del camino principal, se acumulan materiales más gruesos removidos por la mototrailla o buldozer a su paso, los cuales luego son arrastrados por el agua. Al no existir el contínuo mantenimiento de las zanjas, se originan lagunas pantanosas, las cuales impiden la circulación de los equipos mineros y dificulta el incremento y evacuación en el depósito. En ocasiones se atascan los camiones, y aunque no se producen graves daños materiales, en los frentes de minería o caminos mineros ha ocurrido. Además de los antes expuesto, incrementa la erosión en las laderas descubiertas y desprotegidas en los alrededores donde no existe acceso al minado, y afecta la calidad de las aguas superficiales, además de saturar su cauce con gran cantidad de sedimentos. 55 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 3.6 y 3.7. Arrastre y acumulación de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas. o Descripción del impacto: La sedimentación constituye uno de los más graves impactos de la erosión en el medio ambiente, desequilibrando las condiciones hidráulicas, promoviendo crecientes, pérdida de capacidad de almacenamiento de agua, e incremento de sólidos en suspensión y disueltos, con la consecuente afectación a la calidad del agua (CEPRONIQUEL, 2007). El arrastre de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas trae consigo diversas afectaciones en los depósitos y la generación de nuevos impactos con sus efectos negativos sobre el medio físico, biológico y socioeconómico. Al concluir la temporada de lluvia, el material húmedo se seca originando mayor volumen de polvo en el aire y en el suelo, afectando así todo el ecosistema que lo rodea. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Este impacto se considera como de intensidad alta con un valor de 8. o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma generalizada en todas las plataformas del depósito, aunque en unas ocurre con mayor intensidad, con un valor de 8. o Duración: Con el accionar continuo de la minería, este impacto se incrementa cada vez más. Alcanza el valor de 7, debido a que se considera como de larga duración. o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible, con un valor de 5, puesto que cuando cierre el proyecto, y concluya la minería en el área, el medio 56 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés afectado que se analiza podrá recuperarse lentamente tomando un tiempo entre 11 20 años. Riesgo: Este riesgo se considera como alto, con un valor de 7. VIA = 8 x 0.3 + 8 x 0.2 + 7 x 0.1 + 5 x 0.2 + 7 x 0.2 = 7.1 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.8. Tabla 3.8. Jerarquización del impacto sobre el suelo. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 8 8 7 5 7 7.1 II Afectado Suelo MF- 06: Cambios geomorfológicos del paisaje (nueva modificación del relieve). o Medio Afectado: Relieve. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Conformación de las plazoletas y falta de compactación. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Planificación y dirección de la evacuación del mineral seco y listo para alimentar a fábrica. Mantenimiento de los caminos. o Efectos: En el área de estudio han ocurrido notables modificaciones en el relieve, puesto que se diferencian las condiciones actuales a las que inicialmente existían (Figura 3.8 y 3.9). En las plazoletas más bajas de los depósitos (al norte), el mineral aparece depositado generalmente en forma de pilas; en las más altas (al sur) en forma de pasteles, y el depósito de nivel más bajo está conformado por pasteles (al este). Según la planificación de la minería, va desarrollándose la evacuación y el incremento, y con ella el avance de los cambios en el medio. A medida que se va extrayendo el componente útil, al mismo tiempo en otra plazoleta se va incrementando desde los frentes. Al remontar el material, quedan estructuradas las pilas. Los pasteles son conformados con buldozer y deben ser compactados para una mejor conformación, pero la mayoría de las veces esto no sucede, por lo que al llover aumenta la humedad del componente útil que no ha secado completamente, y muchas veces cesa la minería, por lo que se abandona un leve tiempo. Existen áreas donde antes no se incrementaba, y ahora se toman con este fin, propiciando la creación de nuevas vías para acceder dentro de ellas, dando lugar al tráfico de vehículos y equipos pesados, por lo que el relieve es modificado. 57 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Figura 3.8 y 3.9. Modificaciones del paisaje. o Descripción del impacto: Este impacto negativo es el resultado de los trabajos de movimientos de tierras, conformación de plataformas, construcción de caminos, zanjas, y otras acciones que se desarrollan en la fase de operación, lo que genera severas modificaciones morfológicas en la superficie original del terreno propiciando la creación de formas antrópicas, unas positivas con respecto al nivel del relieve actual por acumulación de mineral, y otras negativas por la extracción (depresiones) que se ejecuta depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de los cargadores y retroexcavadoras al minar (CEPRONIQUEL, 2007), Figura 3.10 y 3.11. Figura 3.10 y 3.11. Depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de los cargadores y retroexcavadoras al minar. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Este impacto se considera como de intensidad alta con un valor de 8. o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma generalizada en todas las 58 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés plataformas del depósito, aunque en unas ocurre con mayor intensidad, con un valor de 10. o Duración: Este impacto acciona desde los inicios de la etapa operativa, alcanzando un valor de 7, debido a que se considera como de larga duración. o Reversibilidad: Es reversible, con un valor de 1, puesto que al pasar a la etapa de cierre se podrá restablecer el área en menos de 10 años. o Riesgo: Este riesgo se considera como alto, con un valor de 6. VIA = 8 x 0.3 + 10 x 0.2 + 7 x 0.1 + 1 x 0.2 + 6 x 0.2 = 6.5 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.9. Tabla 3.9. Jerarquización del impacto sobre el relieve. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 8 10 7 1 6 6.5 ll Afectado Relieve MB - 01: Destrucción de la flora. o Medio Afectado: Flora. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Emisión de gases y de polvo. Alteración del paisaje. Producción de ruido y vibraciones. Maquinarias y medios técnicos. Mantenimiento de los caminos. o Efectos: En las áreas del depósito no existe vegetación alguna, solo que en algunos alrededores han sobrevivido algunas especies como: pequeños bosques donde aparecen la Casuarina equisetifolia y Pinus cubensis, marañón, especies del orden Orchidale, Crisobalanus icaco (icaco), matorrales espinosos, charrascales y otros tipos de plantas invasoras. Las pocas especies que aún se encuentran están amenazadas por la contaminación, el aumento del nivel de ruido, por el trasiego de los camiones y equipos pesados (CEPRONIQUEL, 2004). o Descripción del impacto: El impacto es negativo, pues en las áreas destinadas para la recepción y evacuación del componente útil, es baja la probabilidad de encontrar vida. Las principales causas que han provocado la pérdida de diversidad biológica son las siguientes: alteraciones, fragmentación o destrucción de hábitat, 59 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés ecosistemas y paisajes, la contaminación del suelo, las aguas y la atmósfera (Rodríguez, Terry y Valdés, et. al., 2014). Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 10, teniendo en cuenta que este es uno de los impactos más latentes. o Extensión: Se extiende de manera generalizada en todos los depósitos, con un valor de 10. o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 10, debido a que se considera como de larga duración. o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible, luego del cierre de la minería se puede restablecer el área, mas la flora y la fauna solo logrará recuperarse una parte de ella, alcanzando un valor de 5. o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 10, considerando la importancia que tiene la necesidad del restablecimiento del ecosistema en los depósitos. VIA = 10 x 0.3 + 10 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2 = 9 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.10. Tabla 3.10. Jerarquización del impacto sobre la flora. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 10 10 10 5 10 9 l Afectado Flora. MB-02: Alteración del habitad para la fauna (migración y muerte) por la actividad minera. o Medio Afectado: Fauna. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Maquinarias y medios técnicos. Mantenimiento de los caminos. Tráfico de vehículos. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Emisión de gases y de polvo. Producción de ruido y vibraciones. o Efectos: Debido a cada modificación que surge con el avance de la evacuación y el abasto en los depósitos, crece la posibilidad de que se degeneren los ecosistemas, aún aquellos que rodean el área de estudio. Las pocas especies existentes migran hasta donde puedan sentirse seguras y puedan reproducirse. 60 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés o Descripción del impacto: Este impacto negativo permite analizar las condiciones de esta etapa operativa en la que está encausado este proyecto, donde las plazoletas son desérticas (Figura 3.12), y el ruido por el tráfico de los equipos es continuo. Todo esto es lo que propicia seguramente, la no permanencia de especies en la zona. Figura 3.12. Plazoletas desérticas por la actividad minera. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 10. o Extensión: Se extiende de manera generalizada con un valor de 10. o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 9. o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible con un valor de 5, considerando que al pasar a la etapa de reforestación, se recupere el ecosistema, pero no asegura logarlo en su totalidad. o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 10. VIA = 10 x 0.3 + 10 x 0.2 + 9 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2 = 8.9 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.11. Tabla 3.11. Jerarquización del impacto sobre la fauna. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 10 10 9 5 10 8.9 l Afectado Fauna MS - 01: Generación de nuevas fuentes de empleo. o Medio Afectado: Sociedad. o Localización: Depósitos. 61 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés o Acciones generadoras: Toma de muestras. Control de las operaciones y ubicación de los equipos mineros. Maquinarias y medios técnicos. Regadío de agua por pipas. Mantenimiento de los caminos. o Efectos: Con la generación de nuevas fuentes de empleo, se benefician económicamente todo el personal que labora en el depósito, contribuyendo de esta manera a la disminución de la tasa de desempleo en el municipio y logrando mayor efectividad del trabajo en la mina. A continuación se muestra la tabla 3.12 donde se reflejan los salarios según la plantilla establecida en los depósitos. o Descripción del impacto: La plantilla de los depósitos ha estado incompleta en ocasiones, pero se han hecho convocatorias de parte de la especialista en recursos humanos y el especialista al frente del proyecto, incorporando así el personal idóneo, lo que asegura mejor productividad. La aparición de este impacto positivo está ligado a la fase operativa del proyecto, puesto que existe demanda de fuerza de trabajo producto al incremento de los volúmenes de extracción haciéndose necesario la adquisición de nuevos equipos. Tabla 3.12. Salarios y plantilla en Depósito. Turnos A, B, C y D Plazas Salarios por Salario turnos Total Esp. B en Geología. 589.25$ 2357$ Muestrero 482.72$ 1930.88$ Muestrero 482.72$ 1930.88$ Muestrero 482.72$ 1930.88$ Total 8149.64$ Fuente: Elaboración propia. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Su intensidad es baja con un valor de 2, teniendo en cuenta que el nivel de empleo es bajo. o Extensión: Se extiende de manera local con un valor de 3. o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 8. o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 6, dado que siempre va a existir la necesidad del empleo, producto a la carga de trabajo y tareas que se deben realizar en el depósito, de manera ardua y continua. o Riesgo: El riesgo es bajo con un valor de 1. 62 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés VIA = 2 x 0.3 + 3 x 0.2 + 8 x 0.1 + 6x 0.2 + 1 x 0.2 = 3.4 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.13. Tabla 3.13. Jerarquización del impacto sobre el medio social. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 2 3 8 6 1 3.4 lV Afectado Sociedad MS - 02: Aumento del consumo de combustible. o Medio Afectado: Económico. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Control de las operaciones y ubicación de los equipos mineros. Maquinarias y medios técnicos. Regadío de agua por pipas. Mantenimiento de los caminos. Carga y transportación del mineral desde los diferentes frentes de minería. Desmonte y formación de pasteles del mineral seco. o Efectos: El consumo diario de petróleo, es considerable en el depósito, principalmente en aquellos equipos de arranque y carga que son los de mayor consumo. Por tal motivo cada tarea a realizar debe ser bien orientada y supervisada para no derrochar este preciado líquido. o Descripción del impacto: Este impacto repercute en el medio económico, ya que todo equipamiento minero es habilitado con diesel, y anualmente se consumen 4 488 202.29 ltrs del mismo, en función de las labores mineras, por lo que se toman medidas para evitar el desvío de este recurso que le cuesta al país. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Su intensidad es notablemente alta con un valor de 10. o Extensión: Se extiende de manera generalizada con un valor de 9. o Duración: Este impacto acciona con un valor de 8. o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 10, pues no es recuperable. o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 8. VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 8 x 0.1 + 10 x 0.2 + 8 x 0.2 = 9 El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.14. 63 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.14. Jerarquización del impacto sobre el medio económico. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 10 9 8 10 8 9 I Afectado Económico MS - 03: Aumento de la probabilidad de riesgo de accidentes por incremento del tráfico de equipos. o Medio Afectado: Sociedad. o Localización: Depósitos. o Acciones generadoras: Control de las operaciones y ubicación de los equipos mineros. Maquinarias y medios técnicos. Carga y transportación del mineral desde los diferentes frentes de minería. Desmonte y formación de pasteles del mineral seco. Señalización. o Efectos: Como parte de los efectos que causa este impacto, se establecen medidas de seguridad y en cada plazoleta se señalizan los caminos y las pilas para facilitar de esta manera el tráfico de los camiones y demás equipos. o Descripción del impacto: La probabilidad de riesgo de accidentes no solo está dada por el incremento del tráfico de equipos, sino también por las condiciones irregulares existentes en el terreno, por lo que al personal del área se le exige que solo deben circular de día para los recorridos y marcha ruta que se orientan, y en horario nocturno realizarlo en camiones. Criterios de valoración del impacto o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 8. o Extensión: Este impacto es extensivo en los depósitos con un valor de 5. o Duración: Desde hace más de 5 años acciona con un valor de 6. o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 10. Al tomarse medidas, se asegura la vida del trabajador. Aún así, de suceder lo contrario, nada haría volver la vida del hombre. o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 9. VIA = 8 x 0.3 + 5 x 0.2 + 6 x 0.1 + 10 x 0.2 + 9 x 0.2 = 7.8 64 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.15. Tabla 3.15. Jerarquización del impacto sobre el medio económico. Medio I E D Rv Ri VIA Categoría 8 5 6 10 9 7.8 II Afectado Económico 3.3. Evaluación final de los impactos sobre cada medio afectado Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: suelo Este impacto de clasifica como de Categoría II, posee una probabilidad de ocurrencia alta, con 6 < VIA < 8. Se recomienda como medidas correctivas: 1. Realizar la compactación adecuada (con el equipamiento apropiado) de las plataformas y pasteles para disminuir el arrastre del material suelto. 2. Relleno de los huecos y nivelación de las plataformas. 3. Remodelación y protección de los taludes para atenuar la acción de la erosión. 4. Capacitar y preparar los operadores de los equipos de arranque y carga (RE, CF y buldozer) para realizar sus funciones en las distintas plataformas, y así alcanzar y mantener buena conformación del terreno. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: relieve Este impacto de clasifica como de Categoría II, posee una probabilidad de ocurrencia alta, con 6 < VIA < 8. Se recomienda como medida correctiva: 1. Supervisión del modo operativo de los equipos en el área para evitar graves modificaciones del terreno. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: agua Este impacto se clasifica como de Categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta, con 6 < VIA < 8. Como parte de las medidas se recomienda: Correctiva: Mantener distante los basureros de las zonas por donde corren las aguas de escorrentía, y garantizar la supervisión y control de estos. Mitigante : Lograr la conformación del sistema de drenajes existente, y darle seguimiento. 65 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: aire Este impacto se clasifica como de Categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta, con 6 <VIA < 8. Como medidas correctivas se recomienda: 1. Mantener y priorizar el riego sistemático de agua en los caminos de los depósitos, principalmente frente a la caseta de muestreo. 2. Reducir las velocidades de los equipos que circulan en los depósitos para disminuir las emanaciones de polvo. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: flora Este impacto se clasifica como de Categoría I, la probabilidad de ocurrencia es muy alta, con VIA ≥ 8. Se establecen como medidas: Mitigante : 1. Favorecer el crecimiento de vegetación en forma de pantalla arbórea por los bordes de los depósitos con el apoyo del personal de REMIN o del Proyecto EcoArte. Correctiva : 2. Se propone una vez cerrado el proyecto de Secado olar, la restauración de las áreas afectadas con la siembra de especies propias del territorio. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: fauna Este impacto se clasifica como de Categoría I, la probabilidad de ocurrencia es muy alta, con VIA ≥ 8. Se recomienda como medida preventiva : 1. Monitorear en la etapa de cierre la restauración del terreno para insertar varias especies endémicas en la zona. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: paisaje Este impacto se clasifica como de Categoría IIl, la probabilidad de ocurrencia es moderada, con 4 < VIA < 6. Se recomienda tomar medidas correctivas como: 1. Exponer en lugares visibles avisos indicando las medidas de protección y prevención que deben adoptarse respecto a los riesgos ambientales del establecimiento. 2. Perfeccionar la elaboración de la planificación en Depósitos. 3. Mejoramiento de la señalización en las pilas y caminos. 66 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: sociedad Este impacto se clasifica como de Categoría Il, la probabilidad de ocurrencia es alta, se recomienda tomar medidas mitigantes y correctivas : 1. Realizar chequeos médicos con mayor rigor y frecuencia al personal que labora directamente en los depósitos. 2. Uso de los medios de seguridad, respeto a las señales del tránsito, y no exceso del uso del claxon de los camiones principalmente frente a la caseta de muestreo. 3. Prohibición de la permanencia de personas ajenas a la actividad, en las áreas donde se ejecuten los trabajos. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: económico Este impacto se clasifica como de Categoría Il, la probabilidad de ocurrencia es alta, se recomienda tomar medidas de corrección : 1. Uso estricto de las medidas (control de los GPS y mediciones de combustible). El resultado del análisis previamente realizado, se resume en una tabla matriz (Tabla 3.16), en la que se ordenan los impactos del medio físico, biológico y socioeconómico de mayor a menor VIA, con la finalidad de proponer que se ejecuten las medidas mitigantes y correctivas priorizando el orden que ellas presentan. Ver Anexos. 67 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés Tabla 3.1. Resumen de las determinaciones de laboratorio de los puntos del muestreo de aguas superficiales y subterráneas. 68 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés CONCLUSIONES  La caracterización del depósito de mineral del secado solar como productor de impactos, el análisis y selección de la metodología aplicar, la identificación de los factores ambientales susceptibles de recibirlos, y la identificación, caracterización y evaluación de los impactos ambientales permitió obtener el estudio geoambiental del Depósito de la UBMina y elaborar un sistema de medidas para minimizar sus efectos negativos.  La caracterización del depósito de mineral de secado solar como productor de impactos permitió identificar como principales acciones productoras de impactos : la toma de muestras, el abasto, el remonte y formación de pilas, y la evacuación del mineral.  El análisis de las principales metodologías de evaluación de impactos propició seleccionar la metodología Criterios Relevantes Integrados de Buroz (1990), como la más racional debido a su efectividad, además de ajustarse a las necesidades del ambiente afectado y a las características del proyecto.  Se identificaron y caracterizaron seis factores ambientales susceptibles de recibir impactos en el medio físico, dos en el medio biológico y tres en el medio socio-económico.  El plan de medidas correctivas y mitigantes elaborado permite minimizar los efectos negativos provocados por la ejecución del proyecto. 69 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés RECOMENDACIONES Elaborar un programa de educación ambiental para el personal de la Mina con acciones específicas para los trabajadores del Depósito de Secado solar. 70 �Tesis de Maestría Yanet Ramírez Urgellés REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Grupo de Secado Solar (2004-2009) Certificación mensual de los trabajos en el servicio científico-tecnológico 1239: Monitoreo Minero y Operación de los Depósitos de Estabilización. 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Capacitar los operadores de los equipos de arranque y carga para realizar sus funciones en las distintas plataformas logrando buena conformación del terreno. 2. Remodelación y protección de los taludes para atenuar la acción de la erosión. Alta Correctivas: 1. Riego sistemático de agua en los caminos de los depósitos, principalmente frente a la caseta de muestreo. 2. Reducir las velocidades de los equipos que circulan en los depósitos para disminuir las emanaciones de polvo. Componente Medio Físico. MF-02 MF-01 Aumento de la intensidad de la erosión por remoción y evacuación. Alteración de la calidad del aire. Existen áreas de los alrededores, donde se observan huellas de la minería que ha sido abandonada , y quedan expuestas a los agentes de intemperismo, formando así cortezas duras y muy degradadas, apareciendo el agrietamiento y desertificación de las mismas donde apenas se origina el habitad para algunas especias de la vegetación típica de estas zonas semidesérticas. Estas emisiones se pueden considerar como el impacto negativo que más afecta al medio en las zonas aledañas donde se ha logrado desarrollar la reforestación, y en las mismas áreas del depósito. La contaminación acústica es una de las causas de mayor deterioro de la calidad de vida en los depósitos. Suelo Aire 7,8 7,5 �Tabla 3.16. Continuación. Código Nombre del impacto Descripción Medio Afectad o VIA Probabilida d de ocurrencia Medidas a Aplicar Alta Correctivas: 1. Compactación adecuada con el equipamiento apropiado de las plataformas y pasteles. 2. Relleno de los huecos y nivelación de las plataformas. Alta Correctiva: Supervisión del modo operativo de los equipos en el área para evitar graves modificaciones del terreno. Componente Medio Físico. MF-05 MF-06 El arrastre de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas afecta los depósitos y genera nuevos impactos con sus efectos negativos sobre el Arrastre de medio físico, biológico y sedimentos durante socioeconómico. Al concluir la Suelo las precipitaciones temporada de lluvia, el material atmosféricas húmedo se seca originando mayor volumen de polvo en el aire y en el suelo, afectando así todo el ecosistema que lo rodea. Este impacto negativo es el resultado de los trabajos de movimientos de tierras, conformación de plataformas, Cambios construcción de caminos, zanjas, y geomorfológicos otras acciones que se desarrollan en la del paisaje (nueva fase de operación, lo que genera Relieve modificación del severas modificaciones morfológicas relieve). en la superficie original del terreno propiciando la creación de formas antrópicas, unas positivas y otras negativas. 7,1 6,5 �Tabla 3.16. Continuación. Código Nombre del impacto Descripción Medio Afectado VIA Probabilidad de ocurrencia Medidas a Aplicar Alta Correctivas: Distanciar los basureros de las zonas por donde corren las aguas de escorrentía, y garantizar la supervisión y control de estos. Mitigante: Lograr la conformación del sistema de drenajes existente, y darle seguimiento. Alta Correctiva: Supervisión del modo operativo de los equipos en el área para evitar graves modificaciones del terreno. Componente Medio Físico. MF-03 Riesgo de contaminación de las aguas superficiales. MF-04 Posible ocurrencia de desprendimientos o deslizamientos. Se han formado lagunas de sedimentación de gran espesor de granulometría muy fina provocando que las aguas superficiales que vienen de escorrentía, alcancen elevadas concentraciones de minerales y elementos pesados propios del medio modificando así su composición, siendo saturadas de sólidos en suspensión, sales metálicas, nutrientes, restos de suelo y materia orgánica que se desprende de las laderas de las escombreras ya reforestadas y de las zonas más altas de los depósitos. Este impacto negativo va dejando notables modificaciones en el medio trayendo consigo el deterioro del paisaje, la inestabilidad de laderas y taludes donde lamentablemente al hombre en ocasiones se le hace difícil acceder a ellas por el peligro al que se exponen. No se manifiestan con frecuencia deslizamientos de gran escala, pero frecuentan en presencia de alta humedad en el medio. Aguas Superfi ciales Relieve 6,4 6,5 �Tabla 3.16. Continuación. Código Nombre del impacto Descripción Medio Afectado VIA Probabilidad de ocurrencia Medidas a Aplicar Muy Alta Mitigante: Favorecer el crecimiento de vegetación espontánea en los alrededores de los depósitos donde no existe vegetación alguna. Correctivas: Al cerrar el proyecto de secado solar, restaurar las áreas afectadas con la siembra de especies propias del territorio. Muy Alta Correctiva: Supervisión del modo operativo de los equipos en el área para evitar graves modificaciones del terreno. Componente Medio Biológico MB-01 MB-02 El impacto es negativo, pues en las áreas destinadas para la recepción y evacuación del componente útil, es baja la probabilidad de encontrar vida, y solamente existen en aquellas zonas circundantes. Las principales causas Destrucción de la que han provocado la pérdida de flora. diversidad biológica son las siguientes: alteraciones, fragmentación o destrucción de hábitat, ecosistemas y paisajes, la contaminación del suelo, las aguas y la atmósfera. Este impacto negativo permite analizar las condiciones de esta etapa Alteración del operativa en la que está encausado habitad para la este proyecto, donde las plazoletas fauna (migración y son desérticas, y el ruido por el muerte) por la tráfico de los equipos es continuo. actividad minera. Todo esto es lo que propicia al seguro la no permanencia de especies en la zona. Flora Fauna 9 8,9 �Tabla 3.16. Continuación. Código MS-02 MS-03 Nombre del impacto Consumo de combustible. Aumento de la probabilidad de riesgo de accidentes por incremento del tráfico de equipos. Descripción Medio Afectado Componente Socio-económico. Este impacto repercute en el medio económico, ya que todo equipamiento minero es habilitado con diesel, y al año se consumen 4 488 202.29 litros Económi del mismo en función de las labores co mineras, por lo que se toman medidas para evitar el desvío de este recurso que le cuesta tanto al país. La probabilidad de riesgo de accidentes no solo está dada por el incremento del tráfico de equipos, sino también por las condiciones irregulares existentes en el terreno, Sociedad por lo que al personal del área se le exige que solo deben circular de día para los recorridos, y en horario nocturno hacerlo en camiones. VIA Probabilidad de ocurrencia Medidas a Aplicar 9 Muy Alta Correctivas: 1. Uso estricto de las medidas (control de los GPS y mediciones de combustible). Alta Mitigante: Prohibición de la permanencia de personas ajenas a la actividad del área. Correctiva: Uso de los medios de seguridad, y no exceso del uso del claxon de los camiones (principalmente frente a la caseta de muestreo). 7,8 �Tabla 3.16. Continuación. Código MS-01 Nombre del impacto Generación de nuevas fuentes de empleo. Descripción Medio Afectado Componente Socio-económico. La aparición de este impacto positivo está ligado a la fase operativa del proyecto, puesto que existe demanda de fuerza de trabajo producto al Sociedad incremento de los volúmenes de extracción haciéndose necesario la adquisición de nuevos equipos. VIA 2,4 Probabilidad de ocurrencia Medidas a Aplicar Baja Correctivas: Realizar chequeos médicos con mayor rigor y frecuencia al personal que labora directamente en los depósitos. ��ANEXOS. � 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 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio geoambiental del depósito de la UB Mina de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara Creator An entity primarily responsible for making the resource Yanet Ramírez Urgellés Publisher An entity responsible for making the resource available Liliana Rojas Hidalgo Type The nature or genre of the resource Tesis de Maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2016 Subject The topic of the resource Geología Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5d867f13808869c27569ab80f7fd2696.pdf e7df5e44a4c5c7ba670789fb84855a55 PDF Text Text Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica ALINA RODRIGUEZ INFANTE MOA 1998 www.ismm.edu.cu/edum �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO ¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS GEOLÓGICAS AUTOR: ALINA RODRIGUEZ INFANTE MOA, 1998 �A. Rodríguez Infante SINTESIS La presente Investigación titulada Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica se ha realizado con el objetivo de profundizar en el conocimiento geólogo tectónico del territorio de forma tal que permita establecer los sistemas de estructuras activas y bloques morfotectónicos, caracterizar los movimientos tectónicos contemporáneos y su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. Para lograr el objetivo propuesto fueron utilizados un conjunto de métodos geólogo geomorfológicos entre los cuales se encuentran los métodos morfométricos, de fotointerpretación geológica, trabajo de campo y estudio microtectónico. Paralelamente fue utilizada la información geodésica y geofísica de investigaciones precedentes. Como resultado de los trabajos se determinaron las zonas geomorfológicas fundamentales, denotándose un predominio de las zonas con relieve de montaña sobre el de llanura, se cartografiaron los cuatro sistemas de estructuras tectónicas de fractura que cortan las rocas del área, caracterizándose cada uno en dependencia de su morfología y ambiente geotectónico de formación y se delimitaron nueve bloques morfotectónicos que se diferencian por sus rasgos morfológicos y tectónicos y que se desplazan entre si formando un sistema de horts y grabens, con una tendencia general al ascenso. A partir de los resultados antes relacionados se determinaron los diferentes tipos de riesgos a los cuales se encuentra expuesto el medio ambiente debido a la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos en la región, estableciéndose cuatro zonas de magnitudes del riesgo total y se propusieron las medidas generales con vista a mitigar los efectos dañinos al medio. 2 �A. Rodríguez Infante INDICE Página INTRODUCCION CAPITULO I. Caracterización Geólogo Geomorfológica del territorio. Introducción. Base Teórica de la Investigación. Metodología de la Investigación. Trabajos Precedentes. Características Geológicas del Territorio. Geomorfología del Territorio. Conclusiones. CAPITULO II. Morfotectónica y Geodinámica del territorio de Moa. Introducción. Rasgos geotectónicos evolutivos de la región. Principales sistemas de fallas del territorio. Bloques morfotectónicos. Neotectónica. Conclusiones. CAPITULO III: Evaluación de riesgos de origen tectónico. Introducción. Metodología para el Análisis de Riesgo. Amenaza Natural. Riesgos Específicos. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Conclusiones. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones. Recomendaciones BIBLIOGRAFIA. Publicaciones del autor. Referencias Bibliográficas. RELACION DE MATERIALES GRAFICOS. 3 �A. Rodríguez Infante INTRODUCCION 4 �A. Rodríguez Infante INTRODUCCION . A raíz del cese de los convenios de colaboración de Cuba con los países del Consejo de Ayuda Mutua Económica y la desintegración de la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas, se hizo necesaria la mixtificación de la economía, de la cual es pilar importante la industria niquelífera que necesitó no sólo de la búsqueda de mercado para la venta de sus productos, sino también de inversiones que garantizarán su desarrollo tecnológico bajo las regulaciones y exigencias de la tecnología contemporánea. El mayor por ciento de las instalaciones de la industria del níquel - actuales y futuras se ubican en el territorio de Moa, el que se encuentra enclavado en una región de máxima complejidad geólogo-tectónica y en el cual han ocurrido recientes movimientos telúricos indicadores de una tectónica activa que puede causar daños a las obras industriales y sociales en funcionamiento o en construcción. Lo anterior conllevó a la necesidad de determinar las principales estructuras tectónicas activas de la región para caracterizar la geodinámica del territorio a través del estudio de los movimientos de bloques morfotectónicos y con ello, poder determinar los sectores de máxima vulnerabilidad tanto para el ecosistema como para las construcciones socioeconómicas ante la ocurrencia de procesos tectónicos. A partir de este problema y a solicitud del gobierno municipal, el Centro Nacional de Investigaciones Sísmicas, GEOCUBA y el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa en coordinación con la Unión de Empresas del Níquel se iniciaron los trabajos de investigación sismotectónica del territorio del que forma parte el presente trabajo, el cual se desarrolla en un área de aproximadamente 865 km2 comprendida de este a oeste desde la zona de Santa María en la provincia Guantánamo hasta el río Cananova del municipio Sagua de Tánamo en la provincia Holguín, garantizándose que quedaran incluidas todas las estructuras que de forma directa o indirecta tienen influencia sobre la zona de Moa. El objetivo de las investigaciones es profundizar en el conocimiento geólogo-tectónico del territorio de Moa que permita establecer los sistemas de estructuras activas y bloques morfotectónicos, caracterizar los movimientos tectónicos contemporáneos y su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. 5 �A. Rodríguez Infante Es necesario dejar aclarado en esta introducción que no es objetivo de estas investigaciones el cálculo económico del impacto ambiental ante la ocurrencia de los procesos tectónicos y sólo se persigue la identificación de los factores o elementos del medio ambiente susceptibles de ser alterados o modificados por la acción de éstos, lo que constituye la etapa inicial en los estudios de impacto ambiental [22]. En la realización de las investigaciones se tomó como base la información geológica que sobre el territorio existe, la que se puede catalogar de variada y abundante, justificada por el gran interés que desde el punto de vista económico revisten los yacimientos de corteza de intemperismo ferroniquelífera, desarrollados sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas del complejo ofiolítico y los yacimientos de cromitas, también asociados a dicho complejo. Desde el punto de vista tectónico las investigaciones precedentes han sido escasas, tal ves justificado por la alta complejidad tectónica de la región donde afloran las rocas de la antigua corteza oceánica emplazadas a través de un complejo proceso de acreción durante el periodo Cretácico-Paleógeno, al cual se han superpuesto eventos tectónicos más jóvenes. No obstante, es imprescindible aclarar que con anterioridad se han realizado investigaciones morfotectónicas y sismotectónicas a escala regional, así como en la C H A Oriente Norte y en el complejo hidroenergético Toa Duaba. Sin embargo, para el territorio de Moa se hace cada día más necesario profundizar en el estudio tectónico, no sólo por la importancia que reviste para los trabajos de búsqueda, prospección y explotación de los recursos minerales existentes y el conocimiento estructural de las rocas sobre las cuales se desarrollan los mismos, sino también para garantizar una mejor proyección de las obras construidas por el hombre y protección del medio ambiente en general, constituyendo la presente investigación una novedad al realizar la clasificación morfotectónica a escala local y caracterizar los riesgos de la dinámica tectogénica en un sector de interés en el desarrollo industrial. Para lograr el objetivo propuesto se partió de la hipótesis de que a pesar de existir un predominio o tendencia al levantamiento de la región, la presencia de formas contrastantes y alineadas del relieve, los desplazamientos laterales de elementos geólogo - geomorfológicos e incluso en ocasiones rotacionales, y la propia ocurrencia de actividad sísmica en el territorio, indican la existencia de desplazamientos no homogéneos ni unidireccionales entre todos los sectores de la corteza terrestre, lo que debe reflejarse en su superficie. Por ello se procedió a la aplicación de los métodos 6 �A. Rodríguez Infante geológicos convencionales en conjunto con los métodos geomorfológicos y geodésicos para así realizar la interpretación y descripción de las estructuras presentes y con ello determinar las áreas de mayor peligro y riesgo ante los procesos geológicos de origen tectónico. La consecución de las tareas propuestas a partir de la búsqueda, procesamiento, comprobación y sistematización de los resultados constituye sólo un punto de partida para el conjunto de tareas que deben emprenderse en la región con vista a hacer más eficiente e integral el uso de los recursos naturales, quedando implícito en ello tanto las reservas minerales como el medio geográfico. Respecto a esta etapa de trabajo los resultados a obtener serán de aplicación y de hecho algunos ya han sido aplicados, en organismos y empresas del territorio o que operan en el mismo. Un ejemplo de esto ha sido la decisión de replantear la planta de amoniaco y la valoración de las variantes posibles para su ubicación definitiva, así como la monumentación y monitoreo geodésico de la presa Nuevo Mundo, profundizándose además en los trabajos en la zona de Quemado del Negro donde se construye la tercera industria niquelífera del municipio. Al quedar concluidas las investigaciones los mapas tectónicos y de riesgo del territorio constituirán un material de indispensable consulta para la dirección de inversiones de la industria del níquel, la empresa constructora y el gobierno municipal en la planificación, proyección y construcción de obras sociales e industriales. Similar papel jugará para los organismos e instituciones responsabilizados con el estudio, control y conservación del medio ambiente y factores de riesgos del ecosistema, al poder conocer los puntos de posibles alteraciones y con ello proyectar las tareas a desarrollar para evitar o minimizar los efectos de los procesos geodinámicos. En cuanto a los trabajos de prospección geológica, la información obtenida referente a las zonas de afloramiento de las rocas del complejo máfico y ultramáfico conjuntamente con las condiciones geomorfológicas que caracterizan cada sector, constituye un criterio de orientación para la búsqueda y prospección más racional de las áreas de desarrollo de las cortezas de intemperismo de interés industrial, pudiendo incluso valorar la posible orientación de búsqueda de cortezas de tipo lineal en las zonas de fallas profundas así como en el estudio de posibles zonas de mineralización secundaria asociadas a los sistemas de fracturas. 7 �A. Rodríguez Infante Paralelo a ello los resultados del trabajo permitirán a los órganos de la Defensa Civil confeccionar los planes de medida ante desastres naturales y la proyección de obras de carácter militar. En la elección de los métodos de trabajo se partió del hecho de que las estructuras geológicas a través de las cuales ocurren los principales movimientos neotectónicos y en particular los movimientos sísmicos, se reflejan en el relieve a través de diversos criterios e índices, que permiten su identificación con la aplicación de los métodos de fotointerpretación geológica y geomorfológica, los métodos morfométricos, trabajos de campo, estudios microtectónicos locales y el procesamiento de la información geodésica y geofísica existente sobre el territorio, asumiéndose como línea metodológica la determinación de los principales alineamientos a través de los métodos antes mencionados, búsqueda de los criterios que identificaran a éstos como estructuras tectónicas, procediéndose luego a su comprobación y caracterización, lo que permitió la determinación de los sectores o bloques morfotectónicos en que se encuentra dividido el territorio y que se diferencian entre sí por las medidas de las formas de relieve que lo caracterizan como son el grado de la pendiente, intensidad de erosión de fondo, nivel de base de los ríos y densidad relativa del drenaje; por el sentido y magnitud de los desplazamientos horizontales y verticales resultantes de los movimientos neotectónicos actuantes y que se encuentran separados entre sí por fallas activas. Finalmente se determinaron las zonas con diferentes grados de riesgo a partir de su posición respecto a las estructuras activas y elementos del medio ambiente expuestos a la amenaza tectónica. Los resultados de las investigaciones se presentan en unas memorias escritas en tres capítulos y seis anexos gráficos. En el desarrollo de la tarea investigativa se enfrentaron limitaciones tales como: • Encubrimiento de la información geólogo tectónica originado por la actividad antropogénica. Este fenómeno se pone de manifiesto en ocasiones en sectores de gran complejidad lo cual ha ocurrido por recubrimiento de la superficie debido a los movimientos de tierra o por la propia obra construida como ocurre en el área de Las Camariocas y en el puerto de Moa o por alteraciones de la intensidad de cizallamiento de las rocas por el uso de explosivos en el proceso constructivo como sucede en la presa Nuevo Mundo y alrededores de las áreas de construcción de túneles y carreteras. 8 �A. Rodríguez Infante • La información geodésica ha sido utilizada en ocasiones con reserva debido a la existencia de puntos de control geodésicos en mal estado de conservación que han provocado incorrecciones en las nivelaciones reiteradas y la localización de algunos puntos geodésicos que aportan datos de poca utilidad geológica lo cual podemos ejemplificar con los puntos situados en la ladera oriental del Cerro de Miraflores ubicados a lo largo de la línea de falla y paralelo a lo largo de la carretera Sagua Moa. Cobra importancia la ausencia de redes geodésicas en algunas áreas de interés como por ejemplo en todo la porción septentrional de las estructuras principales. • Ausencia de materiales fotográficos a escalas detalladas, así como de fotografías aéreas tomadas en fecha reciente que permitieran hacer comparaciones cualitativas y cuantitativas de las variaciones morfológicas y tectónicas antes y después de los movimientos sísmicos ocurridos. De igual forma, por limitaciones económicas no se ha podido hacer más intenso y adecuado de las imágenes cósmicas digitalizadas. • Desde el punto de vista geológico, la gran complejidad tectónica que caracteriza el cinturón ofiolítico cubano y en especial su bloque oriental dado por la superposición de estructuras de diferentes génesis, estilos y períodos de formación lo que se agrava por la ausencia de perforaciones profundas, registros geofísicos detallados, en particular sísmicos y datos geodésicos históricos, estando limitado estos últimos al período 1990-1997. A pesar de las limitaciones señaladas se desarrollaron las etapas de trabajo previstas y el objetivo propuesto fue cumplido, con la colaboración de investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Sísmicas (CENAIS), la Unión de Empresas del Níquel y el Departamento de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. El autor con anterioridad a este trabajo ha desarrollado investigaciones relacionadas con la temática enmarcadas en el contexto regional y a diferentes escalas como son: • Análisis Estructural del Macizo Mayarí - Baracoa, en los años 1980-1985 en proyecto conjunto con especialistas del Centro de Investigaciones Geológicas. • Estudio Geólogo Geomorfológico de la Provincia Guantánamo, en el período 19851990 en coordinación con el CENAIS. • Estudio Fotogeológico y Morfométrico del área de Mayarí, en el período 1990-1991 en colaboración con la Empresa de Construcciones Militares de Holguín. 9 �A. Rodríguez Infante Como parte de estas investigaciones el autor ha dirigido un total de diecinueve trabajos de diplomas, ha publicado doce artículos científicos y los resultados han sido expuestos en diferentes eventos de ciencia y técnica, en los Talleres de Protección del Medio Ambiente PROTAMBI ’95 y PROTAMBI ’97 y en los Talleres Municipales de Sísmica. 10 �A. Rodríguez Infante CAPITULO I 11 �A. Rodríguez Infante CAPITULO I: CARACTERIZACION GEOLOGO – GEOMORFOLOGICA DEL TERRITORIO. Introducción. Base Teórica de la Investigación. Metodología de la Investigación. Trabajos Precedentes. Características Geológicas del Territorio. Geomorfología del Territorio. Conclusiones. Introducción. El esquema morfotectónico de un territorio establece la relación existente entre la tectónica nueva y el relieve actual con el objetivo de mostrar las morfoestructuras por su grado de actividad y pronosticar la posible incidencia de los procesos geotectónicos en el medio ambiente. Dentro del objetivo del trabajo se encuentra la determinación de las principales estructuras activas del territorio y los bloques morfotectónicos que constituyen el mismo, haciéndose necesario estudiar las principales características geológicas que permitan conocer la sucesión de eventos geológicos y en particular tectónicos que han ocurrido en el desarrollo regional y con ello caracterizar la tendencia de la geodinámica actual, así como determinar las características geomorfológicas a través de las formas y medidas del relieve que muestren las condiciones geológicas y tectónicas bajo las cuales se originan y con estos criterios poder establecer los límites activos de los bloques morfotectónicos y los parámetros que lo identifican. Es por ello que en este capítulo, después de establecer la base teórica que sustenta la investigación y la metodología seguida para su ejecución, se hace el análisis de las principales características geológicas y geomorfológicas del área que permiten la confección del esquema morfotectónico del territorio. 12 �A. Rodríguez Infante Base Teórica de la Investigación. La región de Moa constituye desde el punto de vista geológico y económico un área de marcado interés por la presencia de uno de los mayores yacimientos de níquel del mundo asociado a las cortezas de intemperismo ferroniquelíferas desarrolladas sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas del macizo ofiolítico del nordeste de Cuba Oriental. Conjuntamente con los yacimientos niquelíferos se encuentran presentes otras manifestaciones minerales como las zeolitas, cromitas refractarias y otras materias primas no metálicas que hacen a la región altamente interesante y justifican el desarrollo minero metalúrgico de la misma. Geológicamente el área se caracteriza por su gran complejidad encontrándose frecuentemente la superposición de eventos de edades y estilos diferentes que directa e indirectamente interfieren en la génesis, desarrollo y conservación de los yacimientos ferroniquelíferos, en el relieve y en la ocurrencia de fenómenos naturales de carácter geodinámico que afectan la actividad socioeconómica y alteran el medio ambiente. Dentro de estos últimos han tomado gran fuerza en la región los movimientos sísmicos como los ocurridos en marzo de 1992 de intensidad VI grados en la escala MSK y marzo de 1994 de intensidad IV en la escala MSK, los que se considera han sido originados por la reactivación de la llamada falla Sabana por algunos investigadores o zona de sutura según otros y que constituye el límite norte del Bloque Oriental Cubano con la Placa Norteamericana debido a las condiciones geotectónicas imperantes en Cuba oriental, condicionado por los movimientos asociados a la zona de fractura Cauto - Nipe y a la falla Oriente que limita la estructura cubana con la Placa del Caribe. Este comportamiento geotectónico a su vez mantiene activas las estructuras locales. Es lógico considerar la importancia que para la región tiene la profundización de los conocimientos geólogo - tectónicos del territorio enfatizando en aquellas estructuras de carácter tectónico activo, la determinación de los sectores de máxima vulnerabilidad y riesgo ante eventos de génesis geodinámica, así como la caracterización tectónica de áreas constructivas para la prevención de daños ante desastres naturales. Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos se hizo necesario determinar los principales sistemas tectónicos presentes en la región, caracterizando cada uno de ellos en dependencia de su edad, dirección, magnitud y papel que desempeñan en la configuración morfológica y tectónica actual del territorio. El estudio de estas 13 �A. Rodríguez Infante estructuras y sistemas a los cuales pertenecen, se realiza tomando como base la teoría movilista que explica las características y evolución de la litosfera terrestre, aplicando para ello un conjunto de métodos geológicos, geomorfológicos, geofísicos y geodésicos que garantizan un mejor cartografiado y mayor confiabilidad en las conclusiones sobre su influencia en los procesos geodinámicos. Al quedar determinadas las estructuras tectónicas principales se estableció el sistema de bloques morfotectónicos en dependencia del estilo morfológico y caracterización tectónica lo que a su vez, permitió arribar a conclusiones sobre la dirección y magnitud de los desplazamientos bajo los efectos de los movimientos geodinámicos actuales. En la consecución de este objetivo fueron empleados métodos de microtectónica, datos de mediciones geodésicas cíclicas y frecuentes de las redes ya establecidas, así como la información geofísica. En el caso específico de aquellas estructuras que por su edad, dimensiones y papel que desempeñan en los procesos geodinámicos actuales fueron consideradas de primer orden, u otras que son de gran influencia en la actividad socioeconómica de la región se realizaron estudios detallados. Con los datos obtenidos en la solución de los problemas antes descritos se procedió a la confección del mapa de riesgo ante los fenómenos sismotectónicos que permite establecer las áreas de posible desarrollo socioeconómico así como la toma de medidas técnicas ingenieriles en las obras ya construidas en sectores de alta peligrosidad. Metodología de la Investigación. La metodología seguida durante las investigaciones, que de forma resumida y por etapas de trabajo se presenta a continuación no difiere en esencia de la metodología de las investigaciones geológicas en general, pero que al aplicar de forma combinada los métodos morfométricos y fotointerpretativos con la información geofísica y geodésica existente hacen más económicos los trabajos geológicos. Primera Etapa: Preliminar. El primer problema a solucionar lo constituyó el establecimiento del área de trabajo que debía garantizar que quedaran incluidas en ella todas las estructuras que de forma directa o indirecta condicionaran la dinámica de los sectores que conforman el territorio. Partiendo del objetivo propuesto en la investigación se asumió el área comprendida entre los ríos Cananova al oeste y Santa 14 �A. Rodríguez Infante María al este, extendiéndose de norte a sur desde la barrera arrecifal que bordea al litoral hasta la vertiente meridional del Alto de la Calinga que forma parte de la divisoria principal del sistema montañoso Moa-Baracoa, abarcando un área aproximada de 865 km2 de las cuales 712 km2 corresponden al territorio insular emergido y el resto a la zona acumulativa marina comprendida entre el litoral y la barrera coralina. Lo anterior se muestra en el anexo gráfico No. 1. Según el sistema de coordenadas Lambert el área se encuentra enmarcada entre los puntos: X: 680 000 - 721 000 Y: 207 000 - 232 000 En esta etapa de trabajo se estableció la escala, asumiéndose como escala básica para la aplicación de los métodos morfométricos y de comprobaciones de campo para los sectores de máxima complejidad la escala 1: 25 000, la escala 1: 50 000 para la presentación final y resumida de la información obtenida y la escala 1: 100 000 para la presentación de algunos anexos adicionales. Se definió el conjunto de métodos a aplicar que comprenden la utilización simultánea de métodos morfométricos, de fotointerpretación geólogo geomorfológica, trabajos de campo y microtectónica con el uso además de informaciones adicionales geodésicas y geofísicas; se realizó la selección de los materiales primarios y se procedió a la búsqueda y revisión de la bibliografía. Segunda Etapa: Fotointerpretación y Morfometría. Durante el desarrollo de esta etapa de trabajo se realizó la fotointerpretación del territorio la cual tuvo como objetivo fundamental la determinación de las estructuras de fracturas a partir de la aplicación de los principios básicos de los trabajos fotogeológicos y de los criterios directos e indirectos que permitieron la identificación de las mismas e incluso en algunos casos hasta poder determinar su grado de actividad y posibles riesgos, así como el estudio de las formas del relieve. Aquí debemos aclarar que aun cuando el estudio y clasificación de las formas del relieve no constituyó un objetivo específico de la investigación, se realizó teniendo en cuenta que a través de las geoformas quedan expresadas directa o indirectamente las estructuras geológicas sobre la cual éstas se desarrollan y en el estudio de los movimientos neotectónicos y caracterización de los movimientos neotectónicos, la génesis, evolución y sistematización del relieve constituyen criterios 15 �A. Rodríguez Infante directos de interpretación. Paralelamente a ello el estudio morfológico es un pilar básico en la valoración de los peligros y riesgos que pueden originarse a través de la actividad geólogo-tectónica. Paralelamente a ello se esclarecieron y en algunos casos se establecieron contactos entre las diferentes litologías aflorantes en el territorio, teniendo en cuenta que como objetivo del trabajo no se encuentra la confección del mapa geológico, asumiéndose desde un inicio la base geológica a escala 1: 100 000 de Quintas F. [93]. Los trabajos de fotointerpretación geólogo geomorfológica se realizaron con las fotografías áreas a escala aproximada 1: 36 000 del proyecto K-10 de 1972, usándose de forma simultánea las fotografías aéreas de escala aproximada 1: 60 000 de la Aero Service Corporation de 1956 y las fotografías aéreas de coordenadas corregidas a escala 1: 100 000 en la confirmación y generalización de la información. En la interpretación fototectónica también fue utilizada la información aportada por las fotografías cósmicas digitalizadas del territorio del vuelo conjunto y los diagramas de alineamientos confeccionados a partir de estas. Los trabajos morfométricos consistieron en la confección e interpretación de los mapas de: • Red fluvial. • Isobasitas de segundo y tercer orden. • Disección vertical. • Pendientes en grados. Finalmente se procedió a correlacionar la información obtenida por ambos métodos, confeccionándose el esquema morfotectónico preliminar del territorio. Tercera Etapa: Comprobaciones de Campo y Microtectónica. El trabajo de campo consistió en las comprobaciones de las estructuras determinadas durante la segunda etapa de trabajo en condiciones naturales, realizándose paralelamente las mediciones de los elementos de yacencia de grietas y fracturas a ambos lados de estas estructuras que pudieran servir de criterio para determinar el sentido del desplazamiento de los bloques a través de los movimientos geodinámicos. Se documentaron 120 puntos de afloramiento en las zonas de mayor complejidad geólogo tectónica y fueron medidas 7448 grietas que se procesaron estadísticamente con programas computarizados, confeccionándose un total de 57 Diagramas de Roseta y 12 Diagramas de Contorno, de los cuales 15 se muestran en las memorias. 16 �A. Rodríguez Infante Con las estructuras determinadas y comprobadas, se procedió al cartografiado de las mismas, con énfasis en aquellas que por su marcado interés socio - económico, alta complejidad o ausencia de reportes anteriores así lo requirieron. Cuarta Etapa: Gabinete. En esta etapa se procedió a la interpretación y procesamiento de la información obtenida por los métodos antes relacionados, así como de la información geodésica proporcionada por las mediciones cíclicas que se realizaron según la línea geodinámica de Moa y en diferentes polígonos como la presa Nuevo Mundo y Las Camariocas y la información geofísica obtenida a través de los levantamientos aerogeofísicos de las provincias Guantánamo y Holguín [36, 66]. Como resultado del procesamiento de la información se procedió a la confección del mapa geomorfológico donde se sistematizan los dos tipos fundamentales de relieve que caracterizan la región, el mapa morfotectónico donde se señalan las principales estructuras y bloques tectónicos del territorio así como, la caracterización en sentido e intensidad de los movimientos geodinámicos actuales y el mapa de riesgos donde se muestran las áreas vulnerables ante los fenómenos tectónicos. La metodología seguida para la confección del mapa de riesgos está basada en la determinación de la vulnerabilidad de los elementos en riesgo ante la amenaza natural representada por los movimientos tectónicos en una zona geodinámicamente activa, la cual es explicada en el desarrollo del capítulo correspondiente. Por último se confeccionó el informe final de la investigación y el plan de medidas a seguir para mitigar los daños al medio ambiente. Trabajos Precedentes. Durante la ejecución de la investigación se consultaron diferentes trabajos que para la región oriental y en particular del territorio Moa-Baracoa se han desarrollado, orientados algunos a la evaluación geólogo-económica de las grandes reservas minerales asociadas al cinturón ofiolítico del noreste holguinero y otros a la profundización del conocimiento geológico regional, constituyendo todos una valiosa información. A pesar de existir numerosas investigaciones y reportes sobre la geología de la zona realizados antes del triunfo de la revolución no es hasta la década del sesenta que se desarrollan investigaciones profundas de carácter regional, haciéndose imprescindible mencionar los trabajos de los especialistas soviéticos A. Adamovich y V. Chejovich [1,2 17 �A. Rodríguez Infante y 3], que constituyeron un paso fundamental en el conocimiento geológico del territorio oriental, esencialmente para las zonas de desarrollo de cortezas de intemperismo ferroniquelíferas. La concepción inicial de estos trabajos ha sufrido importantes cambios con el aporte de investigaciones más recientes. Adamovich y Chejovich [1], elaboraron un mapa geológico a escala 1: 250 000 sobre la base de interpretaciones fotogeológicas y marchas de reconocimiento geológico en el cual fueron limitadas las zonas de cortezas de intemperismo para el territorio Mayarí Baracoa, establecieron la secuencia estratigráfica regional y respecto a la estructura geológica, consideraron la existencia de un anticlinal con un núcleo de rocas antiguas zócalo metamórfico - y rocas más jóvenes en sus flancos, estando cortada toda la estructura por fallas normales que la dividen en bloques. De igual forma ellos realizaron reconstrucciones paleogeográficas que le permitieron caracterizar el relieve pre Maestrichtiano de la región al mismo tiempo que clasificaron el relieve actual, [3]. Las investigaciones posteriores demostraron que la estructura del territorio oriental cubano estaba muy lejos de tener el estilo sencillo que ellos concibieron, resultando esclarecidos algunos elementos referidos a la existencia de fuertes movimientos tectónicos tangenciales que provocaban la aparición de secuencias alóctonas y autóctonas intercaladas en el corte geológico, así como el emplazamiento de cuerpos serpentiníticos en forma de mantos tectónicos alóctonos sobre las secuencias del Cretácico Superior lo cual complica extraordinariamente la interpretación tectono estratigráfica. De igual forma se estableció que el origen y posición geólogo-estructural de los conglomerados y brechas de composición serpentinítica que Adamovich y Chejovich asignan al periodo Maestrichtiano, tienen un carácter esencialmente sinorogénico relacionado con los movimientos tectónicos de emplazamiento de los cuerpos serpentiníticos. En los últimos años, debido a una constante acumulación de información, se ha originado un salto cualitativo en el grado de conocimiento geológico expresado en los elementos citados anteriormente. En la década del setenta se inicia una nueva etapa en el conocimiento geológico regional y como señala F. Quintas en su tesis doctoral [93], ....se fue abriendo paso la concepción movilista como base para la interpretación geológica....., especialmente con posterioridad a la publicación en 1974 de los trabajos de Knipper y Cabrera [63], quienes sobre la base de las observaciones de campo y revisión de materiales 18 �A. Rodríguez Infante existentes plantearon que los cuerpos de serpentinitas representan fragmentos de corteza oceánica que se deslizaron por planos de fallas profundas hasta la superficie donde se emplazaron sobre formaciones sedimentarias del Cretácico en forma de mantos tectónicos. Sus investigaciones no aportan información novedosa al esquema estratigráfico regional sin embargo, abren una nueva dirección al indicar la presencia de mantos tectónicos constituidos por rocas ultrabásicas. En 1972 se inician investigaciones de carácter regional del territorio oriental cubano por especialistas del Departamento de Geología de la Universidad de Oriente, luego Instituto Superior Minero Metalúrgico y en 1976 establecieron que la tectónica de sobrempuje afecta también a las secuencias sedimentarias dislocadas fuertemente, detectando en numerosas localidades la presencia de mantos alóctonos constituidos por rocas terrígenas y volcánicas del Cretácico Superior, yaciendo sobre secuencias terrígenas del Maestrichtiano - Paleoceno Superior, planteando además el carácter alóctono de los conglomerados - brechas de la formación La Picota, demostrándose en investigaciones posteriores el carácter predominantemente autóctono de estas secuencias formadas en las cuencas superpuestas al arco volcánico del Cretácico. Con estos nuevos elementos se reinterpreta la geología del territorio y se esclarecen aspectos de vital importancia para la acertada valoración de las reservas minerales. Como resultado de estos trabajos Cobiella junto a otros especialistas del departamento de Geología del ISMM proponen un esquema tectónico que resume una nueva interpretación estratigráfica y paleogeográfica de Cuba Oriental delimitando cinco zonas estructuro faciales. En 1978 J. Cobiella y J. Rodríguez [31] subdividen las anteriores estructuras propuestas en seis zonas, como se muestra en la figura No.1. En el periodo 1972-1976, se realiza el levantamiento geológico de la antigua provincia de oriente a escala 1: 250 000 por la brigada cubano - húngara de la Academia de Ciencias de Cuba [80], siendo el primer trabajo que generaliza la geología de Cuba Oriental. En este trabajo la región oriental se divide en cinco unidades estructuro faciales y tres cuencas superpuestas como se muestra en la figura No.2. El mapa e informe final de esta investigación constituyó un aporte científico a la geología de Cuba al ser la primera interpretación geológica regional de ese extenso territorio basada en datos de campos, obteniéndose resultados interesantes expresados en los mapas geológicos, tectónicos y de yacimientos minerales, columnas y perfiles regionales así como el desarrollo de variadas hipótesis sobre la evolución geológica de la región. 19 �A. Rodríguez Infante Figura No.1: Esquema tectónico según Cobiella y Rodríguez, (1980). 1-Anticlinorium Camagüey - Holguín; 2- Anticlinal Oriental; 3- Cuenca Nipe - Baracoa; 4- Sinclinorium Central; 5- Anticlinorium Sierra Maestra y 6- Fosa de Bartlett. Figura No. 2. Esquema tectónico según E. Nagy, 1976.1A- Margen Norte; 1B- Margen Sur; 2- Cuenca Guacanayabo - Guantánamo; 3Sinclinorium Central; 4- Cuenca de Guantánamo; 5- Zonas precubanas; 6- Zona Caimán y 7- Zona Remedios. 20 �A. Rodríguez Infante Paralela a estas investigaciones se desarrollan trabajos fotogeológicos sobre diferentes áreas del territorio por especialistas del Centro de Investigaciones Geológicas, entre los que se encuentran la caracterización de la corteza de intemperismo del sector occidental de las hojas cartográficas de Moa y Palenque desarrollados por V. Teleguin, quien realiza una clasificación de las fracturas que afectan al substrato serpentinítico y el levantamiento fotogeológico de Farallones a escala 1: 50 000 desarrollado por R. Pérez, donde se realizó un estudio detallado de las distintas formaciones geológicas del área de estudio y su caracterización geomorfológica, así como un conjunto de trabajos desarrollados por la Empresa Geológica de Oriente en la búsqueda y categorización de las reservas lateríticas. En el periodo 1980-1985 el Departamento de Geomorfología de la propia institución en colaboración con la Facultad de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa desarrolló el tema de investigación Análisis Estructural del Macizo Mayarí Baracoa donde se analiza por primera vez de forma integral para todo el nordeste de Holguín el grado de perspectividad de las cortezas de intemperismo ferroniquelíferas en dependencia de las condiciones geólogo-geomorfológicas para lo cual fueron aplicados métodos morfométricos y trabajos de fotointerpretación. La deficiencia fundamental de la investigación consistió en el escaso trabajo de campo realizado para las comprobaciones, utilizándose en sustitución de estos los informes de estudios geológicos realizados en la valoración o categorización de los yacimientos lateríticos. Desde el punto de vista tectónico de carácter regional adquieren importancia relevante las investigaciones realizadas por M. Campos [18], en su estudio tectónico de la porción oriental de las provincias Holguín y Guantánamo, donde propone siete unidades tectono-estratigráficas para el territorio, describiendo las características estructurales de cada una de ellas y estableciendo los periodos de evolución tectónica de la región. En 1989 F. Quintas en su tesis doctoral [93], realizó el estudio estratigráfico del extremo oriental de Cuba donde propone las asociaciones estructuro-formacionales que constituyen ese extenso territorio así como las formaciones que las integran, realizando la reconstrucción paleogeográfica del Cretácico al Paleógeno, intervalo cronológico de mayor complejidad para la geología de la región oriental. Este trabajo por su actualidad y volumen de información geológica que presenta, es tomado como material geológico base en la caracterización litológica de estas investigaciones. 21 �A. Rodríguez Infante En 1990 se concluye el levantamiento geológico a escala 1: 50 000 en el polígono CAME Guantánamo por especialistas cubanos y húngaros, el cual constituye uno de los trabajos más integrales que sobre la geología de la región se realizan al abordar todas las vertientes del trabajo geológico con un gran volumen de información textual y gráfica. Paralelamente a estas investigaciones de carácter geológico regional hay que hacer referencia por su importancia a una serie de trabajos desarrollados por la Empresa Integral de Proyectos de la Industria Básica en el estudio sismotectónico para el complejo hidroenergético Toa-Duaba [84] y de la Central Hidro Acumuladora Oriente Norte [72] durante los años noventa que junto a los trabajos de Hernández J. [52, 53] sobre la geodinámica reciente han aportado valiosos datos sobre el área de investigación y constituyen una base metodológica y orientativa en el estudio de las estructuras sismogeneradoras y morfotectónicas. Características Geológicas del Territorio. La geología de la región se caracteriza por una gran complejidad condicionada por la variedad litológica presente y los distintos eventos tectónicos ocurridos en el decursar del tiempo geológico, lo que justifica los diferentes estudios y clasificaciones realizadas, basadas en criterios o parámetros específicos según el objeto de la investigación. En 1989, F. Quintas en su tesis doctoral, [93], realiza la clasificación geológica regional según ocho asociaciones estructuro-formacionales, de las cuales seis se encuentran representadas en el área de investigación. El se basó en la teoría que explica el origen y evolución de los arcos insulares, así como la formación de las plataformas, las etapas evolutivas y los conjuntos litológicos faciales típicos de cada estadio. En 1996, Iturralde-Vinent [90], reconoce en la constitución geológica del archipiélago cubano dos elementos estructurales principales: el cinturón plegado y el neoautóctono. El cinturón plegado según el autor, está constituido por terrenos oceánicos y continentales deformados y metamorfizado de edad pre-Eoceno Medio, que ocupan en la actualidad una posición muy diferente a la original, representando las unidades geológicas que lo integran grandes entidades paleogeográficas que marcaron la evolución del Caribe Noroccidental. El autor divide al cinturón plegado en unidades continentales y unidades oceánicas. En Cuba Oriental las unidades continentales están representadas por el Terreno Asunción [90], compuesto por dos unidades litoestratigráficas bien diferenciadas, la Fm. 22 �A. Rodríguez Infante Sierra Verde y la Fm. La Asunción, constituidas por materiales metaterrígenos y metacarbonatados respectivamente, del Jurásico Superior-Cretácico Inferior, las cuales no aparecen representadas en el área de estas investigaciones. Las unidades oceánicas están constituidas por las ofiolitas septentrionales, las rocas del arco de islas volcánicas del Cretácico (Paleoarco), las secuencias de las cuencas de piggy back del Campaniense Tardío-Daniense, el arco de islas volcánico del Paleógeno y las rocas de las cuencas de piggy back del Eoceno Medio-Oligoceno. El neoautóctono está constituido por materiales terrígenos carbonatados poco deformados del Eoceno Superior Tardío al Cuaternario que cubren discordantemente las rocas del cinturón plegado. La sistemática asumida por cada uno de los trabajos antes referidos de forma sintetizada se representa en la tabla I. Tabla I: Litologías presentes en el área de estudio según Quintas F., 1989 e Iturralde-Vinent, 1996. Elementos Estructurales Formacionales Iturralde-Vinent,1996 F Quintas 1989 serpentinizadas y AEF de la antigua corteza Ofiolitas Complejo básico oceánica septentrionales Fm. Quibiján AEF del arco volcánico del Fm. Santo Domingo Cretácico Arco volcánico del Cretácico Fm. La Picota Fm. Mícara AEF cuencas superpuestas al Cuencas piggy- arco volcánico del Cretácico back ra 1 generación Fm. Sabaneta Arco volcánico del Paleógeno Arco de islas volcánico del Fm. Capiro Cuenca superpuestas de la Cuencas piggy- etapa platafórmica back 2da generación Fm. Majimiana Fm. Júcaro Depósitos Cuaternarios Secuencias terrígeno – carbonatadas de la etapa de desarrollo platafórmico 23 NEO AUTOCTÓNO CINTURON PLEGADO Rocas Ultrabásicas Asociaciones Estructuro Unidades Oceánicas Litología. �A. Rodríguez Infante En estas investigaciones para la caracterización geológica del territorio se ha asumido como base la información aportada por estos trabajos, fundamentalmente en lo concerniente a la caracterización de los conjuntos litológicos, a los cuales se le han sumado los criterios de la fotointerpretación geológica, realizándose la corrección del cartografiado de algunos sectores según los datos aportados por las fotografías aéreas y los trabajos de campo como se muestra en el anexo gráfico No.3, y que se describen a continuación. Iturralde-Vinent divide a las ofiolitas cubanas en: ofiolitas del cinturón septentrional, ofiolitas anfibolitizadas y ofiolitas de los terrenos sudoccidentales; dividiendo al cinturón septentrional en tres fajas principales: Cajálbana, Mariel-Holguín y Mayarí-Baracoa. La faja Mayarí-Baracoa a su vez la divide en tres macizos: Mayarí-Cristal, Sierra del Convento y Moa-Baracoa, al cual pertenecen las ofiolitas objeto de estudio. El Macizo Moa-Baracoa se localiza en el extremo oriental de la Faja Mayarí-Baracoa. ocupando un área aproximada de 1 500 km2 que presenta un gran desarrollo de los complejos ultramáfico, de gabros y volcano-sedimentario mientras que el complejo de diques de diabasas está muy mal representado, apareciendo las diabasas descritas en la región en forma de bloques tectónicos incluidos en los niveles de gabros, sobre todo en la parte superior del complejo cumulativo. Se estima un espesor de aproximadamente 1000 metros para el complejo ultramáfico y 500 metros para el de gabros [40], mientras que para el complejo volcano-sedimentario se ha estimado un espesor de 1200 metros, [93]. El complejo de rocas ultrabásicas aflora en toda la porción central y meridional del área y está constituido predominantemente por harzburgitas y subordinadamente dunitas, lherzolitas y piroxenitas. Estas rocas se caracterizan por presentar un grado de serpentinización variable, lo cual ha sido objeto de contradicción y explicado de modo diferente por varios investigadores, llegando incluso a considerarse el proceso como una manifestación de autometamorfismo de las intrusiones. Sin embargo, ha predominado el criterio de procesos dinamo-metamórficos durante la elevación y emplazamiento de las grandes masas peridotíticas a la superficie en presencia de agua, ya que la serpentinización, como se ha señalado en diversas investigaciones se desarrolla más intensamente hacia los bordes de los macizos sobre todo, en los límites tectónicos de sobrecorrimiento de estos sobre las rocas autóctonas, en las zonas de fallas interiores de los macizos y en las zonas de contacto con las rocas básicas. 24 �A. Rodríguez Infante Las rocas de este complejo se caracterizan por presentar un color verde oscuro o gris verdoso y por un alto grado de agrietamiento. En las fotografías aéreas, ellas se identifican por su fototono gris oscuro homogéneo que en zonas de gran desarrollo de la corteza laterítica aparece moteado de gris claro. Sobre estas rocas se forman relieves muy variados en dependencia del nivel hipsométrico que ocupan y por ende, del grado de desarrollo y conservación de la corteza de meteorización. Hacia la parte norte del macizo se observa un relieve de premontañas con cimas redondeadas, mientras que en la parte intermedia aparecen montañas de cimas aplanadas que hacia el sur se vuelven puntiagudas. Los parteaguas secundarios son rectos y alargados, con pendientes abruptas, siendo esto un criterio importante en su identificación. El drenaje es de configuración dendrítica, volviéndose angular debido al alto control tectónico sobre todo en los límites de los bloques, siendo típicos los valles en forma de V con pendientes fuertes, los que se hacen más amplios y menos profundos cuanto mayor es su orden. En la parte central, donde las cimas son aplanadas el drenaje es menos denso, observándose cauces estrechos y profundos con divisorias aplanadas, generalmente asociados a fracturas. El complejo máfico está representado por gabros olivínicos, gabro-noritas, anortositas y gabros normales de diferentes granulometrías. Los cuerpos de gabro tienen una estructura de grandes bloques y la mayoría de éstos se disponen en las zonas periféricas del complejo ultramáfico. En el sector Moa-Baracoa están representados dos tipos de gabros, los llamados gabros bandeados y los gabros masivos en las partes más altas del corte. En el área de estudio el más común es el gabro normal de color oscuro algo verdoso con textura masiva o fluidal. Estas rocas presentan alteraciones superficiales en forma de finísimas irregularidades semejantes a un micro relieve cársico, originadas por la meteorización diferencial de los minerales que las componen entre los cuales están los piroxenos monoclínicos, plagioclasas básicas y en menor grado olivino y piroxenos rómbicos. En la región de estudio los gabros afloran siempre asociados a las serpentinitas, apareciendo en forma de bloques en las zonas de Quesigua-Cayo Guam-Mercedita, Centeno-Miraflores y Farallones-Caimanes. Fotogeológicamente los gabros se manifiestan con parámetros o criterios diferentes en dependencia de la intensidad de la meteorización. En zonas muy intemperizadas aparecen con un fototono claro, generalmente más claro que en las cortezas sobre serpentinitas, con un relieve aplanado donde se observan superficies rugosas. 25 �A. Rodríguez Infante En las zonas de relieve más abrupto se presentan con un fototono moteado gris oscuro y claro - casi blanco - con parteaguas en forma de cuchillas curvas y ramificadas en otras de menores dimensiones, semejando en las fotografías aéreas una estructura de roseta lo que puede estar relacionado con los procesos de erosión esferoidal típico para estas rocas. El drenaje en general es de configuración dendrítica, apareciendo a veces subángular debido al control tectónico. El complejo de diques de diabasas está muy mal representado, apareciendo las diabasas descritas en la región en forma de bloques tectónicos incluidos en los niveles de gabros, sobre todo en la parte superior del complejo cumulativo. El complejo vulcano-sedimentario contacta tectónicamente con los demás complejos del corte ofiolítico y está representado por la formación Quibiján, constituida por rocas vulcano-sedimentarias intruidas por gabro-pegmatitas, dioritas y diabasas. En la base se encuentran lavas y lavas-brechas, aglomerados y tobas gruesas de composición basáltica y basáltico-andesítica. En su conjunto son de color negro o verde oscuro. Las lavas son amigdaloidales, con amígdalas rellenas de cuarzo y clorita. La porción media superior de la formación se compone de lavas, lavas-brechas, tufo-lavas y en cantidades subordinadas tobas lapillíticas, las cuales se caracterizan por presentar una estratificación gruesa, a veces gradacional. La edad aún se desconoce, ya que no se han encontrado fósiles que puedan revelarla. Algunos autores le asignan una edad Cretácico Inferior - Superior. Area de afloramiento. Aflora en la región de Farallones, al sur de Yamanigüey y en un pequeño bloque de Cupey. Fototono. Presenta tonos de gris claro a casi blanco de forma general, apareciendo moteado en la región de Farallones. Relieve. Poco elevado y muy desmembrado, con parteaguas pequeños en forma de cuchillas, con pendientes de medias a abruptas. Drenaje. Dendrítico, aunque en ocasiones se hace subángular por el control tectónico. La formación Santo Domingo, única representante del arco volcánico cretácico en el área, está constituida por tobas, lavas y aglomerados, apareciendo pequeños cuerpos de pórfidos dioríticos, andesitas y diabasas. Se incluyen además en esta formación las calizas pizarrosas finamente estratificadas y muy plegadas de color grisáceo. Las tobas ocupan más del cincuenta por ciento de la formación, apareciendo en la parte superior preferentemente, siendo comunes las variedades cristalovitroclásticas y 26 �A. Rodríguez Infante vitroclástica. Las lavas aparecen en ocasiones con textura amigdaloidal, predominando las variedades porfidíticas, yaciendo en forma de mantos interestratificados casi concordantes con las tobas. A menudo, junto con las lavas se observan aglomerados de composición entre dacítica y andesítica, muy alterados. Se le asigna una edad Cretácico Aptiano - Turoniano. Area de afloramiento. Aflora en la región de Farallones - Calentura y en una pequeña área en la localidad de Centeno. Fototono. Gris moteado. Relieve. De premontañas bajas con pendiente de medias a abruptas, con cimas puntiagudas, divisorias cortas, finas y muy ramificadas. Drenaje. Dendrítico, con densidad variable que tiende a aumentar hacia los órdenes superiores. Pertenecientes a la cuencas de piggy-back de la primera generación del Cretácico Superior al Paleoceno Inferior, afloran en el área las formaciones La Picota y Mícara, de tipo molásico y flyschoide, acumuladas en algunos casos en zonas de intensa actividad tectónica, por lo que localmente pueden aparecer muy deformadas y formar parte de melanges. La formación Mícara está compuesta de facies terrígenas y terrígenas carbonatadas de edad Maestrichtiano-Daniano. La secuencia inferior es de tipo molásica y la superior de tipo flysch. El límite inferior no se ha observado, pero se supone discordante sobre la formación Santo Domingo. En la zona de Cananova, Quintas[93] reportó esta formación compuestas por areniscas de granos medios, con intercalaciones olistostrómicas compuestas de areniscas y gravelitas, con bloques de diversos tamaños de rocas ígneas básicas. Area de afloramiento. Zona de Los Indios de Cananova y borde suroeste del cerro de Miraflores. Fototono. Gris claro, pero en algunos lugares aparece moteado como por ejemplo en la meseta de Caimanes. Relieve. Sobre estas rocas se desarrolla un relieve de colinas bajas de cimas redondeadas y pendientes moderadas, con parteaguas cortos y finos, variando de forma gradual hasta convertirse en relieve casi llano hacia la parte norte. Drenaje. Variado y poco denso en general, haciéndose más escaso hacia el norte. Su configuración es dendrítica. 27 �A. Rodríguez Infante La formación La Picota tiene una composición muy variable en cortas distancias, a veces con apariencia brechosa y en ocasiones conglomerática, presentando en proporciones variables la matriz y el cemento, este último carbonatado. Existen dudas en algunas regiones donde afloran brechas muy cataclastizadas formando parte de los melanges acerca de su pertenencia a esta formación o si son brechas tectónicas. De acuerdo a las características de esta formación se estima que la misma se acumuló a finales del Cretácico e incluso en el Paleoceno inicial, asociada al emplazamiento de las ofiolitas, que constituyeron su principal fuente de suministro. Area de afloramiento. Aflora en la base de la Sierra del Maquey y en la meseta de Caimanes. Fototono. De gris medio a gris claro y en las zonas de contacto litológico aparece abigarrado. Relieve. Relativamente alto, con elevaciones de cimas agudas y divisorias alargadas en forma de cuchillas, presentando pendientes altas. Drenaje. Está representado por redes dendríticas. La actividad volcánica del Paleógeno estuvo restringida fundamentalmente a la parte oriental de la isla, estando representada por las rocas del Grupo El Cobre y la formación Sabaneta de origen vulcano-sedimentario, aflorando sólo esta última en el área de estudio. La formación Sabaneta está constituida por rocas vulcanógenas-sedimentarias de granos finos, frecuentemente zeolitizadas o montmorillonitizadas, con intercalaciones de calizas, silicitas, tobas cloritizadas y rara vez basaltos. En Farallones el corte está compuesto por tobas vitroclásticas y cristalolitoclásticas zeolitizadas, en menor grado argilitizadas, tufitas, calizas, radiolaritas, tobas vítreas y tobas cineríticas. Las calizas tobáceas y tufitas aparecen regularmente hacia la parte alta de la formación. La estratificación es buena, siendo frecuentemente gradacional. En Los Indios de Cananova, en la base de la formación se intercalan areniscas de granos gruesos y algunas brechas, donde fueron encontrados fósiles que indican una edad Paleoceno-Daneano. Area de afloramiento. En un área extensa de la región de Cananova hasta Farallones y en un pequeño bloque en Yamanigüey. Fototono. Presenta tonalidades claras de gris. 28 �A. Rodríguez Infante Relieve. Formando pequeñas elevaciones de cimas redondeadas y laderas suaves. Hacia el norte se presenta casi llano. Drenaje. En la zona de Farallones donde el relieve es más elevado, el drenaje es de tipo dendrítico, espaciado; y donde existe control tectónico pasa a ser subangular. Hacia el norte la red fluvial se va haciendo escasa hasta casi nula. Perteneciente a las cuencas superpuestas o piggy-back de la segunda generación aflora en el área la formación Capiro compuesta por areniscas, aleurolitas y margas bien estratificadas con intercalaciones de conglomerados finos compuestos por cantos de serpentinitas, calizas y cristaloclastos de piroxeno y cuarzo. Hacia la base de la formación se localizan olistostromas de bloques de serpentinitas muy alteradas y diabasas. En muchos lugares se observa una clara gradación de conglomerados y areniscas. Los olistolitos de calizas organodetríticas contienen fragmentos de serpentinitas, cuarzo y hematita. Se le asigna una edad Eoceno Superior. Area de afloramiento. Aflora en la región de Yamanigüey formando una franja a lo largo de toda la costa. Fototono. Relativamente claro, desde el gris claro hasta el blanco. Relieve. Muy bajo con colinas pequeñas onduladas de pendientes suaves. Drenaje. Escaso. El neoautóctono, constituido por secuencias sedimentarias donde predominan las rocas carbonatadas sobre rocas terrígenas, depositadas en régimen de plataforma continental, aparece representado en la región por las formaciones Júcaro y Majimiana que yacen discordantemente sobre las unidades del cinturón plegado. Estructuralmente estas secuencias se caracterizan por su yacencia monoclinal suave u horizontal, con algunas perturbaciones en las zonas donde existen dislocaciones jóvenes. La formación Júcaro está constituida por calizas margosas poco consolidadas y a veces por margas de edad Oligoceno-Mioceno. Area de afloramiento. Aflora por toda la costa en la región de Cananova y Yamanigüey. Fototono. Presenta tonalidades de gris claro a blanco. Relieve. Bajo, formando pequeñas colinas redondeadas con pendientes suaves y aislados cayos en las costas. 29 �A. Rodríguez Infante La Formación Majimiana está constituida por calizas organodetríticas típicas de complejos arrecifales y bancos carbonatados con intercalaciones de margas. Las secuencias de esta formación presentan bruscos cambios faciales en cortas distancias, conteniendo una abundante fauna de foraminíferos bentónicos y planctónicos, lo que ha permitido asignarle una edad Oligoceno Superior hasta el Mioceno. Area de afloramiento. Aflora en la región de Yamanigüey, formando una franja por toda la costa. Fototono. Tonalidades de gris medio a gris claro. Relieve. Se presenta en forma de franja paralela al litoral, con un relieve poco accidentado representado por pequeñas colinas onduladas de poca pendiente. Drenaje. Pobre, con valles que cortan la franja de afloramiento. Sobre todas las litologías antes descritas se encuentran los depósitos cuaternarios que constituyen una cobertura prácticamente continua de génesis predominantemente continental de pocas variaciones diagenéticas y pequeño espesor. Estos depósitos están constituidos por calizas organodetríticas con gran contenido de fauna, predominando los moluscos contemporáneos. Aparecen también aleurolitas calcáreas, arenas margosas y arcillas. Los depósitos ubicados en los márgenes, cauces y desembocaduras fluviales están constituidos por bloques, cantos rodados, gravas, arenas, aleurolitas y arcillas derivadas de la erosión fluvial. Area de afloramiento. Constituyen una cobertura prácticamente continua en forma de franja a lo largo de la costa y discontinua en las partes interiores. Fototono. Se manifiestan con tonalidades de gris oscuro, en ocasiones se observan manchas de gris claro en las zonas de desembocadura. Relieve. Estos depósitos se desarrollan en zonas de llanuras costeras débilmente onduladas, en zonas pantanosas parálicas y en las desembocaduras y cauces de los ríos sobre llanuras irregulares. Drenaje. Pobre y en general sólo se observan los cauces de los ríos principales. Geomorfología del Territorio. El relieve de Cuba oriental, al igual que el relieve cubano en general es el reflejo de la alta complejidad geólogo estructural resultante de la acción de procesos compresivos durante la etapa Mesozoica y el Paleógeno, a los cuales se han superpuesto 30 �A. Rodríguez Infante desplazamientos verticales, oscilatorios, diferenciados e interrumpidos así como la separación en bloques del territorio. Algunos autores consideran que la etapa de formación del relieve cubano comienza en el Paleógeno, cuando se inician los movimientos verticales como tendencia fundamental, disminuyendo notablemente los movimientos horizontales. Aunque no fue objetivo de este trabajo la determinación del origen y edad del relieve, por los resultados obtenidos con la aplicación del conjunto de métodos geólogo geomorfológicos se hace evidente que aún cuando los procesos morfogénicos iniciaron su acción directa en el modelado de la superficie en periodos tan jóvenes como el Mioceno - Plioceno, en el relieve actual del noreste oriental se ponen de manifiesto muchas morfoestructuras heredadas de los procesos geodinámicos que se iniciaron a fines del Mesozoico y se extendieron hasta el Paleógeno, responsables de la formación del sistema de escamas tectónicas que caracteriza al complejo ofiolítico y que a pesar de la vigorosa reestructuración neotectónica aún se reflejan en el mismo. Genéticamente el relieve de Moa y sus áreas adyacentes está clasificado dentro del tipo de Horst y bloques que corresponden a los cuerpos de rocas ultrabásicas elevadas en la etapa neotectónica a lo largo de dislocaciones antiguas y rupturas nuevas, poco o ligeramente diseccionados, [83]. A partir de esta clasificación regional y tomando como base los criterios de clasificación que Portela y otros [88], usaron en la confección del mapa geomorfológico del Nuevo Atlas Nacional de Cuba se procedió al estudio detallado de las formas del relieve y zonificación geomorfológica del área de trabajo mediante la aplicación de métodos de fotointerpretación geomorfológica, confección e interpretación de mapas morfométricos y observaciones de campo. Como resultado del estudio se clasificó el territorio en dos zonas geomorfológicas fundamentales: la zona de relieve de llanura y la zona de relieve de montañas, con subtipos específicos que se describen a continuación y que se muestran en el anexo gráfico No.2. Zona de Llanuras. Se desarrolla en toda la parte norte del área ocupando la zona comprendida desde la barrera arrecifal hasta los 100-110 m de altura hacia el sur. La formación de estas llanuras está relacionada con la acción conjunta de diferentes procesos morfogénicos que en ella han actuado, predominando los procesos fluviales y marinos. 31 �A. Rodríguez Infante Las llanuras acumulativas marinas ocupan el área comprendida entre la barrera coralina y el litoral, llegando a formar parte en algunos sectores de la zona litoral como ocurre en el extremo noreste de Cayo Moa Grande, Punta de Río Moa, Quemado del Negro, Punta del Mangle y Punta Guarico de Yamanigüey. La actividad erosiva en esta zona es prácticamente nula debido a la protección al oleaje que ofrece la barrera arrecifal, estando limitada la misma a la remoción de los sedimentos en los periodos de intensas lluvias, como resultado del aumento de la descarga de los ríos. Los sedimentos que en ella se acumulan proceden de dos fuentes fundamentales de suministro; los provenientes de la erosión de las cortezas lateríticas, transportados por los ríos que desembocan en la zona, siendo el Río Moa el de mayor aporte al poseer la cuenca de mayor extensión y atravesar extensos sectores descubiertos de vegetación por los trabajos de extracción minera, y los provenientes de la barrera arrecifal, que al constituir el rompiente del oleaje, es abrasionada en su porción norte frontal, siendo los detritos acumulados en su parte trasera. Los valores de las formas del relieve no pudieron ser calculados para esta zona por falta de información batimétrica detallada, no obstante se puede asegurar la existencia de valores de pendientes predominantes de 0º a 3º y sólo en pequeños sectores aislados y en la estrecha franja que bordea la barrera pueden llegar hasta 6º y 9º. Geomorfológicamente esta zona de llanuras acumulativas marinas constituye un elemento de vital importancia en el territorio, ya que por su carácter de cuenca cerrada conforma un receptáculo natural para todos los materiales arrastrados desde la zona socio-económica construida en el litoral y sus alrededores, incluidos los elementos contaminantes, lo que puede conllevar a la destrucción de la barrera coralina y con ella a la propia cuenca, lo que provocaría el surgimiento o intensificación de procesos destructivos en la zona insular periférica, afectando al medio ambiente en todas sus dimensiones. Las llanuras fluviales fueron clasificadas en acumulativas y erosivo-acumulativas en dependencia del proceso predominante en su morfogénesis. Las primeras, las llanuras fluviales acumulativas se desarrollan en toda la franja norte del área, entre la línea litoral al norte, hasta los 100-110 m de altura hacia el sur, en la zona correspondiente a la base del escalón inferior de las tierras emergidas y en las que se encuentran los cauces inferiores y desembocaduras de los ríos Moa, Cayo Guam, Cananova, Yamanigüey y Quesigua. 32 �A. Rodríguez Infante En esta zona los procesos erosivos son escasos y sólo se ponen de manifiesto a través de pequeños arrastres de suelos y acarcavamiento, generalmente asociados a taludes locales, en su mayoría de carácter antropogénico. Por otro lado, debido a su posición espacial e hipsométrica y sus pendientes que no sobrepasan como promedio los tres grados, constituyen una superficie óptima para la acumulación de los sedimentos arrastrados de los niveles superiores. Dentro del material que se acumula predominan los sedimentos fluviales. Las zonas de llanuras fluviales erosivo-acumulativas se localizan en los valles de los ríos Cananova, Cabaña y Centeno, así como en la zona comprendida entre Quesigua y Cupey. En estas zonas la superficie topográfica pierde su regularidad al aparecer sectores de hasta 9º de pendiente, condicionando la existencia de procesos erosivos. La disección vertical oscila de 10 a 90 m/km2, mientras que las isobasas marcan hasta 100 m y 50 m para el segundo y tercer orden respectivamente. La cota mas alta para esta zona es de 126 m. Los sedimentos que se acumulan en estas llanuras son de origen fluvial y su deposición es generalmente de carácter temporal, siendo removidos con frecuencia en los periodos de crecida. Asociada genética y espacialmente con las llanuras fluviales y marinas y en la zona de intersección entre ambas, aparecen llanuras acumulativas palustres parálicas ocupando sectores con pendientes de cero a tres grados y valores de isobasitas nulos, donde predominan procesos acumulativos de sedimentos típicos de zonas pantanosas de color oscuro y olor fétido, anegadas en agua, siendo el mangle la vegetación predominante. Toda esta zona de relieve de llanura de edad Cuaternario no ha estado exenta de la acción de los procesos tectónicos, pudiendo notarse con nitidez en el mapa la existencia de fallas que cortan y desplazan el relieve como la falla de rumbo nordeste que desplaza la llanura palustre del extremo oriental de área alrededor de 250 m, así como la llanura del norte y este de Punta Cabagán que está desplazada 750 m por una falla de dirección norte sur. En ninguna de las numerosas fallas que cortan estas zonas llanas se aprecian saltos verticales pronunciados, lo que da una idea de la agresividad denudativa y del carácter rumbo deslizante predominante para los movimientos novísimos de la región, y sólo movimientos verticales como reajuste. 33 �A. Rodríguez Infante Zona de Montañas. Esta zona geomorfológica es la más extendida dentro del área de las investigaciones ocupando toda la parte sur y central, además del Cerro de Miraflores y las zonas nordeste y noroeste del poblado de Cananova. Los valores morfométricos así como la configuración de las elevaciones son extremadamente variables en dependencia de las características litológicas, grado de agrietamiento de las rocas sobre las cuales se desarrolla y del nivel hipsométrico que ocupan. Teniendo en cuenta esos parámetros la zona de relieve de montaña fue clasificada en cuatro subtipos: Zona de premontañas aplanadas ligeramente diseccionadas. Constituye la zona de transición gradual de las llanuras fluviales acumulativas y erosivo-acumulativas a las montañas bajas, como ocurre en la parte nordeste del área de la Mina Moa, apareciendo sólo como un sector aislado en Playa la Vaca al sur de Punta Cabagán, donde está bordeada por llanuras fluviales. Este zona se caracteriza por presentar elevaciones de poca altura que llegan en el área a valores máximos de 182 m y cimas aplanadas por los propios procesos denudativos, dentro de los cuales predominan la erosión por arrastre de las aguas superficiales y la meteorización que se hace intensa debido al dinamismo de las aguas subterráneas, aún cuando la conservación del eluvio sólo se hace posible en las cimas aplanadas como en Playa la Vaca, predominando para el resto de la zona suelos redepositados de carácter temporal, mientras que en las hondonadas y microcuencas es típica la repetición de capas de perdigones, intercaladas con material arcilloso, lo que evidencia su carácter deluvial. Para esta zona las pendientes llegan hasta los 12º mientras la disección vertical alcanza 100-150 m/km2. Este tipo de relieve en algunos sectores aparece cubierto por la actividad socioeconómica. Zona de submontañas y premontañas ligeramente diseccionadas. Se localiza en el área comprendida entre Cañamazo y Calentura, apareciendo en sectores aislados en las localidades de Cananova, El Cerro y Yamanigüey con elevaciones y cerros relativamente aislados de cimas redondeadas con pendientes variables que pueden alcanzar hasta los 15º y los valores de disección vertical llegan hasta los 130 m/km2. Las formas de relieve aquí desarrolladas son relictos de la erosión fluvial de las zonas montañosas periféricas. Los procesos erosivos son intensos y los suelos removidos constantemente, dando un carácter temporal a los depósitos que se forman en los valles y cañadas. 34 �A. Rodríguez Infante Zona de montañas bajas aplanadas ligeramente diseccionadas. Esta forma de relieve es la que adquiere mayor importancia en el estudio de la región por el área que abarca y por estar a ella asociados los mayores yacimientos ferroniquelíferos. Se desarrolla en toda la parte central y sudeste del área y corresponde al segundo nivel de la estructura escalonada que caracteriza la zona. Los procesos de intemperismo son predominantes y están condicionados no sólo por la litología y el grado de agrietamiento de las rocas sobre las cuales se desarrolla, sino también, por la posición hipsométrica que estas ocupan. Al mismo tiempo, al ser las pendientes de bajo ángulo - de cero a seis grados - existe una excelente conservación del producto meteorizado, siendo erosionado sólo en los barrancos y escarpes asociados al sistema fluvial que se encuentra controlado por dislocaciones tectónicas. Actualmente y desde el inicio de la actividad minera en la región, se ha intensificado el arrastre de suelos y la degradación en general debido a las áreas que han quedado descubiertas por la extracción del mineral. En esta zona de montañas aplanadas se encuentra la mayor cota de la zona correspondiente a la elevación El Toldo con 1174 m de altura, alrededor del cual se han desarrollado numerosas formas del relieve cársico. Para esta zona geomorfológica corresponden también los mayores valores del levantamiento que quedan evidenciados por rasgos morfológicos como barrancos, escarpes, formas cársicas, etc., y por los parámetros morfométricos como los valores de isobasitas que alcanzan 900 m para el segundo y oscilan entre 500-800 m para el tercer orden, llegando la disección vertical a variar en el rango de 200 a 550 m/km2. Zona de montañas bajas diseccionadas. Esta zona se localiza en los extremos sudeste y sudoeste del área y en el Cerro de Miraflores. Las elevaciones que constituyen esta zona se caracterizan por presentar cimas alargadas de orientación predominantemente nordeste con vertientes de paredes abruptas altamente diseccionadas por los sistemas de fallas que cortan y desplazan tanto las divisorias principales como secundarias. Los procesos morfológicos más abundantes son los erosivos fluviales y de forma subordinada los movimientos gravitacionales, los que son controlados por la vegetación que de forma general es abundante. Los valores de la disección vertical oscilan entre 230 m/km2 y 450 m/km2 Si se comparan estos valores con los de las montañas bajas aplanadas, parece haber una contradicción ya que en estas últimas los máximos del rango de variación del indicador de la erosión de fondo es superior. Sin embargo, esto se justifica por encontrarse las montañas aplanadas en niveles hipsométricos superiores en zonas que son afectadas 35 �A. Rodríguez Infante por los movimientos tectónicos de ascenso mas intensos, haciendo que en sus sectores periféricos los desniveles de altura por superficie sean superiores. Los niveles de base de erosión para los ríos de segundo orden alcanzan hasta 450 m en el área correspondiente a Sierra del Maquey y 300 m para Miraflores mientras que para el tercer orden son de 350 m y 90 m respectivamente. Por su parte las pendientes son altas, predominando los valores mayores de 9º con amplios sectores mayores de 15º e incluso, mayores de 30º en zonas asociadas con fracturas. Geomorfológicamente a esta zona corresponden los mayores desplazamientos por fallas, siendo los casos más representativos la falla de orientación nordeste ubicada al nordeste de Cayo Perico que origina un rechazo horizontal de aproximadamente 90 m y la falla Cananova en el Cerro Miraflores con desplazamientos de alrededor de 1 km. Conjuntamente con estas zonas geomorfológicas determinadas, aparecen en la región un conjunto de formas menores del relieve o elementos del paisaje que constituyen elementos importantes en la caracterización geomorfológica regional, son criterios de evaluación tectónicas y algunas representan un peligro para el medio ambiente. A continuación se hace un análisis de cada una de ellas partiendo de su origen e importancia en el contexto territorial. Formas Cársicas. En las rocas del complejo ultramáfico, en el área comprendida entre las cuencas de los ríos Moa y Calentura por el noroeste y el cauce superior del río Jiguaní por el sudeste, correspondiendo a la parte más alta del peniplano antiguo y a las mayores elevaciones de las Cuchillas de Moa (700-1200 m), aparecen dolinas, sumideros, lapíez o karren así como otras formas cársicas típicas de la zona como las estructuras columnares y piramidales de extremos afilados y cuellos erosionados. Muchas de estas formas aparecen alineadas y orientadas en dirección nordeste y noroeste sirviendo como criterio de fotointerpretación de estructuras disyuntivas. Nuñez Jiménez [81, 82], ha publicado varios trabajos sobre la regionalización del carso cubano ubicando esta zona en el grupo III, denominado Región Cársica del Oriente de Cuba, en el subgrupo montañas de Moa, carso de los antillanos serpentinizados. Otros autores no concuerdan con que las formas anteriormente descritas en peridotitas se les denomine con el término de cársicas, llamándolas como seudocarso en peridotitas, al plantear que el proceso que las origina no es por disolución, si no por lavado de los ocres arcillosos debido a la acción 36 de las aguas pluviales y de �A. Rodríguez Infante infiltración, es decir, que su origen está asociado a un proceso de lixiviación y sufusión a través de grietas y fisuras por donde se escurre el material acarreado. El nombre de carso se le asignó a las formas exóticas del relieve presentes en la meseta de Karst en Yugoslavia donde se determinó una génesis por disolución de rocas solubles, generalizándose posteriormente el término para formas y génesis similares. Con el desarrollo de las investigaciones geomorfológicas se ha demostrado la existencia de estas formas sobre otras litologías donde no ocurre la disolución, por lo que se hace necesario reformular y hacer más extensivo la definición original de modo que incluya los procesos de sufusión dentro de las variables genéticas de las formas topográficas irregulares típicas del intemperismo químico. Lo que es indiscutible en la región es la presencia de un sector de aproximadamente 120 km2 , de los cuales 72 km2 están dentro del área objeto de investigación, de formas de relieve no típicas de la litología presente y que se asocian cronológicamente con las formas cársicas de los niveles superiores de las terrazas de Maisí [82]. Con menor densidad, este fenómeno aparece con frecuencia en las laderas de los márgenes de algunos cursos fluviales como por ejemplo en el río Cayo Guam y en la zona norte litoral. En los estudios paisajísticos, en la evaluación medioambiental y en la preoyección de la actividad constructiva este fenómeno debe tenerse en cuenta debido a la influencia del mismo en el comportamiento físico-mecánico de las rocas, en la dinámica de las aguas subterráneas y en los procesos erosivos. Barrancos. Es muy frecuente dentro del territorio encontrar formación de barrancos en la parte alta y media de los ríos que atraviesan el complejo ofiolítico y que tienen un fuerte control estructural. Estos barrancos alcanzan su mayor expresión en la parte centro meridional y llegan a desarrollar pendientes de hasta 45º con alturas máximas de 240 m, lo cual hace susceptible a estos sectores al deslizamiento y arrastre de suelos. Ante la actividad sísmica estos barrancos constituyen sectores de alta vulnerabilidad, no sólo por que su génesis está relacionada con las estructuras tectónicas activas del territorio sino también, por que favorecen la dinámica erosiva en su superficie que debido a las grandes pendientes se encuentran descubiertas de vegetación. 37 �A. Rodríguez Infante Existen otras dos formas del paisaje que aun cuando tienen un origen antrópico son tratadas en este epígrafe ya que deben constituir una preocupación constante para el hombre ante el peligro latente de las consecuencias que ellas puedan acarrear al medio ambiente. Una de ellas son las áreas minadas y escombreras que con el crecimiento de la producción niquelífera se agigantan, constituyendo sectores descubiertos y desmembrados que aceleran el proceso de acarcavamiento, intensifican el arrastre de los suelos con la consabida ruptura del equilibrio fluvial y provocan la acumulación anómala de sedimentos en las zonas bajas. La otra forma está constituida por las presas de colas que se multiplican en el paisaje moense y degradan progresivamente el medio físico. En la actualidad en Moa aproximadamente 20 km2 de la superficie están afectados por estos fenómenos, sin tener en cuenta las áreas descubiertas por la actividad constructiva social e industrial y vías de acceso y se prevé, que con la puesta en funcionamiento a corto plazo de la nueva industria niquelífera en construcción, esta cifra se agrande. Estas formas, además de alterar morfológicamente la superficie constituyen sectores de pérdida de la cobertura vegetal lo cual no sólo altera el ciclo hidrológico sino también facilita la acción de un agente erosivo intenso como el viento, corriéndose el riesgo de un proceso de desertificación artificial. Conclusiones. En el estudio geológico desarrollado en la presente investigación se pudieron determinar las áreas de afloramiento y zonas de contacto entre las diferentes litologías que conforman el substrato rocoso del territorio, siendo las rocas del complejo ofiolítico las que ocupan las mayores áreas, lo que en conjunto con el relieve de montañas bajas aplanadas que sobre estas rocas se ha desarrollado hace posible la formación y conservación de las potentes cortezas ferroniquelíferas. Para cada litología presente se establecieron los criterios de fotointerpretación geólogogeomorfológica que permiten establecer los patrones fotointerpretativos para áreas colindantes o geológicamente similares. Estos criterios alcanzan su máxima importancia para los trabajos de búsqueda y prospección de los yacimientos ferroniquelíferos al quedar bien delimitadas las diferencias entre las rocas frescas y la 38 �A. Rodríguez Infante corteza laterítica desarrollada sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas, y entre esta última y la corteza sobre gabros. En el desarrollo de estas investigaciones también se estableció como regularidad la disposición de los cuerpos de gabros en las zonas periféricas de las serpentinitas, apareciendo sólo de forma aislada pequeños cuerpos incluidos dentro del complejo ultramáfico en sectores de alta complejidad estructural. En ambas condiciones, el contacto entre los dos complejos y entre estos y las rocas más antiguas es de carácter tectónico. Geomorfológicamente el territorio fue caracterizado a través de las dos zonas geomorfológicas principales que en el se desarrollan: Zona de relieve de llanuras y zona de relieve de montañas, las cuales han sido descritas teniendo en cuenta los procesos morfogénicos y elementos morfológicos que la identifican, así como los elementos estructurales que la condicionan. De forma simultánea se han asumido los elementos del paisaje para la caracterización tectónica y en particular neotectónica del área, lo que constituye el objetivo de la investigación y en específico, de la aplicación de los métodos geomorfológicos en la evaluación del riesgo de génesis tectónica, destacándose en este aspecto que el análisis geomorfológico fue de vital importancia en la caracterización de las estructuras tectónicas activas del territorio, al aportar criterios donde los otros métodos de investigación son de muy pobre información, en especial en las zonas llanas. Al respecto se concluye que en el área de investigación de forma nítida y frecuente se pueden observar los elementos del relieve y las diferentes zonas geomorfológicas desplazadas o limitadas por estructuras tectónicas activas en períodos recientes. Paralelamente a lo anterior fueron descritos elementos del paisaje, natural o antrópico, que son de vital importancia en la evaluación medio ambiental de la región y que deben tenerse en cuenta para la proyección de la actividad constructiva futura y en la conservación de las ya existentes. 39 �A. Rodríguez Infante CAPITULO II 40 �A. Rodríguez Infante CAPITULO II. MORFOTECTONICA Y GEODINAMICA DEL TERRITORIO DE MOA. Introducción. Rasgos Geotectónicos Evolutivos de la Región. Principales Sistemas de Fallas del Territorio. Bloques Morfotectónicos. Neotectónica. Conclusiones. Introducción. A pesar del gran número de trabajos desarrollados en el territorio con el objetivo de estudiar la génesis, distribución y reservas de los yacimientos ferroniquelíferos así como de los estudios regionales realizados sobre el complejo ofiolítico, ha sido insuficiente hasta la fecha el estudio tectónico detallado, el que se dificulta debido a la alta complejidad tectónica regional causada por la superposición de eventos tectónicos originados en condiciones geológicas contrastantes. Con el objetivo de suplir esta deficiencia y dar respuesta a las necesidades de esclarecimiento del diseño tectónico del territorio para valorar las zonas de estructuras activas, el comportamiento y tendencia de la geodinámica actual así como las áreas de riesgos ante procesos sísmicos y tectónicos para garantizar la mejor proyección de las inversiones y medidas de protección, es que se realizó la presente investigación. La línea metodológica asumida para la consecución del objetivo señalado se sustenta en el principio geólogo - geomorfológico que plantea “ La estructura geológica es un factor dominante de control en la evolución de las formas de relieve y se refleja en ellas.” [101], a partir de lo cual se procedió a la determinación de las estructuras tectónicas disyuntivas estudiando los alineamientos de las formas y medidas del relieve en los mapas topográficos y morfométricos y en las fotografías aéreas, después de lo cual se procedió a las comprobaciones a través del trabajo de campo que además de dar criterios directos que corroboraban o no la estructura, permitieron la medición de los elementos de yacencia de los sistemas de grietas que conforman la base del análisis microtectónico. Paralelamente a ello se interpretaron los mapas aerogeofísicos, en especial los mapas aeromagnéticos [66], así como la información geodésica 41 �A. Rodríguez Infante obtenida a través de las mediciones cíclicas realizadas por GEOCUBA en la línea geodinámica Moa [87]. Rasgos Geotectónicos Evolutivos de la Región. Antes de proceder al análisis tectónico detallado del territorio se hace imprescindible tener una idea de los principales rasgos geotectónicos regionales que condicionaron el surgimiento de las estructuras y su evolución en el tiempo. Para esta caracterización se tuvieron en cuenta los trabajos realizados por diferentes especialistas como M. Campos [18], Iturralde-Vinent [58], Lewis y Drapper [64], Morris [77] y otros, que a partir del enfoque movilista del desarrollo geológico, explican la secuencia de procesos geotectónicos del Cretácico hasta el reciente en el contexto regional y muy en particular en los principales eventos que afectaron al bloque oriental cubano. El desarrollo mesozoico de Cuba se produjo según el modelo geotectónico que caracteriza a los sistemas de arcos insulares y cuencas marginales que se desarrollan en las periferias de los márgenes continentales como consecuencia de la convergencia. A este periodo se asocian las rocas más antiguas de Cuba Oriental representadas por las formaciones metamórficas, volcánicas y sedimentarias, que se muestran en ocasiones altamente deformadas, llegando en algunos casos a formar parte de melanges y que presentan en general una yacencia isoclinal, [18]. A fines del Campaniano Superior - Maestrichtiano ocurre la extinción del arco volcánico cretácico cubano, iniciándose la compresión de sur a norte que origina, a través de un proceso de acreción, el emplazamiento del complejo ofiolítico según un sistema de escamas de sobrecorrimiento con mantos tectónicos altamente dislocados de espesor y composición variable. Los movimientos de compresión hacia el norte culminaron con la probable colisión y obducción de las paleounidades tectónicas del Bloque Oriental Cubano sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Algunos autores plantean que este proceso ocurrió en el Eoceno Medio [77, 86, 64], mientras que investigaciones más recientes, Iturralde, 1996 y Proenza, 1998 consideran que el mismo sólo alcanzó hasta el Paleoceno Inferior. Esquemáticamente esto queda reflejado en la figura No.3. Este proceso de colisión no ocurre en el Bloque Oriental con iguales características que en el resto de Cuba debido al surgimiento a inicios del Paleógeno de la depresión tectónica Cauto - Nipe que demoró e hizo menos violenta la colisión. 42 �A. Rodríguez Infante Figura No. 3: Evolución geológica en la zona límite de placas. A: Eoceno Medio (?), B: Mioceno Medio, C: Reciente, 1: Zona de sutura, 2: Corteza oceánica, 3: Arco paleogénico, PB: Plataforma de Bahamas, CY: Cuenca de Yucatán, FO: Elevaciones de Falla Oriente, EC: Caimán, TC: Trinchera de Caimán. 43 �A. Rodríguez Infante A partir del Eoceno Medio y hasta el Mioceno Medio las fuerzas de compresión tangencial se reducen quedando sólo expresadas a través de fallas de deslizamiento por el rumbo, plegamientos y empujes locales, tomando importancia para la región los movimientos verticales que caracterizan y condicionan la morfotectónica regional, iniciándose a partir del Mioceno Medio el proceso de ascenso del actual territorio de la isla de Cuba. Si bien es cierto que los movimientos verticales responsables de la formación del sistema de Horts y Grabens van a caracterizar los movimientos tectónicos recientes, hay que tener en cuenta la influencia que tienen sobre Cuba Oriental los desplazamientos horizontales que ocurren a través de la falla Oriente (Bartlett-Caimán) desde el Eoceno Medio-Superior [Draper y Barros, 1994], que limita la Placa Norteamericana con la Placa del Caribe, generándose un campo de esfuerzos de empuje con componentes fundamentales en las direcciones norte y noreste [7], que a su vez provocan desplazamientos horizontales de reajuste en todo el Bloque Oriental Cubano. Principales Sistemas de Fallas del Territorio. En los estudios tectónicos precedentes del territorio se han reconocido tres sistemas de fallas que cortan a las rocas del complejo ofiolítico sin embargo, como resultado del desarrollo de las presentes investigaciones fueron cartografiados cuatro sistemas de estructuras disyuntivas que corresponden a cada uno de los periodos de la evolución geotectónica. La descripción de cada uno de estos sistemas y las principales estructuras que los conforman se realiza a continuación según un orden cronológico desde el sistema más antiguo, asociado genéticamente al proceso de emplazamiento del complejo ofiolítico hasta el más joven, originado bajo las condiciones geodinámicas contemporáneas. El sistema mas antiguo para la región tiene su origen asociado al cese de la subducción e inicio del proceso compresivo de sur a norte del arco volcánico cretácico y que culminó con la presumible colisión entre el arco insular y la margen pasiva de la Plataforma de Bahamas. Bajo estas condiciones compresivas ocurre el emplazamiento del complejo ofiolítico a través de un proceso de acreción, por lo cual las fallas de este sistema se encuentran espacial y genéticamente relacionadas con los límites internos de los complejos máficos y ultramáficos y de estos con las secuencias más antiguas. 44 �A. Rodríguez Infante Respecto al momento en que ocurre este proceso existen divergencias. Proenza J.[90], considera que éste se desarrolla en el periodo Campaniense Superior-Paleoceno Inferior. Las fallas de este sistema aparecen frecuentemente cortadas y dislocadas por sistemas más jóvenes y no constituyen límites principales de los bloques tectónicos activos en que se divide el territorio actual. Un ejemplo de estas estructuras es la falla ubicada al sur de Quesigua, al este del río de igual nombre, que pone en contacto las serpentinitas ubicadas al norte con los gabros que afloran al sur, así como las fallas que en El Lirial Abajo, Peña y Ramírez y Caimanes Abajo ponen en contacto a las serpentinitas con las rocas de las formaciones La Picota, Mícara y Quibiján respectivamente. Muchas de las estructuras de este sistema se encuentran enmascaradas por las dislocaciones más jóvenes así como por las potentes cortezas de meteorización desarrolladas sobre el complejo ofiolítico. Estas fallas en su mayoría se encuentran pasivas lo que se demuestra por su pobre reflejo en el relieve, pudiendo notarse su presencia fundamentalmente por el contacto alineado y brusco entre litologías diferentes. Excepción de lo anterior lo constituye la falla ubicada al sur de Quesigua que aún se refleja a través de un escarpe pronunciado arqueado, con su parte cóncava hacia el norte que sigue la línea de falla, lo que consideramos está asociado a la actividad geodinámica actual del sector, que es considerado uno de los más activos dentro del territorio. El segundo sistema cronológico está constituido por las dislocaciones más abundantes y de mayor extensión de la región, que indistintamente afectan todas las litologías presentes y son a su vez los límites principales de los bloques morfotectónicos, haciéndose sumamente importante la caracterización del mismo desde el punto de vista geodinámico contemporáneo. Este sistema está constituido por fallas de dos direcciones: noreste y norte-noroeste que se desplazan mutuamente y se cortan entre los sesenta y ochenta grados. Las estructuras de este sistema se considera han sido originadas como resultado de los procesos de colisión y obducción del arco volcánico cretácico sobre el margen pasivo de Bahamas, existiendo una transición de las condiciones compresivas iniciales, típicas de la colisión, en expansivas durante el reajuste o relajamiento dinámico de las 45 �A. Rodríguez Infante paleounidades tectónicas que obducen sobre Bahamas, por lo que el comportamiento final de estas estructuras es de carácter normal. Teniendo en cuenta el proceso que les dio origen, su edad es considerada en su fase final como Eoceno Medio con dudas (?),según lo ya analizado al inicio del capítulo referente a las divergencias existentes sobre la edad probable de culminación del proceso. Las principales estructuras representativas de este sistema serán caracterizadas a continuación, gráficamente representadas en el anexo gráfico No.4 y los criterios para su identificación resumidos en la tabla II. Falla Los Indios: Se extiende desde la parte centro meridional del área al oeste de Cayo Chiquito, atravesando hacia el norte la Bahía de Cananova y reflejándose dentro de la zona nerítica marina a través del desplazamiento de la barrera arrecifal y los depósitos litorales. En varios puntos esta estructura aparece cortada y desplazada por fallas de dirección norte-noreste. Su trazado es en forma de una línea curva cóncava hacia el oeste-sudoeste con un rumbo que oscila entre los 10º y 30º oeste en los diferentes tramos que la conforman. Los criterios que permitieron identificar esta estructura son: • Alineación de cursos fluviales y tramos rectos de ríos y líneas de costa. • Contactos bruscos entre dos litologías diferentes, como por ejemplo entre los gabros y la Formación Sabaneta y entre esta y las serpentinitas. • Desplazamiento de la línea de costa, barrera arrecifal y zonas pantanosas de hasta 0.7 km. • Cambio brusco de valores morfométricos a ambos lados de la alineación. • Desplazamiento de formas de relieve como ocurre en la zona de premontañas bajas ligeramente diseccionadas, que en el sector occidental de la falla tiene una extensión de hasta 2.5 km y de solo 1 km en el oriental, indicando un mayor levantamiento y por ende una mayor erosión. En los mapas de anomalías magnetométricas locales de Liuby [67], esta estructura aparece reflejada a través de la alineación de un gradiente entre anomalías máximas positivas que llegan hasta 160 nT y negativas de hasta -40 nT. Este comportamiento magnetométrico es claramente reflejado por los métodos morfométricos. Según los 46 �A. Rodríguez Infante métodos y criterios geomorfológicos utilizados a través de esta estructura ocurren desplazamientos horizontales del sector de la corteza terrestre en dirección sursudeste para el bloque occidental y norte-noroeste para el oriental, como se puede ver en el anexo gráfico No.4. En el gráfico lineal del desplazamiento vertical de la línea geodinámica Moa, esta falla atraviesa la zona comprendida entre los puntos 69625 y 6147 que constituyen los dos puntos geodésicos iniciales, no aportando información válida al asumirse para el punto inicial el valor cero del desplazamiento vertical. Falla Cayo Guam: Con una dirección N15ºW, se extiende desde la parte alta del río de igual nombre, siguiéndose con nitidez hasta Punta Yagrumaje. Al igual que la falla Los Indios, esta estructura aparece cortada y desplazada en varios tramos por fallas de dirección noreste y sublatitudinales. En el gráfico lineal de los desplazamientos verticales que se muestra en la figura No.4 esta estructura se refleja por un salto de 8 mm en un periodo de 0.9 años (1993-1994) y de 10 mm en el intervalo de 4.59 años (1990-1994). Los criterios que permitieron su identificación fueron: • Alineación fluvial con ríos de cauces profundos y formación de barrancos, los que en ocasiones aparecen cortados y desplazados por otras estructuras. • Desplazamientos de líneas de costas y zonas geomorfológicas en el rango de 1.5 a 2.5 km. • Valores morfométricos bruscos y diferentes a ambos lados de la fractura, estando en el bloque occidental los máximos valores de isobasitas desplazados hacia el norte respecto al oriental como puede verse en la figura No.5. • Límite brusco y alineado de zonas pantanosas. • Intenso cizallamiento en la zona de fractura. • Variaciones bruscas del agrietamiento entre ambos bloques de falla, como puede observarse entre los puntos situados en la coordenada Y : 217 000. • Variaciones hipsométricas entre ambos bloques de fractura. • Límites alineados de depósitos del Cuaternario. • Anomalías gravimétricas negativas máximas en el gráfico lineal de Bouguer. La componente horizontal de los movimientos de falla en el periodo neotectónico es indicado por los criterios geomorfológicos en sentido norte-noroeste para el bloque occidental y sur-sudeste para el oriental, como se observa en el anexo gráfico No.4. 47 �A. Rodríguez Infante En el mapa del campo magnético esta estructura se marca por el cambio brusco del comportamiento entre ambos bloques, al este de la falla los valores de intensidad del campo alcanzan hasta 600 nT y al oeste son menores a -200 nT. En la parte septentrional, cerca del litoral esta estructura es cortada por dos fallas paralelas entre si de orientación noreste que limitan un campo negativo menor a -400 nT, que a su vez constituyen los límites norte y sur de la zona Las Camariocas, lo que se muestra con nitidez en la fotografía No.1. La más meridional de estas estructuras coincide espacial y direccionalmente con un gradiente máximo, constituyendo los límites de una zona de valores negativos desplazada hacia el este, lo que da una idea de la alta complejidad tectónica del sector. Falla Moa. Dentro del territorio es la estructura de mayor extensión y su trazo corresponde con una línea cóncava hacia el este con el arco mayor en la zona de Calentura, haciéndose mas recta hacia el norte con una dirección de N48ºE, mientras que en su parte meridional tiene un rumbo N25ºW. En la parte norte esta estructura se bifurca en dos tramos, uno de rumbo N35ºE denominado La Vigía y el otro de rumbo N74ºE nombrado La Veguita, el que atraviesa la zona marina perilitoral, hasta cortar la barrera arrecifal a la cual limita y afecta, pues en el bloque oriental de la falla la barrera como tal desaparece, quedando reflejada sólo como un banco de arenas, lo que constituye un indicador del sentido de los desplazamientos. En su conjunto forma la estructura más compleja, pero a su vez, de más fácil reconocimiento por su expresión nítida en la topografía. Los principales criterios que la identifican son: • Alineación de sistemas fluviales con cauces profundos en forma de barranco y laderas muy escarpadas de pendientes mayores a treinta grados. • Valores hipsométricos y morfométricos contrastantes entre cada uno de los bloques de falla. En la figura No.6 ( A, B, C y D ) se muestran las variaciones morfométricas en los alrededores de Calentura, entre las coordenadas Y: 219 000 y 214 000, destacándose las diferencias notables entre los valores de isobasitas de segundo y tercer orden, la tipología y densidad del drenaje y los valores de disección vertical entre ambos bloques de falla e incluso, las diferencias dentro del mismo bloque 48 �A. Rodríguez Infante occidental entre su parte norte y sur. En la fotografía No.2 se reflejan con claridad estos criterios. • Desplazamiento de la línea costera a 1 km aproximadamente. • Desplazamiento de formas del relieve. • Orientación diferenciada del agrietamiento en los bloques formados por el sistema de fallas. • Intenso cizallamiento según los planos de fracturas con sectores mineralizados por ejemplo en La Vigía. Además de estos criterios descritos, debido a que la presa Nuevo Mundo está construida sobre la línea de falla, se realizaron mediciones geodésicas verticales y horizontales que indicaron desplazamientos en ambas direcciones. En cuanto a los movimientos verticales, se hizo evidente que los dos bloques de falla se levantan, con mayor intensidad para el bloque oriental; mientras que los desplazamientos horizontales presentan sentido contrario entre los bloques, creando un punto de tensiones en el nudo tectónico que forman las fallas Moa, Maquey y Caimanes, coincidiendo con la zona donde se encuentra la cortina de la presa En el mapa del campo magnético esta estructura se refleja por varios criterios diferentes, existiendo variaciones en la forma de manifestarse, predominando los cambios en la alineación de los límites del campo positivo y negativo, haciéndose mas complejo hacia el norte, siendo el tramo La Veguita el que mejor enmarcado se encuentra. En el tramo Yarey - Calentura la línea de fractura se enmarca con el cambio en la orientación y magnitud de las isolíneas positivas y negativas en el mapa de anomalías magnetométricas. Según el análisis geomorfológico y topográfico el movimiento horizontal de los bloques de falla es muy complejo para esta estructura, indicando hacia la parte septentrional un desplazamiento noreste para ambos bloques de falla, mientras que en la parte meridional el bloque occidental se desplaza hacia el sudeste, lo cual será analizado durante la caracterización de los bloques morfotectónicos. Falla Miraflores: Se extiende en forma de arco cóncavo hacia el este-noreste con un trazo casi paralelo a la falla Moa, con un rumbo N25ºW desde el límite sur del área hasta Cayo Chiquito y desde aquí hasta Punta Majá con una orientación N35ºE. Su límite meridional al parecer lo constituye la falla Moa al sur del área de trabajo. 49 �A. Rodríguez Infante Los criterios que permiten identificar la estructura son: • Contacto brusco de litologías a ambos lados de la fractura como por ejemplo entre las serpentinitas y las rocas de la formación Quibiján y los gabros y entre las formaciones Quibiján y Mícara. • Formación de escarpe de falla con pendientes por encima de los treinta grados y facetas triangulares, lo que puede ser observado en la fotografía No.3. • Contacto brusco y alineado de formas del relieve. • Desplazamiento de la línea de costa y zonas pantanosas de más de 0,5 km. • Cambio brusco en la magnitud del desplazamiento vertical de los puntos geodésicos a ambos lados de la fractura, como se observa en la figura No.4. • Cambio de valores morfométricos entre los bloques de falla. Esta falla hacia su porción septentrional aparece desplazada hacia el oeste por fallas de dirección noroeste, y en su parte central es cortada por la falla de deslizamiento por el rumbo Cananova que será descrita posteriormente. En el gráfico lineal de las anomalías gravimétricas se observa un gradiente elevado donde los valores máximos corresponden al Cerro de Miraflores y los mínimos al área de Centeno, 100 mGal y 84 mGal respectivamente. Falla Cabaña. Se extiende desde el extremo centro occidental del área, al noroeste del poblado de Peña y Ramírez hasta el norte de la ciudad de Moa, cortando la barrera arrecifal y limitando el extremo oriental de Cayo Moa Grande. En su parte meridional presenta una orientación N70ºE hasta la zona de Zambumbia donde es truncada por un sistema de fallas submeridionales, aflorando nuevamente con nitidez al nordeste del poblado de Conrado donde inicia su control estructural sobre el río Cabaña. En las cercanías de Centeno esta estructura es cortada y desplazada por la falla Cananova tomando una orientación N56ºE la que mantiene hasta penetrar en el océano Atlántico. Si bien es cierto que en algunos sectores el trazo de la falla topográficamente se pierde, debido fundamentalmente por la actividad antropogénica como ocurre en el tramo Los Pinos - Moa; esta falla es de fácil identificación a través de los siguientes criterios. • Alineación fluvial. 50 �A. Rodríguez Infante • Alineación y desplazamiento de hasta tres kilómetros de la línea de costa en Punta Yaguasey, como se muestra en la fotografía No.4. • Formación de escarpe de falla hacia su porción meridional. • Cambio brusco de valores morfométricos a ambos lados de la falla. • Cizallamiento intenso a lo largo del plano de fractura con presencia de abundante mineralización. • Cambio en la magnitud del desplazamiento vertical entre puntos geodésicos situados a ambos lados del plano de fractura, como se puede observar en la figura No.4. • Límite recto de zona pantanosa. En el mapa del campo magnético esta estructura presenta un pobre reflejo, observándose solamente desplazamientos entre áreas de valores positivos y negativos de la intensidad del campo. Falla Quesigua: Se expresa a través de un arco con su parte cóncava hacia el este nordeste, manteniendo en su parte septentrional, donde su trazo es mas recto un rumbo N10ºE y en la meridional, N40ºW. Se extiende desde la barrera arrecifal hasta interceptar el río Jiguaní al sudeste del área de trabajo. Los criterios para su identificación se relacionan a continuación y se observan con detalle en el anexo gráfico No.4 y en la figura No.5. • Alineación del río, con cauce profundo y laderas escarpadas en la margen occidental. • Alineación y desplazamiento de la línea de costa y zonas geomorfológicas de hasta dos kilómetros. • Valores hipsométricos y morfométricos diferentes a ambos lados del plano de falla. • Desplazamientos de zonas pantanosas parálicas. • Intenso cizallamiento en la zona de falla. • Variación de dirección del agrietamiento entre los bloques resultantes de la falla, como se puede observar en dos puntos situados al sudeste de Quemado del Negro, uno ubicado en el bloque occidental con coordenadas Lambert X: 709 250 y Y: 218 200, que muestra un rumbo de agrietamiento N74ºE y el punto de coordenadas X:710 750 y Y:217 400, con rumbo N29ºW, separados entre si 1,7 km y equidistantes al plano de falla. 51 �A. Rodríguez Infante • Desplazamiento del contacto entre los gabros y las serpentinitas. En el análisis geodésico no se observan desplazamientos verticales pronunciados entre los puntos situados a ambos lados de la falla y sólo se marcan con desniveles de 2 mm en el ciclo de mediciones 1990-1993. Sin embargo, los desplazamientos horizontales evidenciados por los parámetros geomorfológicos están en el rango de 0,75 - 1,0 km. En el análisis de las variaciones del campo magnético esta falla presenta un pobre reflejo en su parte norte, sin embargo hacia el sur se observan orientaciones en los contactos entre las zonas positivas y negativas y como criterio mas importante, el desplazamiento de una línea de gradiente de dirección noreste que en el bloque este de la falla se desplaza hacia el norte tal y como está considerado que ocurre en la estructura según los otros criterios interpretados. Falla Maquey: Limita y contornea las estribaciones septentrionales de la Sierra del Maquey. Aflora desde la zona de Hato Viejo hacia el sur de La Colorada, asumiendo un rumbo N65ºE por más de siete kilómetros hasta Calentura abajo donde se cruza con las fallas Moa y Caimanes .En su parte más occidental mantiene una orientación N78ºE siendo cortada y desplazada por estructuras de orientación noroeste. Su cartografiado fue posible por la suma de criterios de morfometría y fotointerpretación como alineaciones fluviales, desplazamientos de divisorias y otras formas del relieve. En el mapa del campo magnético local se definen sus rasgos por la discontinuidad de las líneas de anomalías positivas a ambos lados de la misma, con desplazamientos en la alineación de los cierres positivos. En el estudio fotogeológico se pudo determinar el desplazamiento de la falla Miraflores hacia el este con una magnitud de 1.5 km. en el punto donde se intercepta con esta estructura. Después de haber descrito los criterios que permitieron la identificación e interpretación de las estructuras de este sistema, se hace evidente que muchos de ellos son utilizados para la interpretación de fallas tanto activas como pasivas, mientras que otros por su parte, son sólo formas de manifestación de estructuras que se han mantenido activas o se han reactivado en periodos recientes, siendo por lo tanto evidente que los movimientos geodinámicos actuales se manifiestan a través de ellas. Este fenómeno estudiado en detalle para estas siete fallas que son consideradas fundamentales por su 52 �A. Rodríguez Infante extensión y el papel que juegan en la morfotectónica del territorio, se manifiesta en mayor o en menor grado en todas las estructuras del sistema, sin dejar de tener en cuenta que algunas, pueden haber quedado encubiertas por estructuras más jóvenes o por las potentes cortezas de intemperismo desarrolladas sobre el complejo ofiolítico. El tercer sistema de estructuras está constituido por dos fallas de deslizamiento por el rumbo - Strike-Slip - determinadas durante las recientes investigaciones y que no habían sido reportadas con anterioridad, las cuales se denominaron Cananova y El Medio. Por la posición que ocupan, orientación y componentes fundamentales de los desplazamientos, no presentan similitud con las fallas antes descritas. El origen de estas estructuras se consideró está asociado al momento en que se inician los movimientos hacia el este de la Placa del Caribe a través de la falla Oriente, desarrollándose un campo de esfuerzo de dirección norte-noreste, con la compresión del Bloque Oriental Cubano, en la zona de sutura de éste con la Plataforma de Bahamas, lo que provocó la ruptura y el reacomodamiento de la corteza desde el Eoceno Medio-Superior. Falla Cananova: Fue cartografiada a escala 1: 25 000 desde la Bahía de Yaguaneque hasta el poblado de Jucaral, presentando un rumbo predominante N53ºW como se puede ver en el anexo gráfico No.4. Es cortada en diferentes puntos por estructuras submeridionales, caracterizándose toda la zona de falla por el grado de cizallamiento de las rocas que corta. Los criterios que permitieron su identificación son: • Desplazamiento de formas del relieve, como ocurre con las montañas bajas diseccionadas y las llanuras fluviales abrasivas que son desplazadas hacia el oeste en la zona norte de Miraflores a Centeno lo que se observa en la figura No.7. • Desplazamiento de la barrera arrecifal en la Bahía de Yaguaneque. • Presencia de espejos de fricción. • Desplazamiento de zonas pantanosas y línea de costa, como puede observarse en la fotografía No.5. • Desplazamiento de estructuras geológicas como grietas, diques y contactos litológicos. 53 �A. Rodríguez Infante • Cambio de orientación de algunos elementos morfológicos y morfométricos como son las divisorias de aguas principales, cierres de isobasitas y superficies escarpadas. • Contacto brusco y alineado entre los gabros y las serpentinitas. • Variaciones de la orientación del agrietamiento, lo que se muestra en los diagramas de roseta, figura No.8 desde la A hasta la F Según el análisis de los métodos aplicados se pudo determinar que a través de la falla Cananova ocurre un desplazamiento horizontal máximo de 1500 m hacia el noroeste del bloque norte respecto al sur y un movimiento rotacional izquierdo - antihorario calculado en un valor medio de cuarenta grados de ese bloque norte. Hacia el sudeste los criterios de falla en superficie se pierden bruscamente al penetrar esta la meseta serpentinítica de potentes espesores de corteza que constituye el yacimiento Moa, sin embargo, tal y como se observa en la figura No.7 se proporciona un criterio antropogénico relacionado con la minería, ya que por la zona por donde cruza la falla no existe explotación minera, lo que puede estar dado por la posible existencia de mineralización secundaria asociada a la estructura o alteración en los espesores y contenidos del mineral. El mapa de campo magnético local para la zona se hace sumamente irregular lo que puede estar originado por la alta complejidad geólogo tectónica del sector debido a la cantidad de estructuras de variada orientación y las litologías presentes, donde se mezclan de forma caótica rocas básicas y ultrabásicas del complejo ofiolítico con rocas vulcanógenas y sedimentarias. Sin embargo, hacia la parte sudeste la falla queda bien enmarcada, al predominar en el bloque septentrional de la misma los valores negativos del campo y para el meridional los positivos, siendo el contacto entre ambas zonas de intensidades diferentes, alineado en igual dirección que la estructura. Falla El Medio: Fue mapeada desde Punta Mangle hasta su intersección con el río Quesigua con un rumbo aproximado de N40ºE como se muestra en el anexo gráfico No.4 y en la figura No.5 . Al igual que la Falla Cananova, origina un alto cizallamiento de las rocas a través de todo su trazo. Los criterios para su identificación fueron: • Presencia de espejos y estrías de fricción muy dislocados, haciéndose imposible medir sus elementos de yacencia. 54 �A. Rodríguez Infante • Alineación de cursos fluviales, como por ejemplo el arroyo El Medio con afluentes del arroyo Semillero y del río Quesigua. • Angularidad de la red de drenaje. • Variaciones bruscas de los valores morfométricos entre ambos bloques de falla, por ejemplo los valores de isobasitas en el bloque septentrional son nulos y en el meridional alcanzan los 250 m y 100 m para el segundo y tercer orden respectivamente. • Desviación de la orientación de elementos morfológicos como son las divisorias de aguas principales y líneas del drenaje, siendo un ejemplo el arroyo El Medio que corre con una dirección noreste lo cual sólo se justifica por el control estructural que la falla realiza sobre su cauce. • Desplazamiento de formas del relieve como ocurre entre las zonas de montañas y premontañas bajas al sur de Palmarito. En el estudio microtectónico pudo determinarse que en el bloque sur se desarrollan cuatro sistemas de diaclasas, dos de orientación noreste y dos noroeste con un buzamiento promedio de 82º, mientras que en el bloque norte los cuatro sistemas fundamentales son noroeste con buzamiento promedio de 67º lo cual constituye un criterio para considerar la posible existencia de un movimiento rotacional antihorario del bloque Cupey norte respecto al sur. En el esquema fotogeológico mostrado en el anexo gráfico No.3 puede observarse como esta estructura desplaza lateralmente los cuerpos de gabro y en ocasiones limita la extensión de los mismos, fenómeno que también se manifiesta en los depósitos parálicos. En el mapa de anomalías magnéticas la estructura aparece orientada en una zona de predominio de valores positivos del campo, con pequeñas áreas de valores negativos paralelas al plano de fractura. Hacia el extremo sudoeste de la falla, donde no existen criterios de superficie para continuar su trazado, se observa la alineación de un gradiente que podría indicar una prolongación de la estructura. En general podemos decir que la información magnetométrica para esta estructura es poco representativa. El cuarto sistema de fracturas que aparece desarrollado en el territorio corresponde a estructuras sublongitudinales que aparecen en toda el área, pero tienen su máxima 55 �A. Rodríguez Infante expresión en las zonas periféricas de los sectores de máximo levantamiento, como por ejemplo las fallas a través de las cuales corren algunos tributarios como el arroyo La Veguita del río Moa, el arroyo La Vaca, arroyo Colorado al oeste del Cerro Miraflores y la de mayor envergadura que se encuentra al sur de Caimanes. En las estructuras de este sistema no siempre se encuentran desplazamientos geológicos y geomorfológicos apreciables y su expresión está dada fundamentalmente por la formación de barrancos, alineaciones fluviales, líneas rectas y netas de tonalidades más oscuras y en algunos casos, se han determinado rasgos evolutivos en la comparación entre fotos de años diferentes. Las características descritas anteriormente permiten suponer una génesis asociada a procesos de descompresión o expansión de bloques, al disminuir las tensiones horizontales que mantienen cohesionado los macizos rocosos debido a los movimientos verticales diferenciales, lo que a su vez determina que estas estructuras no aparezcan reflejadas en el mapa de anomalías magnéticas. La edad de este sistema es considerada en su límite inferior posterior al Mioceno Medio, momento en que se inicia el proceso de ascenso definitivo del territorio actual de Cuba oriental como tendencia general y se extiende hasta el presente por prevalecer las condiciones geodinámicas que le dan origen. Existen en la zona otras estructuras de interés tectónico como es el ejemplo de las fallas Cupey y Arroyón que fueron estudiadas durante las investigaciones, documentadas y cartografiadas, pero que al no constituir límites de bloques no han sido descritas. 56 �A. Rodríguez Infante Figura No. 5. Zona de falla Cayo Guam (A) – Quesigua (B) – El Medio (C). Bloques Morfotectónicos. En el levantamiento geológico de Guantánamo [48] se hace una subdivisión tectónica del extremo de Cuba oriental en dos regiones: la occidental, que comprende la cuenca de Sagua de Tánamo, Bloque de la Sierra del Maquey y la periferia de la Cuenca Guantánamo y la oriental, comprendida por los bloques Miraflores - El Toldo, Cuchillas de Moa-Baracoa y la franja costera Cañete-Baracoa separados entre sí por la estructura divisoria Zona de Fallas Miraflores-Riíto. El bloque Miraflores - El Toldo es el más grande del territorio y a él pertenece la mayor parte del área de estas investigaciones, siendo caracterizado en dicho trabajo como una estructura tectónica de elevaciones fuertes con terrazas marinas al sur de Moa y con una peniplanización en los alrededores del pico El Toldo, al cual le corresponde una anomalía gravimétrica de máximo local dentro de la tendencia general. 57 �A. Rodríguez Infante De igual forma, en los estudios realizados por Orbera [85] queda bien definido el carácter de los movimientos de ascenso para la zona que llegan a alcanzar 400 m en el periodo Plioceno - Pleistoceno y hasta 1000 m durante la etapa neotectónica en general. El análisis detallado de las estructuras que afectan la región y los parámetros geólogogeomorfológicos que la caracterizan, permite asegurar que si bien esta tendencia general es cierta, la geodinámica actual en lo que ellos denominan como bloque El Toldo es mucho más compleja, existiendo junto a sectores que se levantan, otros con movimiento de descenso relativo apreciable, así como desplazamientos horizontales que en ocasiones llegan a provocar rotaciones de bloques sometidos a esfuerzos tangenciales. En este trabajo, partiendo de la suma de criterios e índices obtenidos a través de la aplicación de los diferentes métodos de investigación y del conocimiento de las principales características de las fallas activas del territorio fue posible establecer el conjunto de bloques y sub-bloques morfotectónicos que conforman el territorio y el sentido de los desplazamientos entre ellos, que se describen a continuación, aparecen cartografiados en el anexo gráfico No.5 y las características generales de cada bloque resumidas en la tabla III. Bloque Cananova. Constituye el extremo noroccidental del área de los trabajos, quedando sólo su parte oriental dentro de la misma. Geomorfológicamente este bloque se caracteriza por presentar llanuras fluviales acumulativas, erosivo-acumulativas, y palustres, y al este del poblado de Cananova y al sur, en la zona de Cañamazo, Serrano y El 51 el relieve que se desarrolla es de submontañas ligeramente diseccionadas, con cotas máximas en el orden de los 150 m. Para este bloque los cierres máximos de isobasitas alcanzan valores de 50 m y 40 m para el segundo y tercer orden respectivamente mientras que los valores de disección vertical oscilan entre 10-70 m/km2 en las zonas de premontañas. Geológicamente este bloque está conformado en superficie por rocas pertenecientes a la cuenca marginal del paleoarco volcánico del Cretácico, formación Mícara; del neoarco volcánico de Paleógeno, formación Sabaneta; así como por la formación Júcaro perteneciente a la secuencia terrígena carbonatada de la etapa platafórmica. En la parte baja del río Cananova y alrededor de su desembocadura afloran los sedimentos fluviales y parálicos del Cuaternario. 58 �A. Rodríguez Infante El drenaje para la zona es de densidad media a baja existiendo un marcado control estructural en la configuración fluvial, apareciendo en algunos sectores la red rectangular típica para zonas afectadas por dos dirección fundamentales de agrietamiento, en este caso una dirección aproximada de N40ºE y otra de N45ºW. Hacia la parte central y meridional del bloque aparece un sistema sublatitudinal que parece estar condicionado por las tensiones que originaron el surgimiento de la falla Cabaña que separa este bloque del ubicado al sur. El control tectónico del relieve y el drenaje se hace más intenso hacia el norte pudiendo notarse con nitidez los desplazamientos de zonas pantanosas, línea de costa e incluso de la barrera arrecifal que bordea toda el área. La magnitud del rechazo horizontal que se observa en estos elementos del relieve oscila entre 0.5-1.5 km. El límite oriental del bloque que lo contacta con el bloque Miraflores lo conforma la falla Los Indios de orientación predominante N28ºW y que aparece cortada en varios puntos por estructuras de dirección noreste. En la misma desembocadura del río Cananova la falla Los Indios se cruza con la falla Cananova así como con otros sistemas de dirección noroeste y nordeste conformando un nudo estructural que complica notablemente la morfología costera y de difícil interpretación sobre todo por la falta de información batimétrica detallada. Para este bloque no se tienen datos geodésicos partiendo del hecho que el único punto ubicado en su área corresponde al punto inicial del gráfico lineal del desplazamiento en el que se asumió el valor cero para la velocidad de los movimientos verticales. Bloque Miraflores. Se encuentra ubicado en la parte noroccidental del área teniendo como núcleo el Cerro de Miraflores y las laderas occidentales, norte y nororientales del mismo. Está conformado litológicamente en superficie por las rocas del basamento del arco insular cretácico y de la antigua corteza oceánica - secuencia ofiolítica - con pequeños sectores en su porción suroccidental de afloramiento de las rocas de las formaciones Mícara y Sabaneta y al norte por la formación Júcaro y los sedimentos parálicos y fluviales del Cuaternario. Geomorfológicamente el bloque se caracteriza por presentar montañas bajas diseccionadas en su mayor territorio, hacia el oeste y el norte presenta llanura fluviales acumulativas así como llanuras palustres en la parte correspondiente al litoral. 59 �A. Rodríguez Infante Este sistema de montañas desarrollado sobre las rocas del complejo ofiolítico se va a caracterizar por líneas divisorias alargadas con orientación principal norte-noreste condicionada por los procesos tectónicos que provocaron el emplazamiento de las ofiolitas y diseccionadas a través de numerosas fallas que la cortan, siendo la más significativa la falla Cananova que marca el límite entre dos sectores del bloque: norte y sur, diferenciados entre si por el comportamiento morfométrico, microtectónico y la orientación de algunos elementos geólogo-geomorfológicos que se analizan a continuación. Morfométricamente se van a observar dos cierres para las isobasas y las isolineas de disección vertical, correspondiendo al sector septentrional valores de 150 m y 90 m para el segundo y tercer orden, mientras que en el meridional alcanzan hasta los 300 m y 100 m respectivamente, mientras que los valores de la disección vertical son de 230 m/km2 para el norte y 390 m/km2 para el sur, tal como se aprecia con claridad en la figura No.7. Las pendientes para este bloque son muy variables en dependencia de la litología y las estructuras tectónicas que lo afectan, encontrándose los mayores valores hacia el sureste, asociados a la zona de falla Miraflores que lo limita con el bloque Cabaña. En el análisis microtectónico realizado alrededor de la falla Cananova se pudieron determinar variaciones bruscas del rumbo del agrietamiento en puntos cercanos situados a ambos lados de la línea de falla como ocurre entre los puntos A y B respecto a los puntos D y E de la figura No.8, llegando a tener localmente desviaciones de 70º entre los sistemas principales, sin embargo, cuando se realizó el diagrama resumen para las grietas situadas en ambos bloques se pudo observar que el sistema mas frecuente tiene una diferencia de solo 10º en el rumbo para el sub-bloque septentrional respecto al meridional, mientras que las grietas que ocupan la segunda posición en frecuencia de presentación se desvían 45º. Se observa también rotación en otros elementos del paisaje como son las divisorias de aguas principales que en el sur tienen una orientación noreste y en el norte es norte-noroeste con 40º aproximadamente de desviación, ocurriendo además en ese sentido el desplazamiento del área de afloramiento de los cuerpos de gabro, lo que se puede observar en el anexo gráfico No 3. Todo lo anterior hace suponer que existieron movimientos rotacionales entre ambos sub-bloques que provocaron el cambio de posición y dislocación de las estructuras y que estos movimientos aún continúan. 60 �A. Rodríguez Infante El análisis de los datos geodésicos para este bloque se hace sumamente complicado debido a las diferentes estructuras que atraviesan la zona y la cercanía del punto geodésico inicial para el cual se asumió un valor convencional de cero en el movimiento vertical. No obstante a ello se hace significativo que en el gráfico lineal de desplazamientos verticales para el periodo 1990-1993 se observe una tendencia al levantamiento por encima de la media regional, lo cual esta en correspondencia con los criterios geológicos y geomorfológicos, sin embargo en los gráficos correspondientes al ciclo 1993-1994 esta tendencia cambia y se observan valores de descenso que alcanzan hasta -24 mm. De igual forma, en el análisis del gráfico de las anomalías de Bouguer realizado en las mediciones gravimétricas del año 1990 muestra para el bloque una anomalía que alcanza hasta 102.00 mGal. La suma de estos criterios indica que este bloque se caracteriza por sufrir movimientos pulsantes, con tendencia general de desplazamiento norte-noreste con un mayor levantamiento de su parte oriental, lo que justifica las pendientes más abruptas y las mayores elevaciones hacia este sector; y más suaves hacia el sector occidental por degradación y compensación, y que a su vez, se encuentra dividido en dos subbloques que mantienen esa tendencia general de los movimientos horizontales y verticales pero que además, se mueven entre si con un movimiento rotacional izquierdo - antihorario - del sub-bloque norte respecto al sur. Bloque Cabaña. Situado al este del bloque Miraflores, con orientación noreste desde la localidad de Zambumbia hasta Cayo Moa Grande, y en su porción meridional, en la zona Cayo Grande-Caimanes Abajo, mantiene una dirección noroeste. Geológicamente el basamento sobre la cual se sustenta la morfología de este bloque esta conformado por las tobas de la formación Santo Domingo, las rocas del complejo ofiolítico y sedimentos parálicos y fluviales en la zona aledaña al litoral. El relieve es de llanuras erosivas y erosivo-acumulativas las que hacia el sur transicionan a submontañas ligeramente diseccionadas con divisorias de configuración arborescente. El drenaje es de densidad moderada a alta con predominio de redes dendríticas exceptuando los cauces primarios del río Cabaña cerca de la zona de intersección con el río Moa, donde aparecen redes enrejadas. Los valores morfométricos que para este bloque se comportan con gran variabilidad evidencian una intensidad mínima de levantamiento relativo respecto a los bloques 61 �A. Rodríguez Infante laterales con una disección vertical máxima de 100 m/km2 en la parte centro septentrional, disminuyendo hasta 90 m/km2 hacia el norte y 40 m/km2 hacia el sur. Para el bloque los valores máximos del nivel de base de erosión para el segundo y tercer orden se alcanzan hacia el sur con 200m y 150m respectivamente, formándose cierres de isobasas de carácter muy local al suroeste y noreste de Caimanes Arriba y hacia el norte, en la zona de Playa la Vaca. Al igual que el bloque Miraflores, este bloque se encuentra cortado por la falla Cananova presentando valores morfométricos diferenciados entre el sub-bloque norte y sur, desplazándose el sub-bloque norte según el plano de fractura en dirección noroccidental. El sub-bloque más meridional - Cayo Grande - que en estas investigaciones es considerado perteneciente al bloque Cabaña, no está aún claramente definido, pues los valores morfométricos que presenta difiere notablemente del de los bloques situados al este, pero son intermedios entre los valores del bloque en el cual está incluido y el bloque El Lirial ubicado al oeste del mismo, sin embargo, la decisión de incluirlo en el bloque Cabaña y dentro de este como el sector mas levantado se debe a la presencia de la frontera activa que constituye la falla Miraflores que lo limita occidentalmente y a su constitución geológica dada por las rocas del complejo ofiolítico, no negando la posibilidad de que el sub-bloque Cayo Grande con los sub-bloques Cabaña Norte y Sur y el bloque El Lirial constituyan una sola unidad morfotectónica. El sentido fundamental de los desplazamientos horizontales de este bloque es suroccidental como se muestra en el anexo gráfico No.5, y en cuanto a los movimientos verticales existen diversos criterios contradictorios ya que si bien es cierto que en la superficie actual abundan los rasgos del relieve y valores morfométricos que lo señalan como un bloque de mínimo ascenso o de descenso relativo en la actualidad, la constitución geológica de su superficie, dada mayoritariamente por las rocas cretácicas de la formación Santo Domingo y el complejo ofiolítico hacen suponer que esta tendencia no ha sido permanente desde el Mioceno Medio cuando se inicia el levantamiento general del territorio oriental y muy por el contrario, se comporta como una ventana tectónica, donde las formaciones terciarias y cuaternarias han tenido muy poco desarrollo o fueron erosionadas, lo que sólo se justifica por una tendencia predominante al levantamiento. Este carácter oscilante y de gran movilidad para el bloque se manifiesta en la actualidad a través de los gráficos lineales de los desplazamientos verticales donde se 62 �A. Rodríguez Infante observa que en el ciclo de mediciones 90-93 el bloque Cabaña en su parte occidental se levanta mientras su porción oriental se hunde, invirtiéndose el sentido para el ciclo 93-94, sin embargo a la topografía mas elevada corresponde en este último ciclo movimientos negativos. Bloque Maquey. Ocupa la porción suroccidental del territorio teniendo como núcleo del mismo las estribaciones septentrionales de la Sierra del Maquey, limitado al norte por el bloque El Lirial a través de la falla Maquey y al este con el sub-bloque Calentura a través de la falla Miraflores. Litológicamente está conformado en superficie por las serpentinitas sobre las cuales se desarrolla un relieve de montañas bajas diseccionadas de cimas alargadas dispuestas paralelamente entre si y a los cursos fluviales que la atraviesan como La Angostura, San Jiriguelo y Río Castro. Morfométricamente se caracteriza por valores de isobasitas de 400 y 350 m para el 2do y 3erorden y una disección vertical de 450 m/km2 con cotas máximas de 791m. Para este bloque las dos direcciones principales de agrietamiento son N40ºW y N90º E, estando cortado además por fracturas submeridionales. En el mapa de anomalías magnéticas locales los límites de este bloque quedan bien enmarcados por un alto gradiente entre valores máximos de 100-200 nT al sur y negativos de -80 nT al norte. La caracterización de este bloque dentro del territorio se encuentra limitada por la ausencia de datos geodésicos y comprobaciones de campo; no obstante a ello y teniendo en cuenta la geodinámica regional, se considera que su desplazamiento es en sentido norte, debido a las tensiones originadas por el choque de la Placa del Caribe con el límite sur del Bloque Oriental Cubano. Bloque El Lirial. Espacialmente ocupa una posición intermedia entre el bloque Cananova con el cual limita al norte a través de la falla Cabaña y el bloque Maquey al sur. Tectónicamente, en cuanto a la magnitud del desplazamiento vertical ocupa también una posición intermedia entre ambos bloques, quedando como un escalón de transición entre un bloque de intenso levantamiento al sur y el sector de mínimos levantamientos relativos al norte. 63 �A. Rodríguez Infante En el área que ocupa el bloque las rocas que afloran son las pertenecientes al complejo ofiolítico y las formaciones Mícara, La Picota y Sabaneta, sobre las cuales se desarrolla un relieve de submontañas y premontañas ligeramente aplanadas. Morfométricamente se caracteriza por valores de isobasas de 200m y 150 m para el 2do y3er orden respectivamente, y una disección vertical que oscila entre los 60 y los 130 m/km2, con cotas máximas de 350 m. La caracterización de este bloque, al igual que el bloque Maquey, se encuentra limitada por la ausencia de datos geodésicos, estudios microtectónicos y observaciones de campo, estando basada su descripción e interpretación a los criterios morfométricos y fotogeológicos; por lo que persisten algunas dudas en cuanto a su extensión y subdivisión al existir dos zonas que se diferencian en los parámetros estudiados dando la posibilidad de tratarlos como dos bloques independientes tal como se hace en el presente trabajo. Bloque Moa. Se encuentra ubicado en la parte centrooccidental del área de trabajo, al este de bloque Cabaña con el cual contacta a través de la falla de igual nombre y al este con el bloque El Toldo según la falla Moa, extendiéndose de norte a sur en forma de una franja cóncava hacia el este. En este bloque afloran las rocas del complejo ofiolítico en el mayor porciento de su superficie. Hacia el sur, en la zona de Calentura afloran las rocas cretáceas de las formación Santo Domingo, mientras que hacia el norte existe una extensa área de desarrollo de sedimentos fluviales y palustres del Cuaternario. Geomorfológicamente para el bloque es predominante el relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas lo que junto a las condiciones litológica permite, que en el sector exista un intenso desarrollo y conservación de las cortezas de meteorización lateríticas, que a su vez condicionan las densidad del drenaje que sólo aumenta en las laderas abruptas, coincidiendo con las alineaciones tectónicas. Los cursos de agua permanentes van a presentar cauces en forma de barrancos profundos y estrechos. Hacia el norte el relieve transiciona a premontañas bajas y aplanadas y de ahí a llanuras fluviales y palustres las cuales se encuentran cubiertas por las construcciones socioeconómicas de Moa. Morfométricamente el bloque va a presentar características intermedias y contrastantes con las elevaciones máximas del este y la llanura fluvial del río Cabaña lo que 64 �A. Rodríguez Infante conjuntamente con los valores hipsométricos hace considerar al mismo un peldaño intermedio de transición en la estructura escalonada regional. Los valores de las isobasitas se encuentran entre los 350 m y 300 m para el 2do y 3er orden y sólo disminuyen de forma brusca en la llanura cercana al litoral. La intensidad de la erosión de fondo está marcada por valores de la disección vertical que para la parte norte y central está en los 220 m/ km2, mientras que el sub-bloque sur que se encuentra separado de este por el efecto de cuña del sub-bloque Cayo Grande presenta valores del orden de los 370 m/km2. Esto se explica por las variaciones litológicas, ya que en este sector afloran predominantemente las tobas de la formación Santo Domingo mas resistente a la meteorización lo que ha provocado que el relieve aparezca mas diseccionado y que las elevaciones presenten cimas redondeadas con orientación noroeste al igual que el bloque. Geodésicamente este bloque tiene un comportamiento contrario, contrastante con el bloque Miraflores ya que en el gráfico lineal correspondiente al ciclo 1990-1993 los movimientos son negativos respecto al nivel medio regional, mientras que en el ciclo 1993-1994 le corresponde movimientos de ascenso notable que alcanzan hasta ocho milímetros sobre el nivel cero y veinte y cuatro milímetros sobre la media. En el mapa de campo de intensidad de radiaciones gamma [36], el límite oriental de este bloque queda bien definido por la alineación de un gradiente entre valores máximos al sur y mínimos hacia el norte. Microtectónicamente las mediciones realizadas al norte de Nuevo Mundo y de Calentura dan para este bloque una dirección predominante de los planos de fractura de N20ºE. Inicialmente el límite noreste del bloque fue considerado como la prolongación de la falla Moa en la estructura La Vigía que atraviesa la Bahía Yaguasey, pero estudios mas detallados nos permitieron determinar su límite exacto que se desplaza hacia el este al norte de La Veguita extendiéndose hasta Punta Yagrumaje. La falla Cananova corta también este bloque por lo que al analizar los anexos gráficos 4 y 5 quedan establecidos con diferentes posiciones los sub-bloques Calentura, Caimanes, Aeropuerto y La Vigía, este último constituido por la cuña resultante de la bifurcación de la falla Moa en sus tramos La Vigía y La Veguita. En los inicios de estas investigaciones, lo que hoy se denomina como sub-bloque Calentura fue considerado un bloque independiente, debido a las pequeñas variaciones morfométricas, justificadas por las características litológicas. Geodinámicamente su 65 �A. Rodríguez Infante comportamiento es similar al resto del bloque Moa, exceptuando el sentido de los desplazamientos horizontales que en los sub-bloques norte y central es noreste y para Calentura es sureste, lo que se debe al efecto de cuña del sub-bloque Cayo Grande que lo presiona desde el oeste, y al carácter descendente de este respecto al bloque El Toldo Bloque El Toldo: Ocupa la posición central del área de estudio y es el de máxima extensión, correspondiéndole también los máximos valores del levantamiento relativo de la región. Litológicamente está conformado en superficie por las rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia ofiolítica, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas. Hacia la parte norte se desarrollan en un pequeño sector premontañas aplanadas. El drenaje es de densidad media a baja, lo que está condicionado por las potentes cortezas de intemperismo que cubren al área y favorecen la permeabilidad del suelo y al intenso control estructural del drenaje que condiciona la formación de barrancos. En este bloque aparecen desarrolladas formas del relieve cársico en peridotitas ubicadas alrededor de las elevaciones máximas, siendo el punto de mayor cota El Toldo con 1174 m sobre el nivel del mar. Los parámetros morfométricos para este bloque son los más relevantes al tomar valores que indican la máxima intensidad de levantamiento con isobasitas que cierran en 900 m y 800 m para el 2do y 3er orden respectivamente y valores de la disección vertical de 550 m/km2. Los rangos de pendiente son contrastantes, teniendo en la cima de 6º a 9º promedio, con sectores interiores de 0º-3º; mientras que en los límites del bloque, fundamentalmente en el occidental enmarcado por la falla Moa, llegan los valores a ser mayores de 30º, alcanzándose las máximas pendientes en los barrancos de los afluentes principales. Hacia la parte norte, en su prolongación dentro de la zona marina puede notarse la pérdida de la barrera arrecifal desde la intersección de la falla La Veguita hasta la falla Quesigua, donde sólo queda como testigo de su existencia un banco de arena de morfología similar, lo que se considera constituye un índice de los movimientos diferenciales entre los bloques. Los análisis microtectónicos realizados para el bloque indican la existencia de una dirección máxima de agrietamiento de rumbo N85ºW como se muestra en la figura No. 66 �A. Rodríguez Infante 9 ( J y K ), apareciendo otras dos direcciones importantes, una sublongitudinal y una de dirección noreste. En este bloque y sólo de forma similar ocurre en los bloques Maquey y Cupey, aparece el sistema de fracturas norte-sur en el cual no se manifiestan desplazamientos horizontales y verticales intensos, lo que consideramos se debe a un proceso de descompresión, al ser el bloque de máxima intensidad de levantamiento reciente. El límite nororiental de este bloque está dado por la falla Cayo Guam, mientras que al sur limita con el bloque Cupey a través de la falla Quesigua. En el mapa de anomalías magnéticas se puede notar que en el extremo suroccidental del bloque, entre las fallas Moa y Arroyón se desarrolla una zona de valores negativos anómalos a pesar de que la información geológica indica que en todo el sector afloran las rocas ultrabásicas del complejo ofiolítico. A partir de estos elementos Batista J. [12] consideró que en ese sector las rocas ultrabásicas constituían una delgada capa en la superficie, mientras que en profundidad y muy cercano a esta se encuentran los gabros Si realmente esto ocurre, hay que entrar a considerar la existencia de un sub-bloque o incluso de un nuevo bloque para ese sector a partir del hecho de que ese fenómeno sólo sería justificable a partir del ascenso de esa zona respecto a la del resto del bloque El Toldo. En este trabajo no se concluye al respecto por falta de información de campo y mediciones geodésicas, que se hacen mas necesaria debido al pobre reflejo topográfico y morfométrico. En el análisis del gráfico lineal de los desplazamientos verticales -figura No.4- se observa que en el periodo 1990-1993 los puntos ubicados por este bloque marcan un ascenso relativo respecto al bloque Moa, mientras que en el periodo 1993-1994 y 19901994 marca un descenso siendo su comportamiento similar al del bloque Miraflores. Bloque Cayo Guam. Es el bloque de más pequeña extensión en el área y se dispone como una cuña entre los bloques El Toldo y Cupey a través de las fallas Cayo Guam y Quesigua respectivamente y al igual que el bloque Moa, se comporta como un escalón intermedio en descenso respecto al bloque El Toldo. Geológicamente la mayor extensión de la superficie lo ocupan las rocas del complejo ofiolítico, predominando hacia el sur las serpentinitas y hacia el norte los gabros. Geomorfológicamente se desarrollan las llanuras acumulativas bajas y planas de origen fluvial o palustre en la mayor área del bloque y una pequeña franja de acumulaciones 67 �A. Rodríguez Infante costeras. Hacia la parte sur aparecen las premontañas y montañas bajas aplanadas ligeramente diseccionadas con elevaciones máximas de 460 m. Morfométricamente los valores máximos de la disección vertical son de 230 m/km2 y las isobasitas en 300 m y 250 m para el segundo y tercer orden respectivamente. Las estructuras tectónicas principales que atraviesan este bloque son de dirección noreste y en muchos casos cortan a las fallas límites de bloques, sin embargo, en los estudios microtectónicos realizados en las márgenes oriental del río Cayo Guam y occidental del río Quesigua se determinaron dos direcciones noreste una N5ºE y otra N78ºE, apareciendo sólo una dirección noroeste predominante al noreste de Monte Lejo lo que puede estar condicionado por un nudo estructural que se forma al cruzarse dos sistemas noreste y uno norte-sur. En el análisis de los gráficos de desplazamientos verticales de la línea geodinámica Moa mostrado en la figura No.4, este bloque queda bien delimitado en los ciclos diciembre 1993-noviembre 1994 y abril 1990-diciembre1993, así como en el gráfico lineal de las anomalías de Bouguer. Los movimientos horizontales en este bloque son muy evidentes y se ponen de manifiesto en los desplazamientos de la línea de costa y formas del relieve de hasta dos kilómetros con una dirección sur predominante. Bloque Cupey. Se ubica en el extremo oriental desde la falla Quesigua hasta la coordenada 721 000 tomada como límite convencional del área de estudio. Geológicamente a este bloque le corresponde la mayor complejidad al aflorar en su superficie las rocas del complejo ofiolítico que ocupan la mayor extensión del bloque, las rocas de las formaciones Sabaneta, Capiro y Majimiana y los sedimentos cuaternarios de origen parálico y fluvial. Estas últimas litologías se disponen en forma de franjas paralelas al litoral. Geomorfológicamente para el área predomina el relieve de montañas bajas y aplanadas hacia la parte occidental y bajas diseccionadas con divisorias alargadas hacia el sudeste. Las premontañas y submontañas serán aplanadas hacia el oeste y diseccionadas hacia el este. La variabilidad del relieve es el resultado de la acción de tres factores fundamentales: litológico, topográfico y tectónico, ya que no sólo existen variaciones en el tipo de roca sobre la cual se conforma el relieve sino que también, a partir de Punta Guarico ocurre una desviación costera de probable origen tectónico que 68 �A. Rodríguez Infante condiciona la variación de la orientación fluvial, la que toma una dirección noreste, paralelo al sistema de grietas y fallas que controla el drenaje. Morfométricamente este bloque se comporta también con una gran variabilidad. Los valores de isobasitas hacia el norte y este oscilan entre 100-150 m para el segundo orden y de 50-150 m para el tercero, mientras para el sector sur estos valores son de 450 m y 350 m respectivamente. La disección vertical alcanza valores de 460 m/km2 descendiendo hasta 290 m/km2 y 240 m/km2 al este y norte respectivamente. En el estudio microtectónico se hicieron evidentes las diferencias existentes entre el norte y el sur del bloque Cupey a partir de la falla El Medio de dirección N40ºE, que divide al bloque en dos sub-bloques con agrietamiento orientado en las direcciones N50ºW y N30ºW para el sub-bloque Cupey Norte y N50ºE y N90ºE para el sub-bloque Cupey Sur, que evidencian conjuntamente con algunos elementos de campo y morfológicos, como es la rotación en la orientación de las divisorias y la presencia y desplazamiento de escarpes, que el sub-bloque norte giró en sentido antihorario respecto al sub-bloque sur con un ángulo aproximado de 30º. Este bloque aparece subdividido en cinco sub-bloques menores a través de las fallas El Medio, Cupey y Jiguaní con valores morfométricos diferenciados. Los sub-bloques Cupey Norte y Sur quedan bien caracterizados en este trabajo, no ocurriendo lo mismo para los situados al sudeste debido a la ausencia de información geodésica y trabajos de campo. Neotectónica. En el estudio sismotectónico de la Central Hidroenergética Toa-Duaba realizado por la Empresa Integral de Proyecto de la Industria Básica [84], se realiza un análisis de los movimientos neotectónicos para la región oriental del país, correspondiendo al área del presente trabajo con lo que los autores allí denominan Levantamiento Moa - Baracoa, al cual caracterizan por intensos movimientos verticales que no han sido uniformes ni espacial ni cronológicamente. En el análisis ellos consideran la existencia de una etapa de relativa tranquilidad tectónica con formación de superficies de nivelación que corresponde al intervalo Oligoceno Superior-Plioceno, posterior a los desplazamientos 69 �A. Rodríguez Infante horizontales; y parten de la afirmación de que en este periodo la región constituía una zona sumergida bajo el nivel del mar, lo que indica la magnitud de los movimientos de ascenso, al encontrarse los sedimentos de origen marino desplazados centenares de metros de su posición original, quedando por efecto de esos levantamientos la zona dividida por fallas nuevas o rejuvenecidas que le dan al territorio un carácter de mosaico irregular. Aún cuando no compartimos íntegramente las conclusiones antes referidas, partiendo del hecho de que la supuesta estabilidad tectónica no fue tan estable ni tan duradera, debido al ambiente geotectónico regional imperante desde el Eoceno Medio-Superior, cuando se inician los desplazamientos de la Placa del Caribe hacia el este respecto a la Norteamericana, que han provocado fuerzas de empuje transversal, en estas investigaciones se ha hecho evidente y corroborado que la etapa neotectónica se caracteriza por el predominio de movimientos verticales de ascenso. En el desarrollo de este capítulo, en la caracterización de las fallas a través de los principales criterios que permitieron su clasificación; y en la descripción de los bloques morfotectónicos del territorio, se hizo referencia a un conjunto de parámetros que a su vez son criterios para caracterizar la tectónica reciente y corroboran lo afirmado anteriormente. Dentro de esos criterios los más importantes son: • Alineación y desplazamiento de la línea de costa actual, lo que puede notarse con claridad en la zona litoral comprendida desde Bahía de Cayo Moa hasta la desembocadura del río Quesigua, formándose en el plano una estructura escalonada con tramos de hasta tres kilómetros de longitud, mostrado en el anexo gráfico No.4. • Desplazamiento e interrupción de la barrera arrecifal coralina, lo que se observa al norte de la Bahía de Yaguaneque, Punta de Piedra, frente a Punta Cabagán, Bahía de Cayo Moa y frente a la desembocadura del río Quesigua. • Desplazamiento de zonas parálicas cuaternarias y límites rectilíneos de las mismas, lo cual ocurre en toda la zona pantanosa litoral. • Formación de escarpes rectilíneos con pendientes mayores a 30º en contacto con zonas de pendiente suaves y en ocasiones formación de facetas triangulares o trapezoidales lo que se puede observar en la zona de Conrado, ladera oriental del Cerro Miraflores, periferia de la Sierra del Maquey y al noroeste del Alto de La Calinga. 70 �A. Rodríguez Infante • Encajamiento de valles fluviales, por ejemplo los ríos Calentura y Moa alrededor de la zona de Nuevo Mundo y del río Jiguaní al sureste. • Desplazamiento lateral de valles fluviales, fenómeno que alcanza su máxima expresión en la desembocadura del río Cayo Guam y en el río Cabaña. • Acodamientos sucesivos de cursos fluviales con trazos rectilíneos, lo que ocurre en todos los ríos del territorio y con carácter marcado en los cauces de los ríos Cananova, Cabaña, Quesigua y Jiguaní. • Desplazamiento de líneas divisorias o partes de aguas principales, como ocurre en El Cerro de Miraflores. • Desplazamiento de zonas geomorfológicas. • Posición hipsométrica anómala de depósitos fluviales del Cuaternario. Un ejemplo de esto lo constituyen los depósitos conglomeráticos de génesis fluvial en la margen occidental del río Cayo Guam, los cuales aparecen 40 m por encima del nivel del valle actual. • Valores hipsométricos y morfométricos marcadamente diferentes sobre igual litología a ambos lados de una línea de falla, por ejemplo entre ambas márgenes del río Moa. • Desplazamiento de formas de relieve. Este es uno de los criterios de mayor frecuencia de presentación en el territorio y se observa asociado a casi todas las fallas descritas para el segundo y el tercer sistema de estructura, pero en particular queremos referirnos a los desplazamientos originados por las fallas Cayo Guam y Miraflores que además de provocar desplazamientos horizontales ponen en contacto brusco zonas geomorfológicas diferentes. Esto se nota con claridad en el anexo gráfico No.2. • Ocurrencia de actividad sísmica, la cual se ha manifestado a través de dos eventos de magnitudes moderadas en los años 1992 y 1994, [108] y numerosos de magnitudes pequeñas registrados instrumentalmente. Después de haber realizado la caracterización de las estructuras tectónicas y los principales índices de los movimientos neotectónicos que le dan un carácter activo contemporáneo a la tectónica regional, se puede hacer referencia a las condiciones geotectónicas imperantes. 71 �A. Rodríguez Infante En los estudios neotectónicos y geomorfológicos regionales que se han consultado de forma unánime se reconoce la existencia de movimientos de levantamientos que caracterizan la geodinámica actual del territorio, coincidiendo todos en señalar a la zona de El Toldo como el sector de máximo ascenso relativo sin embargo, no se hace referencia a otras formas de movimientos actuales. Si bien es cierto que en estas investigaciones es aceptada como válida la existencia de movimientos predominantes de ascenso en la región, se han encontrado evidencias de hundimiento relativo y de desplazamientos horizontales a través de las fallas activas o reactivadas que dividen los bloques morfotectónicos, y que han sido tratados individualmente en este trabajo para cada estructura. Estos movimientos neotectónicos en la región ocurren como consecuencia del empuje del Bloque Oriental Cubano contra la Plataforma de Bahamas, en la zona de sutura, debido al campo de esfuerzos compresivos [7] generado a través de los movimientos transformantes entre la Placa Norteamericana y la Placa del Caribe, que se desplazan entre si con una velocidad absoluta de 20 mm / año [ Lundgre y Russo, 1996 ], o 15 mm / año [ Mann y otros ]. Estos esfuerzos al mismo tiempo que generan para la región la formación de nuevas estructuras tectónicas, provocan la reactivación de estructuras surgidas bajo condiciones geodinámicas diferentes, tal y como ocurre con las fallas del sistema noreste y norte-noroeste, que genéticamente están asociadas al proceso de obducción del arco volcánico cretácico sobre el paleomargen de Bahamas y que bajo las condiciones transpresivas actuales, constituyen planos a través de los cuales ocurren desplazamientos horizontales. Este mecanismo de reajuste de la corteza por choques y desplazamientos al mismo tiempo que produce movimientos rotacionales, levantamientos y hundimientos relativos de unos bloques respecto a otros, origina también dentro de una misma morfoestructura movimientos diferenciales, tal como se evidencia en el bloque Cabaña, donde alrededor de un eje subhorizontal de orientación noreste ocurre el basculamiento. En la caracterización realizada de los bloques morfotectónicos se estableció el sentido fundamental de los desplazamientos horizontales y verticales de cada uno como se muestra en el anexo gráfico No.5, quedando además establecido que en la región predominan condiciones tectónicas que generan levantamientos diferenciados, reflejándose los máximos levantamientos en el bloque El Toldo, que constituye el 72 �A. Rodríguez Infante núcleo hórstico central del territorio, flanqueado por un conjunto de grabens y horts tectónicos menores, que al mismo tiempo se desplazan lateralmente y que llegan incluso en ocasiones a rotar. Conclusiones. Como conclusiones de este capítulo se puede resumir que la tectónica del territorio en la cual queda enmarcada el área de las investigaciones tiene un carácter activo, donde se observan estructuras correspondientes a cuatro estadios geotectónicos, que se manifiestan con diferente grado de nitidez y reflejo en el relieve, correspondiendo a las fallas formadas durante el proceso de obducción del arco volcánico con el paleomargen de Bahamas en el periodo Paleoceno - Eoceno Medio ( ?? ) el papel más importante en el estilo tectónico, al constituir los límites de los bloques morfotectónicos actuales y ser a través de ellas que ocurren los principales movimientos neotectónicos. Las fallas de deslizamiento por el rumbo - strike-slip - originadas durante el Eoceno Medio-Superior, constituyen planos a través de los cuales ocurren importantes 73 �A. Rodríguez Infante desplazamientos laterales y las principales rotaciones de los bloques y sub-bloques del territorio, las que se caracterizan por el sentido antihorario de los sectores situados al norte respecto a los ubicados al sur de los planos de fractura. El cuarto sistema está conformado por las fracturas surgidas bajo las condiciones expansivas o descompresivas de las zonas periféricas de los bloques de máximo levantamiento. Las estructuras más antiguas del territorio que corresponden con los sistemas de grietas y fallas que afectan y contactan a las secuencias ofiolíticas entre si y con las formaciones precedentes, son las de menor reflejo en el relieve actual y se considera mantienen un carácter pasivo en la geodinámica contemporánea. Como resultado de los movimientos ocurridos a través de las estructuras falladas el territorio quedó dividido en nueve bloques y un total de trece sub-bloques morfotectónicos, que en forma de mosaico se desplazan en un sistema de horts y grabens escalonados con sectores locales de rotación y que en conjunto conforman un gran bloque en ascenso. CAPITULO III 74 �A. Rodríguez Infante CAPITULO III: EVALUACION DE RIESGOS DE ORIGEN TECTONICO. Introducción. Metodología para el Análisis de Riesgo. Amenaza Natural. Riesgos Específicos. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Conclusiones. Introducción. Uno de los problemas mas serio que enfrenta el hombre en la actualidad y en particular en los países subdesarrollados es el deterioro del medio ambiente dado por .....la anárquica utilización espacial del territorio, ... el uso de las tierras y las instalaciones industriales en donde no se han considerado las potencialidades naturales de los paisajes que los sustentan. La búsqueda de métodos tendientes a solucionar todos estos problemas incumbe a muchas disciplinas científicas, donde el carácter abarcador y multifacético de la investigación .... geoecológica del medio ambiente se reconoce actualmente como fundamento teórico y metodológico en el ordenamiento funcional para la búsqueda de soluciones de problemas de variada índole.[22]. Es por ello que en la planificación integral del desarrollo socio económico e incluso para la optimización espacial territorial se hace imprescindible el estudio geológico profundo que permita conocer no sólo la posición, cantidad y calidad de las reservas minerales, sino también la dinámica de los procesos que ocurren y que constituyen una amenaza en la región. En muchos casos se observa una tendencia a considerar la información geológica estática, sustentando las investigaciones medio ambientales e incluso, la proyección de las construcciones sobre la base de la información aportada por un mapa geológico con frecuencia de carácter regional, lo que conlleva necesariamente a la incorrecta valoración de la magnitud de los riesgos a los cuales se enfrenta el hombre y que lo ponen en peligro a él y a la obra construida. 75 �A. Rodríguez Infante Este problema se encuentra con frecuencia en el municipio de Moa, a pesar del gran número de profesionales del campo de la geología y la minería que en el laboran y habitan, por lo cual, en el inicio de estas investigaciones se propuso como objetivo determinar los sectores de máximo riesgo ambiental a partir de la incidencia que tiene en ello la geodinámica contemporánea y de esta forma, contribuir al conocimiento geológico del territorio, donde el crecimiento económico dado por la apertura comercial y el desarrollo de la industria, junto a las consecuentes variaciones poblacionales y de infraestructura social, exigen la explotación racional de sus recursos naturales así como la integración de consideraciones ambientales en las políticas de planificación del desarrollo como condición indispensable para fomentar el desarrollo sostenible. [22]. Metodología para el Análisis de Riesgo. Partiendo del conocimiento de la existencia de actividad tectónica en el territorio a través del estudio geológico que del mismo se ha realizado y por la manifestación de fenómenos asociados con dicha actividad, se hace necesario y a la vez posible valorar el grado de vulnerabilidad real del medio y realizar propuestas de optimización espacial para prevenir las consecuencias de su actuación o mitigar sus efectos negativos. En el primer capítulo de estas memorias se expone la metodología general de las investigaciones realizadas y se señala, como una de las tareas de la cuarta etapa la confección del mapa de riesgos tectónicos a partir del conocimiento de las estructuras y el estilo geotectónico del territorio. En los inicios de las investigaciones no se contó con una metodología establecida debido a que no es frecuente la evaluación del riesgo tectónico tratado de forma independiente dentro del estudio medio ambiental y en ocasiones se analiza de forma específica para determinadas estructuras o fenómenos locales como por ejemplo, un deslizamiento de tierra o afectaciones en obras construidas. Sin embargo en el territorio de Moa, debido a la gran incidencia de las deformaciones tectónicas del subsuelo y el crecimiento acelerado de las inversiones relacionadas con el desarrollo de la actividad minera y por ende industrial y social, es imperante la necesidad de valorar los riesgos de origen tectónico, por lo que en este capítulo se pretende, además de evaluar el riesgo medioambiental, dejar establecida una metodología que pueda ser aplicada en otras áreas de interés, la que se explican a continuación a través de la tres etapas de trabajo que la integran. 76 �A. Rodríguez Infante Etapa preliminar: Consiste en la recopilación, estudio e interpretación de la información que sobre las características geólogo-tectónicas y ambientales existan del territorio, con el objetivo de poder determinar en sus inicios la existencia de amenaza real de génesis tectónica así como los principales problemas que se tienen que enfrentar y las áreas por diferentes grados de complejidad, para de esta forma poder realizar la planificación y organización de los trabajos, seleccionar los métodos a usar y los recursos materiales y humanos requeridos para la tarea. Etapa experimental: Consiste en la aplicación de los diferentes métodos de investigación seleccionados según el grado de estudio y complejidad geólogogeomorfológica y ambiental del territorio, que permitan la identificación y selección de los posibles impactos ambientales generados por la actividad tectónica, destacándose los factores o elementos del medio ambiente susceptibles de ser alterados o modificados, estableciéndose así la relación causa-efecto. La magnitud del trabajo a desarrollar en esta etapa estará en dependencia fundamentalmente del estudio precedente realizado. Si este no corresponde a las exigencias de la investigación que se planifica en cuanto a la escala, grado de detalle y actualidad, debe garantizarse el estudio geólogo-tectónico y geomorfológico que podrá realizarse a través de los diferentes métodos del cartografiado geológico. Consideramos necesario sugerir, que teniendo en cuenta la necesidad de hacer mas económicas las investigaciones científicas, la aplicación de los métodos morfométricos y de fotointerpretación geólogo-geomorfológica, garantizan la determinación de las principales estructuras tectónicas e incluso en ocasiones, con una mejor exactitud del cartografiado, reduciéndose el trabajo de campo a las comprobaciones y mediciones de los elementos de yacencia, sentido de desplazamiento e índices de la actividad neotectónica, lo que se realiza en conjunto con la determinación de si constituye o no una amenaza al medio ambiente natural o construido y de ahí a la evaluación de los posibles riesgos. Si por el contrario, el territorio ha sido estudiado a la escala y grado de detalle equivalente al de la investigación medio ambiental, esta etapa se simplifica, limitándose a profundizar en la interpretación geólogo-tectónica y comprobaciones en caso de que fuera necesario. No se debe obviar como ocurre con frecuencia en otros trabajos geológicos, la importancia de la geomorfología a través del estudio tanto de las macro como de las microformas del relieve, pues es a partir de estas que se ponen de manifiesto los agentes de riesgo. 77 �A. Rodríguez Infante Después de conocidas las principales estructuras que constituyen una amenaza se procede a la evaluación de cada una de ellas en dependencia de sus características propias como posición espacial, sentido y magnitud de los desplazamientos que ocurren a través de sus planos de fractura, características del relieve en su entorno y los elementos en riesgo, ya sean naturales o construidos para determinar el riesgo específico que puede ocurrir. En la evaluación del riesgo de un territorio hay que tener en cuenta además de la amenaza natural latente en el mismo, su vulnerabilidad, para poder determinar el riesgo específico y con este y los elementos en riesgo, poder determinar el riesgo total según la fórmula propuesta por Varnes D. J., en 1984 [24]. Rt = Rs ⋅ Er Rs = H ⋅ V Rt = H ⋅ V ⋅ Er Donde: Rt : Riesgo total. Rs: Riesgo específico. H: Amenaza natural. V: Vulnerabilidad. Er: Elemento en riesgo. Etapa de Gabinete: Consiste en la confección del mapa de riesgo del territorio estudiado a partir de toda la información obtenida de los métodos aplicados en las etapas anteriores y el informe técnico de la investigación. Debe garantizarse que el resultado que se presente no constituya un simple inventario de causas y efectos de los procesos tectónicos en el medio ambiente, sino que vaya acompañado de un conjunto de medidas o al menos, de las recomendaciones que faciliten la aplicación práctica de los resultados de la investigación que permitan evitar o mitigar los daños. En la evaluación de los riesgos, así como en la representación cartográfica de los mismos se debe tener en cuenta no solo los daños presumibles a ocurrir por efecto directo de los movimientos tectónicos, sino también aquellos que siendo de otra naturaleza pueden manifestarse a través de los mismos. Un ejemplo de esto lo constituye el volumen de los daños originados por incendios durante la ocurrencia de un terremoto, lo que no es consecuencia directa del proceso en si. 78 �A. Rodríguez Infante En estas investigaciones, al existir un estudio geológico regional actualizado a escala 1: 100 000, el trabajo geológico se redujo a la interpretación de las fotografías aéreas y cartografiado a la escala 1: 50 000, mientras que el estudio geomorfológico tuvo como base los métodos morfométricos y de fotointerpretación con las comprobaciones de campo en las áreas que así lo requerían. En la determinación del grado de actividad de las estructuras se utilizaron los criterios geológicos y geomorfológicos convencionales y la información geodésica cíclica. Por último, para la evaluación de los elementos en riesgo se utilizó la base topográfica actualizada a escala 1: 25 000 donde aparecen reflejadas las instalaciones socioeconómicas del territorio. Amenaza Natural. Para analizar las diferentes zonas susceptibles a riesgos ante la ocurrencia de procesos tectónicos debe conocerse en primer lugar la amenaza natural originada por estos procesos. Como amenaza natural ( Hazard ) se entiende la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno dañino potencial dentro de un lapso específico de tiempo y en un área determinada [57]. En el caso concreto que se investiga la amenaza va a estar condicionada por el grado de actividad tectónica del territorio, para el cual quedaron establecidos los principales sistemas de fracturas y dentro de estas fueron caracterizadas por su posición y sentido del desplazamiento que ocurre a través de sus planos, aquellas fallas consideradas activas y que desempeñan un papel fundamental en los procesos geodinámicos contemporáneos. Estos procesos geodinámicos, como se concluyó en el anterior capítulo se van a caracterizar por la tendencia general al levantamiento, lo cual se viene manifestando desde el Mioceno Medio hasta la actualidad dado por las condiciones geotectónicas regionales que provocan el empuje en dirección norte-noreste del Bloque Oriental Cubano. Esta tendencia general no se pone de manifiesto por igual en todos los sectores emergidos de la corteza terrestre pues se ha hecho evidente que los movimientos verticales no mantienen igual magnitud ni velocidad en todos los puntos, encontrándose unos bloques más levantados - El Toldo - y otros con movimientos relativos de descenso como los bloques Cabaña y Cananova. También se hizo evidente que para un mismo bloque morfotectónico el sentido de los desplazamientos no es constante, pudiendo variar en el tiempo y estar además acompañado por movimientos horizontales e incluso rotacionales. 79 �A. Rodríguez Infante A todo lo anterior se le añade como elemento de vital importancia y que a su vez, constituyó el motivo por el cual se iniciaron las presentes investigaciones, la ocurrencia de movimientos telúricos en el marco regional. La actividad sísmica en la región se justifica a partir de la posición geólogo-estructural que la misma ocupa al estar bordeada por tres zonas sismogeneradoras coincidentes con fallas profundas que constituyen límites intra o interplacas como se muestra en la figura No.10. Estas tres zonas son: Zona sismogeneradora Oriente ( Bartlett ): Está asociada a la falla transcurrente Bartlett-Caimán de dirección este-oeste que constituye el límite entre las placas Norteamericana y Caribe. A esta zona corresponde la más alta sismicidad de toda Cuba y con ella se encuentran asociados los terremotos de mayor intensidad con epicentros en el archipiélago cubano. La intensidad máxima pronóstico promedio para la zona es de VIII grados en la escala MSK, llegando hasta IX en el sector SantiagoGuantánamo [83]. La magnitud máxima por su parte es de 8 grados en la escala Richter. Zona sismogeneradora Cauto - Nipe: Está asociada a la zona de fractura de igual nombre, con dirección sudoeste-nordeste desde las inmediaciones de Niquero hasta la bahía de Nipe. Constituye un límite intraplaca que separa al Bloque Oriental Cubano del resto de la isla. La potencialidad sísmica de esta zona alcanza los siete grados en la escala Richter, mientras que la intensidad sísmica, según el mapa complejo de la Región Oriental de Cuba [83] señala valores entre VI y VII grados MSK. Zona sismogeneradora Sabana: Se encuentra asociada a la falla Sabana o Norte Cubana por algunos autores o zona de sutura entre el Bloque Oriental Cubano y la Placa Norteamericana, presentando un contraste significativo entre el borde nororiental cubano y la depresión submarina del canal viejo de Las Bahamas. La potencialidad sísmica es variable en el rango de VI a VII grados MSK, alcanzando sus máximos valores hacia su extremo oriental. Los principales focos sísmicos de la zona se localizan en los puntos de intersección de ésta con las fallas de dirección noreste y noroeste que la cortan. Con los criterios anteriormente descritos se puede resumir que la amenaza natural del territorio originada por los movimientos tectónicos es alta y se pone de manifiesto a través de dos mecanismos fundamentales: 80 �A. Rodríguez Infante Movimientos lentos variables en el tiempo que de forma progresiva van alterando el medio físico. Agente preparatorio. Movimientos violentos de corta duración - sismos - que de forma brusca y en ocasiones catastróficas afectan el medio. Agente inmediato. Riesgos Específicos. Después de analizados los mecanismos tectónicos que constituyen una amenaza en el entorno regional es posible realizar la evaluación de los riesgos directos e indirectos que tienen su génesis en estos procesos. Según la terminología específica utilizada [57],se denomina riesgo específico a los daños esperados debido a la ocurrencia de un fenómeno natural. En este caso, se conocen los puntos a través de los cuales se ponen de manifiesto con mayor intensidad los procesos tectónicos, que son aquellos que coinciden con los planos de fracturas activas y las zonas periféricas de los bloques de mayor levantamiento haciéndose posible entonces determinar los daños esperados y dentro de estos aquellos que constituyen un riesgo al medio ambiente natural, al medio ambiente social o al medio ambiente construido, siendo frecuente la simultaneidad de sus efectos. También hay que tener en cuenta el surgimiento de riesgos indirectos al actuar los movimientos tectónicos sobre los elementos en riesgo que provocan reacciones en cadena y repercuten en la calidad ambiental. En la descripción que se hace a continuación se especifican cada uno de los riesgos específicos que pueden ocurrir en el medio ambiente natural, construido y social. Riesgos en el Medio Ambiente Natural. Por constituir la amenaza un agente de carácter natural, los riesgos ocurridos en este medio presentan un carácter primario y condicionador directo o indirecto de los daños ocurridos en el medio construido y social. Los principales riesgos de carácter natural posibles a ocurrir en el territorio por los agentes tectónicos son: Deslizamientos: Constituyen importantes procesos de la dinámica superficial inducidos por la aceleración gravitacional, condicionada por factores geológicos, geomorfológicos y climáticos desde el punto de vista natural y por la actividad antrópica que en su 81 �A. Rodríguez Infante proceso constructivo rompe con frecuencia el equilibrio natural en las superficies inclinadas creando taludes artificiales inestables. Los movimientos tectónicos actúan de forma directa sobre los materiales que constituyen las superficies inclinadas aumentando la fuerza motriz, al mismo tiempo que provocan la reducción de la resistencia interna del material, de forma indirecta las variaciones del manto freático originadas por estos movimientos pueden ocasionar la ocurrencia de deslizamientos por cambios en las condiciones geomecánicas del material y perdida de la cohesión interna [9]. Cuando la actividad tectónica se pone de manifiesto de forma lenta, el cambio progresivo del nivel hipsométrico, fundamentalmente en los bloques de falla que se levantan, provoca la ruptura del equilibrio de la pendiente y por ende la intensificación de los procesos denudativos, provocando arrastres de suelos, caídas, slides y flujos, pero a través de movimientos relativamente lentos que hacen posible la aplicación de medidas técnicas preventivas. Desde el punto de vista económico los principales perjuicios están asociados a la obstrucción de vías de comunicaciones, daños en obras construidas cercanas al talud y afectaciones agrícolas. Sobre el medio ambiente natural los efectos se hacen sentir a mas largo plazo, provocando la remoción del suelo y dentro de este a la cobertura vegetal mas superficial, con la consecuente alteración de la vegetación y por ende del equilibrio ecológico. Estos mismos efectos pero de forma violenta y en magnitudes variables en dependencia de la magnitud del proceso se presentan bajo la ocurrencia de actividad sísmica, haciéndose imposible la aplicación de medidas contentivas inmediatas, pudiendo provocar la pérdida de vidas humanas. En la evaluación dentro del territorio de Moa se determinaron las áreas de posible ocurrencia de deslizamientos asociados a la actividad tectónica a partir de la búsqueda de las estructuras escarpadas asociadas a los planos de fallas activas, tipo de suelo sobre el cual se encuentran, grado de la pendiente y sentido del desplazamiento calculándose en cada caso el riesgo total esperado de forma directa ante la ocurrencia de cada uno de los mecanismos de amenaza. Dentro del territorio las áreas de mayor riesgo ante este fenómeno son las laderas orientales y occidentales de Río Moa en su curso medio, las vertientes del río Cayo Guam en la parte alta occidental y la vertiente noroeste del río Jiguaní, en todos los casos asociados a las fallas homónimas que 82 �A. Rodríguez Infante controlan tectónicamente el drenaje de estos ríos y en la ladera oriental del Cerro Miraflores, en la zona de escarpe de falla. Finalmente se debe aclarar que de forma local este riesgo está también presente en otros bloques con movimientos relativos mínimos de ascenso, asociado a superficies de pendientes anómalas de origen natural como son los escarpes de fallas o antrópico como los taludes de la cortina de contención de las presas de colas. Aumento de la erosión de suelos: Los procesos erosivos de suelo tienen entre los factores condicionantes la dinámica del medio, la que está determinada por la posición hipsométrica del suelo y el nivel de base de erosión, estableciéndose un gradiente erosivo que tiende a hacerse mínimo a medida que se alcanza el estado de equilibrio. Cualquier agente que provoque la ruptura de ese equilibrio altera la relación erosión sedimentación, dentro de esos agentes se encuentran los movimientos tectónicos. El levantamiento de un bloque de la corteza terrestre aumenta la dinámica de los agentes denudativos - en el caso particular del área de trabajo el escurrimiento superficial y fluvial - intensificando el proceso de arrastre de sedimentos sueltos hacia las partes mas deprimidas, donde ocurre la acumulación ya sea con carácter temporal o definitivo. Si a esta ruptura del equilibrio originada por causas tectónicas le sumamos la intensa meteorización de las rocas debido a las condiciones climáticas y litológicas que originan un gran volumen de material suelto en la superficie y cerca de esta, más el hecho de que en ocasiones esas superficies se encuentran descubiertas debido a la actividad minera o a los procesos constructivos, se hace evidente la importancia de los procesos erosivos en el territorio. La erosión por si misma tendrá como efecto directo la degradación de los suelos mineros y agrícolas con el consecuente daño a la cobertura vegetal y por tanto al equilibrio ecológico pero a su vez, al provocar un aumento del volumen de carga física transportada por los ríos da lugar a la colmatación de los depósitos fluviales de cauce y desembocadura, responsables del surgimiento de áreas anegadas que a su vez originan afectaciones en el medio ambiente construido, obstruyendo desagües naturales o artificiales y en el caso específico de Moa, colmatando las dársenas y bocana portuaria. En la evaluación de riesgos en el área fueron señalados los sectores más afectados por la erosión, los que se encuentran asociados a los bloques de máximos levantamientos, siendo mayor el riesgo para los bloques El Toldo y Moa que además 83 �A. Rodríguez Infante de estar sometidos a los máximos ascensos tectónicos, están afectados por la actividad minera, lo que origina extensas áreas descubiertas y exceso de detritos rocosos sueltos acumulados en las escombreras. Por otra parte, el proceso de colmatación se hace mas intenso en las partes bajas y desembocaduras de los ríos Moa, La Veguita, Cayo Guam y Yagrumaje por constituir estos los principales canales de arrastre de la carga física, la que se acumula temporalmente en los pies de monte y finalmente es arrastrada hacia la zona litoral, donde por efecto de las corrientes marinas locales se distribuyen por el fondo marino, constituyendo la bocana del puerto de Moa el receptáculo idóneo para su acumulación. Al analizar el aumento del material terrígeno aportado por los ríos al mar en la zona comprendida entre el litoral y la barrera arrecifal hay que tener en cuenta que de forma indirecta esto puede provocar alteraciones en la biota típica del medio, al aumentar la turbidez de las aguas y cambios en su composición química, lo que es de difícil control por el carácter limitado de la circulación con el mar abierto. Alteración del manto acuífero: Este riesgo está originado por el cambio de posición del manto freático por el levantamiento del área, lo que conlleva al aforo natural del mismo al ser cortado por la superficie topográfica, generando una pérdida adicional que puede ocasionar un desequilibrio entre la alimentación y la descarga, alterándose el ciclo hidrogeológico. De forma directa y con resultados similares a los anteriormente descritos puede ocurrir la disminución del área de alimentación cuando esta no depende sólo de la infiltración de las aguas meteóricas, sino de su conexión con fuentes de aguas corrientes fluviales o embalses naturales. En ambos casos, la disminución del volumen de agua en el manto provoca la alteración de las características geomecánicas de suelos y rocas al mismo tiempo que alteran el comportamiento químico y dinámico de estas aguas, repercutiendo directamente sobre el medio ambiente. Al no haberse realizado estudios hidrogeológicos durante la realización de las presentes investigaciones sólo se señalan posibles áreas de afectación del manto freático, siendo la más extensa la correspondiente al extremo centro oriental, en la parte alta de los bloques El Toldo y Cupey, sin hacerse referencia a la magnitud de los posibles daños. 84 �A. Rodríguez Infante Ruptura del suelo con formación de grietas de separación: Este fenómeno se pone de manifiesto a través de la actividad sísmica de gran magnitud o por la ocurrencia del llamado “colapso” de las arcillas por cambios en el comportamiento geomecánico, debido a variaciones hídricas y cargas externas. Sus efectos negativos repercuten sobre la actividad constructiva y en la conservación de los suelos. Ruptura del equilibrio ecológico: Este riesgo ocurre como consecuencia indirecta de otros riesgos del medio ambiente natural como deslizamientos y aumento de la erosión y por efectos de riesgos de medio ambiente construido como derrame de productos químicos por rotura de plantas, conductores y almacenes. Al mismo tiempo las alteraciones ecológicas afectan directamente el medio ambiente social. Este fenómeno puede aparecer en cualquier sector del territorio con diferentes magnitudes del daño, debiendo hacerse mención especial a las posibles afectaciones a la barrera coralina que bordea todo el litoral norte del territorio y que en caso de destrucción por agente directo que originen localmente su hundimiento o levantamiento brusco o por agentes indirectos como la concentración anómala de elementos químicos dañinos en el medio, originaría efectos destructores de envergadura para el medio físico y en particular a los asentamientos poblacionales que por lo general se encuentran ubicados en la zona litoral. Riesgos al Medio Ambiente Construido. Dentro de estos riesgos se han incluido todos los daños que puede provocar el agente tectónico sobre las obras construidas por el hombre y que comúnmente se clasifican en sociales, económicas y socioeconómicas como son las carreteras, sistemas de alcantarillado, instalaciones eléctricas, conductores de agua y de productos químicos. Los principales daños a ocurrir en este medio son los siguientes: Deformación o ruptura de las edificaciones sociales y económicas: Este fenómeno ocurre debido a las tensiones a que es sometido el subsuelo por las fuerzas tectónicas directamente o por acción de otros riesgos como los deslizamientos o alteración del manto acuífero, que provocan la ocurrencia de asentamientos, llegando incluso al derrumbe total en caso de acción continuada de estas fuerzas o por la ocurrencia de actividad sísmica con eventos de magnitudes superiores a las utilizadas en el proyecto constructivo. 85 �A. Rodríguez Infante No obstante estar expuestas todas las construcciones del municipio a este riesgo ante la actividad telúrica, en proporción directa con la magnitud de los sismos, ante la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos lentos –agente preparatorio- este fenómeno adquiere mayor importancia dentro de la ciudad de Moa, en toda la zona construida siguiendo la línea de falla Cabaña; en las instalaciones de la fábrica Comandante Ernesto Che Guevara al ser cortada por la falla La Veguita; la zona portuaria, cortada por la falla La Vigía y el área de construcción de la nueva planta en Las Camariocas que es cortada por numerosas estructuras disyuntivas activas como las fallas Punta Gorda y Quemado del Negro en su parte septentrional y meridional, y Cayo Guam y Quesigua en la occidental y oriental respectivamente. Derrame de productos químicos: Este fenómeno está dado por la ruptura de las instalaciones en las que estos se almacenan o de los conductores que frecuentemente se usan para su transportación. Este riesgo de tipo indirecto alcanza su máxima peligrosidad ante la ocurrencia de terremotos, pero no dejan de ser una amenaza potencial los movimientos lentos, ya que al igual que en el caso anterior la ocurrencia de asentamientos van deformando continua y progresivamente las estructuras, llegándose a la ruptura. Este fenómeno alcanza su máxima peligrosidad en el puerto de Moa al encontrarse allí almacenados productos altamente nocivos al medio como combustibles, amoniaco y azufre, asentadas parte de sus construcciones sobre el extremo septentrional de la falla Moa en su tramo La Veguita, no debiendo excluirse los posibles derrames o emisiones contaminantes en las plantas metalúrgicas si no se toman medidas con los movimientos diferenciales que provocan asentamientos y posibles rupturas de sus instalaciones. En el caso específico del amoniaco que posee una alta velocidad de propagación por el viento, es preciso tomar en consideración que las direcciones de los vientos para el territorio tienen orientaciones fundamentales noreste y este-sureste como se muestra en la figura No.11, [55]. por lo cual ante el escape de gases sus efectos serian inmediatos sobre la principal zona de asentamiento poblacional. Afectaciones en los embalses de agua: Este riesgo debe constituir una preocupación constante para los organismos responsabilizados con la explotación de la obra y del 86 �A. Rodríguez Infante Figura No.11: Dirección promedio anual de los vientos en la zona de Moa. gobierno municipal del territorio, debido a que la presa Nuevo Mundo ocupa una posición crítica en la tectónica local, al estar construida en un nudo estructural en la zona de intersección de las fallas Moa, Maquey y Caimanes donde se han observado desplazamientos horizontales y verticales. Su posición hipsométrica y geográfica también la hacen altamente vulnerable. Las afectaciones en estas estructuras - presa y derivadora - pueden estar ocasionadas tanto por los movimientos lentos que en sentido diferencial actúan entre ambos bloques en que está situada la misma, como por la actividad sísmica, llegando en este último caso a alcanzar el riesgo magnitudes catastróficas. Daños en las vías de comunicaciones: Este fenómeno se manifiesta de forma directa por rupturas continuas en los tramos en que éstas se interceptan con las estructuras activas o indirectamente por afectaciones en la viabilidad cuando son obstruidas por los deslizamientos de tierra, constituyendo un fenómeno de alta peligrosidad. Las mayores afectaciones se localizan en los tramos de la carretera Sagua de Tánamo a Moa en la zona de intersección con las fallas Miraflores, Cananova y Cabaña y en la carretera Moa-Baracoa en los puntos de intersección con las estructuras La Vigía, La Veguita, Cayo Guam, Quesigua, El Medio, Cupey y Jiguaní. Ruptura de instalaciones de abasto de agua, electricidad y servicio telefónico: Estos daños se presentan en los sectores donde estas instalaciones se interceptan con las 87 �A. Rodríguez Infante estructuras activas o de forma indirecta por la acción de otros agentes como los deslizamientos al empujar y desplazar los postes del tendido de cables o empalmes de tuberías. En el caso específico del agua hay que tener en cuenta la influencia que tiene la alteración del manto acuífero y la posible contaminación del mismo por derrame de productos químicos. Este riesgo puede aparecer indistintamente en cualquier punto del territorio donde se desarrolla la actividad socio económica. El grado de vulnerabilidad o magnitud de los daños que sobre este medio originan los movimientos tectónicos estará en dependencia del agente de riesgo - preparatorio o inmediato - y de las características constructivas de los objetos de obra, como son su grado de complejidad estructural, tipología, dimensiones y materiales con los cuales fue construida. En cuanto a la posición de la obra respecto a las estructuras y bloques morfotectónicos es evidente que aquellas asentadas directamente sobre las estructuras activas son más vulnerables a los efectos de las deformaciones tectónicas al igual que aquellas situadas en los sectores periféricos, ya sean interiores o exteriores de los bloques de máximo levantamiento. Cuando su localización corresponda con la zona límite interior del bloque más levantado los daños tendrán su origen asociado a la descompresión y pérdida de la sustentación influenciada por aumento de la intensidad de los procesos erosivos e incluso por la ocurrencia de deslizamientos. Si por el contrario se encuentra ubicada en la zona periférica exterior al bloque en ascenso, las afectaciones van a estar dadas por el empuje del material erosionado en los niveles superiores y acumulados en su base en el proceso de colmatación de sedimentos y de posible saturación y anegación de los suelos por las aguas. Bajo la ocurrencia de movimientos tectónicos lentos los daños originados sobre las obras ya construidas pueden ir siendo amortiguados con medidas ingenieriles que mitiguen los efectos destructivos. Ante la ocurrencia de movimientos telúricos la situación se hace más crítica. Las formas de evitar los efectos dañinos varían desde el establecimiento de un programa de educación y preparación de la población ante la ocurrencia del fenómeno, hasta el replanteo de algunos objetos de obra de gran peligrosidad. En ambos casos se hace imprescindible una mejor proyección de las construcciones futuras donde se tenga en cuenta la tectónica activa del territorio. 88 �A. Rodríguez Infante Daños al Medio Ambiente Social. Los riesgos a que se expone el medio ambiente social por efecto de los movimientos tectónicos son de vital importancia y de máxima preocupación por los organismos y entidades responsabilizados con el gobierno municipal. Estos daños van a originar un diapasón de problemas diversos que provocan afectaciones individuales, familiares y grupos sociales, llegando en caso extremo a abarcar toda la sociedad. Hay que tener presente que esta es la parte integrante del medio más susceptible a las afectaciones en la calidad del entorno y que al mismo tiempo cualquier daño ocurrido al medio natural o constructivo repercute directa o indirectamente en el hombre. Entre los riesgos mas importantes en este medio en el ámbito territorial se encuentran los siguientes: Afectación en los servicios generales a la población: Estos daños están originados por cualquiera de los riesgos del medio ambiente natural o construido anteriormente señalados que afectan las instalaciones de servicio, estando concentrada su ocurrencia en las zonas de asentamientos poblacionales. Afectaciones en las condiciones de vida: Se pone de manifiesto por la pérdida total o parcial de la vivienda, disminución o deterioro de los servicios públicos y abasto de alimentos, agua y electricidad, afectaciones laborales e incomunicaciones, todos ellos originados por los mismos agentes de riesgo descritos anteriormente. Afectaciones de la salud humana: Este riesgo estará dado por efecto directo o indirecto de todos los agentes de riesgo natural, construido o social descritos con anterioridad, los cuales pueden ser ligeros o severos llegando incluso a las pérdidas humanas en dependencia de la intensidad de manifestación del agente y de los elementos en riesgo. En este aspecto hay que considerar además los efectos negativos en la salud mental o síquica de la población ante la suma gradual de factores de riesgos y temor ante la ocurrencia inesperada de un desastre natural. Afectaciones económicas: Resultantes de las pérdidas y afectaciones de recursos humanos y materiales ante la ocurrencia de daños, manteniendo una relación directa entre el volumen de los perjuicios, el valor de las pérdidas y el costo de la recuperación. 89 �A. Rodríguez Infante Inestabilidad en el ejercicio del gobierno: Este riesgo es un resultado directo de la suma de los daños en las condiciones de vida y salud de la población de la cual el forma parte más la reorientación de su actividad en función de dar solución a las afectaciones en el medio ambiente en general bajo condiciones económicas críticas condicionadas por el volumen de las pérdidas. Hasta aquí se ha hecho referencia a los principales riesgos específicos que pueden ocurrir u ocurren en el medio ambiente territorial por efecto directo de la manifestación de la energía interna del planeta sobre el entorno a través de sus dos mecanismos: Movimientos tectónicos lentos y Movimientos tectónicos rápidos (sismos). Es imposible separar o aislar las afectaciones que ocurren entre los tres medios natural, construido y social - y el hombre, que como ser social y eslabón fundamental del equilibrio y la calidad ambiental, al mismo tiempo que condiciona la naturaleza y la transforma a través de su actividad constructiva, es el responsable de las medidas que eviten o mitiguen los daños que de ella emanan. No está de más enfatizar que de la acción del gobierno como máximo responsable de la gestión ambiental, dependerá el grado de repercusión - no de actuación - de los agentes tectónicos en el medio ambiente y muy en particular en el hombre. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Después de haber sido analizadas la amenaza natural y los riesgos específicos posibles a ocurrir en el territorio, existen condiciones para poder realizar la zonificación de estos en los diferentes sectores del municipio y en particular en las áreas que constituyen asentamientos de carácter socio económico con el objetivo de dejar delimitados los sectores de mayores riesgo que permitan la orientación de las medidas para evitar o mitigar los daños. Dentro de los diferentes métodos utilizados en los estudios de impacto ambiental se encuentran los de definición de relaciones causa-efecto en forma cualitativa o semicuantitativa, o técnicas de identificación como son también clasificados, dentro de los cuales se emplea la técnica de matrices de revisión causa-efecto, la cual se ha aplicado experimentalmente en estas investigaciones con la finalidad de obtener información de la magnitud relativa del riesgo y su distribución en superficie que permitiera la zonificación del territorio. [22, 23]. 90 �A. Rodríguez Infante Para realizar la zonificación de riesgos se tuvo en cuenta el comportamiento de cada una de las variables analizadas en el epígrafe correspondiente a la metodología para el análisis de riesgo así como el rango de variación de sus valores para el caso concreto que nos ocupa. A continuación se analiza cada una de estas variables y los valores que se le asignan en las diferentes situaciones en el ámbito territorial. Amenaza ( H ): La actividad tectónica se pone de manifiesto en el territorio a través de dos mecanismos: movimientos tectónicos lentos, denominado agente preparatorio y movimientos rápidos o procesos sísmicos, denominado agente inmediato. Para esta variable se le asignaron valores que oscilan en el intervalo de cero a dos, asumiéndose el valor máximo -dos- para la amenaza que constituye el mayor factor de riesgo es decir, la originada por los movimientos telúricos y en particular aquellos que presentan una intensidad de moderada a alta, ya que la actividad sísmica de baja intensidad se manifiesta de forma similar a los movimientos lentos; el valor intermedio - uno- se asume para la amenaza que se pone de manifiesto a través de los movimientos tectónicos lentos y el valor mínimo -cero- para el caso que nos ocupa es convencional y despreciado debido a que está demostrado el carácter activo de la tectónica en el municipio. Vulnerabilidad ( V ): Es el grado de pérdida de un elemento o conjunto de elementos bajo riesgo como resultado de un fenómeno natural de una cierta magnitud [57]. A esta variable se le asignan valores de cero a tres correspondiendo el valor mínimo cero cuando a través del proceso tectónico no ocurren daños en el medio ambiente, el valor uno corresponde a la ocurrencia de daños que pueden ser recuperables; el valor dos se asume en aquellos casos en que se originan pérdidas de carácter parcial ante la ocurrencia de los agentes de riesgo y el valor máximo -tres- bajo las condiciones de pérdida total de los elementos en riesgo. Elementos en riesgo ( Er ): Esta variable determina la población, construcciones y actividad socio económica en riesgo [57] y a ella se le asignan valores en el rango de uno a cuatro, el valor uno corresponde a aquellos sectores en que se encuentran expuestos al riesgo elementos del medio ambiente construido o del medio ambiente natural de forma aislada o independiente, sin perjuicio directo al hombre; el valor dos se asume para aquellos sectores en que de forma combinada están expuesto al riesgo elementos del medio ambiente natural y construido, el valor tres se asigna cuando los 91 �A. Rodríguez Infante elementos en riesgo constituyen un grupo perteneciente al medio ambiente en general es decir que incluye los medios naturales, construidos y sociales, estando el valor cuatro reservado para condiciones extremas donde todo el medio es afectado, lo cual solo sería posible ante la ocurrencia de un terremoto de gran intensidad. Riesgo total ( Rt ): El riesgo total que puede ocurrir en un territorio está determinado por el volumen de los daños en el medio ambiente en general y se obtiene por el producto de la amenaza, la vulnerabilidad y los elementos en riesgo. Conociendo estos parámetros, se puede realizar la cuantificación puntual del valor del riesgo total para cada sector de la superficie. Todas las variantes posibles quedan expuestas en la tabla IV que a continuación se muestra. Tabla IV: Valores del riesgo total calculados para el área. Vulnerabilidad Amenaza Elementos de Riesgos Er V H 1 2 3 4 1 1 1 2 3 4 2 2 4 6 8 1 2 4 6 8 2 4 8 12 16 1 3 6 9 12 2 6 12 18 24 2 3 Con estos valores del riesgo total se procede a la confección del mapa de riesgos a través del trazado de isolíneas del valor del riesgo total o asumiendo para cada cuadrícula el valor calculado para su área, sombreando cada una de ellas en dependencia de la magnitud del riesgo con una simbología ya establecida. En el territorio de Moa la zonificación de riesgos se realizó a través del análisis de los valores del riesgo total calculados en cada cuadrícula para cada una de las variantes establecidas de la amenaza en el territorio, determinándose cuatro zonas de intensidades de riesgo que se explican a continuación y que se muestran en el anexo gráfico No.6. 92 �A. Rodríguez Infante Zona de máximo peligro o riesgo: Esta zona corresponde a áreas de valores de riesgo mayores a nueve para la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos lentos y continuos, y de dieciocho bajo las condiciones de ocurrencia de movimientos telúricos, lo que constituye un indicador de la alta peligrosidad en la cual ella se encuentra. Espacialmente la zona está limitada a dos áreas muy pequeñas, pero que ocupan una posición desde la que pueden ocasionar grandes daños al medio ambiente. La mas extensa está ubicada alrededor del puerto de Moa, donde la presencia de la planta de amoniaco que presta servicio a la industria del níquel constituye un elemento en riesgo, que al mismo tiempo, pone en peligro a todo el medio ambiente territorial dado fundamentalmente por su ubicación geográfica y tectónica. Tectónicamente la planta se encuentra ubicada coincidentemente sobre la falla Moa en su tramo La Vigía, que se caracteriza por un carácter activo manifiesto a través de desplazamientos verticales y horizontales según su plano de fractura, al mismo tiempo que, debido a la posición respecto a los principales asentamientos poblacionales del territorio y la dirección - este-oeste - predominante de los vientos como se muestra en la figura No.11, se favorecería el proceso de propagación de los productos tóxicos expandidos al medio en caso de ocurrencia de alguna ruptura o avería de la instalación. La otra zona de alto peligro del territorio lo constituye la presa Nuevo Mundo, construida sobre el cauce del río Moa que corre sobre la falla de igual nombre, en la zona donde esta se intersecta con las fallas Maquey y Caimanes formando un nudo estructural de alta complejidad dado a los desplazamientos horizontales y verticales de gran magnitud y sentido variable, tal y como quedó demostrado a través de las mediciones geodésicas realizadas. A pesar de haberse realizado la construcción de la presa según las normas técnicas establecidas y tomándose como base para la construcción la intensidad máxima de VIII grados en la escala MSK, hay que tener en cuenta que la base geológica utilizada partía de la consideración de una tectónica pasiva, donde los desplazamientos según los planos de fracturas eran considerados nulos. El valor del riesgo total para esta zona está determinado por las deformaciones que puede sufrir la cortina de la presa, lo cual puede provocar no solo la perdida de dicho elemento y de las características del entorno en el cual ella se encuentra, sino también, llegar en caso extremo de ruptura a provocar inundaciones con resultados catastróficos 93 �A. Rodríguez Infante debido al volumen de agua acumulado, la altura a que se encuentra el vaso del embalse, el cual fue construido para el sistema de descarga por gravedad y su posición respecto a la zona de desarrollo socio económico. Zona de alto riesgo: Corresponde a las áreas donde el valor del riesgo calculado es mayor o igual a seis y menor que nueve para la amenaza que resulta de los movimientos tectónicos lentos mas o menos continuos en el tiempo y mayor o igual de doce y menor a dieciocho ante la ocurrencia de movimientos telúricos. Esta zona se encuentra desarrollada en los alrededores de la anteriormente descrita, abarcando la porción norte y central del área de trabajo, extendiéndose hacia el este hasta la zona de Quemado del Negro donde se construye la nueva planta de níquel Moa y sus alrededores y al oeste hasta el poblado de Centeno, prolongándose hacia el sur, hasta la zona de la presa Nuevo Mundo. La magnitud del riesgo que se alcanza en esta zona está determinado por causas de origen natural así como factores de carácter antropogénico, en especial asociados con el desarrollo socio económico. Dentro de las causas de origen natural se destaca la presencia de las estructuras tectónicas activas que conforman las vías a través de las cuales se pone de manifiesto la amenaza natural para el territorio, la posición topográfica de la zona que corresponde a la mas baja y por ende constituye el colector natural hacia donde van los detritos y residuos de las zonas mas elevadas por efecto de la gravedad, sin dejar de tener en cuenta otros elementos como el equilibrio litoral establecido bajo las condiciones de existencia de una barrera natural, que al ser destruida o dañada puede provocar grandes afectaciones en el medio ambiente. Desde el punto de vista antropogénico el mayor riesgo está dado por el desarrollo minero metalúrgico en el territorio, razón por la cual se han construido centros industriales que constituyen focos de alta peligrosidad así como sistemas de comunicaciones y suministros que además de formar parte de los elementos en riesgo son a su vez una amenaza de tipo indirecto. En esta zona se concentra la mayor variedad de riesgos de la región, abarcando todos los tipos concernientes al medio ambiente construido y social, así como algunos de los riesgos del medio natural, los que han sido reflejados en el anexo gráfico de forma resumida para toda la zona, partiendo de la imposibilidad de representar el riesgo específico en cada punto debido a la densidad de símbolos que sería necesario para ello. 94 �A. Rodríguez Infante Es necesario aclarar que a esta zona, tal y como se representa en el mapa, pertenece un sector del medio marino que va desde la zona portuaria hasta la barrera arrecifal, lo que va a estar dado por la confluencia de dos estructuras activas de importancia como son la falla Moa, en su tramo La Vigía y la falla Cabaña, al mismo tiempo de que el sector constituye la vía de acceso a la terminal portuaria, lo que a su vez favorece los procesos acumulativos al ser el mas deprimido de la zona. Zona de peligrosidad media: A esta zona corresponden valores del riesgo total mayores o iguales a cuatro y menores a seis para la amenaza de tipo uno - movimientos tectónicos lentos - y valores en el intervalo de ocho a doce para la amenaza referida a los movimientos sísmicos. Dentro de esta zona los valores de la vulnerabilidad promedio en las áreas emergidas es de dos, al estar el peligro referido a las posibles pérdidas parciales en el medio ambiente, natural o construido, sin afectaciones directas al hombre; mientras que en la zona marina la vulnerabilidad llega hasta tres, al poder ocurrir la destrucción total del medio por ruptura de la barrera arrecifal, lo que implicaría el cambio de las condiciones dinámicas marinas, generando una nueva amenaza para el medio construido y social por encontrarse en el litoral los principales asentamientos poblacionales. Esta zona constituye la de mayor difusión en el territorio, encontrándose espacial y genéticamente asociada a zonas periféricas interiores de los bloques morfotectónicos en ascenso, haciéndose mas pronunciada en aquellos sectores donde es mayor el levantamiento. Los tipos de riesgos mas frecuentes para esta área de peligrosidad moderada son los deslizamientos asociados a las superficies de altas pendientes de génesis tectónica, el aumento de la erosión vertical y las variaciones del nivel del manto freático, sin negarse la posibilidad de que ocurran rupturas de vías de comunicaciones, redes de abasto de agua o electricidad y afectaciones en viviendas o construcciones aislada. Dentro de esta área se encuentra la mayor parte de la porción marina de la región de estudio, la que es cortada en dirección casi perpendicular por la mayoría de las estructuras activas del territorio y por ende afectada por los movimientos verticales, lo que pone en peligro la vida de los organismos planctónicos que constituyen los arrecifes coralinos y por tanto la existencia de la propia barrera. 95 �A. Rodríguez Infante Zonas de baja peligrosidad: Esta zona está referida a aquellos sectores que presentan valores del riesgo total menores a cuatro y ocho ante las variantes de amenaza de movimientos lentos o rápidos respectivamente, estando sometido a los efectos del riesgo solo el medio ambiente natural a través de la intensificación de los procesos erosivos, predominando la variante uno de vulnerabilidad tomando en consideración que los posibles daños sean recuperables y en gran medida evitables ante la acción conservadora del hombre, pudiendo ocurrir solo pérdida total en aquellos sectores donde los elementos del relieve en riesgo no permitan su protección como ocurre en la zona de desarrollo de relieve cársico hacia el sur de la región, en el área del Alto de La Calinga. Estas zonas de baja peligrosidad se encuentran tectónica y espacialmente ubicadas en la parte central e interior de los bloques morfotectónicos, distribuidas de forma bastante homogénea por toda el área de trabajo, exceptuando el extremo suroccidental, donde se asumió un valor del riesgo total igual a tres a partir de la ocurrencia de daños recuperables al medio ambiente en general debido a la ausencia de actividad antropogénica intensa y al equilibrio y regularidad del relieve. No obstante a lo anterior es recomendable para esta zona realizar determinaciones mas detalladas no sólo de las estructuras geológicas, sino también para los elementos en riesgos y tipos de riesgos específicos posibles a ocurrir. Además de la zonificación de riesgos, en el mapa aparecen representados los principales tipos específicos que pueden ocurrir en cada punto o sectores de la superficie. Partiendo del conocimiento que ya se tiene de los peligros y riesgos en la región se propone el siguiente plan general de medidas: Orientar a las instituciones y organismos competentes la evaluación de las afectaciones actuales y posibles a ocurrir en instalaciones y áreas jurisdiccionales, debido a la acción de los movimientos tectónicos lentos, lo que permitirá establecer las medidas para contrarrestar sus efectos. Orientar a los órganos de defensa municipal la confección del plan de medidas ante desastres naturales, específicamente en lo que corresponde a la actividad sísmica y que comprende dos etapas, previa y posterior al terremoto y que siempre deberá partir del sistema de educación masiva. Exigir a la industria del níquel el replanteo definitivo de la planta de amoniaco debido a la alta peligrosidad que representa para todo el territorio. 96 �A. Rodríguez Infante Establecer un sistema de control de los movimientos a través de mediciones geodésicas cíclicas de todas aquellas estructuras activas que constituyen un riesgo medioambiental, siendo fundamentales para la zona las fallas Moa y Cabaña debido a los objetos de obra asentados sobre ellas y ser las estructuras que cortan el asentamiento socio económico mas grande del territorio. Establecer el sistema de monitoréo que corresponde a la presa Nuevo Mundo que permita determinar las posibles alteraciones de su estructura constructiva y tomar las medidas que al efecto se establezcan. Hacer funcionar en el municipio el sistema de gestión ambiental que pueda determinar y evaluar los riesgos e impactos a que se encuentra expuesto el medio ambiente y establecer las medidas preventivas o correctivas según sea el caso. Conclusiones. Durante el desarrollo del capítulo quedó establecido que en el territorio en que se desarrollaron las investigaciones existe la amenaza ambiental de génesis geológica y específicamente tectónica que de forma lenta o violenta se pone de manifiesto a través de las estructuras activas que en el mismo existen y que pueden originar riesgos de gran magnitud a partir de la existencia de obras de gran complejidad constructiva y de alta peligrosidad. Los diferentes tipos de riesgos que pueden manifestarse en el territorio originados a través de la actividad tectónica así como las cuatro zonas de magnitudes diferentes de riesgos, fueron determinadas a través del estudio geológico, geomorfológico y topográfico, descritas en el trabajo y cartografiadas en el mapa de zonificación de riesgos que se muestra en el anexo gráfico No.6, a partir de lo cual es posible proponer un plan de medidas generales que permitan el desempeño de la labor de gestión ambiental. Sin embargo, es necesario señalar que la propia actividad socio económica del hombre puede provocar la intensificación de estos riesgos, haciendo mas complejo el proceso de previsión y prevención. 97 �A. Rodríguez Infante CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 98 �A. Rodríguez Infante CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones. Después de analizados los resultados obtenidos de la aplicación del conjunto de métodos de investigaciones utilizados en el desarrollo del trabajo, se llegaron a las siguientes conclusiones: • En el área de las investigaciones se encuentran claramente delimitadas dos zonas geomorfológicas,: La zona de llanuras, ubicada en la zona norte, desde la barrera arrecifal hasta sectores de cotas de 100 –150 m y génesis asociada a la actividad fluvial, marina y palustre, donde predominan los procesos acumulativos sobre los erosivos, condicionado por los elementos morfológicos, posición espacial, al bordear la zona de desarrollo de las cortezas lateríticas, y por la propia dinámica del litoral, que al estar bordeado por la barrera coralina favorece los procesos acumulativos que son preponderantes respecto a los erosivos. La otra zona geomorfológica está representada por el sistema de montañas y submontañas ubicadas en toda la porción sur y central del área, con pequeños sectores aislados hacia el norte, predominando las elevaciones de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas sobre las cuales se desarrollan potentes cortezas ferroniquelíferas. En esta zona se van a encontrar un conjunto de formas del relieve de gran interés como barrancos desarrollados en las zonas de fallas activas, fundamentalmente en los sectores de mayor levantamiento tectónico, y las formas cársicas formadas sobre las rocas serpentiníticas en los sectores de máxima altura en el área del Alto de La Calinga. • Tectónicamente el área investigada se caracteriza por el predominio de estructuras disyuntivas originadas en cuatro periodos geotectónicos diferentes, condicionados por los eventos regionales que han afectado al Bloque Oriental Cubano. Las estructuras más antiguas se encuentran geneticamente asociadas a los procesos compresivos que provocaron la acreción oceánica y con ella, el emplazamiento del complejo ofiolítico. Las estructuras de este sistema no presentan una dirección predominante debido a los numerosos eventos que lo han dislocado. El segundo sistema cronológico corresponde a las estructuras formadas durante la colisión y obducción del arco volcánico Cretácico sobre el paleomargen de Bahamas 99 �A. Rodríguez Infante que concluye en el Eoceno medio (?) y que constituye en la actualidad el sistema más importante al ocurrir a través de él los mayores desplazamientos verticales y horizontales y constituir los límites de los bloques morfotectónicos. Las orientaciones predominantes para este sistema son noreste y norte-noroeste. El tercer sistema tiene geneticamente está asociado a los desplazamientos tangenciales entre la Placa Norteamericana y la Placa Caribe que se imician en el Eoceno Medio-Superior originándose fallas de deslizamiento por el rumbo -strikeslip- que en el área están representadas por las estructuras Cananova y El Medio, a través de las cuales ocurre la rotación entre bloques y sub-bloques morfotectónicos. El sistema mas joven corresponde a fallas post-miocénicas resultantes de la descompresión de los bloques sometidos al mayor levantamiento regional, las que se van a caracterizar por una orientación predominante norte-sur y se reflejan en el relieve a través de la formación de barrancos y alineaciones fluviales. • Para el área investigada fueron determinados nueve bloques morfotectónicos, los que se caracterizaron a través de la morfología de sus superficies, litologías que los constituyen, estructuras que los afectan y tendencia de los desplazamientos verticales y horizontales a que están sometidos. Estos bloques constituyen un sistema de horts y grabens que a su vez conforman el mayor bloque en ascenso del extremo nororiental cubano. • En las investigaciones realizadas pudo caracterizarse la actividad neotectónica del territorio, que se pone de manifiesto a través de los sistemas de estructuras activas por medio de movimientos verticales, horizontales y rotacionales entre los diferentes bloques y sub-bloques morfotectónicos. A través de los diferentes métodos empleados se hizo evidente el predominio de los desplazamientos verticales de carácter ascendente, sin negar el papel que desempeñan en la geodinámica territorial los desplazamientos rumbo deslizantes, rotacionales y verticales de descenso relativo. • A partir de la caracterización de los movimientos neotectónicos contemporáneos que se ponen de manifiesto a través de mecanismos lentos y rápidos (sismos), se concluyó la existencia de riesgos de origen geológico para el medio ambiente, determinándose los principales tipos de riesgos específicos posibles a ocurrir para cada una de las dimensiones medioambientales, lo que junto al conocimiento de la susceptibilidad a los daños que pueden provocar y los elementos en riesgo que 100 �A. Rodríguez Infante existen, permitió la determinación de la magnitud del riesgo total para cada punto del territorio, concluyéndose que en las áreas correspondientes a la zona de la presa de agua Nuevo Mundo y en la zona portuaria, donde se encuentra localizada la planta de amoniaco constituyen los sectores de máximo riesgo total del territorio. • Con el estudio de las variables que determinan la magnitud del riesgo total y las principales estructuras activas, se confeccionó el Mapa de riesgos del territorio donde quedaron establecidas cuatro zonas por su grado de peligrosidad ante los efectos de los procesos tectónicos ya sean lentos o violentos. Las zonas de máxima y gran peligrosidad se localizan en las áreas de asentamientos socioeconómicos y en la zona litoral limítrofe con las mismas, mientras que las zonas de menor riesgo se ubican en los sectores interiores de las elevaciones que se desarrollan al sur y centro del territorio, proponiéndose finalmente un plan de medidas generales tendiente a contrarrestar o mitigar los efectos de la actividad tectónica sobre el medio ambiente. Recomendaciones. Después de culminadas las investigaciones del territorio se hace necesario recomendar: • Profundizar en el estudio tectónico de los extremos sureste y suroeste del área investigada y de la parte sur colindante, donde existe un menor volumen de información geológica y geodésica y que constituyen zonas de interés para el territorio por la posible y necesaria expansión de la actividad minera. • Establecer un sistema de control geodésico cíclico alrededor de las estructuras tectónicas activas de mayor influencia en el contexto regional que permita determinar con mayor precisión la magnitud y sentido de los desplazamientos contemporáneos. • Crear las condiciones para el funcionamiento de la estación sismológica y el establecimiento del mareógrafo que permitan caracterizar con mayor exactitud la geodinámica territorial. • Alertar al gobierno municipal y a las instituciones responsabilizadas con la gestión ambiental de los graves riesgos a que se encuentra expuesto el territorio por la 101 �A. Rodríguez Infante degradación progresiva de su superficie, debido al crecimiento socio económico que conlleva a la pérdida del equilibrio en el medio ambiente natural. • A partir del plan de medidas generales propuesto en el trabajo, orientar a los organismos y entidades del municipio la confección de planes específicos de protección ante los riesgos de origen tectónico con vista a mitigar los efectos dañinos. • Profundizar en el estudio de las estructuras con vista a valorar su incidencia en el desarrollo y conservación de la cortezas de intemperismo ferroniquelíferas y otras posibles manifestaciones minerales asociadas a ellas. 102 �A. Rodríguez Infante BIBLIOGRAFIA 103 �A. Rodríguez Infante BIBLIOGRAFIA Publicaciones del autor. Bibliografía Consultada. Publicaciones del autor. 1. García G., Muñoz N., Domínguez E., Rodríguez A. Métodos geólogo- geomorfológicos en la búsqueda y exploración de yacimientos de cortezas de intemperismo ferroniquelíferas en Cuba. 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Figura No.1: Esquema tectónico de Cuba oriental según Nagy y otros, 1976. Figura No.2: Esquema tectónico de Cuba oriental según Cobiellas y Rodríguez. Figura No.3: Evolución geológica en la zona límite entre las placas Norteamericana y del Caribe. Figura No.4: Perfiles geodésicos de la línea geodinámica Moa. Figura No.5: Zona de falla Cayo Guam - Quesigua - El Medio. Figura No.6: Mapas morfométricos de la zona Nuevo Mundo, en la falla Moa. Figura No.7: Zona de falla Cananova. Figura No.8: Diagramas de agrietamiento. Figura No.9: Diagramas de agrietamiento. Figura No.10: Zona de origen de terremotos. Figura No.11: Dirección promedio anual de los vientos en la zona de Moa. Tablas. Tabla I: Litologías presentes en el área de estudio. Tabla II: Criterios de identificación de fallas. Tabla III: Características de los bloques morfotectónicos. Tabla IV: Valores del riesgo total. 117 �A. Rodríguez Infante Fotografías. Fotografía No.1: Falla Cayo Guam. Fotografía No.2: Falla Moa. Fotografía No.3: Falla Miraflores. Fotografía No.4: Falla Cabaña. Fotografía No.5: Falla Cananova. 118 �ANEXOS �dH,mm 20 0 614785 PGM-18 615498 PGM-17 PGM-16 615449 615500 PGM-15 614782 0-155X 614780 69994 PGM-14 614777 PGM-13 615501 PGM-12 615502 614773 PGM-11 PGM-10 PGM-9 614768 615214 614771 PGM-8 615503 PGM-7 615504 615049 615506 PGM-6 614765 PGM-5 614764 69634 69633 PGM-4 PGM-3 69630 PGM-2 869627 614765 PGM-1 69625 -40 615505 -20 PTOGR MOA A -60 0 20 40 60 dH,mm 20 0 4/1990 - 12/1993 -20 B -40 4/1990 - 11/1994 -60 80 10/1996 40 12/1997 4/1996 6/1995 0 11/1994 C - 40 11/1995 - 80 Figura No.4: Perfiles geodésicos de la línea geodinámica Moa. A: Ciclo 12/93-11/94, B: en rojo 4/90-12/93, en azul 4/90-11/94 y C: líneas de diferencia respecto a 12/93. ��Figura No. 6: Mapas Morfométricos de Moa, en la zona de Nuevo Mundo. ��Figura No. 7: Zona de la falla Cananova. 1. Falla Cananova, 2. Fallas, 3. Dirección del agrietamiento, 4. Escarpe, 5 y 6. Isobasitas de segundo y tercer orden, 7. Zona de minería, 8. �Divisoria de las aguas, 9. Relieve de montaña y 10. Relieve de llanura. . �Figura No. 8: Diagramas de Agrietamiento. A y B, Puntos situados en el bloque Miraflores, al norte de la falla Cananova, D y E, al sur de la misma falla y equidistantes de los puntos anteriores, C y F, diagramas resúmenes del agrietamiento de los bloques Miraflores Norte y Sur respectivamente; G, H e I, puntos situados en el bloque El Toldo al norte y sur de la falla Punta Gorda y al suroeste de Cayo Guam. ��Figura No. 9: Diagramas de Agrietamiento. J y K, puntos situados en el bloque El Toldo, en la zona de Calentura; L y M, corresponden a la parte occidental y nororiental del bloque Cayo Guam; N y O, a los bloques Cupey Norte y Sur respectivamente. �Figura No. 10: Zona de origen de terremotos. Región Oriental de Cuba. CENAIS, 1982. 1-1: Oriente 1 (8), 1- 2: Oriente 2 (7,6), 1- 3: Oriente 3 (7,6), 2: Cauto - Nipe (7), 3- Sabana (6- 7), 4: Cauto- Norte (6,5), 5: Baconao (6- �7), 6: Purial (6,5), 7: Santiago -Moa (5), 8: Palenque (5), 9: Guaso (5), 10: Santiago – Bayamo (5,5), 11: Bayamo (6) y 12: Cubitas (5,5). �MOA MIRAFLORES CABAÑA QUESIGUA N48ºE N25ºE N35ºE N25ºW N56ºE N70ºE N10ºE N40ºW ESPEJOS DE FRICCION FORMACION DE ESCARPES DE FALLAS MINERALIZACION SECUNDARIA EPITERMAL ANOMALIAS GRAVIMETRICAS FORMACION DE BARRANCOS VARIACION DIRECCION DEL AGRIETAMIENTO DESPLAZ. ELEMENTOS GEOLOGO ESTRUCT. CIZALLAMIENTO INTENSO VARIACIONES HIPSOMETRICAS BRUSCAS ALINEACION BRUSCA DEL RELIEVE DESPLAZA. GEODESICO VERTICAL CAMPO MAGNETOMETRICO ANOMALO ALINEACION GRADIENTE MAGNETOMETRICO ALTERACION DE VALORES MORFOMETRICOS CONTACTOS LITOLOGICOS ALINEADOS DESPLAZ. DE LINEAS COSTERAS RECTIFICACION DE COSTAS RECTIFICACION DE SISTEMAS FLUVIALES ALINEACION DE CURSOS FLUVIALES DESPLAZ. DEPOSITOS CUATERNARIOS DESPLAZ. BARRERA ARRECIFAL VERTICALES CAYO GUAM N10ºW N30ºW N15ºW HORIZONTALES P LOS INDIOS ORIENTACION NOMBRE SISTEMA A L E O G E N I C O DESPLAZAMIENTO DEL RELIEVE Tabla II. Criterios de identificación de fallas. CRITERIOS DE IDENTIFICACIÓN E INTERPRETACION ESTRUCTURAS DESPLAZAMIENTOS 0,7 km 1,5-2,5 km 8mm/0,9a 1 km 16mm/0.9a 0,5 km 3 km 8mm/0,9a salto 400m 9mm/0,9a 1,6-2 km 2mm/0,9a �MAQUEY MIO CANANOVA CE NI EL MEDIO CO N65ºE N78ºE N53ºW N40ºE 1,5 km 1,5 km 80 m �BLOQUES RELIEVE ISOBASITAS (m) DO 2 Cananova Miraflores Cabaña Maquey El Lirial Moa El Toldo C.Guam Cupey ORDEN Llanuras Montañas bajas disec, Llanuras y premontañas Montañas bajas Premontañas Llanuras y Mont. bajas Montañas bajas Montañas bajas Premontañas y Mont. bajas ER 3 DISECCION VERTICAL (m/km2) DIRECCION AGRIETAMIENTO TENDENCIA DE LOS MOVIMIENTOS RELATIVOS VERTICALES HORIZONTALES ORDEN 50 40 10-70 N40ºE, N45ºW Descenso 300 100 230-390 N25ºE, N15ºE Ascenso 200 150 40-100 400 350 450 250 150 60-130 350 300 370 N20ºE Ascenso NE 900 800 550 N85ºW Ascenso NE 300 250 230 N5ºE, N78ºE Ascenso S 450 350 460 N50ºW, N50ºE Ascenso Descenso N40ºW SE N-NW NE SW E Ascenso Ascenso Tabla # 2: Características de los bloques morfotectónicos � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica Creator An entity primarily responsible for making the resource Alina Rodríguez Infante Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 1998 Type The nature or genre of the resource Tesis de doctorado https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/059edd1ff3417652e97901bec4cea2bd.pdf e2dd3ca39e76f4d1d350f6bf90fe9e6f PDF Text Text TESIS ESTUDIO TÉCNICO SOBRE LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN HORMIGONES Reinier Leyva Avila �Página legal Título de la obra: Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel MayaríLevisa para su empleo como áridos en hormigones, 103pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN: 1.Autor: Reinier Leyva Avila 2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �REPUBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO DE MOA “Dr. ANTONIO NUÑEZ JIMENEZ” FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA ESTUDIO TÉCNICO SOBRE LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN HORMIGONES. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología Maestría en Geología, Mención Geotecnia e Hidrogeología 9na Edición Autor: Ing. Reinier Leyva Avila Tutor: Dr. C. Carlos Leyva Rodríguez Moa, 3 de julio del 2015 “Año 57 de la Revolución” �Ing. Reinier Leyva Avila ÍNDICE PENSAMIENTO ......................................................................................................... I AGRADECIMIENTOS ............................................................................................... II RESUMEN ............................................................................................................... III SUMMARY .............................................................................................................. IV INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 3 CAPÍTULO I: CARACTERÍSTICAS FÍSICO GEOGRÁFICAS Y GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO...................................................................................... 10 1.1 Introducción. ....................................................................................................................10 1.2 Características geográficas del área de estudio. ...............................................................10 1.2.1 Clima. ............................................................................................................................11 1.2.2 Vegetación. ....................................................................................................................11 1.2.4 Red Hidrográfica. .........................................................................................................13 1.2.5 Vías de comunicación...................................................................................................13 1.2.6 Características socioeconómicas. .................................................................................13 1.2.7 Características geológicas de la región. .........................................................................14 1.2.8 Características geológicas del área de estudio. ..............................................................17 1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio. .................................................18 1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio. ......................................................22 1.2.11 Caracterización tectónica de la zona. .........................................................................23 1.3 Conclusiones....................................................................................................................24 CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS. ................................................................................... 25 2.1 Introducción. .....................................................................................................................25 2.2 Metodología de la investigación. .....................................................................................25 2.3 Primera etapa. ..................................................................................................................26 2.4 Segunda etapa. .................................................................................................................30 2.5 Tercera etapa....................................................................................................................37 2.6 Conclusiones. ................................................................................................................47 CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS. ......... 48 3.1 Introducción. ....................................................................................................................48 3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa. ...............48 1 �Ing. Reinier Leyva Avila 3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel MayaríLevisa. ...........................................................................................................................51 3.4 Resultados de ensayo granulométrico. .............................................................................54 3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas. ....................... 65 CONCLUSIONES. .................................................................................................. 69 RECOMENDACIONES. .......................................................................................... 70 RELACIÓN DE ANEXOS........................................................................................ 71 BIBLIOGRAFÍA. ..................................................................................................... 73 2 �Ing. Reinier Leyva Avila INTRODUCCIÓN A nivel mundial se emplea la serpentinita como fuente de áridos para la construcción, siendo necesario esclarecer que esta roca no es muy abundante en el mundo. Se denomina áridos: Materiales rocosos naturales que se usan para hacer el hormigón; es decir, la grava y la arena, una serie de rocas que, tras un proceso de tratamiento industrial simple se clasifican por tamaños, en el caso de los áridos naturales o trituración, molienda. Estos materiales se emplean en la industria de la construcción en múltiples aplicaciones, que van desde la elaboración, junto con un material ligante de hormigones, morteros y aglomerados asfálticos, hasta la construcción de bases y subbases para carreteras, vías de ferrocarril, balastos y sub-balastos, o escolleras para la defensa y construcción de puertos marítimos. Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción de edificaciones, obras civiles e infraestructuras de cualquier país y por ello, un indicador muy preciso del estado en su economía y de su desarrollo socio-económico. En la mayor parte de las aplicaciones industriales, el empleo del árido se justifica en razón a su comportamiento estable frente a la acción química y los agentes externos, así como a su resistencia mecánica frente a cargas y vibraciones. No se deben considerar como áridos, por lo tanto, aquellas sustancias minerales utilizadas como cargas en diversos procesos industriales por sus características físico-químicas, que afectan sustancialmente al producto obtenido. Para fabricar 1 m3 de hormigón son necesarias entre 1,8 y 1,9 toneladas de áridos, para una vivienda unifamiliar entre 100 y 300 toneladas, para un colegio de tamaño medio o un hospital entre 4 000 y 15 000 toneladas, para un kilómetro de vía férrea unas 1 000 toneladas y para un kilómetro de autopista unas 30 000 toneladas (Carmen Jiménez., 2003). 3 �Ing. Reinier Leyva Avila Según el informe de las Naciones Unidas sobre el hábitat, la población urbana crecerá de 2 860 millones en el 2000 a 4 980 millones en el 2030. El aumento previsto de 2 000 millones en la población del tercer mundo se producirá en especial en las ciudades, por lo que la demanda de materiales de construcción no tendrá precedente en esos países, de similar forma viene ocurriendo en Cuba, con los diferentes programas sociales que está desarrollando la Revolución y la gran demanda de materiales de construcción que esto implica (Carmen Jiménez., 2003). Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción y desarrollo de obras civiles e infraestructuras de cualquier país, un indicador muy preciso del estado de su economía y de su desarrollo socio-económico. Cuba, al igual que otros países insulares, no cuenta con las condiciones extraordinarias de reservas naturales que existen en los países continentales. En nuestro país, resulta significativo, la inexistencia de experiencias en el empleo de estas rocas para la obtención de áridos, siendo bastante común su empleo como materiales de relleno, en canteras de préstamo. Se puede afirmar que existe duda para su empleo, sin tomar en cuenta que pueden existir muchas variedades de estas litologías con diferentes grados de serpentinización y de competencia mecánica. Por ejemplo, se han empleado como áridos aluviales en muchas extracciones antiguas y actuales en los municipios del Este de la provincia de Holguín, donde numerosas obras sociales e industriales (incluyendo la industria del Níquel) ofrecen este testimonio. La construcción del trasvase en su segunda etapa presenta 17 km de túnel los cuales se encuentran constituidos por materiales serpentiníticos generando grandes volúmenes de rocas que contaminan el medio ambiental, la cantidad de material resultante de estas excavaciones es significativa, en el caso de los túneles supera los 500 mil m3. Estamos en presencia de enormes depósitos potenciales de materiales para la construcción, que a la vez son considerados desechos por la Empresa Constructora de Obras Hidráulicas (ECOH). En estos casos se buscaría la ubicación de estos materiales, como solución a la problemática de afectación al entorno que estos provocan, y por otra parte disminuir la afectación resultante de la extracción de 4 �Ing. Reinier Leyva Avila materiales de la cantera del Pilón de Mayarí, aluviales de ríos Sagua de Tánamo; pudiendo destinar estas producciones de agregados aluviales para hormigones de mayores prestaciones y de alta resistencias. De lograr confirmar la evaluación positiva de estos materiales serpentiníticos como áridos para la construcción, estaremos contribuyendo a dar un aporte importante al déficit existente de los mismos, y no solo aplicable a estos municipios, sino que puedan ser generalizados estos resultados a muchos otros territorios del país que cuentan con estas litologías. Antecedentes En el mundo se ha utilizado la explotación de minerales serpentiníticos como materiales de construcción. Según (Carmen Jiménez., 2003), los materiales serpentiníticos son el producto resultante del proceso de metamorfismo de las rocas ultrabásicas. Dentro de la clasificación de las rocas ultrabásicas en Cuba, han sido reportadas las siguientes:  Dunitas  Hazburgitas  Lherzolitas  Wehrlitas  Piroxenitas Estas rocas se encuentran ampliamente distribuidas, formando una franja a lo largo de toda la costa norte de la isla, alcanzando extensión de 900 Km. Además de su abundancia en todo el territorio nacional, con ellos se relacionan diversos proyectos constructivos con amplias perspectivas para el desarrollo económico del país en la ejecución de obras hidráulicas. Las rocas ultrabásicas atendiendo a su composición química se caracterizan por presentar muy bajos contenidos de sílice (menor de 45 %) encontrándose dentro de este grupo las peridotitas y piroxenitas. 5 �Ing. Reinier Leyva Avila Con respecto a su composición mineralógica están compuestas por olivino y piroxenos. Por lo que las rocas ricas en olivino reciben el nombre de peridotitas, aunque en algunos petrógrafos excluyen a la dunita y denominan peridotitas a las mezclas con piroxeno. Debido al gran interés que se le atribuye a los áridos como material de construcción, en este trabajo se hará énfasis a sus características más generales en lo que respecta a composición química, mineralógica, dureza, etc. En el área de Bandeira - Silleda (Pontevedra), en España se explota una peridotita serpentinizada, que se destina casi en su totalidad a áridos. La explotación más importante es la cantera de Campomarzo, propiedad de Explotación Minera Campomarzo S.A., que extrae y tritura unas de 300 000 t/año de áridos, destinados a balasto de ferrocarril y obras públicas. 1994, [Consulta: 17de enero, 2013].Http://www.igme.es/internet/recursosminerales/historico/9394/OT_SUST.pdf. RODRÍGUEZ S., V. E. 1985 presentó el trabajo como tema: “Materiales serpentiníticos en la construcción de presas de materiales locales Presas Moa”. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. Trabajo de Diploma. El cual está enmarcado en mostrar el empleo del material serpentinítico en la construcción de presas locales. En la parte general del trabajo se expone el resultado de un análisis detallado de los materiales de archivo y de las investigaciones realizadas para la utilización del material serpentinítico como base de las obras hidráulicas y para su empleo como material de construcción. Abordó además la clasificación de las rocas y su composición química y mineralógica, así como los resultados de las investigaciones geológicas realizadas para el diseño de presas locales en los cuales se han empleado materiales serpentiníticos. LÓPEZ P., L. M. 2006, presentó el trabajo como tema: “Caracterización Geológica de las materias primas mineras de los municipios Moa – Sagua de Tánamo para su empleo como material de construcción”. Trabajo de Diploma. En el cual se estudia y analiza la composición granulométrica del material grueso mayor de 20 mallas para su posible utilización como árido en la construcción y donde el 21,92 % de las muestras está constituido totalmente por material grueso (fragmentos de serpentinitas). 6 �Ing. Reinier Leyva Avila En el 2007, Céspedes en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del rechazo serpentinítico de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” como árido para la construcción”, realiza una evaluación de este residuo con el objetivo de utilizarlo en la industria de los materiales de construcción, en el cual fueron tomadas una serie de muestras del material serpentinítico y enviado al Centro Técnico para el Desarrollo de los Materiales de Construcción (CTDMC), donde se realizaron una serie de ensayos destinados a conocer las propiedades físicas, mecánicas y químicas que tendría un árido de este material, teniendo en cuenta los principales aspectos que imposibilitarían su uso, donde se demuestra la factibilidad de empleo de estas rocas como áridos para obras sociales del Gobierno en hormigones hasta 30 MPa. Montero, 2007 en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del rechazo serpentinítico de la Empresa “Comandante Pedro Sotto Alba” como árido”, realizó ensayos similares a los de Céspedes (2007), pero en este caso el material que utilizó para los ensayos fue el rechazo serpentinítico de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba. En el año 2007 se expone en el forum municipal del municipio de Moa el siguiente trabajo, ¨Solución al déficit de áridos en el municipio de Moa empleando los desechos serpentiníticos de la Empresa Comandante Ernesto Guevara¨. Teniendo como conclusiones las siguientes:  Basado en los resultados de los ensayos realizados, especialmente Triturabilidad, reacción Árido álcali, abrasión Los Ángeles, se propone la utilización de los áridos triturados procedentes del rechazo serpentinítico de la ECEG para hormigones hidráulicos y asfálticos utilizados en obras que realiza el Poder Popular por sus propios medios, de hasta 25 Mpa.  Incluir definitivamente y de manera oficial a la serpentinita como una roca para la producción de áridos en Cuba, aspecto este que no está aprobado en la clasificación actual de los yacimientos de materiales de construcción en Cuba.  Estudios Regionales de GEOCUBA 2005, Doctor José Manuel CordovezPedrianes, Trasvase Este-Oeste. Estudio Regional Básico a escala 7 �Ing. Reinier Leyva Avila 1:25 000, en el cual se aplicaron técnicas digitales novedosas entre las que se encuentran la Teledetección Digital y la confección del MDT y digitalización de todos los ríos por sus órdenes, permitiendo la realización de interesantes análisis geomorfológicos y tectónicos, así como la confección de mapas y perfiles. Teniendo en cuenta lo anteriormente expresado y el diagnóstico preliminar del volumen del material sobrante de las excavaciones de los túneles Mayarí-Levisa se propuso experimentar con este tipo de roca para lograr incorporarlas como material de construcción con las obras sociales del municipio por lo que se propone el siguiente diseño. Problema: Necesidad de utilizar materiales alternativos para la obtención de áridos en hormigones en el municipio de Mayarí. Objeto de estudio: Los materiales de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa. Campo de acción: Propiedades de los áridos. Objetivo general: Caracterizar el material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa a través de las propiedades físico – mecánica, para evaluar su uso como árido en hormigones. Objetivos específicos: 1. Caracterizar los tipos litológicos de rocas que componen el túnel Mayarí- Levisa. 2. Caracterización físico–mecánica de los materiales sobrantesdel Túnel MayaríLevisa, según los parámetros normalizados para su empleo como áridos en hormigones. 3. Determinar la dosificación de los materiales sobrantes del Túnel Mayarí-Levisa. 8 �Ing. Reinier Leyva Avila Hipótesis: Si, mediante el análisis físico – mecánico y los parámetros de calidad normalizados se determina la utilización del material sobrante del Túnel Mayarí-Levisa para su empleo como áridos en hormigones, se podrá disminuir el déficit de estos materiales en el Municipio. Aporte científico: El volumen de material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa constituye una gran fuente de recursos para el desarrollo constructivo del municipio Mayarí, de ahí la importancia de su estudio y normalización de los parámetros técnicos del material de las excavaciones. Como aporte de la investigación se tiene: 9 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO I: CARACTERÍSTICAS FÍSICO GEOGRÁFICAS Y GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO. 1.1 Introducción. En el presente capítulo se abordan los basamentos teóricos de la investigación, que comprende los aspectos físico-naturales, descripción geológica del área de estudio, e hidrogeología de la investigación, las mismas parten de una breve descripción de la ubicación geográfica del área, además de las características físico geográficas del área de estudio, clima, vegetación, orografía, red hidrográfica, geomorfológicas, también las diferentes características socioeconómicas que nos permiten elaborar respuesta a los problemáticas que puedan ocurrir en el área de estudio. 1.2 Características geográficas del área de estudio. La ciudad de Holguín está situada en la porción norte oriental de la isla de Cuba. El municipio Mayarí, se localiza en la parte centro–este de la provincia. Al Norte limita con la Bahía de Nipe y el Océano Atlántico, además de los municipios Banes y Antilla, al Sur con la Provincia de Santiago de Cuba (municipios Julio Antonio Mella, San Luis y Segundo Frente), al Este con el municipio Frank País y al Oeste los municipios Cueto y Báguano, como se puede observar en la (Figura 1.1). Su extensión territorial es de 1,310.6 km². 10 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.1. Ubicación geográfica del área de estudio. 1.2.1 Clima. El clima de la región es tropical húmedo, distinguiéndose de acuerdo a la distribución de las precipitaciones dos períodos: seco y húmedo; el primero se extiende de noviembre-abril y el segundo de mayo-octubre, lo que se correlaciona con la distribución interanual del escurrimiento. La precipitación anual oscila entre valores de 1475 a1517 mm según el Mapa de Lluvia media hiperanual 60 años, de (Fernández N. y Maximova O.1992 actualizado en el 2005. 1.2.2 Vegetación. La vegetación original del área y en especial de las zonas más altas (entre 300-500 metros de altura), estaba cubierta mayormente por el bosque, donde se intercalan áreas de bosque de pino y en menor grado zonas con matorral xeromorfo subespinoso (charrascal), su distribución está determinada en lo esencial por el balance hídrico en el suelo, determinado por la relación entre la pendiente del relieve, potencia del suelo y en menor grado la exposición solar. Figura 1.2). 11 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.2 Vegetación natural de charrascos sobre suelo de poca cobertura. 1.2.3 Hidrografía del área de estudio. Esta región está caracterizada por su diversidad y complejidad, existiendo llanuras fluviales, pero sobre todo con el predominio de un relieve montañoso constituido casi en su totalidad por el sistema orográfico o grupo montañoso Nipe-Cristal-Baracoa. También hay predominio de zonas llanas en los valles de los principales ríos, las que se solapan con la llanura litoral norte (fuera de la zona de estudio), siendo las llanuras aluviales más extensas las de las cuencas de los ríos Mayarí y en menor medida Levisa, siguiendo una pequeña llanura aluvial en el río La Ceiba y río Blanco. En ellas se presentan zonas de inundación actual y terrazas elevadas con meandros y cauces abandonados levantados, lo que demuestra una dinámica neotectónica de levantamiento. Las costas en estas llanuras aluviales oscilan entre 12 y 100 m, las pendientes entre 0º y 15º, la disección vertical de 0 a90 m, disección horizontal de 20 a más de 380 m/ha y la disección total de 0 a 150 m/ha. 12 �Ing. Reinier Leyva Avila Hacia la parte Sur el relieve es completamente montañoso, va desde una zona premontañosa (100m a 250 m) hasta elevaciones con más de 250 msnm y hasta 740 msnm. Las pendientes en esta parte van desde 0º a 70º, la disección vertical 0 a 200 m, disección horizontal de 0 a más de 120 m/ha y la disección total de 0 a 460 m/ha. Esta zona montañosa se caracteriza por tener forma de colinas medias a altas, con cimas redondeadas en las elevaciones premontañosas, mesetas lateríticas altas (Pinares de Mayarí al Oeste y elevaciones al Sur de Levisa donde sólo quedan restos de estas estructuras), así como cuchillas y algunos picos bajos. 1.2.4 Red Hidrográfica. Las características del relieve y el régimen de las precipitaciones han favorecido en la formación de una densa red hidrográfica que corre generalmente de Sur a Norte. Dentro de las principales corrientes fluviales se destacan los ríos Mayarí y Levisa, así como los arroyos La Ceiba, Arroyo Blanco y Cajimaya. La red hidrográfica que predomina es detrítica, el nivel de los ríos cambia en dependencia de las precipitaciones. Los niveles más bajos se observan en el período de seca, noviembre-abril y los más elevados en el período de lluvias, mayo-septiembre. Las características generales del escurrimiento en la zona están basadas en crecidas extremadamente rápidas, con descensos más bien lentos. 1.2.5 Vías de comunicación. Fundamentalmente se destaca la carretera principal del país, con su consiguiente extensa red de carreteras y caminos aledaños. Se ha desarrollado la actividad marítima, esto se debe a que el municipio cuenta con un puerto habilitado a tales efectos, que permite exportar e importar la materia prima necesaria para la rama energética, además en Mayarí se implementó una novedosa red telefónica y una estación postal telegráfica que asegura la rápida comunicación con las demás provincias del país y con el extranjero. 1.2.6 Características socioeconómicas. 13 �Ing. Reinier Leyva Avila En su territorio se encuentran la Central termoeléctrica "Lidio Ramón Pérez", puesta en marcha en la década de los 90 del siglo XX, que es la de mayor capacidad de generación de Cuba (560 Mega/Watts); la Fábrica de plástico Cajimaya y otras. Dentro de las actividades económicas fundamentales encontramos, la generación de electricidad, plásticos y accesorios, agricultura no cañera, la ganadería vacuna, la actividad extractiva y forestal, la silvícola, la cafetalera, el comercio, la gastronomía y los servicios, la construcción, la producción alimentaria, las investigaciones, transporte, así como la actividad de la salud, cultura, deporte, educación y la actividad de los servicios comunales y personales entre otros. Mayarí se reafirma como el municipio de mayor generación de energía eléctrica del país, con la entrada en acción en julio del 2009 de ocho motores del nuevo emplazamiento de 24 máquinas, que utilizan el menos costoso fuel oil, y ubicado en un área de 10 mil metros cuadrados, anexo a la Central Termoeléctrica Lidio Ramón Pérez, cercana a la ciudad cabecera municipal. La tecnología empleada es de la firma coreana Hyundai. Así se refuerza el liderazgo eléctrico nacional de Mayarí, que tributa en total 605 Mw (el 17% de la electricidad del país), además es uno de los municipios que se encuentra dentro del Programa Integral de Desarrollo del País, lo que le ha permitido desarrollar sus fuerzas agrícolas y obtener grandes producciones, también con la terminación de la segunda etapa del trasvases le permitirá integrar otras áreas para la producción de leche, caña, granos y dos nuevas PCHE que contribuirán a la generación de energía nacional del País. 1.2.7 Características geológicas de la región. Trabajos precedentes muestran la alta complejidad desde el punto de vista geológico que posee la región de estudio, en la misma afloran formaciones geológicas de las más diversas edades, composición litológica y génesis, constituyendo claras evidencias de un desarrollo geológico sumamente complejo, que se refleja en una elevada complejidad estratigráfica y tectónica (Figura 1.3). Según Iturralde-Vinent en Cuba se pueden reconocer dos elementos estructurales principales: El cinturón plegado y el neoautóctono. El cinturón plegado está integrado 14 �Ing. Reinier Leyva Avila por unidades continentales y oceánicas. Sólo la segunda de estas unidades aflora en la región de estudio, representada por los siguientes elementos estructurales (Martínez R. 2015)  Arco de isla volcánico del cretácico (paleoarco).  Ofiolitas septentrionales.  Cuencas transportadas (piggy back) del Campaniense tardío- Daniense.  Arco de isla volcánico del Paleógeno o neoarco.  Cuencas transportadas (piggy back) del Eoceno Medio-Oligoceno. El Neoautóctono está representado en el área por secuencias del Post-Eoceno. Figura 1.3 Esquema Geológico de la región (Martínez R.2015). Asociación Ofiolítica: representada por peridotitas serpentinizadas, entre las que se encuentran imbuidos tectónicamente cuerpos de gabros y diabasas de alta dureza. Afloran aproximadamente en el 90 % en toda la zona y en el 100 % del trazado. Estas secuencias están muy tectonizadas, observándose dentro de ellas varios sistemas de grietas, fallas imbricadas y escamas tectónicas con planos que pueden aparecer con yacencia baja a casi horizontal y entre estos planos puede aparecer milonitización y minerales del grupo serpentinítico, donde no siempre el patrón de agrietamiento de la 15 �Ing. Reinier Leyva Avila escama superior e inferior se corresponde, pudiendo ser el superior menos agrietado que el inferior o viceversa, edad es Jurásico Superior al Cretácico (Martínez R.2015). Fm la Picota: a pesar de no estar representada en el mapa geológico, se conoce de su existencia en afloramientos en el río Levisa y se le ha reportado incluso en la antigua mina agotada Martí, lo que ocasionaba serios problemas con la ley mineral en algunos sectores, (Martínez R.2015). Está formada por conglomerados polimícticos con intercalaciones de areniscas polimícticas y conglomerados mal seleccionadas. Sus relaciones estratigráficas en la zona no se observan, siendo todos sus contactos tectónicos (Martínez R. 2015). Su edad es del Cretácico Superior (Campaniano) al Cretácico Superior (Maestrichtiano). Fm Mucaral: se desarrolla en forma de parches pequeños al Noroeste y Noreste de la zona de estudio. Está formada por margas con intercalaciones de calizas arcillosas, areniscas polimícticas, conglomerados polimícticos, limolitas, tufitas y algunas tobas bentonitizadas. Yace discordantemente sobre las secuencias de la asociación ofiolítica y está cubierta discordantemente por la Formación Bitirí y depósitos aluviales. Se depositó en aguas marinas profundas. Su potencia aproximada puede alcanzar hasta 300 m y su edad va desde el Eoceno Medio (parte alta) al Eoceno Superior (Martínez R.2015). Fm Bitirí: aflora al noroeste de la zona, formada por calizas de matriz fina, duras, compactas, carsificadas, que contienen ocasionalmente fragmentos de corales y grandes Lepidocyclinas de colores amarillo-grisáceo a carmelita. Yace discordantemente sobre la Formación Mucaral y las secuencias ofiolíticas. Está cubierta discordantemente por la formación Río Jagüeyes. Son depósitos biohérmicos, con abundantes algas y periarrecifal, que contiene asociaciones bentónicas. La influencia terrígena es muy subordinada, observándose en algunas muestras escaso material volcánico redepositado y cuarzo detrítico, en dependencia de las áreas de suministro (Martínez R.2015). Potencia aproximada de 40 m ó más y la edad es Oligoceno Superior al Mioceno Inferior. 16 �Ing. Reinier Leyva Avila Fm Río Jagüeyes: sus afloramientos se encuentran en ambos lados del río Mayarí y en zonas de Frank País en la provincia de Holguín. Constituida por limolitas, areniscas, gravelitas polimícticas de matriz arenácea a arcillosa con cemento carbonático escaso o ausente y margas arcillosas y arenáceas, fosilíferas, alternando con calizas biodetríticas, calizas biohérmicas, calcarenitas y arcillas. Las arcillas y limolitas pueden ser yesíferas. Predominan los colores crema, grisáceo y carmelita (Martínez R.2015). Yace discordantemente sobre la formación Bitirí. Está cubierta discordantemente o con parcial concordancia por la Formación Júcaro y discordantemente por la formación Jaimanitas, ambas fuera del área hacia el norte. Potencia aproximada de 150 m y edad del Mioceno Inferior (parte alta) al Mioceno Superior (parte baja). Depósitos aluviales (al Q2): formados por los depósitos aluviales arcillo limosos, areno gravosos en algunos sectores, cíclicos, con estratificación cruzada o sin estratificación (caóticos). Su potencia puede superar los 5 m y su edad es Holoceno (Martínez R.2015). Corteza de Intemperismo ferro-niquelífera: color rojo ladrillo u ocre, está formada por 4 horizontes bien definidos: 1) Serpentinitas lixiviadas, 2) Nontronitas u ocres estructurales, 3) Ocres inestructurales y 4) Perdigones. Su potencia puede superar los 10 m y su edad es Pleistoceno-Holoceno. 1.2.8 Características geológicas del área de estudio. La principal litología presente en el área de estudio son las serpentinitas con distinto grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria (Figura 1.4). La caracterización de la fábrica secundaria es muy importante desde el punto de vista ingeniero-geológica toda vez que influye en su comportamiento geomecánico; poder determinar la zona de desarrollo de estas litologías tributa a un mejor conocimiento del cuadro geológico (Sánchez S.2006). 17 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.4. Esquema Geológico de la zona de estudio. 1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio. Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006) se identificaron cuatros bloques: Bloque A: representa las zonas más bajas de la región, presenta una textura fina y coincide principalmente con los depósitos aluviales de los ríos y la Fm. Jagüeyes, estas secuencias constituyen sedimentos de grandes espesores de variada composición. La red de drenaje es escasa y representa sólo una pequeña área al NW de la región y en las terrazas de los ríos Mayarí, Levisa y Sagua (Cordovés P. J. M. et al.2006). Bloque B: coincide con las zonas más elevadas, predominan los procesos denudativos y denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se presenta como una gran zona al centro Norte del área y se caracteriza por constituir una zona elevada erosionada por los cauces de los ríos Mayarí y Levisa. La densidad del drenaje es alta presentando altos valores de disección vertical, lo cual denota movimientos de elevación de los bloques acompañado por intensos procesos erosivos sobre todo en el curso de los ríos antes mencionados. La configuración de la red es radial, manifestando 18 �Ing. Reinier Leyva Avila la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies pleniplanizadas. En las zonas más elevadas evidencia la combinación de los procesos neotectónicos y la intensidad de los procesos erosivos. Una parte de este bloque se encuentra separado del anterior y se manifiesta en el extremo SE del área investigada. Aunque en una posición hipsométrica menor este manifiesta similares características a las planteadas. Las litologías más representativas son las de la asociación ofiolítica y de la formación Santo Domingo, prevalecen las rocas vulcanógenas y vulcanógenas sedimentarias (Cordovés P. J. M. et al.2006). Bloque C: se caracteriza por una textura tendiendo a fina lo que evidencia la presencia de materiales quebradizos. Por lo general en este bloque se manifiestan las formaciones carbonatadas como Mucaral y Maquey, vulcanógenas y vulcanógenassedimentarias como Santo Domingo y Mícara. Desde el punto de vista hipsométrico el bloque se representa entre zonas bajas, con límite en las terrazas del río Sagua (Bloque A), y la región de premontañas, presentando rasgos geomorfológicos de zonas acumulativas y denudativo-acumulativa. Los rasgos de afectación estructural son evidenciados en este procesamiento denotando un intenso agrietamiento con direcciones preferenciales NE- SO y NW-SE.Cordovés P. J. M. et al.(2006). Bloque D: como característica principal tiene el estar limitado por una estructura del relieve de forma elipsoidal rodeando al sector más oriental del Bloque B. En él están presentes las formaciones carbonatadas como Yateras, yaciendo en forma de casquetes principalmente sobre la formación Sagua que tienen una componente más arcillosa que la primera. En la formación Yateras se denota una red de drenaje poco densa, con evidencias de estar altamente carsificadas sobre todo en los sectores más potentes. Al Sur predominan las litologías de margas, areniscas, limonitas y arcillas calcáreas. Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006), la zona de estudio se encuentra en su totalidad dentro de la Zona B, que es elevada y donde predominan los procesos denudativos y acumulativos. 19 �Ing. Reinier Leyva Avila Existe una relación directa entre las litologías, estructuras geológicas y movimientos neotectónicos con la zonación geomorfológica propuesta por (Cordovés P. J. M. et al.2006) y modificada por (Sánchez S.2006). A continuación se describe la zona geomorfológica presente en la zona de estudio: Zona B: se desarrolla sobre peridotitas serpentinizadas, gabros y rocas metamórficas, coincide con la zona más elevada, predominan los procesos denudativos y denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se caracteriza por constituir una zona elevada erosionada por los cauces de los ríos de montaña. La densidad del drenaje es alta, presentando altos valores de disección vertical, lo cual denota movimientos actuales de elevación de los bloques, acompañado por intensos procesos erosivos sobre todo en el curso de los ríos. La configuración de la red es radial, manifestando la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies peniplanizadas en las partes más elevadas, evidencia la combinación de los procesos neotectónicos y la intensidad de los procesos erosivos (Sánchez S.2006).  Serpentinitas esquistosas y budinadas. Se caracteriza por la presencia de serpentinita esquistosa, plegada con budinas espaciadas de tamaño medio a grande. Las serpentinitas esquistosas presentan una dureza blanda y las budinas son de dureza media. El grado de meteorización es de categoría II (algo meteorizada), en las grietas y planos de esquistosidad se observa humedad. Las grietas aparecen juntas con una continuidad de alta a muy alta predominando las de abertura cerrada y en menor medida abiertas, la rugosidad es escalonada rugosa y ondulada rugosa (Sánchez S.2006). Las budinas por lo general son rocas más duras que la zona que la bordea las cuales son esquistosas, desde el punto de vista ingeniero-geológico (Sánchez S.2006).  Serpentinita budinada y foliadas. Se caracterizan por el predominio de budinas de serpentinitas sobre la matriz esquistosa a brechosa fina de serpentinita, aparecen pequeños pliegues. La dureza de las budinas es mediana y de las foliadas son blandas. Ambas están algo meteorizadas. En las grietas se observa humedad, estas se encuentran muy juntas a juntas con una 20 �Ing. Reinier Leyva Avila continuidad de alta a muy alta, con abertura predominantemente del tipo cerrada y en menor medida abierta, la rugosidad de las superficies de agrietamiento va de escalonada rugosa a ondulada rugosa (Sánchez S.2006).  Serpentinita agrietada y/o brechosa media. Son muy frecuentes a lo largo de la traza del Túnel y se caracterizan por presentar bloques brechoso de tamaño medio entre 10-30 cm. Por su dureza se clasifican como rocas medias a blandas, algo meteorizadas. Aunque no se comprobó, es posible la circulación de agua por las zonas de mayor agrietamiento. Las grietas están separadas, tienen una continuidad alta, son abiertas en superficie y sus planos son ondulados rugosos y escalonados-rugosos, aunque en profundidad, alejado de la zona de meteorización los planos son por lo general cerrados, y si están abiertos, están rellenos generalmente de serpofita, aunque pueden tener otros rellenos como arcillas, carbonatos y más raramente cuarzo. Cuando están abiertos sin relleno por lo general su abertura está en el orden del milímetro o fracción del milímetro (Sánchez S.2006).  Serpentinita agrietadas y/o brechosas gruesas. La Serpentinita brechosa gruesa no aflora a lo largo de la traza, sino en sus inmediaciones tanto al sureste como al noroeste del mismo. Se caracteriza por el predominio de los bloques grandes con dimensiones de 30-100 centímetros. La dureza es predominantemente media, presentándose algo meteorizada, sin presencia de humedad. Las grietas se encuentran muy separadas con una continuidad muy alta, por su abertura pueden ser abiertas y anchas; la rugosidad predominante es la ondulada rugosa y escalonada rugosa (Sánchez S.2006).  Serpentinita maciza agrietada. La Serpentinita maciza brechosa no aflora a lo largo de la traza, sino en zonas cercanas al sureste y noroeste de la traza. Se caracteriza por estar dividida en bloques muy grandes con dimensiones mayores de 100 centímetros con una dureza media y un grado de meteorización de categoría II. Excepcionalmente en alguna grieta abierta se localiza humedad o goteo de agua. El agrietamiento se presenta con un espaciado muy 21 �Ing. Reinier Leyva Avila separado con una continuidad alta, la rugosidad es escalonada, rugosa a ondulada rugosa (Sánchez S. 2006).  Gabros. En el levantamiento ingeniero-geológico realizado por (Blanco B. R. M. el al. 2009), se detectaron abundantes bloques angulosos de gabro microcristalino gris oscuro con brillo de los pequeños cristales de piroxeno y plagioclasa básica, dándole un parecido a una piedra de esmeril artificial, además de presentar una gran dureza. Por lo general afloran en las partes más elevadas de los trazados, donde al parecer se encuentran in situ en la profundidad, como demuestran las altas resistividades de la tomografía eléctrica realizada y que parece contornear la forma de estos cuerpos que fuera un gran sills y/o dique intrusivo en su formación inicial y que en su emplazamiento tectónico fluyó entre los bloques de serpentinita, dejando entre esta y el gabro una banda esquistosa de pequeño espesor desde algunos centímetros hasta algo más de 50 cm. En la parte superior este esquisto serpentinítico se ha alterado hasta formar suelo, mientras que el gabro apenas tiene una pequeña pátina de alteración de pocos milímetros. Esta litología es sumamente dura al golpe de piqueta, desprendiendo abundantes chispas al ser golpeado. Es posible observar también gran cantidad de bloques sueltos de esta litología hacia las partes más bajas, los cuales en muchos casos tienen forma de cantos algo redondeados, lo que demuestra que descendieron de las partes más altas. Cordovez P. et al. (2009), plantea que esto puede ser por la presencia de restos de un antiguo olistostroma en la cercanía de la zona de estudio. 1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio. En el área de estudio se encuentra el complejo acuífero de las aguas fisurales de las rocas ultrabásicas. Estas aguas se encuentran en grietas y fisuras de las serpentinitas y gabro-diabasas, caracterizándose por presentar bajos caudales.En la investigación del Tramo I (Sánchez Rivas, et al.1991),se obtuvieron gastos específicos que varían desde 0.0035 a 0.075 l/min/m y coeficientes de filtración que van desde 0.003 hasta 0.073 m/día, en la actual investigación se hicieron pruebas de vertimientos en la Cala 22 �Ing. Reinier Leyva Avila Nº 8 y no se obtuvieron valores por frecuentes fugas de agua en profundidad, lo que demuestra la presencia de fallas subhorizontales a diferentes niveles con alta permeabilidad. En la cala antes mencionada se cortó el agua a 4.71 m y sin embargo al perforarse más abajo se produjo fuga de agua, abatiéndose los niveles freáticos. De acuerdo a los valores de los coeficientes de filtración obtenidos, se pueden clasificar estas rocas como prácticamente impermeables o muy poco permeables (acuitardo), sin embargo en las zonas de fallas, el gasto específico y el coeficiente de filtración serán mayores (100 a 200 m/d ó 0.1157 a 0.2315 cm/s). De acuerdo a las características de filtración del macizo, sólo se deben esperar afluencias considerables de agua en las zonas de influencia de fallas. Por lo complicado del cuadro tectónico y por la experiencia que se tiene de investigaciones vecinas (por analogía), las aguas se mueven desde el macizo rocoso hacia los arroyos y ríos que hay en el área, siendo la divisoria las cimas del trazado. En todo el Tramo III, durante los trabajos de campo, se observaron pocos manantiales por lo general de muy bajo gasto, aunque si se describieron unas cuantas corrientes superficiales en cañadas que marcan la superficie del agua subterránea. 1.2.11 Caracterización tectónica de la zona. Lo diferentes eventos tectónicos que ocurrieron en la región y afectaron las rocas de la zona de estudio, generaron estructuras superpuestas a las litologías presentes de la asociación ofiolítica, encontrándose grietas iniciales formadas durante el proceso de riftogénesis durante la formación de estas secuencias y diques de gabro-diabasa durante el Jurásico tardío y el Cretáceo inferior, más tarde desde el maestrictiano al Eoceno medio parte alta ocurre la colisión del arco Cretácico con la Plataforma de Bahamas, cerrando el mar marginal entre ambas estructuras, formando escamas tectónicas de bajo ángulo, corrimientos y fallas de deslizamiento por el rumbo, todo en un ambiente combinado marino-continental, que fue creando una especie de nappes o escamas tectónicas combinados con depósitos caóticos de cuencas superpuestas, que dieron origen a la Fm. La Picota y que da la apariencia a todo el conjunto regional de 23 �Ing. Reinier Leyva Avila un gran mega-melange, interpretado por Cordovés y Quintas como macromelange(CordovésPedrianes J. M. 2009). Entre el Daniano y el Eoceno medio se desarrolló próximo a la zona el arco de islas terciario que dejó sus huellas en las soluciones hidrotermales que provocaron el relleno de muchas de las grietas. A este evento se superpusieron en el Oligoceno y Eoceno eventos que complicaron aún más el cuadro geólogo-estructural y que determinaron todas juntas las principales direcciones estructurales que van desde el noreste hasta el noroeste y las más jóvenes con dirección norte-sur. Las dislocaciones este-oeste por lo general de bajo ángulo, son las más antiguas vinculadas al emplazamiento tectónico de las rocas de la asociación ofiolítica. Entre las estructuras geológicas están los pliegues, grietas y fallas de diferente ángulo y mecanismo de formación. 1.3 Conclusiones. En el capítulo se logró describir las principales características físico-geográficas de la región de estudio de las cuales se llegó a la conclusión de que la región se encuentra constituida en su mayor parte por peridotitas serpentinitas con presencia de gabro. En el municipio de Mayarí existen las condiciones idóneas para el procesamiento del material estudiado sin realizar grandes inversiones, por lo que se reducen las áreas de escombro, logrando disminuir considerablemente la afectación al medio ambiente, partiendo de las características geomorfológicas de la región. 24 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS. 2.1 Introducción. En este capítulo se destacan las tres etapas de trabajo realizadas durante la investigación (Figura. 2.1), partiendo de una primera parte con la búsqueda de todas las bibliografías de los trabajos precedentes relacionados con la temática, posteriormente se pasó a la segunda etapa del trabajo donde se realizaron los trabajos de campo y de laboratorio, una tercera con el objetivo de procesar los resultados obtenidos que satisfagan la posible utilización de los escombros de los Túneles como árido para la industria de la construcción en hormigón. 2.2 Metodología de la investigación. El trabajo se desarrolló en tres etapas fundamentales las que se muestran en el presente organigrama: Figura 2.1 Organigrama de la investigación. 25 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.3 Primera etapa. El Túnel Mayarí-Levisa es una obra subterránea que va desde la Presa Mayarí hasta la Presa Levisa, con el objetivo de trasvasar agua. Toda la zona a investigar está entre las coordenadas Lambert X1=622000 a X2=636000 y Y1=215000, Y2=221000 en las hojas cartográficas 1:50 000 de Mayarí 5077-I para una superficie total de 84.0 km2. Es necesario ver el trazado general del Túnel en toda su extensión, por lo que (Cordovez P. y Quintas C. 2009), propusieron reducirla a un área más adecuada para este tramo entre las coordenadas X1=623200, X2=624200, Y1=215060 y Y2=216790. En esta etapa se seleccionó el área donde se iban a desarrollar los trabajos, se partió de los objetivos a evaluar, los cuales se localizan en el grupo montañoso Nipe-CristalSagua-Baracoa. Por una parte los diferentes tramos del Túnel Mayarí-Levisa, Conexión I, Conexión II que se encuentra en construcción por la Empresa Constructora de Obras Hidráulicas (ECOH). Los trabajos de búsqueda y revisión bibliográfica precedentes relacionados con la temática, se efectuaron en el Fondo Geológico del departamento de Geología y Minas, en las empresas: RAUDAL (Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos), ENIA (Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas); Geominera Oriente, en Santiago de Cuba y búsquedas en Internet. Se consultaron los trabajos anteriores de la región y el área de estudio, en cuanto a la geología, geotecnia, hidrología, morfología, entre otros. Esto se obtuvo de informes, tesis doctorales, tesis de maestrías, tesis de grado, revistas, libros especializados, folletos. También se consultó la bibliografía especializada nacional e internacional sobre estudios de los materiales serpentiníticos empleándolo como material para la construcción, así como las exigencias y normas establecidas para el estudio de áridos en hormigones, lo cual nos permitió establecer el marco teórico y conceptual de la investigación. 26 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.3.1 Análisis de la información. De los pocos trabajos realizados sobre la temática en cuestión, es importante decir que todos constituyen un punto de partida para otros trabajos relacionados con el tema, ya que explican de manera concreta la importancia de la utilización de estos tipos de rocas para dar soluciones constructivas a las necesidades del municipio. De los estudios realizados sobre la temática, a pesar de que no son muchos, todos constituyen de una manera u otra una importante fuente de referencia sobre la utilización de estos materiales como materias primas para la construcción y que tributan a la zona de estudio, trazando una dirección importante en las investigaciones. Los términos, normas, regulaciones y definiciones a emplear se establecieron en esta etapa con el fin de unificar criterios para lograr una mejor interpretación de los resultados a obtener. Hormigón: material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) y agua. La mezcla de cemento con arena y agua se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que usa betún para realizar la mezcla. El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea. Figura. 2.2 Hormigón armado. 27 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.3 Hormigón pretensado. Tipos de Hormigones. Hormigón ordinario También se suele referir a él denominándolo simplemente hormigón. Es el material obtenido al mezclar cemento portland, agua y áridos de varios tamaños, superiores e inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena. Hormigón en masa Es el hormigón que no contiene en su interior armaduras de acero. Este hormigón solo es apto para resistir esfuerzos de compresión. Hormigón armado Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.2). Hormigón pretensado Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.3). Mortero Es una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es decir, un hormigón normal sin árido grueso. Hormigón ciclópeo Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes 28 �Ing. Reinier Leyva Avila piedras de dimensión no inferior a 30 cm. Hormigón sin finos Hormigón aireado o Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón baja densidad. celular Hormigón densidad Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena (árido menor de 5 mm). de Fabricados con áridos de densidades superiores a los alta habituales (normalmente barita, magnetita, hematita...) El hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y proteger frente a la radiación. Dosificación: implica establecer las proporciones apropiadas de los materiales que componen al concreto, a fin de obtener la resistencia y durabilidad requeridas, generalmente expresado en gramos por metro (g/m). Árido: se denomina al material granulado que se utiliza como materia prima principal en la construcción del hormigón. El árido se diferencia de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia mecánica, y se caracteriza por su tamaño, las dimensiones son diferentes, varían desde 0,149 mm hasta un tamaño máximo especificado. No se consideran como áridos aquellas sustancias minerales utilizadas como materias primas en procesos industriales debido a su composición química. Se clasifican según su tamaño en dos tipos fundamentales, en árido grueso o grava y en árido fino o arena, los cuales, aunque no contribuyen de manera activa al endurecimiento del mortero deben poseer por lo menos la misma resistencia y durabilidad que se exija al hormigón. El árido grueso (grava) es aquel que posee principalmente, partículas de un tamaño superior a 4,76 mm. 29 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.4 Segunda etapa. En esta etapa se realizaron los trabajos de la toma de muestras, se realizó el cálculo del material proveniente de los túneles del trasvase en su tercera etapa: Túnel tramo I, Conexión I y Conexión II. Estos materiales se depositan en escoberas que ocupan una gran cantidad de m2 trayendo consigo en ocasiones gran contaminación al medio ambiente. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I). Descripción: Se localiza en el borde del camino de acceso al aliviadero de la Presa Mayarí, a unos 300 m del portal de entrada del Túnel Mayarí-Levisa, en las coordenadas Lambert: X = 214 300, Y = 623 200, hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000. Esta escombrera forma un gran acopio de unos 10 – 15 metros de altura que ocupa una superficie de 1.2 ha, aproximadamente. Este material no fue colocado de forma ordenada, según la calidad del mismo y por ese motivo aparecen cantos y bloques de roca mezclados con material aluvial y predominantemente fino, en ocasiones mezclado con materia orgánica o suelo. Hacia los bordes o periferia del acopio, se acumulan en todo el talud y base del mismo, cantos y bloques de muy diversos tamaños, totalmente desprovistos de finos. (Figura. 2.4). 30 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 2.4 Parte superior de la escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I). Para caracterizar estos materiales fragmentados por las voladuras se realizaron 20 granulometrías gigantes igual número de peso específico de los sólidos; también se tomaron 20 bloques de rocas para determinar peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Escombrera Conexión I. Está ubicada en una amplia cañada entre montaña, al noreste de la Presa Mayarí, a unos dos kilómetros de la misma (Figura. 2.5). Sus coordenadas Lambert son: X = 216 800, Y = 623 850., hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000. Descripción: Presenta mezclas de material, predominando los materiales finos, producidos por las voladuras. También se observan en esta escombrera una mayor fragmentación de los cantos y bloques y mayor meteorización de los mismos. El hecho de que el acarreo de 31 �Ing. Reinier Leyva Avila los materiales se realice hacia un lado de la escombrera y no en todas direcciones, facilita la contaminación de bloques con material fino indeseable. Durante la primera visita se realizaron 10 granulometrías gigantes y se tomaron 5 bloques para realizarles ensayos de peso específico natural y resistencia a la compresión, pero durante la segunda visita se determinó paralizar el estudio de esa escombrera debido a que continuaba la contaminación del material útil con abundante fino y la presencia de muchos cantos y bloque de roca. Figura. 2.5 Foto de la Escombrera Conexión I. Escombrera Conexión II. Se localiza al Sur del camino Seboruco – Molino Pilón, a unos 4 kilómetros de este, en las coordenadas Lambert: X = 218 550, Y 625 600, hoja cartográfica 5077 - I, escala 1: 50 000. Esta escombrera está ubicada en varias explanaciones escalonadas de una elevación y se observa la misma problemática descrita en las otras escombreras debido a la colocación del material de excavación sin ordenarse por su granulometría. 32 �Ing. Reinier Leyva Avila Descripción. La escombrera está formada por varios acopios que presentan un talud poco definido, razón por la cual se investigó la misma mediante el muestreo del material que se depositaba en el momento que se realizaban los trabajos de campo (Figura. 2.6). Figura. 2.6 Foto de la Escombrera Conexión II. Se ejecutaron 20 granulometrías gigantes y se tomaron 20 bloques de roca para realizar los ensayos de peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Los resultados obtenidos, se expresan en promedio. Cálculo de los volúmenes de las escombreras. Se determinó mediante el método de bloque: Se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red Geométrica incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las exploraciones transversales, así como para calcular las reservas de los depósitos estratificados y en forma de filones de poca potencia. 33 �Ing. Reinier Leyva Avila Al calcular la reserva por el método de bloque, el área del depósito se divide en sectores, es decir, en bloques. El volumen del depósito en este caso se transforma en una serie de figuras cerradas, con alturas iguales a las potencia media de los bloques de cálculo. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa. Para el cálculo del volumen se utilizó el método de bloque. La escombrera está formada de forma monolítica, una explanación inclinada por el relieve, de unos 120 metros de largo por unos 100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15 metros. La franja donde se localiza el material útil está ubicada en los últimos 12 metros de la periferia de la escombrera y fue producida por la segregación que provoca el acarreo del buldócer al empujar el material hacia los taludes. Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando, por el método tacto-visual, el material aparentemente útil para los fines que se persiguen debe ser seleccionado por el técnico que se encuentra en la escombrera según este se va excavando. Escombrera Conexión I. La ubicación de esta escombrera en una cañada permite la formación de dos derrames en dos taludes, lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede realizarse en dos direcciones. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio el posible material útil con el de desecho y por tanto redujeran las posibilidades de uso de esta escombrera. Las propiedades mecánicas también son bajas en comparación con las otras dos escombreras estudiadas. Escombrera Conexión II. Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla desordenada de los cantos y bloques de roca con material finos producido por las voladuras y por la meteorización, lo que limita las reservas de la explanación más elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame de material por los taludes, 34 �Ing. Reinier Leyva Avila facilitando así la segregación del material lo que permite acceder al material más limpio. Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia). Para continuar la investigación de la roca extraída del Túnel Levisa y de Conexión II se transportaron para el Molino Pilón 30 m 3 de cada escombrera, donde se obtuvieron las cantidades requeridas de arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm, para continuar el estudio de estos materiales como áridos de hormigones de ambas escombreras. Trabajos de laboratorios. Los trabajos de laboratorios se realizaron en las empresas de RAUDAL y la ENIA, en estas se realizaron diferentes tipos de ensayos: se determinó granulometría con hidrómetro, límites de plasticidad, peso específico natural, granulometría gigante, peso específico (de las partículas sólidas). En los ensayos de Roca se determinó, peso específico natural, resistencia a la compresión (seca), resistencia a la compresión (saturada). En el ensayo de árido se determinó, humedad superficial, peso específico y absorción de agua (arena), peso específico y absorción de agua (áridos gruesos), análisis granulométrico, abrasión, material más fino T-200, peso volumétrico, Índice de triturabilidad, contenido de partículas de arcilla, por ciento huecos, partículas planas y alargadas y se realizaron distintos tipo de dosificación de hormigones hidráulicos y asfáltico en la que se tuvieron en cuenta las siguientes Normas Cumanas:  NC 19:1999 Geotecnia. Determinación del Peso Específico de los suelos,  NC 156: 2002 Geotecnia. Determinación del Peso Específico Natural.  NC 62:2000 Geotecnia. Determinación de la resistencia a la compresión axial en especímenes de rocas, P (11)-2.04-05 Procedimiento para la recepción, preparación, protección, almacenamiento y/o disposición final de las muestras.  NC 10: 1998 Geotecnia. Preparación de muestras de Suelos.  NC 61: 2000 Geotecnia. Identificación y Descripción de Suelos (Examen Visual y Ensayos). 35 �Ing. Reinier Leyva Avila  NC 178: 2002 Áridos. Análisis Granulométrico,  NC 181: 2002 Áridos. Determinación del Peso Volumétrico. Método de Ensayo, NC 182: 2002 Áridos. Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm (200). Método de Ensayo.  NC 186: 2002 Arena. Peso Específico y Absorción de Agua. Método de Ensayo.  NC 188: 2002 Áridos Gruesos. Abrasión. Método de Ensayo.  NC 189: 2002 Áridos Gruesos. Determinación de Partículas planas y alargadas. Método de Ensayo. Para la realización de los ensayos químicos se utilizó la metodología siguiente:  Toma de muestras. La toma de muestras en el campo se realizó por el geólogo de recursos hidráulicos durante la perforación, al intervalo que debe pasar el túnel.  Recepción y descripción macroscópica. Realizado por la especialista, lo cual incluyó además la preparación del embarque y entrega al laboratorio.  Preparación de secciones delgadas. Fueron preparadas en el Laboratorio.  Análisis petrográfico. Se describieron detalladamente las secciones delgadas bajo el microscopio de luz polarizada, marca NIKON de nacionalidad japonesa del departamento de petrografía de la EGMO.  Análisis Químico de 14 determinaciones. Se realizaron las siguientes determinaciones: Al2O3, SiO2, MgO, Cr2O3, MnO, Fe2O3, NiO, CoO, CaO, TiO2, Na2O, K2O, FeO, PPI. Para ello se utilizaron los siguientes métodos:  Empleando principalmente Espectroscopia de Emisión Atómica con Fusión Inductiva con plasma acoplado (ICP-AES) para determinaciones de Al2O3, SiO2, MgO, Cr2O3, MnO, NiO, CoO, CaO, Fe2O3, PPI.  Determinación de Na2O y K2O: Mediante Fotometría de llamas: El equipo es un CORNING-400, trabaja con gas licuado, tiene filtros de colores que son complementarios con el color del elemento a determinar. Posee su gráfica de calibración. Tiene supresores de interferencia. 36 �Ing. Reinier Leyva Avila  Determinación de FeO por volumetría.  Determinación de TiO2 mediante Colorimetría.  Confección del reporte Petrográfico-Petrológico. 2.5 Tercera etapa. Para el procesamiento de los resultados de los materiales proveniente de los túneles del Trasvase Este-Oeste en su tercera etapa se partió de la toma de muestras realizadas en el trabajo, las misma se le realizaron comparaciones con los materiales proveniente de la Cantera de Pilón mediante tablas y gráficos, además se realizaron dosificaciones con el material proveniente de los túneles. Peso específico y absorción de agua según la NC 187. Arena: Los pesos específicos seco y saturado del agua se obtienen por medio del pesaje de la arena en estado seco y saturado en agua. Se introducen inmediatamente en un frasco volumétrico 500 g de la muestra, añadiendo agua destilada hasta un poco por debajo de la marca del enrase del frasco. Para eliminar las burbujas que hayan quedado en el frasco se pueden aplicar los siguientes métodos de operación: a) El frasco se somete al Baño de María y se mantiene en ebullición durante 2 horas aproximadamente hasta que sean expulsadas todas las burbujas. b) Se coloca el frasco volumétrico sobre una superficie plana, se inclina unos 30 º y se hace rodar con rapidez sobre la misma, sujetándolo por la boca hasta que sean expulsadas todas las burbujas. Después se coloca en un baño de agua durante una hora aproximadamente, hasta alcanzar la temperatura ambiente. Al final de ese tiempo se añade agua destilada hasta alcanzar el enrase y se determina el peso total con un error menor de 0.01 g. A continuación se extrae la arena del frasco volumétrico y se deseca a peso constante en una estufa cuya temperatura esté comprendida entre 105 ºC y 110 ºC. Se deja enfriar a la temperatura ambiente y se pesa con un error menor de 0.01 g. (Figura. 2.6) 37 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.6 Arena obtenida del material procesado. Peso específico corriente. El peso específico de las partículas desecadas, incluyendo en el volumen, los poros accesibles al agua y los no accesibles, se calcula aplicando la fórmula siguiente. En la (Figura. 2.7) se observa el equipo térmico para el secado de las muestras. Peso específico corriente = A / C+ B +C1 Donde: A: Peso de la muestra secada en la estufa (g). B: Peso de la muestra saturada con superficie seca (g). C: Peso del frasco lleno con agua (g). C1: Peso del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase (g). 38 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.7 Equipo térmico para el secado de las muestras. Peso específico aparente. Es el peso específico de las partículas secadas en estufa, incluyendo en el volumen sólo los poros inaccesibles al agua. Se calcula aplicando la fórmula siguiente: Peso específico aparente = A / A –C Donde: A = Peso en el aire de la muestra secada en estufa (g). C = Peso en el agua de la muestra saturada (g). El resultado se expresará con una sola cifra decimal. Árido Grueso. Los pesos específicos y la absorción de agua en los áridos gruesos se determinan por medio de pesadas. Por el método de cuarteo se selecciona una muestra de 5 kg del árido, donde se separa todo el material que pasa por el tamiz de 9.52 mm. Si la calidad del material es homogénea, se puede emplear para el realizar el ensayo, el retenido en el tamiz de 25.4 mm. Según la Norma Cubana 187- 2002. Después de haber lavado bien el árido, para quitarle cualquier otro material adherido a la superficie 39 �Ing. Reinier Leyva Avila de las partículas, se seca la muestra hasta obtener el temperatura de 105 - peso constante a una 110 º C. La muestra se sumerge en agua a temperatura ambiente durante 24 horas. Después del período de inmersión en agua, se secan las partículas rodándolas sobre una tela absorbente hasta que se haya eliminado toda la película de agua visible, aunque la superficie aparezca todavía húmeda. La muestra se pesa en el aire. Una vez pesada, la muestra saturada y superficialmente seca se coloca inmediatamente en el cesto de alambre o en el cubo metálico y se determina su peso dentro del agua. Se seca en la estufa hasta lograr tener su peso constante a una temperatura de 105 - 110 ºC, y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se pesa en el aire. (Figura. 2.8 y 2.9) Figura 2.8 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 9.52 mm. Figura 2.9 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 19.1 mm. 40 �Ing. Reinier Leyva Avila Determinación del peso volumétrico suelto y compactado, y cálculo del por ciento de huecos según la NC 181:2002. Los pesos volumétricos se determinan por medio de pesadas del material contenido en recipientes calibrados de volumen conocido. Se determinara el peso neto del árido contenido en recipiente, luego se obtendrá el peso volumétrico (suelto o compactado) multiplicando el peso neto por un factor de calibración. Los materiales granulares pueden presentar muy diversos pesos unitarios en dependencia del grado de compactación que alcancen en el volumen cubicado y esto se hará más crítico mientras el tamaño de los granos sean más pequeños. Atendiendo a lo antes expuestos se identifican dos tipos de pesos unitarios. El peso unitario suelto (PUS), en el que el material se vierte suelto, sin compactar en el volumen bien cubicado y tarado. El recipiente será llenado en tres capas, dándosele 25 golpes con la varilla de compactación, en cada capa, para su compactación; los golpes serán distribuidos uniformemente sobre la superficie y de manera que la primera serie llegue hasta el fondo sin golpearlo fuertemente. La compactación en las otras capas debe ser sólo en el espesor de las mismas. Después se enrasa la superficie del árido con una regla de bordes rectos y fuertes. Esta operación se ayudará en los áridos gruesos, retirando las partículas que sobresalgan considerablemente y para compensar los huecos que queden en la superficie llenarlos con partículas más pequeñas hasta nivelar la superficie (Figura. 2.10). Figura 2.10 Llenado y compactación con barra del recipiente de medición del peso volumétrico. 41 �Ing. Reinier Leyva Avila Los pesos unitarios de los áridos finos y gruesos se determinan según los requerimientos de la NC 181:2002. Porcientos de huecos NC 177:2002. El porcentaje de vacíos o huecos se determina según los requerimientos de la norma cubana NC 177:2002. A partir de la determinación del peso específico corriente y el peso volumétrico compactado, según la fórmula siguiente: Porcientos de huecos= (PEC – PVC) / PEC * 100 % Donde: PEC – Peso específico corriente del árido. PVC – Peso volumétrico compactado del árido. Abrasión. La máquina para el ensayo de desgaste Los Ángeles consiste en un cilindro hueco de acero, cerrado en ambos extremos, con un diámetro interior de 711,2 mm y una longitud interior de 508 mm. El cilindro está montado en pivotes que acoplan con sus extremos pero que no penetran en él. Está montado de tal manera que pueda girar con su eje en posición horizontal. El cilindro está provisto de una abertura para introducir la muestra que se desea ensayar. La abertura se cierra mediante una tapa con una junta fijada por tornillos que impide la salida del polvo. La tapa debe mantener el contorno cilíndrico interior, a no ser que el entrepaño se coloque de modo que la carga no caiga sobre la tapa durante el ensayo ni se ponga en contacto con ella en ningún momento. La distancia del travesaño a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia del cilindro y en el sentido de la rotación será mayor de 1 270 mm. 42 �Ing. Reinier Leyva Avila 1. Los que se realizan en ensayos con muestras de rocas conformadas que conducen a la expresión de los resultados en unidades fundamentales, tales como la resistencia a la rotura en compresión, tracción indirecta y flexión. 2. Los que se realizan con áridos obtenidos mediante trituración de las rocas. Se incluyen los ensayos de abrasión Los Ángeles, triturabilidad de áridos, impacto, coeficiente de pulimentación. Determinación del contenido de partículas planas y alargadas, según la NC 189: 2002. Áridos gruesos. Las partículas planas y alargadas contenidas en los áridos se obtienen por medio de la separación de la muestra en fracciones, separando las partículas planas y alargadas y determinando el por ciento que representan del peso del árido, mediante el pesaje de las partículas que hayan sido seleccionadas como planas y alargadas.(Figura. 2.11). Para desarrollar este ensayo fueron utilizados los tamices con aberturas de malla de 76, 2 mm; 63, 5 mm; 50, 8 mm; 38, 1 mm; 25, 4 mm; 19, 1 mm; 12, 7 mm; 9, 52 mm; 4,76 mm. Después de separadas las cantidades de partículas a ensayar se depositan en bandejas perfectamente identificadas para evitar que los diferentes tamaños o fracciones se mezclen, posteriormente todo el contenido de una de las bandejas se extiende sobre una superficie limpia y por simple inspección visual se separan las partículas planas y alargadas que no ofrezcan dudas de sus formas y dimensiones. De esta misma forma se realiza para las partículas que no sean planas y alargadas. Las partículas que no hayan podido ser determinadas en la inspección visual serán medidas con el pie de rey, determinándose así la relación existente entre sus dimensiones. (Figura. 2.12). 43 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.11 Balanza con las partículas planas y alargadas. Figura 2.12 Determinación de partículas planas y alargadas con el pie de rey. Determinación del por ciento de partículas planas y alargadas. Los porcentajes de partículas planas y alargadas halladas en cada muestra ensayada se determinan aplicando la expresión (10) PPA  A  100 B Donde: PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas 44 �Ing. Reinier Leyva Avila A – Masa de las partículas planas y alargadas encontradas en cada muestra ensayada (g) B – Masa de la muestra ensayada (g) Determinación del por ciento corregido de partículas planas y alargadas. El por ciento corregido de partículas planas y alargadas  PPA  RP se determina 100 por la expresión anterior: Donde: PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas RP – Por ciento retenido parcial de la fracción de la muestra ensayada Diseño de las dosificaciones. En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y 2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR). HCH. Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades: HCH # 1 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 2 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con y 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 3 Se diseñó con arena del molino de Pilón con grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 4 Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la investigación es la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración del 45 �Ing. Reinier Leyva Avila material de los túneles. Se realizó las dosificaciones con contenidos de cemento más cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3. HCR. Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por: HCR# 5 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de material carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P350. HCR# 6 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de zeolita fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350. En las dosificaciones de HCR hubo cambios con respecto al contenido de cemento (260 Kg/m3, en vez de 230 y 260 como se había solicitado. Esto se realizó para estudiar paralelamente dos tipos de filler con un mismo contenido de cemento (Figura 2.13 y 2.14). Figura 2.13 Vista de una probeta de HCR con asentamiento cero. 46 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 2.14 Fabricación de probetas de HCR. 2.6 Conclusiones. En el presente capítulo se logró realizar diferentes tipos de dosificaciones de hormigón: Hormigones Compactados con Rodillo y para Hormigón Convencional Hidráulico variando solo la cantidad de cemento, además se obtuvo grava y arena procesadas en el molino de Pilón. 47 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS. 3.1 Introducción. El presente capítulo aborda los resultados obtenidos en la búsqueda bibliográfica realizada sobre los diferentes tipos de litologías existentes en la zona de estudio. Se confeccionó perfiles de cada uno de los tramos de túneles investigados representando en cada uno de ellos los diferentes tipos de litologías existentes, además se logra calcular la cantidad de material que presenta cada uno de los tramos. Se caracteriza físico–mecánica los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa, según los parámetros normalizados para su empleo como áridos en hormigones. Se determina diferentes tipos de dosificación con los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa procesado en la planta de Pilón lo que facilitó la evaluación definitiva del material. 3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa. Se realizó una recopilación de todos los trabajos realizados con anterioridad en la zona y área de estudio, se reinterpretó la información litológica y estructural los cuales arrojaron los siguientes resultados. Del Estudio Ingeniero-Geológico a escala 1:10 000 del Túnel Levisa-Melones de la Agencia de Estudios Regionales de GEOCUBA del 2007, se tiene que se dividió al macizo rocoso ofiolítico en tres tipos litológicos fundamentales:  Serpentinitas muy agrietadas.  Serpentinitas agrietadas.  Serpentinitas menos agrietadas. 48 �Ing. Reinier Leyva Avila Sin embargo esta división es un poco simplista, pues la variedad de fábricas existentes en estas rocas, hace necesario una subdivisión más detallada, aunque con posterioridad pueda simplificarse para la clasificación ingeniero-geológica. La principal litología presente en el área de estudio, son las peridotitas serpentinizadas con distinto grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria, sin embargo en la actual excavación del Tramo II en su calicata de entrada, se están extrayendo grandes volúmenes de peridotitas con bajo grado de serpentinización, (presencia de serpofita en los planos de grietas). Al parecer las serpentinitas propiamente dichas predominan en estos tramos hacia los horizontes superiores, mientras que en los horizontes inferiores pueden aparecer gran cantidad de peridotitas. Cercano al Trazado del Tramo III se pudo describir la presencia de estas rocas sin evidencias de serpentinización Cordovés P. J. M., et al (2007). Ver Figura 3.2 y 3.3. En el Informe Petrográfico del Trasvase Este – Oeste Tramo Sagua-Mayarí (Túnel Mayarí-Levisa) Tramo I y II. Geominera Oriente, se tiene resultados de la composición petrográfica del material presente. Se clasifican por Strekeinsen (1973), en función del contenido de Olivino (Ol), Clinopiroxenos (Cpx) y Ortopiroxeno (Opx), aprobada por la Unión Internacional de Ciencias Geológicas.(Tabla 3.1). Muestra Litología Al2O3 SiO2 MgO Cr2O3 MnO NiO CoO CaO Fe2O3 FeO TIO2 Na2O M-14 Serpentinita 0,63 38,04 37,32 0,4 0,13 0,18 0,011 1,39 3,27 2,98 0,03 -0,05 -0,05 15,44 M-1 Serpentinita 0,16 32,85 41,56 0,29 0,11 0,31 0,014 0,06 5,18 1,65 0,02 0,27 0,07 17,12 M-11 Serpentinita 0,46 34,55 40,04 0,47 0,13 0,29 0,011 0,38 4,53 2,62 0,02 -0,05 -0,05 16,3 M-19 Serpentinita 0,17 34,41 39,51 0,4 0,11 0,29 0,012 0,51 5,32 1,65 0,02 -0,05 -0,05 16,93 M-20 Serpentinita 0,41 35,28 39,06 0,34 0,12 0,28 0,012 0,49 5,04 1,9 -0,05 -0,05 16,36 0,01 K2O PPI Tabla 3.1 Composición química del material presente en el túnel. 49 �Ing. Reinier Leyva Avila En el estudio de investigación del macizo rocoso se pudo constatar que presenta bajos concentraciones de minerales valiosos por lo que no representa interés económico para futuras minería. Figura 3.2 Perfil Ingeniero Geológico Túnel de Conexión II. (Tomado del Informe Ing. Geológico Tramo II y III, Modificado por (Leyva Avila.,2015). Figura 3.3. Perfil Ingeniero Geológico Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. (Tomado del Informe Ing. Geológico Tramo II, Modificado por (Leyva Avila,2015). 50 �Ing. Reinier Leyva Avila 3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa. Tabla 3.1 Reporte de incertidumbre de resultados de los ensayos. Característica determinada Incertidumbre Factor de Grados de expandida (u) cobertura (K) Humedad 0.59 2,36 7 0.24 kN/m3 2,03 34 Límite Líquido 1.2 2.01 46 Límites de Plasticidad Límite Plástico 1.2 2.13 15 Índice Plástico 1.7 2.01 47 Peso Natural Muestra alterada libertad (n) Específico Peso Específico seco Nota: La determinación de U fue realizada con K y n para un nivel de confianza de aproximadamente el 95 %. Características químicas de las escombreras. Características geotécnicas Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. Se ofrecen los resultados de los ensayos en valores promedios: Roca fragmentada: Cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal graduados, con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas con pocos finos no plásticos. Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada (Anexo N0 1). Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 23 Grava…………………………………………..………….. 65 Arena…………………………………… ……….……….. 10 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2 Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.64 51 �Ing. Reinier Leyva Avila Bloques de roca: Humedad (W, %) ……………………………………....…0.53 Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)……………….…. 24.71 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...…….24.58 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)………….…..26.2 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)……….. 20.6 Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… ….0.78 Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, pero el coeficiente de ablandamiento es no ablandable y por el PRECONS II, es de dureza media. Características geotécnicas Escombrera Conexión I. En la escombrera se observan cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal graduados, con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas, con pocos finos no plásticos. Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada.(Anexo N0 2). Los resultados de las muestras ensayadas se dan a continuación: Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 3 Grava…………………………………………..………….. 78 Arena…………………………………… ……….……….. 17 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2 Peso específico de los sólidos………………….….….. 2.63 Bloques de roca: Humedad (W, %) ……………………………………………0.96 52 �Ing. Reinier Leyva Avila Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)……………………. 24.39 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...……....24.16 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)……………….18.7 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)….………. 8.5 Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… …... 0.51 Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R5, es decir muy baja, por el coeficiente de ablandamiento es ablandable y por el PRECONS II, es blanda. Características geotécnicas Escombrera Conexión II. De los trabajos realizados en esta escombrera se encuentra los ensayos de peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Los resultados obtenidos, en valores promedios, fueron los siguientes: Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 20 Grava…………………………………………..………….. 67 Arena…………………………………… ……….……….. 12 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 1 Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.63 Bloques de roca: Humedad (W, %) ………………………………….…1.64 Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)………………. 24.05 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...…23.67 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)…………27.1 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)…… 20.5 53 �Ing. Reinier Leyva Avila Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… 0.77 Ver anexo No 3. Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, por el coeficiente de ablandamiento es no ablandable, pero por el PRECONS II, es de dureza media. De acuerdo a las propiedades físicas - mecánicas obtenidas se definió que las escombreras Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II son favorables para continuar la investigación en busca de determinar si sirven como materia prima para la fabricación de áridos. 3.4 Resultados de ensayo granulométrico. A. Arena del Molino Pilón. Es un árido fino obtenido en el Molino Pilón mediante la trituración de la roca caliza proveniente de la cantera del mismo nombre. Se utilizó en las dosificaciones para establecer comparaciones con el nuevo árido.(Figura 3.4). Figura 3.4 Arena del Molino Pilón (roca caliza). Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm………………..100 Tamiz-4.76 mm………………..98 Tamiz-2.38 mm……………...... 64 Tamiz-1.19 mm………………..35 54 �Ing. Reinier Leyva Avila Tamiz-0.59 mm………………..11 Tamiz-0.297 mm………………...3 Tamiz-0.149 mm………………...1 Ver anexo No 4. Módulo de finura…………………………………………....... 3.87 Humedad superficial (%)……………………………………. 1.92 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.40 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.53 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.75 Absorción (%)…………………………………………………. 5.41 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 2.71 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.5 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ……………..…………….. 1393 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…… ……….……… 1544 Porciento de huecos (%)………………………………………. 36 Ver anexo No 5. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. Granulometría: Cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76 mm, pero incumple para el resto. a. Módulo de finura: Incumple, tiene 3.87 y debía estar en el rango 2.20-3.58. b. Material más fino que el tamiz 200: tiene 2.71 %, cumple para hormigones sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones. c. Peso específico corriente: Tiene 2.40 g/cm 3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. 55 �Ing. Reinier Leyva Avila d. Absorción: tiene 5.41 % y no debía pasar de 3 %, incumple. B. Arena: obtenida a partir de la trituración en el Molino Pilón del material excavada en el Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II.(Figura 3.5) Figura 3.5 Arena del material del túnel. Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm…………..…..100 Tamiz-4.76 mm………………..99 .Tamiz-2.38 mm……………... 62 Tamiz-1.19 mm………………..24 Tamiz-0.59 mm…………….…..7 Tamiz-2.97 mm…………….…..3 Tamiz-0.149 mm………………..1 Ver anexo No 4. Módulo de finura…………………………………………....... 4.06 Humedad superficial (%)……………………………………. 3.32 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.25 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.38 56 �Ing. Reinier Leyva Avila Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.57 Absorción (%)…………………………………………………. 5.56 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 0.42 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.6 Peso volumétrico suelto (kg/m3) …………………………… 1388 Peso volumétrico compactado (kg/m3)………….…………. 1537 Porciento de huecos (%)………………………………………. 32 Ver anexo No 5. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76, pero incumple para los diámetros de 2.38, 1.19, 0.59, 0.297 y 0.149 mm. b. Módulo de finura: incumple, tiene 4.06 y debía estar en el rango 2.20-3.58. c. Material más fino que el tamiz 200: tiene 0.42 %, cumple para hormigones sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones. d. Peso específico corriente: tiene 2.25 g/cm3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. e. Absorción: tiene 5.56 % y no debía pasar de 3 %, incumple. C. Grava de del material del túnel triturada 9.52 mm. Obtenida en el molino de Pilón. (Figura 3.6). Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm………………..100 Tamiz-4.76 mm………….……..56 .Tamiz-2.38 mm…………..….. 52 Tamiz-1.19 mm………….……..15 Tamiz-0.59 mm………….….…..0 57 �Ing. Reinier Leyva Avila Ver anexo No 4. Abrasión (%)…………………………………………………. 30 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.35 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.44 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.60 Absorción (%)…………………………………………………. 4.27 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.64 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.20 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 1236 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 1350 Porciento de huecos (%)………………………………………. 42 Partículas planas y alargadas (%).…………………………… 53 Índice de triturabilidad (%)………………..……………………..22.95 Ver anexo No 5. Figura 3.6 Grava del material del túnel triturada 9.52 mm. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: cumple para el diámetros 12.7 mm, pero incumple para los diámetros de 9.52, 4.76, 2.38 y 1.19 mm. b. Índice de triturabilidad: tiene 22.95 %, cumple para pavimentos y pisos sometidos a desgaste, 58 �Ing. Reinier Leyva Avila c. Hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y otros hormigones menores de 40 MPa. d. Abrasión. Tiene 31 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónicos y de obras marítimas. e. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.64 %, incumple para todo tipo de hormigones. f. Partículas de arcilla: Tiene 0.20 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25 %. g. Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 53 % y debía tener menos de 20 %. h. Peso específico corriente: Tiene 2.35 g/cm 3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. i. Absorción: Tiene 4.27 % y no debía pasar de 3 %, incumple. D. Grava de del material del túnel triturada 19.1 mm. Obtenida igual que los áridos anteriores.(Figura 3.7). Granulometría (%): Tamiz-25.4 mm………………..100 Tamiz-19.0 mm………………..94 Tamiz-12.7 mm………………..61 Tamiz-9.52 mm……………….10 Tamiz-4.76 mm………….……..0 Ver anexo No 4. Abrasión (%)…………………………………………………. 34 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.32 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.41 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.56 59 �Ing. Reinier Leyva Avila Absorción (%)…………………………………………………. 3.70 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.22 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.15 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 12.82 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 14.03 Porciento de huecos (%)………………………………………. 40 Partículas planas y alargadas ………………………………… 43 Índice de triturabilidad (%)…….……………..………………..33.83 Ver anexo No 6. Figura 3.7 Gravadel material del túnel triturada 19.1 mm. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: Cumple para los diámetros 25.4, 19.0, 9.52 y 4.76 mm, pero incumple para el diámetro de 12.7 mm. 60 �Ing. Reinier Leyva Avila b. Índice de triturabilidad: Tiene 33.83 %, cumple para pavimentos y pisos sometidos a desgaste, hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y otros hormigones menores de 40 MPa.. c. Abrasión. Tiene 34 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónico y de obras marítimas. d. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.22 %, incumple para todo tipo de hormigones. e. Partículas de arcilla: Tiene 0.15 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25 %. f. Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 43% y debía tener menos de 20 %. g. Peso específico corriente: Tiene 2.32 g/cm3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. h. Absorción: Tiene 3.70 % y no debía pasar de 3 %, incumple. E. Material carbonatado de rechazo del Molino Pilón.(Figura 3.8). Este material se obtiene como un excedente de la producción de áridos en el Molino Pilón. Sus reservas ascienden a varios miles de m3. Figura 3.8 Filler del Molino Pilón. Los resultados de las características geotécnicas obtenidas a tres muestras se dan a continuación: 61 �Ing. Reinier Leyva Avila Granulometría (%). Grava……………………………………….. 1 Arena……………………………………….. 16 Limo…………………………….…………… 70 Arcilla……………………………………….. 13 Límites de plasticidad (%). Límite Líquido……………….………………18 Limite Plástico……………………………… 15 Índice Plástico………………………….…… 3 Peso específico de los sólidos…………... 2.73 Clasifica según NC 59: clasificación Geotécnica de los Suelos, ML, es decir, limo con arena. Ver anexo No 7. F. Zeolita. Se obtiene mediante la trituración de tobas zeolitizadas de la Planta San Andrés (fracción 0.8-0 mm). (Figura 3.9). Figura 3.9 Zeolita de la Planta de San Andrés. Granulometría. Tamiz-9.52 mm………………..100 62 �Ing. Reinier Leyva Avila Tamiz-4.76 mm………………..100 .Tamiz-238 mm……………….. 100 Tamiz-1.19 mm………………....99 Tamiz-0.59 mm……………..…..74 Tamiz-2.97 mm……………..…..48 Tamiz-0.149 mm………….……..36 Cálculo de los volúmenes de los materiales de los tramos de túneles. Método: El método utilizado para el cálculo del material sobrante de la excavación fue el método de bloque. Este se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red geométrica incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las exploraciones transversales, empleado también para calcular las reservas de los depósitos estratificados y en forma de filones de poca potencia. En el estado actual que están conformadas las escombreras es imposible realizar mediciones para establecer el área útil de los acopios. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. Ocupa una explanación inclinada por el relieve, de unos 120 metros de largo por unos 100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15 metros. La franja donde se localiza el material útil está ubicada en los últimos 12 metros de la periferia de la escombrera y fue producida por la segregación que provoca el acarreo conbuldócer al acomodar el material hacia los bordes. L1 - 12 m x 100 m x 15 m = 18 000 m 3, en el lado norte del rectángulo que forma la escombrera. L2.- 12 m x 96 m x 15 m = 17 280 m3, en su lado este. Volumen de reserva = (18 000 m + 17 280 m) x 2 = 70 570 m3 y estas son aproximadamente las reservas reales presentes en la escombrera del Túnel Mayarí- 63 �Ing. Reinier Leyva Avila Levisa Tramo II. Por la granulometría el 80 % de las reservas tiene tamaños superiores a 19 mm. Reserva Total = 70 570 m x 0.80 = 56 456 m3. Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando, por el método tacto-visual, el material aparentemente idóneo para los fines que se persiguen. Escombrera Conexión I. La ubicación de esta escombrera permite la formación de los derrames en dos niveles, lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede realizarse en una dirección. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio los materiales finos y gruesos por lo que reduce la posibilidad de uso de este depósito. Escombrera Conexión II. Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla desordenada de los cantos y bloques de roca con material fino producido por las voladuras y el acarreo del material con equipamiento pesado, lo que limita las reservas de la explanación más elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame del material por los taludes, facilitando así la selección más competente para los fines que se persiguen. Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia). Volumen de Reserva = (50 m x 10 m x 8 m) x 3 caras = 12 000 m3. Para obtener estos volúmenes hay que continuar el acarreo hacia los derrames para lograr la selección o separación del material grueso del fino. De acuerdo a la granulometría el 78 % de las reservas es superior a 19.1 mm. Reserva Total = 12 000 m x 0.78 = 9 360 m3. En la construcción del trasvase en su tercera etapa se hace necesaria la utilización de hormigones de 15, 20 y 25 Mpa en deferentes objetos de obra (Figura 3.9) y con 64 �Ing. Reinier Leyva Avila diferentes tipos de dosificaciones (Anexo 10), además se pudo calcular las cantidades de casa, carretera y acera que se puede construir. (Figura 3.10). Objetos de obras Cantidad de hormigón (m3) Canal 1 235 Túnel 236 Conductoras 550 Agricultura 600 Total 2 621 Figura 3.9Cantidad de hormigón a utilizar en el Trasvase Este-Oeste en su III etapa. Obras Cantidad Cantidad de material (m3) Casa (U) 10 000 535 500 Carretera (H.C.R. (Km) 230 535 500 Aceras (Km) 20 535 500 Figura 3.10. Cantidad de casa, carreteras y aceras. 3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas. En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y 2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR). HCH. Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades: HCH-1.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 350 Kg/m 3 de cemento Portland P-350. HCH-2.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 400 Kg/m 3 de cemento Portland P-350. HCH-3.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. 65 �Ing. Reinier Leyva Avila HCH-4.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la investigación era la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración de la peridotita y para ello era mejor realizar las dosificaciones con contenidos de cemento más cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3. Si se comparan las probetas de HCH fabricadas con arena de peridotita con las obtenidas con arena de Pilón se observa que la resistencia a la compresión es superior a las fabricadas con arena triturada de peridotita, pero no tienen una diferencia sustancial, de lo que se deduce que el nuevo árido obtenido a partir de las peridotitas, en general tiene parámetros de calidad cercanos a la reconocida arena del Molino de Pilón. También hay que tener en cuenta que este árido fino producido en el Molino de Pilón incumple con algunos de los requisitos que establece la NC 251: 2013; lo mismo ocurre con la arena obtenida de las peridotitas: - Granulometría de los áridos finos (incumplen para los diámetros del 2.38 al 0.149 mm). - Módulo de finura: tiene 3.87 vs 4.06, respectivamente y debía estar en ambas dentro del rango de 2.20 a 3.58. - Peso específico corriente: menor de 2.50 g/cm3, en ambas. No obstante ello, se alcanzaron valores aceptables de resistencia a la compresión a los 28 días con dos contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3:  Resistencia a compresión de la arena Pilón y grava del material de rechazo de los túnel con 350 Kg/m3 de cemento (28 días)------------ 23.2 MPa.  Resistencia a compresión de la arena y grava del material de rechazo de los túnel con 350 Kg/m3 de cemento (28 días)--- 21.8 MPa. Se aprecia superioridad de la arena de Pilón, pero no muy pronunciada. Ver anexos No 8 y 9. 66 �Ing. Reinier Leyva Avila  Resistencia a la compresión de la arena de Pilón con 400 Kg/m 3 de cemento (28 días)----- 31.4 MPa.  Resistencia a la compresión de la arena del material de rechazo de los túnel con 400 Kg/m3 de cemento (28 días)- 26.4 MPa. Este resultado de resistencia a la compresión relativamente alta, abre vías de investigación para estudiar hormigones con menor contenido de cemento, que cumplan con los objetivos iníciales de fabricar hormigones de media y baja resistencia, usando como materia prima de los áridos el material de rechazo excavada en el Túnel MayaríLevisa. HCR. Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por:  HCR-5.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de material carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P-350.  HCR-6.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de zeolita fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350. También en las dosificaciones de HCR se uso un solo contenido de cemento (260 Kg/m3, en vez de 230 y 260. Esto se realizó para estudiar paralelamente dos tipos de filler con un mismo contenido de cemento. Con el diseño HCR-5 se lograron resistencias a la compresión de 11.1 MPa a los 7 días y 17.0 MPa a los 28 días. Estos no son valores elevados, pero si se considera que todos son áridos que se dosifican por primera vez y que el denominado filler de Pilón se obtiene como desecho en la planta y que del mismo existen reservas en grandes cantidades, entonces se puede valorar que los resultados son altamente satisfactorios. Con el HCR-6 se ratificó lo planteado en el párrafo anterior ya que con un filler de reconocido uso en dosificaciones las probetas fabricadas con esta dosificación dieron resultados ligeramente superiores a los obtenidos con el filler de Pilón; estos fueron: 13.1 MPa a los 7 días y 18.7 MPa a los 28 días. 67 �Ing. Reinier Leyva Avila En el anexo No 8 aparecen resumidos los componentes, parámetros y resultados de cada uno de los diseños y en el anexo No 9 los resultados de la ruptura de todas las probetas ensayadas. 68 �Ing. Reinier Leyva Avila CONCLUSIONES. 1. Las litologías predominantes en la construcción del Túnel Conexión I y Conexión II, son las peridotitas serpentinizadas y las serpentinitas. 2. La arena de peridotita no cumple con algunos requisitos de la granulometría, módulo de finura, peso específico corriente y absorción y cumple para material más fino que el tamiz 200, según NC 251: 2013. 3. La grava de 19.1 mm del material del túnel cumple para la mayor parte de los tamices normalizados, índice de triturabilidad, material más fino que el tamiz 200 y el contenido de partículas de arcilla. Incumple el porciento de partículas planas y alargadas. 4. Se obtuvieron resistencias a la compresión en probetas de HCH de 21.8 y 26.4 MPa a los 28 días, con contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3. En probetas de HCR se obtuvieron resistencias a la compresión de 17.0 y 18.7 MPa, incrementando el contenido de cemento a partir de los 260 Kg/m3. 69 �Ing. Reinier Leyva Avila RECOMENDACIONES. 1. Continuar dando seguimiento a estas investigaciones tomando en cuenta el avance del trasvase en su construcción y el incremento sostenido del volumen de estos materiales para lograr implementar definitivamente el empleo de los áridos de peridotitas serpentinizadas en las obras constructivas. 2. Investigar con más presión las mezclas de áridos del pilón con los desechos de los túneles para complementar las exigencias sobre los parámetros evaluados en los áridos. 3. Adiestrar a los trabajadores que reciben el material de las excavaciones en las escombreras, para separar en el acopio el material con mejores propiedades. 4. Preparar las explanaciones y el acceso a las actuales escombreras teniendo en cuenta el uso que se le dará a estos desechos en el futuro. 70 �Ing. Reinier Leyva Avila RELACIÓN DE ANEXOS. Anexo # 1 Tabla Nº 1. Resultados de la clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada. Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Tabla Nº 3. Propiedad físico-mecánica Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Anexo # 2 Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada Escombrera Conexión I. Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I. Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I. Tabla Nº 6. Propiedad físico-mecánica de la Escombrera Conexión I. Anexo # 3 Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II. Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II. Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II. Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II. Anexo # 4 Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava peridotita. Anexo # 5 Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de Peridotita. 71 �Ing. Reinier Leyva Avila Anexo # 6 Tabla Nº11. Propiedades físicas del árido grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita. Anexo # 7 Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. Anexo # 8 Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones. Anexo # 9 Tabla Nº 14.Hormigón Convencional Hidráulico (HCH). Anexo # 10 Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los trasvases. 72 �Ing. Reinier Leyva Avila BIBLIOGRAFÍA. AUTORES, C.D. Léxico Estratigráfico Digital. En. Instituto de Geología y Paleontología, 2007. BLANCO, B. J. L., 2009. MARTÍNEZ, P. R. M., 2009. Estudio Ingeniero-Geológico Túnel Levisa-Melones. CASAL CORELLA C. 1986. 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Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm (200). Método de Ensayo. 75 �Ing. Reinier Leyva Avila NC 186: 2002 Arena. Peso Específico y Absorción de Agua. Método de Ensayo. NC 188: 2002 Áridos Gruesos. Abrasión. Método de Ensayo. NC 189: 2002 Áridos Gruesos. Determinación de Partículas planas y alargadas. Método de Ensayo. P(11)-2.04-05 Procedimiento para la recepción, preparación, protección, almacenamiento y/o disposición final de las muestras. PONS H J; C. A. LEYVA R Y OTROS. 2011. Perspectivas de Cuba en la producción de materiales refractarios básicos. 2011. Monografía. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/perspectivas-cuba-produccion-materialesrefractarios.pdf PONS H J; C. A. LEYVA R Y OTROS. 2011. Fundamentos científicos para la utilización de las dunitas serpentinizadas de la región de Moa. Memorias de la IV Convención Cubana de Ciencias de la Tierra. ISBN 978-959-7117-30. RAUJDAL. (2009). 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Reinier Leyva Avila SIGLAS UTILIZADAS: 1- (RAUDAL) Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos. 2- (ENIA ) Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas. 3- (ESI DIP) Empresa de Servicios Ingenieros Dirección Integrada de Proyectos. 4- (HCH) Hormigón Convencional Hidráulico. 5- (HCR) Hormigón Compactado con Rodillo. 6- (ECOH) Empresa Constructora de Obras Hidráulicas. 77 �Ing. Reinier Leyva Avila PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS SUELOS Y ROCAS UTILIZADAS.  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  Nat - Humedad Natural (%).  f - Peso Específico Húmedo (Densidad Húmeda, kN/m3).  d - Peso Específico Seco (Densidad Seca, kN/m3).  e - Relación de Vacíos (adimensional).  S - Saturación (%).  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  Kab- Coeficiente de ablandamiento.  Sat - Peso Específico Saturado (Densidad Saturada, kN/m 3).  GP- Grava mal graduada.  ML-Limo con arena.  S - Saco. 78 �Anexo 1 7 54 55 57 56 56 77 64 66 80 75 69 54 75 62 59 60 81 72 66 79 20 54 81 65 % 8 8 5 7 7 10 12 11 11 9 16 7 8 9 12 10 7 12 12 12 12 20 5 16 10 s Clasificación Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) Tipo No Punto de muestreo (Identificación) Registro 1 2 3 4 5 6 Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. 18-306 P-1 1 S Superficie 37 18-307 P-2 1 S Superficie 39 18-308 P-3 1 S Superficie 33 18-309 P-4 1 S Superficie 36 18-310 P-5 1 S Superficie 32 18-311 P-6 1 S Superficie 7 18-312 P-7 1 S Superficie 24 18-313 P-8 1 S Superficie 20 18-314 P-9 1 S Superficie 8 18-315 P-10 1 S Superficie 5 27-430 P-21 1 S Superficie 22 27-431 P-22 1 S Superficie 38 27-432 P-23 1 S Superficie 15 27-433 P-24 1 S Superficie 25 27-434 P-25 1 S Superficie 29 27-435 P-26 1 S Superficie 32 27-436 P-27 1 S Superficie 6 27-437 P-28 1 S Superficie 14 27-438 P-29 1 S Superficie 21 27-439 P-30 1 S Superficie 7 No Observaciones (n) 20 Valor Mínimo (x-) 5 Valor Máximo (x+) 39 Valor Promedio (x) 23 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Granulometría Muestra 9 10 11 1 1 3 1 2 4 1 3 3 4 2 0 1 1 2 1 1 2 1 2 20 0 4 2 2,65 2,64 2,63 2,63 2,65 2,65 2,63 2,65 2,65 2,62 2,66 2,65 2,64 2,65 2,63 2,62 2,63 2,67 2,63 2,65 20 2,62 2,67 2,64 GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP - Tabla Nº 1 Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada. �Composición Granulométrica. Tamices / Abertura en mm / % que Pasa Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) 1 1 37 30 10 10 4 54 8 1 9 6 4 3 2 2 2 1 39 31 11 10 3 55 5 1 15 10 7 5 4 4 3 3 33 29 12 8 8 57 7 3 11 8 7 6 5 4 3 1 36 34 11 5 6 56 7 1 17 12 8 6 4 4 3 2 32 31 10 7 8 56 10 2 25 23 16 11 8 6 5 4 4 7 21 22 25 9 77 12 4 25 17 14 12 9 8 7 5 2 1 24 28 10 21 5 64 11 1 25 20 20 14 10 6 5 4 3 3 20 23 21 16 6 66 11 3 43 29 20 19 12 8 6 5 4 3 3 8 22 27 23 8 80 9 3 53 40 34 29 20 13 9 7 6 4 4 5 26 16 19 14 75 16 4 45 33 21 18 13 9 6 4 3 2 2 2 22 22 23 15 9 69 7 2 33 25 17 15 12 8 5 2 1 1 0 0 38 22 16 10 6 54 8 0 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 152,40 127,00 101,60 76,200 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 18-306 P-1 1 S Superficie 100 100 100 78 63 47 40 33 28 23 18 13 12 18-307 P-2 1 S Superficie 100 100 100 76 61 46 38 30 25 19 13 9 18-308 P-3 1 S Superficie 100 100 100 87 67 48 43 38 32 26 21 18 18-309 P-4 1 S Superficie 100 100 100 81 64 46 38 30 25 19 16 14 18-310 P-5 1 S Superficie 100 100 100 86 68 49 43 37 32 27 23 20 18-311 P-6 1 S Superficie 100 100 100 100 93 87 80 72 61 50 32 18-312 P-7 1 S Superficie 100 100 100 87 76 65 57 48 43 38 18-313 P-8 1 S Superficie 100 100 100 91 80 69 63 57 46 36 18-314 P-9 1 S Superficie 100 100 100 100 92 83 77 70 56 18-315 P-10 1 S Superficie 100 100 100 100 95 90 79 69 61 27-430 P-21 1 S Superficie 100 100 100 88 78 68 62 56 27-431 P-22 1 S Superficie 100 100 100 70 62 55 48 41 N Observaciones (n) 20 20 20 20 20 20 Curva Mínima 100 100 100 4 10 20 40 60 140 200 Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) 2 3/4" 3/8" Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) 3 1" Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) 4 1.5" Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) 0,0750 6 2" Piedra ( ≥ 152,4 mm ) 0,1500 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) 9 3" 254,00 4" 381,00 5" 0,2500 990,60 6" 0,4250 > 990.6 10" 0,8500 15" 2,0000 39" Granulometría (%) 4,7500 > 39" Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro Muestra Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. o (x-) 20 70 61 46 38 30 25 19 13 9 9 6 4 2 1 1 0 0 39 31 11 10 3 55 6 0 95 90 80 72 61 53 40 34 29 20 13 9 7 6 4 4 5 23 19 19 14 75 16 4 78 66 58 50 41 33 24 19 16 12 8 5 4 3 2 2 22 28 17 14 7 88 10 2 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 Curva Promedio (x) 100 100 100 90 Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. �Gráfico de Rango Granulométrico. 20 100 4 1 " 1 4 3 10 15 6 39 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 Curva Promedio 30 Curva Mínima 20 100,0 100 254,0 381,0 152,4 10,0 10 76,2 0,425 1,0 1 Diámetro ( mm ) 19,0 25,0 38,1 0,1 0,1 4,75 0,0 0,002 0,0050,010 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Curva Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) Gravilla P.19 Mcdan Rjcillo Piedra (≥152,4mm)(%) Máx. 4 16 14 19 19 23 5 Mín. 0 6 3 10 11 31 39 10 7 14 17 28 22 Prom. 2 Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. �Saturada Precons 2005 Seca Tabla adaptada de Duncan y Jennings sat Por Kab S Dureza n FKP e Absorción d Dureza Kab f Coef. Abland. nat kN/m3 Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) egistro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % 5,8 18 25,2 28,0 20,4 0,73 0,82 2,8 Ablandable Blanda Media RI Superficie 2,66 0,64 0,43 24,69 24,58 0,06 Superficie 2,65 0,59 0,64 24,91 24,75 0,05 4,7 35 25,2 28,1 18,7 0,66 1,03 2,8 Ablandable Blanda Media RI Superficie 2,64 0,53 0,59 25,14 24,99 0,04 3,6 42 25,3 22,6 14,2 0,63 1,45 2,3 RI Superficie 5,9 22 25,0 8,6 0,85 1,78 1 Ablandable No Ablandable Blanda Muy Blanda Media 2,65 0,60 0,53 24,56 24,43 0,06 Blanda 4,0 38 25,1 17,7 0,66 1,56 2,7 Blanda Media 2,62 0,59 0,78 24,96 24,77 0,04 3,8 52 25,1 29,5 0,84 1,75 3,5 Blanda Media 2,63 0,48 0,59 24,70 24,56 0,05 4,8 31 25,0 27,5 0,99 1,34 2,8 Blanda Media 2,67 0,37 0,48 24,93 24,81 0,06 5,2 23 25,3 24,7 0,89 0,84 2,8 Blanda Media 21,6 0,81 1,28 2,7 Ablandable No Ablandable No Ablandable No Ablandable No Ablandable Blanda Media 20,6 0,74 1,48 2,8 0,77 1,29 Blanda Muy Blanda Media 11,6 Ablandable No Ablandable Blanda 23,0 0,62 0,96 Media 0,77 1,10 Blanda Blanda 31,2 0,90 1,09 3,5 Ablandable No Ablandable No Ablandable Blanda 16,1 Blanda Media 20 20 20 20 - - - % % kN/m3 % s MPa Escombrera Túnel Levisa - Mayarí 18-316 P-11 1 RI 18-317 P-12 1 18-318 18-319 P-13 P-14 1 1 18-320 P-15 1 RI Superficie 2,63 0,78 0,60 24,91 24,76 0,04 18-321 P-16 1 RI Superficie 10,2 26,9 35,1 18-322 P-17 1 RI Superficie 18-323 P-18 1 RI Superficie 18-324 P-19 1 RI Superficie 2,63 0,92 0,37 25,09 25,00 0,03 3,1 31 25,3 18-325 P-20 1 RI Superficie 2,65 0,42 0,92 25,20 24,97 0,04 3,8 61 25,3 27-440 P-31 1 RI Superficie 2,66 0,45 0,25 25,32 25,26 0,03 3,1 21 25,6 RI Superficie 2,64 0,47 0,24 23,83 23,77 0,09 8,1 7 24,6 2,65 0,20 0,42 25,18 25,07 0,04 3,6 30 25,4 2,63 0,47 0,23 24,25 24,19 0,07 6,2 9 24,8 20 20 20 20 7 27-441 P-32 1 27-442 P-33 1 RI Superficie 27-443 P-34 1 RI Superficie No de observaciones (n) 20 20 20 20 20 20 27,8 27,6 26,7 27,9 15,1 36,8 20,9 34,6 1,5 3,7 2,1 Valor Mínimo (x-) 24,37 10,2 8,6 0,62 0,66 1,02 - - - Valor Máximo (x+) 2,67 0,98 0,92 25,52 25,34 0,11 10,0 61 25,66 36,8 31,2 0,99 1,91 3,68 - - - Valor Promedio (x) 2,64 0,58 0,53 24,71 24,58 0,06 5,23 29 25,09 26,2 20,6 0,78 1,27 2,62 - - - 2,62 0,18 0,23 23,59 23,39 0,03 3,08 Tabla Nº 3. Propiedades físico-mecánicas Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. ���Anexo 2 s Clasificación Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) Tipo No Punto de muestreo (Identificación) Registro Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)mm Granulometría Muestras % 1 2 3 4 Conexión I 27-458 P-1 1 S 27-459 P-2 1 S 27-460 P-3 1 S 27-461 P-4 1 S 27-462 P-5 1 S 27-463 P-6 1 S 27-464 P-7 1 S 27-465 P-8 1 S 27-466 P-9 1 S 27-467 P-10 1 S 0 N Observaciones (n) Valor Mínimo Valor Máximo Valor Promedio 5 6 7 8 9 10 11 Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie 0 0 3 0 4 8 5 0 0 5 88 80 80 86 73 68 80 80 78 72 11 17 15 12 22 23 14 17 20 21 1 3 2 2 1 1 1 3 2 2 2,64 2,62 2,63 2,63 2,64 2,62 2,63 2,62 2,64 2,64 GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP 10 10 10 10 10 - 0 8 3 68 88 78 11 23 17 1 3 2 2,62 2,64 2,63 - (x-) (x+) (x) Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada Escombrera Conexión I. �Muestra Tamices / Abertura en mm / % que Pasa > 990.6 990,60 381,00 254,00 152,40 127,00 101,60 76,200 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 4,7500 2,0000 0,8500 0,4250 0,2500 0,1500 0,0750 Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) S Superficie 100 100 100 100 100 76 55 48 42 34 27 17 15 12 9 7 5 3 2 1 0 52 14 17 5 88 11 1 27-459 P-2 1 S Superficie 100 100 100 100 100 98 92 77 63 52 44 37 27 20 15 12 9 7 5 3 0 23 25 15 17 80 17 3 27-460 P-3 1 S Superficie 100 100 100 100 97 90 88 79 72 62 49 35 25 17 13 10 7 5 4 2 3 18 17 27 18 80 15 2 27-461 P-4 1 S Superficie 100 100 100 100 100 93 78 69 56 45 32 29 19 14 10 9 7 5 3 2 0 31 24 16 15 86 12 2 27-462 P-5 1 S Superficie 100 100 100 100 96 92 87 76 70 66 58 43 35 23 15 10 4 3 1 1 4 20 10 23 20 73 22 1 27-463 P-6 1 S Superficie 100 100 100 100 92 86 75 68 57 46 41 39 33 24 16 9 6 4 3 1 8 24 22 7 15 68 23 1 27-464 P-7 1 S Superficie 100 100 100 100 95 84 73 71 65 53 42 28 21 15 9 7 4 2 2 1 5 24 18 25 13 80 14 1 27-465 P-8 1 S Superficie 100 100 100 100 100 93 81 68 59 44 37 30 26 20 17 14 10 8 5 3 0 32 24 14 10 80 17 3 27-466 P-9 1 S Superficie 100 100 100 100 100 97 89 79 62 51 46 35 30 22 28 13 7 5 4 2 0 21 28 16 13 78 20 2 27-467 P-10 1 S Superficie 100 100 100 100 95 89 82 76 67 59 48 39 31 23 17 9 7 4 2 2 5 19 17 20 16 72 21 2 N Observaciones (n) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Curva Mínima (x-) 100 100 100 100 92 76 55 48 42 34 27 17 15 12 9 7 4 2 1 1 8 44 14 17 5 80 11 1 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 100 98 92 79 72 66 58 43 35 24 28 14 10 8 5 3 0 21 13 23 19 76 21 3 Curva Promedio (x) 100 100 100 100 98 90 80 71 61 51 42 33 26 19 15 10 7 5 3 2 2 27 20 18 14 81 17 2 39" 15" 10" 6" 5" 4" 3" 2" 1.5" 1" 3/4" 3/8" 4 10 20 40 60 140 200 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) 1 o P-1 Punto de muestreo (Identificación) 27-458 Registro Tipo Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) N > 39" Granulometría (%) Conexión I o Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I. �10 100 " 3 " 1 4 " 6 " 10 254,0 40 152,4 200 " 15 " 39 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 Curva Promedio Curva Mínima 30 20 0,425 1,0 1 10,0 10 100,0 100 381,0 0,1 0,1 76,2 Diámetro ( mm ) 38,1 0,0 0,010 25,0 0,005 19,0 0,002 4,75 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) 3 Máx. 1 Mín. 2 Prom. Curva Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) 21 11 17 Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I. Gravilla 19 5 14 P.19 Mcdan 23 13 17 14 18 20 Rjcillo 21 44 27 Piedra (≥152,4mm)(%) 0 8 2 �Propiedades Físico-Mecánicas de las Rocas. Seca Satu rada Precons 2005 sat Tabla adaptada de Duncan y Jennings S Muy Blanda Blanda Ablandable Blanda Blanda Ablandable Blanda Media Por Kab n Dureza e Absorción d Coef. Abland. f Dureza FKP Kab kN/m3 Tipo o nat N Punto de muestreo (Identificación) Registro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % Superficie 2,64 1,41 1,03 24,96 24,71 0,05 4,7 55 25,2 10,2 9,2 0,90 1,96 1,02 No Ablandable 1,03 0,95 23,49 23,27 0,12 10,4 22 24,3 18,7 6,8 0,37 1,62 1,87 21,0 7,3 0,35 2,64 2,1 0,23 s % kN/m3 % % MPa Conexión I 27-468 P-11 1 RI 27-469 P-12 1 RI Superficie 2,65 27-470 P-13 1 RI Superficie 2,64 1,39 1,02 23,58 23,34 0,11 9,7 25 24,3 0,84 0,87 24,99 24,77 0,05 4,5 49 25,2 24,5 5,6 1,37 2,45 Ablandable Blanda Media 0,95 24,93 24,70 0,05 4,8 50 25,2 19,3 13,4 0,69 1,42 1,93 Ablandable Blanda Blanda 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - - - 27-471 P-14 1 RI Superficie 2,65 27-472 P-15 1 RI Superficie 2,64 0,93 5 5 No Observaciones(n) 5 5 5 Valor Mínimo (x-) 2,64 0,84 0,87 23,49 23,27 0,05 4,53 22 24,29 10,2 5,6 0,23 1,37 1,02 - - - Valor Máximo (x+) 2,65 1,41 1,03 24,99 24,77 0,12 10,4 55 25,22 24,5 13,4 0,90 2,64 2,45 - - - Valor Promedio (x) 2,64 1,12 0,96 24,39 24,16 0,07 6,81 40 24,82 18,7 8,5 0,51 1,80 1,87 - - - Tabla Nº 6. Propiedades físico-mecánicas de la Escombrera Conexión I. �Anexo 3 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro 6 7 8 9 s Clasificación Granulometría Muestra % 1 2 3 4 5 10 11 Escombrera Conexión II 43-744 P-61 1 S Superficie 28 59 12 1 2,63 GP 43-745 P-62 1 S Superficie 33 51 17 0 2,62 GP 43-746 P-63 1 S Superficie 40 52 8 0 2,64 GP 43-747 P-64 1 S Superficie 35 56 9 1 2,64 GP 43-748 P-65 1 S Superficie 20 70 8 2 2,66 GP 43-749 P-66 1 S Superficie 15 74 10 1 2,63 GP 43-750 P-67 1 S Superficie 11 76 12 1 2,61 GP 43-751 P-68 1 S Superficie 14 71 14 1 2,64 GP 43-752 P-69 1 S Superficie 18 71 10 1 2,64 GP 43-753 P-70 1 S Superficie 13 77 9 1 2,63 GP 43-754 P-71 1 S Superficie 15 76 8 1 2,62 GP 43-755 P-72 1 S Superficie 35 54 10 1 2,64 GP 43-756 P-73 1 S Superficie 29 60 10 1 2,63 GP 43-757 P-74 1 S Superficie 17 73 9 1 2,62 GP 43-758 P-75 1 S Superficie 29 59 11 1 2,64 GP 43-759 P-76 1 S Superficie 13 70 16 1 2,64 GP 43-760 P-77 1 S Superficie 12 75 11 2 2,64 GP 43-761 P-78 1 S Superficie 7 81 10 2 2,62 GP 43-762 P-79 1 S Superficie 9 76 14 1 2,64 GP 43-763 P-80 1 S Superficie 7 66 27 0 2,63 GP 20 20 20 20 20 - 0 N Observaciones (n) Valor Mínimo Valor Máximo Valor Promedio (x-) (x+) (x) 7 51 8 0 2,61 - 40 81 27 2 2,66 - 20 67 12 1 2,63 - Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II. �Tamices / Abertura en mm / % que Pasa 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 4,7500 2,0000 0,8500 0,4250 0,2500 0,1500 0,0750 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) 72 62 54 46 39 32 26 22 19 13 8 5 3 3 1 1 28 26 14 10 9 59 12 1 43-746 P-63 1 S Superficie 100 100 100 70 60 50 42 33 29 24 18 15 13 8 5 3 2 1 1 0 40 27 8 9 7 52 8 0 43-747 P-64 1 S Superficie 100 100 100 75 65 56 45 35 32 29 22 17 14 9 6 4 3 2 1 1 35 30 6 12 8 56 9 1 43-748 P-65 1 S Superficie 100 100 100 88 80 68 54 40 36 29 25 19 15 10 7 5 4 3 2 2 20 40 11 10 9 70 8 2 43-749 P-66 1 S Superficie 100 100 100 92 85 74 61 50 42 34 27 18 14 11 9 8 6 4 2 1 15 35 16 16 7 74 10 1 43-750 P-67 1 S Superficie 100 100 100 100 89 77 65 51 45 32 26 21 16 13 10 8 6 5 3 1 11 38 19 11 8 76 12 1 43-752 P-69 1 S Superficie 100 100 100 91 82 75 62 57 46 31 23 19 13 11 8 6 5 4 2 1 18 25 26 12 8 71 10 1 43-753 P-70 1 S Superficie 100 100 100 100 87 73 62 51 41 31 19 15 14 10 6 4 3 2 1 1 13 35 20 16 6 77 9 1 43-754 P-71 1 S Superficie 100 100 100 100 85 73 50 43 37 30 25 17 13 9 7 6 4 3 2 1 15 42 13 13 8 76 8 1 43-755 P-72 1 S Superficie 100 100 100 75 65 54 46 39 34 29 21 18 15 10 7 4 3 2 1 1 35 26 11 8 54 10 1 43-760 P-77 1 S Superficie 100 100 100 94 88 76 65 52 42 35 27 22 16 13 8 6 5 4 3 2 12 36 17 13 9 75 11 2 43-761 P-78 1 S Superficie 100 100 100 100 93 84 70 64 58 46 33 24 18 12 10 9 7 5 4 2 7 29 18 22 12 81 10 2 43-762 P-79 1 S Superficie 100 100 100 100 91 85 73 67 52 47 36 25 21 15 11 8 6 5 3 1 9 24 20 22 10 76 14 1 43-763 P-80 1 S Superficie 100 100 100 100 93 85 76 66 57 48 42 38 32 27 18 11 6 3 2 0 7 27 18 10 11 66 27 0 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 19 15 20 16 20 7 52 8 0 26 19 10 11 66 25 2 87 12 1 Profundidad (m) o N Observaciones (n) Curva Mínima 20 (x-) 20 4" 3" 2" 1.5" 1" 3/4" 3/8" 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 100 100 100 4 10 20 40 60 140 200 9 70 60 50 42 33 29 24 18 15 12 8 5 3 2 1 0 0 40 27 93 85 76 67 58 48 42 38 32 27 18 11 7 5 4 2 7 80 70 59 50 43 35 27 22 18 13 9 6 4 3 2 1 20 30 15 13 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 Curva Promedio (x) 100 100 100 90 Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II. 8 9 Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) 76,200 82 5" Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) 101,60 Superficie 100 100 100 6" Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) 127,00 S 10" Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) 152,40 1 o P-61 Punto de muestreo Identificación) 43-744 Registro 254,00 990,60 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) 381,00 15" Tipo 39" Granulometría (%) N > 39" > 990.6 Muestra 9 �Gráfico de Rango Granulométrico. 200 40 10 " 1 4 " 3 " 6 " 10 " 15 " 39 100 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 30 Curva Mínima Curva Promedio 20 100,0 100 381,0 10,0 10 254,0 1,0 1 Diámetro ( mm ) 152,4 0,425 76,2 0,1 0,1 38,1 0,0 0,010 25,0 0,005 19,0 0,002 4,75 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Curva Máx. Mín. Prom. Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) 2 0 1 Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) 25 8 12 Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II. Gravilla 11 7 9 P.19 10 9 13 Mcdan 9 8 15 Rjcillo 26 27 30 Piedra (≥152,4mm)(%) 7 40 20 �Satu rada PreconsII 2005 Seca Tabla adaptada de Duncan y Jennings sat Por Kab S Dureza n FKP e Absorción d Dureza Kab f Coef. Abland. nat kN/m3 Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % 38-659 P-41 1 RI Superficie 2,67 2,14 2,06 23,72 23,24 0,13 11,2 43 24,3 14,0 11,1 0,79 3,98 1,40 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-660 P-42 1 RI Superficie 2,64 1,40 1,35 24,75 24,42 0,06 5,7 59 25,0 53,2 36,4 0,69 1,71 5,32 Ablandable Blanda Media 38-662 P-44 1 RI Superficie 2,65 1,55 1,63 24,53 24,14 0,08 7,1 56 24,8 20,0 18,5 0,92 2,17 2,01 No Ablandable Blanda Media 38-663 P-45 1 RI Superficie 2,62 1,41 1,35 24,09 23,77 0,08 7,5 44 24,5 43,6 39,9 0,91 1,93 4,36 No Ablandable Blanda Media 38-664 P-46 1 RI Superficie 2,65 2,12 2,16 23,33 22,84 0,14 12,1 41 24,0 25,6 13,4 0,52 1,82 2,56 Ablandable Muy Blanda Blanda 38-665 P-47 1 RI Superficie 2,64 2,63 2,46 22,54 22,00 0,18 15,0 37 38-666 P-48 1 RI Superficie 2,63 1,34 1,34 24,09 23,77 0,09 7,8 41 38-667 P-49 1 RI Superficie 2,63 1,42 1,34 24,48 24,16 0,07 6,3 52 24,8 17,1 15,3 0,90 2,16 1,71 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-668 P-50 1 RI Superficie 2,64 1,17 1,17 24,75 24,46 0,06 5,5 53 25,0 36,9 26,6 0,72 1,70 3,69 Ablandable Blanda Media 38-669 P-51 1 RI Superficie 2,63 2,08 2,07 23,76 23,28 0,11 9,7 50 24,2 11,6 9,4 0,81 3,66 1,16 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-671 P-53 1 RI Superficie 2,64 1,48 1,53 24,27 23,90 0,08 7,7 49 24,7 34,6 27,3 0,79 2,25 3,46 No Ablandable Blanda Media 38-672 P-54 1 RI Superficie 2,63 2,12 2,12 23,25 22,77 0,13 11,7 42 23,9 21,7 17,4 0,80 3,78 2,17 No Ablandable Blanda Media 38-673 P-55 1 RI Superficie 2,66 1,53 1,35 23,84 23,52 0,11 9,8 33 24,5 24,6 18,7 0,76 2,68 2,46 No Ablandable Blanda Media 38-674 P-56 1 RI Superficie 2,62 1,44 1,73 23,92 23,51 0,09 8,5 49 24,3 13,7 10,9 0,80 2,60 1,37 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-675 P-57 1 RI Superficie 2,65 1,47 1,41 24,76 24,42 0,06 6,1 58 25,0 28,9 16,1 0,56 1,92 2,89 Ablandable Blanda Media 38-676 P-58 1 RI Superficie 2,63 1,32 1,23 23,75 23,46 0,10 9,0 33 24,3 29,4 24,4 0,83 2,13 2,936 No Ablandable Blanda Media s % % kN/m3 % MPa Conexión II No Observaciones(n) Curva Mínima (x-) 20 20 20 20 20 23,5 24,5 21,7 35,1 18,2 20,0 0,84 0,57 3,59 1,91 2,17 3,51 No Ablandable Ablandable Blanda Blanda Media Media 20 20 20 20 20 20 20 20 20 - - - 2,62 0,98 1,07 22,54 22,00 0,05 4,67 33 23,47 11,6 9,4 0,52 1,43 1,16 - - - Valor Máximo (x+) 2,67 2,63 2,46 25,04 24,77 0,18 15,0 59 25,23 53,2 39,9 0,93 3,98 5,32 - - - Valor Promedio (x) 2,64 1,66 1,64 24,05 23,67 0,10 8,62 47 24,51 27,1 20,5 0,77 2,38 2,71 - - - Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II. �Anexo 4 Arena Pilón 55-977 55-978 Tamiz 55-979 55-980 55-981 % Pasado Grava 9.52 mm Peridotita 55-987 Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Tamiz 55-988 55-989 55-990 55-991 % Pasado Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 9,52 4,76 100 98 100 98 100 98 100 99 100 98 100 98 100 90-100 Cumple Cumple 12,7 9,52 100 57 100 56 100 56 100 56 100 56 100 56 100 85-100 Cumple Incumple 2,38 88 60 60 60 80 64 70-100 Incumple 4,76 52 52 52 52 52 52 15-35 Incumple 1,19 12 23 24 34 58 35 45-80 Incumple 2,38 14 16 14 14 16 15 0-10 Incumple 1,19 0 0 0 0 0 0 0-5 Incumple Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Cumple 0,59 6 8 7 7 28 11 25-60 Incumple 0,297 2 2 2 2 6 3 10-30 Incumple 0,149 0 1 0 0 1 1 2-10 Incumple Módulo Finura 3,94 4,08 4,09 3,98 3,24 3,87 2,20-3,58 Incumple Arena Peridotita 55-982 55-983 Tamiz 55-984 55-985 55-986 % Pasado Grava 19.1 mm Peridotita Promedio Aritmético 55-992 Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Tamiz 55-993 55-994 55-995 55-996 % Pasado 9,52 100 100 100 100 100 100 100 Cumple 25,4 100 100 100 100 100 100 100 4,76 99 100 98 98 98 99 90-100 Cumple 19 85 85 94 99 89 90 90-100 Cumple 2,38 60 70 58 60 60 62 70-100 Incumple 12,7 62 60 60 66 58 61 20-55 Incumple 1,19 26 26 22 22 24 24 45-80 Incumple 9,52 18 8 7 3 11 10 0-15 Cumple 0,59 10 5 7 7 8 7 25-60 Incumple 4,76 0 0 0 0 0 0 0-5 Cumple 0,297 4 2 2 2 3 3 10-30 Incumple 0,149 1 0 0 0 0 1 2-10 Incumple Módulo Finura 4,00 3,97 4,13 4,11 4,07 4,06 2,20-3,58 Incumple Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava peridotita. �Anexo 5 Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua Registro Árido Fino Hum. Superf % 55-977 2,1 55-978 1,9 Arena del Molino 55-979 2,3 Pilón 55-980 1,5 55-981 1,8 Promedio Aritmético 1,92 55-982 55-983 Arena 55-984 Peridotita 55-985 55-986 Promedio Aritmético 3,5 3,2 2,9 3,4 3,6 3,32 Gs Corriente 3 (g/cm ) 2,36 2,41 2,37 2,42 2,42 2,40 Gs Saturado 3 (g/cm ) 2,50 2,53 2,51 2,54 2,55 2,53 2,29 2,23 2,22 2,26 2,25 2,25 2,40 2,36 2,36 2,38 2,37 2,38 Peso volumétrico Mat. más Gs Aparente Absorción fino Cont. Part. 3 (g/cm ) (%) T-200 (%) Arcilla (%) 2,75 5,93 2,58 1,4 2,74 4,98 2,73 1,7 2,76 6,06 2,83 1,5 2,75 4,96 2,69 1,7 2,77 5,15 2,70 1,1 2,75 5,41 2,71 1,5 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 4,68 5,91 6,12 5,45 5,65 5,56 0,49 0,36 0,23 0,25 0,75 0,42 1,9 1,9 1,0 1,3 1,8 1,6 Peso Volum.Suelto 3 (kg/m ) 1403 1393 1396 1373 1399 1393 Peso Volum. Comp. 3 (kg/m ) 1548 1554 1542 1523 1552 1544 Por Ciento Huecos (%) 35 36 35 37 36 36 1409 1398 1399 1369 1366 1388 1550 1535 1548 1539 1513 1537 32 31 30 32 33 32 Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de Peridotita. �Anexo 6 Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua Peso volumétrico Por Peso Volum. Ciento Compactado Huecos 3 (%) (kg/m ) 55-987 55-988 Grava 55-989 9.52 mm 55-990 55-991 Promedio Aritmético 30 31 32 30 33 2,38 2,35 2,35 2,32 2,33 2,47 2,44 2,45 2,43 2,43 2,61 2,60 2,61 2,59 2,60 3,74* 4,08 4,11 4,42 4,46 Mat. más fino Tamiz200 (%) 1,74 1,41 1,86 1,78 1,41 31 2,35 2,44 2,60 4,27 1,64 0,20 1236 1350 42 53 22,95 55-992 55-993 Grava 55-994 19,1 mm 55-995 55-996 Promedio Aritmético 43 34 31 32 32 2,28 2,26 2,36 2,35 2,36 2,40 2,35 2,44 2,44 2,44 2,58 2,48 2,58 2,58 2,58 5,16* 3,95 3,58 3,74 3,55 1,19 1,11 1,06 1,15 1,57 0,15 0,11 0,11 0,16 0,22 1298 1268 1272 1271 1300 1395 1414 1399 1402 1404 39 37 41 40 40 54 45 46 32 38 31,32 33,51 35,67 34,91 33,77 34 2,32 2,41 2,56 3,70 1,22 0,15 1282 1403 40 43 33,83 Registro Árido Grueso Abrasión Gs Gs Gs Absorción (%) Corriente Saturado Aparente (%) 3 3 3 (g/cm ) (g/cm ) (g/cm ) Cont. Part. Arcilla (%) Peso Volum. Suelto 3 (kg/m ) 0,11 0,13 0,30 0,29 0,16 1237 1237 1234 1236 1238 1347 1346 1356 1346 1357 Tabla Nº11. Propiedades Físicas Árido Grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita. Part. Planas y Alargadas (%) Índice de Triturabilidad (%) 43 43 42 42 42 53 48 62 51 52 22,16 22,68 21,66 25,69 22,59 �Anexo 7 Granulometría (%) Registro Grava Arena Limo Arcilla Plasticidad (%) L. Líquido L. Plástico I. Plástico Peso Espec. Sólidos Clasificación 55-997 0 17 69 14 18 15 3 2,75 ML 55-998 0 16 72 12 18 15 3 2,73 ML 55-999 2 16 70 12 19 15 4 2,72 ML P. Aritmético 1 16 70 13 18 15 3 2,73 ML Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. �Anexo 7 Granulometría (%) Registro Grava Arena Limo Arcilla Plasticidad (%) L. Líquido L. Plástico I. Plástico Peso Espec. Sólidos Clasificación 55-997 0 17 69 14 18 15 3 2,75 ML 55-998 0 16 72 12 18 15 3 2,73 ML 55-999 2 16 70 12 19 15 4 2,72 ML P. Aritmético 1 16 70 13 18 15 3 2,73 ML Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. �Anexo 8 HORMIGON CONVENCIONAL HIDRAULICO (HCH) Dosificación Agua Total Efectiva Cemento Relación Arena P-350 Agua-Cemento Peridotita Arena Pión Gravas 19,1 Densidad mm Peridotita Asentamiento (cm) Grava 9,52 mm (Kg) Filler (Kg) Resistencia Compresión 7 días 28 días HCH-1 268 189 350 0,54 686 - 900 1958 10 - - 22,3 21,8 HCH-2 280 205 400 0,51 644 - 842 2091 9 - - 26,7 26,4 HCH-3 249 200 350 0,57 - 882 756 2188 11 - - 23,2 23,2 HCH-4 253 189 400 0,47 - 882 756 2227 5 - - 31,8 31,4 HORMIGON COMPACTADO CON RODILLO (HCR) HCR-5 202 136 260 0,52 616 654 2290 0 616 654 11,1 17,0 HCR-6 207 144 260 0,55 616 654 2944 0 616 654 13,1 18,7 Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones. �Anexo 9 Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) Dosificación 7 días Promedio 28 días Promedio Mpa HCH-1 17,0 17,5 17,7 17,4 21,2 22,0 22,3 21,8 HCH-2 20,5 20,9 21,2 20,9 26,1 26,5 26,7 26,4 HCH-3 18,1 18,2 18,4 18,2 22,6 22,9 23,2 22,9 HCH-4 24,1 24,3 24,6 24,3 31,1 31,4 31,8 31,4 Hormigón Compactado con Rodillo (HCR) HCR-5 10,6 11,3 11,4 11,1 17,2 16,6 17,2 17,0 HCR-6 13,5 12,7 13,2 13,1 19,1 18,4 18,6 18,7 HCH-1: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-2: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-3: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-4: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCR-1: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 mm y 19,1 mm de rechazo del túnel., filler Pilón. HCR-2: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 y 19,1 mm de rechazo del túnel., filler zeolita. Tabla Nº 14. Hormigón Convencional Hidráulico (HCH). ��Anexo 10 Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los trasvases. a) Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 450 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 980 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 705 B2R9 Lts/m3 4,5 Agua Lts/m3 180 b) Hormigón 25 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 360 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 844 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 951 B2R9 Lts/m3 1,69 Agua Lts/m3 150 c) Hormigón 15 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 280 12-16 cm Arena Pilón Kg/m3 821 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 911 B2R9 Lts/m3 1,5 Agua Lts/m3 150 d) Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 450 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 960 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 705 B2R9 Lts/m3 4,5 Agua Lts/m3 180 �e) Hormigón premezclado 25 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 390 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 832 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 938 B2R9 Lts/m3 2 Agua Lts/m3 155 f) Hormigón premezclado 20 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 350 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 891 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 965 B2R9 Lts/m3 2 Agua Lts/m3 150 j) Hormigón premezclado 15 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 300 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 935 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 1013 B2R9 Lts/m3 1,8 Agua Lts/m3 130 k) Hormigón premezclado 10 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 200 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 1209 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 651 B2R9 Lts/m3 1,5 Agua Lts/m3 160 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel Mayarí-Levisa para su empleo como áridos en hormigones Creator An entity primarily responsible for making the resource Reinier Leyva Avila Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/f9ab040bdaf2c77e409d785eea6f6222.pdf 0735b6584b8259ead0819f61f032927c PDF Text Text TESIS Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Irguin Alberto Bracho Fernández �Página legal Título de la obra: Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo, 65 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Irguin Alberto Bracho Fernández 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología mención Geología Ambiental Autor: Ing. Irguin Alberto Bracho Fernández Moa, 2015 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología mención Geología Ambiental Autor: Ing. Irguin Alberto Bracho Fernández Tutor: MsC. Moraima Fernández Rodríguez Tutor: Dr. Giussepe Malandrino Mayo 2015 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….…… CAPÍTULO I- CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS Y ECONÓMICAS DE LA REGION………………………………………………………………………... 1.1. Situación geográfica.………………………………………………………….….. 1.2. Clima………………………………………………………………………………... 1.2.1. Precipitaciones…………………………………………………………….. 1.3. Geología……………………………………………………………………………. 1.4. Condición actual del suelo……………………………………………….………. 1.5. Recursos Hídricos………………………………………………………………… 1.6. Embalses en Venezuela………………………………………………………….. 1.7. Hidrografía…………………………………………………………………………. 1.8. Regiones hidrogeológicas en el país…………………………………………… 1.8.1. Provincias y subprovincias hidrogeológicas……………………………. CAPITULO II. METODOLOGÍA Y VOLUMEN DE LAS INVESTIGACIONES DESARROLLADAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO………………………………….. 2.1. Metodología de Trabajo…………………………………………………………. 2.2. Identificación de las fuentes de abasto de aguas en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II…………………………………….. 2.3. Principales fuentes de contaminación………………………………………….. 2.4. Muestreo hidroquímico y análisis físico-químico……………………………… 2.5. Descripción de los puntos de muestreo………………………………………... 2.5.1. Muestra1. Pozo Granja San Martín……………………………………… 2.5.2. Muestra 2. Pozo Granja La Zeta………………………………………… 2.5.3. Muestra 3. Pozo Granja El Bosque……………………………………… 2.5.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles……………………………….. 2.5.5. Muestra 5. Pozo Granja San Benito……………………………………... 2.5.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo…………………………………… 2.5.7. Muestra 7. Pozo Granja La Estancia……………………………………. 2.5.8. Muestra 8. Botellón de Agua……………………………………………... 2.5.9. Muestra 9. Tubería (Aducción)…………………………………………… 2.5.10. Muestra10. Cañada Iragorry……………………………………………. CAPÍTULO III- INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS........ 3.1. Fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo…………………………………………………………. Pág. 1 17 17 18 18 19 22 23 24 27 28 28 30 30 31 32 36 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 44 44 I �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.2. Fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector…………………………………………………………………………………….. 3.3. Propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad……………………………………………………………… 3.3.1. Muestra1. Pozo Granja San Martín………………………….…………… 3.3.2. Muestra 2. Pozo Granja La Zeta……………………………….………… 3.3.3. Muestra 3. Pozo Granja El Bosque………….…………………………… 3.3.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles……………………….……… 3.3.5. Muestra 5 Pozo Granja San Benito…….……………………………… 3.3.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo………………………………….. 3.3.7. Muestra 7. Pozo Granja La Estancia……………………………………. 3.3.8. Muestra 8. Botellón de Agua…………………………………………….. 3.3.9. Muestra 9. Tubería (Aducción)………….………………………………... 3.3.10. Muestra10. Cañada lragorry……….…………………………………… 3.4. Medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad………………………………………………………………………………. 45 48 48 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 CONCLUSIONES………………………………………………………………………. 61 RECOMENDACIONES………..………………………………………………………. 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………..……… 63 ANEXOS…………………………………………………………………………........... 65 II �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. Ubicación del sector Ancón Bajo II……………………………………..... Figura 2. Ubicación geográfica del sector Ancón Bajo II…………………………. Figura 3. Poligonal geográfica del sector Ancón Bajo II………………………….. Figura 4. Columna Litoestratigráfica del Sector Ancón Bajo II....………………………… Figura 5. Mapa Geológico del Sector Ancón Bajo II………………………………. Figura 6. Mapa de Uso de los Suelos de la Comunidad………………………….. Figura 7. Uso de los suelos de la comunidad…….……………………………..... Figura 8. Embalse los Tres Ríos………………..………………………………….. Figura 9. Regiones hidrográficas de Venezuela…………………………………… Figura 10. Zonas potenciales de agua subterráneas en Venezuela……………. Figura 11. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo…………………….. Figura 12. Visitas a La comunidad, entrevista y observación directa…………... Figura13. Focos de contaminación presentes en la comunidad Ancón Bajo II... Figura 14. Equipo de mediciones in situ…………………………………..……….. Figura 15. Muestreo pozo granja San Martín…………..………………………….. Figura 16. Muestreo pozo granja La Zeta………………………………………….. Figura 17. Muestreo pozo granja El Bosque………………..……………………… Figura 18. Muestreo pozo granja los cascabeles………………………………….. Figura 19 Muestreo pozo granja San Benito (Casa Azul)………………………… Figura 20. Muestreo pozo granja Monte Santo……………………………………. Figura 21. Muestreo pozo granja La Estancia……………………………………... Figura 22. Muestreo botellón de agua familia Alzate……………………………… Figura 23. Muestreo de la tubería de aducción……………………………………. Figura 24. Muestreo de la quebrada Iragorry……………………………………… Figura 25. Parámetros fuera de norma granja pozo San Martin………………… Figura 26. Parámetros fuera de norma granja pozo La Zeta…………………….. Figura 27. Parámetros fuera de norma granja pozo El Bosque………………..... Figura 28. Parámetros fuera de norma granja pozo Los Cascabeles…………... Figura 29. Parámetros fuera de norma granja pozo San Benito………………… Figura 30. Parámetros fuera de norma granja pozo Monte Santo………………. Figura 31. Parámetros fuera de norma granja pozo La Estancia………………... Figura 32. Parámetros fuera de norma Botellón de Agua……………………….. Figura 33. Parámetros fuera de norma Tubería (Aducción)……………………… Figura 34. Parámetros fuera de norma Cañada lragorry………………………… 3 17 18 20 21 22 23 24 27 29 31 32 33 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 50 51 52 53 54 55 56 57 57 58 III �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1. Componentes indeseables en el agua potable, orígenes y formas de remoción…………………………………………………………………………….….. Tabla 2 Estándares secundarios o no obligatorios de agua potable………….…. Tabla 3. Parámetros físicos, químicos y biológicos Determinados……………... Tabla 4. Contaminantes del Agua Potable……………………………………….... Tabla 5. Resultados análisis físico, químico y Biológico…………………………. 34 35 37 47 49 IV �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II INTRODUCCIÓN El agua potable es esencial e imprescindible para que la vida misma sea posible sobre la faz de la tierra, es mucho más que un bien, que un recurso, que una mercancía, el agua potable es concretamente un derecho humano de primer orden y un elemento esencial de la propia soberanía nacional ya que, muy probablemente, quien controle el agua controlará la economía y toda la vida en un futuro no tan lejano. Los esfuerzos del hombre por mejorar el medio ambiente en el que habita y elevar su calidad de vida, dependen en gran medida de la disponibilidad de agua, existiendo una estrecha correlación esencial entre la calidad del agua y la salud pública, entre la posibilidad de acceder al agua, el nivel de higiene, la abundancia del agua, el crecimiento económico y desarrollo social. Las medidas dirigidas a ampliar y mejorar los sistemas públicos de prestación del servicio de agua potable, contribuyen a una reducción de la morbimortalidad, relacionada con las enfermedades endémicas, porque dichas enfermedades, están asociadas directa o indirectamente con el abastecimiento de aguas deficientes o provisión escasa de agua. Actualmente, 1.400 millones de personas no tienen acceso a agua potable, casi 4.000 millones carecen de un saneamiento adecuado. Según estimaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el 80% de las enfermedades se transmiten a través de agua contaminada. Esta situación se debe a que sólo una pequeña parte de la población, en particular en los países en desarrollo, tiene acceso a un abastecimiento de agua de calidad aceptable. Se estima que en algunos países solamente el 20% de la población rural, dispone de agua de calidad satisfactoria. Basándose en estas estadísticas, se desprende la urgente necesidad de tomar conciencia sobre el cuidado del uso del agua. Casi sin darnos cuenta, estamos poniendo en serio peligro este recurso tan esencial, no solo para nosotros, sino también para los hijos de nuestros hijos y sus generaciones siguientes, tomar conciencia de que cada gota tiene un valor que nosotros no le damos. 1 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II A pesar que Venezuela es un país con grandes recursos hídricos, provenientes en su mayoría de los aportes de la cuenca del río Orinoco, uno de los principales ríos del mundo. El volumen superficial promedio nacional escurrido era de 705 millones de metros cúbicos anuales, mientras que las aguas subterráneas se estiman mayores que las superficiales, pero no han sido cuantificadas (González, 2000; AVEAGUA y VITALIS, 2006). Sin embargo, el patrón de asentamiento de la población hace que esta abundancia sea relativa, ya que 80% de sus habitantes están ubicados al norte del país, pero 85% del total del agua dulce se genera al sur en el Orinoco. Los recursos hídricos internos renovables de Venezuela se estiman en 1.320 kilómetros cúbicos al año, distribuidos de la siguiente forma: 46% para uso agrícola, 43% para fines de consumo doméstico y 11% para uso industrial (AVEAGUA y VITALIS, 2006). Venezuela alcanzó las metas del milenio en cuanto a la cobertura de agua potable con un 95% de los venezolanos tienen acceso al agua potable (INE, 2011), pero muchas zonas aún no tienen un suministro permanente (PROVEA, 2010). El estado Zulia según datos tomados de Dossier 2010. Despacho del Viceministro de Planificación Territorial Dirección General de Evaluación y Seguimiento de Inversiones Públicas Dirección de Desarrollo Estadal, cuenta con 511.405 viviendas (81.4%), de un total de 628.230 viviendas ocupadas en el estado son abastecidas del servicio de agua potable por sistema de acueducto o tubería. El resto de las viviendas son abastecidas del servicio por otros medios (cisternas, bombas, entre otros). Un digno ejemplo de lo último mencionado lo es La comunidad San Valentín del sector Ancón Bajo II, parroquia Venancio Pulgar, municipio Maracaibo, la cual esta próximos a cumplir un siglo de fundada, en la actualidad presenta múltiples necesidades de infraestructura y de servicios básicos que garanticen una mejor calidad de vida de sus habitantes. Aunado a dichas carencias se suma el hecho de estar asentado en un área donde los drenajes naturales, próximos a su desembocadura (laguna el gran Eneal, Lago de Maracaibo), se encuentran 2 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II contaminados por recolectar aguas residuales, así como de estar rodeados por una extracción minera no organizadas del manto superficial de los suelos. La comunidad es ubicada al noroeste de la ciudad de Maracaibo, aproximadamente a unos 8.5 kilómetros al noroeste de la intercepción de la avenida 16 (vía Puerto Caballo) con la calle 10 (vía la tubería). (Figura 1) ANCÓN BAJO II Figura 1. Ubicación del sector Ancón Bajo II. Fuente. Google Map. Mayo 2014. En el año de 1919 fue creada la comunidad de Ancón Bajo II San Valentín; no obstante, pese al transcurso de casi un siglo de historia la misma no ha logrado su desarrollo local. La comunidad no cuenta con suministro adecuado de agua potable los habitantes invierten gran parte de su presupuestos familiares para abastecerse del vital líquido, pues deben asumirse costos para financiar redes informales, equipos de bombeo, dispositivos de almacenamiento e incluso el pago a distribuidores privados. Es claro que no es posible lograr bienestar de la población sin un suministro seguro de agua higiénica y apta para su consumo, con espacios llenos de basura, con grandes problemas de contaminación de las fuentes naturales de agua potabilizable, 3 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II el aire y los suelos, así como la disminución de la biodiversidad. Un futuro digno y con bienestar será la consecuencia de nuestra acción responsable hacia el ambiente. Considerando la ausencia del inventario sobre el recurso hídrico actualizado y confiable, que permitan evaluar la cantidad, calidad y accesibilidad del agua, así como su distribución en el tiempo y el espacio, es pertinente proponer una investigación orientada a la evaluación de la calidad del agua para consumo humano en la comunidad San Valentín del sector Ancón Bajo II, parroquia Venancio Pulgar, municipio Maracaibo con los objetivos de identificar las fuentes de abasto de aguas y las principales fuentes de contaminación, caracterizar las propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua según normas establecidas, además, proponer medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Diseño teórico La justificación del tema El servicio de Agua Potable y Saneamiento es un servicio público vital para la salud y el desarrollo de los ciudadanos. Comprende la captación, tratamiento, distribución y control de agua para el consumo humano, de igual manera la recolección, depuración y vertido de las aguas servidas. Es importante desarrollar el mejoramiento de los servicios de agua potable y saneamiento en la comunidad campesina Ancón Bajo II, ésta se encuentran muy deteriorada en lo ambiental: pobres condiciones de salubridad, plagados de desechos sólidos mal recolectados y dispuestos, sin servicio de aguas negras ni tratamiento, nociva contaminación atmosférica por fuentes vehiculares y minera no sistematizada, muy precarios o inexistentes espacios para el deporte y el esparcimiento y nulo contacto con la Naturaleza. Estas razones sustentan la imperiosa necesidad de considerar los factores de calidad del servicio por parte de los entes competentes, que permita evaluar los estándares de cantidad, calidad requeridos, para el bienestar social de la comunidad. 4 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Pese a que existen varios entes gubernamentales, no existe un inventario actualizado, confiable sobre la calidad de las aguas que la comunidad en estudio consume y la información existente no es accesible por lo importante y particular de la temática abordada. Siendo esta investigación insumo indispensable que suministrara a todos los interesados y en especial a los habitantes de la unidad de análisis el acceso de manera rápida y en un leguaje adecuado los datos técnicos sobre la ubicación y calidad de las fuentes disponibles de agua para consumo humano en el área geográfica abordada. El agua vehiculiza diferentes agentes nocivos para la salud, a saber: Físicos, químicos, radioactivos y biológicos. Los diversos agentes pueden producir enfermedades diversas y variadas a corto, mediano y largo plazo, siendo en ocasiones difíciles de medir en los seres vivos. Además de contaminar el suelo, afecta de manera directa a la actividad agrícola y pecuaria al desconocer la calidad de sus aguas y los efectos que ellas pueden producir. Aspectos generales de la temática ambiental y calidad de las aguas Medio Ambiente Término sobre el que existen varias definiciones, por muchos se define como “el que permite al hombre crear las condiciones necesarias para la vida. Incluye al medio natural y al medio social”, “consiste en la interacción Naturaleza-Sociedad en un contexto de espacio y tiempo dado”. El agua es uno de los recursos naturales fundamentales, junto con el aire, la tierra y la energía constituye los cuatro recursos básicos en que se apoya el desarrollo. La importancia de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hasta finales del siglo XIX no se reconoció el agua como origen de numerosas enfermedades Infecciosas. Hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua esta fuera de toda duda. Constituye parte integrante de todos los tejidos animales y vegetales, siendo necesaria como vehículo fundamental para el proceso de las funciones orgánicas, pero, además, es indispensable para toda una serie de usos humanos que comportan un mayor bienestar, desde la salud y la alimentación, 5 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II a la industria y al esparcimiento. El agua se encuentra en la naturaleza con diversas formas y características y cada una de ellas tiene su función dentro del gran ecosistema del planeta Tierra. La que nos interesa, principalmente, para los usos humanos, es en forma líquida y la conocida como agua dulce, en la cual existe una gama de componentes en disolución en pequeñas proporción, que la hace más o menos apta para los distintos usos, para lo cual se han desarrollado una serie de normas que definen la calidad y tratan de regularla, desde el agua para el consumo directo o agua potable hasta el agua para usos industriales. Contaminación hídrica La contaminación hídrica o contaminación del agua es una modificación de esta, generalmente provocada por el ser humano, que la vuelve impropia o peligrosa para el consumo humano, la industria, la agricultura, la pesca y las actividades recreativas, así como para los animales y la vida natural y cotidiana. Fuentes y causas productoras de la contaminación Cualquier sustancia que se añada al agua que amenace la salud, la supervivencia, o las actividades de los seres humanos o de otros organismos vivos, se denomina contaminación o polución. La mayoría de los contaminantes corresponden a subproductos o residuos sólidos, líquidos o gaseosos, que se originan al extraer, procesar, convertir en productos y/o utilizar el recurso natural. Los contaminantes pueden llegar a nuestro medio ambiente a través de las actividades humanas o actividades antrópicas, y aunque parezca contradictorio también ciertos procesos naturales como una erupción volcánica, pueden dar origen a la contaminación de las aguas. Breve reseña histórica de los estudios sobre calidad de las aguas y temática diversas desarrolladas en el ámbito local, nacional e internacional. La calidad del agua potable es de suma importancia para la salud pública, por lo cual la mayoría de los países tienen legislaciones internas que están relacionadas con las 6 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II aguas de consumo humano. Estas normas sirven para determinar la responsabilidad de los distintos sectores involucrados en la producción y distribución del agua potable, su monitoreo y su control. Los países cuentan, así mismo, con reglamentaciones que definen qué se entiende por agua potable; es decir, los patrones que se deben seguir para que el agua sea inocua para la salud humana. Entre esas reglamentaciones hay una muy específica, que se denomina “Norma de Calidad del Agua Potable”. Allí se establece que sustancias pueden estar presentes en el agua y las concentraciones máximas permisibles que no significan riesgo para la salud. Todos los países que establecen este tipo de normas nacionales utilizan como parámetro principal de comparación las Guías de la OMS para la Calidad del Agua Potable. Las guías son documentos que se publican aproximadamente cada 12 años, donde se acopia la última información disponible en el mundo sobre el tema. Las últimas directrices publicadas por la OMS son las acordadas en Génova en 1993. (Confirmar con las establecidas en Génova en el 2004). Organización Mundial de la Salud (2005), Guías para la calidad del agua potable primer apéndice a la tercera edición. Volumen 1, establece que el acceso al agua potable es una cuestión importante en materia de salud y desarrollo en los ámbitos nacional, regional y local. En algunas regiones, se ha comprobado que las inversiones en sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento pueden ser rentables desde un punto de vista económico, ya que la disminución de los efectos adversos para la salud y la consiguiente reducción de los costos de asistencia sanitaria es superior al costo de las intervenciones. Dicha afirmación es válida para diversos tipos de inversiones, desde las grandes infraestructuras de abastecimiento de agua al tratamiento del agua en los hogares. La experiencia ha demostrado asimismo que las medidas destinadas a mejorar el acceso al agua potable favorecen en particular a los pobres, tanto de zonas rurales como urbanas, y pueden ser un componente eficaz de las estrategias de mitigación de la pobreza. 7 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Truque, P. (2006), en su investigación denominada “Armonización de los estándares de agua potable en las Américas”, realiza una comparación de los valores recomendados por la Organización Mundial de la Salud en las Guías de Calidad de agua Potable para los diferentes contaminantes del agua, con los valores establecidos en las diferentes normas de calidad de agua existentes en cada uno de los países del continente americano. Esto se realiza con el fin de proponer alternativas y brindar soluciones que permitan la creación de políticas que con lleven a la armonización de los estándares de calidad de agua potable a nivel hemisférico. Los países del Caribe no son incluidos en este informe debido a la dificultad para acceder a sus normas nacionales. Por otro lado, un reporte de la CEPIS afirma que estos países se acogen a los estándares establecidos en las “Guías de Calidad de Agua Potable” recomendados por la Organización Mundial de la Salud. La superintendencia de servicios sanitarios división de fiscalización 2007, basado en “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19th ed. del año 1995”, la primera versión del “Manual de Métodos de Análisis Físico-Químicos para agua potable. Este documento sumado a las normas chilenas para análisis bacteriológicos que existían en esa época establecieron las metodologías de ensayo oficiales y alternativas que se han utilizado en Chile durante los últimos 10 años, para el autocontrol y la fiscalización de los servicios de agua potable a lo largo de todo el país y que fueron paulatinamente acreditadas por los laboratorios del sector basado en la clasificación de parámetros de calidad establecidos en la nueva norma de requisitos para agua potable, donde se han subdividido los parámetros normados en diferentes tipos, en función de su importancia ya sea positiva o negativa para la salud de los consumidores y usuarios del agua potable suministrada. Villalobos, A. et al (2010), en el estudio del ion sulfato como indicador de sustentabilidad en la cuenca del río Guasare, estado Zulia. Este trabajo está orientado en la identificación y construcción de tendencias de medición del ión sulfato en la cuenca media del río Guasare, para establecer un diagnóstico de los impactos acumulados y proyectar, qué cantidad de sulfatos estará presente en este cuerpo de 8 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II agua. El ión sulfato es un importante indicador de sustentabilidad, porque permite tomar decisiones referentes a la gestión ambiental minera, dado su potencial de acidificar el medio, garantizando el desarrollo sustentable de la actividad en la zona de estudio. Se recolectaron muestras estratificadas en diversos puntos del área seleccionada bajo estudio, evaluando las concentraciones del ión sulfato (SO4 -2) y los cationes de calcio y magnesio (Ca+2 y Mg+2), pH, temperatura y turbidez. Se encontró que las cantidades presentes en el agua del río no superan los límites establecidos para este parámetro en la norma nacional. De igual forma explica los requisitos necesarios para garantizar la inocuidad del agua, incluidos los procedimientos mínimos y valores de referencia específicos, y el modo en que deben aplicarse tales requisitos. Describe asimismo los métodos utilizados para calcular los valores de referencia, e incluye hojas de información sobre peligros microbianos y químicos significativos, revisión en profundidad de los métodos utilizados para garantizar la inocuidad microbiana, importantes novedades en la evaluación de los riesgos. Hernández, M., et al (2010), estudian la Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas ubicadas en los estados Anzoátegui y Monagas, persiguen el clasificar e identificar los procesos geoquímicos que gobiernan en la zona de estudio. Para ello, se tomó como punto de partida la información recabada por el Laboratorio Nacional de Hidráulica (2009). En base a esto, fueron seleccionados 300 pozos ubicados en los estados Monagas y Anzoátegui, debido a los parámetros medidos como: pH, Sólidos Disueltos Totales (SDT), conductividad, temperatura (T), Dureza Total, alcalinidad, las especies químicas Na+, K+, Ca2+, Mg2+, F-, Cl-, SO42- , NO-3 , y la sílice disuelta (SiO2), los tipos de aguas identificados a través de los resultados obtenidos fueron: bicarbonatadas sódicas (Na+-HCO3-), bicarbonatadas magnésicas (Mg2+- HCO3-), sulfatada sódica (Na+-SO4 2-) y Clorurada sódica (Na+- Cl-). También se establecieron algunas relaciones inter iónicas, la cuales apuntan a que dicha composición, es la consecuencia de procesos asociados a la interacción agua9 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II roca, intercambio iónico y a la disolución de sales evaporíticas formadas durante los eventos de evaporación, lixiviadas hacia el subsuelo durante la precipitación atmosférica. Pérez, E. (2011), realiza determinaciones de los parámetros que afectan la calidad de cualquier tipo de agua, rigiéndose por las más estrictas metodologías estandarizadas para los ensayos de laboratorio y calibración a fin de proporcionar resultados de análisis confiables. Los parámetros a analizar en una muestra de agua son los indicados en la Gaceta oficial 36.395 para aguas potables y el decreto No. 883 para aguas residuales. Es por ello que la Fundación Tecnología de Seguridad Integral (FUNSEIN) cuenta con el laboratorio de aguas y caracterización de efluentes en el cual toma en cuenta las exigencias de las leyes para asegurar la calidad de las muestras de aguas que son analizadas. Los parámetros de calidad del agua estudiados se clasifican en: Carácter Físico: características organolépticas (color, olor y sabor), turbidez, sólidos en suspensión y temperatura. Carácter Químico: Conductividad, salinidad, dureza, pH, oxígeno disuelto, alcalinidad, sustancias de carácter orgánico e inorgánico. Carácter Microbiológico: Coliformes totales, fecales y microorganismo patógenos Ughi, A. (2011), en su trabajo denominado “Estudio hidrogeofísico para caracterizar el acuífero del Jardín Botánico de Caracas”. Aplica la técnica de sondeos eléctricos verticales en un área inferior a 20 Ha. Los resultados obtenidos revelan la presencia de gradación vertical de los tipos litológicos con variaciones en el contenido de finos, factor que controla de forma determinante el valor de resistividad del subsuelo y permitió construir el modelo geológico para la zona el cual se encuentra constituido por roca metamórfica en forma de doble cuenca que alberga dos secuencias sedimentarias que constituyen dos acuíferos bien desarrollados pero es probable que a grandes profundidades no estén conectados, por lo que se reduce su capacidad de producción al limitarse su extensión lateral; sin embargo, la forma lenticular que los caracteriza implica que poseen gran desarrollo vertical con espesores que pueden variar entre 6 y 10 m. 10 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tejedor, L., et al (2011), en su estudio de calidad de las aguas asociadas con la cuenca alta del río Morichal Largo. Estados Anzoátegui y Monagas consideraron herramientas de calidad, hidrogeológicas e hidrogeoquímicas, con el propósito de describir los principales mecanismos que condicionan las características e interacción entre las aguas asociadas con la cuenca alta de dicho río. La información recopilada fue organizada y depurada para luego delimitar el área y las variables estudio. El cauce principal del río Morichal Largo está ubicado sobre un acuífero libre de alto rendimiento que se extiende hasta las cuencas de los ríos Caris y Tigre. Los patrones de flujo se mantuvieron relativamente constantes en el tiempo, con un movimiento en dirección sur este y un recorrido que parte de las cuencas de los ríos Tigre y Caris. Por otro lado, se reportaron los mayores valores de concentración de especies iónicas en la cuenca de los ríos Caris y Tigre. Asimismo, las aguas estudiadas son bicarbonatadas sódicas, cálcicas y magnésicas tanto en la cuenca alta del río, como en la cuenca de los ríos Caris y Tigre. Por su parte, el mecanismo principal que gobierna la composición química de las aguas superficiales es la precipitación atmosférica. Cataldi, A., et al (2011), elaboran la Prospección Electromagnética en el Dominio del Tiempo para la exploración profunda de agua subterránea (Edo Zulia, Venezuela), En el ámbito de un estudio de investigación de agua para el desarrollo industrial en el sector la Cañada, Edo. Zulia, se realizó un estudio Hidrogeofísico profundo. Esto se realizó ejecutando diez (10) Sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo SEDT (TDEM) para la caracterización de zonas de transición entre agua dulce y cuñas de agua salobre en el subsuelo. Los resultados han permitido la caracterización eficaz y exitosa del perfil de resistividad y derivar las condiciones hidrogeológicas hasta profundidades de 300m. Severiche, C. et al (2013), publica Manual de Métodos analíticos para la determinación de parámetros fisicoquímicos básicos en aguas, con el objetivo de servir como guía de estudio en los temas relacionados con el análisis fisicoquímico 11 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de aguas. El manual presenta un esquema muy general, indicando el fundamento, el ámbito de aplicación, las posibles interferencias, seguidamente la descripción de la metodología analítica, luego los cálculos y presentación de resultados, por último las referencias bibliográficas utilizadas en cada método. Además se detallan los procedimientos de validación y verificación de métodos y presentación de informes de laboratorio. En la actualidad se han publicado tres ediciones de las Guías de Calidad de Agua Potable. Las dos primeras ediciones fueron utilizadas como directrices para establecer las normas internas que regulan el agua potable de cada uno de los países. La tercera edición hace una evaluación de riesgo, es decir, describe un “Marco para la Seguridad de Agua potable " y habla de los papeles y las responsabilidades de los distintos tenedores, incluyendo los papeles complementarios de reguladores nacionales, proveedores, comunidades y agencias "de vigilancia" independientes. En esta edición la información sobre muchas sustancias químicas fue revisada por la OMS para considerar la inclusión de nuevas sustancias químicas que no habían sido consideradas con anterioridad. Actualmente las Guías de Calidad de agua Potable de la OMS están siendo revisadas con el fin de publicar unos nuevos apéndices en el 2005 y el 2007, y finalmente esperan poder tener lista una cuarta edición de las Guías en el 2008. Versión final 2014, Proyecto de suministro de agua potable para el Zulia, El Gobernador del estado Zulia, Francisco Arias Cárdenas se reunió con el Ministro de Ambiente, Miguel Rodríguez junto a todos los entes de ambiente del estado, dicho encuentro se efectuó en la Residencia Oficial del Mandatario Regional. Durante el encuentro se estableció el desarrollo de proyectos con las gobernaciones, las empresas hidrológicas y en primer lugar con las mesas técnicas de agua de los consejos comunales. Para el Zulia fueron aprobados 9 proyectos importantes que ya tienen recursos, donde se van a procesar los primeros 30 millones de Bolívares. Proyectos municipales: Ampliación de plantas de potabilización, Trabajos especiales en grupos 12 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de pozos de agua, Ampliación de estación de bombeo y Creación de la red de acueductos en algunos casos. Mesas Técnicas del Agua El gobierno venezolano ha estimulado a las comunidades para que se involucren en el mejoramiento de sus calidades de vida. Las Mesas Técnicas de Agua (MTA) surgieron como una alternativa para la resolución, en una forma participativa, de problemas relacionados con el suministro de agua potable y el saneamiento ambiental. Creó los Consejos Comunales del Agua, donde convergen todas las MTA para presentar sus problemas y proponer sus ideas (Salazar, 2009). Por el insuficiente conocimiento sobre las características físicas, químicas y microbiológicas de las fuentes de abasto de agua para consumo humano que imposibilitan el uso sustentable en la comunidad San Valentín se hace necesario evaluar la calidad de las fuentes de agua para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y determinar las principales fuentes de contaminación, con el fin de proponer medidas correctoras y de mitigación para un buen uso, manejo y calidad del recurso. Fundamentación científica de la investigación El agua es vital para la vida humana; usamos agua para beber, para producir nuestros alimentos, para sanear nuestro ambiente, como medio de transporte, para generar energía y mil otros fines. Los recursos hídricos son finitos y además se encuentran distribuidos desigualmente en las regiones del mundo. Un hecho sobre el agua destaca sobre todos los demás, son los patrones actuales de su utilización pues, muchos no son sostenibles en algunas regiones del mundo, incluyendo porciones importantes del continente Americano. Uno de los grandes retos del siglo XXI será mejorar nuestra gestión y la utilización de agua, para garantizar que este recurso fundamental soporte una población mundial de nueve mil millones o más en 2050. Una contribución sustantiva para la solución 13 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de este reto es el uso eficaz de la ciencia, que mejore el aprovechamiento de nuestros recursos hídricos, no sólo creando nuevo conocimiento, sino también traducir ese conocimiento científico hacia el público abierto, de tal modo que las nuevas tecnologías y los nuevos conceptos puedan implementarse rápidamente. El agua para consumo humano es aquella que es agradable al paladar, sin olor ni color, fresca, transparente y que no contiene microorganismos ni sustancias químicas que puedan poner en peligro nuestra salud, aunque no alcance los requisitos establecidos por las leyes del país. La importancia económica que supone el aprovechamiento del agua subterránea en el mundo es enorme, pues el agua subterránea es preferida generalmente al agua superficial por las siguientes razones: el agua subterránea generalmente no posee organismos patógenos y por ello no necesita ser tratada previamente, con el consiguiente menor coste al no pasar por depuradoras, su temperatura es constante, no posee ni turbidez ni color, su composición química es generalmente constante. Cuando está condiciones de calidad no están presentes, se hace necesario un estudio detallado de las fuentes de agua para determinar su calidad y potabilidad. La problemática ambiental esta dada en el Insuficiente conocimiento sobre las características físicas, químicas y biológicas de las fuentes de abasto de agua para consumo humano que imposibilitan su uso sustentable en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. El problema de la investigación esta dado en la contaminación física-química y bacteriológica de las aguas de consumo humano, motivada por la presencia de fuentes contaminantes de carácter antropogénico y naturales lo que implica un riesgo para la salud del hombre. Objeto Las propiedades físicos-químicas y bateriológicas de las aguas utilizadas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. 14 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Objetivo General Evaluar la calidad de las fuentes de agua para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y su incidencia en la salud del hombre. Objetivos específicos 1. Identificar las fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. 2. Identificar las principales fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector. 3. Caracterizar las propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad, compararlas con las Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable, publicadas en Gaceta Oficial de la República de Venezuela N" 36.395 de fecha 13/02/1998 y los catálogos de calidad de agua emitidos por la organización Mundial de la salud 1993. 4. Proponer medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Hipótesis Si se identifican las fuentes de abastos de agua para consumo humano en la comunidad San Valentín, así como las fuentes principales de alteración y se determina su calidad se pueden pronosticar su grado de contaminación y tomar las medidas correctoras de higienización y recuperación para la protección de los consumidores. Campo de acción Las aguas de consumo humano de la comunidad campesina San Valentín Ancón Bajo II. 15 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Aporte científico- técnico Caracterización físico-químico y bacteriológico de las aguas de consumo humano en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II realizada en un laboratorio certificado, identificación de los principales contaminantes naturales y antrópicos que afectan la calidad así como las propuestas de mejoramiento que posibiliten su ingesta sin riesgo a enfermedades. Cartografía geológica en la comunidad (mapas: ubicación geográfica, geológico, red fluvial hidroquímico, mapas de isocontenidos, mapas de contaminantes etc.) Aporte social Toda vez caracterizada físico, químico y bacteriológicas serán Beneficiadas 590 personas que habitan en la comunidad san Valentín Ancón bajo II, puesto que tendrán información actualizada y confiable sobre la calidad de las aguas consumidas, el riesgo de exposición de las aguas por contaminación natural y antrópica resaltando las acciones propuestas para mejorar su calidad y prevenir enfermedades y con ello elevar la calidad de vida en pro de alcanzar la suprema felicidad social que bien expresa se encuentra en el segundo plan de desarrollo político, económico y social PLAN PATRIA ahora ley. Aporte práctico Inventario actualizado para noviembre de 2014 de los pozos de agua existentes en la comunidad San Valentín, sector Ancón Bajo II. Metodología que permita caracterizar la calidad de agua de consumo humano así como las medidas preventivas y correctoras. 16 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPITULO I- CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS Y ECONÓMICAS DE LA REGION 1.1. Situación geográfica La Comunidad campesina San Valentín, Ancón Bajo II pertenece a la Parroquia Venancio Pulgar del municipio Maracaibo, ubicada a 16 km aproximadamente de la Catedral de Maracaibo, entre las coordenadas norte 1.190.000- 1.192.000 y este 200.000- 205.300, abarcando un área de 3.300 Ha (33 Km²), (Figura 2 y 3). Sus límites geográficos, son al norte: Vía de penetración la Salina; al Sur: Vía de penetración El Polvorín; al este: Vía de penetración El Imperio y al oeste: cañada La Ceiba. Figura 2. Ubicación geográfica del sector Ancón Bajo II. Fuente: Elaboración propia, 2015. 17 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 3. Poligonal geográfica del sector Ancón Bajo II. Delimitación del sector Ancón Bajo II, al noroeste Fuente: Modificado de Google Map, 2013. del municipio Maracaibo 1.2. Clima Aunque Venezuela está situada completamente en el trópico, su clima varía entre planicies húmedas de baja elevación (llanos), donde la temperatura promedio anual alcanza valores tan altos como los 28°C, hasta glaciares y tierras altas (“páramos”) con una temperatura promedio de 8°C. En la región Zuliana existe un marcado contraste entre la parte norte con un clima seco y caliente y la parte sur con un clima húmedo y tropical. El elemento más variado lo constituye la precipitación, pues la temperatura se mantiene regularmente alta, fluctuando entre los 26ºC de temperatura media anual. Corpozulia (2010). La poca amplitud entre las temperaturas mensuales dan un valor relativo a la distinción de mes más cálidos y menos cálidos, que oscilan entre 1,5ºC y 1,9ºC. Esta poca amplitud caracteriza el clima de la región como netamente tropical estas temperaturas están influenciadas meteorológicamente a los hemisferios norte y sur. 18 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.2.1. Precipitaciones La lluviosidad en el estado Zulia, ocurre dentro del ritmo estacional normal, es decir entre mayo y noviembre. La causa de la sequía del norte se debe a que los alisios, al soplar sobre las aguas, se van calentando y cargando de humedad, pero debido a su alta temperatura, su humedad relativa resulta baja y, por lo tanto, actúan como consumidores de ella. Corpozulia (2010). Las precipitaciones promedio varían entre 430 mm 3 en las regiones semiáridas del noroeste hasta más de 4.000 mm3 en la región sur. La mayor parte de las precipitaciones se presenta entre junio y octubre (estación lluviosa o “invierno”); al resto del año, más cálido y seco, se le conoce como “verano” (estación seca), aunque la variación de temperatura a lo largo del año es poco pronunciada si se le compara con las latitudes templadas (Gobierno en Línea, 2009). 1.3. Geología En la comunidad Campesina Ancón bajo II, exhibe una secuencia aflorante caracteriza por presentar en el sustratum las limolitas grises con alteración a ocre – pardo, con presencia de paleosuelos hacia el tope y desarrollo de nodulaciones de hierro (pisolita, Goethitas) por alteración de los minerales arcillosos presentes en esta facie. Suprayacente a esta le se superpone una arena de grano medios ocasionalmente conglomeráticas con presencia de restos de plantas petrificados, le sigue unos depósitos recientes de facies lacustrinos y aluviales y en ocasiones se encuentran suelos residuales derivados de la meteorización de las rocas expuesta siendo estas las explotadas en la comunidad. Sugiero atribuirle el nombre de la Formación El Milagro de edad Terciario (Plioceno) - Cuaternario (Pleistoceno), (figura 4 y 5), como la unidad aflorante en la localidad puesto que corresponde con la ubicación geográfica y su posición estratigráfica en la columna geológica generalizada de la cuenca del lago de Maracaibo. Esta formación está constituida de arenas friables, finas a gruesas, muy micáceas, de color crema a pardo-rojizo, limos micáceos de color gris claro, interestratificadas con arcillas arenosas, rojas y pardo-amarillentas y lentes lateríticos bien cementados (PDVSA, Intevep, 1997). 19 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 0,2 Estructuras y Fosiles Columna Litológica Espesor (m) Formación Suelo Residual Milagro Holoceno Holoceno Cenozoico Cenozoico Sedimentos Serie Sistema Columna litoestratigrafica Calicata 1. Coordenadas 1190637 mN; 203201 mE; 17 msnmm Sector Ancon Bajo II Descripciones litologicas Arenas de granos finos a gruesos de color ocre constituidos principalmente por cuazo con tamaño fino hasta granulo, subredondeado a subangulosos, fragmentos de pisolitas de 1 @ 4 mm y otros constituyentes. 0,1 Arena limoso, de color rojizo, friable ausencia de nodulos, El contacto es transicional e irregular. 0,34 areno – limo – arcilloso, de color rojizo, friable con presencia de minerales de cuarzo con un tamaño desde 0.5 mm @ 2 mm, clastos de arcillas entre 1 @ 8 mm, nodulos de negro a rojo con un tamaño de 2 @ 7mm de oxido de hiero, incrementando su ocurrencia de base a tope siendo escasa hacia la base hasta cuantificar en el tope un aproximado de 35 % del volumen total de la roca 0,2 Areniscas – limo – arcilloso, de color rojizo, friable con presencia de minerales de cuarzo con un tamaño que va desde 0.5 mm @ 2 mm, clastos de arcillas cuyo tamaño oscila entre 1 @ 8 mm aproximadamente y nodulos de hierro menonres a 1 mm Figura 4. Columna Litoestratigráfica del Sector Ancón Bajo II Fuente Bracho. I y Sangronis, D (2012) 20 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 5. Mapa Geológico del Sector Ancón Bajo II Fuente: Elaboración propia, 2015. 21 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.4. Condición Actual del Suelo El suelo de la comunidad corresponde a la clasificación de los Oxisoles por lo que presenta una coloración ocre a rojiza. Este suelo, de acuerdo a las opiniones y observaciones de los residentes de la comunidad se pueden distinguir tres capa: 1) Capa vegetal de aproximadamente de 2m de espesor, 2) una capa de barro y, 3) otra de arcilla. Los espesores de las dos últimas capas son aún desconocido. Pérez L. (2012). La capa vegetal ha sido muy intervenida y ha producido efectos de carcavamiento, potenciando la erosión del suelo cultivable y provocando, en unión a las condiciones climáticas, un efecto de desertización de la zona. La comunidad presenta un área total de 20.707.593,270m² y su suelo presenta los siguientes usos (figura 6 y 7) Figura 6. Mapa de Uso de los Suelos de la Comunidad. Fuente: Pérez L (2012) 22 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 7. Uso de los Suelos de la Comunidad. Fuente: Pérez L (2012) 1.5. Recursos hídricos Venezuela cuenta con abundantes recursos hídricos distribuidos en siete sistemas y 16 regiones hidrográficas. El país tiene más de 100 embalses, los cuales se han construido con la finalidad de satisfacer diversos propósitos: suministro de agua potable y para las industrias, riego, control de inundaciones, recreación y generación de energía hidroeléctrica. Cuenta con abundantes recursos hídricos, especialmente en la región sur (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000). Se ha calculado que el volumen de los recursos hídricos es de 1.320 km3 por año (Cañizales et al., 2006). El proceso de ocupación del territorio nacional se ha caracterizado por una concentración poblacional progresiva en el arco Andino-Costero del país y, especialmente, en las grandes ciudades ubicadas en el área Centro- Norte, la cual tiene la menor disponibilidad de agua (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000; Cañizales et al., 2006). La demanda de agua en el país está asociada a las actividades de riego, usos urbanos e industriales y la generación de energía eléctrica (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000). Los usos para la navegación y la recreación representan una demanda relativamente menor, con un carácter no consuntivo. 23 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.6. Embalses en Venezuela Para finales de 2006, se contaban 110 embalses operativos en Venezuela (MINAMB, 2006; 2007) distribuidos a lo largo de los territorios nacionales y construidos para satisfacer fines diversos: suministro de agua para usos domésticos (potable) e industriales, generación de energía hidroeléctrica, riego, recreación, entre otros usos. El Ministerio del Ambiente es el propietario de los embalses nacionales y rige las funciones de estos cuerpos de agua a través de la Dirección General de Cuencas Hidrográficas, de la Dirección de Estudios y Proyectos y de la Dirección de Operación y Mantenimiento de Obras de Saneamiento Ambiental. Las principales fuentes de abastecimiento del Estado Zulia está representado por un centenar de ríos surten los embalses Tres Ríos, Tulé, Manuelote, Machango y Burro Negro, los cuales poseen en conjunto una capacidad de almacenamiento de 704.80 millones de metros cúbicos de agua. A continuación se describen:  Embalse Tres Ríos (figura 8), Fecha de Construcción 2006. Ubicado en el Sector El Laberinto, Municipio Jesús Enrique Losada. Ríos que lo surten: Palmar, Las Lajas y Caño e´ Pescado. Capacidad Total: 180 MMM 3 con una profundidad máxima de 74 metros, altura efectiva de 59 metros. Tiene un uso combinado para riego en la planicie de Maracaibo y abastecer con 4000 L/s a la Planta potabilizadora Wuinpala ubicada en la Parroquia la Sierrita Municipio Mara. Figura 8. Embalse los Tres Ríos. Disponible en http://www.hidrolago.gov.ve/hidrocuencas.htm 24 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II  Embalse Manuelote, fue construido durante los años 1.972 – 1.975 y es una de las presas que conforman el sistema hidráulico “Luciano Urdaneta” junto al embalse de Tulé. Esta ubicado en la parroquia Monseñor Godoy, en el Municipio Mara, a unos 100 Km. de Maracaibo. Su capacidad de almacenamiento alcanza los 211.55 millones de metros cúbicos de agua y posee una superficie de 2.209 ha. Su fuente de abastecimiento es el Rio Socuy, está conectado a Tulé por medio del canal de trasvase y juntos proveen de agua cruda a la Estación de Bombeo “Tulé”, donde es conducida hasta la Planta Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, mejor conocida como Planta C, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús Enrique Losada, Santa Cruz de Mara y Miranda.  Embalse Burro Negro, construido durante los años 1958 - 1960 y es uno de los reservorios de agua que abastece a los principales municipios de la Costa Oriental del Lago. Se encuentra ubicado a 4 Km aguas arriba de la carretera Lara – Zulia, en el municipio Lagunillas. Su capacidad de almacenamiento es de 76 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 1000 ha. Su fuente de abastecimiento son Río Chiquito y Río Grande, y provee de agua cruda a la Planta Potabilizadora “Pueblo Viejo”, la cual abastece de agua potable a los municipios Santa Rita, Cabimas, Simón Bolívar y Lagunillas.  Embalse Machango, abastece los Municipios Valmore Rodríguez y Baralt, fue construido durante los años 1985 –1988, y es uno de los reservorios de agua dulce más importante de la Costa Oriental. Esta ubicado a 2 Km. al este del puente Machango en la carretera Lara - Zulia. Su capacidad de almacenamiento es de 109.3 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 1.180 ha. Su fuente de abastecimiento es el Río Machango. Su vida útil es de 100 años aproximadamente y provee de agua cruda a la Planta “General en Jefe Rafael Urdaneta”, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Bachaquero, Mene Grande, Pueblo Nuevo, El Venado, entre otras. 25 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II  Embalse Artificial El Tablazo, construido desde Diciembre del año 1970 por el Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS) y fue puesto en servicio en 1973. Esta ubicado a 4 Km de los Puertos de Altagracia, Municipio Miranda, encontrándose en las adyacencias del Complejo Petroquímico el Tablazo. Este reservorio artificial de agua potable, que se surte del Sistema Tulé a través de una tubería de 36 pulgadas, es una de las ramificaciones que se forman de la aducción principal de 48 pulgadas que viene de Bifurcación (Tramo Punta de Palmas- Planta de Potabilización El Tablazo- Embalse El Tablazo). Los embalses de la región occidental de Venezuela también presentan problemas de eutrofización. El embalse Tulé es un cuerpo de agua somero que se emplea para el suministro de agua potable a la ciudad de Maracaibo (aproximadamente 3.000.000 de habitantes), por lo que muestra bajos valores de transparencia y altas concentraciones de nitrógeno (Páez et al., 2001).  Embalse Tulé, construido durante los años 1964 - 1971 y es uno de los reservorios de agua dulce que conforman el sistema hidráulico “Luciano Urdaneta” junto al embalse de Manuelote. Está ubicado a 80 Km. al noroeste de Maracaibo, específicamente en el Municipio Mara. Su capacidad de almacenamiento supera los 267.80 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 5.171 ha, a nivel normal. Su fuente de abastecimiento es el Río Cachirí, su vida útil es de 100 años aproximadamente y junto a Manuelote proveen de agua cruda a la Planta Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús Enrique Losada, Santa Cruz de Mara, Miranda y el Complejo Petroquímico El Tablazo. Es de precisar que la comunidad campesina Ancón Bajo II, se encuentra dentro de la ciudad de Maracaibo, esta no cuenta con el servicio de suministro de agua por tubería, a pesar de que a escasos 7 Km, en los sectores aledaños en especial en Ancón Bajo, si existe este servicio. 26 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.7. Hidrografía En Venezuela pueden distinguirse siete sistemas hidrográficos: Mar Caribe, Río Orinoco, Golfo de Paria, Casiquiare-Río Negro, Río Esequibo, Lago de Maracaibo y Lago de Valencia. Entre ellas, el sistema Orinoco es el más importante, ya que agrupa 49 subcuencas que drenan sus aguas hacia el canal principal del río Orinoco, lo que representa el 94,4 % del volumen total drenado en las cuencas hidrográficas venezolanas (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000), y descarga sus aguas al Océano Atlántico Occidental. Dentro de los sistemas hidrográficos, el del Lago de Valencia es particular, ya que es una cuenca endorreica, la cual recibe aguas de tributarios originados de la región sur de la Cordillera Centro-Norte; esta cuenca hidrográfica representa sólo el 0,029% del volumen total drenado. Más recientemente, Cañizales et al. (2006) distinguieron 16 regiones hidrográficas en la clasificación previa (Figura 9): Figura 9. Regiones hidrográficas de Venezuela Fuente: Foro Consultivo Científico Y Tecnológico, AC (2011) 27 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Se debe destacar que en las áreas con menor drenaje en el país se localizan las áreas más densamente pobladas, lo cual genera problemas relacionados con el suministro de agua para propósitos diversos. 1.8. Regiones hidrogeológicas en el país En Venezuela están identificadas cuatro provincias hidrogeológicas con grandes posibilidades de acumulación y aprovechamiento de aguas subterráneas, las cuales son: Provincia Andina-Vertiente Atlántica y del Caribe, Provincia Planicies Costeras, Provincia del Orinoco y Provincia del escudo Septentrional o de Guayana. Estas provincias a su vez se dividen en subprovincias, cuencas y subcuencas. Entre ellas los acuíferos con mayor potencial y calidad con fines de consumo y riego están en la provincia hidrogeológica del Orinoco. En ese sentido, en Venezuela se ha propuesto la clasificación de cuatro (4) Provincias Hidrogeológicas, Quince (15) subprovincias y cincuenta y un (51) cuencas Hidrogeológicas. 1.8.1. Provincias y subprovincias hidrogeológicas. Características generales de la hidrología subterránea en función del comportamiento hidrogeológico de las diferentes facies presentes en nuestro país (figura 10), se distinguen tres categorías distribuidas de la siguiente forma: a) La unidad litológica de sedimentos poco o no consolidados, permeables, con porosidad intergranular y rendimiento de alto a bajo. Constituidas generalmente por gravas, conglomerados, arenas, areniscas con intercalaciones de arcillas y lutitas de edades desde el terciario hasta el reciente. Esta unidad está presente en las cuatros provincias hidrogeológicas del país, abarca una superficie de aproximadamente 352.400 Km2, que representa el 42 % del territorio nacional. b) La unidad litológica de rocas consolidadas, con porosidad por fracturamiento y/o disolución y rendimiento altos a bajos. Constituidas por conglomerados, areniscas y calizas, con intercalaciones de lutitas, esquistos con calizas cristalinas, las edades comprenden desde el 28 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II precámbrico hasta el cuaternario. Se emplazan en las Provincias AndinaVertiente Atlántica y del Caribe y escudo de Guayana con una superficie de 102.500 Km2, que representa el 12 % del territorio nacional. c) La unidad litológica de sedimentos pocos o no consolidados y rocas muy consolidadas, prácticamente impermeables, con porosidad efectiva casi nula e importancia hidrogeológica muy baja. Compuestas por rocas ígneas, metamórficas, lutitas y arcillas, de edades precámbrico hasta el cuaternario. Afloran en las Provincias Andina-Vertiente Atlántica y del Caribe, escudo de Guayana y Orinoco con 374.100 Km2 con el 45 % del total del territorio. Figura 10. Zonas Potenciales de agua Subterráneas en Venezuela. Fuente: Decarli. F. (2009). 29 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPITULO II. METODOLOGÍA Y VOLUMEN DE LAS INVESTIGACIONES DESARROLLADAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO. Con el desarrollo económico y social y los avances de la ciencia y la técnica, el agua ha sido uno de los recursos naturales más afectados por el hombre, quien ha alterado la dinámica de los ciclos naturales, superando la capacidad de autodepuración de las corrientes y cuerpos hídricos. Se reconoce que la actividad antrópica afecta de forma notoria y en general adversa a las aguas superficiales del entorno, y esto de manera que puede parecer sorprendente para quienes no se hayan preparado a reflexionar sobre el tema. En este capítulo se hace referencia al método de la investigación científica que es aquel que aborda la realidad, de estudiar los fenómenos de la naturaleza, la sociedad y el pensamiento con el propósito de descubrir la esencia de los mismos y sus relaciones. Legrá A y Silva O., (2008) afirman que es conveniente entender al Método Científico como algo más que la ejecución ordenada de un conjunto de pasos y prescripciones que pueden convertirse en recetarios formales. 2.1. Metodología de Trabajo Existe en la actualidad un consenso amplio en cuanto a la necesidad de un enfoque totalizador, entendiéndosele al Método Científico como una estrategia global de obtención, formalización y aplicación del conocimiento científico. Por tanto: El Método Científico es la estrategia para la búsqueda del conocimiento científico, teórico, aplicado y tecnológico, que le imprime al proceso de investigación una dirección consciente y la correspondiente lógica organizativa dialéctica y flexible, en estrecha ligazón con la práctica. Para la caracterización físico – química y bacteriológica de las aguas de consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y su incidencia en la salud del hombre. Se hace necesario cumplir con la metodología de trabajo desarrollada durante esta tesis se puede resumir gráficamente como se muestra en la Figura 11. 30 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Recopilación y análisis de la información disponible de la región de estudio y áreas adyacentes. Levantamiento Hidrogeológico a escala 1: 50 000. Determinación de las posibles fuentes de contaminación. Muestreo Hidroquímico Análisis de laboratorio Físicos Químicos Bacteriológicos Procesamiento de la Información. Realización de un muestreo Hidroquímico. Figura 11. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. Realización Fuente: Elaboración Propia, 2015. 2.2. Identificación de las fuentes de abasto de aguas en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II. En la legislación nacional, el diagnóstico participativo es definido como un “instrumento empleado por las comunidades para la edificación en colectivo de un conocimiento sobre su realidad, en el que se reconocen los problemas que las afectan, los recursos con los que cuenta y las potencialidades propias de la localidad que puedan ser aprovechadas en beneficio de todos” (Art. 5 Ley de Reforma Parcial de la Ley de los Consejos Locales de Planificación Pública). Las técnicas utilizadas para la recolección de datos en este estudio estuvo fundamentada en varias herramientas metodológicas como le corresponde a la observación directa, encuestas y entrevistas no estructuradas que se realizaron a 31 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II través de visitas a la Comunidad Campesina San Valentín, Ancón bajo II (Figura 12), donde se mantuvieron entrevista no estructurada con Voceros del Consejo Comunal, presentándonos una serie de problemáticas mencionados a continuación: Vialidad, Vivienda, Suministro de Agua potable, fuentes de empleo, Educación, Pozos de agua sin caracterización físico – químico, entre otros. De igual manera se utilizaron otras técnicas de recolección de información como lo fue la observación directa y una encuesta de información básica de cada granja visitada. Figura 12. Visitas a La Comunidad, entrevista y observación directa. Fuente: Bracho I. (2013). 2.3. Principales fuentes de contaminación El agua de consumo inocua (agua potable), no ocasiona ningún riesgo significativo para la salud cuando se consume durante toda una vida, teniendo en cuenta las diferentes vulnerabilidades que pueden presentar las personas en las distintas etapas de su vida. Las personas que presentan mayor riesgo de contraer enfermedades transmitidas por el agua son los lactantes y los niños de corta edad, las personas debilitadas o que viven en condiciones antihigiénicas y los ancianos. OMS (1998). El agua potable es adecuada para todos los usos domésticos habituales, incluida la higiene personal. El sector San Valentín de Ancón Bajo II, presenta numerosas actividades económicas, tales como: agricultura, ganadería, piscicultura, viveros, elaboración de carbón vegetal, abastos populares, entre otros (Figura 13). Existen aproximadamente 32 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II cien (100) agricultores quienes manifiestan falta de conocimiento sobre la calidad y cantidad de agua disponibles para el desarrollo de sus actividades los cuales inciden negativamente. Los principales cultivos corresponden a yuca y níspero. También se tiene una importante producción de mango, lechosa, auyama, entre otros. A D B C E F Figura13. Focos de contaminación presentes en la comunidad Ancón Bajo II, A. Ganadería Vacuna; B, C y F Agricultura; D Ganadería Porcina; E Piscicultura. Fuente: Elaboración Propia, 2015. Los riesgos para la salud asociados a los componentes químicos del agua de consumo se deben principalmente a la capacidad de producir efectos adversos sobre la salud tras periodos de exposición prolongados. Pocos componentes químicos del agua pueden ocasionar problemas de salud como resultado de una exposición única, excepto en el caso de una contaminación masiva accidental de una fuente de abastecimiento de agua de consumo. Por otro lado, la experiencia demuestra que en muchos incidentes de este tipo, aunque no en todos, el agua se hace imbebible, por su gusto, olor o aspecto inaceptables. (Tabla 1 y 2). 33 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 1. Componentes indeseables en el agua potable, orígenes y formas de remoción Componente Sólidos suspendidos Origen o composición Materia orgánica e Formas de remoción Sedimentación, filtración, inorgánica, microorganismos Sólidos disueltos Lixiviación natural en Nanofiltración, acuíferos hiperfiltración, electrodiálisis Orgánicos refractarios Patógenos Solventes industriales, Adsorción con carbón insecticidas, herbicidas, activado, destrucción con plaguicidas, orgánicos ozono, nanofiltración, sintéticos hiperfiltración Microorganismos Desinfección con presentes en aguas no agentes oxidantes (cloro, desinfectadas ozono), desinfección con calor o con radiación UV Metales tóxicos Lixiviación natural en Precipitación química, acuíferos, contaminación sedimentación, antropogénica nanofiltración, hiperfiltración Fuente: Castro R. (2011). 34 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 2 Estándares secundarios o no obligatorios de agua potable Componente Concentración máxima permitida Consecuencias Aluminio 0.2 mg/L Precipita y forma coágulos en el agua Cloruros 250 mg/L Afecta el sabor del agua, causa problemas de corrosión Color 16 Unidades de Color Afecta las propiedades estéticas del agua Flúor 2,0 mg/L Fluorosis dental, a altos niveles daños al sistema óseo. En realidad ya se considera un estándar primario, obligatorio. Agentes Espuma ntes Fierro 0.5 mg/L Afecta las propiedades estéticas del agua 0.1 mg/L Daña los accesorios en contacto con el agua, mancha la ropa. Afecta el sabor del agua. Manganeso 0.05 mg/L Daña los accesorios en contacto con el agua, mancha la ropa. Afecta el sabor del agua. Causa los mismos efectos que el hierro. Olor Menos de 3 Unidades Afecta las propiedades estéticas del agua pH 6.5 a 8.5 Unidades de pH Puede afectar el sabor del agua. Corrosión en equipos en contacto con el agua. Plata 0.1 mg/L Decoloración en la piel. Irritación al usuario sensible a este agente. Sulfatos 250 mg/L Afecta el sabor del agua. Tiene propiedades laxantes STD (Sólidos Totales Disueltos) 500 mg/L Afecta el sabor del agua. Causa inconvenientes en su uso doméstico e industrial. Zinc 5 mg/L Afecta el sabor del agua. Fuente: Castro R, (2011). 35 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.4. Muestreo hidroquímico y análisis físico-químico Las aguas naturales son soluciones de composición compleja, contienen cantidades considerable de elementos químicos en forma de iones, moléculas y coloides. Al considerar las granjas visitadas solo siete (7) fueron seleccionadas para el análisis químico físico y bacteriológico, ya que los pozos contaban con el sistema de bombeo necesario para la toma de muestra lo cual fue requisito indispensable de la empresa HIDROLAGO encargada del muestreo. Conjuntamente se tomó muestras de agua a un afluente natural cercano a la comunidad (Cañada Iragorry), tubería de aducción que transporta agua cruda desde el embalse de Tule hacia la Petroquímica el Tablazo, puesto que algunos habitantes del sector se conectaron de manera ilegal para satisfacer sus necesidades básicas de agua domestica, agrícola y pecuaria, Así como también a uno de los botellones de agua que suministran en la comunidad para un total de diez (10) muestras. El muestreo se realizó, con el objetivo de conocer el comportamiento de las concentraciones de los compuestos químicos que intervienen en los procesos físicoquímicos que influyen en la migración de los contaminantes disueltos en el agua. El análisis en el laboratorio comprendió el estudio de las siguientes propiedades físicas, químicas y biológicas determinadas. Las muestras fueron captadas, trasladadas y analizadas en el laboratorio de la calidad de agua Alonso de Ojeda de acuerdo a la metodología establecida en el Método Estándar para el Análisis de Aguas y Aguas Residuales (AWWA, APHA y WEF) 21 st edición 2005 (Tabla 3). Al realizar la captación de las muestras, se efectuaron mediciones en sitio, de los parámetros pH, salinidad, conductividad, cloro residual y se observó el aspecto y olor del agua. (Figura 14). 36 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 3. Parámetros físicos, químicos y biológicos Determinados. Propiedad Aspecto Olor Cloro Residual (mg/L) Salinidad (mg/L) Conductividad μS/cm) pH Color Aparente Unid Pt - Co Color Real Unid Pt - Co Turbiedad Unid NTU Cloruro (Cl) (mg/L) Sulfato (SO4) (mg/L) Fluoruro (F) (mg/L) Calcio (Ca) (mg/L) Magnesio (Mg) (mg/L) Sodio - Potasio (Na + K) (mg/L) Hierro Total (Fe) (mg/L) Manganeso total (Mn) (mg/L) Anhídrido Carbónico Libre (CO2) Alcalinidad Total (mg/L) Dureza Total (mg/L) Dureza Carbonatica (mg/L) Dureza No Carbonatica (mg/L) Minerales Disueltos (mg/L) Índice Langelier pH - pHs Dureza Cálcica (mg/L) Aluminio Residual (mg/L) Heterotrofogos Aeróbicos (ufc/mL) Índice de Coliformes totales (NMP / 100 mL) Índice de Coliformes fecales (NMP / 100 mL) Método: Standard Methods 2005 2210 2210 4500G 2520A 2510B 4500H'B 2120B 2120B 2130 B 4500 Cl B 4500 SO4 E 4500 F' D 3500 Fe B 3500 Mn B 2320 B 2340 C 2330 B 3500 Ca B 3500 Al B 9215 B 9221 B Método Analítico Organoléptico Organoléptico Comparación Potenciómetro Electrométrico Potenciómetro Comparación Comparación Nefelométricas Volumétrico Fotométrico Fotométrico Cálculos Cálculos Cálculos Fotométrico Fotométrico Cálculos Volumétrico Volumétrico Volumétrico Volumétrico Cálculos Volumétrico Volumétrico Fotométrico Recuento de Placas Fermentación de tubos múltiples y Florocourt Fuente: Laboratorio de Calidad de agua. Planta Potabilizadora Alonso de Ojeda. Hidrolago (2014). 37 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura14. Equipo de mediciones in situ, Potenciómetro (consort 530c), peachímetro. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5. Descripción de los puntos de muestreo Para la valoración de la calidad de los recursos hídricos se realizó un muestreo hidroquímico en las aguas subterráneas siendo en total siete (7) muestras las analizadas Ubicadas dentro de la comunidad, una (1) muestra de agua de la tubería de aducción, una (1) muestra de agua de un drenaje natural y una (1) muestra de agua embotellada comercialmente. Seguidamente se presenta una descripción de los diferentes puntos de control: 2.5.1. Muestra1. Pozo granja San Martín El pozo tiene más de 20 años funcionando, tiene 28 metros de perforación, inicialmente era utilizada para consumo humano. Hoy en día el agua es muy salada se usa para riego y animal, la cual almacenan en un tanque cilíndrico elaborado de concreto sin tapa; por otra parte se abastecen de botellones con agua mineral y camiones cisternas para sus satisfacer su necesidades básicas del vital líquido. (Figura 15) Figura 15. Muestreo Pozo granja San Martín. Fuente: Bracho I., 2015. 38 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.2. Muestra 2. Pozo granja La Zeta El pozo tiene más de 15 años funcionando, tiene 28 metros de perforación, durante sus primeros años de vida, suministraba agua dulce la cual aprovechaban para consumo humano posteriormente fue cambiando la concentración de sales un año después de su perforación, actualmente su uso está limitado para riego y consumo de ganado. Por su parte el abasto para consumo humano es atreves de compras de botellones con agua potable mineral. (Figura 16) Figura16. Muestreo Pozo granja La Zeta Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.3. Muestra 3. Pozo granja El Bosque El pozo tiene 28 años funcionando y 30 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, según sus usuarios posee sabor oxido derivado del contenido excesivo de iones de hierro, lo utilizan para riego y para consumo humano. (Figura17) Figura17. Muestreo Pozo granja El Bosque. Fuente: Bracho I., 2015. 39 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.4. Muestra 4. Pozo granja Los Cascabeles El pozo tiene más de 25 años funcionando y 40 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, lo utilizan solo para riego y para los animales doble propósito vacuno y porcino, ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. Anteriormente usaban el agua para consumo, desde que se dañó la bomba (marzo de 2013.) e instalaron una de menor potencia, el pozo arrastra arena. (Figura 18). Figura 18. Muestreo Pozo granja los cascabeles Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.5. Muestra 5. Pozo granja San Benito (Casa Azul) El pozo tiene más de 28 años funcionando y 40 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, lo utilizan solo para riego y para ganado vacuno, ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. (Figura 19) Figura 19 Muestreo Pozo granja San Benito (Casa Azul) Fuente: Bracho I., 2015. 40 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.6. Muestra 6. Pozo granja Monte Santo El pozo tiene más de 20 años funcionando construido de manera artesanal y 13 metros de nivel de agua, lo utilizan solo para riego y para consumo animales ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. Al captar las muestras del pozo se observó el agua de aspecto ligeramente turbio y olor aceptable. (Figura 20). Figura 20. Muestreo Pozo granja Monte Santo. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.7. Muestra 7. Pozo granja La Estancia El pozo tiene más de 20 años funcionando y 54 metros de perforación, construido de manera artesanal, lo utilizan solo para riego y para los animales ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua envasada. Al captar las muestras se observó un agua de aspecto claro, con arrastre de arenilla y olor aceptable. (Figura 21) Figura 21. Muestreo Pozo granja La Estancia Fuente: Bracho I., 2015. 41 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.8. Muestra 8. Botellón de Agu El botellón se encontraba en la vivienda de la familia Alzate, vocero del Consejo Comunal San Valentín. Los botellones son distribuidos en camionetas cada 8 días. En la tapa de las botellas aparece el nombre de Everest, posiblemente de la empresa embotelladora. La botella se encontraba cerrada al captar la muestra. (Figura 22) Figura 22. Muestreo Botellón de Agua Familia Alzate. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.9. Muestra 9. Tubería (Aducción) La muestra se captó en la aducción (tubería) que se encuentra en la vía La Sibucara (Figura 23), estribaciones orientales de la comunidad objeto de estudio. Esta tubería conduce agua cruda proveniente del Embalse de Tulé. En ocasiones el agua es aprovechada por los habitantes de las viviendas cercanas a la tubería. Los parámetros medidos en sitio: Salinidad: 129 mg/L, Conductividad .246.9 µS/cm (agua dulce) Figura 23. Muestreo de la Tubería de aducción. Fuente: Bracho I., 2015. 42 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.10. Muestra10. Cañada Iragorry Está ubicada en la vía La Sibucara, la cual conduce hasta el municipio Mara. En el sitio se pudo observar desechos de basura (por todos los alrededores) y vegetación, descargas de aguas servidas provenientes de las viviendas que colindan el drenaje desde su nacimiento hasta su desembocadura a la laguna el Gran Eneal. El agua se observó de aspecto claro y color verdoso y se percibió olor fétido. (Figura 24) Figura24. Muestreo de la Quebrada Iragorry. Fuente: Bracho I., 2015. 43 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPÍTULO III- INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Introducción La definición básica de evaluación de la calidad del agua se describe como una variante al monitoreo para establecer la naturaleza y el grado de contaminación del agua. Esta evaluación es un proceso de disímiles enfoques, la cual tiene como objetivo caracterizar física, química e impacto ambiental con relación a la calidad natural, efectos humanos y otros usos. El objetivo primordial está encaminado a evaluar la calidad físico-química de las aguas y las principales fuentes de contaminación que llegan los pozos de abasto y proponer medidas correctoras o de mitigación. 3.1. Fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. Del diagnóstico participativo comunitario utilizando como herramienta metodológica la entrevista, aplicación de encuestas y la observación directa arrojo que las fuentes de abasto de agua para consumo humano en la comunidad campesina Ancón bajo II sector San Valentín, se enumeran a continuación según orden de importancia: 1. Cisternas independientes a costos variable provenientes en su mayoría de la tubería de aducción y/o de los puntos de llenado para los vehículos cisternas ubicados en la subestación bifurcación; agua utilizada para fines domésticos. 2. Botellas plásticas de 19 litros contenidas de agua supuestamente mineral, adquirida principalmente por distribución directa a través de proveedor quien la oferta en cada vivienda del sector y/o en diversos establecimientos fuera de la comunidad, en especial el sector Los Morales. 3. Tubería de aducción ubicada en el límite sur de la comunidad, obtenida de tomas ilegales la cual usan para fines domésticos, consumo humano, consumo animal y riego. 44 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 4. Pozos de agua construidos de manera artesanal, revestidos con anillos de concreto prefabricados la cual usan para fines domésticos, consumo humano, consumo animal y riego 3.2. Fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector. Son pocas las sustancias químicas de las que se haya comprobado que causan efectos extendidos sobre la salud de las personas como consecuencia de la exposición a cantidades excesivas de las mismas en el agua de consumo. Entre ellas se incluyen el fluoruro, el arsénico y el nitrato. También se han comprobado en algunas zonas efectos sobre la salud de las personas asociados al plomo (procedente de las instalaciones de fontanería domésticas) y existe preocupación por el grado potencial de exposición en algunas zonas a concentraciones de selenio y uranio significativas para la salud. El hierro y el manganeso generan preocupación generalizada debido a sus efectos sobre la aceptabilidad del agua, y deben tenerse en cuenta en cualquier procedimiento de fijación de prioridades. En algunos casos, la evaluación indicará que no existe riesgo de exposición significativa para los habitantes del sector estudiado. Otra problemática que presenta la actividad agrícola en la zona, es que los agricultores trabajan con técnicas agrícolas tradicionales que, aunque favorece la protección del ambiente por el escaso uso de productos agroquímicos, no les da las estrategias necesarias para enfrentar enfermedades y plagas en sus cosechas las cuales provocan pérdidas económicas. Entre estas enfermedades, se tiene piojo blanco en la patilla, la raya en el melón, ceniza en la lechosa, entre otros. Requiriéndose el uso de productos químicos para prevenir enfermedades, otras veces para aportar nutrientes al suelo que es de muy baja calidad, se adicionan elementos aloctonos convirtiéndose en fuentes de contaminación. Sumado a lo anterior y no menos importante es la actividad vacuna, porcina y aviar en el área objeto de estudio, quienes aportan desechos orgánicos al suelo que percolan junto a 45 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II las aguas pudiendo encontrar canales de permeabilidad vertical que los conduzcan hasta el acuífero, contaminando con presencias de coliformes totales y fecales las aguas subterráneas. Otra fuente de contaminación le corresponde a la presencia de pozos sépticos y letrinas puesto que la comunidad no cuenta con servicio básico de recolección de aguas negras, las mismas son trasladadas bien sea a los afluentes naturales superficiales, quebradas: Iragorry, Fénix y la laguna el Gran Eneal, generando contaminación de las masas de aguas superficiales. Las subterráneas también sufren contaminación por desechos orgánicos humanos, cuando los habitantes del sector defecan en pozos sépticos y letrinas, los cuales contaminan las aguas subterráneas, limitando su uso, generando probablemente problemas de salud publico dentro y fuera de la comunidad al colocar sus productos en el mercado municipal. En esta ocasión debo referir que además de las actividades humanas, existen otras fuentes de contaminación la natural, exhibiéndose en los acuíferos del sector objeto de estudio en la alta concentración de sales en las aguas de los pozos estudiados, teniéndose varias teorías en su génesis, la que cobra mayor fuerza le corresponde a una intrusión salina proveniente del Lago de Maracaibo el cual aporta altas concentraciones de cloruros inferidos por la cercanía de este con la comunidad. Otra causa le corresponde a la sobreexplotación del yacimiento, como resultado del aprovechamiento irracional de los usuarios quienes no consideran en sus sistemas de riego, el volumen requerido versus la capacidad que tiene el acuífero de regenerarse, utilizando sus reservas provocando la precipitación de sales. Por lo que estas actividades antrópicas pueden afectar las condiciones hidroquímicas naturales de las aguas (Anexos 1,2,3,4,5,6,7,8,9,y,10), debido a la gran cantidad de partículas en suspensión provenientes del drenaje de los residuales, de la erosión en su cuenca de drenaje, así como sustancias orgánicas suficientemente diferentes a las naturales y de la sedimentación a lo largo del río.(Tabla 4). 46 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 4. Contaminantes del Agua Potable. Contaminante Unidad OMS Coliformes Fecales UFC/100 mL 0 Coliformes Totales UFC/100 mL 0 PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA POTABLE MICROBIOLOGICOS Venezuela Medido Fuente de contaminacion ND 2a9 Excrementos humanos o animales. Los excrementos pueden ser fuente de patógenos, como bacterias, ND 2a9 virus, protozoos y helmintos. PLAGUICIDAS ND 0.2 Utilizados en actividades Agricolas principalmente, 30 como control de plagas en sembradios 2 20 DESINFECTANTES SECUNDARIOS 200 Actividades Industriales, petroquimica y Domesticas 100 RADIACTIVOS 0.1 Origen natural 1 Origen natural SUSTANCIAS QUE PUEDEN PRODUCIR QUEJAS EN LOS USUARIOS 300 21 - 3260 0.3 0,09 - 0,34 Origen Natural, producto de procesos geologicos 200 11,00 - 2535 relacionados con disolucion, erosion, movilizacion y 1000 529 - 7116 acumulacion de particulas y elementos. 5 1,00 - 85,00 15 5 - 150 QUIMICOS DE IMPORTANCIA PARA LA SALUD INORGANICOS 0,01 0,7 0,3 0,003 Origen natural 0,07 2 0,05 Aldrina/dieldrina Clordano 2.4 D Lindano Metoxicloro ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L 0.03 0.2 30 2 20 Cloroformo Bromoformo ug/L ug/L 200 100 Alfa Global Beta Global Bq/L Bq/L 0.1 1 Cloruro Hierro Sodio Sólidos Disueltos Turbiedad Color mg/L mg/L mg/L mg/L UNT UCV 250 0.3 200 1000 5 15 Arsénico Bario Boro Cadmio Cianuro Cobre Cromo mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 0,01 0,7 0,3 0,003 0,07 2 0,05 Fluoruro mg/L 1,5 1,5 Manganeso Mercurio Molibdeno Níquel mg/L mg/L mg/L mg/L 0,5 0,001 0,07 0,02 0,5 0,001 0,07 0,02 Nitrato mg/L 50 45 Nitrito mg/L 3 0,03 Plomo mg/L 0,01 0,01 Efecto Sobre la Salud Enfermedades intestinales y otras enfermedades infecciosas Enfermedades intestinales y otras enfermedades infecciosas Riesgo significativo de cáncer y lesiones cutáneas En concentraciones menores no representan riesgo para la salud publica, mas sin embargo la calidad de agua potable se compromete cuando su aspecto no es estetico y modifica su sabor, olor, apariencia. Riesgo significativo de cáncer, lesiones cutáneas, Leciones cerbro vasculares, entre otras. Manchas en los dientes y, en casos graves, fluorosis ósea incapacitante Origen natural Origen natural y aplicación excesiva de fertilizantes o a la filtración de aguas residuales u otros residuos orgánicos. Amplia distribucion por su movilidad y estabilidad en sistemas aerobicos de agua subterranea Origen natural y Antropica Origen natural y Antropica. Accesorios o soldaduras de plomo Riesgo significativo de cáncer, lesiones cutáneas, Leciones cerbro vasculares, entre otras. Metahemoglobinemia Metahemoglobinemia Efectos neurológicos adversos Fuente: Modificado de OMS (1995). 47 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.3. Propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad La determinación de la seguridad o de qué riesgo se considera tolerable en circunstancias concretas, es un asunto que concierne al conjunto de la sociedad. En último término, es responsabilidad de cada país decidir si las ventajas de adoptar como norma nacional o local alguna de las metas de protección de la salud justifican su costo. En la presente investigación se realiza la evaluación físico-química y bacteriológica de las muestras analizadas para determinar su calidad, se determina que las aguas se encuentran contaminadas por varios elementos químicos. los resultados de los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos efectuados se presentan en la tabla 5 y fueron comparados con las Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable, publicadas en Gaceta Oficial de la República de Venezuela No 36.395 de fecha 1302-1998 y con las Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos, Gaceta Oficial de la República de Venezuela No 5 021 de fecha 18-12-1995 y con los catálogos de calidad de agua emitidos por la Organización Mundial de la Salud. 3.3.1. Muestra1. Pozo granja San Martín Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 5000 mg/L la cual afecta su sabor, el pH es de 5,98 por debajo del mínimo permitido por ambas normas, Cloruros 3250 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 393 mg/L aunque para la norma venezolana es aceptable para la OMS no puesto no debe exceder de 250 mg/L, minerales disueltos 48 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 5. Resultados análisis físico, químico y Biológico. Propiedad Aspecto Olor Cloro Residual (mg/L) Salinidad (mg/L) Conductividad μS/cm) pH Color Aparente Unid Pt - Co Color Real Unid Pt - Co Turbiedad Unid NTU Cloruro (Cl) (mg/L) Sulfato (SO4) (mg/L) Fluoruro (F) (mg/L) Calcio (Ca) (mg/L) Magnesio (Mg) (mg/L) Sodio - Potasio (Na + K) (mg/L) Hierro Total (Fe) (mg/L) Anhidrido Carbonico Libre (CO2) Alcalinidad Total (mg/L) Dureza Total (mg/L) Dureza Carbonatica (mg/L) Dureza No Carbonatica (mg/L) Minerales Disueltos (mg/L) Indice Langelier pH - pHs Dureza Calcica (mg/L) Aluminio Residual (mg/L) Heterotrofogos Aerobicos (ufc/mL) Indice de Coliformes totales (NMP / 100 mL) Indice de Coliformes fecales (NMP / 100 mL) Los San Benito Tuberia Monte Santo La Estancia Botellon Cascabeles Casa Azul (Aduccion) Ligeramente Claro Claro Claro Claro Turbio Claro Claro Claro turbio Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl 5000 4630 293 4100 204 1350 2990 126 129 9580 10110 850,9 8294 540,1 2518 5718 496,1 246,9 5,98 6,05 6 5,71 6,62 6,57 5,57 7,68 7,48 10 5 10 5 150 15 5 5 5 5 4 5 4 75 7 4 4 4 1,06 1,19 3,59 3,44 85,3 10,7 1,48 1,2 2,01 3260 3280 200 2950 140 870 2150 125 21,3 393 588 133,7 449 33,8 130 255 29 10,2 0,26 0,55 0,17 0,34 0,02 0,29 0,17 0,06 0,51 80,24 76,56 29,28 81,68 30,04 82,24 100,4 38,96 31,6 40,48 36,89 15,26 50,5 17,67 47,04 37,42 3,26 6,32 2187,97 2325,48 165,69 1980,3 111,69 485,18 1351,09 76,04 11,77 0,165 0,094 0,243 0,34 2,488 0,455 0,24 0,272 0,155 245,83 265,57 156,67 315,83 63,44 191,25 242,16 2,79 5,64 118 162 75,2 75,8 158,6 91,8 44,8 69,8 90,2 367,2 343,2 136 412 147,8 399,2 405 110,8 105 118 162 75,2 75,8 147,8 91,8 44,8 69,8 90,2 249,2 181,2 60,8 336,2 0 307,4 360,2 41 14,8 6106,08 6505,22 636,09 5614,63 529,19 1727,2 3948,98 357,74 191,89 -1,5 -1,52 -1,53 -2 -1,16 -1,1 -2,3 -0,5 -0,5 200,6 191,4 73,2 204,2 75,1 205,6 251 97,4 79 0,021 0,023 0,019 0,022 0,021 0,023 0,024 0,021 0,024 1 12 4 60 28 72 20 56 25 2 4 2 4 9 4 2 9 2 2 4 2 4 9 4 2 9 2 San Martin "Z" El Bosque Cañada Irragorry Vzla OMS Verdoso Aceptable Aceptable Fetido S/Cl 429 9555 8,05 30 15 9,42 3750 388 0,51 110,8 34,89 2535,82 0,437 3,51 242,4 420,6 242,4 178,2 7116,19 0,16 277 0,02 0 0 0 Aceptable 0,3-0,5 Aceptable 6,5 - 8,5 15 15 5 300 500 0,7 15 15 5 250 250 1,5 200 0,3 200 0,3 500 1000 1000 0,2 100 1,1 1,1 0,2 0 0 Fuente: Elaboración Propia, 2015. 49 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II fue determinado en 6106 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterótrofogos Aeróbicos 1 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 25) Figura 25. Parámetros fuera de norma granja pozo San Martin. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.2. Muestra 2. Pozo granja La Zeta Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. 50 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II La salinidad medida alcanzo un valor de 4630 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 3280 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 580 mg/L excede la norma venezolana de 500 mg/L y la OMS no puesto no debe exceder de 250 mg/L, minerales disueltos fue determinado en 6505 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterótrofogos Aeróbicos 12 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 26) Figura 26. Parámetros fuera de norma granja pozo La Zeta Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.3. Muestra 3. Pozo granja El Bosque Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas 51 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II medidas tales como: Cloro, salinidad, cloruro, conductividad, fluoruro, sulfato, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. El pH medida alcanzo un valor 6,00 por debajo del mínimo permitido por ambas normas de 6,50. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 4 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 27) Figura 27. Parámetros fuera de norma granja pozo El Bosque Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.4.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. 52 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II La salinidad medida alcanzo un valor de 4100 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 2950 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 449 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L, minerales disueltos fue determinado en 5614 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 60 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 28) Figura 28. Parámetros fuera de norma granja pozo Los Cascabeles Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.5. Muestra 5. Pozo Granja San Benito (Casa Azul) Las propiedades físicas: Olor, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano; no obstante, el Aspecto es turbio, el color medido 150 excediendo el máximo de 15 unidades, la turbiedad alcanzo 85 NTU siendo el máximo de 5 NTU para ambas normas. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 28 53 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ufc/mL, coliformes totales en 9 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 9 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 29) Figura 29. Parámetros fuera de norma granja pozo San Benito (Casa Azul). Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo Las propiedades físicas: El olor y color se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. No obstante su aspecto es ligeramente turbio, la turbiedad es de 10,7 NTU excediendo el máximo de 5 NTU para ambas normas Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, sulfato, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 1350 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 870 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, minerales disueltos fue determinado en 1727 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. 54 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 72 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 30) Figura 30. Parámetros fuera de norma granja pozo Monte Santo. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.7. Muestra 7. Pozo granja La Estancia Las propiedades físicas: El olor, color, turbiedad y aspecto se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, sulfato, fluoruro, calcio, magnesio, hierro, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 2990 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 2150 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 55 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 255 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L minerales disueltos fue determinado en 3984 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 20 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 31) Figura 31. Parámetros fuera de norma granja pozo La Estancia. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.8. Muestra 8. Botellón de Agua Las propiedades físicas: Olor, aspecto, sabor, turbiedad, color, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 56 ufc/mL, coliformes totales en 9 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 9 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 32) 56 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 32. Parámetros fuera de norma Botellón de Agua. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.9. Muestra 9. Tubería (Aducción) Las propiedades físicas: Olor, aspecto, sabor, turbiedad, color, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 25 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 33) Figura 33. Parámetros fuera de norma Tubería (Aducción). Fuente: Elaboración Propia, 2015. 57 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.3.10. Muestra10. Cañada lragorry Las propiedades físicas: El olor fétido, color verdoso, turbiedad alcanzo 9,42 NTU siendo el máximo de 5 NTU para ambas normas, color verdadero 30 excede el valor máximo de 14 unidades para ambas normas. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, hierro, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 429 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 3750 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 388 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L minerales disueltos fue determinado en 7116 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. (Figura 34) Figura 34. Parámetros fuera de norma Cañada lragorry. Fuente: Elaboración Propia, 2015. El exámen bacteriológico no se aplicaron por observarse mucha contaminación biológica producto de la acumulación de desechos orgánicos, domésticos. 58 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.4. Medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Con el fin de reducir al mínimo la probabilidad de que aparezcan brotes epidémicos, es preciso vigilar adecuadamente el abastecimiento de agua de consumo, tanto en condiciones normales como durante el mantenimiento y los periodos en los que se produce un deterioro transitorio de la calidad del agua. Por lo tanto, al formular metas de protección de la salud hay que tener en cuenta el funcionamiento del sistema de abastecimiento de agua de consumo durante las circunstancias transitorias (como la variación en la calidad del agua de origen, los fallos del sistema y los problemas de procesamiento). Tanto las circunstancias transitorias como las derivadas de catástrofes naturales pueden ocasionar, durante cierto tiempo, un alto grado de degradación de la calidad del agua de origen y una gran disminución de la eficiencia de muchos procesos; ambos tipos de situaciones proporcionan una justificación lógica y sólida para aplicar el principio de las barreras múltiples, aplicado desde hace largo tiempo en la seguridad del agua. La formulación, aplicación y evaluación de las metas de protección de la salud ofrecen ventajas. A. Evaluar las aguas desde el punto de vista higiénico- sanitario, mediante el control estricto y sistemático bacteriológico de los coliformes totales, fecales y otras bacterias que pudieran estar presentes en las aguas de abasto. B. Se recomienda Proponer programas de gestión de la calidad del agua de consumo comunitaria, es preciso que cuenten con el apoyo activo y la participación de las comunidades locales. Éstas deben participar en todas las etapas de dichos programas: los estudios iniciales; las decisiones sobre la ubicación de pozos comunitarios nuevos, la ubicación de los puntos control de la calidad agua o la creación de zonas de protección; el monitoreo y la vigilancia de los sistemas de abastecimiento de agua de consumo; la notificación de averías, la realización de tareas de mantenimiento y adopción 59 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de medidas correctoras; y las actividades de apoyo, incluidas las relativas a prácticas de saneamiento e higiene. C. Los consumidores pueden, por medio de sus acciones, ayudar a garantizar la inocuidad del agua que consumen, así como contribuir a mejorar o bien a contaminar el agua que consumen otros. Tienen la responsabilidad de asegurarse de que sus acciones no afecten negativamente a la calidad del agua. La instalación y mantenimiento de redes de fontanería domésticas deben realizarlas preferiblemente fontaneros cualificados y autorizados (véase el apartado 1.2.10) u otras personas que tengan los conocimientos precisos para garantizar que no se producen conexiones cruzadas ni reflujos que puedan contaminar el sistema de abastecimiento de agua local. D. Aplicar medidas adecuadas para garantizar que la potabilización y el almacenamiento adecuado para su consumo, el tratamiento del agua de consumo proveniente de los pozos de agua resultaría un tanto costosa debe recibir tratamiento permanente de desinfección (Cloración) y corrección del pH, por aplicación de cal, en el menor de los casos. La retención del hierro puede realizarse con aireación y coagulación a pH básico, seguido de procesos de floculación, sedimentación y filtración. E. Se recomienda el diseño de redes de tuberías para la distribución a presión de agua de consumo a viviendas individuales, edificios y grifos comunitarios es un componente importante que contribuye al progreso y la salud de muchas comunidades. Esta publicación examina la introducción de contaminantes microbianos y la proliferación de microorganismos en redes de distribución, así como las prácticas que contribuyen a garantizar la inocuidad del agua de consumo en los sistemas de distribución por tuberías. . 60 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CONCLUSIONES Las fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. Están representadas por: Camiones cisternas, Agua mineral embotelladas con capacidades 19 litros principalmente, Tubería de aducción y Pozos de agua artesanales. Las principales fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector llegan al medio ambiente a través de las actividades antrópicas y también ciertos procesos naturales. Los tipos de contaminantes se dividen en: Contaminantes inorgánicos: Tales como: hierro, Cloruros, solidos disueltos, otros metales; Contaminantes orgánicos: Que incluye pesticidas, herbicidas, solventes Contaminantes microbiológicos: Tales como bacterias, virus y protozoarios. Los resultados de los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos demuestran que: El agua de la tubería requiere tratamiento convencional completa para su potabilización. Mientras que las aguas tomadas de los pozos ubicados en las granjas. San Martín, "2", Los Cascabeles, Monte Santo y La Estancia San Benito, son salobres y para ser potabilizados requieren un tratamiento de desalinización. La Cañada Iragorry está altamente contaminada (aguas servidas) por lo cual no es no es una opción segura como fuente de abastecimiento y su tratamiento resultaría muy costoso para su potabilización Se proponen cinco (5) medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. 61 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II RECOMENDACIONES  Evaluar los contenidos de elementos metálicos y agroquímicos para pronosticar su grado de nocividad y su posible influencia sobre la salud de los pobladores.  Realizar Sondeo eléctricos verticales que permitan verificar la presencia de otros acuíferos más profundos de mejor calidad. 62 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arroyave, Builes, Rodríguez (2012) La gestión socio-ambiental y el recurso hídrico.p5. Aportes para un diagnóstico de la problemática ambiental de Venezuela. El agua en la República Bolivariana de Venezuela: Una visión social (2008). Disponible en: www.embavenez-us.org Bateman (2007) Hidrología Básica y Aplicada. Grupo de Investigación en Transporte de Sedimentos. Centro Nacional de Medicina Natural y Tradicional (CENAMENT) Ministerio de Salud Pública, La Habana Cuba (2005) Hidrogeoquímica, p. 191, Decarli, F. (2009). Aguas Subterráneas en Venezuela. Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología. Gerencia de Redes Hidrometeorológicas. Coordinación de Hidrología Subterránea. División de Recursos naturales e Infraestructura, Chile (2011) Crisis de gobernabilidad en la gestión del agua p.55. Duran L. (2011). Las políticas hídricas en Venezuela en la gestión del agua subterránea. Foro Consultivo Científico Y Tecnológico, AC (2011) Diagnostico del agua en las Américas p.21. Gaceta Oficial N° 5.568 (2011) Ley orgánica para la prestación de los servicios de agua potable y de saneamiento,p7. Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas (2011). Disponibles en biblioteca.universia.net/.../Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas. Instituto Nacional de Meteorología e hidrología (2009) Aguas subterráneas en Venezuela,p.3. I Congreso Venezolano de Geociencias, (Diciembre,2010) Estudio hidrogeofísico para caracterizar el acuífero del Jardín Botánico de Caracas p.4. 63 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Ley de Aguas Gaceta Oficial No 38.595 del 2 de enero de 2007. p22. López y Tamariz. (2011) Participación comunitarias para el desarrollo; unión Europea, Venezuela p.26. Organización Mundial de la Salud, (2006) Guías para la calidad del agua potable p.196. Disponibles en: www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3rev/es Normas oficiales para la calidad del agua Venezuela (1995) p. 15. Disponibles en: www.bvsde.ops-oms.org/bvsacg/e/cd-cagua/ref/text/43.pdf Manejo del recurso hídrico y vulnerabilidad a la contaminación del acuífero Guaraní en la cuenca del arroyo Capibary, Paraguay (2005) p.8 Red Ara, (2011) Aportes para un diagnóstico de la problemática ambiental de Venezuela. P39. Superintendencia de servicios sanitarios división de fiscalización (2007) Manual de métodos de ensayo para agua potable, p35 Tejedor, Aguilera y Montero (2011) Estudio de calidad de las aguas asociadas con la cuenca alta del río Morichal Largo. Estados Anzoátegui y Monagas p3. Truque P. (2006) Armonización de los estándares de agua potable en las Américas, p 9. Disponible en: https://www.oas.org/DSD/.../Armoniz.EstandaresAguaPotable. Villalobos (2010) Estudio del ion sulfato como indicador de sustentabilidad en la cuenca del río Guasare, Estado Zulia. p2. Estándares europeos de la calidad del agua potable. Disponible en: http://www.lenntech.es/aplicaciones/potable/normas/estandares-europeos-calidadagua-potable.htm#ixzz3YOB294o1. 2015 Directrices de la OMS para la calidad del agua potable, establecidas en Génova, 1993, disponible en: http://www.lenntech.es/estandares-calidad-agua- oms.htm#ixzz3YOBxAZsT 10.14 pm 20 /4/ 2015. 64 � 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 Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo Creator An entity primarily responsible for making the resource Irguin Alberto Bracho Fernández 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/b0e212d1ceff1ba2df2afb2d533e38f0.pdf 7dc960363891c16f2ed9e9285f9d1777 PDF Text Text Tesis Doctoral: CIENCIAS GEOLÓGICAS Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura pordesarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda YURI ALMAGUER CARMENATES Moa 2005 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 GEOLOGÍA TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS GEOLÓGICAS AUTOR: MSC. YURI ALMAGUER CARMENATES TUTOR: DR. RAFAEL GUARDADO LACABA MOA, 2005 �SÍNTESIS El presente trabajo titulado “Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda” tiene como objetivo general evaluar los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda que permita establecer criterios de estabilidad de taludes y laderas y sirva de base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar los daños derivados de estos fenómenos. La metodología empleada parte de la confección del mapa inventario de deslizamientos. La influencia de los factores condicionantes como lito-estructura, tectónica, condiciones hidrogeológicas y geotécnicas, pendiente del terreno y el uso de suelo sobre las inestabilidades, se determina mediante el método estadístico de análisis condicional. Como resultados se presenta una caracterización de los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el área. Se realiza una valoración de los factores que influyen en las inestabilidades, haciendo énfasis en las características geotécnicas de la corteza laterítica y se obtiene el mapa de susceptibilidad del terreno para el yacimiento Punta Gorda. �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral TABLA DE CONTENIDO Materia Página 1 INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL DE LA INVESTIGACIÓN Base teórica de la investigación. 9 Métodos de estimación de la susceptibilidad del terreno. 15 Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) en la cartografía de susceptibilidad. 19 La cartografía de susceptibilidad en Cuba. 21 Algunos trabajos recientes de cartografía de susceptibilidad a nivel mundial. 26 Tendencias actuales de la cartografía de susceptibilidad. 28 CAPITULO II. CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Generalidades. 31 Condiciones geológicas. 32 Condiciones hidrogeológicas. 37 Fenómenos y procesos geodinámicos. 38 Conclusiones. 40 CAPÍTULO III. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA Introducción. 42 Criterios de inestabilidad. 42 Factores condicionantes utilizados en el análisis de susceptibilidad. 44 Metodología de valoración de la susceptibilidad a la rotura mediante el análisis 51 estadístico. Conclusiones. CAPÍTULO 55 IV. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA EN EL YACIMIENTO PUNTA GORDA Introducción. 56 Descripción y cartografía de deslizamientos. 56 Clasificación de los deslizamientos. 62 Descripción de los factores que intervienen en el surgimiento de inestabilidades. 66 Valoración y reclasificación de los planos de factores condicionantes. 87 Descripción del plano de susceptibilidad. 90 Conclusiones. 91 CONCLUSIONES 93 RECOMENDACIONES 95 �Y. Almaguer Carmenates REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS Tesis Doctoral 96 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral RELACIÓN DE FIGURAS CAPÍTULO I 1.1 Presión de poros sobre una superficie de rotura potencial. 11 1.2 Diagrama de esfuerzo-deformación. Resistencia máxima y residual. 12 1.3 Dirección esfuerzos principales en la rotura de un talud. 13 1.4 Envolvente de rotura y círculo de Mohr. 13 CAPÍTULO II 2.1 Ubicación geográfica del área de estudio. 31 2.2 Plano litológico del substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda. 41 2.3 Diagrama de roseta del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda. 35 2.4 Diagrama de roseta de fallas en el yacimiento Punta Gorda. 36 2.5 Diagrama de roseta de diques de gabro en el yacimiento Punta Gorda. 37 2.6 Procesos erosivos en taludes del yacimiento Punta Gorda. 39 CAPÍTULO III 3.1 Procedimientos para la caracterización y combinación de factores 53 condicionantes mediante técnicas SIG a través de análisis probabilístico condicional. 3.2 Procesos de rasterización y reclasificación para la obtención de planos de 54 susceptibilidad de factores condicionantes. 3.3 Metodología empleada en la evaluación de la susceptibilidad del terreno a la 54 rotura. CAPÍTULO IV 4.1 Plano inventario de deslizamientos. 59 4.2 Deslizamiento traslacional desarrollado en corteza laterítica. 64 4.3 Deslizamiento rotacional desarrollado en corteza laterítica. 64 4.4 Deslizamiento en cuña desarrollado en corteza laterítica residual. 65 4.5 Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de 68 movimientos en el caso de estudio 1. 4.6 Representación gráfica del movimiento planar. Posición relativa de las 68 familias de grietas y la ladera. 4.7 Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de 69 movimientos en el caso de estudio 2. 4.8 Representación gráfica de la rotura por cuña. Posición relativa de las familias 69 de grietas y la ladera. 4.9 Características ingeniero-geológicas del perfil de meteorización en el 77 yacimiento Punta Gorda. 4.10 Relación de la humedad, límite líquido y la plasticidad en los horizontes 79 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral ingeniero-geológicos. 4.11 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM. 81 4.12 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos 81 SM. 4.13 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos MH. 82 4.14 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos 82 MH. 4.15 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM (SL). 83 4.16 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos 83 SM (SL). 4.17 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura en el 84 yacimiento Punta Gorda. 4.18 Relación entre el FS y la pendiente del terreno en el yacimiento Punta Gorda. 84 4.19 Plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de 92 deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda. RELACIÓN DE TABLAS CAPÍTULO II 2.1 Caracterización de las familias de grietas del macizo rocoso del yacimiento 35 Punta Gorda. 2.2 Caracterización de las fallas del macizo rocoso del yacimiento Punta Gorda. 36 CAPÍTULO III 3.1 Relación de factores utilizados en el análisis de susceptibilidad. 44 3.2 Caracterización de los grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda. 46 CAPÍTULO IV 4.1 Caracterización de los grupos lito-estructurales en relación al desarrollo de 67 deslizamientos. 4.2 Caracterización de las clases de distancia a fallas en relación al desarrollo de 70 deslizamientos. 4.3 Caracterización del plano de hidroisohipsas en relación al desarrollo de 71 deslizamientos. 4.4 Caracterización del plano de subpresiones de la corteza laterítica en relación 72 al desarrollo de deslizamientos. 4.5 Caracterización del plano de pendiente umbral en relación al desarrollo de 73 deslizamientos. 4.6 Horizontes ingeniero-geológicos presentes en el yacimiento Punta Gorda. 76 �Y. Almaguer Carmenates 4.7 Tesis Doctoral Resultados del análisis de colapsabilidad de los horizontes ingeniero- 78 geológicos. 4.8 Análisis de correlación entre las variables utilizadas en el cálculo del FS. 80 4.9 Factor de seguridad determinado para suelos SM. 80 4.10 Factor de seguridad determinado para suelos MH. 81 4.11 Factor de seguridad determinado para suelos SM (SL). 82 4.12 Análisis de correlación entre variables de cálculo del FS con el método de 84 rotura planar para talud infinito. 4.13 Caracterización del plano de tipo de suelo en relación al desarrollo de 85 deslizamientos. 4.14 Caracterización del plano de uso de suelo en relación al desarrollo de 86 deslizamientos. 4.15 Valoración de los factores condicionantes de las inestabilidades en el 87 yacimiento Punta Gorda. 4.16 Resultados del proceso de reclasificación de los planos de susceptibilidad 90 temáticos. 4.17 Caracterización del plano de susceptibilidad a la rotura. 91 �INTRODUCCION �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral INTRODUCCIÓN En los últimos años se han producido cambios profundos en las interrelaciones Hombre– Medio Geológico. El hombre ha provocado una aceleración de los agentes naturales y al mismo tiempo, en el proceso de desarrollo económico, ha generado un cierto grado de vulnerabilidad, aumentando los riesgos de las actividades socioeconómicas de ellas derivadas. Bajo estas condiciones geoambientales, los deslizamientos constituyen un peligro geológico. Por lo general estos tienen lugar en zonas de difícil acceso y poco pobladas lo que provoca impactos a pequeña escala y de poca consideración, a excepción de algunos eventos catastróficos como el de Aberfan en el Reino Unido (Bishop et al., 1969), el del Nevado Huascarán en Perú (Plafker y Ericksen, 1979), el del Mount Sant Helens en Estados Unidos (Voigth et al., 1983) y el de Vaiont en Italia (Shuster, 1996) entre otros. En algunos terremotos recientes los deslizamientos han sido una de las principales causas de daños y pérdidas de vidas humanas (Kobayashi, 1981; Keefer, 1984; Plafker y Galloway, 1989; Schuster, 1996) y otros. La mejor estrategia para reducir los impactos de los deslizamientos es la prevención, la evaluación de la susceptibilidad y riesgos y la adopción de medidas para mitigar los efectos (Corominas, 1992). Actualmente los avances en las técnicas computacionales y la generación de nuevos software, permiten realizar análisis de riesgos, determinar la susceptibilidad y la vulnerabilidad del terreno a los movimientos de masas de manera mas precisa y confiable. En la actualidad los Sistemas de Información Geográfica (SIG), realizan el análisis de la susceptibilidad a la rotura por deslizamiento, así como la elaboración de mapas de peligrosidad de manera sistemática, rápida y eficiente, tratando con grandes bases de datos y realizando cálculos para la estimación de la susceptibilidad que no eran viables en grandes áreas. La presente investigación se realiza en el entorno que forma parte de la política ambiental de las Empresas de la Unión del Níquel y del Instituto Superior Minero Metalúrgico, de aplicar el conocimiento teórico en la resolución de problemas prácticos en el medio en el cual se desarrollan. Problema. La problemática que se trata consiste en la ocurrencia de deslizamientos de suelos lateríticos en taludes y laderas de los yacimientos de corteza ferroniquelífera, lo cuál genera riesgos debido a la vulnerabilidad de la actividad minera y a la predisposición del terreno frente a estos fenómenos. 1 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Objeto de estudio. Se seleccionó como objeto de estudio de la presente investigación el yacimiento Punta Gorda, debido a las condiciones ingeniero-geológicas del terreno y la diversidad de factores condicionantes que lo convierten en un laboratorio natural para el análisis de los fenómenos de deslizamientos de suelos lateríticos. Objetivo general. Evaluar los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda estableciendo criterios de estabilidad de taludes y laderas como base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar los daños derivados de estos fenómenos. Objetivos específicos. x Caracterizar los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el yacimiento Punta Gorda. x Caracterizar las condiciones ingeniero-geológicas del yacimiento y aplicarlo en el análisis de susceptibilidad. x Determinar un método de valoración y obtención del plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos. Hipótesis. Si se conocen la tipologías y mecanismos que gobiernan los deslizamientos, así como la influencia que sobre estos tienen factores condicionantes como tipo de litología, estructura del macizo rocoso, geomorfología, condiciones hidrogeológicas y geotécnicas de la corteza laterítica y el uso de suelo, es posible obtener el plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por el desarrollo de deslizamientos en el yacimientos Punta Gorda. Novedad científica. La novedad de este trabajo esta dada en la obtención de un plano de susceptibilidad del terreno frente al desarrollo de deslizamientos en un yacimiento de corteza laterítica ferroniquelífera con la aplicación de un Sistema de Información Geográfico. Aportes científicos. x Caracterización de los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el yacimiento Punta Gorda. 2 �Y. Almaguer Carmenates x Tesis Doctoral Determinación de la influencia de los grupos lito-estructurales, condiciones estructurales, hidrogeológicas y geotécnicas del macizo rocoso, geomorfología del terreno y el uso actual del suelo sobre el desarrollo de deslizamientos. x Caracterización del perfil de meteorización desde el punto de vista geotécnico. x Método de valoración y obtención del plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos. Fundamento metodológico. En la evaluación del grado de susceptibilidad a la rotura de terrenos frente a deslizamientos se aplican varias aproximaciones. Estas se basan en la determinación de los factores que influyen en la inestabilidad del medio, caracterizados por mapas de factores condicionantes, que se combinan para definir los distintos grados de susceptibilidad, obteniendo como resultado los mapas de susceptibilidad. La metodología aplicada en la investigación esta basada en un Sistema de Información Geográfico, en el que se integra la información de todos los factores condicionantes que influyen en las inestabilidades de las laderas y taludes del yacimiento de corteza laterítica ferroniquelífera Punta Gorda. Los primeros trabajos realizados para cumplir con el objetivo de la investigación, se relacionan con la descripción de cada movimiento de masa cartografiado en el yacimiento, determinando en cada caso el mecanismo y la tipología desarrollada, las dimensiones, el material involucrado y las condiciones hidrogeológicas. Como resultado, se obtiene el plano inventario de deslizamientos, a través de las técnicas de fotointerpretación y cartografiado de campo, mostrando la distribución areal, los escarpes y dirección de los movimientos. Los factores condicionantes de las inestabilidades utilizados en la investigación son el factor lito-estructural, tectónico, condiciones hidrogeológicas y geotécnicas, pendiente del terreno y el uso de suelo. El factor lito-estructural se analiza tomando como base la clasificación propuesta por Nicholson y Hencher (1997). El yacimiento se divide en base a los tipos litológicos, sus características estructurales y al comportamiento o susceptibilidad frente al desarrollo de deslizamientos. De esta forma tenemos materiales con apariencia de suelo en los cuales se manifiesta la estructura de la roca que le dio origen, materiales con apariencia de suelo con estructura sedimentaria, materiales granulares y rocas debilitada tectónicamente. En la 3 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral valoración del plano de grupos lito-estructurales se incluye la influencia de los cuerpos de gabros presentes en el yacimiento. En el factor tectónico, se utiliza información de estructuras como grietas, fallas y diques de gabro. En la investigación se realiza un estudio de la influencia del agrietamiento del macizo rocoso sobre los tipos de mecanismos y tipologías de movimientos. El plano incluido en el análisis de susceptibilidad es el de distancia (buffer)a las fallas presentes el área de estudio. El factor hidrogeológico se trabaja mediante el análisis del gradiente hidráulico y gradiente crítico, permitiendo la determinación de las áreas más susceptibles al desarrollo del proceso de sifonamiento o tubificación. Esta información se obtuvo a través del plano de hidroisohipsas y las propiedades físicas de los horizontes lateríticos. Se analiza además la influencia de las subpresiones de la corteza laterítica sobre el desarrollo de movimientos. Desde el punto de vista geotécnico, se realiza un análisis de las propiedades físico-mecánicas en la corteza laterítica, se estudian los horizontes ingeniero-geológicos y se determina su relación con los mecanismos y tipologías de movimientos de masas. Se muestra el análisis del factor de seguridad, a partir del método de cálculo para rotura planar para talud infinito y los métodos de equilibrio límite. El plano, utilizado en la evaluación de la susceptibilidad, es el de tipo de suelo clasificado por el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Como característica geomorfológica, se seleccionó la pendiente umbral de deslizamiento, sobre la base del modelo digital del relieve actual del yacimiento. La pendiente umbral se determinó a partir de los reconocimientos de campo realizados en el yacimiento, midiendo la inclinación de la ladera o talud a partir del cuál se desarrolló cada movimiento. Para integrar en el análisis de susceptibilidad, la influencia antrópica sobre el desarrollo de los movimientos de masas, se utiliza el plano de uso de suelo actual. Éste esta clasificado en varias clases relacionadas con las áreas minadas, zonas reforestadas, áreas ocupadas por caminos mineros primarios, depósitos de mineral y las zonas ocupadas por la vegetación natural. La integración de toda la información en formato digital, tanto de forma areal (planos) como los atributos (datos), se realiza sobre un SIG. La valoración y clasificación de cada plano temático (factores condicionantes), se obtiene mediante el análisis probabilístico condicional. Éste método trata de evaluar la relación probabilística entre los diversos factores relevantes para las condiciones de inestabilidad y las ocurrencias de deslizamientos. Se basa en la 4 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral superposición los planos de factores con el plano inventario de deslizamientos, para obtener una probabilidad condicionada de cada factor a la presencia o ausencia de deslizamientos. Como paso final, se reclasifican los planos temáticos de susceptibilidad, convirtiéndose en formato raster con tamaño de celda 5x5 m, para la obtención del plano resultante de susceptibilidad del yacimiento Punta Gorda. La aplicación de estos nuevos métodos de cartografía de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo deslizamientos, que ofrecen peligro para la actividad minera y su infraestructura, se traducen en impactos, que se manifiestan tanto a nivel social, ambiental como económico en la Unidad Minera Ernesto Che Guevara. A nivel social, el impacto que tiene la investigación, se traduce en la existencia de un conjunto de procedimientos metodológicos para el análisis de susceptibilidad del terreno del yacimiento a la rotura en manos de los directivos de la Unidad Básica Minera y del departamento de medio ambiente de dicha entidad, responsables del monitoreo, prevención y corrección de los desastres ocasionados por los deslizamientos. Además de lo anterior y por la propia necesidad de utilizar avanzadas tecnologías en la implementación de estos métodos de cartografía, se plantea como necesidad urgente la elevación del nivel científico-técnico de los recursos humanos, en relación al uso del sistema de información geográfico obtenido en la investigación. Desde el punto de vista cognoscitivo, relacionado con el desarrollo de la cartografía de susceptibilidad, la investigación forma parte del continuo ascenso del conocimiento, en el que se han incorporado avances científicotécnicos desarrollados a nivel mundial en esta temática. En el plano ambiental, el presente análisis de susceptibilidad en el área del yacimiento, como método de prevención de desastres, se convierte en una útil herramienta para el ordenamiento medioambiental del área en cuestión. Además, encuentra un amplio campo de acción en la identificación y caracterización de los fenómenos de deslizamientos y evaluación del comportamiento de los terrenos en función del tipo de uso de suelo y de las condiciones naturales inherentes de las cortezas lateríticas, convirtiéndose en una herramienta, además, para controlar, monitorear y evaluar los riesgos asociados al desarrollo de movimientos de masas en los demás yacimientos por explotar por las empresas del níquel. En el orden económico, el mayor impacto que representa la investigación, es que sirve para prevenir pérdidas económicas considerables en las áreas clasificadas con niveles 5 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral relativamente altos de susceptibilidad en función del uso de suelo que se manifieste en el área del yacimiento. Con anterioridad a este trabajo, el autor ha desarrollado investigaciones relacionadas con la temática como son: x Proyecto de investigaciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas del yacimiento Punta Gorda. Departamento de geología, (1997). x Estudio de las condiciones hidro-geomecánicas de los suelos lateríticos y rocas serpentinizadas en el yacimiento Punta Gorda. Trabajo de diploma, (1998). x Análisis estructural del macizo rocoso serpentinizado del territorio de Moa y su influencia en los mecanismos y tipologías de movimientos de masas, (1999-2000). x Análisis de estabilidad de taludes a partir de la evaluación geomecánica del macizo rocoso serpentinizado del territorio de Moa. Tesis de maestría, (2001). x Cartografía geológica del basamento del yacimiento Punta Gorda a escala 1:2 000. Subprograma del Proyecto de Modelación Geotecnológica de la Empresa Ernesto Che Guevara, Moa (2002). Publicaciones realizadas por el autor: Guardado R. y Almaguer Y. “Evaluación de riesgos por deslizamiento en el yacimiento Punta Gorda, Moa, Holguín”. Revista Minería y Geología. XVIII (1): 1-12 p. 2001. Guardado R., Almaguer, Y., Hernández, Y., Tamayo, J. R. y Pea Guy. “Estabilidad de taludes en suelos lateríticos del yacimiento Punta Gorda aplicando criterios de rotura”. GEOBRASIL (ISSN 1519-5708). 12-24 p. 2001. Almaguer Y., y Guardado R., “Estabilidad de taludes en el macizo rocoso serpentinizado del territorio de Moa”. Curso Iberoamericano de Aplicaciones Geomecánicas y Geoambientales al Desarrollo Sostenible de la Minería. Huelva, España. Ediciones Panorama Minero. 69-84 p. 2002. Guardado R., Almaguer Y. “Rocas y suelos como indicadores ingeniero geológicos y ambientales de estabilidad y sostenibilidad de taludes y laderas”. CD Congreso de Geología Minería. ISBN 959-7117-11-8. 2003. Almaguer Y., Guardado R. “Análisis de estabilidad de taludes a partir de la evaluación geomecánica del macizo rocoso serpentinizado de la región de Moa”. CD Congreso Geología y Minería. ISBN 959-7117-11-8. 2003. Almaguer Y. “Calculo de estabilidad de taludes en cortezas lateríticas”. Memorias del I Taller Internacional Ingeotaludes. Moa. 2003. 6 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Guardado R. y Almaguer Y., “Mecanismos y tipologías de los movimientos de laderas y taludes en Iberoamérica”. Memorias del XVI Congreso Latinoamericano de Geología. Quito, Ecuador. ISBN 9978-44-206-5. 2005. Almaguer Y. “Metodología de cartografía de susceptibilidad a la rotura en cortezas lateríticas en el territorio de Moa, Cuba”. Memorias del Taller Internacional de Riesgos Geodinámicos y Cierre de Minas (CYTED). Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. Del 6-10, junio 2005. Almaguer Y. Valoración de la susceptibilidad del terreno en yacimientos lateríticos de Moa, Cuba. Memorias del Taller Internacional de Peligrosidad y Riesgos por Movimientos de Masas (Red A4D, CYTED). Guayaquil, Ecuador. Del 15-20, agosto, 2005. Almaguer Y. “Métodos de cartografía de susceptibilidad y peligrosidad por el desarrollo de deslizamientos”. Memorias del II Taller internacional Ingeotaludes. Moa. 2005. Almaguer Y., Guardado R. “Mecanismos de movimientos de masas desarrollados en el territorio de Moa, Cuba”. Primera Convención de Ciencias de la Tierra. Habana. ISBN 959-7117-03-7. 2005. Almaguer Y., Guardado R. “Caracterización geotécnica del perfil de meteorización de rocas ultrabásicas serpentinizadas en el territorio de Moa”, Cuba. Revista Geología y Minería. 2005. Almaguer Y., Guardado R. “Tipologías de movimientos de masas desarrollados en el territorio de Moa, Cuba”. Revista Geología y Minería. 2005. Trabajos de diploma tutoreados: 1. Análisis de estabilidad de taludes en el yacimiento Punta Gorda. Propuesta metodológica para la confección de un GIS. 2002. 2. Evaluación y plan de mitigación de la peligrosidad por movimientos de masas en el yacimiento Punta Gorda, 2003. 3. Cartografía de riesgos por deslizamiento en el yacimiento Punta Gorda. 2004. Principales premios alcanzados en la actividad investigativa: x Premio Relevante en el Forum Provincial de Ciencia y Técnica, 1998. x Mención en el Forum Nacional de Estudiantes de Ciencias Técnicas. Cienfuegos, 1998. x Segundo premio en el Forum Nacional de Ciencias Naturales, Sociales y Exactas. Habana, 1999. x Primer Premio en Forum Nacional de Estudiantes de Ciencias Técnicas. Camaguey, 2000. x Premio Nacional en el Concurso Nacional de las BTJ. 2000. 7 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral x Mención Provincial en la Exposición Forjadores del Futuro. Holguín, 2000. x Premio Provincial en la X Exposición Forjadores del Futuro de las BTJ, 2002. x Premio Relevante y Destacado en Forum Municipal de Ciencia y Técnica, Moa, 2002. x Premio Destacado en el Forum Ramal del MES. Habana, 2002. x Relevante en el Forum de Base del ISMM, 2003. 8 �CAPITULO I �Y. Almaguer Carmenates CAPITULO I. Tesis Doctoral MARCO TEORICO CONCEPTUAL DE LA INVESTIGACIÓN. Base teórica de la investigación. Sharpe en 1938 definió los deslizamientos como la caída perceptible o movimiento descendente de una masa relativamente seca de tierra, roca o ambas. Según Lomtadze (1977), es una masa de roca que se ha deslizado o desliza cuesta abajo por la vertiente o talud al efecto de la fuerza de gravedad, presión hidrodinámica, fuerzas sísmicas, etc. Crozier (1986), define un deslizamiento como el movimiento gravitacional hacia el exterior de la ladera y descendente de tierras o rocas sin la ayuda del agua como agente de transporte. A pesar que el término deslizamiento, se utiliza para movimientos de ladera que se producen a lo largo de una superficie de rotura bien definida, en la presente investigación se utiliza de forma genérica para cualquier tipo de rotura. En el proceso de deslizamiento, las masas de rocas y suelos siempre se mueven por una o varias superficies de resbalamiento (rotura), que constituye un elemento característico de la estructura de cada deslizamiento. La superficie de resbalamiento, es la superficie por la cual sucede el desprendimiento de la masa deslizable y su deslizamiento o arrastre. También se le llama superficie de rotura (SR) (Lomtadze, 1977). La forma de la SR en las rocas homogéneas, con mayor frecuencia es cóncava, próxima por su forma, a la superficie cilíndrica redonda. En las rocas heterogéneas, la forma de la SR, se determina por la situación y orientación de las superficies y zonas de debilitamiento en el macizo rocoso que integran la ladera o talud. Estas superficies pueden ser: x Superficies de rocas firmes o de frontera inferior de rocas fuertemente erosionadas. x Capas o intercalaciones de rocas débiles (arcillas, argilitas, areniscas arcillosas, margas, etc.) x Grietas o sistemas de fisuras. x Superficies de fallas. La forma de la SR en las rocas heterogéneas también pueden ser cóncavas, pero con mayor frecuencia planas, plano-escalonadas, onduladas o más irregular, como resultado de la combinación y orientación desfavorable de las familias de grietas y otras fronteras (esquistosidad, estratificación, etc.) con respecto a la dirección de las laderas y taludes. Existen varias clasificaciones de deslizamientos basadas en el mecanismo de rotura y la naturaleza de los materiales involucrados (Varnes, 1984; Hutchinson, 1988; WP/WLI, 1993; 9 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Cruden y Varnes, 1996). La clasificación utilizada es la propuesta por Corominas y García (1997): x Desprendimiento: es aquel movimiento de una porción de suelo o roca, en forma de bloques aislados o masivamente que, en una gran parte de su trayectoria desciende por el aire en caída libre, volviendo a entrar en contacto con el terreno, donde se producen saltos, rebotes y rodaduras. x Vuelcos: son movimientos de rotación hacia el exterior, de una unidad o de un conjunto de bloques, alrededor de un eje pivotante situado por debajo del centro de gravedad de la masa movida. x Deslizamientos: son movimientos descendentes relativamente rápidos de una masa de suelo o roca que tiene lugar a lo largo de una o varias superficies definidas que son visibles o que pueden ser inferidas razonablemente o bien corresponder a una franja relativamente estrecha. Se considera que la masa movilizada se desplaza como un bloque único, y según la trayectoria descrita los deslizamientos pueden ser rotacionales o traslacionales. x Expansiones laterales: el movimiento dominante es la extrusión plástica lateral, acomodada por fracturas de cizalla o de tracción que en ocasiones pueden ser de difícil localización. x Flujos: son movimientos de una masa desorganizada o mezclada, donde no todas las partículas se desplazan a la misma velocidad ni sus trayectorias tienen que ser paralelas. Debido a ello la masa movida no conserva su forma en su movimiento descendente, adoptando a menudo morfologías lobuladas. Esfuerzo y resistencia al cortante en el proceso de rotura en un deslizamiento. La modelación o representación matemática del fenómeno de rotura al cortante en un deslizamiento, se realiza utilizando teorías de la resistencia de materiales (Sowers G. B. et al, 1976; Suárez, 1998). Las rocas y los suelos al fallar al corte, se comportan de acuerdo a las teorías tradicionales de fricción y cohesión, según la cohesión generalizada de Coulomb: W c´ � �V � P � tan M (para suelos saturados) W c´ � �V � P � tan M´� P � P a tan M´´ (para suelos parcialmente saturados). � � Donde: IJ: esfuerzo de resistencia la corte. c: cohesión. ı: esfuerzo normal total µ: presión del agua intersticial o de poros. µa: presión del aire intersticial. ij´: ángulo de fricción interna del material. 10 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral ij´´: ángulo de fricción del material no saturado. El análisis de la ecuación de Coulomb, requiere predefinir los parámetros ángulo de fricción y cohesión, que son propiedades intrínsecas del suelo. La presencia del agua, en las laderas y taludes, reduce el valor de la resistencia del suelo, dependiendo de las presiones internas o de poros de acuerdo a la ecuación, en la cual el factor µ, está resaltando el valor de la presión normal. La presión resultante, se le conoce con el nombre de presión efectiva: ı´ (presión efectiva) = ı - µ El ángulo de fricción, es la representación matemática del coeficiente de rozamiento (tan ij). Depende de varios factores como: tamaño de los granos, forma de los granos, distribución de los tamaños de los granos y densidad (Sowers et al, 1976). La cohesión, es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo. La cohesión, en mecánica de suelos, es utilizada para representar la resistencia al cortante producida por la cementación. En suelos eminentemente granulares, en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesión se supone igual a cero (0), y se les denomina suelos no cohesivos. Presión de poros. La presión de poros es la presión interna del agua de saturación [figura 1.1]. Depende de la localización de los niveles freáticos, presiones internas de los acuíferos y las características geológicas del sitio. Varía de acuerdo a las variaciones del régimen de aguas subterráneas. Los incrementos de presión pueden ocurrir rápidamente en el momento de una lluvia, dependiendo de la intensidad, la rata de infiltración del área tributaria, etc. Un incremento en la presión de poros positiva o una disminución de la presión negativa, equivale a una reducción de la resistencia al cortante y de estabilidad del terreno (Sowers et al, 1976). Grieta de tracción U J W u 'h V hW Superficie de rotura U Talud Presión de poros Figura 1.1. Presión de poros sobre una superficie de rotura potencial. 11 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Esfuerzo efectivo. Una masa de suelo saturada, consiste en dos fases distintas: el esqueleto de partículas y los poros llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre el suelo, es soportado por el esqueleto y la presión en el agua. Típicamente, el esqueleto puede trasmitir esfuerzos normales y de corte por los puntos de contacto entre partículas, y el agua a su vez, ejercer una presión hidrostática, que es igual en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente se conocen como esfuerzos efectivos, y los esfuerzos hidrostáticos del agua se les denominan presión de poros. Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del suelo y no los esfuerzos totales. En problemas prácticos, el análisis con esfuerzos totales podría utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo. Resistencia máxima o resistencia pico, es la resistencia al corte máxima, que posee el material que no ha sido fallado previamente. Corresponde al punto más alto en la curva de esfuerzodeformación. La resistencia residual es la resistencia que posee el material después de haber ocurrido la rotura [figura 1.2]. W C p � V tan M p R esistencia pico Resisten cia pico R esistencia residua l Esfuerzo Esfue rzo M p ( ángulo d e fricción pico) Resisten cia residual W V ta n MR M R (ángulo de fricción residual) D eforma ció n Pr esión nor mal Figura 1.2. Diagrama de esfuerzo-deformación. Resistencia máxima y residual. En suelos residuales, generalmente predominan las mezclas de partículas granulares y arcillosas, y el ángulo de fricción depende de la proporción grava-arena-limo-arcilla, y de las características de las cada tipo de partícula presente. Envolvente de rotura. En un análisis bidimensional, los esfuerzos en un punto, pueden ser representados por un elemento infinitamente pequeño sometido a los esfuerzos ıx, ıy y IJxy [figura 1.3]. Si estos esfuerzos se dibujan en un sistema de coordenadas, es posible obtener el círculo de esfuerzos de Mohr. 12 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral 1 C 3 3 A B Superficie de rotura 1 Figura 1.3. Dirección de esfuerzos principales en la rotura de un talud. (ángulo de fricción) W ´ c� nM ´ V ´ ta Circulo de Mohr C´ 3 1 Figura 1.4. Envolvente de rotura y círculo de Mohr. El círculo de Mohr, se utiliza para representar o describir la resistencia al cortante de los suelos, utilizando la envolvente de rotura Mohr-Coulomb, que significa que se ha alcanzado una combinación crítica de esfuerzos. En la práctica de la geotecnia, la envolvente se define como una recta aproximada dentro de una rango seleccionado de esfuerzos [figura 1.4], definida por la ecuación: W c´ � V ´tanM´ . Factores condicionantes y desencadenantes de la inestabilidad del terreno. La estabilidad de las laderas está condicionada por la acción simultánea de una serie de factores. Desde un punto de vista físico, los deslizamientos se producen como consecuencia de los desequilibrios existentes entre las fuerzas que actúan sobre un volumen de terreno. Los factores que influyen en la estabilidad de las laderas se pueden separar en dos grandes grupos (Ferrer, 1987): factores internos y externos. 13 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Los factores internos, condicionan las diferentes tipologías de deslizamiento, los mecanismos y modelos de rotura. Dentro de ellos se encuentran características intrínsecas, relativas a las propiedades del material y a su resistencia y las características extrínsecas relacionadas con la morfología y condiciones ambientales de la ladera. Las primeras incluyen parámetros como la litología (textura, granulometría, cementación), consolidación y espesor de los materiales y parámetros estructurales relativos a planos de estratificación y de debilidad (diaclasas, fallas y fracturas). En las características extrínsecas se encuentran las morfológicas como la pendiente de la ladera y su disposición respecto a discontinuidades geológicas y la orientación, y factores de tipo ambiental como cambios estacionales de temperatura y tipo de vegetación. Los factores externos actúan sobre el material y dan lugar a modificaciones en las condiciones iniciales de las laderas, provocando o desencadenando las roturas debido a las variaciones que ejercen en el estado de equilibrio. Tres tipos de acciones se incluyen: la infiltración de agua en el terreno, las vibraciones y las modificaciones antrópicas. La infiltración de agua provoca el aumento de la presión intersticial disminuyendo la resistencia de los materiales. La relación entre ocurrencia de deslizamientos y períodos lluviosos es bien conocida. Las variaciones del nivel de agua subterránea pueden ser debidas a intensas precipitaciones, intervenciones humanas, etc. Las vibraciones provocan aceleraciones en el terreno, favoreciendo la rotura y la licuefacción. Éstas pueden ser debidas a movimientos sísmicos naturales o inducidos por el hombre, como explosiones mineras o por obras públicas. La sacudida debida a terremotos naturales es uno de los principales agentes que generan deslizamientos, siendo capaces en el caso de los terremotos más grandes, de desencadenar miles de deslizamientos a lo largo de áreas de más de 100.000 km2 (Keefer, 1984). Las actividades humanas alteran el equilibrio de las laderas debido a cargas estáticas, provocadas por construcciones de edificios, construcciones de taludes para vías de comunicación, explotaciones mineras y construcciones de presas. Asimismo los cambios en el recubrimiento vegetal como la tala de bosques, la repoblación con especies alóctonas e incendios forestales también influyen en la estabilidad de las laderas. Análisis de peligrosidad y riesgos. Conceptos y definiciones. Como se ha comentado los deslizamientos son procesos naturales que conllevan a un riesgo geológico nada despreciable. Aunque el peligro de producir roturas en un lugar sea muy alto, el riesgo no lo será si ello no produce daños en la población o en las infraestructuras. El riesgo trae consigo la existencia de un peligro, pero un fenómeno peligroso no conduce necesariamente a un riesgo para la población. Los siguientes conceptos basados en Varnes (1984) definen bien la relación entre peligrosidad y riesgo: 14 �Y. Almaguer Carmenates x Tesis Doctoral Peligrosidad (P): es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno potencialmente perjudicial dentro de un período de tiempo determinado y en un área específica. x Vulnerabilidad (V): es el grado de pérdida provocado por la ocurrencia de un fenómeno natural de una magnitud determinada sobre un elemento o conjunto de elementos. x Riesgo específico (Rs): es el grado de pérdida esperado debido a un fenómeno natural y se expresa como el producto de P por V. x Los elementos bajo riesgo (E): son la población, las propiedades, etc. x Riesgo total (Rt): corresponde al número de vidas pérdidas, daños a la propiedad y a las personas, etc. debidas a un fenómeno natural concreto. El riesgo total se define como el producto del riesgo específico y de los elementos bajo riesgo como se observa en la siguiente expresión: Rt = E * Rs = E * (P * V) El primer paso en la evaluación del riesgo consiste en la estimación de la peligrosidad a roturas de laderas y ésta, a su vez, se evalúa determinando los siguientes aspectos (Varnes, 1984; Corominas, 1987; Hartlén y Viberg, 1988): 1. Evaluar la susceptibilidad de la ladera a las roturas por deslizamientos 2. Determinar el comportamiento del deslizamiento (movilidad y dimensiones del mismo) 3. Establecer la potencialidad del fenómeno (probabilidad de ocurrencia). El término susceptibilidad hace referencia a la predisposición del terreno a la ocurrencia de deslizamientos y no implica el aspecto temporal del fenómeno (Santacana, 2001). Métodos de estimación de la susceptibilidad del terreno. Para evaluar el grado de susceptibilidad del terreno frente a los deslizamientos existen diversas aproximaciones, basadas la mayor parte de ellas, en la determinación de los factores que influyen en la aparición de las roturas. En general, estos factores se combinan para definir los distintos grados de susceptibilidad, expresándose los resultados de forma cartográfica mediante los mapas de susceptibilidad (Hansen, 1984; Hartlén y Viberg, 1988; Corominas, 1987 y 1992; Van Westen, 1993 y 1994; Carrara et al., 1995; y Leroi, 1996). Existen cuatro procedimientos utilizados en la evaluación y confección de mapas de susceptibilidad del terreno: métodos determinísticos, heurísticos, probabilísticos y métodos geomorfológicos. Los métodos determinísticos se utilizan para el estudio de la estabilidad de una ladera o talud concreto. Se fundamentan en métodos basados en el equilibrio límite o en modelos numéricos. Los datos de entrada son derivados de ensayos de laboratorio y se utilizan para determinar el factor de seguridad de la ladera. Estos métodos muestran un grado de fiabilidad alto si los 15 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral datos son correctos. Su principal inconveniente es su baja idoneidad para zonificaciones rápidas y de extensas áreas (Van Westen, 1993). El método más usual se aplica para deslizamientos traslacionales utilizando el modelo de talud infinito (Ward et al, 1982; Brass et al, 1989; Murphy y Vita-Finzi, 1991). Estos métodos generalmente requieren el uso de modelos de simulación del agua subterránea (Okimura y Kawatani, 1986). Los métodos heurísticos se basan en el conocimiento a priori de los factores que producen inestabilidad en el área de estudio. Los factores son ordenados y ponderados según su importancia asumida o esperada en la formación de deslizamientos (Carrara et al., 1995). El principal inconveniente radica en que en la mayor parte de los casos, el conocimiento disponible entre los factores ambientales que pueden causar inestabilidad y los deslizamientos es inadecuado y subjetivo, dependiendo de la experiencia del experto. Un procedimiento de este tipo es el análisis cualitativo basado en combinación de mapas de factores (Lucini, 1973; Stevenson, 1977; Bosi, 1984). Estos métodos permiten la regionalización o estudio a escala regional y son adecuados para aplicaciones en el campo de los sistemas expertos (Carrara et al., 1995). El análisis heurístico introduce un grado de subjetividad que imposibilita comparar documentos producidos por diferentes autores. Las aproximaciones probabilísticas se basan en las relaciones observadas entre cada factor y la distribución de deslizamientos actual y pasada (Carrara et al., 1995). Se utilizan cuando se dispone de abundante información, tanto cualitativa como cuantitativa, aplicándose los modelos estadísticos que pueden ser univariantes y multivariantes. La principal ventaja es la objetividad del método. La potencia de los métodos estadísticos depende directamente de la calidad y cantidad de los datos adquiridos. El costo de la adquisición de algunos factores relacionados con la inestabilidad de laderas es el principal inconveniente. Dentro de este grupo se encuentran los métodos estadísticos y el análisis de frecuencia de deslizamientos. Son métodos indirectos cuyos resultados se pueden extrapolar a zonas distintas para estimar la susceptibilidad, con condiciones geológicas y climáticas homogéneas. Los métodos estadísticos univariantes se dividen en dos grupos: los que utilizan el análisis condicional y los que no lo utilizan. El análisis condicional, trata de evaluar la relación probabilística entre diversos factores relevantes para las condiciones de inestabilidad y las ocurrencias de deslizamientos. Se basan en la superposición de uno o más factores con el mapa de distribución de deslizamientos, para obtener una probabilidad condicionada de cada factor a la presencia o ausencia de deslizamientos Chung y Fabbri, 1993; Chung y Leclerc, 1994). Los resultados se interpretan en términos de probabilidad según el teorema de Bayes (Morgan, 1968; Chung y Leclerc, 1994), certeza (Heckerman, 1986; Luzi y Fabbri, 1995), 16 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral según conjuntos difusos (Zadeh, 1965, 1978; Mahdavifar, 2000) o según plausibilidad (Shafer, 1976). Otros modelos estadísticos, no basados en las funciones de favorabilidad, son el modelo basado en la combinación de tres factores en Brabb et al. (1972) considerado como el primer análisis cuantitativo de susceptibilidad a deslizamientos y su modificado (Irigaray, 1990), el modelo del valor de información (Yin y Yan, 1988; Kobashi y Suzuki, 1991; Irigaray, 1995), el modelo de mensaje lógico (Runqiu y Yuangua, 1992) entre otros. Los métodos estadísticos multivariantes estudian la interacción y dependencia de un conjunto de factores que actúan simultáneamente en la ocurrencia de deslizamientos, para establecer la implicación que tienen cada uno de ellos. Las técnicas estadísticas más utilizadas son la regresión múltiple y el análisis discriminante (Jones et al., 1961; Neuland, 1976; Carrara, 1983 a y b; Mulder, 1991; Mora y Vahrson, 1994; Baeza, 1994; Irigaray, 1995; Chung et al., 1995; Dhakal et al., 2000). El resultado de ambos métodos son funciones basadas en la combinación lineal de los factores de mayor significación estadística, para definir las condiciones de inestabilidad, estando basadas en la presencia-ausencia de deslizamientos. El análisis de frecuencia de deslizamientos (Van Westen , 1993), evalúa la peligrosidad a los deslizamientos, a diferencia de los anteriores, que suelen utilizarse para evaluar la susceptibilidad. La valoración de la probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento en un cierto lugar y dentro de un periodo de tiempo, sólo es posible cuando se puede hallar la relación entre la ocurrencia de deslizamientos y la frecuencia de factores desencadenantes como lluvias intensas o terremotos (van Westen, 1993). Los métodos geomorfológicos se basan en la determinación de condiciones de inestabilidad de ladera mediante técnicas geomorfológicas, cartografía y zonificación. La principal ventaja es la validez y detalle del análisis y mapa resultantes, si se realizan por un buen experto. El inconveniente de estos métodos es el alto grado de subjetividad dependiente de la experiencia del autor. Son métodos directos que se basan en cartografía geomorfológica a partir de la cual el autor identifica y localiza los deslizamientos y procesos asociados a éstos directamente en el campo. Con las observaciones, el experto extrae unos criterios para la determinación de áreas potencialmente inestables y para la confección del mapa de susceptibilidad y/o peligrosidad final. La elaboración de estos mapas exige conocer la morfología y tipología de movimientos (Hansen, 1984; Hansen y Frank, 1991). Para este tipo de cartografía, que es básica para la mayor parte de las técnicas restantes, resulta de vital importancia la experiencia del experto. 17 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Escalas utilizadas en la cartografía de susceptibilidad. Cuando se preparan mapas de susceptibilidad, se debe valorar la influencia que un número de factores incidirá en la probabilidad de ocurrencia de deslizamientos (Rengers et al., 1992). La escala de análisis es uno de los primeros puntos a considerar en un proyecto. De ella depende la metodología utilizada, los factores o datos considerados, la unidad de terreno etc. Se pueden distinguir cuatro escalas (IAEG, 1976; Luzi, 1995) para la zonificación de la susceptibilidad a deslizamientos: x Escala regional (< 1:100.000). x Escala media (1:25.000 a 1:50.000). x Gran escala (1:5.000 a 1:10.000). x Escala detallada (> 1:5.000) . En la escala regional, los mapas se usan para identificar áreas con problemas de deslizamiento de una forma genérica. Son utilizados por organizaciones que trabajan con planificación regional (Luzi, 1995; Rengers et al., 1992). Utilizan métodos semicuantitativos como la superposición de mapas, y las unidades del terreno se basan en características morfológicas obtenidas de imágenes estereográficas a pequeña escala (1:60:000 a 1:50.000) (Rengers et al., 1992). La escala media es utilizada para planificación intermunicipal y para estudios ingenieriles locales. Se emplean distintos métodos analíticos, principalmente estadísticos, así como modelos digitales de elevaciones detallados y otros mapas temáticos. Se usan imágenes estereográficas a escalas 1:15.000 a 1:25.000 (Rengers, et al., 1992). Los métodos estadísticos de análisis de susceptibilidad son apropiados para esta escala (Mulder, 1991; Dhakal et al., 2000). En la cartografía a gran escala, los mapas son creados para estudiar problemas locales de inestabilidad, para planificar infraestructuras de proyectos de edificios e industriales (Luzi, 1995). Los métodos de análisis utilizados son métodos cuantitativos que incluyen estadística multivariante y modelos numéricos de estabilidad. Esta escala requiere información cartográfica de muy buena calidad, así como imágenes estereográficas de 1:5000 a 1:10.000) (Rengers et al., 1992). La escala detallada es utilizada para evaluar la susceptibilidad de áreas concretas y se utilizan los mismos métodos de la escala anterior (Luzi, 1995). Parámetros de factores condicionantes utilizados en los análisis de susceptibilidad. Los parámetros de factores condicionantes utilizados en la literatura para el análisis de la susceptibilidad a los deslizamientos se enumeran a continuación (Gupta y Joshi, 1990; Carrara et al., 1991; Niemann y Howes, 1991; Lopez y Zinck, 1991; Van Westen, 1993; Naranjo et al., 1994; Carrara et al., 1995; Chung et al., 1995; Nagarajan et al., 1998; Borga et al., 1998): x Relacionados con la topografía y geometría de la ladera: elevación, pendiente (en grados o en porcentaje), orientación, convexidad-concavidad de la ladera, convexidadconcavidad en la dirección de máxima pendiente, convexidad-concavidad en la 18 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral dirección transversal a la pendiente, rugosidad (diferencia entre pendiente media y pendiente), índice topográfico (área cuenca dividida por la longitud del contorno de la misma). x Relacionados con la hidrología: orden del río más alto en el píxel, densidad de drenaje, distancia a líneas de drenaje, distancia desde ríos de primer orden (segundo, tercer, etc), distancia desde ríos de primer y segundo orden, distancia a las cabeceras de valles, distancia a divisorias de aguas (líneas de cresta), tamaño de cuenca. x Relacionados con la geología: Litología, formaciones-depósitos superficiales, grosor de depósitos superficiales, procesos y formas geomorfológicos, estructura (fallas y alineaciones), magnitud-frecuencia de eventos sísmicos, propiedades geotécnicas del suelo (ángulo de fricción, cohesión, peso específico, etc). x Relacionados con el uso del suelo: vegetación (tipo o densidad), usos del suelo. x Relacionados con el clima: intensidad de lluvia. x Relacionados con la estructura y sismicidad: distancia a fallas principales, distancia a alineaciones, distancia a epicentros sísmicos. x relacionados con red viaria o núcleos urbanos: distancia a carreteras, distancia a ciudades. x Relacionados con la hidrogeología: nivel de agua subterránea, espesor de la zona saturada. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) en la cartografía de susceptibilidad. Al realizar la cartografía de una zona, se mezclan dos conceptos: la situación georeferenciada del dato y la información temática (atributo). Estas dos características, la componente espacial y la información temática asociada, configuran la base para entender los Sistemas de Información Geográfica. Se han realizado varias definiciones en torno a los Sistemas de Información Geográfica (Cebrián y Mark, 1986; Burrough, 1988; Bracken y Webster, 1990; NCGIA, 1990). De manera simple, un Sistema de Información Geográfica se puede contemplar como un conjunto de mapas de la misma porción del territorio, donde un lugar concreto tiene la misma localización en todos los mapas incluidos en el sistema de información. Así es posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejor conocimiento de esa zona. Un SIG se puede considerar esencialmente como una tecnología (un sistema de hardware y software) aplicada a la resolución de problemas territoriales (Bosque, 1992; Suárez, 1998). Como programa de ordenador, presenta capacidades específicas con las siguientes funciones: funciones para la entrada de información, funciones para la salida- 19 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral representación gráfica y cartográfica de la información, funciones de gestión de la información espacial y funciones analíticas. Un SIG puede contener varios modelos de datos de los objetos geográficos: el modelo vectorial, el modelo raster, el jerárquico-recursivo, etc., todos ellos válidos para los mapas formados por puntos, líneas y polígonos, y preparados para realizar determinadas funciones. También existen modelos de datos espaciales para realizar mapas tridimensionales o de volúmenes (modelo basado en una red de triángulos irregulares). De esta forma los SIG son una herramienta perfectamente aplicable para realizar el análisis y la posterior cartografía de susceptibilidad, de peligrosidad y/o del riesgo por deslizamientos. El desarrollo de los SIG ha incrementado enormemente la disponibilidad de las técnicas de evaluación de susceptibilidad a deslizamientos y su aplicación (Van Westen, 1994). Breve recuento histórico sobre los SIG. Las primeras aplicaciones con prototipos de SIG en zonificación de peligrosidadsusceptibilidad a deslizamientos datan de los años 70 (Newman et al., 1978, Carrara et al., 1978; Huma y Radulescu, 1978 y Radbruch-Hall et al, 1979). En ellas se utilizaba el análisis cualitativo, combinando factores, y el estadístico multivariante. Durante los años 80 el desarrollo comercial de los sistemas SIG, así como la mayor disponibilidad de los ordenadores personales incrementó el uso de los SIG en los análisis de susceptibilidad. Ejemplos de análisis cualitativo se encuentran en Stakenborg (1986), Brabb (1984) y Brabb et al. (1989), y ejemplos de análisis estadístico multivariante se pueden encontrar en Carrara (1983, 1988) y Bernknopf et al (1988). En los años 90, con la oferta comercial y la ampliación de las capacidades de los SIG, han aumentado las aplicaciones sobre el análisis de susceptibilidad a los deslizamientos (Kingsbury et al., 1992; Alzate y Escobar, 1992; Lopez y Zink, 1991; Choubey y Litoria, 1990; Carrara et al 1990, 1991; Chacon et al., 1992 ). En 1993 van Westen publicó un manual completo sobre la aplicación de un SIG en la zonificación de inestabilidad de laderas. Inicialmente la mayoría de las aplicaciones de los mapas de susceptibilidad con SIG utilizaban las técnicas basadas en la superposición de mapas (entendidos éstos como factores relacionados con la inestabilidad). Ello sólo permitía comparar cada valor de un mapa en la misma posición espacial (la misma celda de una malla regular de un sistema raster). Posteriormente, con la aparición de las operaciones de vecindad, las cuales tienen en cuenta las relaciones espaciales de cada celda con su entorno, se han podido extraer características morfométricas e hidrológicas a partir de un Modelo Digital de Elevaciones. Estas 20 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral características (pendiente, orientación, convexidad, líneas de valles y de divisorias de aguas, área cuenca, orden de la red de drenaje, etc.) se pueden utilizar como parámetros para realizar análisis estadísticos univariantes o multivariantes combinando los factores con los deslizamientos (Carrara et al., 1991, 1995; Niemann y Howes, 1991; Campus et al., 2000; Dhakal et al., 2000; Feiznia, 2000; Zêzere et al., 2000; Thurston y Degg, 2000), análisis para modelizar distancias recorridas por caída de bloques ( Van Dijke y van Westen, 1990) y análisis para definir la susceptibilidad de alcance por deslizamientos de tipo debris flow (Michael-Leiba et al., 2000). El uso de un SIG también permite reconstruir la topografía previa al deslizamiento como han demostrado Thurston y Degg (2000). Es posible además, realizar la zonificación del peligro de desplazamiento de un gran deslizamiento, llevado a cabo en China por Wu et al. (2000), utilizando un Sistema de Análisis de Información (Yin y Yan, 1987 y 1988). También los modelos determinísticos han experimentado un auge utilizando SIG (Brass et al., 1989; Murphy y Vita-Finzi, 1991; Hammond et al., 1992; Luzi, 1995; Luzi y Pergalani, 1996; Leroi, 1996). Lee et al (2000) han aplicado un modelo de talud infinito, modificado para incluir carga sísmica, para el análisis de la susceptibilidad a deslizamiento de dos zonas de la plataforma marina de California. La cartografía de susceptibilidad en Cuba. Durante la ejecución de la investigación se consultaron varios trabajos realizados en diferentes lugares del territorio nacional, así como algunos desarrollados en el municipio de Moa, relacionados con la aplicación de los sistemas de información geográficos en la evaluación de susceptibilidad, peligrosidad o riesgos geológicos y realizados fundamentalmente desde inicios de la década del 90 hasta la fecha. Muchas de las investigaciones realizadas se han centrado en la cartografía de susceptibilidad de terrenos al desarrollo de fenómenos como la erosión y las inundaciones. En este sentido aparece el trabajo de Vega M. B. (2005), quién realiza una aplicación de un SIG en la obtención de una mapa de erosión de Cuba a escala 1:250 000 a través del análisis de varios factores como la lluvia y la escorrentía, el relieve y las propiedades del suelo, dirección del flujo, y el flujo acumulado. Rodríguez W. y Valcarce R. M. (2005) realizan una evaluación de la susceptibilidad del territorio nacional cubano frente a inundaciones, utilizando una combinación de factores como pendiente del terreno, especialmente su horizontalidad; geomorfología, tipo y calidad del suelo, hidrología y extensión de las inundaciones, así como la frecuencia e intensidad de las precipitaciones históricas. 21 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Otro gran grupo se ha centrado en el análisis de peligrosidad y vulnerabilidad sísmica y caracterización ingeniero-geológica, fundamentalmente en la parte sur de las provincias orientales y en algunas zonas del occidente del país. En este sentido Escobar E. M. (2005) muestra una aplicación de un complejo de métodos geofísicos, como sísmica somera de refracción de tres canales, métodos eléctricos (SEV), georadar GPR, sismómetros y datos aerogeofísicos en la solución de tareas de valoración de vulnerabilidad sísmica. Como resultados obtiene las propiedades físico-mecánicas del suelo en el lugar de emplazamiento de obras industriales, valora los fenómenos geológicos derivados de microsismos inducidos determinando a su vez los factores de amplificación del suelo, su relación con las afectaciones constructivas y las condiciones geológicas imperantes y cartografía las posibles zonas tectónicas anómalas reflejadas por las discontinuidades geológicas a través de los campos físicos. Chuy T. J. et al (2005) realizan un análisis de los fenómenos naturales en el municipio Guantánamo, su cronología y evaluación de los impactos negativos producidos por estos fenómenos, entre los que se encuentran los sismos, deslizamientos de tierra, rotura de presas, respuesta dinámica de suelos, ciclones tropicales, tornados, lluvias intensas y ácidas, inundaciones, sequías, salinización, desertificación, degradación de suelos, incendios urbanos, incendios forestales y accidentes tecnológicos. En el apartado relacionado con los fenómenos de deslizamientos muestran un análisis de susceptibilidad de varias comunidades en función de los valores de disección vertical y pendiente del terreno pero no se comparan estos con la cantidad o área ocupada por deslizamientos en cada zona estudiada. Del Puerto J. A. y Ulloa D. (2003) realizan el cartografiado de la distribución espacial de los peligros naturales y la clasificación de la cuenca de Santiago de Cuba a partir del predominio de los tipos de peligros que pueden llegar a ocurrir en determinados sectores del mismo. La investigación está sustentada en la elaboración e interpretación de mapas morfométricos y como resultados obtienen el mapa tipológico de peligros y de regionalización, sin embargo estos no son validados con algún mapa de inventarios de fenómenos del área en cuestión. Noas J. L. y Chuy T. L. (2005) realizan una valoración de la peligrosidad sísmica de la ciudad de Moa. Para esto parten del análisis del entorno sismotectónico regional, de la actividad sísmica y finalmente determinan el peligro sísmico haciendo uso del método del árbol lógico mediante la combinación de los resultados obtenidos en trabajos previos. González B. E. et al (2005) caracterizan el medio ambiente urbano del asentamiento de Mariel y se identifican los fenómenos geológicos que constituyen amenazas para el territorio estimando los periodos de recurrencia de los mismos y sus áreas de impacto. Realizan la 22 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral microzonificación sísmica sobre la base de la geología superficial y el procesamiento y análisis de microsismos de origen antrópico evaluando la vulnerabilidad, que tiene como componentes factores fiscos y ambientales, que inciden en la capacidad de respuesta de la población ante un desastre potencial, provocado por fenómenos geológicos peligrosos, y la vulnerabilidad del medio construido, ante eventos sísmicos extremos y deslizamientos de tierra en la Meseta del Mariel. Pedroso I. I. et al (2005) presentan una valoración de los Peligros, la Vulnerabilidad y los Riesgos Geólogo-Geofísicos y Tecnológicos del municipio Playa, Ciudad Habana, partiendo de la caracterización del medio físico, el medio construido y el medio socio-económico del mismo partiendo de la precisión de los Escenarios de Peligros. El análisis de diferentes datos les permitió obtener información sobre las características de los elementos disparadores como los sismos, las lluvias intensas y los fuertes vientos, potenciales generadores de terremotos, deslizamientos, hundimientos, inundaciones y penetraciones del mar. Cabrera J. (2005) muestra en términos generales, un catastro ingeniero-geológico de la provincia de Pinar del Río sobre la base de una evaluación teórica de los factores a tomar en cuenta en la evaluación de las condiciones ingeniero geológicas de los territorios. Establece criterios, definiciones y consideraciones de como tomarlos en cuenta en función de su nivel de importancia partiendo de la derivación e integración de los factores involucrados, definiéndose a su vez los resultados cartográficos a obtener con cada acción. El análisis parte de considerar que la evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas está en función de la influencia que ejercen sobre el medio, las condiciones naturales como el clima, relieve y condiciones geomorfológicas, condiciones tectónicas y de estratificación, particularidades litólogopetrográficas de las rocas, condiciones hidrogeológicas, fenómenos físico-geológicos y la infraestructura económica. El método adoptado se basa en la obtención de una serie de mapas a partir de la reclasificación y superposición de dos mapas temáticos básicos, el topográfico y el geológico. Relacionado específicamente con el cartografiado y predicción de deslizamientos Chang J. L. et al (2003) muestran una aplicación de datos geofísicos regionales como datos Jespectrométricos aéreos dado la distribución espacial de los radioelementos naturales en el medio, identificando sitios potencialmente favorables para la ocurrencia de deslizamientos como información complementaria en el análisis de susceptibilidad de terrenos a la rotura por el desarrollo de deslizamientos. Carreño B. et al (2005) realizan un pronóstico de deslizamientos con el empleo de sistemas computarizados, aplicando criterios geomorfológicos clásicos para la determinación de los 23 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral alineamientos procesados con la utilización del modelo digital del terreno, obteniendo finalmente el análisis cinemático de los alineamientos que resultan potencialmente propensos a comportarse como fallas estructurales. Mediante este procedimiento confeccionan el mapa del Modelo Digital del Relieve con las probables estructuras tectónicas y el esquema de zonificación de probables movimientos de masas, sin embargo no presentan un mapa de fenómenos o inventario de deslizamientos de la zona estudiada para la validación del mapa obtenido. Castellanos E. (2005) muestra los resultados de un procesamiento de datos del SRTM para el Archipiélago Cubano, el análisis para producir los mapas derivados del Modelo de Elevación Digital (DEM) y la evaluación geomorfométrica de amenaza de deslizamiento de terreno. El análisis y procesamiento se realiza empleando técnicas SIG y software de sensores remotos. La cartografía de susceptibilidad del Archipiélago de Cuba la realiza empleando mapas derivados del DEM como el ángulo de la pendiente y el relieve interno (disección vertical) mostrando las áreas donde los deslizamientos de terreno pueden ocurrir con mayor posibilidad donde los factores morfométricos tienen los valores más altos, sin embargo el procedimiento de pesaje de cada factor analizado no se realiza teniendo en cuenta la distribución areal de los movimientos de masas, sino, que se hace referencia solamente a la coincidencia con los sistemas montañosos del país y se obtiene por los rangos que podrían provocar en mayor o menor medida roturas en laderas según el criterio del autor. Febles D. y Rodríguez J. (2005) presentan un mapa susceptibilidad a los deslizamientos de Cuba a escala 1:250 000, donde precisan las áreas mas propensas a este fenómeno a lo largo del territorio nacional, utilizando como factores condicionantes la pendiente del relieve topográfico, composición de las rocas y/o suelos, condiciones tectónicas, el efecto antrópico (densidad de población y densidad de carreteras y caminos) y el régimen de precipitaciones. Rocamora E. (2005), detalla varios criterios de roturas por desprendimientos de bloques, detallados a partir de la modelación de dos casos de estudio, la Sierra de los Órganos y el noreste de la provincia de La Habana, identificando cuestiones fundamentales en el estudio de estos movimientos de masas como herramienta de pronóstico de la ocurrencia de los fenómenos, evaluación del peligro potencial que ellos representan y su alcance espacial, y método óptimo para el diseño de las medidas ingenieriles de contención del peligro. Alfonso H. M. (2005) realiza un mapa de susceptibilidad a los movimientos de laderas mediante la combinación de factores condicionantes y desencadenantes, naturales e inducidos por la actividad humana, haciendo énfasis en los elementos geomorfológicos como las formas del relieve, los gradientes de sus pendientes y las litologías a través de la aplicación de métodos heurísticos. 24 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Reyes C. R. et al (2005) realizan un análisis del comportamiento de los factores pasivos (el relieve, características geológicas y geotécnicas de las formaciones) y activos (Criterio magnitud-distancia), que actúan en la estabilidad de los suelos y rocas en las provincias orientales de Cuba. Además, proponen un esquema de zonación de acuerdo a la susceptibilidad de ocurrencia de deslizamientos o derrumbes en los taludes de las carreteras provocados por terremotos de gran o mediana intensidad, atendiendo al relieve, constitución geológica y criterios del Manual de Zonación de Peligros Sísmico Geotécnicos. Como factores desencadenantes de los deslizamientos incluye los sismos y la influencia de las precipitaciones, considerado este último el más importante agente catalizador de este fenómeno. En el territorio de Moa, el Departamento de geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico, ha realizado varios trabajos geotécnicos, dirigidos a la caracterización ingenierogeológica de los suelos lateríticos a partir de las propiedades físico-mecánicas de los mismos y la aplicación de clasificaciones geomecánicas para el análisis de la estabilidad de los taludes. Carmenate J. A., (1996) realiza una evaluación y clasificación de los suelos y rocas a partir de las propiedades físico-mecánicas dando como resultado un mapa ingeniero-geológico a escala 1:10 000 y una zonificación de áreas susceptibles a la ocurrencia de fenómenos geológicos exógenos, que constituyen peligros para la población y objetivos económicos, como los deslizamientos, proponiendo medidas para su mitigación, pero de una manera superficial, porque no caracteriza todas las posibles condicionantes del terreno que posibilitan la aparición de movimientos, limitándose solamente a las propiedades físico-mecánicas sin tener en cuenta el factor estructural o uso de suelo del territorio. Rodríguez A. (1999), profundiza en el conocimiento geólogo-tectónico del territorio de Moa, determina los sistemas de estructuras activas y bloques morfotectónicos, caracteriza los movimientos tectónicos contemporáneos y determina su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. Como resultado importante confecciona el mapa de riesgos del territorio, donde establece cuatro zonas por su grado de peligrosidad ante los efectos de los procesos tectónicos. Kempena (2000) realiza un estudio de los diferentes peligros y riesgos geoambientales en un sector de la costa de la cuidad de Moa. Implementa un SIG que permite la cartografía del ambiente costero, proporcionando una imagen global de sus potencialidades, grado de deterioro y vulnerabilidad ante procesos naturales y antrópicos. En el año 1997, ocurre un deslizamiento en un talud de explotación en el yacimiento Punta Gorda. A partir de esta problemática la subdirección de minas de dicha entidad, solicita al departamento de geología realizar un proyecto de investigación en el cuál se contemplara la evaluación de las condiciones geotécnicas y modelación del factor de seguridad de los taludes 25 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral dentro del yacimiento. De esta forma se desarrolla el Proyecto de evaluación hidrogeológica e ingeniero-geológica en la mina Ernesto Che Guevara (Dpto de geología, 1998), en el cual se realizan una serie de investigaciones geotécnicas de campo y laboratorio con vista al análisis de la estabilidad de los taludes. Tales investigaciones se fundamentaron en la aplicación de los métodos de equilibrio límite para el cálculo del factor de seguridad, mientras que la clasificación del macizo se limitó a la aplicación del índice RMR a partir de un estudio preliminar del agrietamiento. A partir de entonces continúan los estudios para profundizar en el análisis de la naturaleza y tipología de los deslizamientos en corteza laterítica, resultando el trabajo de Guardado R. y Almaguer Y. (2001), donde se presenta una primera aproximación de un mapa de riesgos para el yacimiento Punta Gorda, obtenido a partir de la superposición de varios mapas de factores como la litología, tectónica y pendientes, incluyendo en el análisis un mapa de elementos en riesgo, poniendo énfasis en la situación de los caminos mineros y la ubicación de las excavadoras en los frentes de explotación. El análisis de la influencia de los factores sobre las inestabilidades se realizó mediante la aplicación de métodos heurísticos presentando un mapa de riesgos por bloques de explotación con muy poco detalle para la escala a la cual trabajaron, y el trabajo de Almaguer Y. (2001), donde se aplican métodos de cálculo de estabilidad de taludes utilizando criterios de rotura a partir del estudio integral del agrietamiento del macizo roca-suelo y de la evaluación geomecánica del macizo rocoso serpentinizado. Algunos trabajos recientes de cartografía de susceptibilidad a nivel mundial. Santacana (2001) realiza el análisis de susceptibilidad de ladera a la rotura por deslizamientos superficiales a escala regional, mediante tratamiento estadístico multivariante de tipo discriminante. El procedimiento de análisis se ha realizado en formato raster (malla regular) y ha considerado las zonas de rotura como celdas inestables. Los factores utilizados están relacionados con la geometría y situación de la ladera, la cuenca vertiente, la vegetación y usos del suelo, la presencia de formación superficial y el espesor de ésta. Donati et al (2002) presentan una metodología donde analizan la predisposición de varios factores que influyen en la ocurrencia de deslizamientos en Italia, auxiliándose del software IDRISI. La escala de trabajo 1:5 000 utilizando fotos aéreas a escala 1:13 000. El análisis de amenaza se realizó analizando factores tales como distancia a fallas normales e inversas, paralelismo entre alineaciones interpretadas en fotos aéreas y los escarpes de los deslizamientos detectados, uso del suelo, litología, distancia de la red fluvial, orientación de las pendientes, pendiente de las laderas, orientación de los estratos con respecto a los taludes y laderas. Para determinar la influencia de cada factor sobre la ocurrencia de deslizamientos se 26 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral efectuó un análisis entre los mapas de cada factor y el inventario de deslizamiento para determinar el porcentaje del área de diferentes clases afectadas por deslizamientos. Valadao et al (2002) presentan un análisis de densidad de deslizamientos a escala 1:25 000, el cual se realiza sobre la base de información existente sobre deslizamientos, además de se le incluye el inventario de deslizamientos obtenido por observación de fotos aéreas y reconocimientos de campo. La identificación de movimientos por el análisis de fotos aéreas está basada en criterios geomorfológicos, como la presencia de escarpes y en algunos lugares, la existencia de depósitos asociados. El reconocimiento de campo se realizó con el objetivo de caracterizar los eventos principales, definir su estructura geológica, tipo de depósito y la influencia de la actividad antrópica. Kelarestaghi (2002), realiza una investigación sobre los factores efectivos en la ocurrencia de deslizamientos. Para esto hace uso de mapas tales como MDE, pendiente, pluviometría, litología, uso del suelo, distancia de la carreteras, de las fallas y de la red hidrográfica. Cada factor fue analizado con respecto al mapa de deslizamientos. El método utilizado para determinar el peso de las clases de cada factor está basado en el análisis probabilístico condicional. Morton et al (2003), presentan un trabajo sobre un mapa preliminar de susceptibilidad a deslizamientos donde analizan varios factores como la pluviometría, la condiciones geológicas, la pendiente del terreno y la dirección de las laderas. La vegetación y la concavidad-convexidad de la pendiente no tuvieron gran influencia en el desarrollo de los deslizamientos. En relación con la dirección de las pendientes se encontró una alta correlación entre los derrubios y los taludes orientados hacia el sur ya que estos soportan menos biomasas en esa dirección, además de contener mayor humedad. La valoración de los factores se realizó aplicando los métodos heurísticos, utilizando una escala entre 0 a 25, donde 0 corresponde a las unidades geológicas no susceptibles a movimientos de laderas, el valor 25 a las unidades más susceptibles, y el valor 5 a las unidades de baja susceptibilidad. Tangestani (2004) presentan una investigación sobre mapeo de susceptibilidad a deslizamientos usando la operación Fuzzy Gamma en tecnología GIS. El modelo de predicción cuantitativo está basado en una base de datos espaciales con varios mapas digitales representando los factores causales de los movimientos. Son usadas tres teorías matemáticas para el modelo: teoría de probabilidades, teoría de conjuntos difusos y teoría de evidencias Dempster-Shafer. Sobre la base de estas tres teorías se realiza una medición cuantitativa de la amenaza futura frente a deslizamientos. Los factores analizados son el ángulo de los taludes, 27 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral elevación topográfica, dirección de las laderas, profundidad de meteorización, litología, uso de suelo y distancia a las carreteras, obtenidos del procesamiento de datos topográficos, interpretación de fotos aéreas y de trabajos de campo. La asignación del peso de los factores se hizo sobre una escala entre 0 y 1. Sivakumar y Mukesh (2004) realizan un análisis de deslizamientos sobre un GIS mediante el empleo de métodos determinísticos para el cálculo del factor de seguridad de taludes y laderas. La información utilizada para esta análisis se relaciona con el MDE, además de otros parámetros para el modelo predictivo como una caracterización detallada de las condiciones de los suelos: resistencia (cohesión, ángulo de fricción interna, peso), características de permeabilidad, profundidad de la cubierta de suelo y patrones de vegetación. Chau et al (2004), presentan un análisis de amenaza de deslizamientos en Hong Kong empleando datos históricos de deslizamientos acoplado con datos geológicos, geomorfológicos, actividad antrópica, clima y pluviometría. Se analiza la relación entre 1448 deslizamientos y la variación de las lluvias por estaciones del año, resultando una fuerte correlación entre la ocurrencia de estos fenómenos y el cumulado de lluvias. Como resultado final se obtiene el mapa de amenaza y el de riesgos por deslizamientos sobre formato raster. Sinha et al (2004) realizan la zonación de amenazas por deslizamientos en terrenos del Himalaya, aplicando tecnología GIS. Para este estudio se analizaron varios factores como direcciones de las laderas, morfometría de las laderas, uso de suelo, pendiente de las laderas, resistencia de la roca, drenaje, geología, parteaguas, carreteras, alineamientos tectónicos y el relieve. Los mapas se trabajaron en formato raster asignándole un valor a cada clase de los factores analizados por comparación con el mapa de inventario de deslizamientos aplicando el método de análisis probabilístico condicional. Tendencias actuales de la cartografía de susceptibilidad. El avance y desarrollo de las tecnologías tanto de los SIG, como la capacidad de las computadoras y los sensores remotos, permiten vislumbrar nuevas tendencias en el análisis de susceptibilidad a los deslizamientos mediante SIG. Dos grandes grupos constituyen las nuevas tendencias: la captura y obtención automática de los datos y la aplicación de Redes Neuronales. 1. Captura y obtención automática de datos. 28 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral La obtención rápida y precisa de MDE, así como de otra información relacionada con deslizamientos (factores causantes y detección automática de deslizamientos), son elementos importantes que reducen el tiempo de un proyecto dirigido a esta tarea. Creación de MDE detallados: Aleotti et al. (2000) han utilizado el altímetro Láser (Airbone Laser Terrain Model, ALTM) creado por Aquater, que es un sistema de escaneado Láser altamente preciso diseñado para recoger datos morfológicos del terreno en coordenadas XYZ. La resolución espacial depende de la elevación y velocidad del avión oscilando entre 40 cm a 300 m de elevación y hasta 7 m a 1200 m de altitud. Permite crear un MDE caracterizado por una alta densidad de puntos de altitud, precisión geométrica alta y disponibilidad inmediata de los datos adquiridos y entrada en un SIG. Detección automática de deslizamientos: Las imágenes de sensores remotos (fotografías aéreas, imágenes de satélite e imágenes de radar) constituyen una fuente de información en la estimación de la susceptibilidad a roturas de laderas. Las fotografías aéreas son el producto más utilizado dentro de los sensores remotos, mediante la técnica de fotointerpretación. Las imágenes de satélite se han utilizado desde mediados de los 70 en el estudio de deslizamientos (Mantovani et al., 1996). En las últimas décadas diversos autores han utilizado imágenes de sensores remotos (LANDSAT I, SPOT, etc.) para identificar movimientos de masa (Scanvic et al., 1990), aunque en todos estos casos los deslizamientos no son reconocidos individualmente a partir de las imágenes, si no que son detectados a partir de las condiciones del terreno asociadas con ellos, como litología y diferencias en la vegetación y la humedad del suelo (Mantovani et al., 1982). Reconstrucción de la topografía previa al deslizamiento: Thurston y Degg (2000) han reconstruido la topografía previa a unos deslizamientos mediante el uso de un área de influencia (buffer) alrededor de un deslizamiento, utilizando la elevación de algunos puntos de este para interpolar, con una Red de Triángulos Irregulares (TIN), la superficie del terreno previa del área del deslizamiento (figura 1.6). Según los autores esto es posible en el caso de disponer de un buen MDE con una resolución adecuada al tamaño de los deslizamientos. 2. Aplicación de Redes Neuronales Artificiales. Los procesos geológicos dependen de una gran variedad de parámetros, que a menudo son conocidos de forma incompleta o totalmente desconocidos. Normalmente la relación entre los factores que controlan el proceso y la observación de éste es una relación no lineal. Las técnicas estadísticas normalmente utilizadas para analizar los deslizamientos (regresión múltiple, análisis discriminante y factorial, predicción lineal, etc) requieren una relación lineal 29 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral entre los parámetros del modelo y las observaciones. Una alternativa a los métodos basados en estadística lineal son las técnicas desarrolladas en el contexto de la Inteligencia Artificial sobre todo las Redes Neuronales Artificiales (ANN Artificial Neural Networks) del tipo de perceptrones multicapa (MLP multilayer perceptrons) que intentan emular el reconocimiento humano y están basadas en un modelo del cerebro humano utilizando ciertos conceptos de su estructura básica. Las Redes Neuronales Artificiales han sido aplicadas con éxito en el reconocimiento de objetos militares, procesamiento de imágenes, control de robots y en ingeniería civil (Pande y Petruszczak, 1995; Siriwardane y Zaman, 1994). También se han aplicado en problemas de inversión y clasificación en geofísica (Langer et al., 1996). La utilización de redes neuronales para predecir desplazamientos y velocidades de movimientos de ladera ha sido utilizada por Mayoraz et al. (1996) en dos deslizamientos de Suiza y Francia. Vulliet y Mayoraz (2000) han utilizado Redes Neuronales y un modelo mecánico (talud infinito) para predecir el Factor de Seguridad, velocidad de desplazamiento y presiones de poros en un deslizamiento instrumentado en Francia. 30 �CAPITULO II �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral CAPITULO II. CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO. Generalidades. El yacimiento Punta Gorda se encuentra dentro del municipio de Moa, ubicado en el extremo oriental de la provincia de Holguín. Geográficamente se encuentra limitado al norte por el Océano Atlántico, la carretera de Punta Gorda y la parte baja del curso del río Moa, al sur por la línea convencional que lo separa de los yacimientos Camarioca Norte y Camarioca Este, por el oeste está limitado con el yacimiento Moa Oriental, separado de este por el límite natural del río Los Lirios y el cañón del río Moa y por el este se separa del yacimiento Yagrumaje Norte por el río Yagrumaje, ubicándose en la margen izquierda del mismo [figura 2.1]. Figura 2.1. Ubicación geográfica del área de estudio. El área de estudio forma parte del grupo orográfico Sagua-Baracoa, lo cual hace que el relieve sea predominantemente montañoso, principalmente hacia el sur. Hacia el norte el relieve se hace más suave, disminuyendo gradualmente hacia la costa [Anexo I (figura 2.1)]. La red fluvial está representada los ríos Moa (al norte), sus afluentes río Los Lirios (al oeste), arroyo la vaca (área central) y el río Yagrumaje (al este y sur). La fuente de alimentación principal de estos ríos y arroyos, son las precipitaciones atmosféricas, desembocando las arterias principales en el Océano Atlántico, formando deltas cubiertos de sedimentos palustres y vegetación típica de manglar. La mayor parte del yacimiento está ocupado por la zona de divisorias entre el río Yagrumaje y el arroyo La Vaca, presentando un relieve suavemente ondulado que alcanza una altura de 174 m hacia el sur disminuyendo su altura hasta 20 m al norte y nordeste. La divisoria del río Yagrumaje presenta cotas que van de 174 m hasta 134 m con una cima plana a suavemente ondulada. 31 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral El clima es tropical con abundantes precipitaciones, estando estrechamente relacionadas con el relieve montañoso que se desarrolla en la región y la dirección de los vientos alisios provenientes del Océano Atlántico cargado de humedad. En el período de 1916-1963, la temperatura media anual oscilaba entre 20o y 25oC, el promedio de precipitaciones anuales entre 1200-1400 mm y la evaporación media anual entre 1400-1750 y hasta 1985 la temperatura media anual estuvo entre 22o y 33oC, el promedio de precipitaciones entre 16002200 mm y la evaporación media anual entre 2200-2400 mm (Oliva et al, 1989). Desde 1985 al 1991, según la estación hidrometeorológica El Sitio y datos pluviométricos del la estación Vista Alegre, la temperatura media anual osciló entre 22.6o – 30.5oC, siendo los meses más calurosos los de julio, agosto y septiembre y los más fríos enero y febrero; el promedio de precipitaciones anuales entre 1231-5212 mm, siendo los meses más lluviosos noviembre y diciembre y los más secos marzo, julio y agosto; la evaporación media anual oscila entre 1880-7134 mm. La vegetación se caracteriza por la existencia de bosques de Pinus cubencis en las cortezas lateríticas y donde hay menores potencias de las mismas, matorrales espinosos, típicos de las rocas ultramáficas serpentinizadas. Las zonas bajas litorales, están cubiertas por una vegetación costera típica entre la que se destaca los mangles. Para la caracterización desde el punto de vista regional del territorio, se consultaron los trabajos de Iturralde-Vinent (1983, 1990), Lewis et al (1990), Morris (1990), Campos (1991), Rodríguez (1983, 1998). El área de estudio se relaciona, desde el punto de vista regional, al desarrollo de sistemas de arco insulares y cuenca marginal durante el mesozoico, y a su extinción a fines del Campaniano Superior-Maestrichtiano. Debido a procesos de acreción tectónica, se produce la obducción del complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de sobrecorrimiento, sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Relativo a la morfotectónica, el yacimiento Punta gorda se encuentra ubicado en el Bloque El Toldo, el cuál ha manifestado los máximos levantamientos relativos de la región (Rodríguez, 1998). La litología está representada por rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia ofiolítica, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas. Condiciones geológicas. En el yacimiento Punta Gorda se encuentran tres grandes conjuntos litológicos: el basamento, la corteza de meteorización laterítica y lateritas redepositadas. 32 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Basamento. En el basamento se revela una alta complejidad tectónica y mediana complejidad litológica [Figura 2.2]. La litología que predomina es la peridotita serpentinizada en mayor o menor grado. De acuerdo a estudios anteriores y a las observaciones de campo, las peridotitas presentes son harzburgitas de color azul verdoso oscuro, con contenido variable de piroxenos rómbicos y olivino. En menor grado aparecen piroxenos monoclínicos. Tanto los piroxenos como el olivino han sido transformados a minerales del grupo de la serpentina, siendo ocasional la presencia de relictos de los minerales primarios (Quintas et al, 2002; Almaguer et al, 2005). En el área se localizan fajas de serpentinita foliada, esquistosa y budinada, que coinciden con las zonas de contacto entre mantos tectónicos imbricados. Las fajas deformadas están completamente cortadas y desplazadas por varios sistemas de fallas más jóvenes. Las budinas, fundamentalmente son de peridotitas, que se presentan fracturadas y rodeadas por serpentinitas esquistosas. Estas fajas se orientan preferentemente al N60ºE. Se observan algunas tendencias distributivas entre las áreas con peridotitas y las que contienen las fajas de micromelanges (serpentinitas foliadas y budinadas), presentándose dos áreas relativamente pequeñas con predominio de peridotitas: al sudoeste y centro norte, mientras que, ocupando la porción central y el borde oriental y norte del yacimiento se alternan las peridotitas con fajas de micromelanges. La zona central se caracteriza por presentar la forma de un gran arco cóncavo hacia el norte. Las fajas foliadas contenedoras de gabro, aunque ocupan áreas relativamente pequeñas, producen una corteza contaminada, caracterizada por el aumento de sílice y alúmina y la disminución de hierro, níquel y cobalto. Corteza de meteorización. Está desarrollada principalmente sobre peridotitas de tipo harzburgitas serpentinizadas en distinto grado y por serpentinitas, las cuales ocupan la mayor parte del yacimiento y en menor grado por material friable producto del intemperismo químico de gabro olivínico, plagioclasita y anfibolita, ubicado el primero hacia las zonas este y norte del yacimiento y los otros dos tipos de corteza hacia la parte este del depósito mineral. Las litologías que conforman el perfil friable son, de arriba hacia abajo (Quintas et al, 2002)): x Litología 1: Ocre estructural con concreciones ferruginosas(OIC). Presentan color pardo oscuro con concreciones ferruginosas que aumentan de tamaño hacia la superficie donde forman bloques de distintas dimensiones y forma. x Litología 2: Ocre inestructural sin concreciones ferruginosas (OI). Presenta color pardo oscuro. x Litología 3: Ocre estructural final (OEF). Se caracteriza por sus estructuras terrosas y color pardo amarillento hasta amarillo, se distingue la estructura de la roca madre. 33 �Y. Almaguer Carmenates x Tesis Doctoral Litología 4: Ocre estructural inicial (OEI). Se caracteriza por su color amarillento, pasando en algunos lugares a colores rojizos y verdosos cerca del límite inferior de la litología. Se reconoce la estructura de la roca madre que le dio origen. x Litología 5: Serpentina lixiviada (SL). Las rocas como regla están manchadas de ocres. La ocretización se observa en forma de manchas de los hidróxidos de hierro. El grado de intemperísmo es irregular y las más intemperizadas están representadas por rocas claras donde en forma de una red de vetillas tiene lugar la serpentinización. Son rocas friables y ligeramente compactas de color gris verdoso las cuales conservan la estructura de la roca madre. x Litología 6: Corteza a partir de gabros (CG). Son materiales arcillosos de color pardo lustroso de diferentes tonalidades (desde pardo oscuro brillante hasta colores ladrillo y crema). Estos materiales son pobres en hierro, níquel y cobalto con contenidos perjudiciales al proceso de sílice y aluminio. Esta litología está presente en la parte este del yacimiento y en menor proporción en su parte norte. Lateritas Redepositadas. Los redepósitos están presentes hacia el norte y este con una distribución discontinua. Los materiales que lo componen, tuvieron su fuente de suministro en terrenos donde existió una corteza friable desarrollada, lo que determinó que las litologías presentes en este conjunto tengan alguna semejanza a las capas componentes del perfil friable. Básicamente están formados por lateritas redepositadas, intercaladas en ocasiones con arcillas pardo oscuras con material carbonizado, lentes conglomeráticos y arenosos con fragmentos predominantes de ultramafitas y en ocasiones de gabros. También pueden presentarse algunos horizontes calcáreos con gran contenido de fauna. Internamente esta secuencia presenta varios ciclos erosivos-acumulativos, marcado por discordancias erosivas intraformacionales. Por lo general estos depósitos están estratificados, pudiéndose observar estratificación paralela y cruzada. El buzamiento de las secuencias es suave hacia el norte y nordeste. Condiciones estructurales. Agrietamiento. En el estudio del agrietamiento se midieron un total de 1255 elementos de yacencia de grietas, fallas, diques y foliación primaria y se hizo la caracterización de las grietas teniendo en cuenta la densidad, relleno, tipo de grieta y algunos elementos de las superficies. Como se observa en el diagrama de roseta [figura 2.3], las principales direcciones del agrietamiento son: NS y NW , sin embargo, con menos frecuencia y en forma de abanico entre estas se manifiestan las direcciones N65oW, N45oW, N35oW, N23oW y N13oW, lo cual puede ser reflejo de un cambio gradual de la dirección principal de los esfuerzos que afectaron la 34 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral región o pudieran relacionarse con un sistema Riedel de fallas transcurrentes que desplazaron los contactos entre los mantos de cabalgamiento. Figura 2.3. Diagrama de roseta del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda. Las grietas correspondientes a las direcciones NS y N-NW presentan signos de movimientos de cizallamiento a través de sus superficies, manifestándose con una densidad moderada en el terreno y rellenas de material serpentinítico [tabla 2.1]. Aparece además otro sistema no reportado en el diagrama de roseta con rumbo NE-E, vertical y con densidad de agrietamiento alta. El buzamiento de los sistemas de grietas presenta el siguiente comportamiento: familia 4, acimut de buzamiento 226o, buzamiento horizontal relacionado con zonas de contacto entre mantos tectónicos; familia 1, acimut 63o y buzamiento 45o y 268o con buzamiento 41o, probablemente asociado a los sistemas de fallas de desplazamiento por el rumbo con dirección NW; familia 2, acimut 15o, buzamiento 89o y acimut 42o buzamiento 88o, están relacionadas con los sistemas de fallas NW y NE que desplazan a los de la familia 1 y 4 pero que no son predominantes en el yacimiento. Tabla 2.1. Caracterización de las familias de grietas del macizo rocoso del yacimiento Punta Gorda. No. Fam. Acimut de buzamiento Buzamiento Densidad Relleno 1 63 45 Moderada – alta Material serpentínico Material serpentínico. 2 158 89 Alta 3 42 88 Moderada – alta 4 226 2 Moderada – alta 5 268 41 Moderada 5% garnierita Material serpentínico. 5% garnierita Material serpentínico Material serpentínico Tipo Superficie 75% abierta 25% cerrada 10% rugosa 2% cizalla 70% abierta 30% cerrada 15% ondulada lisa 20% rugosa 80% abierta 20% cerrada 20% rugosa 5% ondulada lisa 75% abierta 25% cerrada 80% abierta 20% cerrada 10% rugosa 2% lisa 15% rugosa 5% cizalla 35 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Sistemas de fallas. Fueron reveladas varias estructuras disyuntivas de desplazamiento las cuales se manifiestan en cuatro direcciones principales: NS, EW, N45oE y N55oW (figura 2.4). Figura 2.4. Diagrama de roseta de fallas en el yacimiento Punta Gorda. El sistema con tendencia al rumbo EW, es horizontal [tabla 2.2], pudiéndose relacionar con los planos de cabalgamiento de las estructuras tectónicas de la región, clasificándose este sistema como fallas de sobrecorrimiento; el plano de falla del sistema NS es vertical con signos de trituración a través del mismo; el sistema NW está activo sin definirse el sentido del movimiento y el sistema NE presenta cizallamiento. Todos los sistemas presentan mineralización de material serpentínico y garnierita. Tabla 2.2. Caracterización de las fallas del macizo rocoso del yacimiento Punta Gorda. No. Falla Acimut de buzamiento Buzamiento 1 267 90 2 329 39 3 37 4 360 Densidad del agrietamiento 70% alta 30% muy alta 40% alta 20% moderada Serpentina y garnierita Microfalla Trituración Serpentina Activa 30 75% alta 25% moderada Serpentina 1 50% moderada 50% muy alta Serpentina y garnerita Relleno Observaciones Microfalla Cizalla Diques de gabros. En el estudio de los diques de gabro se determinó una dirección predominante N55oE, además se presentan otras de menor frecuencia con rumbos NS, N 55oW, E-W, N 75oE [figura 2.5]. El buzamiento de los diques es hacia el W, NW y un sistema vertical. Foliación primaria de granos minerales. Para el área del yacimiento, se reporta una dirección preferencial de la foliación de granos de piroxenos N45oW. 36 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Figura 2.5. Diagrama de roseta de diques de gabro en el yacimiento Punta Gorda. Condiciones hidrogeológicas. Las aguas subterráneas del yacimiento Punta Gorda siguen la morfología del terreno, con flujos predominantes hacia el norte en la mayor parte del área, pudiendo tener sentido diferente y hasta opuesto hacia los principales cursos de aguas superficiales. El gradiente varía entre 0.03 q y 31.7q (De Miguel, 1997, 2004; Blanco et al, 2004). Las rocas acuíferas (serpentinitas agrietadas), presentan un importante flujo por la zona del contacto con la corteza impermeable, donde se produce el movimiento lateral del agua, mientras que en las lateritas, con algunas excepciones (en los OIC y redepósitos), el movimiento del agua es fundamentalmente de ascenso capilar, que varían entre 0.0 m a 25.5 m, correspondiendo los mayores valores al corte completo, inalterado aun por el laboreo minero. La profundidad de las aguas subterráneas se encuentran entre 0 y 27.4 m, correspondiente el nivel 0 a los cursos de aguas corrientes superficiales y a las excavaciones mineras que han descubierto las aguas subterráneas (De Miguel et al, 1998; De Miguel, 2004; Blanco et al, 2004). Permeabilidad y potencia acuífera. x Lateritas. En sentido general la permeabilidad en estas secuencias está entre 0.006 y 0.21 m/días, correspondiendo los valores más altos a los horizontes de ocres inestructurales con perdigones y los más bajos a los ocres estructurales. x Serpentinitas. Bajo este concepto se consideran a todas las ultramafitas serpentinizadas, serpentinitas e incluso pequeños cuerpos de gabro y/o diabasas presentes en el yacimiento de forma subordinada, incluyendo además las rocas lixiviadas. En sentido general la permeabilidad en estas secuencias está entre 0.004 y 0.430 m/días, aunque en zonas de intensa trituración, se pueden encontrar valores anómalos mayores de 2.00 m/días. 37 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Los valores de la potencia acuífera se manifiestan entre 0 y 27.6 m. Los más bajos corresponden a los drenes naturales y a la zona explotada. Los valores más altos corresponden a las áreas más elevadas del yacimiento. Procesos geodinámicos y antrópicos. a) Meteorización. Es el fenómeno físico-geológico más importante en el área de estudio. Está vinculado con la formación de potentes cortezas lateríticas sobre rocas ultrabásicas y básicas. Las condiciones climáticas, geomorfológicas, tectónicas y características mineralógicas de las rocas existentes favorecieron los procesos de meteorización química del medio. b) Movimientos de masas. Este proceso esta vinculado a los movimientos de laderas naturales y taludes generados por el proceso minero extractivo. Los mecanismos de rotura y las tipologías de los movimientos de masas desarrollados en las cortezas residuales, están condicionados por las características estructurales del macizo rocoso, aunque en las zonas de desarrollo de cortezas redepositadas, las condiciones geotécnicas de los materiales inciden con más fuerza sobre el tipo de movimiento. Las propias condiciones naturales de las cortezas lateríticas como alta humedad, granulometría muy fina, altos contenidos de minerales arcillosos, baja permeabilidad, así como la intensa actividad sismo-tectónica en la región y elevados índices pluviométricos, hacen que este fenómeno sea muy común y se convierta en un peligro latente, capaz de generar grandes riesgos no solo en la actividad minera sino en otros sectores del territorio. Un catalizador de este fenómeno es la propia actividad minera, que deja descubierta grandes áreas, sin cobertura vegetal, y genera taludes con grandes pendientes. c) Erosión. Es un fenómeno muy difundido en el yacimiento Punta Gorda. Es un proceso, que aunque se produce de forma natural en la potente corteza laterítica, se ha visto incrementado por la actividad antrópica, vinculada a la minería a cielo abierto y a la deforestación. La erosión laminar, que se desarrolla sobre la superficie de la corteza laterítica, arrastra las partículas fundamentalmente hacia la zona norte del yacimiento, donde el relieve en menos elevado, además de dirigirse hacia los cauces de los drenes naturales representados por el río Yagrumaje, Los Lirios y el arroyo la Vaca. Se observa además, un amplio desarrollo del acarcavamiento, que aumentan sus dimensiones rápidamente en el tiempo (figura 2.6). La dirección de las cárcavas está condicionada fundamentalmente por las condiciones estructurales de los suelos residuales. 38 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Figura 2.6. Procesos erosivos en taludes del yacimiento Punta Gorda (cortesía de subdirección de minas de UBM Ernesto Che Guevara). d) Sismicidad. Por la posición geólogo-estructural que tiene el municipio de Moa, de estar bordeada por tres zonas sismogeneradoras coincidentes con fallas profundas que constituyen límites entre o interplacas, lo ubican dentro del contexto sismotectónico de Cuba Oriental (Oliva et al, 1989). Estas tres zonas son: - Zona sismogeneradora Oriente: Está asociada a la falla transcurrente Bartlett-Caimán de dirección este-oeste. Constituye el límite entre la placa Norteamericana y Caribeña. A esta zona corresponde la más alta sismicidad de toda Cuba y con ella se encuentran asociados los terremotos de mayor intensidad con epicentros en el archipiélago cubano. La intensidad máxima pronóstico promedio para la zona es de VIII grados en la escala MSK, llegando hasta IX en el sector Santiago-Guantánamo. La magnitud máxima es de 8 grados en la escala Richter. - Zona sismogeneradora Cauto-Nipe: Está asociada a la zona de fractura de igual nombre, con dirección suroeste-noreste desde las inmediaciones de Niquero hasta la bahía de Nipe. Constituye un límite ínter placa, que separa al Bloque Oriental Cubano del resto de la isla. La potencialidad sísmica de esta zona alcanza los 7 grados en la escala Richter, mientras que la intensidad sísmica, según el mapa complejo de la Región Oriental de Cuba señala valores entre VI y VII grados MSK. - Zona sismogeneradora Sabana: Se encuentra asociada a la falla Sabana (falla Norte Cubana) o zona de sutura entre el Bloque Oriental Cubano y la Placa Norteamericana. La potencialidad sísmica es variable en el rango de VI a VII grados MSK, alcanzando sus máximos valores hacia su extremo oriental. Los principales focos sísmicos de la zona se localizan en los puntos de intersección de ésta con las fallas de dirección noreste y noroeste que la cortan. 39 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral e) Actividad antrópica. La actividad antrópica desarrollada en el yacimiento Punta Gorda esta representada por la actividad minera. La minería se desarrolla en varias etapas que afectan en mayor o menor grado el entorno. Primeramente se desarrollan actividades de destape de las menas lateríticas, eliminando la cobertura vegetal. En esta etapa, y producto a las grandes precipitaciones, se generan arrastres de grandes volúmenes de sedimentos hacia los cauces de los ríos y arroyos. Luego continúa la actividad extractiva, que genera una cantidad considerable de taludes con pendientes elevadas, relacionados con los frentes de explotación y la construcción de caminos mineros. Además, otro de los elementos negativos es la formación de embalses de aguas en áreas internas del yacimiento. Como actividad paralela, se realiza la formación de escombreras, con los materiales estériles donde se desarrolla el proceso de reforestación y restauración. Sin embargo, en ocasiones estos sitios no se construyen con parámetros de altura, pendiente de los taludes y compactaciones muy óptimas para su conservación en el tiempo. No obstante, como política ambiental, se le ha prestado mayor atención en los últimos años, mejorando los parámetros de construcción y aumentando las áreas reforestadas, disminuyendo de esta forma la exposición de las áreas a los agentes erosivos. Conclusiones. x Las condiciones geológicas del yacimiento, caracterizadas por la presencia, en superficie, de cortezas lateríticas ferroniquelíferas residuales y redepositadas, en las cuales se manifiesta agrietamiento relíctico e intercalaciones de diques de arcillas formadas por descomposición de gabros, y por la presencia de un substrato rocoso formado por peridotitas serpentinizadas y en menor medida por gabro, intensamente tectonizados, se convierten en factores condicionales para el desarrollo procesos erosivos y de deslizamientos. x La caracterización hidrogeológica del área de estudio dada por la presencia de un acuífero agrietado en el contacto corteza laterítica-substrato rocoso, y por horizontes de suelo con gran capacidad de almacenaje, con baja permeabilidad condicionan en gran medida la ocurrencia de inestabilidades en taludes y laderas del yacimiento. 40 �Tesis Doctoral Figura 2.2. Plano litológico del substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). Quintas et al (2002). Y. Almaguer Carmenates 41 �CAPITULO III �Y. Almaguer Carmenates CAPITULO III. Tesis Doctoral METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA. Introducción. En el presente capítulo se describe la metodología aplicada en la investigación para la valoración de los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos. Se parte de criterios de inestabilidad y de una hipótesis de rotura definida a partir de las características propias del yacimiento y de los factores que influyen en las inestabilidades observados en las campañas de reconocimiento e inventario de los movimientos. Se describe el procedimiento utilizado en el análisis de cada factor condicionante y el método y modelo estadístico empleado en la valoración de la influencia de cada factor sobre el desarrollo de deslizamientos y la obtención del plano final de susceptibilidad. Criterios de inestabilidad. Cada superficie de rotura en la corteza laterítca condiciona la destrucción de la ladera o talud. Este fenómeno ocurre fundamentalmente por efecto de la gravedad, y solo es posible cuando el componente de dislocación de dicha fuerza supera la resistencia del suelo en su conjunto, o cuando resulta alterado el equilibrio límite (W c � V tan M ) por las superficies preexistentes o potenciales (Sowers et al, 1976; Lomtadze, 1977). En este caso el factor de seguridad será menos que uno, es decir: 1 FS c � tan M ¦ V ¦W Donde FS es el factor de seguridad igual a la relación entre las fuerzas resistentes al movimiento y la suma de las fuerzas movilizadoras a lo largo de la superficie de deslizamiento. De lo dicho anteriormente se desprende que en toda ladera o talud, obligatoriamente actúan los esfuerzos de ruptura debido a las fuerzas gravitacionales, no obstante, en estas condiciones no siempre pueden formarse deslizamientos porque requieren de ciertas causas de alteración del equilibrio de las masas de rocas y la acción del efecto de las fuerzas de ruptura (Lomtadze, 1977). Las principales causas condicionales de inestabilidades se enumeran a continuación: x Aumento de la pendiente del talud o ladera por cortes, laboreo o derrubio. x Disminución de la resistencia de las rocas a consecuencia del cambio de su estado físico, al humectar, hinchar, descompactar, erosionar, alterar su constitución natural, así como el desarrollo de fenómenos de flujos subterráneos en las rocas y suelos. 42 �Y. Almaguer Carmenates x Tesis Doctoral La acción de las fuerzas hidrostáticas e hidrodinámicas sobre las rocas y suelos que causan el desarrollo de deformaciones de filtración (erosión subterránea, abultamiento del suelo, transición al estado de fluencia, etc.) x La variación del estado tensional de las rocas y suelos en la zona de formación de la ladera o construcción del talud. x Los efectos exteriores: sobrecarga de la ladera o talud, así como de sus tramos adyacentes a sus bordes, las oscilaciones microsísmicas y sísmicas, etc. Tomando como base los elementos citados anteriormente y la experiencia manifiesta sobre el conocimiento de los deslizamientos en el área del yacimiento Punta Gorda, se parte de una hipótesis de trabajo para realizar el análisis de susceptibilidad a la rotura por deslizamiento que permite orientar la selección de los parámetros que caracterizan las laderas así como su tratamiento y posterior interpretación. La hipótesis parte de un modelo con las siguientes condiciones (Almaguer, 2005): x La base de los taludes y las laderas está constituido por un substrato rocoso impermeable compuesto por rocas ultrabásicas serpentinizadas y en menor medida por básicas. Sobre éste yace, en la mayor parte del yacimiento, una corteza laterítica residual y en el resto del área, de forma discordante, una corteza laterítica redepositada. De forma intercalada, aparecen arcillas, formadas a partir de la meteorización de gabros. x Las cortezas lateríticas, por sus propiedades físicas y composición mineralógica, presentan gran capacidad de almacenaje, acumulando considerables cantidades de aguas que son trasmitidas muy lentamente, manteniéndose con alta humedad durante todo el año. Esta situación aumenta el peso, las presiones intersticiales en los poros y disminuye las propiedades resistentes de los suelos. x Las condiciones estructurales del sistema roca-suelo, junto a las propiedades geomecánicas, determinan los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el yacimiento. De esta forma, en los lugares que converjan todas estas condicionantes, fallas, intenso agrietamiento, altas subpresiones en la corteza y presencia de intercalaciones de arcillas formadas a partir de la descomposición de gabros, se deben manifestar roturas o inestabilidades. 43 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Factores condicionantes utilizados en el análisis de susceptibilidad. Teniendo en cuenta los criterios de inestabilidad y los factores condicionantes, sobre la base de los reconocimientos de campo, la experiencia y las consultas con los especialistas de la Unidad Básica Minera Ernesto Guevara, se seleccionaron los factores utilizados en el análisis de susceptibilidad para su tratamiento mediante técnicas estadísticas [tabla 3.1]. La utilización combinada de estos factores genera un plano residual, que explica que lugares son mas o menos susceptibles al desarrollo de deslizamientos, a cada uno se le asigna un valor o significado, por su influencia de favorecer o reducir la posibilidad de rotura de los taludes y laderas, en función de la cantidad de área ocupada por deslizamientos en las clases de cada factor. Por el tamaño del área del yacimiento (8.75 Km2), el grado de estudio, las características de la información de base y del sistema Hardware-Software se utilizó como escala de trabajo 1:2 000. Los factores utilizados en el análisis de susceptibilidad y comparados con el inventario de movimientos son (Almaguer 2005, 2005a, 2005b): 1. Factor litológico. 2. Factor estructural. 3. Factor hidrogeológico. 4. Factor geotécnico. 5. Factor geomorfológico. 6. Factor de uso de suelo. Tabla 3.1. Relación de factores utilizados en el análisis de susceptibilidad. Características FACTORES DE INTERNOS Factor litológico Grupos lito-estructurales Factor tectónico Fallas, grietas, diques Propiedades físico- mecánicas, intrínsecas Factor geotécnico ANÁLISIS DE tipo de suelo, factor de seguridad. SUSCEPTIBILIDAD Características DEL TERRENO A extrínsecas Factor geomorfológico LA ROTURA Pendiente umbral de deslizamientos Subpresión de la corteza EXTERNOS Factor hidrogeológico laterítica, nivel freático, gradiente critico. Factor de uso actual del suelo Uso de suelo Inventario de deslizamientos. El inventario se confeccionó a partir de varias campañas de reconocimiento, a escala 1:2 000, ejecutadas desde el año 1997, en las cuales se describieron todos los deslizamientos desarrollados en el área del yacimiento Punta Gorda. Para esto se recorrieron las áreas minadas y no minadas, las áreas reforestadas, y los cauces de los ríos Los Lirios, Yagrumaje y arroyo 44 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral La Vaca. Para perfeccionar el cartografiado de los movimientos, fundamentalmente los de mayor extensión, se utilizó la técnica de interpretación fotogeológica con fotos a escala 1:36 000, utilizando los siguientes criterios de reconocimiento: 1- Laderas de altas pendientes con depósitos extensos de suelo y rocas es los pies de las mismas. 2- Presencia de líneas nítidas relacionadas con escarpes. 3- Superficies onduladas formadas por el deslizamiento de las masas de suelo desde los escarpes. Formas topográficas onduladas no naturales semejantes a una concha. 4- Depresiones elongadas. 5- Acumulación de detritos en canales de drenajes y valles. 6- Presencia de tonos claros donde la vegetación y el drenaje no han sido restablecidos. 7- Cambios bruscos de tonos claros a oscuros en las fotografías (tonos oscuros indican zonas húmedas). 8- Cambios bruscos de la vegetación, indicando variaciones en una unidad de terreno. Para facilitar la documentación de los deslizamientos en los taludes y laderas se confeccionó una ficha en la cual se incluye la ubicación geográfica del punto, las dimensiones de los deslizamientos y del talud, la pendiente del escarpe del movimiento y del talud, las condiciones hidrogeológicas y tectónicas. Además, se incluye el tipo de material rocoso, la potencia y yacencia y un croquis del deslizamiento [Anexo II, tabla 2.1]. Factor litológico. En el análisis del factor litológico, se trabajó a partir de la clasificación de las rocas, propuesta por Nicholson y Hencher (1997), de acuerdo a grupos lito-estructurales, teniendo en cuenta sus susceptibilidades, resistencia y características litológicas [tabla 3.2]. El yacimiento se clasificó en cuatro clases de grupos lito-estructurales: roca debilitada tectónicamente representado por rocas ultrabásicas serpentinizadas y rocas básicas; roca con apariencia de suelo con estructura de la roca original representada por la corteza laterítica residual; roca con apariencia de suelo con estructura sedimentaria representada por la corteza laterítica redepositada y materiales granulares representada por los sedimentos aluviales. Factor estructural. Las estructuras seleccionadas para el análisis de este factor fueron las grietas, fallas y diques de gabros. Las grietas fueron medidas en cada afloramiento natural o artificial y en los cauces de los ríos y arroyos presentes en el área del yacimiento. Además de obtener los elementos de yacencia (5200 mediciones), se midieron varios parámetros como abertura, espaciamiento, 45 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral tipo de relleno, consistencia del relleno, continuidad, condiciones hidrogeológicas y característica de la superficie de la grieta. Tabla 3.2. Caracterización de los grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda (modificado de Nicholson y Hencher, 1997). Factor litológico Grupos litoestructurales litologías 1 Roca debilitada tectónicamente Rocas ultrabásicas serpentinizadas. Rocas básicas (gabro) 2 Roca con apariencia de suelo con estructura de la roca original Corteza laterítica residual 3 Roca con apariencia de suelo con estructura sedimentaria Corteza laterítica redepositada 4 Materiales granulares Sedimentos aluviales (grava, arena y arcilla) Características Muy susceptibles a la meteorización (amplio desarrollo de cortezas de intemperísmo). Zonas trituradas e intensamente fracturadas con presencia de espejos de fricción y foliación secundaria. Se manifiestan caídas de bloques, vuelcos y roturas en cuña. Se comportan como rocas acuíferas. Susceptibles a procesos de erosión laminar y en cárcavas. El deterioro primario ocurre como lavado superficial y arrastre de granos con flujos de detritos, y deslizamientos como modos secundarios. Los mecanismos secundarios están controlados, principalmente, por la estructura relíctica de la roca original y en menor medida por las propiedades físico-mecánicas de los materiales. Presenta gran capacidad de almacenaje de agua, aunque la trasmiten muy lentamente. Susceptible a procesos de erosión laminar y en cárcavas. Los mecanismos secundarios están controlados por las propiedades físico-mecánicas de los materiales. Presenta gran capacidad de almacenaje de agua, aunque la trasmiten muy lentamente. Son susceptibles a la erosión fluvial. La información de las fallas se obtuvo de varias investigaciones realizadas en el área, reconocimiento de campo, análisis fotogeológico y por procesamiento del modelo digital del terreno (MDT) de superficie y del relieve del substrato rocoso. Este último sirvió para detectar estructuras enmascaradas por los procesos denudativos de superficie. Los diques de gabros o de arcillas formadas a partir de estas rocas, se documentaron en cada afloramiento, midiendo en todos los casos los elementos de yacencia. La información de los elementos de yacencia del agrietamiento y los diques, se utilizó en el análisis de los mecanismos y tipologías de movimientos de masas. La técnica empleada para este análisis fue la proyección estereográfica, que permitió comparar la posición relativa de las familias de grietas del macizo con respecto a la dirección e inclinación de las laderas y taludes. El plano utilizado en el análisis de susceptibilidad, es el resultado de la aplicación de un buffer de 200 m a partir de las disyuntivas con desplazamiento presentes en el área del yacimiento. 46 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Factor hidrogeológico. Para evaluar la influencia de las condiciones hidrogeológicas sobre el desarrollo de deslizamientos se analizaron varias variables como el nivel de aguas subterráneas, la dirección y gradiente de los flujos, y las subpresiones de la corteza laterítica. Para el análisis del nivel de aguas subterráneas se confeccionó el plano de hidroisohipsas del yacimiento Punta Gorda clasificado en 6 clases: 0m, 5m, 10, 15m, 20m y 25m. Este sirvió además para el análisis del gradiente hidráulico y la dirección de los flujos en el acuífero agrietado de las serpentinitas. Un fenómeno muy relacionado con el comportamiento hidráulico del suelo y común en el área de estudio, es el sifonamiento o tubificación, que es la formación de aberturas o conductos debido a la erosión interna del suelo en sentido contrario a la dirección de los flujos de aguas subterráneos. En este proceso juega un papel decisivo el gradiente crítico, definido como el valor máximo del gradiente en un suelo saturado, por encima del cuál se produce sifonamiento (Sowers et al 1976; Penson, 1994). Para un flujo en un suelo la presión neutra y total es: J W �ZW � Z S � 'h � u V J W ZW � JZ S Como en el instante de la agitación del suelo e inicio de la erosión interna ı = u, J W ZW � J W Z S � J W 'h J W ZW � JZ S J W 'h JZ S � J W Z S iC 'h ZS Z S �J � J W � J � JW JW Donde: ı: presión total. u: presión neutra o de poros. ȖW: peso específico del agua. ȖS: peso específico del suelo. Z: potencia del agua La subpresión presente en la corteza laterítica, se determinó a partir de los valores del nivel de afloramiento del agua subterránea y del nivel de estabilización de la misma. Con las coordenadas de los pozos y los valores de presión se generó un plano de isolíneas, dividido en cuatro clases principales: presión nula (0 m), presión baja (2 m), presión alta (4 m) y presión muy alta (> de 6 m). 47 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Factor geotécnico. En la investigación se utilizaron varias propiedades físico-mecánicas de los suelos y rocas, tales como: granulometría, límites de Attemberg, humedad, peso específico, cohesión, fricción interna y porosidad. Una de las aplicaciones de las propiedades antes citadas, fue el cálculo de la colapsabilidad de los horizontes ingeniero-geológicos (Compagnucci et al, 2001), mediante la aplicación de tres métodos: 1. Método de Denisov o Coeficiente de subsidencia. KD eLL e El suelo se considera colapsable si: 0,50 � KD � 0,75 2. Método del Código Soviético de Construcción. KS e � eLL 1� e El suelo se considera colapsable si: S � 60% y KS > -0,1 3. Método de Gibbs o Relación de Colapso. KG HS LL El suelo se considera colapsable si: KG > 1 Donde: eLL: relación de vacíos en el límite líquido. eLL PER �1 PEALL PER: peso específico real. PEALL: peso específico en el límite líquido. PEALL PER u 100 �PER u LL � � 100 HS: contenido de humedad al 100% de saturación. HS 100 e PER S: saturación o humedad natural. S H PER e e: relación de poros. LL: límite líquido. La aplicación de estos métodos de colapsabilidad, permiten profundizar en el conocimiento de los mecanismos de rotura desarrollados en el área de estudio, teniendo en cuenta que 48 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral horizontes ingeniero-geológicos colapsan y cuales no, bajo las condiciones naturales en que se encuentran. Análisis del factor de seguridad. Los métodos de cálculo, para analizar la estabilidad de un talud, se pueden clasificar en dos grandes grupos: métodos de cálculo en deformaciones y los de equilibrio límite. Los primeros consideran las deformaciones del terreno, además de las leyes de la estática. El segundo grupo, se basa exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de una masa de terreno potencialmente inestable, sin tener en cuenta las deformaciones del terreno. En los métodos de equilibrio límite, se destacan lo métodos exactos, cuya aplicación proporciona una solución exacta del problema, con la salvedad de las simplificaciones propias del método de cálculo que considera la ausencia de deformaciones y un factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura, siendo posible su uso en casos de superficies con geometría sencilla, como la rotura planar y en cuña. El otro grupo son los métodos no exactos, en los casos en que la geometría de la superficie de rotura, no permite obtener una solución exacta del problema, mediante la aplicación de las leyes de la estática. En estos métodos se distinguen, los métodos que consideran el equilibrio global de la masa deslizante y los métodos de dovelas, que consideran a la masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales. Justamente estos métodos, son los utilizados en la investigación para el cálculo del factor de seguridad. Los métodos de equilibrio límite, están ampliamente avalados por la práctica. Se conocen sus límites y sus grados de confianza, donde la seguridad del talud, se cuantifica por medio del factor de seguridad, que se define como el cociente entre la resistencia al corte en la superficie de deslizamiento y la resistencia necesaria para mantener el equilibrio estricto de la masa deslizante. Para el análisis de estabilidad de taludes mediante el cálculo del factor de seguridad se empleó el programa STABLE (Purdue University, 1988), que permite obtener soluciones a los problemas de estabilidad de taludes en dos dimensiones, a través del método de las dovelas, mediante una adaptación del método de Bishop simplificado, Jambú y Spenser, que admite el análisis de superficies irregulares, además de las roturas circulares, generadas de forma aleatoria o definidas por el usuario, proporcionando de forma geométrica, las superficies de deslizamiento pésimas, con sus respectivos factores de seguridad. En los métodos de cálculo, 49 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral se supone que la resistencia intrínseca al corte o tensión tangencial máxima, en un punto de la superficie de deslizamiento, sigue la ley lineal de Mohr-Coulomb: W c � V tan M Donde: W: Tensión máxima tangencial, en un punto de la superficie de rotura. V: Tensión normal a la superficie de rotura en un punto considerado. M: Ángulo de fricción interna en la superficie de rotura. c: Cohesión. Además del método anteriormente descrito, se aplicó el cálculo del factor de seguridad para el área del yacimiento adoptándose un modelo de deslizamiento con superficie planar en talud infinito y sin la información del nivel de agua en el talud. En estas condiciones se considera un perfil de alteración típico de meteorización, con substrato rocoso formado por rocas serpentinizadas, una corteza laterítica de baja permeabilidad y en la parte superior un horizonte de mayor permeabilidad. La superficie de rotura se considera en el contacto rocacorteza laterítica, según las observaciones de campo en la región de estudio. Este modelo de rotura es uno de los más usados por investigadores en regiones montañosas tropicales (Terzaghi, 1950; Matos, 1974; Wolle et al., 1978; Dos Santos et al, 2005). De acuerdo al modelo, el factor de seguridad (FS) se obtiene por la ecuación siguiente: FS c � J u cos 2 i u tan M J u Z u cos i u seni Donde: FS: Factor de seguridad. C: Cohesión. J: Peso específico del suelo. M: Ángulo de fricción interna del suelo. Z: Profundidad de la zona de ruptura. i: Pendiente de la ladera o talud. El plano temático, incluido en el análisis de susceptibilidad, es el de tipo de suelo, clasificando, los materiales presentes en el yacimiento a través del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Factor geomorfológico. El elemento geomorfológico utilizado es la pendiente del terreno. El plano se realizó a partir del MDT del relieve actual del yacimiento, en el que se incluyen las áreas modificadas por la actividad minera. Los intervalos de pendiente seleccionados, se tomaron sobre la base de la 50 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral experiencia adquirida sobre este factor en los reconocimientos de campo en el área. De esta forma se presenta un plano clasificado en cuatro clases, 0o-9o (H:5,75:V:1), 10o-19o (5,75:1– 2,75:1), 20o-40o (2,75:1–1,40:1) y mayor de 40o (1,40:1). La influencia de la pendiente sobre el desarrollo de deslizamientos, se determina comparando la cantidad de movimientos y la longitud de los escarpes de los deslizamientos desarrollados por cada clase de pendiente. Factor de uso de suelo. El plano de uso de suelo del yacimiento se confeccionó a partir del Plano Progreso de las Actividades Mineras y confirmado por reconocimiento de campo y un análisis auxiliar de fotografías aéreas. Está dividido en cuatro clases fundamentales: áreas minadas, áreas de depósitos de mineral, áreas reforestadas y áreas de vegetación natural. Se dividen las zonas de vegetaciones naturales y reforestadas por su influencia en la estabilidad de la corteza, mediante mecanismos hidrológicos y mecánicos. Los hidrológicos comprenden la capacidad de infiltración en el suelo, la humedad del suelo, la evapotranspiración, etc., mientras que los mecánicos traducen el aumento de resistencia que proporcionan las raíces y la protección frente a la erosión (Geenway, 1987; Mulder, 1991). La vegetación puede influir de manera beneficiosa o adversa en la estabilidad de las laderas, dependiendo de cómo actúen los mecanismos mencionados (Baeza, 1994). Un ejemplo de ello es que mientras las raíces aumentan la resistencia del suelo, al mismo tiempo favorecen una mayor infiltración del agua de lluvia. Metodología de valoración de la susceptibilidad a la rotura mediante el análisis estadístico. El análisis estadístico está basado en la relación observada entre cada factor condicionante analizado y la distribución espacial o temporal de los deslizamientos. La fortaleza funcional del método aplicado es directamente dependiente de la calidad y cantidad de los datos disponibles para el análisis. La aproximación estadística puede ser aplicada siguiendo diferentes técnicas las cuales difieren en el procedimiento estadístico aplicado (univariado o multivariado) y del tipo de unidad de terreno utilizada. La técnica estadística aplicada en la investigación es el análisis condicional, que aunque es simple conceptualmente, no lo es operacionalmente; intenta evaluar la relación probabilística entre los factores condicionantes relevantes seleccionados y la ocurrencia de deslizamientos en el área del yacimiento Punta Gorda. El basamento teórico parte del teorema de Bayes (Parzen, 1960), conforme al cual los datos de frecuencia, tales como área de deslizamientos o cantidad 51 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral de deslizamientos, pueden ser usados para calcular probabilidades que dependen de la ocurrencia de eventos previos. El análisis condicional, que fue usado por primera vez en la exploración de minerales sólidos e hidrocarburos, puede ser aplicado clasificando el área de estudio en unidades de condiciones únicas (UCU) (Carrara, 1995). La frecuencia de deslizamientos se determina: LF = Área de deslizamientos / Área de UCU Como se mencionó anteriormente, de acuerdo al teorema de Bayes, LF es igual a la probabilidad condicional (P) de ocurrencia de deslizamientos (L) dado por el grupo de factores condicionantes, obteniéndose UCU, es decir: P(L¨UCU) = Área de deslizamientos / Área de UCU Por comparación de las diferentes probabilidades condicionales de los diferentes factores para el área de investigación, con la probabilidad de deslizamiento media para el área total de trabajo (ER), es decir: P(LER) = Área de deslizamientos / Área total ER Es posible clasificar el área de trabajo en zonas de niveles diferentes de susceptibilidad, y más tarde reclasificado en clases apropiadas. Modelo estadístico empleado. A partir de la base teórica del teorema de Bayes, y bajo varias aproximaciones probabilísticas, se seleccionó la siguiente ecuación para la valoración de las clases de los diferentes factores usados en el análisis de susceptibilidad (Almaguer, 2005): Vc ª 1 § Xl X « ¨¨ u ¬« Gl © Yl Y · Xn X ·º ¸¸ � ¦ §¨ u ¸» u 1000 © Yn Y ¹»¼ ¹ Donde: Vc: valor de la clase analizada. Xl: área ocupada por deslizamientos en la clase lito-estructural. Yl: área de la clase del grupo lito-estructural. Gl: área ocupada por cuerpos de gabros en la clase lito-estructural. Xn: área ocupada por deslizamientos en la clase analizada. X: área total ocupada por deslizamientos. Yn: área de la clase analizada. Y: área total de la zona de estudio. 52 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral En la figura 3.1 se muestra la aplicación del análisis condicional en ambiente SIG para la caracterización de los planos temáticos de factores condicionantes y posterior valoración de susceptibilidad. La valoración de todos los factores se realizó en función de la cantidad de área ocupada por deslizamientos en cada clase, sin embargo, en el caso del factor litológico se realizó un análisis adicional, debido a la particularidad que presenta el yacimiento de poseer, además de las litologías aflorantes en superficie, la presencia de cuerpos de gabro, tanto en el substrato como intercalados en la corteza laterítica, de manera que fue preciso incluir la influencia de estos cuerpos en el análisis de susceptibilidad. Una vez valoradas todas clases de los factores analizados, se procedió a la conversión en formato raster con tamaño de celda de 5x5 m [figura 3.2] y la posterior reclasificación de cada plano temático mediante el análisis de cluster, que es una técnica estadística multivariada, que se usa para identificar o clasificar características similares en un grupo de observaciones. De esta forma se determinaron las clases de susceptibilidad para cada factor, para las combinaciones entre estos y para la obtención del plano final de susceptibilidad. Plano temático de factor condicionante Atributos Clases Clase 2 Clase 1 Area (Km2) 1 Y1 2 Y2 3 Y3 Clase 3 Plano inventario de movimientos de masas 2 Clase 1 Clase 2 Clases Area Area ocupada (Km2) por Mov. (Km2) 2 Clase 3 Atributos Movi. 1 Atributos 1 1 Y1 A1 2 Y2 A2 3 Y3 0 Area (Km2) 1 A1 2 A2 Figura 3.1. Procedimientos para la caracterización y combinación de factores condicionantes mediante técnicas SIG, a través del análisis de probabilidad condicional. La metodología aplicada en la investigación, se resume en la figura 3.3 y Anexo II [figura 2.1], donde se presenta la estructura del SIG implementado y el orden lógico de los procedimientos para la obtención del plano final de susceptibilidad. 53 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Plano temático de factores condicionantes. Formato Vectorial RASTERIZACION (5X5 m) Transformación en form ato raster. Tamaño de celda 5x5 m. Plano de suceptibilidad de factores condicionantes. Formato Raster Reclasificación de los planos temáticos a partir del valor de las clases obtenido en el análisis de probabilidad condicional Obtención de los planos de susceptibilidad de cada plano temático Figura 3.2. Proceso de rasterización y reclasificación para la obtención de planos de susceptibilidad de factores condicionantes. METODOLOGIA DE EVALUAC IÓN DE SUSCEPTIBILIDAD Obtención de la información de base Informes y trabajos precedentes Reconocimiento de campo Análisis de fotografías aéreas Caracterización de la zona de estudio: - Litología (grupos lito-estructurales) - Estructura del macizo rocoso (fallas, grietas, diques, foliación) - Geomorfología (pendiente umbral de deslizamiento) - Geotécnia (tipo de suelo, propiedades físico mecánicas, factor de seguridad) - Uso de suelo - Hidrogeología (subpresiones de corteza, permeabilidad) Inventario de deslizamientos. Procesamiento de la información Digitalización de la información de base Implementación del SIG Establecimiento del método estadístico a aplicar para la valoración de los factores Preparación y montaje en el SIG de planos temáticos: - Plano lito-estructural - Plano de buffer de fallas - Plano de pendiente umbral - Plano de tipo de suelo (SUCS) - Plano de uso de suelo - Plano de subpresiones de la corteza - Plano inventario de deslizamientos - Procesamiento e interpretación de datos estructurales. Obtención de diagramas de contorno y planos principales de las diferentes estructuras. - Procesamiento e interpretación de propiedades físico-mecánicas de los suelos. Estadistica bivariable. Método de análisis de probabilidad condicional Determinación de los mecanismos y tipologías de movimientos presentes en el yacimiento Selección del modelo mas adecuado para la evaluación de suceptibilidad Calculo del factor de seguridad Obtención del plano de suscceptibilidad del terreno a la rotura por la ocurrencia de deslizamientos Figura 3.3. Metodología empleada en la evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura. 54 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Conclusiones. x La metodología empleada en la investigación, parte de criterios de inestabilidad, en los cuales se declaran los factores que inciden en las inestabilidades y las condiciones en las cuales se desarrollan. Esto sirve de punto de partida para el análisis de susceptibilidad. x Los factores que inciden en las inestabilidades, empleados en la valoración de la susceptibilidad son las características lito-estructurales y tectónicas del macizo rocoso, condiciones hidrogeológicas caracterizadas por los niveles de aguas subterráneas, gradientes hidráulicos y las subpresiones de la corteza laterítica, las pendientes del terreno, condiciones geotécnicas y el uso de suelo en el área del yacimiento. x Para valorar la influencia de los factores condicionales sobre el desarrollo de deslizamientos, el método probabilístico de análisis condicional es apropiado debido a la escala de trabajo (1:2 000), las características de la información y el grado de estudio del yacimiento desde el punto de vista ingeniero-geológico e hidrogeológico. 55 �CAPITULO IV �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral CAPITULO IV. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA EN EL YACIMIENTO PUNTA GORDA. Introducción. Para evaluar el grado de susceptibilidad del terreno frente a los deslizamientos existen diversas aproximaciones basadas, la mayor parte de ellas, en la determinación de los factores que influyen en la aparición de las roturas. En general, estos factores se combinan para definir los distintos grados de susceptibilidad, expresándose los resultados de forma cartográfica mediante los mapas o planos de susceptibilidad. La clasificación de los métodos empleados para evaluar la susceptibilidad a la rotura de una ladera, así como para la realización de mapas, varían según los autores (Hansen, 1984; Hartlén y Viberg, 1988; Corominas, 1987 y 1992; Van Westen, 1993 y 1994; Carrara et al., 1995; y Leroi, 1996). Aunque existen diversas técnicas de estimación, todas ellas se basan en el principio del actualismo. El principio expresado según Varnes (1984) afirma que “el estudio del pasado y del presente es la clave de lo que puede ocurrir en el futuro”. En referencia a los deslizamientos, significa que las roturas que pueden ocurrir en un futuro, es probable que lo hagan en las mismas condiciones en que ocurrieron los deslizamientos antiguos o actuales. En el presente capitulo nos referiremos a los resultados del análisis de los factores condicionantes y su influencia sobre las inestabilidades, y la aplicación de los métodos estadísticos en la cartografía de susceptibilidad del terreno al desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda. Descripción y cartografía de los deslizamientos. Los primeros trabajos realizados, con vista al análisis de la susceptibilidad del terreno, fueron de reconocimiento del área del yacimiento para ubicar y caracterizar los deslizamientos existentes y crear el plano de inventario de los mismos [figura 4.1]. A continuación se presenta una síntesis de las características de los movimientos registrados: Deslizamiento 1. Ocupa un área de 0,0489 Km2, la dirección del movimiento es hacia el oeste. Tiene longitud máxima de 240 m y ancho de 255 m. La corona del deslizamiento se encuentra en los bloques de explotación N-46 y O-46 y afecta además a los bloques N-45 y O-45. Se desarrolla en corteza laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los lirios. El escarpe principal coincide con zona de subpresiones moderadas (2 m) de la corteza laterítica. Se encuentra a 70 m de una falla de dirección noreste-suroeste. 56 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Tipología: presenta un gran componente de deslizamiento planar, con presencia de familia de grietas (228o/40o) en sentido aproximado de la dirección del movimiento. La corona presenta forma triangular por la intersección de dos familias de grietas: 125o/90o y 222o/89o. Deslizamiento 2. Abarca un área de 0,0472 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noroeste. Tiene longitud máxima de 260 m y ancho de 244 m y se encuentra en el bloque P-45. Se desarrolla en corteza laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los Lirios. El movimiento ocurrió en zona de subpresiones moderadas (2 m) en la corteza y el escarpe se desarrolla sobre una falla de dirección noreste-suroeste. Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias de grietas: 222o/89o y 248o/40o. Deslizamiento 3. Abarca un área de 0,0127 Km2 y la dirección de movimientos es hacia el oeste. Tiene longitud máxima de 105 m y ancho máximo de 140 m. Se encuentra en el bloque Q-45. Se desarrolla en corte laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los Lirios. Ocurre en zona de subpresiones moderadas de la corteza y el escarpe se encuentra a 100 m de una falla de dirección noreste-suroeste. Tipología: componente de rotura planar por familia de grietas 228o/40o. Deslizamiento 4. Presenta un área de 0,0321 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noroeste. Tiene longitud máxima de 225 m y ancho máximo de 190 m. La corona se encuentra en el límite del bloque R-45 con los bloques R-46 y Q-45 y afecta además el sureste R-45. Se desarrolla en corteza laterítica residual. El borde derecho del escarpe coincide con valores altos de subpresiones (4 m) en la corteza. El escarpe además se encuentra a 90 m de una falla de dirección noreste-suroeste. Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias de grietas: 222o/89o y 248o/40o. Deslizamiento 5. Abarca un área de 0,0213 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Tiene longitud máxima de 190 m y ancho máximo de 170 m. Se encuentra al noroeste del bloque R-46. Se desarrolla en corteza laterítica residual, donde las subpresiones en la misma son altas (4 m). El escarpe se encuentra a 200 m de una falla de dirección noreste-suroeste. Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias de grietas: 222o/89o y 125o/90o. 57 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Deslizamiento 6. Afecta un área de 0,0126 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el oeste. Tiene longitud máxima de 120 m y ancho máximo de 118 m. Se encuentra en la zona este central del bloque P-49. Se desarrolla en corteza laterítica residual donde las subpresiones son mínimas donde la roca se encuentra a poca profundidad (< 1,5 m). El movimiento esta a 120 m de una falla de dirección norte-sur. Tipología: presenta un gran componente de deslizamiento planar, con presencia de familia de grietas (228o/40o) en sentido aproximado de la dirección del movimiento. El escarpe, presenta forma triangular por la intersección de las familias de grietas: 125o/90o y 222o/89o. Deslizamiento 7. Presenta un área de 0,0182 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste. Tiene longitud máxima de 180 m y ancho máximo de 130 m. Se encuentra en la zona este central del bloque Q-49. Se desarrolla en corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca se encuentra a menos de 1,5 m de profundidad. El escarpe se desarrolló sobre una falla arqueada con dirección del segmento este-oeste y el movimiento coincide con área de presiones mínimas de la corteza. Tipología: rotacional con componente planar, la dirección del movimiento de la masa está controlado por la familia de grietas 61o/47o. Deslizamiento 8. Abarca un área de 0,0128 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Tiene longitud máxima de 170 m y ancho máximo de 100 m. Se encuentra en la zona este central del bloque Q-50. Se desarrolla en corteza laterítica residual donde las subpresiones son mínimas, sin embargo el escarpe coincide con una falla de dirección noroeste y a 50 m de la intersección de esta con otra de dirección norte-noreste. Hay presencia en el perfil de corteza formada a partir de la descomposición de gabros. Tipología: deslizamiento planar a través de la superficie de la familia de grietas de yacencia 61o/47o. Deslizamiento 9. Abarca un área de 0,0078 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el suroeste. Tiene longitud máxima de 110 m y ancho máximo de 90 m. Se encuentra hacia la zona este central del bloque R-51. Se desarrolla sobre corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca se encuentra a menos de 1.5 m de profundidad. Las subpresiones son mínimas en la corteza. El movimiento coincide con una falla de dirección noreste-este. Tipología: rotura planar a través de la superficie de la familia de grietas 248o/40o. 58 �Tesis Doctoral Figura 4.1. Plano inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (escala original 1:2 000). Y. Almaguer Carmenates 59 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Deslizamiento 10. Presenta un área de 0,020 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el sur-sureste. Tiene longitud máxima de 200 m y ancho máximo de 140 m. Se encuentra hacia la zona este central del bloque Q-52. Se desarrolla sobre corteza laterítica residual donde las subpresiones son mínimas. El escarpe se desarrolla sobre una falla de dirección noroeste-sureste y el extremo izquierdo sigue el rumbo de una falla de dirección sur-suroeste. Tipología: rotacional. No se manifiesta ninguna otra componente por la intensa trituración. Deslizamiento 11. Abarca un área de 0,0088 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Tiene longitud máxima de 150 m y ancho máximo de 70 m. Se encuentra en el bloque N-49. Se desarrolla en corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca se encuentra a menos de 1,5 m de profundidad. El escarpe se desarrolla en zonas límites entre subpresiones mínimas y moderadas (2 m) y se encuentra a 110 m de una falla de dirección noroeste-sureste. Hay presencia de corteza de gabro en la zona afectada por el deslizamiento. Tipología: rotacional con componente en cuña, controlado por la intersección de dos familias de grietas: 222o/89o y 125o/90o confiriéndole forma triangular a la corona. Deslizamiento 12. Presenta un área de 0,0078 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Tiene longitud máxima de 130 m y ancho máximo de 80 m. Se encuentra en el noroeste del bloque N-50. Se desarrolla en corteza laterítica residual de poca potencia donde el escarpe aparece en zonas límites entre subpresiones mínimas y moderadas (2 m) y coincide con una falla de dirección noroeste. Hay presencia de corteza de gabro. Tipología: rotura planar debido a la presencia de la familia de grietas con yacencia 61o/47o. Deslizamiento 13. Tiene un área de 0,0194 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste. Presenta longitud máxima de 200 m y ancho máximo de 130 m. Afecta los bloques N-50, N-51, O-50 y O-51. Una pequeña porción se desarrolla sobre corteza laterítica redepositada y el resto sobre corteza residual. Su escarpe se desarrolla en zona de subpresiones altas (4 m) en la corteza. Se encuentra a 90 y 200 metros de distancia de dos fallas de dirección noroeste y noreste respectivamente. Tipología: rotura planar a través de la superficie de la familia de grietas 61o/47o. Presenta un componente de cuña, por el extremo derecho, debido a la presencia de la familia de grietas de yacencia 125o/90o. Deslizamiento 14. Abarca un área de 0,0939 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el este. Presenta longitud máxima de 550 m y ancho máximo de 250 m. Afecta los bloques N-55 y N-56 y el 60 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral borde sur del O-56. Se desarrolla en corteza laterítica residual. El escarpe coincide con áreas de subpresiones máximas en la corteza y con una intersección de dos fallas de direcciones noroeste y noreste. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Yagrumaje. Tipología: la tipología inicial es una combinación de movimiento planar-cuña, aunque el movimiento final el material experimenta un giro a través de un centroide, propio de movimientos rotacionales. La superficie de rotura es a través de la familia de grietas 61o/47o, sin embargo, la forma triangular de la corona esta condicionada por la conjunción de dos familias de grietas verticales con yacencia 222o/89o y 125o/90o. Deslizamiento 15. Su área es de 0,0345 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta longitud máxima de 240 m y ancho máximo de 190 m. Afecta el bloque O-56 y el borde sur del P-56. Se desarrolla en corteza laterítica residual. En casi toda su totalidad se desarrolla en zona de subpresiones altas (4 m) de la corteza y coincide con una falla de dirección noreste. Tipología: es una combinación de deslizamiento rotacional-planar, la masa de suelo desplazada, se desliza a través de la superficie de la familia de grieta 61/47. Esta superficie varía el buzamiento, y el conjunto experimenta un giro hasta el final de su trayectoria. Deslizamiento 16. Tiene un área de 0,2384 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el este-noreste. Presenta longitud máxima de 920 m y ancho máximo de 290 m. Afecta los bloques P-53, P-54, P-55, P56, O-53, O-54 y el borde sur de los bloques Q-55 y Q-56. Es el mayor deslizamiento reportado en el yacimiento. Se desarrolla en corteza laterítica residual con intercalaciones de corteza de gabro. Su escarpe principal coincide con zonas de subpresiones moderadas (2 m) de la corteza, sin embargo atraviesa áreas de subpresiones máximas (> 6 m), además, se desarrolla sobre una zona de intersección de fallas con direcciones noreste y noroeste. Tipología: es una gran deslizamiento rotacional, en el cual se manifiesta un componente planar en los escalones principales, por la superficie de la familia de grietas 61o/47o. Deslizamiento 17. Abarca un área de 0,0103 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Presenta longitud máxima de 140 m y ancho máximo de 80 m. Se encuentra en los límites de los bloques S-52 y S-53. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada donde las subpresiones son mínimas. Se encuentra a 230 metros de una falla de dirección noreste. Tipología: deslizamiento rotacional. 61 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Deslizamiento 18. Presenta un área de 0,0198 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta longitud máxima de 180 m y ancho máximo de 150 m. Afecta el bloque Q-54. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada en zonas límites de subpresiones altas (4 m) y muy altas (> 6m). Se encuentra a 120 m de una falla de dirección noreste. Tipología: deslizamiento rotacional. Deslizamiento 19. Su área es de 0,0249 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta longitud máxima de 200 m y ancho máximo de 160 m. Afecta los bloques Q-54, R-54 y el R-55. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada con subpresiones altas (4 m) y a una distancia de 200 m de una falla de dirección noreste. Tipología: deslizamiento rotacional. Deslizamiento 20. Abarca un área de 0,0820 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste. Presenta longitud máxima de 430 m y ancho máximo de 260 m. Afecta los bloques Q-55, R55 y el R-56. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada donde existen subpresiones máximas (> 6 m). El extremo derecho del cuerpo del deslizamiento sigue el rumbo de una falla de dirección noreste. En la zona del escarpe hay intercalaciones de corteza de gabro. Tipología: deslizamiento rotacional. Se reporta un total de 20 deslizamientos, ocupando un área total de 0,8668 Km2, lo que representa un 8,84 % del área total de trabajo [figura 4.1 y anexo III (tabla 3.1)]. Clasificación de los deslizamientos. Los movimientos de laderas y taludes, desarrollados en el área del yacimiento, son fenómenos asociados al mecanismo de rotura de la corteza laterítica y al tipo de desplazamiento de los volúmenes de materiales o de sus partes móviles unidas entre sí, que componen el cuerpo de los movimientos. El conocimiento del mecanismo de las roturas, permiten entender la física del proceso, revelar los esquemas de calculo mas reales y elegir las medidas ingenieriles que permitan debilitar los esfuerzos de dislocación y/o aumentar la resistencia de las rocas. Así, para revelar el mecanismo de los deslizamientos que tienen lugar en el yacimiento Punta Gorda fue necesario un estudio detallado de la estructura y las propiedades físicas y mecánicas de las rocas y suelos y la dinámica de los movimientos. Para realizar la descripción de los movimientos y las definiciones de los distintos mecanismos, se ha tomado como base los trabajos propuestos por Varnes (1978), Lontadze (1982), Hutchinson (1988), WP/WLI (1993), y Cruden y Varnes (1996). 62 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Mecanismos y tipologías de fenómenos gravitacionales en laderas y taludes en el yacimiento Punta Gorda (Almaguer, 2002; Almaguer et al, 2005, 2005a, 2005b): 1. Mecanismos relacionados con caída libre de la roca. x Desprendimientos de rocas. En el yacimiento los fenómenos de desprendimientos de rocas lo podemos dividir en dos tipos: los desprendimientos propiamente dichos y los derrumbes. Estos mecanismos representan un movimiento de ruptura y caída sorpresiva desde taludes, desmontes y laderas abruptas, localizados fundamentalmente en las vertientes de los valles de los ríos Los Lirios y Yagrumaje. En ocasiones en laderas formadas por rocas serpentinizadas, intensamente agrietadas, tiene lugar los fenómenos de derrumbes asociados con la alteración del material rocoso. x Vuelcos. Estos mecanismos tienen lugar en aquellas laderas o cortes de masas de rocas serpentinizadas que generan un eje situado por debajo del centro de gravedad. La fuerza inestabilizadora es la gravedad o también por las accionas hidrodinámicas e hidrostáticas en las grietas. La parte movida se desplaza haciendo un giro o inclinando el movimiento de arriba hacia fuera. El apoyo de las aristas inferiores de deshace, y el mecanismo de desplome es combinado con un movimiento vertical de colapso. Estos movimientos en el yacimiento se observan en laderas compuestas por rocas serpentinizadas, en las cuales existen sistemas de grietas paralelas a la ladera o talud a través de las cuales se infiltran las aguas superficiales rompiendo el equilibrio del sistema. Además, se ha reportado este tipo de movimiento en las cortezas lateríticas residuales y redepositadas en las cuales se manifiesta agrietamiento relíctico o tensional el cuál realiza la misma función que en la roca [anexo III (foto 1)]. 2. Deslizamientos a través de una superficie de fallo definida: se manifiestan ladera abajo de una masa de suelo o roca y tiene lugar a través de una o más superficies de rotura o zonas relativamente delgadas con intensa deformación de cizalla. x Deslizamientos traslacionales. Se le llama deslizamiento traslacional o planar a aquellos que se producen a través de una única superficie plana u ondulada. En el área de estudio se manifiestan en la roca serpentinizada cuando existe una familia de grietas dominante y orientada aproximadamente en el mismo sentido del talud o ladera, a veces estas discontinuidades se relacionan con fallas de sobrecorrimiento de escamas tectónicas en la cual se manifiesta un intenso cizallamiento con espesores mayores de 1m. Este tipo de movimiento también se produce en las cortezas lateríticas residuales o redepositadas, en las cuales la superficie de deslizamiento se encuentra en el contacto roca/suelo, donde el material presenta menos resistencia y a través del cual se mueven las aguas subterráneas [figura 4.2]. Las condiciones determinadas por Hoek y Bray 63 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral (1977) para la ocurrencia de este tipo de rotura se ponen de manifiesto en el yacimiento: - los rumbos del plano del talud o ladera y del plano de deslizamiento son paralelos o casi paralelos, formando entre sí un ángulo máximo de 20 grados. - los límites laterales de la masa deslizante producen una resistencia al deslizamiento despreciable. Figura 4.2. Deslizamiento traslacional desarrollado en corteza laterítica. Carretera Moa– Holguín. (Almaguer, 2002). Figura 4.3. Deslizamiento rotacional desarrollado en corteza laterítica. Carretera Moa– Holguín. (Almaguer, 2002). x Deslizamientos a través de una superficie circular. Los materiales de suelo laterítico se desplazan a través de una superficie de rotura curvilínea o cóncava. Generalmente la masa desplazada se divide en bloques o escalones los cuales experimenta un giro según un eje situado por encima del centro de gravedad de esta. El material de la cabecera de los escalones se inclinan contra la ladera, 64 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral generando depresiones paralelas a la corona del talud o ladera y a través de la cuál se infiltran las aguas superficiales y pueden lograr reactivaciones. Como generalmente hay presencia de agua en estos tipos de movimientos en cortezas lateríticas, la parte frontal del cuerpo del deslizamiento evoluciona como una colada de suelo. En algunos casos este tipo de movimiento se desarrolla en laderas compuestas por roca serpentinizada, en la cuál el espaciado de las grietas es tan pequeño que le confiere un comportamiento tipo suelo [figura 4.3]. x Deslizamientos en cuña. Se llama rotura por cuña a aquella producida a través de dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie del talud o ladera, con la línea de intersección de ambas aflorando en la superficie del mismo y buzando en sentido desfavorable. Este tipo de rotura en el caso del yacimiento, se origina en el macizo rocoso serpentinizado en los lugares que se da la disposición adecuada, en orientación y buzamiento de las discontinuidades, sin embargo, por la existencia de cortezas lateríticas residuales en las cuales se conservan en la mayoría de los horizontes del perfil de meteorización la estructura de la roca este tipo de movimiento se desarrolla igualmente en la corteza [figura 4.4]. Figura 4.4. Deslizamiento en cuña desarrollado en corteza laterítca residual. Yacimiento Punta Gorda. (Cortesía de la subdirección de minas de la empresa Ernesto Guevara). x Deslizamientos combinados. En este tipo de movimiento se conjugan normalmente dos mecanismos; en el caso de las cortezas lateríticas en el área del yacimiento se pueden combinar movimientos traslacionales y vuelco, rotacionales y traslacional, rotacional y flujos de tierras. Siempre el primer mecanismo predomina sobre el segundo. 2. Movimientos de masas de manera desorganizada (movimientos de flujos). Se definen como movimientos continuos desde el punto de vista espacial; las superficies de cizallas 65 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral tienen corta duración y generalmente no se conservan. La masa movida no conserva su forma en el movimiento descendente, tomando formas lobuladas cuando se desarrollan en materiales finos y cohesivos y dispersándose cuando se manifiestan en materiales de granulometrías más gruesas. x Coladas de tierra. De definen como deformación plástica, lenta y no necesariamente húmeda, de tierra o rocas blandas en laderas de inclinación moderada. En las cortezas lateríticas se forman depósitos elongados, en forma de lengua en la parte frontal (pie), generando un relieve positivo sobre la superficie del terreno [anexo III (foto 2 y 3)]. x Corrientes de derrubios. Se definen como movimientos rápidos de material detrítico con predominio de fracciones gruesas (arenas, gravas, bloques). En el área del yacimiento se reportan en vaguadas u hondonadas del terreno en las laderas de los cauces de los ríos Los Lirios y Yagrumaje. Por la falta de cohesión, típico de la masa removida, los depósitos se dispersan en los pies de los taludes y laderas [anexo III (foto 4)]. Descripción de los factores que intervienen en el surgimiento de inestabilidades. Para el análisis de la susceptibilidad del terreno frente al desarrollo de deslizamientos se utilizaron como factores condicionantes la litología, las condiciones tectónicas, las condiciones hidrogeológicas, el uso de suelo, la geomorfología y las condiciones geotécnicas de los suelos. Relación de las características litológicas con el desarrollo de deslizamientos. Para el análisis litológico, el área de estudio se dividió en cuatro grupos lito-estructurales principales, los cuales por orden de predominio son: roca con apariencia de suelo con estructura de la roca original (lateritas residuales: 48,7 %), roca debilitada tectónicamente (rocas ultrabásicas serpentinizadas: 26,8 %), roca con apariencia de suelo con estructura sedimentaria (lateritas redepositadas: 15,6 %) y materiales granulares (sedimentos aluviales: 8,8 %) [anexo III (figura 3.1)]. Del análisis realizado de cada una de las litologías, y la comparación del plano correspondiente con el inventario de deslizamientos [anexo III (figura 3.2) y tabla 4.1], las mas afectadas son las lateritas residuales (0,456 Km2) lo que representa un 52,7 % del área total ocupada por deslizamientos, en segundo lugar las rocas serpentinizadas (0,21 Km2) y las lateritas redepositadas (0,18 Km2) lo que representa un 24,7 y 21,7 % respectivamente. 66 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Influencia de las condiciones estructurales del macizo sobre el desarrollo de deslizamientos. Influencia del agrietamiento del macizo rocoso serpentinizado. Como se ha descrito anteriormente, el agrietamiento juega un papel decisivo en el desarrollo de los movimientos en el yacimiento Punta Gorda, influyendo sobre todo, en los mecanismos y tipologías de las roturas. A continuación se muestran dos ejemplos de tipologías de movimientos condicionados por la posición relativa de las familias de grietas y la dirección de los taludes o laderas. Como base, se toma el plano de direcciones de agrietamiento confeccionado con las mediciones de elementos de yacencia tomadas en los bloques de explotación con afloramientos del substrato rocoso [anexo III (figura 3.3)]. Tabla 4.1. Caracterización de los grupos lito-estructurales en relación al desarrollo de deslizamientos. Grupo lito-estructural Litologías Serpentinitas Roca debilitada tectónicamente de cause Serpentinitas lixiviadas Roca con apariencia de suelo con estructura relíctica de la roca original Roca con apariencia de suelo con estructura sedimentaria Materiales granulares Lateritas residuales Lateritas redepositadas Sedimentos aluviales Área % de área (Km2) total Área ocupada por cuerpos de gabro % del área total ocupada por cuerpos de gabro % del área Área ocupada total por ocupada por deslizamientos deslizamien tos 1,8031 20,6068 0,0079 5,4861 0 0 0,5319 6,0861 0,0314 21,8055 0,2147 24,77 4,2700 48,7270 0,0635 44,0972 0,4568 52,70 1,3720 15,6560 0 0 0,1888 21,78 0,7700 8,7860 0 0 0,0065 0,75 Caso 1. Deslizamiento número 1. Tipología: deslizamiento planar. Situación estructural: presencia de dos familias de grietas con yacencia 248o/40o y 225o/2o [figura 4.5]. La familia 1, sirve de superficie de debilidad, para la formación de la grieta de tracción en la corona del movimiento. La familia 2 actúa como plano de deslizamiento, teniendo en cuenta su dirección y que las aguas subterráneas pueden moverse a través de ella, en la misma dirección de la ladera (hacia el oeste) [figura 4.6]. 67 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral EQUALA NGLE CASO 1 LOWER HEMISPHERE N MAJOR PLANES ORIENTATIONS # DIP/DIR. T alu d 1 5 7 Talud 02/ 236 40/ 248 20/ 270 5 7 1 7 W E 5 1 Direc ción del movimiento a través de la superficie de las dos familias de gri etas S 7 7 D ESLIZAMIEN TO 1 Poles Pl otted Dat a Entries Figura 4.5. Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de movimientos en el caso de estudio 1. Superficie de la familia 1 (248/40) Superficie de la familia 2 (225/2) Grieta de tracción Dirección del movimiento Figura 4.6. Representación gráfica del movimiento planar. Posición relativa de las familias de grietas y la ladera. Caso 2. Deslizamiento 4. Tipología: rotura en forma de cuña. Situación estructural: presencia de dos familias de grietas con yacencia 248o/40o y 222o/89o [figura 4.7]. La intersección de las superficies de las dos familias, y la posición relativa de estas con el plano del talud o laderas, forman una cuña con dirección de movimiento es hacia el oeste [figura 4.8]. 68 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral E Q UA L A NG L E C AS O 2 L OW E R H E M IS P HE RE Di re cci ó n de l mo v imi ento d e la cuñ a N T a lu d T al ud 2 M AJO R P L ANE S OR IE N T AT IO NS 3 # DIP / DI R. 1 2 3 40 / 24 8 89 / 22 2 25 / 31 4 1 W E 2 3 1 S D E S L IZ AM IE N T O 4 7 Po les Plo tted 7 Data E n t rie s Figura 4.7. Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de movimientos en el caso de estudio 2. L ín ea de i nt ersec ci ón d e l as dos sup erfic ies de g riet as Cuñ a fo rmada po r la pos ici ó n re la ti va de l a l adera o el ta lu d y la s d os fami li as de g riet as Ta lu d o la de ra Di rec ci ón del m ovi mi ent o Figura 4.8. Representación gráfica de la rotura por cuña. Posición relativa de las familias de grietas y la ladera. Influencia de las fallas sobre los deslizamientos. Este tipo de estructura se analizó a dos niveles, mesoestructural (afloramientos) y macroestrutural. A nivel de afloramiento, se midieron un total de 34 elementos de yacencia de las superficies de cada estructura en 7 bloques de explotación. Los resultados se muestran en el anexo III [figura 3.4], y confirman el resultado obtenido a nivel macroestructural. Existen direcciones predominantes: en cuatro bloques hay predominio de la dirección norte-sur (O-48, O-49, L-48 y M-48), la dirección noroeste aparece en los bloques O-47, N-47, M-47, M-48 y L-48. La dirección noreste solo se reporta en los bloques L-48 y M-48 y la este-oeste en el bloque O-49. 69 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Tabla 4.2. Caracterización de las clases de distancia a fallas en relación al desarrollo de deslizamientos. Clases de distancia a las 2 Área (Km ) fallas % del área Área ocupada por total deslizamientos % del área total ocupada por deslizamientos 200 7,1103 81,4159 0,6983 80,56 400 1,6230 18,5840 0,1585 18,29 Para analizar la influencia de la tectónica sobre la susceptibilidad del terreno mediante el SIG, se aplicó un buffer a partir de las estructuras principales del plano tectónico, a dos intervalos de 200 m de distancia (200 y 400 m) [anexo III (figura 3.5)], para comparar la cantidad de deslizamientos presente en cada intervalo [anexo III (figura 3.6)]. En la tabla 4.2, se presenta el resumen de los resultados del análisis. El intervalo de 200 m, ocupa un área de 7,1103 Km2, lo que representa el 81,4159 % del área total. Existen 0,6983 Km2 ocupados por deslizamientos, 80,56 % del área total ocupada por movimientos de masas. Esto significa que este primer intervalo es una distancia crítica para el desarrollo de deslizamientos, debido a la intensa trituración y debilitamiento del macizo rocoso, acumulación de humedad, mayor intensidad del proceso de meteorización y por constituir zonas de mayor permeabilidad, a través de las cuales, se infiltran las aguas superficiales y subterráneas. A medida que aumenta la distancia, como se aprecia en el intervalo de 400 m, disminuye la influencia de la tectónica sobre los movimientos. Se reporta 0,1585 Km2 ocupados por deslizamientos, lo que representa el 18,29 % del área total de deslizamientos. Estudio de los diques de gabros presentes en la corteza laterítica. Este tipo de estructura, muy típica en el yacimiento Punta Gorda, aparece intercalada en la corteza laterítica y constituye, por sus propiedades físico-mecánicas e hidrogeológicas, un factor condicionante de las inestabilidades de taludes y laderas. Esta influencia negativa se incrementa cuando la yacencia de los planos de estos diques, coincide o se aproxima a la dirección de las laderas, convirtiéndose de este modo, en superficies de resbalamiento a través de las cuales se desplazan los materiales. En el anexo III [figura 3.7], se muestra el resultado de las mediciones ejecutadas en los bloques de explotación. Existen varios diques buzando hacia el noroeste en los bloques L-46, N-50, O-47, O-49, P-47, Q-50 y R-49. Con buzamientos hacia el este se encuentran en los bloques M-48, N-47 y O-49 y buzamientos hacia el sur-suroeste aparecen en los bloques N-49, P-47, S-49, S-51, S-52 y T-50. En los bloques N-47, N-49, N-50 y Q-50 aparecen buzamientos hacia el sureste. 70 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Otra forma de análisis de estos cuerpos, se realizó mediante la caracterización de los cuerpos de gabros presentes en el substrato rocoso [anexo III (figura 3.8)]. Se observan concentraciones de estos cuerpos hacia el este, sur y centro-oeste. El área total ocupada por gabro es de 0,1440 Km2, 1,64 % del área total de trabajo. Relación de las condiciones hidrogeológicas con el desarrollo de deslizamientos. Influencia del nivel freático sobre el desarrollo de deslizamientos. En análisis se realiza a partir del plano de hidroisohipsas [anexo III (figura 3.9)], clasificado en 6 clases: 0m, 5m, 10m, 15m, 20, y 25m. Los niveles más bajos se distribuyen hacia el norte, sur, este y oeste del área. Los niveles de 5m están distribuidos en región central de área, con cierta alineación noreste-suroeste. Los niveles de 10m aparecen hacia el este y oeste. Los restantes niveles por encima de 15m solamente aparecen hacia el este y sureste del yacimiento. Comparando el plano del nivel freático con el inventario de deslizamientos [tabla 4.3] da como resultado que en los niveles mínimos (0m) y máximos (25m) no se reportan movimientos. En los 5m y 20m se desarrollan el 9,4% y 9,3% respectivamente, en los 15m el 23,3% y en el nivel 10m se reporta el mayor porcentaje de área ocupada por deslizamientos, 57,9%. Tabla 4.3. Caracterización del plano de hidroisohipsas en relación al desarrollo de deslizamientos. Nivel freático (m) Área (Km2) % del área total Área ocupada por deslizamientos 0 5 10 15 20 25 1,2083 3,2083 2,8783 1,1283 0,2883 0,0383 13,80 36,66 32,89 12,89 3,29 0,44 0 0,0819 0,5019 0,2019 0,0809 0 % del área total ocupada por deslizamientos 0 9,45 57,90 23,29 9,33 0 Análisis del gradiente crítico y del proceso de sifonamiento. Influencia sobre las inestabilidades. El estudio del gradiente crítico se realizó para cada horizonte ingeniero-geológico utilizando finalmente el valor medio para compararlo con el gradiente hidráulico obtenido mediante el plano de hidroisohipsas. El valor del gradiente crítico para el horizonte serpentinitas lixiviadas es de 0,4071, para el horizonte de ocres estructurales de 0,7640 y para los ocres inestructurales con perdigones de 1,0290. El valor de cálculo es de 0,7546, o sea la media de los anteriores. De esta forma se ha obtenido un plano donde se señala las áreas de posible 71 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral desarrollo de procesos de sifonamiento en la corteza clasificados en dos grados o clases de alta y media susceptibilidad [anexo III (figura 3.10)]. De acuerdo al plano correspondiente [anexo III (figura 3.11)] se observa que el área de susceptibilidad alta, frente a sifonamiento, se ubica al este y en menor medida al sur del yacimiento, en la cual se han desarrollado los mayores movimientos. Las zonas de media susceptibilidad se distribuyan al este, sur y noroeste, estos dos últimos con menor desarrollo. Influencia de las presiones de la corteza laterítica sobre los deslizamientos. Para el análisis de la influencia de las condiciones hidrogeológicas sobre el desarrollo de los deslizamientos se confeccionó un plano de subpresiones de la corteza laterítica [anexo III (figura 3.12)], a partir de los datos de la profundidad de alumbramiento del agua subterránea y del nivel de estabilización de las mismas, medidos en 43 calas perforadas en la zona de estudio. Las presiones nulas, se distribuyen en la parte central del yacimiento, relacionadas con las zonas minadas. Los valores de presiones de 2 metros, hacia el oeste, norte central y en una banda alargada de dirección noreste-suroeste, en la región sur y sureste del área. Estas presiones, en las zonas límites entre valores altos y mínimos, influyen sobre las inestabilidades, erosionando los pies de los taludes y laderas, al moverse las aguas subterráneas, hacia las zonas de menor presión. Tabla 4.4. Caracterización del plano de subpresiones de la corteza laterítica en relación al desarrollo de deslizamientos. Clases de Subpresiones Descripción (m) Área % del área (Km2) total Área ocupada % del área total por ocupada por deslizamientos deslizamientos 0 Nula 5,4516 62,304 0,2538 29,280 2 Baja 2,2136 25,298 0,2265 26,130 4 Alta 0,8704 9,947 0,2337 26,961 Muy alta 0,2144 2,450 0,1528 17,628 t6 44,589 En la tabla 4.4 se muestran los resultados del análisis conjunto entre el plano de subpresiones y el inventario de deslizamientos [anexo III, (figura 3.13)]. La clase de presiones nulas (0 m), que ocupa el 62,304 % del área total de trabajo, presenta un total de 0,2538 Km2 ocupados por deslizamientos, lo que representa el 29,28 % del área total de deslizamientos, el mayor porcentaje entre todas las clases, sin embargo, los deslizamientos desarrollados son los de menor tamaño. La clase de 2 m de presión, representa el 25,298 % del área total, y en ella se desarrollan el 26,130 % del área total ocupada por deslizamientos. Estos deslizamientos, de mediano tamaño, se ubican fundamentalmente hacia la zona oeste del yacimiento. En las 72 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral clases 4 m y t 6 m, que representan tan solo el 12,39% del área total, se desarrollan el 44,589% del área total ocupada por deslizamientos, además de poseer los mayores movimientos desarrollados, que se encuentran hacia el este del yacimiento. Análisis del factor geomorfológico. El elemento geomorfológico utilizado en el análisis de susceptibilidad es la pendiente del terreno actual del yacimiento Punta Gorda. Las clases utilizadas en el análisis, se tomaron en base a las pendientes medidas en los trabajos de reconocimiento en el área de trabajo. El plano, muestra los rangos de pendientes umbrales de deslizamiento con cuatro intervalos: 0o9o, 10o-19o, 20o-39o y >40o [anexo III (figura 3.14)]. Como se muestra en el anexo III [figura 3.15] y la tabla 4.5, la clase en la cuál se desarrollan más movimientos es entre 10o y 190, un total de 8, lo que representa el 40% del total. Le continúa la clase entre 0o y 9o, con un 35% del total. En las dos clases, se desarrollan el 75% de todos los deslizamientos inventariados, dentro de los cuales, se encuentran los de mayor extensión ocurridos en las áreas no afectadas por la actividad minera. Esto contradice lo que se pensaba hasta el momento, sobre la influencia de las grandes pendientes sobre el desarrollo de deslizamientos. No obstante, un 20% de los deslizamientos, se desarrollan en áreas de pendientes mayores de 40o, formadas por la modificación del terreno por la actividad minera, pero son los movimientos de menor extensión areal. Tabla 4.5 Caracterización del plano de pendiente umbral en relación al desarrollo de deslizamientos. Clases de pendientes Descripción umbrales 0o – 9o Área 2 (Km ) Baja 3,72 10o – 19o Media 3,83 20o – 39o Alta 1,12 Muy alta 0,08 t 40 o No. Deslizamiento 4, 5, 6, 9, 15, % de la cantidad Longitud total total de ocupada por escarpes deslizamientos (m) % de la longitud total de escarpes 35 770 28.20 40 1450 53.11 10 5 130 4,76 7, 8, 11, 12 20 380 13,91 17, 18 1, 2, 3, 13, 14, 16, 19, 20 73 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Análisis de las condiciones ingeniero-geológicas de la corteza laterítica. Comportamiento de las propiedades físico-mecánicas en la corteza laterítica. Para el análisis de la corteza laterítica desde el punto de vista geotécnico, fue necesario establecer el estado físico de los diferentes horizontes ingeniero-geológicos, así como su comportamiento mecánico. Del análisis de estas propiedades, se realizó un estudio de su comportamiento en los diferentes niveles de la corteza laterítica, y la determinación de cuatro horizontes ingeniero-geológicos (De Miguel et al, 1998; Almaguer et al, 2001; Blanco et al, 2004), los cuales se describen a continuación de abajo hacia arriba: Horizonte 1. Roca serpentinizada: La litología predominante es la peridotita más o menos serpentinizada (RMA) (Capítulo II). Además de esta litología, en el substrato rocoso se presentan bloques de gabros distribuidos en casi todo el yacimiento. Las propiedades físicomecánicas de las peridotitas serpentinizadas son: densidad 2,77 g/cm3, humedad 0,55%, porosidad 2,8% y resistencia a la compresión de 289,4 Kg/cm2. Horizonte 2. Arena limo-gravosa con arcilla (SM): Corresponde al horizonte de Serpentinita Lixiviada (RML), eluvio de las serpentinitas o rocas de la base. Constituyen una arena limogravosa con arcilla, en partes es un limo arcilloso con arena. Es talcosa al tacto, con fragmentos angulosos de la roca original de diámetros variables. El color es verdoso y la plasticidad es alta. Se clasifica según el SUCS como SM (arena limosa). Los valores promedios de su granulometría son: Grava 36 %, Arena 37 %, Limo 18 %, Arcilla 9 %, Coloide 6 %. El peso específico relativo de los sólidos es de 27,4. La plasticidad es alta, con Límite Líquido 63 %, Límite Plástico 37 % e Índice de Plasticidad 26 %. Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presentan con humedad 78.4 %, peso específico húmedo y seco 13,8 kN/m3 y 7,7 kN/m3 respectivamente, condicionando la saturación al 83%. Las condiciones naturales en la zona saturada presenta humedad 85,3 % y pesos específico húmedo y seco son 15,5 kN/m3 y 8,4 kN/m3 respectivamente. Horizonte 3. Limo arcilloso de alta plasticidad (MH): este horizonte ingeniero geológico está constituida por tres subcapas (3c, 3b y 3a), que se corresponden con las capas geólogogenéticas: ocre inestructural sin perdigones (OI), ocre estructural final (OEF) y ocre estructural inicial (OEI) respectivamente. Las semejanzas en sus propiedades, permiten agruparlas en una sola capa ingeniero geológica. Está constituido por un limo arcilloso con poca arena, de alta plasticidad, de color carmelita amarillento a verde amarillento con algunas manchas de color negro, verdosas y otras de color rojo, en partes predomina el aspecto abigarrado, y pueden encontrarse fragmentos de serpentinita lixiviada o presentarse la estructura de la roca original. Se clasifica según el SUCS como un MH (limo arcilloso de 74 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral alta plasticidad). Los valores promedios de su granulometría son: Grava 1 %, Arena 10 %, Limo 54 %, Arcilla 34 %, Coloide 21%. El peso específico relativo de los sólidos es de 36,1. La plasticidad es alta, con Límite Líquido 75 %, Límite Plástico 47 % e Índice de Plasticidad 28%. Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presenta con humedad 55,5 %, peso específicos húmedo y seco son 17,3 kN/m3 y 11,4 kN/m3, respectivamente, los que condicionan que estén saturadas con un 88 %. En la zona saturada se presenta con humedad 69 %, pesos específicos húmedo y seco son 17,2 kN/m3 y 10,3 kN/m3, respectivamente. Según el cortante en esquema rápido natural, la cohesión es de 0,034 MPa y el ángulo de fricción interna de 16,5ºo. Por el esquema rápido saturado, la cohesión es de 0,021 MPa y el ángulo de fricción interna de 15oº. Por el cortante en esquema lento saturado la cohesión es de 0,032 MPa y el ángulo de fricción interna de 16,4o. Según el cortante, en esquema rápido natural, la cohesión es de 0,037 MPa y el ángulo de fricción interna de 14,3o. Horizonte 4. Arena gravo-limosa (SM): Corresponde a los ocres inestructurales con perdigones (OICP), formada por una arena limo-gravosa con arcilla. El color es rojo ladrillo oscuro, en partes aparecen manchas amarillas y negras. La fracción areno gravosa, esta constituida fundamentalmente por perdigones de hierro que disminuyen su diámetro y cantidad con la profundidad. La presencia de éstos últimos son los que establecen una diferencia notable, apreciable a simple vista, con el resto de los estratos lateríticos presentes. Se clasifica, según el SUCS, como un SM (arena limosa de baja plasticidad). Los valores promedios de su granulometría son: Grava 31 %, Arena 46 %, Limo 17 %, Arcilla 5 %, Coloide 3 %. El peso específico relativo de los sólidos es de 36,4. De acuerdo a los Límites de Attemberg, la plasticidad se cataloga desde no plástica hasta muy plástica, pero como promedio es de baja plasticidad, con Límite Líquido 42 %, Límite Plástico 30 % e Índice de Plasticidad 12 %. Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presentan con humedad 31,8 %, peso específico húmedo y seco de 20,4 kN/m3 y 15,6 kN/m3 respectivamente. Son los pesos específicos más altos de todos los estratos lateríticos presentes y condicionan que estén saturadas con un 82 %. En la zona saturada, se presenta con humedad 48 %, peso específico húmedo y seco 19,9 kN/m3 y 13,6 kN/m3 respectivamente. En correspondencia con sus pesos específicos y composición granulométrica, entre los suelos presentes, este horizonte posee los valores de resistencia más altos, según el cortante en esquema rápido saturado la cohesión es de 0,031 MPa y el ángulo de fricción interna de 18,3o. 75 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral En la figura 4.9, se muestra el comportamiento de las propiedades físico-mecánicas para cada horizonte ingeniero-geológico, asociado a cada horizonte geólogo-genético [tabla 4.6]. La humedad tiende a disminuir con el grado de alteración de la roca, de valores por encima del 80% en el horizonte 2 hasta alrededor del 50% en la parte superior del corte, esto es debido al gran porciento de minerales arcillosos presentes en la parte inferior del corte, que le confieren a la corteza gran capacidad de almacenaje de agua, y poca permeabilidad, trasmitiéndola muy lentamente, manteniéndose con altas humedades, incluso durante épocas de seca, y que las aguas subterráneas se mueven en el contacto roca-suelo. El peso específico, tiene un comportamiento opuesto a la propiedad anterior, a medida que aumenta el grado de descomposición, aumenta de valores 10 KN/m3 hasta mayores de 20 KN/m3, dado por la concentración de óxidos e hidróxidos de hierro. Tabla 4.6. Horizontes ingeniero-geológicos presentes en el yacimiento Punta Gorda (Guardado y Almaguer, 2001; Blanco et al, 2002; Almaguer et al, 2005a) Horizontes ingeniero geológicos Horizontes geólogo-genéticos Ocre inestructural con perdigones (OICP) 4 3c Ocre inestructural sin perdigones (OI) 3 3b Ocre estructural final (OEF) 3a Ocre estructural inicial (OEI) Tipo de suelo (SUCS) Observaciones SM – Arena gravo-limosa con fracción gruesa constituida por perdigones de óxido de hierro. Plasticidad baja. Color – Rojo ladrillo oscuro. MH- Limo arcilloso de alta Plasticidad. Color- varía desde carmelita amarillento hasta verde amarillento, en partes abigarrado. 2 Serpentinita lixiviada (RML) SM – Arena limo-gravosa con arcilla, con fracción gruesa constituida por fragmentos de serpentinitas. La fracción fina presenta alta plasticidad. Color- verdoso. 1 Roca ultrabásica Serpentinizada (RMA) Roca. A medida que se desciende en el corte aumenta la humedad, disminuyen los pesos específicos naturales y disminuyen las características resistentes. El índice de plasticidad desde los horizontes 2 al 3 se mantiene prácticamente constante con valores aproximadamente entre 27 y 30, solo existe un notable cambio en horizonte 4, suelo residual, donde hay una disminución hasta 12 debido a la disminución del contenido de material arcilloso y aumento de los materiales arenosos. La cohesión y la fricción interna tienden a disminuir en los horizontes inferiores, con un notable aumento en el horizonte 4. Una característica, determinada a partir de los límites de Attemberg, es la consistencia 76 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral relativa, la cuál permite evaluar las condiciones de soporte de los materiales que componen cada horizonte ingeniero-geológico (Penson, 1994). De los resultados se tiene en el horizonte 4, los materiales presentan baja consistencia en estado saturado (Cr = -0,5) donde el porciento de humedad (W = 48%) sobrepasa el límite líquido (LL = 42); en estado no saturado la consistencia adquiere valores mayores (Cr = 0,85). En los horizontes 2 y 3 la consistencia presenta valores positivos pero siempre menores que 1, teniendo para estado saturado valores de 0,21 y no saturado de 0,7. En el horizonte 2 vuelve a disminuir la consistencia tanto en estado saturado (CR = -0,85) como no saturado (Cr = -0,59), manteniéndose los porcientos de humedad por encima del límite líquido de los materiales, siendo esto un elemento a considerar durante la construcción de taludes para laboreos mineros. PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS 25 HORIZONTES INGENIERO-GEOLOGICOS 4 3c 3 3b 50 75 10 15 20 20 25 30 10 20 30 0.015 0.020 0.030 15 20 OICP OIP OI OII OEF OEI 3a 2 SL RML RMA RS 1 Humedad saturada (%) Peso específico húmedo (KN/m3) Indice de poros Indice de plasticidad Cohesión (MPa) A. fricción interna (º) Figura 4.9. Características ingeniero-geológicas del perfil de meteorización en el yacimiento Punta Gorda (Almaguer, 2003; Almaguer et al 2003; Almaguer et al, 2005a). Análisis de la colapsabilidad de los horizontes ingeniero geológicos. Un elemento mas que permite conocer los mecanismos de roturas en los taludes y laderas presentes en el yacimiento, es mediante la colapsabilidad de los diferentes horizontes 77 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral ingeniero-geológicos de la corteza laterítica [tabla 4.7]. De acuerdo a los resultados, el horizonte superior (4) y el inferior (2), clasificados como arenas gravo-limosas y arenas limogravosas respectivamente, colapsan en condiciones naturales. Solo el horizonte intermedio (3), clasificado como limo arcilloso de alta plasticidad es estable. Tabla 4.7. Resultados del análisis de colapsabilidad de los horizontes ingeniero-geológicos (Almaguer, 1998, 2001). Métodos de análisis de colapsabilidad Horizontes ingenierogeológicos Método Método de Denisov Colapsabilidad del Código Soviético de Colapsabilidad Método de Gibbs Colapsabilidad Construcción 4 3 2 KD= 0,51-0,69 KD= 4,32-5,44 KD= 0-54-0,65 Si KS= -0,08-0,34 S= 32,3-47,5 Si KS= No -3,10-(-1,22) No S= 569 Si KS= 1,02-1,33 S= 37,5-48,2 1 No KG= 1,23-1,93 KG= 0,05-0,63 KG= 1,09-1,15 Si No Si No calculado Lo anterior significa, que en la corteza laterítica, los movimientos de masas que ocurren naturalmente pueden manifestarse mediante la rotura del horizonte superior, litogenéticamente relacionado con los OIP y el inferior relacionado con la SL. De esta forma queda totalmente inestable el talud o ladera, y solo faltaría la acción de un factor disparador como el aumento de las presiones intersticiales, un movimiento sísmico, la ubicación de una sobrecarga, o simplemente la acción del factor tiempo, para la generación del movimiento. Para fundamentar una poco más el análisis anterior, se estudió el comportamiento de los estados de consistencia y la humedad de los horizontes lateríticos, porque ninguna otra propiedad, por más compleja que sea, puede decir tanto de los suelos muy finos como estos límites (Pearson, 1994). Estos definen su resistencia al esfuerzo cortante, o sea, la oposición que ofrece la masa de suelo a que se le deforme. En la figura 4.10, se muestra la relación entre el límite líquido, índice de plasticidad y la humedad. La humedad aumenta a medida que descendemos en el corte, existiendo una diferencia de 35% de humedad entre el horizonte 4 y 2. La plasticidad se comporta de manera similar, o sea, los horizontes inferiores son capaces de resistir mayores esfuerzos, debido a su mayor plasticidad. 78 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Analizando el límite líquido y teniendo en cuenta que este se define como el por ciento (%) de humedad a partir del cual un suelo se comporta como un fluido, resulta que en los horizontes 4 y 2, la humedad natural de estos sobrepasan el límite. El caso más crítico es el horizonte 2, donde la humedad sobrepasa en un 22% el límite líquido. Esto indica que, en los taludes y laderas dentro del yacimiento, la base de estos, correspondiente al horizonte de serpentinita lixiviada, y la parte superior de ocres inestructurales con perdigones, son inestables, coincidiendo con los resultados de colapsabilidad. HORIZONTES INGENIERO-GEOLÓGICOS 0 25 50 75 100 % 4 3 2 H: Humedad LL: Límite líquido IP: Indice de plasticidad Figura 4.10. Relación de la humedad, límite líquido y la plasticidad en los horizontes ingeniero-geológicos. Valoración del factor de seguridad por métodos de equilibrio límite. De la aplicación de los métodos descritos en el capítulo II, resultaron 30 corridas o modelaciones para el cálculo del factor de seguridad [Anexo III (tabla 3.2)]. Se utilizaron como variables de cálculo, la potencia de ocres estructurales, la potencia de la serpentinita lixiviada, el nivel de agua y la altura del talud, la carga a que se somete el talud al colocar la excavadora, así como la distancia de posicionamiento de la misma con respecto al borde del talud. El ángulo del talud utilizado fue de 45o (Almaguer, 1998, 2003; Almaguer et al, 2003). Para una mejor comprensión del peso de las variables analizadas sobre el factor de seguridad obtenido, se realizó un análisis estadístico multivariado. La matriz de correlación [tabla 3.9] muestra correlaciones negativas relevantes, entre el factor de seguridad y la potencia de serpentinitas lixiviadas y la altura del talud. Esto significa que a medida que aumenta estas potencias en la corteza laterítica, la estabilidad de los taludes disminuye. Otro resultado relevante es la correlación positiva entre el factor de seguridad y la distancia de la excavadora con respecto al borde de los taludes. Es evidente que, la excavadora con más de 320 ton, 79 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral ubicada a poca distancia, genera un desequilibrio de las fuerzas dentro de la corteza, aumentando las fuerzas motoras y la inestabilidad de los taludes. Aplicando el método de análisis de componentes principales, da como resultado dos grupos que explican en conjunto, el comportamiento de las variables en un 82 %. La primera componente explica el 53,5 %, incluyendo la potencia de las menas lateríticas, la potencia de la serpentinita lixiviada, el nivel de agua y la altura del talud. La segunda componente explica en 28,5 %, incluyendo la posición de la carga, representada por la excavadora, con respecto al borde del talud. Tabla 4.8. Análisis de correlación entre las variables utilizadas en el cálculo del factor de seguridad. Análisis de correlación Potencia de ocres (m) Potencia de ocres (m) 1 Potencia de serpentinitas lixiviadas 0,19115456 (m) Nivel de agua en el talud 0,37311747 Potencia de serpentinitas lixiviadas (m) Nivel de agua en el talud (m) Altura del talud (m) Distancia de la excavadora al borde del talud (m) Factor de seguridad 1 0,41910238 1 0,5519013 0,86722706 0,45856496 1 0,07671008 -0,06762199 -0,02114546 -0,07901558 1 -0,21479256 -0,72302116 -0,44082689 -0,75175159 0,62951096 (m) Altura del talud (m) Distancia de la excavadora al borde del talud (m) Factor de seguridad 1 Análisis del factor de seguridad por el método de rotura planar. Suelos SM (OICP). De los resultados obtenidos en el calculo del factor de seguridad [tabla 4.9], se tiene que para los suelos SM, relacionados con los horizontes de OICP o las lateritas redepositadas, el FS óptimo es para profundidades de superficie de rotura ” 15 metros, con pendientes de 10o. Si la pendiente aumenta a 20o, el factor de seguridad óptimo (1,85) es para profundidades menores de 5 metros. El análisis mediante líneas de tendencia, presenta que el FS, disminuye de manera exponencial, a medida que la pendiente y la profundidad de rotura aumentan [figuras 4.11 y 4.12]. 80 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Tabla 4.9. Factor de seguridad determinado para suelos SM (OICP y lateritas redepositadas). Tipo de suelo SM (OICP, LR) Profundidad de superficie de rotura 10 4,3670 2,1835 1,4557 1,0918 0,8734 5 10 15 20 25 Pendiente de la ladera o talud 20 30 1,8464 1,1582 0,9232 0,5791 0,6155 0,3861 0,4616 0,2896 0,3693 0,2316 40 0,8000 0,4000 0,2667 0,2000 0,1600 FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable Tipo de suelo: SM y = 2,5353e -0,0557x Factor de Seguridad 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 Pendiente del terreno Figura 4.11. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM. Tipo de suelo: SM Factor de Seguridad y = 2,0457e-0,0786x 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 Profundidad de la superficie de rotura Figura 4.12. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos SM. Suelos MH. En los suelos tipo MH, el FS óptimo se mueve en espacio más restringido que en los SM, para profundidades ” 10 metros y pendiente de 10o y para profundidad de 5 metros y pendientes de 20o [tabla 4.10 y figuras 4.13 y 4.14]. Para pendientes de 10o, si se aumenta la profundidad, el FS se considera medianamente estable, al igual que en pendientes de 30o para profundidades de 5 metros de la superficie de rotura. 81 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Tabla 4.10. Factor de seguridad determinado para suelos MH. Tipo de suelo Pendiente de la ladera o talud MH 10 20 30 (OI, OEF, OEI) 5 3,3831 1,6266 1,0208 1,6916 0,8133 0,5104 Profundidad de 10 superficie de 15 1,1277 0,5422 0,3403 rotura 20 0,8458 0,4066 0,2552 25 0,6766 0,3253 0,2042 (FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable). 40 0,7057 0,3528 0,2352 0,1764 0,1411 Tipo de suelo: MH y = 1,9869e -0,0526x Factor de Seguridad 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 Pendiente del terreno Figura 4.13. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos MH. Tipo de suelo: MH y = 1,7342e -0,0785x Factor de Seguridad 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 Profundidad de superficie de rotura Figura 4.14. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos MH. Suelos SM (RML). El análisis realizado para los suelos SM [tabla 4.11 y figuras 4.15 y 4.16], relacionados con las serpentinitas lixiviadas o alteradas, resulta en FS óptimos mayores de 2.7, en pendientes de 10o y profundidades de hasta 6 metros. Para pendientes de 20o, el FS estable es a profundidades menores de 4 metros. Para las pendientes de 30o y 40o, la estabilidad se da para profundidades de 2 metros. Rabla 4.11. Factor de seguridad determinado para suelos SM (SL). 82 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Pendiente de la ladera o talud Tipo de suelo SM (RML) 10 20 30 8,1310 3,9077 2,4503 Profundidad de 2 superficie de 4 4,0655 1,9539 1,2251 rotura 6 2,7103 1,3026 0,8168 (FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable). 40 1,6912 0,8456 0,5637 Tipo de suelo: SM (RML) Factor de Seguridad y = 6,8073e-0,0519x 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 Pendiente del terreno Figura 4.15. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM (RML). Tipo de Suelo: SM (RML) Factor de Seguridad y = 5,5964e-0,2755x 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Profundidad de superficie de rotura Figura 4.16. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos SM (RML). Análisis de correlación. Con el objetivo de obtener la relación existente, entre cada variable utilizada en los cálculos y el FS [anexo III (tabla 3.3)], se realizó en análisis de correlación [tabla 4.12]. Los resultados muestran dos elementos importantes a considerar: x Correlación negativa relevante entre el FS y la pendiente del terreno. Esto significa que, a medida que aumenta los valores de pendiente del terreno, disminuyen los valores del FS, y por tanto los taludes y laderas se hacen más inestables. De acuerdo a la curva de tendencia 83 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral [figura 4.17], la pendiente de 13o, se considera la crítica, a partir de la cuál el FS es por debajo de 1,5. x Correlación negativa entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura. Significa un comportamiento similar al anterior, a medida que aumenta la profundidad, disminuye de manera exponencial el FS, aumentando la inestabilidad en los taludes y laderas. La profundidad crítica es mayor de 5 metros, donde el FS disminuye por debajo de 1,5 [figura 4.18]. Factor de Seguridad Tabla 4.12. Análisis de correlación entre las variables de cálculo del Factor de Seguridad con el método de rotura planar para talud infinito. c Ȗ ij Pendiente Potencia FS c 1 0,76067194 1 Ȗ 0,48280177 0,93572186 1 ij 0 1 Pendiente -1,9953E-17 1,9362E-17 1 Potencia 0,58991342 0,50187334 0,35650447 2,5129E-17 -0,48682499 -0,38056656 -0,24887122 -0,51108205 -0,56749994 1 FS 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 y = 6,7098x 0 5 10 15 -0,9593 20 25 30 Profundidad de la superficie de rotura (m) Factor de Seguridad Figura 4.17. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura en el yacimiento Punta Gorda. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 y = 39,237x 5 10 15 20 25 30 -1,2644 35 40 45 Pendiente del terreno (grados) Figura 4.18. Relación entre el FS y la pendiente del terreno en el yacimiento Punta Gorda. 84 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Clasificación del perfil de meteorización desde el punto de vista ingeniero-geológico. Del análisis de las propiedades físico-mecánicas de los materiales presentes en el yacimiento Punta Gorda, la determinación de los horizontes ingeniero-geológicos y su relación con los horizontes lito-genéticos, además de la determinación de los mecanismos y tipologías de movimientos de masas, se realizó la clasificación del perfil de meteorización desde el punto de vista ingeniero-geológico [anexo III (tabla 3.4)]. La clasificación propuesta, introduce una descripción geotécnica del perfil de meteorización, basada en la información geológica obtenida por la inspección visual y reconocimiento de rasgos típicos de la desintegración física y descomposición química de las rocas en los afloramientos, y en muestras de núcleos de perforación, además, de la información mecánica, física e hidráulica derivada de ensayos de campo y laboratorio, apoyados con observaciones microscópicas (Almaguer et al, 2005a). Un rasgo importante de la clasificación, es que se muestra para cada clase, el mecanismo de rotura asociado a estas. De esta manera, se tienen mecanismos de rotura de manera desorganizada y relacionados con la caída libre de la masa de suelo, en el horizonte más meteorizado (grado IV), sin control estructural sobre los movimientos. En los grados intermedios (II y III), el mecanismo predominante es la rotura a través de una superficie definida, relacionada con las superficies relícticas de grietas y fallas en la corteza residual. Los movimientos predominantes son rotacionales, traslacionales y en cuña, aunque en la mayoría de los casos, los movimientos son combinados (planar-rotacional, cuña-rotacional). En el grado I, se manifiestan los tres mecanismos de rotura. La tipología de los movimientos depende de la posición espacial relativa (yacencia) de las discontinuidades de la roca con respecto a la dirección e inclinación de las laderas o taludes, así como de la intensidad del agrietamiento. En los sitios donde el agrietamiento se manifiesta muy espaciado, se generan movimientos planares o en cuña. Cuando el espaciamiento disminuye, la roca se comporta como el suelo, generándose movimientos rotacionales. Relación de las condiciones geotécnicas con el desarrollo de deslizamientos. Para el análisis de las condiciones geotécnicas del terreno, se confeccionó el plano de tipo de suelo [anexo III (figura 3.16)]. Los limos arcillosos de alta plasticidad (MH), ocupan 4,27 Km2, lo que representa el 48,76% del área total. Se distribuyen hacia el oeste, sur y sureste del yacimiento. Las arenas limosas (SM) ocupan 3,17 Km2, el 36,21% del área. Estas se distribuyen hacia la parte central, norte y noreste del yacimiento. El resto del área ocupada por roca fresca, arenas y gravas, relacionadas espacialmente con los cauces de los ríos presentes en el área [tabla 4.13]. 85 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Tabla 4.13. Caracterización del plano de tipo de suelo en relación al desarrollo de deslizamientos. Clases de tipo de suelo y roca Arena limosa (SM) Limo arcilloso de alta plasticidad (MH) Gravas, arenas y limos (GC) Roca (R)* Área ocupada por % del área total ocupada deslizamientos por deslizamientos 36,21 0,2370 27,34 4,270 48,76 0,4568 52,70 0,770 8,76 0,0065 0,75 0,551 6,26 0,1665 19,21 Área (Km2) % del área total 3,172 * (R) : Simbología seleccionada por el autor. Del análisis de los movimientos de masas [anexo III (figura 3.17)], se tiene que el 52,7% se desarrolla en los limos arcillosos de alta plasticidad. En las áreas ocupadas por las arenas limosas, los deslizamientos ocupan el 27,34% del área total de movimientos. El 19,2% afecta las áreas ocupadas por roca serpentinizada y el 0,75 a las gravas y arenas. Estas últimas se relacionan con los materiales arrastrados en los frentes de los movimientos. Relación del uso actual del suelo con el desarrollo de deslizamientos. Haciendo un análisis del uso del suelo en el área de trabajo, se tienen 5 clases fundamentales [anexo III (figura 3.18) y tabla 4.14]: zonas de vegetación natural (4,74 Km2), distribuida en la periferia del yacimiento, predominando hacia el este; áreas reforestadas (1,94 Km2) y áreas minadas (1,62 Km2), distribuidas en la parte interna del área; zonas de depósitos de mineral (0,28 Km2) y red vial (0,16 Km2). De acuerdo al desarrollo de deslizamientos [anexo III (figura 3.19)], el uso de suelo mas afectado es la zona cubierta con vegetación natural, afectada por 0,65 Km2 de área ocupada por movimientos de masas, lo cual representa el 75 % del área total de deslizamientos inventariada, esto da una medida de la inestabilidad que presenta el terreno debido a sus propias condiciones naturales. En segundo lugar se tienen las áreas minadas, en las que existe 0,11 Km2 de área ocupada por deslizamientos (13,34%) y las zonas reforestadas con 0,09 Km2. En las áreas ocupadas por la red vial y los depósitos de mineral no se reportan deslizamientos. Tabla 4.14. Caracterización del plano de uso de suelo en relación al desarrollo de deslizamientos. Clases de Uso del suelo 2 Área (Km ) % del área Área ocupada por total deslizamientos % del área total ocupada por deslizamientos 86 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Áreas minadas 1,6181 18,5027 0,1158 13,34 Áreas reforestadas 1,9430 22,2179 0,0978 11,28 Caminos mineros 0,1613 1,8444 0,0000 0,00 Depósitos de mineral 0,2766 3,1628 0,0000 0,00 Vegetación natural 4,7462 54,2720 0,6530 75,33 Valoración y reclasificación de los planos de factores condicionantes. Valoración de los factores condicionantes. Una vez analizados todos los factores condicionantes de los deslizamientos en el área de estudio, se procedió a la valoración de los mismos en función de las áreas de cada clase y del área ocupada por deslizamientos en las mismas. Los resultados se muestran en la tabla 4.15. Tabla 4.15. Valoración de los factores condicionantes de las inestabilidades en el yacimiento Punta Gorda. Factores utilizados en el análisis de susceptibilidad Grupos lito-estructurales Litologías Clase Serpentinita lixiviada Serpentinita de cause Lateritas residuales Lateritas redepositadas Sedimentos aluviales Valor Tectónica Hidrogeología Geomorfología Distancias a Subpresiones Pendiente fallas (buffer) en la corteza umbral Clase Valor Clase Valor Clase Valor Geotecnia Uso de suelo Tipo de suelo Clases de uso de suelo Clase Valor Áreas 21,72 200 m 17,91 0m 8,49 0-9 o 211,21 SM 13,63 minadas Áreas 1,14 reforestadas 2m 193,4 10-19o 386,31 MH 19,51 25,11 4m 48,97 20-39o 118,43 GC 1,54 1,54 t6m 130,0 R 2,15 19,52 Clase 400 m 16,02 >40o 4846,9 Caminos mineros Depósitos de mineral Vegetación natural Valor 13,05 9,18 0 0 25,10 En relación a las litologías, las áreas ocupadas por serpentinitas de cause y sedimentos aluviales, presentan los menores valores de probabilidad, debido a que en estos sitios es donde se depositan los materiales de las partes frontales de los movimientos. Las lateritas residuales 87 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral y serpentinita lixiviada presentan valores de probabilidad altos, y las lateritas redepositadas muy altos, debido al amplio desarrollo de movimientos dentro del área que ocupan. De acuerdo a la tectónica, los valores indican una alta influencia sobre los deslizamientos, debido a la alta complejidad e intenso agrietamiento del macizo rocoso. Sobre la valoración de las subpresiones de la corteza laterítica se tiene alta probabilidad para la clase de 2 m, en la cual se reporta la mayor cantidad de área ocupada por deslizamientos en relación a su área. Valores altos los experimentan las clases de 6 m y 4 m y la menor probabilidad por la clase de 0 m. En cuanto a las pendientes umbrales, la mayor probabilidad la presentan las de 40o, debido a la pequeña área que ocupan. En orden de importancia están las pendientes entre 10-19o, en las cuales se desarrollan los mayores deslizamientos reportados en el área de estudio. En la valoración según el tipo de suelo, las mayores probabilidades se relacionan con los suelos MH, relacionados con las cortezas redepositadas. La valoración disminuye un poco en los suelos SM, relacionados con la corteza laterítica residual, las cuales presentan mayor extensión en el área del yacimiento. Los menores valores se relacionan con loas áreas ocupadas por las clases R y GC. En el plano de uso de suelo, la valoración mayor se relaciona con las áreas ocupadas por vegetación natural, en las cuales se manifiestan los movimientos de mayor extensión debido a la inestabilidad natural de las cortezas lateríticas. Las áreas minadas y reforestadas presentan valoraciones intermedias, manifestándose mayor estabilidad en las mismas. Esto significa por un lado que la actividad minera no es la que genera grandes problemas de inestabilidad en taludes, y por otro que las medidas tomadas de reforestación están protegiendo al medio de los agentes erosivos y desestabilizadores. Reclasificación de los planos de factores. El paso siguiente al proceso de valoración de las clases de cada factor analizado, a partir de la técnica probabilística utilizada, es la reclasificación de cada plano en función de los valores obtenidos en el paso previo [tabla 4.16]. El plano del factor lito-estructural se reclasificó en 3 clases de susceptibilidad: baja, alta y muy alta [anexo III (figura 3.20)]. La clase de baja susceptibilidad, ubicada en la periferia del yacimiento, hacia el sur, sureste, norte, y oeste. Corresponde con el área ocupada por materiales granulares, representados por los sedimentos fluviales y el área ocupada por roca debilitada tectónicamente, relacionada con las serpentinitas de los cauces fluviales. Esta clase ocupa el 29,38% del área total de trabajo. La clase de alta susceptibilidad, se ubica en 88 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral toda la parte interna del yacimiento. Se corresponde con el área ocupada por roca con apariencia de suelo con estructura de la roca original, representada por la corteza residual y por roca debilitada tectónicamente, representado por las serpentinitas lixiviadas. Ocupa el 54,81% del área total. El área de susceptibilidad muy alta, se ubica hacia el norte y noreste del yacimiento. Ocupa el 16,65% y corresponde con las rocas con apariencia de suelo con estructura sedimentaria, representadas por las lateritas redepositadas. El plano de factor tectónico se reclasificó en dos clases: alta y muy alta [anexo III (figura 3.21)]. La clase de susceptibilidad alta corresponde con la distancia de 400 m de las fallas. Ocupa el 18,58% del área total. La clase de susceptibilidad muy alta, se corresponde con la distancia de 200 m y ocupa el 81,41% del área. El plano que caracteriza las condiciones hidrogeológicas, se reclasificó en tres clases de susceptibilidad: baja, alta y muy alta [anexo III (figura 3.22)]. La clase de susceptibilidad baja, se relaciona con las supresiones nulas en el yacimiento y ocupa el 62,30% del área. La clase alta se relaciona con las subpresiones de 4 m, y ocupa el 9,94%. Se distribuye en áreas aisladas hacia en oeste, norte y con cierta alineación NE-SW hacia el sureste. La tercer clase, de susceptibilidad muy alta, está representada por las subpresiones de 6 m y 2 m, ocupando un área de 27,74%. Se distribuye en franja alineada desde el sur al este con dirección NE-SW, y en pequeñas áreas ubicadas en el oeste y norte del yacimiento. El plano de pendiente [anexo III (figura 3.23)], se reclasificó en cuatro clases de susceptibilidad: baja, media, alta y muy alta. La clase de susceptibilidad baja se relacionada con el intervalo de pendiente 20o– 39o, y ocupa el 12,86% del área. La clase media se relaciona con las pendientes 0o-9o, y es la que ocupa mayor extensión, 42,51% del área total. La clase de alta susceptibilidad se relaciona con las pendientes de 10o-19o. Ocupa el 43,65% del área. La alta susceptibilidad se relaciona con las mayores pendientes >40o. Ocupando el 0,92% del área del yacimiento. El plano de tipo de suelo, que caracteriza las condiciones geotécnicas de la corteza laterítica, se reclasificó en tres clases: baja, alta y muy alta [anexo III (figura 3.24)]. La clase de menos susceptibilidad (baja), se relaciona con las áreas ocupadas por roca dura y por grava, arena y arcilla, relacionadas espacialmente con los cauces fluviales. Esta ocupa el 15,2% del área de trabajo. La clase de susceptibilidad alta, está representada por las arenas limosas (SM) y ocupa 89 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral el 32,21% del área. La clase muy alta, ocupa el 48,76% del área total y está representada por los limos arcillosos de alta plasticidad. El plano de uso de suelo se reclasificó en cuatro clases: baja, media, alta y muy alta [anexo III (figura 3.25)]. La clase de baja susceptibilidad se relaciona con las áreas ocupadas con los caminos mineros y depósitos de mineral, ocupando el 5,01% de área total. Su distribución areal se relaciona con la red vial primaria y algunos sitios aislados al norte, sur este y el oeste del yacimiento, donde no se han manifestado movimientos de relevancia. La clase media está representada por las áreas reforestadas, distribuidas en la parte central, al sur y al oeste del yacimiento, ocupando el 22,21% del área total. Las áreas de susceptibilidad alta, se relaciona con las áreas minadas, desprovistas de una cubierta vegetal que la proteja de los agentes erosivos. Esta se distribuye en la parte central, y en pequeñas franjas al sur, este y oeste del yacimiento. Ocupa el 18,5% de área total. La clase de susceptibilidad muy alta, se relaciona con las áreas cubiertas por vegetación natural, donde se han desarrollado los mayores movimientos de masas. Ocupa el 54,27% del área total de trabajo y se distribuye en toda la parte externa del yacimiento. Tiene su mayor concentración hacia el este. Tabla 4.16. Resultados del proceso de reclasificación de los planos de susceptibilidad temáticos. Factor Clases Materiales granulares Roca debilitada tectónicamente. Serpentinita de cause Roca con apariencia de suelo con Lito-estructural estructura de roca original Roca debilitada tectónicamente. Serpentinita lixiviada Roca con apariencia de suelo con Hidrogeológico Pendiente umbral de deslizamiento % del píxel área total 21300 Valor Susceptibilidad 0,00 29,38 Baja 30797 1,14 172944 19,52 54,81 72097 Alta 21,70 52586 16,65 25,11 Muy alta Distancia 200 m 65007 81,41 17,91 Muy alta Distancia 400 m 284575 18,58 16,02 Alta Subpresión nula (0 m) 218367 62,30 8,49 Baja Subpresión alta (4 m) 35001 9,94 48,97 Alta Subpresión muy alta (6 m) 8783 Subpresión baja (2 m) 87762 Alta (20o – 39o) 42456 12,8 118,43 Baja 201696 42,51 211,21 Media 111748 43,65 386,31 Alta 9785 0,92 4846,90 Muy alta estructura sedimentaria Tectónico No. de o o Baja (0 – 9 ) o o Media (10 – 19 ) o Muy alta (> 40 ) 27,74 130 Muy alta 193,4 90 �Y. Almaguer Carmenates Tipo de suelo Uso actual del suelo Tesis Doctoral Grava, arena y arcilla (GC) 30797 Roca 21300 Arena limosa (SM) 124683 36,21 13,63 Alta Limo arcilloso de alta plasticidad (MH) 172998 48,76 19,51 Muy alta Caminos mineros 6446 Depósitos de mineral 11086 Áreas reforestadas 77758 22,21 9,181 Media Áreas minadas 64750 18,50 13,05 Alta Áreas de vegetación natural 190052 54,27 25,10 Muy alta 15,02 1,54 Baja 2,15 5,01 0,00 Baja 0,00 Descripción del plano de susceptibilidad. El plano de susceptibilidad del terreno a la rotura obtenido en la investigación esta clasificado en cuatro clases: Susceptibilidad baja, media, alta y muy alta [tabla 4.17 y figura 4.19]. Las mismas se describen a continuación: x Susceptibilidad baja: ocupa un área de 3,35 Km2 (38,33% del área total). De forma areal se distribuye en la parte central del yacimiento, relacionado con las zonas reforestadas. Además se relaciona con las zonas periféricas del yacimiento, ocupadas por sedimentos aluviales de los ríos Yagrumaje, Los Lirios, Moa, y arroyo La Vaca. x Susceptibilidad media: ocupa un área de 3,03 Km2 (34,63% del área total). Se distribuye al sur del yacimiento, en forma de franja alargada de dirección este-oeste en la parte central, al norte y en pequeñas zonas al este y oeste del área. x Susceptibilidad alta: ocupa un área de 1,49 Km2 (0,13% del área total). Su distribución es muy localizada hacia el oeste, noreste y al este-sureste donde presenta su mayor acumulación en forma discontinua y alineada con dirección noreste-suroeste. Existen pequeños parches al suroeste y en la parte central del yacimiento. x Susceptibilidad muy alta: ocupa un área de 2,23 Km2 (25,54% del área total). Su distribución es bien localizada y se relaciona espacialmente con la clase anterior. Aparece al oeste, noreste, suroeste y al este-sureste presente su mayor acumulación en forma continua y alineada en dirección noreste-suroeste. Tabla 4.17. Caracterización del plano de susceptibilidad a la rotura. Descripción No. píxel Área (Km2) % de área Baja 135923 3,35 38,33 Clases de susceptibilidad Media Alta 122812 5294 3,03 0,13 34,63 1,49 Muy alta 90579 2,23 25,54 91 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral Conclusiones. x En el yacimiento Punta Gorda se han desarrollado 20 deslizamientos importantes. La tipología y los mecanismos de rotura están en función de las condiciones estructurales y de las características físico-mecánicas de los suelos y rocas. Hay predominio de movimientos combinados de varias tipologías. x La aplicación de la metodología de análisis de los factores condicionantes, ha permitido valorar la influencia de cada una de sus clases sobre el desarrollo de los deslizamientos y la obtención de los planos de susceptibilidades de factores. x El método estadístico de análisis condicional y las técnicas de SIG han permitido la obtención del plano de susceptibilidad del terreno a la rotura para el área del yacimiento Punta Gorda, con cuatro clases de susceptibilidad: baja, media, alta y muy alta. 92 �Tesis Doctoral Figura 4.19. Plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original: 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). Y. Almaguer Carmenates 93 �CONCLUSIONES �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral CONCLUSIONES. Los problemas relacionados con los deslizamientos en taludes y laderas han sido elementos de preocupación para proyectistas, constructores y mineros. En las áreas minadas a cielo abierto de los yacimientos de corteza laterítica ferroniquelífera esta situación es mucho más compleja, debido a que se trabaja con taludes que presentan una determinada altura e inclinación, una situación geológica, que en ocasiones tiene comportamiento variable, con anisotropía en las propiedades geotécnicas, con determinada complejidad de las condiciones hidrogeológicas de la corteza laterítica, y donde en muchos casos, la ubicación de las infraestructuras coinciden con zonas de alta sismicidad que provocan el surgimiento y desarrollo de determinados procesos y fenómenos geológicos. En este entorno del yacimiento Punta Gorda, han tenido lugar diferentes tipos de deslizamientos, que conllevaron en determinado momento a la paralización de la actividad extractiva (deslizamiento de la excavadora 2 en 1997). Todo esto provocó que por parte de la subdirección de minas de la Empresa Ernesto Che Guevara solicitara la ejecución de varios proyectos de investigación liderados por el Instituto Superior Minero Metalúrgico. Desde 1997 hasta la fecha han resultado varios trabajos, dentro de los cuales está el presente análisis de susceptibilidad del terreno por deslizamiento, en el que se han arribado a varias conclusiones expresando que: 1. La situación ingeniero-geológica del yacimiento Punta Gorda se caracteriza por una alta complejidad tectónica y la presencia de cuatro horizontes ingeniero-geológicos diferenciados por sus propiedades físicas y comportamiento mecánico, así como por su conducta frente a los fenómenos de deslizamientos, en los cuales, con la profundidad, disminuye la fricción interna, aumentan los valores de humedad, sobrepasando en algunos casos, el límite líquido. Existen además horizontes colapsables debido a sus propias condiciones naturales. Estas características son elementos condicionantes y desencadenantes de la inestabilidad de los taludes del yacimiento, contribuyendo a la disminución de la resistencia al corte de los suelos y rocas y en otros casos aumentando las tensiones movilizadoras en el medio o talud. 2. Existen diferentes mecanismos de deslizamientos en el yacimiento que hacen que la evaluación y gestión del peligro sea más compleja. La solución de esta situación problemica posibilita a los proyectistas de la actividad minera encontrar zonas más favorables y menos riesgosas para la explotación del yacimiento. 3. Una vez caracterizado desde el punto de vista ingeniero-geológico el yacimiento y llegado a resultados en cuanto a mecanismos y tipologías, se concluye que la metodología empleada mediante el análisis probabilístico implementando un SIG, permite evaluar la susceptibilidad del terreno a la rotura frente al desarrollo de 93 �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral deslizamientos, por primera vez en Cuba, en un yacimiento de corteza laterítica ferroniquelífera. 4. Los procedimientos de análisis de susceptibilidad de los taludes por desarrollo de deslizamientos utilizados en esta memoria aplicando un SIG, permite las siguientes ventajas: la viabilidad para este tipo de método porque se utilizan datos georeferenciados; la facilidad de actualizar las bases de datos y planos a medida que la actividad minera se desarrolla en el tiempo; la reproducibilidad de los resultados y la regionalización de la metodología utilizada; la rapidez de análisis de los factores que inciden en los deslizamientos y la obtención del plano de susceptibilidad final. 5. El plano de susceptibilidad del yacimiento Punta Gorda permite una mejor valoración de las condiciones del medio geológico-minero y de las causales y condicionales de los deslizamientos. Es una herramienta útil para el ordenamiento minero-ambiental y para la prevención de movimientos de masas, no solo durante la explotación del mineral, sino en la construcción de viales, escombreo y en el proceso de cierre de minas. 94 �RECOMENDACIONES �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral RECOMENDACIONES. 1. Aplicar lo resultados durante el proceso de planificación minera y toma de decisiones en el yacimiento Punta Gorda y en los próximos yacimientos a explotar por la Unidad Básica Minera de la Empresa Ernesto Che Guevara, con el objetivo de proyectar la extracción del mineral con menos riesgos asociados al desarrollo de deslizamientos. 2. El uso de la metodología empleada en la investigación para su generalización en otros yacimientos de la región. 95 �REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS �Y. Almaguer Carmenates Tesis Doctoral REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 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London. 3, 1635-1640 p. 2000. 108 �ANEXOS �ANEXO I CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO �Figura 2.1. Relieve actual del yacimiento Punta Gorda. (escala original 1:2 000). �ANEXO II METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA �Roca Suelo X: Rumbo Discontinuidades: Altura Dirección Acimut DATOS ACERCA DEL TALUD Perpendicular al movimiento Dimensiones de la masa (m) Mínima Máxima Buzamiento Tipo: Inclinación POTENCIA DE LA MASA DESPLAZADA (m) CAUSAS: TIPO DE FORMACION Otros Derrubio Vuelco Cuña Planar Rotacional TIPO DE MOVIMIENTO COORDENADAS Y: Espaciamiento Coluvial Residual Z: Observaciones NOMBRE DEL OBSERVADOR: DIBUJO DEL DESLIZAMIENTO OBSERVACIONES: PRESENCIA DE FLUJOS DE AGUA: FECHA: Tabla 2.1. Ficha utilizada en la descripción de campo de los deslizamientos presentes en el yacimiento Punta Gorda. �Capas temáticas utilizadas en el SIG Inventario de deslizamientos Plano de grupos lito-estructurales Plano tectónico Plano de subpresiones de la corteza laterítica Plano de pendiente umbral de deslizamientos Plano de tipo de suelo (SUCS) Plano de uso actual del suelo Valoración de la influencia de cada factor sobre los deslizamientos: - Método de análisis probabilístico condicional. Reclasificación de los planos temáticos de factores: - Análisis de cluster. Combinación de los planos de factores y obtención del plano final de susceptibilidad a la rotura Plano de susceptibilidad a la rotura por el desarrollo de deslizamientos Figura 2.1. Relación de capas temáticas utilizadas en el análisis de susceptibilidad mediante la tecnología SIG. �ANEXO III SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA EN EL YACIMIENTO PUNTA GORDA �Tabla 3.1 Caracterización general de los deslizamientos inventariados en el yacimiento Punta Gorda. CARACTERIZACION DE LOS DESLIZAMIENTOS Dirección del movimiento este noroeste este noroeste norte oeste nortenoreste noreste suroeste sur-sureste norte noreste No. Area (Km2) 1 2 3 4 5 6 0,0489 0,0472 0,0127 0,0321 0,0213 0,0126 7 8 9 10 11 12 0,0182 0,0128 0,0078 0,0200 0,0088 0,0078 13 0,0194 nortenoreste 14 15 16 0,0939 0,0345 0,2384 este noreste este-noreste 17 0,0103 norte 18 0,0198 noreste 19 0,0249 20 Área total ocupada por deslizamien tos % del área total de trabajo 0,0820 noreste nortenoreste 0,8668 8,8388 Litología laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita redepositada y residual laterita residual laterita residual laterita residual laterita redepositada laterita redepositada laterita redepositada laterita redepositada Longitud máx. (m) 240 260 105 225 190 120 Ancho máx. (m) 255 244 140 190 170 118 Longitud del escarpe (m) 160 150 120 140 110 120 180 170 110 200 150 130 130 100 90 140 70 80 160 90 80 130 80 50 200 130 100 550 240 920 250 190 290 200 110 390 140 80 90 180 150 120 200 160 130 430 260 200 �Tabla 3.2. Resultados del cálculo del factor de seguridad (En negritas los FS óptimos). Variables de calculo No. Corrida Potencia de ocres (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 15 15 15 15 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 12 12 12 12 14 14 14 14 14 10 10 10 Potencia de serpentinitas lixiviadas (m) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 2 2 2 1 1 1 Nivel de agua en el talud (m) 22 22 22 16 14 11 28 28 5 5 5 22 22 17 11 11 11 11 5 5 9 10 12 12 15 15 15 15 10 10 7 7 7 Altura del talud (m) 34 34 30 29 29 29 29 29 29 24 24 24 24 24 24 24 22 22 22 22 22 23 23 23 23 23 23 21 21 21 15 15 15 Distancia de la excavadora al borde del talud (m) 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 5 5 1 1 1 5 5 1 1 5 5 5 5 7 7 7 2 2 2 5 5 3 4 Factor de seguridad 1,85 1,16 1,06 1,13 1,11 1,13 1,00 0,91 1,01 1,05 1,30 1,16 0,90 0,95 0,98 1,26 1,40 1,18 1,21 1,43 1,40 1,37 1,35 1,68 1,64 1,60 1,20 1,22 1,29 1,55 1,90 1,77 1,68 �Tabla 3.3. Resultados del cálculo del FS para rotura planar en el yacimiento Punta Gorda. Corridas Tipo de suelo c Ȗ ij Pendiente Potencia FS 1 10 5 4,36 2 10 10 2,18 3 10 15 1,45 4 10 20 1,09 5 10 25 0,87 6 20 5 1,84 7 20 10 0,92 8 20 15 0,61 9 20 20 0,46 10 20 25 0,36 SM (OIP) 0,031 20,4 18,3 11 30 5 1,15 12 30 10 0,57 13 30 15 0,38 14 30 20 0,28 15 30 25 0,23 16 40 5 0,8 17 40 10 0,4 18 40 15 0,26 19 40 20 0,2 20 40 25 0,16 21 10 5 3,38 22 10 10 1,69 23 10 15 1,12 24 10 20 0,84 25 10 25 0,67 26 20 5 1,62 27 20 10 0,81 28 20 15 0,54 20 20 0,4 20 25 0,32 29 30 SM 0,034 17,3 16,5 31 30 5 1,02 32 30 10 0,51 33 30 15 0,34 34 30 20 0,25 35 30 25 0,2 36 40 5 0,7 37 40 10 0,32 38 40 15 0,23 39 40 20 0,17 40 40 25 0,14 41 10 2 8,13 42 10 4 4,06 43 10 6 2,71 44 20 2 3,9 45 20 4 1,95 46 20 6 1,3 47 30 2 2,45 48 30 4 1,22 49 30 6 0,81 50 40 2 1,69 51 40 4 0,84 52 40 6 0,56 SM (SL) 0,01 13,8 16 �Roca fresca I II III Altamente meteorizada Moderadamente meteorizada IV Grado Suelo residual Término Ocre inestructural inicial Ocre estructural final Ocre estructural inicial Roca 2,79 S: 8,40 H: 15,3 S: 15 H: 20 - 70-86 50-70 30-48 W - < 0,020 0,0200,037 0,0310,040 C 27 13 – 15,3 15 – 16,4 18,3 M Características geotécnicas Arena Serpentinita lixiviada o limo- gravosa desintegrada con arcilla (SM) Arena gravo- limosa (SM) J S: 10,0 H: 17,4 con Tipo de suelo (SUCS) Limo arcilloso de alta plasticidad (MH) Ocre inestructural perdigones Horizonte lito-genético No hay signos visibles de material meteorizado. La roca puede tener algunas Roca serpentinizada grietas manchadas de óxidos de Fe. La textura de la roca no es reconocible. Se presenta en forma de coraza compuesta por concreciones ferruginosas. Resistencia muy baja comparada con la roca fresca. Las capas superficiales contienen raíces de plantas y humus. Está tan debilitada por el proceso de meteorización que pueden ser separados o desintegrados grandes fragmentos con la mano, llegándose a excavar con la mano si está húmedo. Se pueden obtener núcleos perforando cuidadosamente, en algunos casos no se pueden recuperar. La fábrica original está intacta. Resistencia muy baja comparada con la roca fresca. Las grietas están rellenas de limonita. Posee alguna resistencia, no pueden ser rotos grandes fragmentos con la mano. La roca fresca o decolorada se presenta como una estructura discontinua o en núcleos rocosos. La meteorización se manifiesta de manera desigual a través de la fábrica de la roca. Descripción - 26 28 12 IP Tabla 3.4. Clasificación del perfil de meteorización desde el punto de vista ingeniero-geológico. - Colapsa No colapsa Colapsa Colapsabilidad Coladas de tierra Tipología de movimiento Desprendimientos de rocas Vuelcos Deslizamientos traslacionales, en cuña, circulares (con agrietamiento intenso) y combinados Movimientos de Corrientes de masas de manera derrubios desorganizada Mecanismos relacionados con caída libre de la roca Deslizamientos a través de una superficie de rotura definida Deslizamientos Deslizamientos rotacionales a través de una superficie de Traslacionales, en rotura definida cuña y combinados Deslizamientos Deslizamientos rotacionales a través de una superficie de Traslacionales, en rotura definida cuña y combinados Mecanismos Vuelcos relacionados con caída libre de la roca Movimientos de masa de manera desorganizada Mecanismo de rotura �Grietas paralelas la borde del talud 2 Relieve positivo típico de los flujos de tierra tierra en corteza laterítica. Desarrollo de cárcavas por la acción de las aguas superficiales. de discontinuidades paralelas al talud a través de las cuales se infiltran la aguas superficiales y provocan el movimiento. Foto 2. Parte del cuerpo de una colada de Fotos 1 y 2. Desarrollo de movimientos de masa en el yacimiento Punta Gorda. Foto 1. Condiciones para el desarrollo de vuelcos en corteza laterítica. Presencia 1 �Dirección del movimiento de la colada de tierra 4 Fragmentos de serpentinita movidos por corrientes de derrubios Foto 4. Fragmentos de rocas removidos por corrientes de derrubio desarrolladas en laderas del yacimiento. Fotos 3 y 4. Desarrollo de movimientos de masas en el yacimiento Punta Gorda. Foto 3. Colada de tierra en corteza laterítica en zona con pendiente moderada. 3 �Figura 3.1. Plano de grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.2. Superposición del plano de grupos lito-estructurales y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.3. Plano de diagramas de planos principales del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.4. Plano de diagramas de planos principales de las fallas cartografiadas en el substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.5. Plano de distancia (buffer) a las fallas principales presentes en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.6. Superposición del plano de buffer y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.7. Plano de planos principales de los diques de gabro presentes en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.8. Plano de cuerpos de gabro presentes en el substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.9. Plano de hidroisohipsas y dirección de flujos subterráneos en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000). �Figura 3.10. Plano de susceptibilidad del terreno al desarrollo de sifonamiento en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000). �Figura 3.11. Superposición del plano se susceptibilidad a sifonamiento y el inventario de movimientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.12. Plano de subpresiones de la corteza laterítica del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.13. Superposición del plano de subpresiones y el inventario de movimientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.14. Plano de pendiente umbral de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.15. Superposición del plano de pendiente y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.16. Plano de tipo de suelo (SUCS) del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.17. Superposición del plano de tipo de suelo y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.18. Plano de uso actual del suelo del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.19. Superposición del plano de uso de suelo y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). �Figura 3.20. Plano de susceptibilidad a la rotura de las condiciones lito-estructurales en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). �Figura 3.21. Plano de susceptibilidad a la rotura por las condiciones tectónicas en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). �Figura 3.22. Plano de susceptibilidad a la rotura por las condiciones hidrogeológicas en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, Tamaño de píxel: 5x5 m). �Figura 3.23. Plano de susceptibilidad a la rotura debido a la pendiente umbral de deslizamiento en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). �Figura 3.24. Plano de susceptibilidad a la rotura debido al tipo de suelo geotécnico en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). �Figura 3.25. Plano de susceptibilidad a la rotura debido al uso de suelo en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m). � 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 Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda Creator An entity primarily responsible for making the resource Yuri Almaguer Carmenates 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 2005 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/8932ed017652ced9a2983cb5fe905588.pdf 2f35bb831bc9da18cfa6a865dba93528 PDF Text Text 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: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �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 / s49  10N / 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 PI 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 �BIBLIOGRAFÍA ACI 232. 1R-00 Use of Raw or processed Natural Pozzolans in Concrete. 2000 AITCIN, C. 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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 � 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 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 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5b452ea4dccedcbc01f98023b85e0a49.pdf 218cf1cf2a577b9b2222d38af90b391e PDF Text Text TESIS EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS DE LOS CERROS LEONARDI Y ALEMÁN DE LA FORMACION EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO, PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO Ysabel Sanguino Femayor �Página legal Título de la obra: Evaluación de los deslizamientos de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El milagro, sector Valle frío, parroquia Santa Lucía. Maracaibo, 67 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Ysabel Sanguino Femayor 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS DE LOS CERROS LEONARDI Y ALEMÁN DE LA FORMACION EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO, PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO. Tesis para optar al título académico de Máster en Geología Autora: Geol. Ysabel Sanguino Femayor Mayo, 2015 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS EN LOS CERROS LEONARDI Y ALEMÁN DE LA FORMACIÓN EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO, PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO. Tesis para optar al título académico de Máster en Geología . Autora: Geol. Ysabel Sanguino Femayor Tutor: DrC. Rafael Guardado Lacaba Mayo, 2015 �ÍNDICE Pág INTRODUCCIÓN……………………………………………………………… 1 CAPITULO I. Características de las condiciones ingeniero geológicas de la región del cerro Leonardi y cerro Alemán…………………………….. 7 1.1. Estado del arte………………………………………………………… 7 1.2. Ubicación……………………………………………………………… 11 1.3 Condiciones del relieve e hidrografía de la región………………… 12 1.3.1 HidrografÍa……………………………………………………… 14 1.3 2 Condiciones climáticas………………………………………… 14 1.4 . Vegetacion………………………………………………………….. 16 1.5 Geología………………………………………………………………… 18 1.6. Litología………………………………………………………………… 19 1.7. Condiciones ingeniero geologicas de los suelos de la región…… 21 1.8 procesos y fenomenos geológicos de la región…………………… 23 1.8.1 Lluvias…………………………………………………………… 23 1.8.2 Sismisidad……………………………………………………… 24 CAPITULO II Procedimiento ingeniero geológico para el estudio de los deslizamientos en los cerros Leonardi y Alemán de la parroquia santa 28 Lucía, aracaibo………………………………………………………………… 2.1 Introducción………………………………………………………….. 28 2.2 Estudio básico, revisión y análisis de información temática Existente……………………………………………………………….. 2.2.1 Información de testigos presenciales………………………… 28 29 VII �ÍNDICE Continuación… Pág. 2.2.2. Análisis de productos de sensores remotos……………………… 29 2.2.3 Análisisdel terreno y cartografia preliminar………………………… 29 2.2.4 Inventario de movimientos en masas………………………………. 30 2.3. Investigaciones préliminares del subsuelo………………………… 30 2.3.1 Reconocimiento ……………………………………………………. 30 2.3.2 Investigación del subsuelo…………………………………………. 31 2.3.3 Geofísica…………………………………………………….………… 31 2.3.4 Instrumentación………………………………………………………. 32 2.3.5 Análisis………………………………………………………………… 32 2.3.6 Informes……………………………………………………..………… 32 2.4.Caracterización geomecánica donde se desarrollan los deslizamientos………………………………………………………………. 33 2.5 Factor de seguridad………………………………………………….. Capitulo III EVALIACIÓN INGNIERO GEOLÓGICO DE 36 LA OCURRENCIA DE LOS DESLIZAMIENTOS EN EL SECTOR VALLE FRÍO, PARROQUIA SANTA LUCIA. MARACAIBO. 3.1 Introducción……………………………………………………………… 3.2 Tipos de deslizamientos………………………………………………. 3.3 Evaluación geotécnica………………………………………………… 3.3.1 Recopilación y evaluación de la informacion existente…………. 3.3.2 Reconocminto en campo……………………………………………. 3.3.3 Toma de muestras…………………………………………………… 39 39 39 42 43 43 44 VIII �3.4. Actividades geotécnicas realizadas en el área de estudio………. 46 3.5 Evaluación de los deslizamientos en el territorio…………………… 53 3.5.1 El agua como elemento disparador de los deslizamientos en el territorio…………………………………………………………………. 3.5.2 Sismisidad como elemento disparador de los deslizamiento 53 en la zona………………………………………………………………… 54 CONCLUSIONES……………………………………………………………….. 61 RECOMENDACIONES…………………………………….…………………… 62 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….……. 63 ANEXOS………………………………………………………………………….. 67 IX �ÍNDICE DE FIGURAS Pág. FIGURA 1.1 Ubicación geográfica del municipio Maracaibo……………. 11 FIGURA 1.2 Ubicación geográfica de la parroquia Santa Lucía………… 12 FIGURA 1.3 Ubicación geográfica del área de estudio.…………………. 13 FIGURA 1.4 Refuerzo de superficie de rotura por las raíces………....... 18 FIGURA 1.5 Mapa geológico regional……………………………………… 19 FIGURA 1.6 Mapa geológico estructural……………………………... 20 FIGURA 1.7 Eventos sísmicos de 2010………………………..……… 26 FIGURA 1.8 Eventos sísmicos de 2011……………………………….. 27 FIGURA 2.1 Procedimiento general, estudio de deslizamiento………… 30 FIGURA 3.1 Caída de rocas.………………………………………..…. 40 FIGURA 3.2 Deslizamiento por estratificación………………………. 41 FIGURA 3.3 Deslizamiento en cuña………………………………….. 41 FIGURA 3.4 Esquema de flujos………………………………………… 42 FIGURA 3.5 Registro de los resultados de los análisis 44 FIGURA 3.6 Diagrama de concentración 48 FIGURA 3.7 Proyecciones estereográficas 52 FIGURA 3.8 Visión tridimensional de la variación del espesor de relleno 55 FIGURA 3.9 Biomantas………………………………………………….. 58 FIGURA 3.10 Gunitado………………………………………………… 59 X �ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1.1. Componentes de las planta y sus funciones………………. 16 Tabla 1.2 Valores de la resistividad unitaria de las muestras. 22 Tabla 1.3 Resultados de los límites de consistencia.…………………. 22 Tabla 1.4 Sismos registrados en Agosto de 2005………................ 25 Tabla 2.1 Calidad del macizo…………………………………………. 33 Tabla 2.2 Identificación del grado de meteorización…………………... 35 Tabla 2.3 Clasificación en base a la resistencia de la roca………… 36 Tabla 2.4 Condiciones de estabilidad cinemática…………………….. 37 Tabla 2.5 Rango de seguridad………………………………………….. 37 Tabla 2.6 Rango de factor de seguridad (colores estándar)……………. 38 Tabla3.1 Tipos de deslizamientos…………………………………………. 39 Tabla 3.2 Clasificación basada en SUCS…………………………………. 45 Tabla 3.3 Humedad natural………………………………………………… 45 Tabla 3.4 Ensayos granulométricos……………………………………… 47 Tabla 3.5 Datos de Jv. Y su RQD……………………………………….. 50 Tabla 3.6 Posibilidad de deslizamientos………………………………… 54 XI �ÍNDICE DE ANEXOS Pág. Anexo 1.1 Temperatura promedio de Maracaibo…………………. 69 Anexo 1.2. Análisis de muestras………………………………..…….. 70 Anexo 1.3. Análisis climático y sísmico………………………….. 71 Anexo 2.1. Mapa de estabilidad cinematica………………………. 72 Anexo 3.1. Curvas granulométricas de las muestras……….…….. 73 Anexo 3.2. Ensayos granulométricos……….………………………. 74 Anexo 3.3. Mapa topografico del área de estudio………………… 75 Anexo 3.4. Bloque diagramático del área de estudio……………. 76 Anexo 3.5. Mapa geologico del área………………………………… 77 Anexo 3.6. Mapa Geomorfológico…………..………………………. 78 XII �INTRODUCCIÓN El crecimiento incontrolado de las ciudades del país de mayor índice de expansión, hacia los espacios abiertos periurbanos se acompaña, desde hace algunos años, de un número creciente de accidentes o vicios geotécnicos. Ellos, vienen causando daños de consideración en las viviendas e infraestructuras de servicios, y son responsables incluso, de numerosas pérdidas de vidas humanas, tal como lo señala Pérez (2001 a). A menudo, estas desgracias son ocasionadas por vicios imprevistos del subsuelo, e inherentes a la naturaleza geológica de los sitios urbanizados. Pero ocurre también, que los daños se deben al desmejoramiento de la estabilidad de los terrenos como consecuencia del impacto eco geológico de las construcciones y de las modificaciones de la topografía por parte de los urbanismos no controlados. En efecto, el crecimiento demográfico que ha experimentado la población venezolana en las últimas décadas y su concentración en los principales centros urbanos, es evidente. Tan solo entre los años 1950 y 2001, el volumen de población se incrementó 4,6 veces al pasar de 5 a 23,3 millones de habitantes y como consecuencia, el país experimentó un acelerado proceso de urbanización. Dentro de este acelerado proceso de crecimiento poblacional se destacan extensos barrios que rodean las principales ciudades del país, generalmente en espacios que no fueron contemplados en los planes de ordenamiento territorial, ni en áreas de expansión urbana de las ciudades como aptos para establecer urbanizaciones, lo que genera transformaciones antropogénicas negativas en el espacio. Los deslizamientos son uno de los procesos geológicos más destructivos, que causan miles de muertes y daño en las propiedades por valor de decenas de billones de dólares cada año (Brabb, 1989); sin embargo, muy pocas personas son conscientes de su importancia. El 90% de las pérdidas por deslizamientos son evitables si el problema se identifica con anterioridad y se toman medidas de prevención o control (Montiel, 2009). Los diferentes deslizamientos que han ocurridos a nivel nacional han puesto de manifiesto en los últimos años la necesidad de enfrentar estos problemas 1 �desde un enfoque más integral. La falta de planes de ordenamiento territorial genera transformaciones antropogénicas negativas. La acción antrópica es la principal culpable, debido a que interviene de manera descontrolada en los procesos naturales, como la ubicación de población en los cauces de los ríos, en las bases o cimas de los cerros, la modificación de la topografía del terreno y el hacinamiento, entre otros, estas situaciones aceleran la inestabilidad del terreno y originan daños irreparables a la comunidad. En este sentido, en el área de estudio, la población se ha asentado en una zona que es propensa a ser afectadas por procesos de deslizamientos provocados por lluvias y ante la proximidad de estos fenómenos climatológicos, se ve la necesidad de realizar un estudio y llevar a cabo acciones rápidas y eficientes, para minimizar, en la medida de lo posible, los daños materiales y la pérdida de vidas humanas que pueda producirse con nuevos deslizamientos. Debido a las lluvias acaecidas en Maracaibo durante los periodos de invierno de 2005 se puso en evidencia la vulnerabilidad del territorio ante este fenómeno natural. Los principales problemas que generaron las lluvias estaban relacionados con los deslizamientos. Varios de ellos ocurridos en el sector Valle Frio, donde se deslizo parte del talud afectando varias viviendas y poniendo en peligro las personas que allí habitan. La situación planteada, causa alarma en la población urbana desprevenida contra los efectos destructivos de fenómenos tradicionalmente localizados en el campo, pero de incidencia socioeconómica comparativamente más grave en la ciudad, debido al nivel de concentración de la población es espacios muy reducidos. La magnitud de los problemas confrontados en épocas de lluvia en diversos barrios y urbanizaciones de la ciudad de Maracaibo, está conduciendo a una toma de conciencia cada vez más clara por parte de la opinión pública, acerca de la responsabilidad que tienen los patrones de urbanismo vigentes y la tecnología actual del acondicionamiento geotécnico de los terrenos, en el deterioro de las condiciones de habitabilidad y hasta en la inseguridad de las viviendas y servicios. 2 �Las laderas naturales, han sido alteradas debido a la actividad de la población que vive en esa zona. La construcción de viviendas, la apertura de zanjas para las aguas servidas y los cortes de laderas son algunas de las acciones que los pobladores que habitan el sector valle Frio han llevado a cabo. No se han tomado acciones de cara a prevenir la posible inestabilidad de las zonas contiguas al deslizamiento especialmente de las zonas situadas arriba de la cabecera y abajo al pie del talud, ni tampoco se han implementado medidas de corrección en la zona donde se produjo el deslizamiento y donde cedió la vivienda. Ante la proximidad de fenómenos climatológicos similares y teniendo en cuenta que estos taludes son muy susceptibles a deslizamientos provocados por lluvia, se hace necesario la realización de este estudio. Esta investigación está enfocada en evaluar los deslizamientos de los taludes de los cerros Leonardi y Alemán en el sector Valle Frío, se logra a través del análisis de las condiciones ingeniero geologías: características litológicas, geotécnicas, geomorfológicas, estructura geológicas, geodinámicas y de otros factores los elementos causales y condicionales que ocasionan la inestabilidad y los deslizamientos. En estos taludes aparecen diversos tipos de desprendimientos lo que están condicionados por las acciones ingeniero geológicas y de las condiciones antrópicas que conduce a generar el problema del desconocimiento de las causales y condicionales que provocan estos deslizamientos y su estabilización. 3 �El problema la investigación se centró en la evaluación de los deslizamientos que tienen lugar en el sector Valle Frio de la Parroquia Santa Lucia. Maracaibo. Objetivo General Evaluar la inestabilidad de los taludes de los cerros Leonardi y Alemán y de los deslizamientos que han tenido lugar en el sector Valle Frío, parroquia Santa Lucía, municipio Maracaibo, estado Zulia. Objetivos Específicos 1. Analizar las condiciones ingeniero geologías del territorios y los factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El Milagro. 2. Establecer un procedimiento metodológico de estudio de los deslizamientos en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El Milagro. 3. Evaluamos los elementos ingeniero geológicos causales, condiciónales y los elementos de inestabilidad de los deslizamiento en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El Milagro. Hipótesis Si logramos establecer los elementos cáusale, condicionales y disparadores de los deslizamientos a través de las condiciones ingeniero geológicas podemos determinar los elementos de estabilidad y solución de los deslizamientos en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El Milagro y que puede ser de gran utilidad para las tareas de Ordenamiento Territorial y la reducción de los efectos de los Desastres Naturales en la Parroquia Santa Lucia. 4 �Esta investigación pretende cubrir el estudio de los deslizamientos ocurrido en los cerros Leonardi y Alemán y alcanzar en ellos su reducción y estabilización. Para ello, se estudian y se determinan sus propiedades geotécnicas del medio geologico y posteriormente, se establece un sistema de medidas para su estabilizacion de los suelosy rocas asi como de su comportamiento. De tal forma, que se pretendio obtener una información fiable de la evolución del factor de seguridad en los taludes, a fin de poder emitir recomendaciones sobre su estabilidad. Por otra parte, esta investigacion genera una novedad científica, aportes sociales, aportes científicos y aportes medioambientales, que se describen a continuación: Novedad Científica  El Diseño de un procedimiento para la estabilizacion de los taludes en el area de estudio  La implementacion de técnicas estabilizadoras ante los posibles deslizamientos y la aplicación de las tecnicas de ingenieras para el control de los taludes  los métodos propuestos podrán aplicarse en otras áreas similares de Venezuela que requieran estos estudios para la estabilización de los taludes y en la toma de decisiones en el proceso del Ordenamiento Territorial que se pueda realizar en el transcurso del tiempo por alguna institución, sea ésta gubernamental o privada. Aportes científicos  Caracterización de las condiciones ingeniero geologicas del medio geologico y determinacion de los elementos causales, condicionales y disparadores de los deslizamientos 5 � Selección de técnicas de protección de taludes que garantizan su estabilidad Aportes sociales  Incremento de la calidad de vida de las comunidades y del entorno.  Mitigación de los deslizamientos de la comunidad y del entorno.  Definir la tecnología para la estabilizacion de los taludes Aportes medioambientales  Eliminación de los impactos geoambientales de la región.  Integración paisajística del entorno.  Recuperación gradual y la estabilidad de los taludes 6 �CAPITULO I. CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES INGENIERO GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE LOS CERROS LEONARDI Y ALEMÁN DE LA FORMACIÓN EL MILAGRO, PARROQUIA SANTA LUCÍA. Introducción El presente capítulo constituye la base conceptual del tópico de estudio Aquí se precisa la información necesaria que luego se traslada al escenario de la problemática asociada a los deslizamientos para su posterior evaluación 1.1 Estado del arte El termino deslizamientos en masa incluye todos aquellos movimientos ladera abajo de una masa de roca, de detritos o de tierras por efectos de la gravedad (Cruden, 1991). Algunos movimientos en masa, como la reptación de suelos, son lentos, a veces imperceptibles y difusos, en tanto que otros, como algunos deslizamientos pueden desarrollar velocidades altas y pueden definirse con límites claros, determinados por superficies de rotura (Crozier, 1999a, en Glade y Crozier, 2005). Es de gran utilidad para la comunicación de ideas en torno a los movimientos en masa, en cualquier lenguaje, la definición formal que describa los aspectos únicos que caracterizan a cada tipo de movimiento y que pueda emplearse para diferenciarlo de los otros. En esta sección se incluyen definiciones de esa clase. En la literatura científica se encuentran muchas clasificaciones de movimientos en masa; la mayoría de ellas se basan en el tipo de materiales, los mecanismos de movimiento, el grado de deformación del material y el grado de saturación Las clasificaciones de movimientos en masa de Varnes (1958, 1978) y Hutchinson (1968, 1988) son, hoy en día, los sistemas más ampliamente aceptados en el mundo de habla inglesa e hispana. Varnes (1958 y 1978) emplea como criterio principal en la clasificación, el tipo de movimiento y en segundo lugar, el tipo de material. Así, divide los deslizamientos en cinco tipos: caídas, vuelcos, deslizamientos, propagaciones y flujos. Además, divide los materiales en dos clases: rocas y suelos, estos últimos subdivididos en detritos y tierra. De esta manera, 7 �presenta definiciones para varias posibles combinaciones de tipo de movimiento y material. Es común encontrar en la literatura terminología que no es consistente y definiciones ambiguas para los distintos tipos de movimientos en masa. Como un ejemplo de la ambigüedad resultante de usar el tipo de movimiento como atributo de clasificación, Hungr et al., (2001) mencionan los flujos de tierra en la clasificación de Varnes los cuales son conocidos como deslizamientos de lodo en la clasificación de Hutchinson. Numerosas observaciones de campo han demostrado que tales movimientos en masa se mueven predominantemente por deslizamiento a lo largo de superficies de corte discretas, y no por flujo (Hutchinson, 1970; Brunsden, 1984). Cruden y Varnes (1996) propusieron modificaciones a la clasificación de Varnes (1978) que introducen un marco taxonómico multidimensional. No obstante, ciertos términos básicos definidos en clasificaciones previas y sus equivalentes en otros idiomas se han arraigado en el vocabulario, tanto de especialistas, como del público y por lo tanto es difícil que aquellos desaparezcan (Hungr et al., 2001). Cruden y Varnes (1996) asignan términos específicos a cada fase de movimiento, sin embargo, dado que la mayoría de los movimientos en masa son más o menos complejos y presentan varias fases, sistemas como éste conducen a nombres largos y complicados. Un ejemplo del uso de la clasificación de Cruden y Varnes (1996) sería “vuelco de rocas y deslizamiento de roca complejo” empleado para designar a un movimiento denominado por otros autores, vuelcos en bisagra (chevron). Para efectos de comunicación es más apropiado asignar términos cortos y simples a cada evento. Hungr et al. (2001) presentan un ejemplo de este tipo de clasificación simple, aplicada a los movimientos en masa particularmente del tipo flujo. Es importante tener en cuenta que en la práctica es difícil asignar un movimiento en masa a una clase en particular, debido a que la mayoría de los procesos son bastante complejos y presentan diferentes comportamientos a lo largo de su trayectoria, debido a las propiedades de los materiales involucrados, mencionadas antes. Además hay factores externos que influyen en el tipo de movimiento, por ejemplo, mientras que 8 �una determinada ladera pudiera fallar como deslizamiento traslacional en condiciones de humedad moderada, el mismo deslizamiento se puede transformar en una avalancha o un flujo de detritos en condiciones de mayor humedad, aumentando la longitud de su recorrido (Crozier y Glade, 2005). En Evans y Hungr (1993) se pueden consultar ejemplos de caída de roca fragmentada. Los acantilados de roca son usualmente la fuente de caídas de roca, sin embargo también puede presentarse el desprendimiento de bloques de laderas en suelo de pendiente alta. En un macizo rocoso, los mecanismos de falla ocurren cuando una discontinuidad geológica tiene una dirección aproximadamente paralela a la de la cara del talud y buza hacia esta con un ángulo mayor que el ángulo de fricción (Hoek y Bray, 1981). En los casos en que la traslación se realiza a través de un solo plano se denomina deslizamiento planar (Hoek y Bray, 1981). Ambos autores desarrollaron la teoría Geomecánica de hoy. Durante las últimas décadas se han implementado numerosas estrategias para la gestión de riesgos por deslizamientos. La experiencia obtenida en muchos países estimula el uso de mapas de zonificación de amenaza y riesgo para el ordenamiento territorial y la gestión de emergencias (Cascini et al., 2005). En la presente investigación en la selección de metodologías en el estudio y mapeo de los peligros por deslizamiento se trata de presentar una guía metodológica detallada para el estudio de los deslizamientos en el territorio del sector Valle Frio. Así, al tratar de satisfacer la necesidad tanto de análisis cada vez más cuantitativos, como de mapas que permitan comparaciones con otros mapas de deslizamientos, o el análisis de criterios de riesgo tolerable la autora estudio las publicación del JTC-1 (Comité Técnico Conjunto de las asociaciones ISSMGE, ISRM y IAEG), Guía para la zonificación de amenazas, susceptibilidad y riesgo para planificación del uso del suelo, como bibliografía que incluye elementos útiles, como por ejemplo, propuestas de clases para niveles de amenazas y riesgo, además, sugerencias de leyendas para clases. 9 �Los primeros trabajos en el uso espacial de la información en el contexto digital para la cartografía de la susceptibilidad por deslizamientos aparecen en los años 70.Entre los primeros se destacan Carrara (1977) en Italia y Brabb (1978) en California. Se han hecho esfuerzos por estandarizar a través de una nomenclatura para la valoración de los deslizamientos (IAEGComisión de deslizamientos, 1990; UNESCO-WP/WLI, 1993);(IUGS-Grupo de trabajo de los deslizamientos, 1995), Cruden, 1996, realizan una trabajo para obtener el tamaño del deslizamiento y las medidas para mitigar y disminuir la acción de los deslizamientos. En los trabajos presentados por Crude (1996) aparecen los factores y mecanismos de fallas de los diferentes tipos de deslizamientos que tienen lugar en el medio geológico. Estos autores incluyen además los elementos de geomorfometría, geología, tipo de suelo e hidrología. (Soeters, 1996), en su trabajo exponen los resultados de la cartografía por deslizamientos basada en el análisis de imagen en los laboratorios y los sensores remotos aplicando métodos geomorfológicos y el análisis de suelos en laderas. (Ibsen, 1996); Lang, et al., (1999); Glade, (2001), en este orden de aparición se destacan los trabajos de la cartografía según un inventario de deslizamientos (diagnóstico por deslizamientos de un área). Van Westen, (2004-2005) ofrece una tabla donde se toma en consideración cuatro grupos para la evaluación de la susceptibilidad y la peligrosidad (Glade, 2005) publican un artículo tomando los diferentes factores que inciden en los tipos y mecanismos por deslizamientos y analizan su incidencia con los elementos meteorológicos y los efectos hidrológicos según los diferentes meses del año y propone un análisis geodinámica en un periodo de 10 años. Schuster y Kockelman (1996) proponen una serie de principios y metodologías para la reducción de peligrosidad por deslizamiento, utilizando sistemas de prevención, los cuales requieren de políticas del Estado, la colaboración y toma de conciencia por parte de las comunidades. Almaguer, Y., en el 2005, en su tesis doctoral “Evaluación de la Susceptibilidad del Terreno a la Rotura por Desarrollo de Deslizamientos en el Yacimiento Punta Gorda”, evalúa los niveles de susceptibilidad del 10 �terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en este yacimiento lo que le permite establecer criterios de estabilidad de taludes y laderas. Estos sirven de base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar los daños derivados de estos fenómenos. Emplea una metodología que parte de la confección del mapa inventario de deslizamientos. 1.2 Ubicación La presente investigación fue desarrollada en el sector Valle Frío, parroquia Santa Lucía, municipio Maracaibo, estado Zulia y abarca una superficie de 16,18 hectáreas (161.897,44 mts2). El municipio Maracaibo se encuentra ubicado en la parte occidental del estrecho del Lago de Maracaibo. Limita al norte, con el municipio Mara; al sur, con el municipio San Francisco; al este, con el lago de Maracaibo y al oeste, con el municipio Jesús Enrique Lossada. (Figura1.1). Figura 1.1. Ubicación geográfica del municipio Maracaibo Fuente: Autor (2015) Abarca una superficie de 419 km2, lo que representa el 0,78% de la superficie total del estado Zulia. Tiene como capital la ciudad de Maracaibo, centro político – administrativo de la región zuliana. Políticamente se encuentra dividido en dieciocho (18) parroquia. La parroquia Santa Lucía, es una parroquia del municipio Maracaibo, toma su nombre de la parroquia Santa Lucía perteneciente a la Arquidiócesis de Maracaibo, dedicada a la devoción a Santa Lucía. El barrio Santa Lucía contenido en la parroquia es conocido popularmente como “El Empedrao” por sus calles de piedra siendo uno de los sectores fundadores de la ciudad de Maracaibo e ícono cultural del estado Zulia (Figura 1.2). 11 �Figura 1.2. Ubicación geográfica de la parroquia Santa Lucía. Fuente: www.Wikipedia.org. La parroquia Santa Lucía tiene una población estimada de 42.601 habitantes (2008), una superficie de 5,9 km² y una densidad de población de 7.220,51 habitantes por km². Se encuentra entre las parroquias Olegario Villalobos al norte (calle 77 ó Av. 5 de julio), el lago de Maracaibo al este, y la parroquia Bolívar al sur y oeste (calles 93, 88 y 85) y (Av. 9B, 8 y 4). Figura 1.3. Ubicación geográfica del área de estudio. Fuente: Alcaldía de Maracaibo, modificada por la autora (2015) 12 �1.3 Condiciones del relieve e hidrografía de la región. El relieve se presenta de acuerdo al Instituto Nacional de Estadística (INE) (s/f), en el Estado Zulia se pueden diferenciar cuatro grandes paisajes topográficos. En la parte occidental, en la frontera con la República de Colombia, se encuentra la Sierra de Perijá, cuya divisoria de aguas sirve de límite con Colombia. La sierra se divide en tres secciones: la Serranía de Motilones (continuación de los andes colombianos); al sur la Serranía de Valledupar y los Montes de Oca, al norte. En la costa oriental se encuentra la Sierra del Empalado o de Ciruma, reserva hidráulica de esa costa. La plataforma continental y el lago de Maracaibo (cuerpo de agua dulce más extenso de América Latina) conforman 3,5% del total del golfo de Venezuela. Las llanuras costeras de la Guajira Venezolana poseen valles fluvio-marinos, rellenos lacustrinos, paisajes del litoral marino y llanuras eólicas. La altiplanicie Maracaibo-Machiques posee paisajes de relieve plano y ondulado, planicies de denudación y ex playamiento, colinas, lomas pie de montinas de la sierra de Perijá y montañas bajas. La sierra de Perijá está formada por serranías de relieve accidentado, con alturas máximas de 3750 m.s.n.m. La depresión aluvial reciente del lago de Maracaibo está ocupada por el lago y por extensas planicies aluviales, de ex playamiento, desbordamiento y cenagosas. El relieve de la región está definido por dos conjuntos montañosos, de fuerte expresión topográfica los cuales enmarcan internamente la extensa depresión estructural del Zulia. Esta depresión o fosa de hundimiento tectónico ha evolucionado geomórficamente y en ella se han modelado los amplios paisajes de llanuras que bordean al lago, el cual ocupa la parte central de la depresión. El relieve es relativamente plano, presentándose algunas colinas bajas al oeste cerca de la Av. 4 (Bella Vista) de no más de 40 m y acantilados en la Av. El Milagro que no superan los 20 m, este relieve da lugar a numerosas cañadas que desembocan en el Lago de Maracaibo. 13 �1.3.1 Hidrografía La mayor expansión del estado es el lago de Maracaibo, con 12870 km 2 y unos 550 km de costa. Es el núcleo colector de todos los ríos de la zona. Los ríos provienen de tres divisorias de aguas; los de la costa occidental se originan en la sierra de Perijá. Las sub-cuencas más importantes son las de los ríos Guasare, Socuy, Cachirí, la del río Santa Ana y la del río Catatumbo. Al sur del estado, a través de las llanuras aluviales, desembocan los ríos que nacen en la cordillera andina, los cuales aportan una considerable carga sedimentaria que enriquece los suelos. La hidrografía del área está representada por las corrientes y flujos hídricos desarrollados en la región, la cañada Macuto drena las aguas de Santa Lucía y desemboca en el lago de Maracaibo. La cañada Macuto va cambiando de nombre según sea el sector por donde surca; por el cerro Leonardi la toma el nombre de Santa Clara hasta que llega a la avenida Unión o calle 84 (Av. Dr. Leonardi). Este brazo de la cañada continúa atravesando la prolongación de la carretera Unión y se dirige hacia la avenida 2D o calle Santo Tomás pasando por el puente del Atracadero por su lado oeste. 1.3.2 Condiciones climáticas El clima del estado Zulia está dominado por las altas temperaturas durante todo el año e influenciado por la presencia del lago y las cordilleras de los Andes al sur y de Perijá al oeste. Cerca del 80% del territorio tiene un régimen térmico elevado, mientras que el 20% restante está sujeto a variaciones derivadas de las diferencias de altitud. En el norte el clima es semiárido. El balance hídrico es negativo, con una evaporación que supera ampliamente a la precipitación. Las lluvias presentan gran variación espacial y temporal y disminuye progresivamente hacia el norte, hasta el clima semiárido de Maracaibo, con menos de 600 mm/año, concentrados principalmente entre noviembre y marzo, producto de los frentes fríos y el clima árido de la península de Paraguaná (< 200 mm/año). Cabe destacar, que sobre las riberas del lago domina el clima de sabana, caracterizado por temperaturas que pueden superar los 35 °C. La sequía normalmente abarca desde noviembre hasta abril. La sierra de Perijá cuenta con un clima tropical lluvioso con una estación seca de 2-3 meses, en la cual 14 �la precipitación desciende los 60 mm. El clima tropical lluvioso de selva representa las mayores precipitaciones en el estado. La temperatura media varía de 27,8º C en la costa del lago a 24º C hacia los piedemontes de Perijá y los Andes. Las temperaturas máximas medias varían de 32º C a 22º C y las mínimas medias de 22º C a 12º C. La humedad relativa media es muy alta tanto en las cercanías del lago como en los piedemontes (de 85% a 90%), mientras que en la zona costera del golfo de Venezuela varía de 75% a 80%. Las altas temperaturas en la región zuliana están asociadas con la sequía; al no haber agua hay mayor evaporación y mayor radiación; originando un déficit de precipitaciones. No existe un cambio de clima ya que las condiciones climáticas no han cambiado, lo que existe es una variabilidad climática (Anexo 1.1). Análisis climático regional y local En el análisis realizado se observó que para un periodo comprendido entre los años 2000 y 2013, las precipitaciones presentan gran variación espacial y temporal, en general el régimen es bimodal, las mayores precipitaciones ocurren a entre los meses de abril y noviembre, los valores más altos promediaron 61,52 mm al mes; a partir de septiembre se registra los mayores valores de humedad, promediando 75,16%. Los mayores valores de temperatura se registraron a mediados de año, entre los meses de junio y septiembre, con 29,93º C de temperatura promedio. Las precipitaciones en la ciudad de Maracaibo se caracterizan por la irregularidad en su distribución anual, aunada a la disminución progresiva de las áreas de infiltración como consecuencia de la intensa urbanización de la ciudad. Las características de la litología en la ciudad y la topografía de la zona de estudio, favorecen la erosión laminar y la formación de cárcavas en los taludes, aumentando la inestabilidad de los mismos. Por otro lado, la evaporación anual alcanza los 2000 mm/año, proporcionando un déficit de 1556,65 mm lo que justifica la sequía y el clima semiárido en la zona. Esto conlleva a que la red hidrográfica del municipio sea bastante escasa y no presenta cursos de agua considerables en la parroquia Santa Lucía. Considerando las precipitaciones ocurridas en los años 2004, 2005, 2006, 2010 y 2011, donde se menciona la situación de alto riesgo en el área de 15 �estudio y zonas vecinas, se realizó un análisis climático para determinar la relación existente entre las variables climáticas y sísmica (Anexo1.2). 1.4 Vegetación La vegetación del estado Zulia es muy variada y está caracterizada por presentar vegetación de bosque tropical muy seco. Entre la Alta Guajira y Castilletes se observa un paisaje pedregoso con especies vegetales como tunas, cardones y cujíes. El bosque húmedo tropical se observa hacia los 1000 m, en tanto que el bosque húmedo pre montano aparece hacia los 1500m y las especies más frecuentes son mijao, apamate, comoruco y araguaney. En el área de mayor elevación del Zulia, con alturas de 2500 a 3000 m, se encuentran especies como guácimo, saisai y covalonga. Para poder comprender del efecto de la vegetación sobre el suelo se requiere conocer las características específicas de la vegetación en el ambiente natural que se esté estudiando (Tabla 1.1). Entre los factores importantes se encuentran el volumen y densidad de follaje, tamaño, ángulo de inclinación y aspereza de las hojas, altura total de la cobertura vegetal, presencia de varias capas diferentes de cobertura vegetal, tipo, forma, profundidad, diámetro, densidad, cubrimiento y resistencia del sistema de raíces. Tabla 1.1 Componentes de las plantas y sus funciones Parte de la planta Función Raíz Anclaje, absorción, conducción y acumulación de líquidos. Tallo Soporte, conducción y producción de nuevos tejidos Hojas Fotosíntesis, transpiración Fuente: Suárez (1998). Las raíces cumplen una función muy importante de absorción. La retención de agua en el follaje demora o modifica el ciclo hidrológico en el momento de una lluvia, disminuyendo la rata de agua de escorrentía y su poder erosivo 16 �puede aumentar la rata de infiltración. Depende del tipo de vegetación, sus características y la intensidad de la lluvia. Los árboles de mayor volumen o densidad de follaje, demoran más el ciclo hidrológico al retener por mayor tiempo las gotas de lluvia. En el caso de lluvias muy intensas la retención de agua es mínima, pero en el caso de lluvias moderadas a ligeras, la retención puede ser hasta de un 30%, dependiendo de las características de la vegetación. Parte del agua retenida es acumulada en el follaje para luego ser evaporada. La evapotranspiración es un efecto combinado de evaporación y transpiración. Su efecto es una disminución de la humedad en el suelo. Cada tipo de vegetación en un determinado tipo de suelo, tiene un determinado potencial de evapotranspiración y se obtiene una humedad de equilibrio dependiendo en la disponibilidad de agua lluvia y nivel freático. La capacidad de una planta para consumir humedad del suelo depende del tipo y tamaño de la especie, clima, factores ambientales y características del suelo. En climas tropicales los volúmenes de evapotranspiración son mayores que en zonas con estaciones. El efecto más importante de la vegetación es la protección contra la erosión en todos los casos y con todo tipo de vegetación. La vegetación con mayor densidad de follaje amortigua más eficientemente el golpe de la lluvia y disminuye la erosión. En hierbas y pastos, la densidad y volumen del follaje actúan como un colchón protector contra los efectos erosivos del agua de escorrentía, se ha observado que donde hay árboles altos la erosión es menor que en el caso de arbustos. Además, las hierbas o maleza protegen mejor contra la erosión que los pastos. La mejor protección contra la erosión y los deslizamientos, se obtiene estableciendo conjuntamente todos los sistemas de vegetación, incluyendo los musgos y demás variedades. No hay mejor evidencia que mirar la naturaleza y observar cómo se conserva y protege ella misma. Las raíces refuerzan la estructura del suelo y actúan como anclajes en las discontinuidades uniendo materiales de los suelos inestables a mantos más estables. (Figura 1.4). 17 �Figura 1.4. Refuerzo de superficie de rotura por las raíces de los árboles. Fuente: Suárez (1998). La profundidad de refuerzo de las raíces comúnmente es de 20 cm, pero algunas especies tienen profundidades que permiten el anclaje a mantos de roca relativamente profundos. Por ejemplo, se conoce de eucaliptus con raíces hasta de 27 m y raíces de bosque tropical hasta de 30 m de profundidad, pero la mayoría de los árboles tienen raíces de profundidad hasta de 3 m, por lo que ésta es la profundidad hasta la que puede confiarse un refuerzo con raíces. Las características físicas de las raíces determinan el efecto de anclaje o refuerzo del suelo y la densidad del sistema radicular mejora la retención de las partículas o masas de suelo, aumentando la resistencia a la erosión. 1.5 Geología El subsuelo de la parroquia Santa Lucía está conformado por la formación El Milagro, de edad Pleistoceno, que toma su nombre de la Av. 2 (El Milagro) que comienza en esta parroquia donde aflora en los riscos bajos que bordean el lago de Maracaibo a lo largo del trazado de la avenida. Su localidad tipo está en el barrio El Milagro de la ciudad de Maracaibo y en los acantilados occidentales de la Av. El Milagro, a lo largo de la costa del lago. El tope de la formación aflora o se encuentra cubierto por espesores delgados de suelos "in situ" y aluviones recientes arrastrados por las 18 �principales cañadas del área, así como también por el escurrimiento laminar o en sabana predominante en la altiplanicie de Maracaibo. 1.6 Litología La formación consiste de arenas friables, finas a gruesas, muy micáceas, de color crema a pardo-rojizo, limos micáceos de color gris claro, interestratificados con arcillas arenosas, rojas y pardo-amarillentas y lentes lateríticos bien cementados. Hay dos capas de arcillas arenosas y limosas, con abundantes fragmentos y troncos de madera silicificada. Las capas de arcillas arenosas y limosas cubren horizontes caracterizados por abundantes nódulos de hierro y formación laterítica, que fueron interpretados como paleosuelos. El paleosuelo superior separa la gruesa unidad inferior de la sección arenosa, característica de la Formación El Milagro. El paleosuelo inferior está desarrollado sobre el centro del arco y separa la Formación El Milagro de una unidad verdosa, posiblemente equivalente a la Formación Onia (Figura1.5). Figura 1. 5 Mapa geológico regional de la Formación El Milagro. Fuente: Fuente: UCV (2006). 19 �La Formación El Milagro cubre el Arco de Maracaibo y se extiende hasta la parte noreste del lago de Maracaibo. Se observa también en el subsuelo del lago, y en el distrito Bolívar del estado Zulia. Su espesor varía de 0 a 33 m en el centro del Arco de Maracaibo, y aumenta rápidamente hacia el sur, alcanzando unos 150 m en el pozo Regional-1, a unos 10 km al suroeste de Maracaibo. En el subsuelo se desconoce su espesor. En la provincia del Arco de Maracaibo, la Formación El Milagro cubre estratos terciarios con discordancia angular, y está cubierta por sedimentos cuaternarios más jóvenes en forma discordante. Respecto al paleo ambiente, estos sedimentos son de aguas dulces y llanas, depositados a una distancia considerable del área fuente. Se considera que el ambiente de sedimentación de la Formación El Milagro es fluvio-deltaico y lacustino marginal. Existen autores que difieren afirmando que los sedimentos de la formación son de carácter fluvial y paludal, depositados sobre un amplio plano costanero y de poco relieve, y que estuvieron expuestos a la meteorización y anegamiento por lo menos tres veces durante el Cuaternario. Estas condiciones facilitaron la acción eólica y algunas capas pueden representar dunas (González de Juana, et al., 1980). El mapa geológico estructural Levantado por el Ministerio de Energía y Minas en al año 1977 a escala 1:500.000 presenta la falla de la Ensenada, de dirección sur norte, atravesando la ribera occidental del lago, pasando por la Concepción y prolongándose hasta la parte sur del Bajo San Francisco; constituye una falla de cabalgamiento, difícil de seguir en campo e interpretar en las fotos aéreas debido al espeso cubrimiento de arenas que predominan en el sector sur de Maracaibo. Al noroeste del Puente General Rafael Urdaneta, específicamente donde la Circunvalación No.1cambia de dirección noroeste a norte, en el barrio Bolivariano, parece manifestarse nuevamente, originado un cambio de relieve de colinas disceptadas o una topografía ondulada y plana correspondiente a los barrios: Sur América, El Silencio y Sierra Maestra. Así mismo, origina un cambio en la pendiente de topografía plana, a planos ligeramente inclinados hacia el Lago, en los alrededores del barrio San Jacinto al norte del área de estudio (Figura 1.6). 20 �Figura 1.6 Estudio Geológico de Maracaibo y sus alrededores. Fuente Ministerio de Energía y Minas 1977 1.7 Condiciones ingeniero geológicas de los suelos de la región. Litologías presentes en el área de estudio a) Arenisca arcillosa (Are-arc) Corresponde a la litología principal observada, con espesores que van desde 60 cm a 6 m. En general, se presentan como cuerpos masivos de colores amarillo ocre, gris claro a rojizo, de grano fino a muy fino, micáceos. Conforman rocas incompetentes, moderadamente duras, densas, con meteorización de moderada a alta y fracturada. b) Arcilla arenosa (Arc-are) Es la segunda litología predominante. Se presenta en capas de 25 cm a 5 m de espesor y lentes masivos de color amarillo claro y blanco a gris claro de grano muy fino, micáceas. Conforman rocas incompetentes, moderadamente duras, densas y fracturadas, con una meteorización de moderada a alta. c) Lateritas y nódulos (Lat/Nód) Es la tercera litología presente en el área de estudio. Se presentan en capas y lentes de color rojizo a amarillo oscuro, con espesores entre 20 cm y 2 m. Presenta nódulos arcillosos y ferruginosos cuyo tamaño va desde 0,5 a 40 21 �cm. Es una roca dura, altamente alterada. Los cuerpos lateríticos se forman por la descomposición de la roca y su lavado por corrientes de agua ocasionales. Las lateritas no son propiamente derivadas directamente de las rocas, sino que son el resultado del proceso físico químico que conlleva a la remoción gradual de sílice y sales solubles. Este proceso ocurre cuando el agua percola a través del suelo. Tabla 1.2. Valores del peso unitario de las muestras Límites de consistencia Las muestras extraídas presentan características propias de arena fina mal gradada con presencia de arcillas; considerando esta condición, sus respuestas líquidas y plásticas se ensayaron con el método de Límites de Consistencia. Los valores obtenidos se muestran en la Tabla 1.3 Tabla 1.3 Resultados de los ensayos para límites de consistencia 22 �Nivel freático Durante la toma de muestras y cortes de pared en los sitios prospectados en el área de estudio de los deslizamientos de material proveniente de los taludes del cerro Leonardi y cerro Alemán a la profundidad máxima de 45 cm, no se detectó la presencia de nivel freático o aguas de filtración. Equipos y herramientas utilizadas Para el reconocimiento geológico, geomorfológico y geotécnico se utilizaron herramientas como escalímetro, equipo GPS (Sistema de posicionamiento global), altímetro, piquetas, brújulas de geólogos, libretas de campo, planillas de recolección de datos geotécnicos, mapa (topográfico y geológico), lápices, cinta adhesiva, marcadores, cinta métrica y lupa. 1.8 Procesos y fenómenos geológicos de la región. 1.8.1 Lluvias En la región tienen lugar diversos procesos y fenómenos geológicos los cuales están en función de la geodinámica del territorio. Podemos clasificarlos como: Erosión continental. La erosión hídrica presente en el territorio reviste en aquellos espacios geográficos sujetos a condiciones climáticas en donde imperan abundantes y frecuentes lluvias de alta intensidad. El agente activo de este tipo de erosión es el agua en forma de lluvia. Es ocasionada por fuerzas hidráulicas que actúan sobre las partículas de suelo, produciendo su desprendimiento y posterior transporte y depósito. El grado de la pendiente regula la velocidad de circulación del agua sobre la superficie de forma casi exclusiva. La longitud de la pendiente influye en la velocidad por las alturas de agua acumuladas en la parte baja de las pendientes; tales alturas son mayores cuanto más extensas son las vertientes en la parte superior. En un suelo sin protección vegetal, en áreas de montaña tropical, se calculan hasta 50 m3 de suelo removido por hectárea, en una lluvia fuerte de una hora de duración. Al profundizarse y ampliarse los surcos de erosión se convierten en cárcavas. En este proceso una cárcava con cauce en V captura a las vecinas y va transformando su sección de una V ampliada a U. 23 �Existen dos tipos de cárcavas: las continuas, que no tienen cabeza con escarpe vertical importante y ocurren en suelos granulares o cohesivos al deteriorarse la cobertura vegetal por acción de los surcos de erosión y las cárcavas con escarpe vertical superior, que generalmente ocurren en suelos cohesivos o con coberturas densas de raíces, son retrogresivas con avance y rotura de los taludes resultantes por esfuerzo al corte o volteo. En ocasiones se agrava el proceso por afloramiento de agua subterránea en el pie del escarpe formado. 1.8.2 Sismicidad. Los deslizamientos activados por sismos generan fuerzas inerciales dentro de la ladera, las cuales aumentan los esfuerzos cortantes actuantes en la superficie de deslizamiento. Lo que provocar desprendimientos de bloques, deslizamientos, flujo de suelos y avalanchas, depende de las características de la ladera, su topografía, propiedades de las rocas, el nivel freático y el tipo de vegetación, además de la magnitud del sismo. Los principales eventos sísmicos registrados en la región ocurrieron en el 2004, 2005, 2006, 2010 y 2011se presentan gráficamente en Tabla1.3 y Gráfico 1.1 que han causado considerables daños a la comunidad de valle Frio. Para validar esta información, se descargaron los archivos digitales de la página web de Funvisis de los años 2010 y 2011. De los años anteriores al 2007 y posteriores al 2011y no se encuentro disponible la información. A pesar de ello, a través de los medios de información digitales se corroboraron los siguientes movimientos telúricos en la región: En el año 2005, una cadena de ocho sismos se registró entre las 7:48 y las 11:30 de la mañana del 24 de mayo; con epicentro al sureste del municipio Lagunillas. Uno de los temblores alcanzó 5,0 grados de magnitud en la escala de Richter y profundidad superficial de 10,1 km. El segundo evento, ocurrido a las 9:43 am, alcanzó 5,0 de magnitud en la escala de Richter. El resto de los temblores tuvieron una intensidad menor a 3,7 grados. Las ondas sísmicas lograron gran alcance porque tuvieron una profundidad superficial, inferior a 50 km. En el área de estudio hubo un deslizamiento de material el 13 de junio. 24 �El día 5 de agosto hubo un desprendimiento de masa rocosa que conformaba parte del talud del cerro Leonardi, por lo que la empresa Geoproyect, C.A. realizó una diagnosis sobre riesgo geológico y una evaluación del desprendimiento de la Formación El Milagro en el cerro Leonardi para la alcaldía del municipio Maracaibo. Uno de los factores considerados fue la sismicidad registrada en áreas cercanas a la ciudad de Maracaibo, encontrando que los días previos al deslizamiento, ocurrieron 6 eventos cuyo rango de magnitudes varían entre 3,6 y 2,9 en la escala de Richter. Los eventos fueron superficiales, siendo la profundidad máxima igual a 13,2 km. Grafico 1.1 Sismos registrados previo al desprendimiento ocurrido en Agosto del 2005 Tabla 1.4 Sismos registrados en Agosto del 2005 Sismos registrados previos al desprendimiento ocurrido en agosto del 2005. Fuente: Geoproyect (2005). En el año 2006, el 1 de enero se registró un evento sísmico con una magnitud de 5,0 en la escala de Ritcher, con epicentro a 59 km. al suroeste de las Islas Los Monjes y una profundidad de 91 km. Seguidamente, el 3 de 25 �enero se registró otro evento sísmico con magnitud de 5,0 en la escala de Ritcher, epicentro a 64 km. al sureste de Villa del Rosario y a unos 59 km. al suroeste de La Concepción. Este evento tuvo una réplica 7 minutos después de magnitud de 2,6 en la escala de Ritcher, manteniendo el mismo epicentro y con una profundidad de 5,8 km. En el área de estudio hubo un deslizamiento de material el 22 de enero. En las siguientes figuras (Figuras 1.7 y 1.8) se observa la sismicidad registrada en áreas cercanas a la ciudad de Maracaibo, en los meses en los que se registraron los deslizamientos durante los años 2010 y 2011. Figura 1.7 Eventos sismológicos del año 2010. Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS) 26 �De lo anteriormente expuesto, se puede concluir, que la lluvia es uno de los principales factores que afecta la estabilidad de laderas, los deslizamientos ocurren durante o después de los períodos de lluvia, los terrenos de la formación el Milagro, tiene muchas variaciones litológicas, lo que favorece la erosión. Otro factor que influye para la ocurrencia de los deslizamientos son los sismos, cuando se presenta uno se generan fuerzas inerciales dentro del talud, las cuales aumentan los esfuerzos cortantes que actúan en la superficie de deslizamiento, provocando desprendimientos de bloques, deslizamientos, flujo de suelos y avalanchas, dependiendo de las características intrínsecas de la ladera. Figura 1.9 Eventos sismológicos durante el año 2011. Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS). 27 �CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO INGENIERO GEOLOGICO PARA EL ESTUDO DE LOS DESLIZAMIENTOS EN LOS CERROS LEONARDI Y CERRO ALEMAN DE LA PARROQUIA SANTA LUCIA, MARACAIBO. 2.1. Introducción. Durante las últimas décadas se han implementado numerosas estrategias para la gestión de riesgos por deslizamientos. La experiencia obtenida en muchos países estimula el uso de mapas de zonificación de amenaza y riesgo para el ordenamiento territorial y la gestión de emergencias (Cascini et al., 2005) y muestra que existe la necesidad de métodos estándares y reproducibles para evaluación y zonificación de los procesos y fenómenos por deslizamientos. Desafortunadamente existe poca consistencia entre los diferentes tipos de estrategias y procedimientos producidos en diferentes países en el mundo, o por diferentes instituciones de un mismo país, e incluso dentro de una misma institución. Por lo general la terminología empleada no es uniforme y con frecuencia las leyendas no están acompañadas por definiciones que faciliten el uso de los mapas. Esta necesidad de métodos de evaluación constituyó en el objetivo inicial de la conformación de un aporte al servicio geológico venezolano. Este capítulo tiene como objetivo contribuir con un procedimiento para el estudio y valoración de los deslizamientos. Se trata de presentar una guía metodológica que permita una valoración más exacta para el conocimiento de estos y contribuir al uso más racional del medio y de su ordenamiento territorial. 2.2. Estudio básico, revisión y análisis de información temática existente Esta etapa incluye la captura y análisis de la información existente del sitio de estudio. Esto incluye mapas topográficos, publicaciones geológicas, artículos en periódicos o en revistas, fotos que describan la historia del sitio, informes geotécnicos, geológicos o geomorfológicos, registros de perforaciones, bases de datos, registros de pozos de agua, precipitaciones, deshielos, entre otros y por lo tanto requiere una interacción a nivel interinstitucional, entre las instituciones que poseen información que se debe 28 �analizar, los gobiernos locales, regionales, oficinas de planificación y transporte, instituciones de protección civil, bomberos, institutos hidrológicos y meteorológicos, institutos sismológicos, universidades, para poder generar una solución a la problemática existente. 2.2.1. Informe de testigos presenciales En el caso de estudios locales se debe identificar e interrogar sistemáticamente a personas que viven cerca del sitio, con el fin de obtener información acerca de la estabilidad de las laderas en el área y las características de eventos pasados. Sus informes deben registrarse con detalle, fechas y cualquier dato cuantitativo que ellos puedan recordar. 2.2.2. Análisis de productos de sensores remotos En el caso de estudios regionales de pequeña escala o de un gran deslizamiento individual, se pueden utilizar imágenes satelitales como ayuda para el mapeo e inventario de movimientos en masa. En algunos casos, se pueden compilar mapas topográficos o modelos del terreno mediante imágenes satelitales. Para cualquier proyecto siempre se debe realizar la interpretación multitemporal de fotografías aéreas. Con fotos de mayor detalle. Es deseable usar fotos de diferentes años, especialmente para identificar movimientos en masa ya ocurridos, lo cual permite tener una idea multitemporal de su ocurrencia y del grado de preservación de los depósitos asociados a estos para una zona determinada. 2.2.3. Análisis del terreno y cartografía preliminar Es importante en cada caso establecer el marco geomorfológico de cada lugar, identificar las características y origen de las geoformas en el área, los tipos de materiales que se pueden esperar, y los procesos geomorfológicos que ocurran o puedan ocurrir. La escala del análisis dependerá de la escala del proyecto, pero los mapas del terreno no deben ser de escala menor a 1:25.000. Los mapas se elaboran primordialmente basándose en cartografía existente y fotografías aéreas, pero a continuación deben verificarse y actualizarse a través del trabajo preliminar en terreno. 29 �2.2.4. Inventario de movimientos en masa Todas las ocurrencias de los deslizamientos próximas a la localidad deben registrarse en un mapa de inventario y en una base de datos que incluya: tipo de movimiento en masa, magnitud, tiempo de ocurrencia o de su reactivación y datos similares. No todo inventario necesita el detalle completo del formulario estándar, se deben realizar las simplificaciones adecuadas de acuerdo al caso; el grado de detalle requerido depende de la escala del estudio. El inventario debe incorporar inicialmente los datos obtenidos del desarrollo de las tareas 1 a 4, de la Figura 2.1. Luego, debe actualizarse con la información recogida durante el trabajo en terreno. Figura 2.1. Procedimiento general para la realización de un estudio de deslizamientos. 2.3. Investigaciones preliminares. 2.3.1. Reconocimiento La investigación de cada sitio debe comenzar por un trabajo de reconocimiento de sitio. Si el presupuesto lo permite, la observación aérea, así como las fotos tomadas desde un helicóptero o desde una cámara fija al 30 �ala de un avión, pueden ser muy útiles en terrenos inaccesibles. Es también útil tener una vista general del sitio desde un ángulo preferencial. Se deben realizar los recorridos de campo con el fin de cubrir los vacíos de información, reconocer en el terreno las unidades que se bosquejaron en las fotos aéreas, y comprobar los tipos de suelos y de rocas y los sitios con deslizamientos. Los afloramientos de suelo y roca deben registrarse con su localización y elevación altimétrica. En el levantamiento geológico se deben registrar cuidadosamente las características geológicas de los materiales aflorantes estrechamente relacionados con sus características físicas mecánicas como unidades litológicas y límites estratigráficos, tipos de suelos y rocas, grado de meteorización, elementos estructurales (diaclasas, fallas, foliaciones, esquistosidad), evidencia de filtraciones y signos de inestabilidad (grietas, material triturado, flexiones, cambios en la vegetación, etc.). En general, la observación de rocas o suelos debe tratarse con tanto cuidado como los datos de una perforación exploratoria. 2.3.2. Investigación de subsuelo La investigación del subsuelo se requiere sólo en casos donde pueden ocurrir movimientos en masa profundos. En nuestro caso es necesaria en la evaluación de los deslizamientos de flujos, que cubran áreas de gran extensión. La perforación debe ser supervisada por un inspector calificado, que obtenga muestras y registre la información del subsuelo. Siempre que sea posible deben realizarse ensayos in situ, tales como el de penetración estándar o la prueba dinámica con conos en suelos granulares, o el ensayo de veleta de campo (vane test) en suelos cohesivos. Deben instalarse piezómetros y tomar datos de éstos. 2.3.3. Geofísica. La geofísica puede suplir la falta de información subsuperficial directa; sin embargo, es peligroso confiar en los perfiles geofísicos sin una verificación del terreno. La aplicación de métodos geofísicos está orientada a identificar contactos, tener una idea de las condiciones del macizo rocoso, distinguir unidades arcillosas o arenosas y localizar el nivel freático. 31 �2.3.4. Instrumentación Se deben instalar instrumentos de monitoreo de acuerdo con la necesidad, aprovechando adecuadamente las perforaciones realizadas. Alrededor de los piezómetros se debe colocar un relleno de arena sellando arriba y abajo de éste con bentonita, para cerciorarse que la presión de poros leída corresponda a una profundidad específica. Los piezómetros del tipo Casagrande, no son costosos, y consiste de un elemento poroso unido a un tubo que va hasta la superficie del terreno. Se deben instalar inclinómetros en sitios donde puedan ocurrir movimientos en masa. Para identificar movimientos también se pueden realizar monitoreo de puntos o de líneas de referencia en la superficie, empleando por ejemplo un sistema de posicionamiento global diferencial. 2.3.5. Análisis Es importante seleccionar el método de análisis más apropiado, según el alcance y propósito de la investigación, y a la disponibilidad de los datos. Si se emplean programas de computador, deben ser seleccionados cuidadosamente y tener en cuenta que muchos modelos modernos de programas de computador requieren datos detallados, que no están disponibles comúnmente en investigaciones de rutina. Los resultados del análisis mediante el software pueden depender totalmente de la calidad de los datos proporcionados por el usuario. Quienes usen el software deben estar familiarizados con su función y deben por lo menos comprender la teoría básica que hay detrás de su uso. Hay que recordar que ningún programa de computador existente substituirá a un analista con experiencia y bien informado. 2.3.6. Informes Es importante distinguir entre los informes de carácter científico o ingenieril o de carácter interno, de aquellos informativos y para uso externo por el público. El con-tenido de ambos es similar pero los segundos deben ser más generales, explicativos y orientados hacia el usuario. Asimismo, deben explicarse conceptos que un usuario no técnico podría ignorar, tales como 32 �terminología, métodos, etc. Los informes de evaluación de amenazas deben tener como mínimo el siguiente contenido: 2.4. Caracterización Geomecánica del macizo donde se desarrollan los deslizamientos. Los macizos rocosos, como medios discontinuos, presentan un comportamiento geomecánico complejo. Con este objetivo surgieron las clasificaciones geomecánicas, que aportan, mediante la observación directa de las características de los macizos rocosos y la realización de sencillos ensayos, índices de calidad relacionados con los parámetros geomecánicos del macizo y sus características frente a los taludes. La clasificación RMR, desarrollada por Bieniawski constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite relacionar índices de calidad con parámetros geotécnicos. Para aplicar la clasificación RMR, se divide el macizo rocoso en zonas con características geológicas más o menos uniformes de acuerdo con las observaciones hechas en campo referentes a las propiedades y características de la matriz rocosa y de las discontinuidades. Una vez obtenidas las puntuaciones que resultan de aplicar los cinco parámetros de clasificación, se efectúa la corrección por orientación de discontinuidades y se obtiene un valor numérico con el que se clasifica finalmente el macizo rocoso. Esta clasificación distingue cinco clases, cuyo significado geotécnico se expresa en la tabla 2.1; a cada clase de macizo se le asigna una calidad y unas características geotécnicas. Tabla 2.1. Calidad de macizos rocosos aplicando el índice RMR 33 �Esta clasificación proporciona una estimación inicial de los parámetros del macizo rocoso a bajo coste y de manera sencilla, no obstante, debe ser considerada como una simplificación, ya que no tiene en cuenta otros aspectos como la deformabilidad del macizo y debe ser aplicada con criterio y en base al conocimiento y experiencia previa. Para el análisis de roturas por grupos de discontinuidades se puede utilizar el siguiente procedimiento:  Determinar los grupos de juntas más “significativos”, evaluando su valor relativo dentro de la familia de las diaclasas, en cuanto a posibilidad de ocurrencia de un movimiento.  Para cada grupo determinar su orientación, buzamiento, espaciamiento, abertura, resistencia al corte, entre otros factores.  Estudiar por medio de bloques en el espacio las diversas posibilidades de ocurrencia de roturas.  Hacer el análisis de estabilidad de cada uno de los bloques identificados. Se debe en todos los casos estudiar la posibilidad de ocurrencia, no sólo de roturas al corte, sino de roturas por volteo y roturas de grupos de bloques. En estos casos, se estudia la estabilidad del talud en el espacio en tres dimensiones, ya que una masa de roca fracturada es altamente anisotrópica respecto a su resistencia al corte. Una combinación progresiva de grupos de diaclasas es un problema complejo por la dificultad para definir una superficie de rotura, que puede vincular varios grupos diferentes de discontinuidades. La resistencia de la matriz rocosa puede ser estimada en el afloramiento mediante índices de campo o a partir de correlaciones con datos proporcionados por sencillos ensayos de campo, como el ensayo de carga puntual PLT o el martillo Schmidt. Los índices de campo permiten una estimación del rango de resistencia de la roca. Los criterios para su identificación aparecen descritos en la Tabla 2.2 y deben ser aplicados sobre la roca una vez limpiada la capa de alteración superficial 34 �Tabla 2.2. Identificación del grado de meteorización Clase Descripción Identificación de campo Aproximación al rango de resistencia a compresión simple (Mpa) SI Arcilla muy blanda El puño penetra fácilmente varios cm < 0,025 S2 Arcilla débil El dedo penetra fácilmente varios 0,025-0,05 cms. S3 Arcilla Se necesita una pequeña presión 0,05-0,1 para hincar el dedo. S4 Arcilla rígida Se necesita una fuerte presión para 0,1-0,25 hincar el dedo. S5 Arcilla muy rígida Con cierta presión puede marcarse 0,25-0,5 con la uña. S6 Arcilla dura Se marca con dificultad al presionar > 0,5 con la uña. R0 Roca Se puede marcar con la uña. 0,25-1,0 extremadamente R1 Roca muy blanda La roca se desmenuza al golpear con la punta del martillo. Con una navaja se talla fácilmente. R2 Roca blanda 1,0-5,0 Se talla con dificultad con una navaja. 5,0-25 Al golpear con la punta del martillo se producen pequeñas marcas R3 Roca moderadamente No puede tallarse con la navaja. 25-50 dura Puede fracturarse con un golpe fuerte del martillo. R4 Roca dura Se requiere más de un golpe con el 50-100 martillo para fracturarla. R5 Roca muy dura Se requieren muchos golpes con el martillo para fracturarla. R6 100-250 Roca extremadamente Al golpearlo con el martillo sólo saltan . > 250 dura esquirlas. Fuente: ISMR 1981 35 �Con los valores de resistencia obtenidos se puede clasificar la matriz rocosa en base a los criterios de la Tabla 2.3. Tabla 2.3. Clasificación basada en la resistencia de la roca Resistencia a Descripción compresión simple (Mpa) 1-5 Muy blanda 5-25 Blanda 25-50 Moderadamente dura 50-100 Dura 100-250 Muy dura Extremadamente dura Fuente: Vallejo (2004). La morfología de un movimiento en masa permite obtener valiosa información tanto del tipo de movimiento como de su génesis. Existe una caracterización a partir de los elementos que lo componen. La presencia o ausencia de tales elementos y sus relaciones dimensionales y espaciales, permiten definir su tipología. A los taludes a los cuales se les realizaron los análisis de estabilidad, se le calculó el factor de seguridad “FS”. 2.5 Factor de seguridad FS = Fuerza Resistentes Fuerza Motriz 36 �Tabla 2.4. Condiciones de estabilidad cinemática asociada a los taludes y laderas Tabla 2.5. Rangos de seguridad (FS) Los rangos de estabilidad obtenidos son representados en el mapa de estabilidad cinemática aplicado a laderas y taludes, asignándole el color correspondiente a cada talud, según la clasificación a la condición de estabilidad (Tabla 2.6), para obtener como resultado el mapa de estabilidad cinemática (Anexo2.1). 37 �Tabla 2.6 Rangos de factor de seguridad (colores estándar) En este capítulo se llega a la conclusión que con toda la información recabada y con la metodología adecuada para el procesamiento del análisis de los resultados, se obtuvo que gracias a la recopilación de información y de los mapas existentes para realizar un estudio a detalle se pueda culminar con los objetivos propuestos. CAPITULO III. EVALUACION INGENIERO GEOLOGICAS DE LA OCURRENCIA DE LOS DESLIZAMIENTOS EN EL SECTOR VALLE FRIO, PARROQUIA SANTA LUCIA, MARACAIBO. 38 �3.1 Introducción Este capítulo proyecta los resultados de los análisis realizados en el área de estudio según el procedimiento antes señalado, se brinda un estudio y evaluación de los deslizamientos que tienen lugar, sus causalidades, sus condicionalidades y sus factores disparadores que los provocan. Al mismo tiempo se brinda un conjunto de medidas pasivas y activas que permitan estabilizarlos y estabilizar el medio. 3.2 Tipos de deslizamientos. En este epígrafe se presentan definiciones para las siguientes clases de movimientos por deslizamientos: desprendimientos, deslizamientos, y flujos. Se menciona la relación del intervalo de velocidades típicas con la escala de velocidades propuesta por Cruden y Varnes (1996), la cual se presenta en la Tablas 3.1. TABLA 3.1. Tipos de deslizamientos que tienen lugar en la región Tipos Caídas Deslizamientos Flujos Sub tipos  Caídas de rocas,  Caídas de suelo y rocas.  Desprendimientos de rocas  Deslizamientos por estratos  Deslizamientos por cuñas.  Deslizamientos rotacionales  Deslizamientos Traslacionales  Flujos de lodo secos  Flujos hídricos de sedimentos de distinta granulometría.  Flujos por licuación de suelos Los deslizamientos que tiene lugar en el área de estudio según la tabla 3.1 en: 39 �a) Caída (Fall), es un tipo de movimiento en el cual uno o varios bloques de suelo o roca se desprenden de una ladera, sin que a lo largo de esta superficie ocurra desplazamiento cortante apreciable. Una vez desprendido, el material cae desplazándose principalmente por el aire pudiendo efectuar golpes, rebotes y rodamiento. Dependiendo del material desprendido se habla de una caída de roca, o una caída de suelo. Una característica importante de las caídas es que el movimiento no es masivo. Existe interacción mecánica entre fragmentos individuales y su trayectoria, pero no entre los fragmentos en movimiento. Figura 3.1. Caídas de rocas. b) Deslizamiento (Slide), son movimientos ladera abajo de una masa de suelo o roca cuyo desplazamiento ocurre predominantemente a lo largo de una superficie de falla, o de una delgada zona en donde ocurre una gran deformación cortante, se clasifican los deslizamientos, según la forma de la superficie de falla por la cual se desplaza el material, en traslacionales y rotacionales. Los deslizamientos traslacionales a su vez pueden ser planares o en cuña. c) Deslizamiento traslacional (Translational slide), es un tipo de deslizamiento en el cual la masa se mueve a lo largo de una superficie de falla plana u ondulada. En general, estos movimientos suelen ser más 40 �superficiales que los rotacionales y el desplazamiento ocurre con frecuencia a lo largo de discontinuidades como fallas, diaclasas, planos de estratificación o planos de contacto entre la roca y el suelo residual o transportado que yace sobre ella. La velocidad de los movimientos traslacionales puede variar desde rápida a extremadamente rápida. Figura 3.2 Deslizamientos por la estratificacion. Figura 3.3 Deslizamientos en cuña. d) Flujos secos, para la mayoría de los movimientos de este tipo se requiere cierto contenido de agua. Sin embargo, ocurren con alguna frecuencia pequeños flujos secos de material granular y se ha registrado un número considerable de flujos grandes y catastróficos en materiales secos. e) Flujo hídricos de sedimentos (Debris flows), es un flujo muy rápido a extremadamente rápido de detritos saturados, no plásticos que transcurre principalmente confinado a lo largo de un canal o cauce con pendiente pronunciada. Se inician como uno o varios deslizamientos superficiales 41 �de detritos en las cabeceras o por inestabilidad de segmentos del cauce en canales de pendientes fuertes. Sus depósitos tienen rasgos característicos como albardones o diques longitudinales, canales en forma de u, trenes de bloques rocosos y grandes bloques individuales. Los flujos de detritos desarrollan pulsos usualmente con acumulación de bloques en el frente de onda. Como resultado del desarrollo de pulsos, los caudales pico de los flujos de detritos pueden exceder en varios niveles de magnitud a los caudales pico de inundaciones grandes. Esta característica hace que los flujos de detritos tengan un alto potencial destructivo. Figura 3.4 Esquema de flujos que tienen lugar en la región. 3.3. EVALUACION GEOTECNICA Las rocas que aparecen en el área de estudio son rocas sedimentarias. Las areniscas presentes en el área están constituidas por granos cuyo tamaño varía de 60 mm a 70 mm, el mineral más frecuente es el cuarzo. El cemento de óxido de hierro puede dar un color rojo a la roca y el dióxido de hierro un color marrón a amarillo. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS) es un sistema de clasificación usado en Geotecnia; y se aplicó a las muestras de suelos del área para obtener su clasificación. 3.3.1 Recopilación y evaluación de la información existente: 42 �Consistió en la búsqueda e interpretación de información geológica, topográfica, geotécnica, climatológica y sismológica de carácter regional y local. La documentación adquirida fue la siguiente:  Planos digitales de la división geopolítica del municipio Maracaibo.  Cartas Cartográficas a escalas 1:100000,  Informes técnicos de los siniestros ocurridos en el área de estudio.  Imágenes satelitales.  Boletines climáticos.  Boletines sismológicos.  Información geomorfológica.  Información bibliográfica relacionada con eventos de esa naturaleza.  Noticias sobre los deslizamientos ocurridos en la zona en periódicos.  Encuestas y entrevistas a la comunidad. 3.3.2 Reconocimiento en campo Esta etapa se realizó:  Delimitar el área de estudio.  Definir las estaciones y realizar las mediciones necesarias para generar el mapa topográfico del área de estudio.  Identificar las geoformas existentes y definir los procesos geomorfológicos que han actuado en el área de estudio.  Reconocer y caracterizar en el área de estudio los productos de la meteorización.  Identificar la litología y las estructuras geológicas presentes.  Aplicar métodos de campo que indiquen la calidad de los macizos rocosos en superficie. Se definió el área de estudio, con la realización del levantamiento planimétrico y las mediciones de coordenadas UTM y altitud en 195 43 �estaciones. (Figura 3.5). Con esta información, se comenzó a elaborar el mapa topográfico. Para la caracterización geológica y geotécnica se realizó un reconocimiento en la zona de estudio; se ubicaron los afloramientos y se describieron sus características geométricas, litológicas, estructurales y geotécnicas. 3.3.3 Toma de muestras Se efectuó el procedimiento de muestreo de pared (calicatas de pared), Se logró extraer los monolitos para sus respectivos análisis de laboratorio y estos son los resultados granulométricos efectuados a las muestras tomadas en campo. Las curvas granulométricas son presentadas en el anexo 3.1. Figura 3.5 Registro de resultados de calicatas realizadas Las muestras obtenidas de las calicatas fueron analizadas por medio de los siguientes ensayos convencionales: a. Análisis visual 44 �b. Peso unitario. c. Límites de plasticidad d. Análisis granulométrico por tamizado e. Clasificación basada en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) Considerando los resultados obtenidos a través del análisis granulométrico, las muestras fueron clasificadas según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) como se muestra. (Tabla 3 .2). Tabla 3.2. Clasificación basada en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) SP- Arenas mal gradadas SC con arcilla SC Arenas arcillosas CH Arcillas de alta plasticidad Considerando los resultados obtenidos a través del análisis granulométrico y el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.), la litología presente en el área de estudio corresponde a arena mal gradada con arcilla (SP-SC), con estratificaciones de arenas arcillosas (SC) y arcillas de alta plasticidad (CH) con presencia de capas laterítica, nódulos arcillosos y concreciones ferruginosas en algunas zonas. Los resultados de laboratorio arrojaron un valor mínimo de humedad natural de 1,38 % y un valor máximo de 3,3 %. El promedio general para el cerro Leonardi es de 2,6 % y para el cerro Alemán es de 3,3 %. Humedad Natural: Los resultados de laboratorio arrojaron un valor mínimo de humedad natural de 1,38 % y un valor máximo de 3,3 %. El promedio general para las estaciones del cerro Leonardi es de 2,6 % y para el cerro Alemán es de 3,3 % (Tabla 3.3) 45 �Tabla 3.3. Humedad natural de las muestras . Las muestras extraídas arrojaron un valor promedio para el Límite Líquido de 28,79 % y no presentaron características representativas para calcular su Límite Plástico. El Índice de Plasticidad tiene un valor promedio de 24,34 %. Los valores determinados de peso unitario varían entre 1,48 gr/cc y 1,69 gr/cc en los suelos del área de estudio (tabla 3.4). 3.4. Actividades geotécnicas realizadas en el área de estudio Mapa Topográfico. Los datos obtenidos de las estaciones fueron ingresados en la aplicación Google EarthTM, Se utilizaron las aplicaciones SurferTM v.12 y AutocadTM v.2012 para realizar el mapa topográfico y el bloque diagramático preliminar del área de estudio (Anexos 3.2 y 3.3). Del programa Googleozi™ se empleó la aplicación shareware™ para descargar los mapas de Google™ y para la calibración de OziExplorer™ y otros archivos de mapas. El mapa geológico local Se obtuvo a partir del mapa geológico de Venezuela, utilizando el software ArcGisTM v.10 (Anexo 3.4). Análisis de procesos geomorfológicos Un análisis de las unidades geomorfológicas muestran que las colinas constituyen los relieves más sobresalientes en la altiplanicie de Maracaibo y están drenadas por pequeños cursos de régimen intermitente que confluyen a las cañadas Juan López, La Arreaga y La Morillo, cuyos cauces en su parte media y en los topes de las colinas han sido modificados y rellenados, haciendo que los escurrimientos producto de las lluvias se desplacen a lo largo de calles y avenidas. 46 �Estos relieves relativamente accidentados transicionan de semiondulados a planos. Presentan desniveles de 10-15 m e incluso, hasta 20 m con respecto al nivel del lago. Los datos obtenidos se emplearon considerando la información topográfica y geológica. El trazado costero se presenta muy irregular con entrantes y salientes, áreas deprimidas y levantadas, relacionadas con los últimos movimientos de las fallas activas y recientes, que atraviesan el lago y la ciudad de Maracaibo en sentido sureste-noroeste. Análisis geotécnico A partir de la información recopilada en las fichas de reconocimiento geotécnico de macizo rocoso se realizó un análisis geotécnico de los taludes presentes en el área de estudio que arrojó las siguientes observaciones. Tabla 3.4 Ensayos granulométricos de la muestras 1-6 47 �Estratos Las estructuras observadas en campo, muestran una proyección hemisférica donde se ha representado la concentración de polos de todos los planos de estratificación medidos en el área de estudio. En este diagrama se observa que los planos de estratificación presentan dos tendencias principales: una de rumbo NO con buzamiento hacia el NE y la otra de rumbo NE con buzamiento hacia el SE. Diagrama de concentración de polos Diagrama de concentración de de los planos de estratificación del área polos de estudio. de los diaclasamiento del planos de área de estudio. Figura 3.6 Diagrama de concentración de los polos de estratificación y planos de diaclasamiento Diaclasas Esta figura define dos sistemas de diaclasas principales, cuyas orientaciones son: las diaclasas 1 con rumbo hacia el NE y buzamiento hacia el SE y las diaclasas 2 con rumbo hacia el NO y buzamiento hacia el SO. También se observó un tercer sistema de diaclasas, atenuante. Finalmente podemos afirmar que Geomecánicamente los macizos tienen una calidad Media (Clase III), para estos macizos el valor del RMR se encuentra en el intervalo 60-41, correspondiente la clase III de acuerdo a la clasificación de Bieniawski. El valor del GSI oscila entre 50 y 60 la cohesión puede encontrarse entre 2 y 3 Kg/cm2 y el ángulo de fricción interna entre 25º y 35º. Estos macizos están estratificados y diaclasados, sus superficies se encuentran de moderada a altamente meteorizadas, ligeramente rugosas, con aberturas mayores a los 5 mm y frecuentemente presentan rellenos 48 �blandos como arena y ocasionalmente raíces. La estabilidad de este material está condicionada por una continua erosión. Los márgenes superiores y zonas al pie de los taludes están expuestos a eventos propios de una intensa actividad antrópica. Estas características se observan en las estaciones 04, 05, 06 y 07, correspondientes al cerro Leonardi y en la estación 08, correspondiente al cerro Alemán. Macizos con Calidad Mala (Clase IV):El valor del RMR en estos macizos puede variar entre 40 y 21, correspondiente a la clase IV de acuerdo a la clasificación de Bieniawski. Por otra parte, el valor del GSI puede encontrarse entre 20 y 35. Estos macizos presentan valores de cohesión que varían entre 1 y 2 Kg/cm2, así como los ángulos de fricción interna entre 15º y 25º. Corresponden a macizos estratificados, fuertemente diaclasados y fracturados. Las superficies de las diaclasas se muestran rugosas, muy meteorizadas, con aberturas superiores a los 5 mm y predominan los rellenos blandos. Se presenta un material granular fino a muy fino, moderadamente permeable a impermeable, cohesivo, con una densidad relativa media-baja y una moderada capacidad de carga. La estabilidad de este material está condicionada por una continua erosión y lavado debido a la actividad hídrica incipiente. La estructura está expuesta a eventos propios de actividad antrópica. También se puede indicar que el estado físico de la roca en estas unidades formacionales corresponde a dos tipos: roca meteorizada blanda fracturada (RMbf) y roca muy meteorizada blanda fracturada (RmMbf). Frecuencia. Los datos de frecuencias tomados en las 07 estaciones donde se observaron procesos de diaclasamiento en la roca, se muestra la tendencia de estas diaclasas, la primera corresponde a una familia de diaclasas con frecuencias de 2:1 y la segunda de 3:1. Separación: Se puede apreciar la separación de las diaclasas observadas en las diferentes estaciones, distinguiéndose dos tendencias: la primera, que representa familias de las diaclasas 1, que tienen entre 0,10 a 0,40 m de separación y la segunda, correspondiente a las diaclasas 2, que tienen entre 0,15 a 0,60 m. Estas tendencias son indicativas de que los bloques poseen pequeñas dimensiones, aunque pudieran alcanzar mayores volúmenes ya 49 �que se observaron separaciones mayores a 1 m dentro de una misma familia de diaclasas. Tabla 3.5. Datos de Jv y su RQD de las estaciones de trabajo Persistencia. Este parámetro presenta un poco de variabilidad en las discontinuidades del área de estudio, sin embargo, en el Anexo 3.7 se puede observar que la tendencia que domina es de aproximadamente 2 m. Rugosidad: Los datos de campo que señalan que el 62% de los planos de las diaclasas son ligeramente rugosos, lo que indica que las superficies ofrecen una resistencia media al corte, mientras que el 38% de las superficies son rugosos, ofreciendo buena resistencia. Análisis de estabilidad cinemática Para el análisis de estabilidad cinemática de los macizos rocosos se realizaron representaciones estereográficas de los planos de discontinuidad por talud utilizando el software StereoNet v.10. Obtenidos estos datos, se agrupan las direcciones de buzamiento de los planos de discontinuidad para luego mediante una simple relación geométrica adquirir los rumbos generales que dominan el área, mostrando la tendencia en cuanto a alineamiento se refiere. Estación 4 En este talud se presentan dos casos de rotura, el primero es una rotura en cuña debido a la intersección de los planos de las diaclasas 1 y 2, que forman una recta con intersección de 73° de inclinación. El segundo, es un caso de rotura planar consecuencia de la relación geométrica entre el plano de la diaclasa 2 y el talud Estación 5 50 �Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 45,3º de inclinación. También se presenta un caso de rotura planar debido a la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al talud Estación 6 Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 70,4º de inclinación. También se presenta otro caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 3, creando una recta de intersección de 74º de inclinación Estación 7 Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 55,7º de inclinación. También es propenso a sufrir un caso de rotura planar si se incrementa el ángulo del talud Estación 8 Se presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 74º de inclinación. También se presenta un caso de rotura planar, formado por la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al talud ( Estación 9 Se presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 83,2º de inclinación. Se puede observar un caso de rotura planar, originado por la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al talud Estación 10 51 �Se puede apreciar dos atenuantes casos de rotura planar, el primero originado por la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al talud, el segundo caso está formado por la geometría del plano de la discontinuidad 2 y el talud; un posible tercer caso se origina debido a la relación geométrica entre la discontinuidad 1 y el talud Figura 3.7 Proyecciones estereográficas de las estaciones 4-10 52 �3.5 Evaluación de los deslizamientos en el territorio. 3.5.1 El agua como elemento disparador de los deslizamientos en la zona El agua de lluvia, es el factor disparador que se asocia con las roturas de los taludes. La mayoría de los deslizamientos ocurren después de las intensas lluvias. Existen lluvias en épocas de invierno, donde el suelo es saturado, produciéndose el colapso del medio y su arrastre. La infiltración es el movimiento del agua desde la superficie del terreno hacia el suelo o roca. El porcentaje de infiltración corresponde a la proporción de lluvia que se infiltra. La cantidad de agua que penetra o se infiltra en la tierra queda determinada por varios factores: 1. Cantidad, intensidad y tipo de precipitación. 2. Ritmo de precipitación. 3. Pendiente superficial. 4. La permeabilidad de los suelos y las rocas. Una infiltración alta puede producir problemas de presión del agua interna que pueden generar un deslizamiento. En el caso de que el talud llegue a saturarse, la facilidad o dificultad con que el talud se auto drena depende de las formaciones geológicas circundante. La configuración del nivel freático depende de la forma del relieve superficial, el cual reproduce generalmente, sí bien con contornos menos abruptos y también depende de la permeabilidad del terreno y del abastecimiento de agua. Una lluvia fuerte puede producir abundante escorrentía, pero una llovizna ligera puede absorberse en forma casi total, porque el suelo a menos que esté muy seco, se satura en forma rápida y no puede absorber más agua. Generalmente, la escorrentía se concentra en corrientes de agua que pueden formar surcos o cárcavas de erosión. Desde la perspectiva geológica y de formación del paisaje, la erosión es parte del proceso de morfogénesis a través del cual se alteran y moldean las formas terrestres. 53 �3.5.2 SISMICIDAD COMO ELEMENTO DISPARADOR. Entre los factores considerados en el análisis de taludes y laderas expuestos a eventos sísmicos están el valor de las fuerzas sísmicas aplicadas sobre las masas de suelo potencialmente deslizables y su disminución de resistencia, el aumento de presión de poros especialmente en suelos limosos y arenas finas, el aumento de fuerza sísmica generado por la amplificación en los suelos blandos y la magnitud de las deformaciones en la masa de suelo. Los sismos que producen un mayor daño son los sismos relativamente superficiales. Existen dos parámetros importantes para designar el tamaño y la fuerza de un sismo son la magnitud y la intensidad (Tabla 3.6). Tabla 3.6 Posibilidad de deslizamientos causados por sismos Magnitud del sismo Tipo de deslizamiento producido 4.0 Caídos de roca, deslizamientos de roca, caídos de suelo y alteración de masas de suelo. 4.5 Deslizamiento de translación, rotación y bloques de suelo. 5.0 Flujos de suelo, esparcimientos laterales, deslizamientos subacuáticos 6.0 Avalanchas de roca. 6.5 Avalanchas de suelo. FUENTE: Keefer, 1984 La intensidad sísmica se aplica a la identificación del grado de destrucción o efectos locales de un terremoto, depende de la magnitud del sismo, la profundidad de la zona de liberación de energía, las características físicas locales y la distancia del sitio al epicentro. La ocurrencia de un deslizamiento relacionado con un sismo depende de la intensidad del sismo y de otros factores topográficos geológicos e hidrogeológicos. El movimiento en el talud consta de tres fases: una onda directa, una onda reflejada, y una onda difractada. El resultado demuestra que hay una amplificación topográfica importante en la parte alta del talud y que a lo largo de este podría ocurrir amplificación y atenuación dependiendo de la geometría del talud y la frecuencia del movimiento. 54 �Los procesos antrópicos que activan los deslizamientos se encuentran los cambios en el relieve y cargas del talud por remoción de suelos y rocas en los cortes, sobrecarga por medio de rellenos o construcciones, modificación de las condiciones de humedad en aguas superficiales, cambio general en el régimen de aguas superficiales y construcción de reservorios o presas. Por otra parte, el drenaje subterráneo conlleva a una concentración de las aguas de percolación en profundidad (terreno altamente poroso y permeable) hacia el centro del área para después seguir la vía de drenaje al pie del acantilado del sector expuesto al norte, en el cual se observa la cavidad producida por la erosión de las aguas. Figura 3.8 Visión tridimensional de la variación del espesor del relleno, de la Formación El Milagro y los vectores del drenaje subterráneo. Fuente: Geoproyect (2005). Debido a los resultados alcanzados, más se recomendó a la constructora de la obra realizar la pavimentación del área, impidiendo la percolación de las aguas de lluvia en el subsuelo para evitar la erosión por descarga de las mismas hacia el centro y su posterior desembocadura en el pie del talud. El trabajo de investigación realizado por Montiel et al en el año 2007, expresa que el área ocupada por la Formación El Milagro es muy vulnerable. Morfológicamente, el barrio Cerros de Marín se encuentra emplazado en taludes escarpados a lo largo de la costa, con una topografía muy accidentada que evidencia bad lands de color marrón rojizo, rebajados y cortados por los trabajos de urbanismos. La mala cohesión de los suelos que componen estos taludes, combinados con las altas pendientes y la 55 �incidencia antrópica, agudiza la ocurrencia de los procesos erosivos. Ocurren así, procesos de desestabilización de taludes en las áreas ubicadas al sureste, colindando con la parroquia Santa Lucía y la Av. 2 Los procesos de ladera predominantes corresponden a derrumbes, desprendimientos repentinos de rocas. Dentro de la dinámica de las vertientes del barrio Cerros de Marín, se evidencia la presencia de cárcavas y surcos excavados por las aguas de lluvias torrenciales y por infiltraciones de agua de tuberías rotas. La concentración de aguas en períodos lluviosos (agosto-noviembre y mayo), propicia un aumento de su energía y desencadena procesos de erosión violenta. Dentro de tales circunstancias, predominan cárcavas de entre 1, 3 a 2 m de ancho y 3,5 a 5 m de largo que evidencian la actividad actual, y constituyen zonas de alta amenaza geomorfológica por inestabilidad de laderas. De acuerdo con los datos obtenidos en los análisis de las muestras de rocas, se evidencia que los valores de permeabilidad se ubican entre 1600 hasta 89 md, lo que indica que tienen una alta capacidad acumulativa para almacenar fluidos (agua). Existen diversos factores generadores de inestabilidad de laderas causada por la actividad del hombre, principalmente por las modificaciones de la geometría de las laderas, excavaciones artificiales, excavaciones para la construcción, procesos de urbanización, rellenos, deforestación y tuberías de agua, entre otras. Los rellenos que se presentan en el barrio Cerros de Marín, son generalmente más permeables que los suelos naturales, favoreciendo la acumulación de agua en los poros debido a que son menos cementados y su estructura es más susceptible a deterioro o colapso por eventos sísmicos y/o lluviosos. En el análisis del macizo rocoso se puede clasificar las rocas, según las discontinuidades como tipo III y IV. Las rocas de estos cerros, según el índice de campo ISRM, se clasificaron en roca extremadamente blanda (R0), muy blanda (R1), blanda (R2) y moderadamente dura (R3), con una resistencia a la compresión de 0,25 a 50 MPa, es decir, muy baja a la resistencia a los esfuerzos 56 �En el sector 5 del barrio Santa Lucía se encuentra inestable en el talud del cerro Los Padres. Esta inestabilidad es producto de su constitución rocosa: areniscas y arenas pobremente consolidadas con alto contenido de finos (limo) de la Formación El Milagro y la presencia de diaclasas. Dentro de los factores geológicos que causaron el deslizamiento en el cerro Leonardi se identificaron a la cohesión de los suelos como el factor es que tienen mayor incidencia son la poca consolidación de la roca, a ello se suma; las fracturas naturales de los estratos (fallas, diaclasas, planos de estratificación y superficies de erosión), la acción erosiva del agua de las precipitaciones y su filtración, aunada a la percolación del agua proveniente del sistema de riego y la sismicidad del área se sugiere .Una vez establecido las condiciones de inestabilidad de los taludes del sector se sugiere que se realice un estudio de las técnicas que se pueden utilizar para la estabilización de los mismo. Técnica con geocintéticos Son elementos planos y flexibles que se adhieren y acomodan a la superficie del terreno evitando que el agua y el viento entren directamente en contacto con el suelo y provoquen erosión. La función de estas intervenciones es la de promover la integración del talud al medio circundante, reconstituyendo cuanto sea posible la vegetación local. Esa técnica es usada en taludes o laderas formadas de rocas inestables debido a que fijan las rocas sueltas evitando que las mismas se desprendan y rueden cuesta abajo (Figura 3.9). Biomantas Son revestimientos biodegradables producidos con fibras de coco u otras fibras naturales, pero con vida útil suficiente para desarrollar esta función. Su función principal es la de servir de protección y abono para las especies vegetales que serán sembradas en el talud, antes de la colocación de la misma. Después de pocos meses de su aplicación la biomanta desaparece por completo y la protección contra la erosión es proporcionada por la vegetación que se habrá desarrollado en el talud. 57 �Figura 3.9. Biomantas Fuente: Alberti Arroyo et al 2006. Geomantas: En casos de taludes de suelos poco cohesivo y de pendiente suave la mejor opción de revestimiento es una geomanta producida con filamentos de nylon, esta se aplica directamente sobre el talud y es anclado con grapas metálicas, posteriormente es sembrado y cubierto con tierra vegetal. Su función es confinar las semillas con las cuales es colmatado, facilitando el crecimiento de la vegetación y garantizando la interacción suelo-material a través del anclaje de las raíces. Gunitado Es un sistema constructivo que consiste en proyectar con una manguera a alta presión hormigón, pudiendo construir sobre cualquier tipo de superficie. Con el objeto de construir un muro contínuo con mayor resistencia y menor espesor para soportar y contener la presión ejercida por el terreno. Puede aplicarse a taludes de cualquier tipo de pendiente ofreciendo una permeabilización óptima gracias a la baja porosidad. Una de las ventajas de esta técnica es la mayor resistencia por metro2, es decir con menos material se consigue mayor resistencia y durabilidad (figura 3.10). Puede ser usado para revestir pendientes muy inclinadas y así evitar los deslizamientos con un grado de durabilidad que hace que su mantenimiento sea pequeño. 58 �Figura 3.10. Gunitado Fuente: Alberti Arroyo et al 2006. Para concluir, los deslizamientos de tierra ocurridos durante el año 2004 coinciden con los meses de mayor precipitación, como lo son mayo (75,96 mm), junio (69,09 mm) y noviembre (54,87 mm). Los valores de humedad más bajos, registrándose el último deslizamiento en los meses de mayor humedad, que son octubre y noviembre (79,8% y 81,3%, respectivamente). Los deslizamientos de tierra ocurridos durante el año 2005 coinciden con los meses de mayor precipitación o con el mes que le prosigue, como lo son febrero (220 mm), abril (146,6 mm) y mayo (117,4 mm). Durante el mes de mayo y a finales del año, se registraron los valores de humedad más altos, registrándose los deslizamientos en meses donde la humedad es mayor a 70% (73,8%, 74% y 72,1%, respectivamente). Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos sísmicos, ocurridos en un lapso no mayor a 5 días, con una profundidad máxima de 13,2 km y mínima de 0,1 km y magnitudes entre 2,7 y 3,6 en la escala de Richter. El epicentro más lejano se ubicó a 197 km y el más cercano a 13 km al noreste de Maracaibo. El deslizamiento de tierra registrado a principios del año 2006 ocurre después de los meses de mayor humedad del año 2005, que promedian 76,86%, sin que se registren precipitaciones entre noviembre y diciembre de ese año ni durante enero. Estos movimientos, también fueron precedidos por varios eventos sísmicos, ocurridos en un lapso no mayor a 21 días, con una profundidad máxima de 91 km y magnitudes entre 2,6 y 5,0 en la escala de Richter. El epicentro más lejano se ubicó a 59 km al noreste de Maracaibo y el más cercano a 59 km aproximadamente al suroeste de La Concepción. 59 �Los deslizamientos de tierra registrados durante el año 2010 ocurren después de los meses donde se registran las mayores temperaturas, entre mayo y agosto, donde la temperatura promedia 29,8º C. Respecto a la humedad, los deslizamientos ocurren cuando la humedad es mayor al 70%, incrementándose desde agosto hasta noviembre, donde se registra la humedad máxima del año 2010 (87,9%). Durante ese año la precipitación fue escasa, siendo el mes de agosto donde se registró la mayor precipitación (14,49 mm). Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos sísmicos. En el mes de septiembre ocurrió en un lapso no mayor a 8 días, con una profundidad máxima de 35,6 km y mínima de 1,6 km y magnitudes entre 2,2 y 3,0 en la escala de Richter. En el mes de noviembre ocurrió en un lapso no mayor a 13 días, con una profundidad máxima de 136,5 km y mínima de 1,1 km y magnitudes entre 2,0 y 4,1 en la escala de Richter. En el mes de diciembre ocurrió en un lapso no mayor a 24 días, con una profundidad máxima de 136 km y mínima de 1 km y magnitudes entre 2,2 y 3,0 en la escala de Richter. Fueron considerados sismos ocurridos entre los grados 71 -73 de longitud (este) y los grados 9 -14 de latitud (norte). El deslizamiento de tierra ocurrido durante el año 2011 tuvo lugar tras registrarse un incremento de 80 mm a 159 mm en los valores de precipitación entre los meses de abril a mayo, donde la temperatura promedia los 29,1º C y va en ascenso. Respecto a la humedad, el deslizamiento ocurre luego de haberse registrado el valor más bajo de humedad en el año (69,8% en abril). Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos sísmicos. En el mes de enero ocurrió en un lapso no mayor a 24 días, con una profundidad máxima de 134,8 km y mínima de 1,1 km y magnitudes entre 2,0 y 3,1 en la escala de Richter. En el mes de mayo ocurrió en un lapso no mayor a 12 días, con una profundidad máxima de 156,7 km y mínima de 1,9 km y magnitudes entre 2,0 y 3,4 en la escala de Richter. Fueron considerados sismos ocurridos entre los grados 71 -73 de longitud (este) y los grados 9 -14 de latitud (norte). 60 �Como resultado del análisis de las representaciones estereográficas se obtuvo que entre los 10 taludes presentes en el área de estudio, sólo de 7 taludes se pudo obtener información pertinente al análisis de estabilidad, debido a que presentaron dos tipos de rotura: la primera, de rotura en cuña (47%) y la segunda, de rotura planar (53%). Los resultados del análisis de estabilidad indican que aproximadamente el 71% de los taludes se encuentran en una condición muy inestable, con factores de seguridad inferiores a 1 y presentan una condición de alta densidad e incidencia de procesos de desprendimientos de bloques asociada a la cinemática de planos de estratificación y de las discontinuidades; a pesar de ello y según las observaciones de campo, en algunos casos la ocurrencia de caídas de roca simplemente se deben a un desprendimiento por gravedad condicionado por el ángulo del talud. El 29% de estas estructuras se encuentran en condiciones estables con factores de seguridad superiores a 1,5. Considerando el grado de estabilidad de los taludes se realizó el mapa de estabilidad cinemática, donde se puede observar que los taludes de la zona se presentan muy inestables. 61 �CONCLUSIONES 1. El relieve del área, tiene una topografía predominante de colinas de formas cóncavo-convexas. Esta morfología se relaciona con un sistema de cárcavas, las cuales en los períodos de lluvia, generan intensos flujos en dirección al lago de Maracaibo. Las fallas activas, están relacionadas geo -estructuralmente con estas, orientándose en dirección noroeste-sureste. La acción del hombre, ha roto su equilibrio morfo dinámico urbano, alterando variables como pendiente, escurrimiento, suelos, zonas de corte y relleno, áreas de préstamos entre otros. 2. La metodología de estudio de los deslizamientos en los taludes del cerro Leonardi y el cerro Alemán de la formación El Milagro permitió la realización más efectiva del estudio de los deslizamientos de la zona lográndose una mejor interpretación, estudio y evaluación de los deslizamientos que en este territorio tiene lugar. 3. Los suelos, son en su mayoría arenas muy finas con estratos poco consolidados, que se erosionan hacia las partes más bajas, creando zonas de inestabilidad. Los factores climáticos y sísmicos fueron los desencadenantes de los deslizamientos ocurridos en la zona. Evidencia de ello son los eventos registrados en los años 2004, 2005 y 2011. El 71% de los taludes se encuentra en una condición muy inestable, con factores de seguridad < 1. Los deslizamientos están condicionados por la orientación de los planos de estratificación y las discontinuidades. 62 �RECOMENDACIONES 1. Continuar con los análisis de los deslizamientos en el sector para poder proponer técnicas adecuadas para la estabilización de los taludes. Eliminando el impacto geoambiental de la región. 2. Generar un sistema de medidas que permitan estabilizar el talud para armonizarlo con el ambiente y así Incrementar la calidad de vida de la comunidad y de su entorno 63 �BIBLIOGRAFIA Alcántara, i. (2000). “landslides” ¿deslizamientos o movimientos del terreno? definición, clasificación y terminología, méxico. 19 pp. Ayala, R., Páez, G. y Araque, F. (2007). 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Contenido de humedad Resultados de la determinación de Pesos Unitarios Muestra Nro. Peso sin parafina Peso con Peso parafina sumergido Peso Unitario (gr/cc) M-01 52,80 57,30 18,29 1,56 M-02 76,90 85,30 28,45 1,63 M-03 48,10 52,90 17,10 1,59 M-04 44,80 49,90 13,80 1,48 M-05 47,30 52,50 16,90 1,60 M-06 56,30 62,20 22,10 1,69 Valor de los limites de consistencia 70 �ANEXO 1.3 ANÁLISIS CLIMÁTICO Y SÍSMICO DEL 2005 Agosto 2005 71 �ANEXO 2.1 MAPA DE ESTABILIDAD CINEMÁTICA 72 �ANEXO 3.1 CURVAS GRANULOMÉTRICO 73 �ANEXO 3.2 ENSAYOS 74 �ANEXO 3.3 MAPA TOPOGRÁFICO 75 �ANEXO 3.4 BLOQUE DIAGRAMATICO DEL ÁREA DE ESTUDIO 76 �ANEXO 3.5 MAPA GEOLÓGICO 77 �ANEXO 3.6. MAPA DE PROCESOS GEOMORFOLÓGICOS 78 � 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 Evaluación de los deslizamientos de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El Milagro, sector Valle Frío, parroquia Santa Lucía, Maracaibo Creator An entity primarily responsible for making the resource Ysabel Sanguino Femayor 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/636034860719ecf0eebc472c4295629c.pdf eccc7ca9b27a0f5027d15ec7392789ee PDF Text Text TESIS EVALUACIÓN DE RIESGOS POR INUNDACIONES DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2, MUNICIPIO MARACAIBO Lizetty Díaz �Página legal Título de la obra: Evaluacion de riesgos por inundaciones de la comunidad Pradera Alta sector 2, municipio Maracaibo, 92pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Lizetty Díaz 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: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología EVALUACION DE RIESGOS POR INUNDACIONES DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2, MUNICIPIO MARACAIBO. Tesis para optar al título académico de Máster en Geología Autor: LICDA. LIZETTY DIAZ Tutor: Dra. ALINA RODRIGUEZ Moa, Noviembre de 2014 �ÍNDICE PAG Introducción…………………………………………………………………… CAPITULO I: Marco Teorico………………………………………………… 1.1. Introducción 1.2. Consideraciones generales sobre las inundaciones…… 1.3. Bases Legales…………………………………………………………….. 1.4. Estado del Arte sobre la Cartografia del Riesgo en Venezuela y Latinoamerica……………………………………………… 1.5. Características Físico Geográficas y Geolólogicas del área de investigación………………………………………………………. 1 10 10 10 14 1.6. Conclusión…………………………………………………………………. CAPITULO II Marco Metodologico……………………………………….. 2.1. Introduccción…………………………………………………………….. 2.2. Tipo de Investigación…………………………………………………… 2.3. Cartografia de Riesgo por Inundación………………………… 2.3.1. Evaluación de Amenazas………………………………………. 2.3.1.1. Metodología general para la Evaluación de Amenaza…………………………………………………………………………… 2.3.1.2. Evaluación del grado de Amenaza o Peligrosidad……………………………………………………………………. 2.3.1.3. Resultados esperados de la Evaluación de Amenazas………………………………………………………………………… 30 31 31 31 32 36 38 15 18 41 42 2.3.2. Evaluación de Vulnerabilidad………………………………. 42 2.3.3. Evaluación del Riesgo…………………………………………. 45 2.4. Metodología utilizada en la presente Investigación…….. 47 2.5. Conclusiones………………………………………………………………. 55 CAPITULO III. Analisis y Discusión de los Resultados…………… 56 3.1. Introducción……………………………………………………………… 56 3.2. Diagnostico de las áreas de Amenazas y Vulnerabilidad de la 56 Comunidad Padrera Alta sector 2, Municipio Maracaibo 3.3. Caracterización de los factores Geológicos que intervienen en la ocurrencia de inundaciones en el área de estudio…………………………………………………………………………….. 3.3.1. Suelo………………………………………………………………….. 3.3.2. Geomorfología…………………………………………………… 3.3.3. Hidrología…………………………………………………………… 3.4. Evaluación de Riesgo por Inundacones………………………... 3.5. Conclusiones………………………………………………………………… Conclusión……………………………………………………………………….. Recomendaciones…………………………………………………………….. Referncias Bibliográficas………………………………………………… Anexos……………………………………………………………………………… 58 59 63 68 70 74 75 78 79 82 VI �ÍNDICE DE FIGURAS E IMAGENES PAG FIGURA 1. Mapa de las Formaciones del estado Zulia…………… FIGURA 2. Mapa Geológico del área de estudio…………………….. FIGURA 3. Mapa Geológico del Occidente de venezuela………… FIGURA 4. CLASIFICACIÓN DE LA VULNERABILIDAD………………………. FIGURA 5. FACTORES QUE EXPLICAN LA VULNERABILIDAD…………… FIGURA 6. ELEMENTOS CONTROLABLES Y NO CONTROLABLES DEL RIESGO………………………………………………………………………………. 20 29 30 42 43 46 FIGURA 7. SONDEO E INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS Y 62 CAPAS…… IMAGEN 1. MAPA GEOREFENCIADO DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2……………………………………………………………………. IMAGEN 2. CURVAS DE NIVEL………………………………………………….. IMAGEN 3. MAPA GEOMORFOLÓGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO………. IMAGEN 4. CURVAS DE NIVEL CON PERFIL TOPOGRÁFICO……………… IMAGEN 5. DRENAJES Y CURVAS DE NIVEL………………………………… IMAGEN 6. CROQUIS DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2 POR MANZANA, DRENAJE Y CURVA DE NIVEL……………………………… 54 55 57 66 68 69 IMAGEN 7. MAPA DE RIESGO POR INUNDACIÓN DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2 ……………………………………………………… 73 VII �ÍNDICE DE FOTOS Pag Foto 1. Mesa de trabajo con la comunidad pradera alta………………………. 49 Foto 2. Entrevista con la comunidad…………………………………………….. 49 Foto 3. Censo socioeconómico de la comunidad pradera alta sector 2…...... 50 Foto 4. Evaluación de la infraestructuras de la comunidad pradera alta sector 2……………………………………………………………………………… 50 Foto 5. Aperturas de las calicatas en las avenidas y calles de la comunidad. 51 Foto 6. Toma de muestras de las calicatas realizadas en la comunidad…… 51 Foto 7. Georesistivimetro marca PASI, modelo E2DIGT……………………… 52 Foto 8. Ubicación del S.E.V de la comunidad pradera alta sector 2…………. 53 Foto 9. Muestras para el análisis mineralógico………………………………… 54 Foto 10. Suelos heterogéneos no consolidados de la comunidad…………… 63 Foto 11. Áreas planas de la zonas de estudio y socavamiento en el sitio… 64 Foto 12. Áreas anegadizas cerca del drenaje principal……………………….. 69 Foto 13. Tipos de viviendas de la comunidad pradera alta sector 2 ……….. 71 Foto 14. Desechos sólidos en la calle y drenajes de la comunidad ………… 74 VIII �ÍNDICE DE TABLAS Y ANEXOS Pag Tabla 1. Parámetros climáticos promedio de Maracaibo……………………… 23 Tabla 2. Ubicación del S.E.V y delimitación del área de estudio……………. 52 Tabla 3. Profundidad del S.E.V………………………………………………….. 61 Anexo 1. Censo comunitario……………………………………………………… 83 Anexo 2. Formato de inventario de riesgos naturales e inducidos…………… 85 IX �INTRODUCCIÓN Venezuela es un país sometido a un alto número de amenazas naturales, unas del tipo geológico, otras hidrometeorológicas y las tecnológicas, tales amenazas han causado a lo largo del tiempo efectos adversos especialmente en las poblaciones concentradas en el occidente del país. Estas zonas densamente pobladas demandan atención urgente en lo relacionado a la Gestión Riesgos y Administración de Desastres, lo cual solo puede lograrse con un conocimiento exhaustivo de las causas, distribución espacial y consecuencias de los eventos adversos, así como los mecanismos de respuesta optima que debe manifestar la población afectada en un momento determinado. La sociedad Venezolana se encuentra distribuida a lo largo y ancho del territorio nacional en forma desigual. Definiendo espacios de ocupación con características geográficas, climatológicas, sociales y culturales que se convierten en factores determinantes que aumentan los el riesgo socio-natural y por ende afecte al país. Esto implica un reto de modelo de desarrollo por cuanto es bien sabido que el mayor o menor grado de vulnerabilidad como elemento condicionante del riesgo es generada por el hombre como: el aumento de la ocupación irracional del territorio, el crecimiento descontrolado de la población, las carencias en dotación y calidad de viviendas e infraestructura, los procesos de degradación ambiental, falta de conocimiento individual o institucional, ausencia de especificaciones técnicas de viviendas seguras entre otras. Con lo anterior expuesto, se sostiene que al entender la planificación territorial como un proceso de carácter integral, más allá de la mera planificación físico espacial, sus fines últimos se refieren, además, al mejoramiento de la calidad de vida de la población, considerada como el grado de bienestar de las comunidades y de la sociedad, determinado por la satisfacción de sus necesidades fundamentales, entendidas éstas, como los requerimientos de los grupos humanos y de los individuos para asegurar su existencia, permanencia y trascendencia en un espacio dado y en un momento histórico determinado. Ahora bien, para que un fenómeno natural sea peligroso para las personas, requiere ciertas condiciones de la vida humana en su entorno, como asentamientos humanos mal ubicados, ambiente deteriorado, hacinamiento, escasez de recursos económicos, inadecuada educación, descuido de las 1 �autoridades, desorganización, entre otros. Todos estos elementos configuran una población altamente vulnerable. Una población que está expuesta a recurrentes amenazas de los fenómenos naturales, es una población que vive en riesgo permanente, pues supone que el cualquier momento puede ocurrir un desastre. No tener conciencia del riesgo en el que se encuentra una población es el caldo de cultivo para que ocurra un desastre, ya que al conocérselo no se pude actuar sobre él para manejarlo. Contrariamente a lo que se piensa comúnmente que un desastre es un evento espectacular, y donde las poblaciones se enfrentan recurrentemente a situaciones de desastre, como los hundimientos, las inundaciones, los incendios, que afectan tanto o más que los grandes desastres (sismos), pues van aumentando la vulnerabilidad de la población, su pobreza y la desesperanza. Resumiendo, un desastre ocurre cuando un evento o fenómeno natural se convierte en peligro (o amenaza), pues puede afectar negativamente a una comunidad, que al no contar con suficientes capacidades (económicas, educativas, de infraestructura) para enfrentar este peligro, se convierte en vulnerable; por ejemplo, es el caso de personas sin recursos que viven en sitios propensos a inundaciones. Venezuela en los últimos años, aunado al crecimiento del índice demográfico ha llevado a ocupar de manera irracional y en condiciones muy precarias, espacios no aptos para asentamientos humanos, construyendo infraestructura de cualquier tipo en cualquier sitio, como en los márgenes cercanos de los cauces de ríos, en quebradas y canales, en los bordes de los taludes de los vertientes, en áreas anegables entre otros, sin identificar las amenazas naturales existentes en el entorno, sin las normas de construcción establecidas y con materiales no adecuados para tal fin, lo que conlleva la modificación del entorno natural y el ambiente, de tal forma que ahora se ha vuelto un riesgo socio natural. Hoy en día, el acelerado crecimiento que han experimentado las principales ciudades en lo anteriormente descrito, indica que estamos desafiando a la naturaleza, que le estamos invadiendo su campo de acción, y es por eso, que las tragedias y catástrofes que han ocurrido en el mundo y en nuestro país, son cada vez más frecuentes, y esto es un indicativo de que debemos reconocer que 2 �vivimos en un entorno dinámico, lleno de fenómenos naturales y que debemos, de nuevo, aprender a respetar a la naturaleza. Lo lamentable es, que nosotros mismos somos culpables ante estas situaciones, debido a la intervención sin control alguno en los procesos de orden natural como la sobre explotación de la tierra, intervención de las cuencas, el desvío y rellenos de los cauces de los ríos, remoción de la capa superficial y modificación topográfica entre otros, que ha llevado a importantes situaciones de inestabilidades potenciales ocasionando muchas veces daños irreparables, y que influyen de esta manera a las comunidades que se ven afectadas por la acción de los procesos y riesgos de orden natural e inducidos. Todos estos factores combinados entre sí han generado las condiciones necesarias para que se presenten los desastres, no como eventos naturales, sino como eventos sociales disparados por fenómenos naturales. Ante tales circunstancias, es necesario detenerse un poco para analizar la situación; comprender la dimensión de la evolución social en el cual se está induciendo y corregir el rumbo, es por eso necesario establecer en las comunidades la evaluación de zonas de altos riesgos como un instrumento de prioridad. La Gestión de Riesgos juega un papel importante puesto que comprende un gran conjunto de acciones destinadas a transformar los escenarios de riesgos, identificando las potenciales amenazas y vulnerabilidades presentes en el ámbito geográfico de un proyecto, proponiendo métodos de prevención y mitigación para reducir dichos riesgos y fortaleciendo estrategias de preparación y respuesta para afrontar de la mejor manera posible los posibles impactos potenciales (Regina, 2009). Es por ello, que la gestión de los riesgos consiste en una serie de actividades diseñadas para reducir las pérdidas de vidas humanas y la destrucción de propiedades e infraestructuras. Los resultados de este proceso continuo de manejo o gestión de riesgos pueden ser divididos en:  Medidas para disminuir el riesgo de desastres a largo plazo (prevención), eliminando sus causas como la intensidad de los fenómenos, la exposición o el grado de vulnerabilidad. 3 � Medidas de preparación cuyo objeto es asegurar una respuesta apropiada en caso de necesidad, incluyendo alertas tempranas oportunas y eficaces, así como evacuación temporal de gente y bienes de zonas amenazadas.  Medidas de respuesta cuando está sucediendo o ha sucedido un desastre (manejo o gestión de desastres, recuperación, reconstrucción). Las medidas de prevención, incluyen la realización de estudios y análisis para identificar, evaluar y cuantificar el nivel de amenaza, vulnerabilidad y riesgo, así como las acciones para mitigar (reducir) los efectos de los peligros observados. Los estudios y análisis de identificación y evaluación de amenazas y vulnerabilidades están englobados en el denominado análisis de riesgos. El análisis de riesgos tiene como objetivo servir como base para la elaboración de los planes de reducción de desastres, y más allá de los planes de desarrollo municipal. Debido a la problemática del incremento acelerado de la comunidad en espacios inundables donde se construyen infraestructuras de cualquier tipo, sin identificar las amenazas naturales del entorno y sin las normas establecidas llevan a un riesgo socio natural a una comunidad que no tiene conciencia de ocupar espacios sin tomar en cuenta la peligrosidad que se pueda presentar, en donde los sectores más frágiles de la sociedad ante los desastres naturales son los más pobres, que suelen ocupar los ambientes más propensos, con poblaciones muy numerosas, el crecimiento urbano desordenado, el aumento de la población y de la pobreza, incrementa la vulnerabilidad de las personas a los fenómenos naturales. Es decir, que en muchos países, estados, municipios y comunidades vulnerables a estos fenómenos, no poseen la capacidad de planificar una estrategia de prevención de los riesgos. El desequilibrio que ello provoca en cualquier ecosistema puede ser causa suficiente para que todo empeore en las regiones. Esta información no suele divulgarse porque en general cuestiona decisiones políticas o particulares que perjudican a toda la comunidad, lo cual lleva a la degradación ambiental provocada por la actividad humana la cual contribuye en gran medida a acelerar los fenómenos peligrosos e incrementar los riesgos, especialmente aquellos relacionados a la inestabilidad de terrenos, inundaciones y procesos torrenciales, ya que la deforestación, el manejo de las cuencas sin planificación, el uso 4 �intensivo de los suelos, las prácticas agrícolas inadecuadas, la ocupación de las llanuras de inundación de los ríos, entre otros, incrementan la intensidad y la probabilidad de los fenómenos, o la vulnerabilidad, según el caso. La Unesco, dispone de programas para examinar los riesgos y las soluciones posibles para atenuar los efectos de los desastres naturales, dichos programas tratan sobre la sensibilización de las comunidades mediante la educación, la formación, la comunicación y la información. Su meta es edificar una cultura a los desastres naturales en todas las comunidades del mundo. La medición de los niveles de evaluación de riesgos supone un procedimiento con una metodología participativa de valoración multisectorial que exige la identificación, reflexión análisis y planteamiento de acciones tendentes a reducir las condiciones de riesgo a través de la inclusión transversal de la variable riesgo en todos y cada uno de los ámbitos sectoriales de desarrollo. Estos permitirán identificar las áreas susceptibles a inundaciones, debido a que en las actividades iniciales (diagnóstico) que son de gran importancia debido a que nos proporciona una visión general de la situación del área de trabajo, en el cual se estima la probabilidad de la ocurrencia del fenómeno presente en ella, y lograr minimizar las amenazas del terreno. Por esta razón, se han desarrollado estudios del riesgo y de la Geología tanto local como regional. Así mismo se han desarrollado metodologías para la evaluación de la amenaza y riesgo de este tipo de eventos. Entre estos estudios se encuentran determinaciones de umbrales de lluvia detonantes a nivel nacional y local que faciliten este tipo de investigación. Para el estudio de ésta, hay que realizar una revisión de diversos aportes y tendencias, en esencia la transdisciplinaria y multidimensional, donde este proyecto pretende proporcionar al investigador obtener datos primarios y secundarios, ya que estos se obtienen directamente de la realidad presente a través de la observación del fenómeno u objeto; y también los obtenidos por segundas personas e instituciones, debido a que información dada por personas que han vivido en esas comunidades desde que ocuparon esos espacios. En este sentido, esta investigación se encuentra concebida con la idea de propiciar a las comunidades un entendimiento conceptual de los desastres como producto de procesos sociales y naturales que se conjugan para generarlos. Se presenta una metodología para entender los riesgos socio natural y sus tres componentes: 5 �amenaza o peligrosidad, vulnerabilidad y las deficiencias en las medidas de preparación, prevención y reducción. Para el caso específicos, existen lugares como en la ciudad de Maracaibo con vulnerabilidad y de fuerte presión por la ocupación de su territorio, debido a que cuentan con espacios para el desarrollo urbano adecuado y en los sitios donde se encuentran los centros poblados están en constantes peligro porque las construcciones en su mayoría se encuentran en zonas de riesgos. De allí la necesidad de contribuir a fin de crear conciencia al respecto e introduciendo medidas correctivas y estableciendo responsabilidades para tratar de minimizar las vulnerabilidades y así reducir el riesgo. Durante los últimos 25 años la Cuidad de Maracaibo ha presentado un crecimiento demográfico gigantesco hacia el noroeste de esta ciudad. Esto trae como consecuencia la poca o no inexistente planificación del ordenamiento político territorial, debido principal a esta causa. Sin duda alguna, esta situación afecta significativamente a las comunidades de Pradera Alta, Hato Cardón y Villa Luna asentadas al noroeste de la ciudad de Maracaibo, en la parroquia Francisco Eugenio Bustamante. De igual manera, se proporcionará información importante para ser utilizada en el ordenamiento territorial del sector, tal como la zonificación del uso y potencial del suelo, sobre la base de su nivel o susceptibilidad a las amenazas, así como el nivel de degradación, a través de la elaboración de los mapas de riesgo de fenómenos y geomorfológicos correspondiente a la comunidad del Barrio Pradera Alta sector 2, Parroquia Francisco Eugenio Bustamante, Municipio Maracaibo, estado Zulia. También es importante mencionar que los suelos inestables son la amenaza permanente en la parroquia puesto que la constitución geológica principalmente en zonas areno- limo - arcillosas, asociados con las precipitaciones de gran intensidad, es la principal causa de los movimientos de materiales inestables. Cabe destacar, que hace aproximadamente 20 años un grupo de habitantes respondiendo a la necesidad de poseer viviendas propias, decidieron establecerse en estos terrenos en los cuales existían un hato y un jagüey. El jagüey ya ha sido rellenado con escombros., sobre él se han construido algunas 6 �viviendas satisfaciendo así la necesidad de algunas personas de tener techo propio. La Parroquia Francisco Eugenio Bustamante, se encuentra en el Municipio Maracaibo del estado Zulia, localizado geográficamente en el extremo noroeste del Lago de Maracaibo del Estado Zulia, donde el Barrio Pradera Alta tiene como vía principal la Circunvalación 3, entrando por la avenida principal del Barrio 19 de Abril con una extensión aproximada de superficie de 25 hectáreas divididas en 23 manzanas El sector de Pradera Alta no se escapa a esta realidad hoy en día, ya que el uso irracional de los suelos, magnificados por la intervención inadecuada de las personas, ha llevado a importante situaciones de inestabilidades tanto actuales como potenciales, y es como se menciona anteriormente, la intervención del hombre en los procesos de orden natural como el desvió y rellenos de los causes de los ríos, quebradas y canales, remoción de la capa superficial y modificación topográfica ha ocasionado muchas veces daños irreparables, y que influyen de esta manera a la comunidad que se ven afectados por la acción de los procesos riesgosos de orden natural e inducido. Hace 20 años las tierras de la comunidad de Pradera Alta formaban parte de granjas abandonas por sus dueños, según los testimonios de los habitantes de dicha comunidad. Esta razón motivo a un grupo de personas a tomar las tierras con el propósito de construir sus viviendas, ya que carecían de estas. Sin embargo, hasta los momentos en la comunidad no han sido consolidados los servicios públicos básicos, solo cuentan con la prestación del servicio de electricidad, y la disponibilidad del agua potable es a través de tomas de tuberías clandestinas. Actualmente ningún organismo público local, regional o nacional ha dado respuesta a sus necesidades. Por otra parte, aproximadamente desde hace 8 años como consecuencia del desnivel topográfico, la perforación de pozos sépticos y, la toma clandestina de agua potable han generado probablemente la inestabilidad del terreno, y la apertura de un sistema de canales que sirven como aliviadero de la planta C de Hidrolago. Aunado a esta problemática la comunidad se encuentra clasificada según Protección Civil como zona potencial de amenaza y riesgo. 7 �Esta denominación se debe posiblemente a que durante el ciclo de invierno (período de precipitaciones) se producen las inundaciones en el sector, debido a que las viviendas se encuentran por debajo del nivel topográfico de las calles, las cuales representan en muchos casos hilos de escorrentía superficial de aguas producto de la caída de fuertes precipitaciones. Esto trae como consecuencia la imposibilidad del mejoramiento de la calidad de vida (“buen vivir”) de los habitantes del sector. Por otro lado, bajo estas condiciones no es posible la consolidación y prestaciones de los servicios públicos en el Barrio Pradera Alta y los sectores aledaños. Es importante, saber que cada componente se analizan en forma detallada y se determinan los factores que inciden en ellos, para así representarlos en un mapa de riesgo por inundaciones, el cual indica el grado o nivel de peligro de los diferentes fenómenos naturales, así como su evolución a través del tiempo. En él se puede incluir una propuesta de zonificación territorial, considerándolo para la identificación, tipificación y caracterización de las amenazas presentes en la comunidad. Todo esto conlleva a plantearse los siguientes objetivos de investigación: Objetivo general: Evaluar los riesgos por inundaciones de la comunidad Pradera Alta sector 2, Municipio Maracaibo. Objetivos específicos  Diagnosticar las áreas de amenazas y vulnerabilidad de la comunidad Pradera Alta sector 2, Municipio Maracaibo  Caracterizar los fenómenos presentes en la zona de estudio para mitigar los riesgo de la comunidad Pradera Alta sector 2, municipio Maracaibo  Diseñar mapas de riegos de inundaciones y geomorfológico correspondiente a la comunidad del Barrio Pradera Alta sector 2, Municipio Maracaibo Es por todo lo anteriormente expuesto, que esta investigación permita el desarrollo de evaluar la amenaza de crecidas en donde si se conocen los factores condicionantes como la geomorfología, hidrología y el uso de suelo, es posible obtener los planos de inundaciones en la comunidad, entonces se puede 8 �prevenir y minimizar los riesgos, en donde las variables a estudiar son los riesgos por inundaciones en la sociedad, esto es debido a que estos espacios inundables, pueden permitir realizar una evaluación de riesgo en la colectividad para minimizar estos, donde la determinación del riesgo con fines de evaluar es tarea laboriosa y complicada por la interrelación de los factores, y los procesos que generan las perdidas Esta investigación se centra en un estudio de tipo descriptiva, exploratoria de campo, que difiere de los demás estudios en términos del propósito, objetivos y métodos de recolección de datos a utilizar. En la actualidad los avances en computación y la concepción de nuevos software, permiten realizar la evaluación de riesgos, determinar la susceptibilidad y la vulnerabilidad del terreno de manera precisa y confiable. En la actualidad los Sistemas de Información Geográfica (SIG), realizan el análisis de la susceptibilidad de inundaciones de estos, así como la elaboración de mapas de peligrosidad de manera sistemática, rápida y eficiente, conociendo los datos y realizando los mapas del área. 9 �CAPÍTULO I – MARCO TEORICO 1.1 Introducción 1.2 Consideraciones generales sobre las inundaciones 1.3. Bases legales 1.4 Estado del arte sobre la cartografía del riesgo en Venezuela y Latinoamérica 1.5. Características físico geográficas y geológicas del área de investigación 1.6. Conclusión 1.1 Introducción El presente capítulo constituye la base conceptual del tópico de estudio y nos acerca, desde un punto de vista teórico, a lo que posteriormente será el objeto de nuestra investigación aplicada. Aquí se precisa los conceptos de inundación, riesgo, amenaza y vulnerabilidad, que luego traslada al escenario de la problemática asociada a las inundaciones y su evaluación, y como éstos se vinculan con la normativa legal que regula la gestión de este riesgo. 1.2 Consideraciones generales sobre las inundaciones Las inundaciones constituyen eventos recurrentes en los ríos y se presentan como consecuencia de lluvias fuertes o continuas que superan la capacidad de transporte de los ríos y la capacidad de absorción del suelo. Debido a esto el nivel del agua supera el nivel de banca llena y se produce la inundación de las tierras adyacentes. Estos eventos ocurren de forma aleatoria en función de los procesos climáticos locales y regionales. Estadísticamente, los ríos igualan o exceden el nivel medio de inundación cada 2.33 años (Leopold y otros, 1984). Las inundaciones pueden ocurrir debido al comportamiento natural de los ríos o a alteraciones producidas por el hombre. Las condiciones naturales corresponden a las características climáticas y físicas propiciadas por la cuenca en su estado natural, como son: el relieve, el tipo de precipitación, la cobertura vegetal y la capacidad de drenaje. Entre las alteraciones provocadas por la acción del hombre se tienen: la impermeabilización de los suelos al urbanizar, la deforestación, la alteración de los cursos y la canalización de los ríos, la construcción de obras hidráulicas, entre otras. 10 �Una cuenca en estado natural posee mayor interceptación vegetal, mayores áreas permeables, menor escurrimiento superficial del suelo y un drenaje más lento en relación con las características que presenta una vez es intervenida. Por esta razón las inundaciones se producen con menor frecuencia en una cuenca no intervenida Los problemas resultantes de los desbordamientos de las corrientes de agua dependen del grado de ocupación de la planicie de inundación y de la frecuencia con la cual ocurren las inundaciones. La población de mayor poder adquisitivo tiende a habitar las localidades seguras, mientras que la población más pobre ocupa las áreas de alto riesgo de inundación, provocando problemas sociales que se repiten durante cada creciente. Cuando la frecuencia de las inundaciones es baja la población subvalora el riesgo y ocupa las zonas inundables. Esta situación genera consecuencias catastróficas cuando se presentan nuevas inundaciones. No obstante la predicción de las inundaciones y sus efectos resulta ser una tarea bastante compleja, por cuanto el pronóstico del comportamiento hidrológico de largo plazo es difícil debido, por una parte, a la aleatoriedad de los fenómenos meteorológicos y, por otra, al gran número de parámetros y variables involucradas en los procesos hidrológicos (lluvia – escorrentía). Existen medidas para el control y el manejo de las inundaciones, las que pueden ser de tipo estructural y no estructural. Las medidas estructurales son aquellas que modifican el sistema fluvial evitando los daños generados por las crecientes, en tanto que las medidas no estructurales son aquellas en que la magnitud de los daños se reduce como consecuencia de una mejor convivencia de la población con las crecientes. Las medidas estructurales son todas aquellas obras de ingeniería (diques, presas, canales de desviación, etc.) en las cuales se interviene el sistema fluvial natural afectando los proceso hidrodinámicos y morfológicos en él. Estas intervenciones pueden originar efectos adversos que requerirán para su manejo y control la construcción de nuevas obras. Las medidas estructurales no pueden ser proyectadas para dar una protección total, ya que esto exigiría una protección contra la mayor creciente posible, lo cual física y económicamente no es factible. Es decir, las medidas estructurales no permiten controlar o evitar por completo las inundaciones, solamente tienden a minimizar los impactos originados por éstas (Tucci y otros, 2003). Una medida 11 �estructural puede crear una falsa sensación de seguridad, generando una mayor ocupación de áreas inundables, lo cual podría ocasionar daños significativos cuando se presenten inundaciones superiores al evento de diseño. En consecuencia, el control y el manejo más eficaz de las inundaciones se obtienen al establecer estrategias que combinen las medidas estructurales y no estructurales, permitiendo a la población minimizar las pérdidas y lograr una convivencia armónica con el río. Es decir, las medidas no estructurales complementan con gran efectividad las actuaciones estructurales por encima de su umbral de protección. El costo de protección de un área inundable a través de medidas estructurales, en general, es superior al de las medidas no estructurales. Por esta razón, las medidas no estructurales en conjunto con las estructurales pueden disminuir significativamente los daños con un costo menor Los mapas de riesgos de inundación constituyen una medida no estructural para el control de inundaciones. Estos mapas son modelos que permiten la evaluación y predicción de las consecuencias de un evento de precipitaciones extraordinarias, es decir, permite identificar, clasificar y valorar las áreas potencialmente inundables del territorio. La condición de riesgo se presenta únicamente cuando ocurre un evento natural en un área ocupada por actividades humanas que deben soportar las consecuencias de dicho evento. En consecuencia, el riesgo puede dividirse en tres componentes estrechamente interrelacionados: la amenaza, la vulnerabilidad y la exposición. La amenaza o peligro se define como la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno natural con una cierta magnitud, generalmente de carácter sorpresivo y de evolución rápida que afecta a un componente o a la totalidad del sistema territorial expuesto. En consecuencia, las inundaciones constituyen las amenazas, que son el resultado de la combinación de la tipología, las características de los eventos lluviosos y el conjunto de factores físicos del área afectada. Desde esta perspectiva, la diferencia fundamental entre la amenaza y el riesgo es que la primera se refiere a la probabilidad de que se manifieste un evento natural, mientras que el segundo está relacionado con la probabilidad de que se den ciertas consecuencias (Fournier, 1985). La vulnerabilidad se refiere a la predisposición o susceptibilidad de los componentes antrópicos del sistema territorial para ser dañados total 12 �(destrucción) o parcialmente (deterioro) debido al impacto de la amenaza. Representa la medida de probabilidad de daño o pérdida de un componente o sistema territorial expuesto a la acción de la amenaza. La vulnerabilidad depende de dos condiciones: la ubicación del componente respecto a la zona de impacto de la amenaza (exposición) y las características y el estado de conservación del mismo. Por tanto, la vulnerabilidad es esencialmente una condición humana (Lavell, 1994). La exposición o elementos en riesgos se refieren a la distribución espacial de la población, actividades económicas, bienes materiales, obras de ingeniería, etc., sobre las que puede impactar la amenaza. En consecuencia, el riesgo de las inundaciones depende de la ocurrencia y magnitud de la amenaza natural y de la vulnerabilidad de un elemento o sistema territorial expuestos a ella. En el caso de las inundaciones, la manifestación del desastre se presenta cuando el impacto de los desbordamientos supera los mecanismos de defensa adoptados por la sociedad, generando perjuicios económicos, sociales, físicos, entre otros. Así, para que un evento de desbordamiento se convierta en desastre es necesario que sus consecuencias tengan un impacto en una estructura humana vulnerable. Por esta razón, no todos los eventos de precipitaciones fuertes o constantes pueden ser considerados como amenazas, por cuanto su peligrosidad depende del grado de vulnerabilidad de los elementos expuestos al riesgo Para la evaluación del riesgo de inundaciones es necesario determinar, en primer término, los mapas de amenazas (mapa de inundación) y de vulnerabilidad, para posteriormente integrarlos obteniendo el mapa de riesgos. La realización de una cartografía de riesgo es un paso previo ineludible a la puesta en práctica de cualquier tipo de medida no estructural y, por tanto, esencial para poder llevar a cabo una gestión eficaz de las zonas inundables (CEDEX y Otros, 2002). A partir de los criterios para la clasificación del riesgo se han desarrollado varias metodologías para la elaboración de los mapas de riesgo debido a inundaciones. Estas metodologías generalmente se basan en la determinación de un valor límite para la profundidad del agua, la velocidad del flujo o una combinación de estos dos parámetros. 13 �1.3. Bases legales La presente investigación está fundamentada jurídica y legalmente por leyes, reglamentos y ordenanzas entre otros, que de acuerdo a la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1.999), y en armonía con los acuerdos internacionales, garantizan el compromiso nacional con la protección del medio ambiente. Nuestro país cuenta con una amplia legislación en relación a este tópico, como la Ley Orgánica de Ordenación Urbanística. (Gaceta Oficial Nº 33.868, 16-12-1987 Este instrumento jurídico tiene por objeto la ordenación del desarrollo urbanístico en el territorio nacional con el fin de procurar el crecimiento armónico de los centros poblados, establece, entre otros aspectos, las competencias que en dicha materia corresponden a los Poderes Nacional y Municipal, como autoridades urbanísticas y la planificación urbanística. Dentro de la planificación urbanística, se encuentran los planes de ordenación urbanística (POU) y los planes de desarrollo urbano local (PDUL), en los cuales se establecen, en los primeros, los lineamientos para la ordenación urbanística en el ámbito local y, en los segundos, los usos del espacio dentro de las áreas urbanas. Adicionalmente, se establece la posibilidad de dictar planes especiales cuyo objetivo fundamental es la ordenación, creación, defensa o mejoramiento de algún sector particular de la ciudad, en especial las áreas de conservación histórica, monumental, arquitectónica o cualquier otra que amerite un tratamiento por separado, dentro del plan de desarrollo urbano local. Así mismo, la Ley Orgánica del Ambiente (Gaceta Oficial Nº 5.833 del 22 de diciembre de 2.006), el mismo establece las disposiciones y los principios rectores para la gestión del ambiente, en el marco del desarrollo sustentable como derecho y deber fundamental del Estado y de la sociedad, para contribuir a la seguridad y al logro del máximo bienestar de la población y al sostenimiento del planeta, en interés de la humanidad. De igual forma, establece las normas que desarrollan las garantías y derechos constitucionales a un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. De igual manera, la Ley de Gestión Integral de Riesgos Socio-naturales y Tecnológicos (Gaceta Oficial Nº 39.095 del 9 de enero de 2.009), la cual tiene por objeto conformar y regular la gestión integral de riesgos socio-naturales y 14 �tecnológicos, estableciendo los principios rectores y lineamientos que orientan la política nacional hacia la armónica ejecución de las competencias concurrentes del Poder Público Nacional, Estadal y Municipal en materia de gestión integral de riesgos. Todos ellos tienen el fin de mejorar la gestión en el ámbito territorial y la conservación de ecosistemas. 1.4 Estado del arte sobre la cartografía del riesgo en Venezuela y Latinoamérica Con la finalidad de cumplir con el principal objetivo de esta investigación, es necesario abordar un estado del arte, haciendo referencia a experiencias previas en investigaciones, para sustentar varias premisas fundamentales: el status de las investigaciones referidas a la cartografía del riesgo dentro del contexto venezolano y latinoamericano, hacia dónde se inclinan, su importancia, su demanda social, el apoyo institucional y la necesaria proyección de estas investigaciones. En los últimos años, la frecuencia y diversidad de amenazas naturales, la magnitud de los daños, además, las pérdidas materiales y humanas asociadas con éstas han generado una reflexión y un debate sobre los factores ajenos a los eventos físicos en sí, que podrían ayudar a explicar los niveles de destrucción e impacto que afectan la economía y sociedad. Una explicación en torno a esta reflexión es la llamada vulnerabilidad social o humana, ante lo cual se hace necesaria la gestión en la reducción del riesgo (Lavell, 2000). En el año 2001, en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la UPEL, Instituto Pedagógico de Caracas, se desarrolló la línea de investigación denominada “Gestión y Educación para la Mitigación y Reducción del Riesgo y el Desastre”, coordinada por Méndez Williams, Pacheco Henry y Ruiz Simón. En esta materia, el departamento ha tenido varios enfoques para el estudio de la gestión de riesgo, debido principalmente a partir del fenómeno de lluvias extraordinarias, ocurrido en el estado Vargas en diciembre de 1999, conocido como “la tragedia de Vargas”, uno de los de mayor magnitud en Venezuela por la gran cantidad de personas afectadas; al mismo tiempo, comenzaron a realizar una serie de investigaciones con estudiantes de pregrado, que tenían como eje el estudio de riesgo por deslizamientos, orientadas hacia el aspecto educativo. 15 �Actualmente, la UPEL cuenta con otras líneas de investigación relacionadas, en la Sede de Maracay se encuentra una bajo la coordinación del profesor José Sierra denominada “Educación en Gestión de Riesgo” y dos más en Caracas, una coordinada por Méndez Williams, Henry Pacheco y Simón Ruíz, llamada “Investigación, Educación y Gestión de Riesgos y Desastres”; y otra por Scarlet Cartaya sobre “Estudio en geografía de los riesgos naturales y antrópicos, ecogeografía y conservación de recursos naturales”. Por otro lado, cabe destacar la importancia que tienen estos estudios, no sólo en el contexto nacional, sino latinoamericano y mundial; de acuerdo al seminario sobre “Reducción de Riesgos ante la Ocurrencia de Desastres Naturales en América Latina y el Caribe” realizado en México en el año 2006 [s.n] se precisa que “Desde finales de la década de los años ochenta, la preocupación por la ocurrencia de desastres provocados por la combinación de fenómenos naturales y las acciones realizadas por el hombre (…) se han convertido en un tema de interés nacional…”. Este interés se incrementa en la década de los noventa, donde crece considerablemente el número de investigaciones, discusiones y propuestas, enfocadas en esta temática, generando una tendencia dentro de las ciencias tanto geográficas como afines. En el año 2002, desde la óptica de la Comisión Europea y desde lo que se considera la propia realidad, América Latina “Es la más urbanizada de las regiones en desarrollo” y también “Se encuentra entre las regiones de alto riesgo en cuanto a fenómenos naturales” (p. 4), es una región de gran diversidad geográfica y, a menudo, sufre problemas derivados de fenómenos climáticos o geomorfológicos que se convierten en amenazas latentes. Es bien conocido que, en la gran mayoría de los casos, los altos niveles de urbanismo se convierten en un factor que interviene de forma negativa en la naturaleza, considerándose al agente antrópico también como una variable desencadenante de este problema, generando la aceleración de procesos “naturales” que se convierten en amenazas de riesgo. Por otro lado, dentro de muchas otras instituciones importantes se puede mencionar el caso de Banco Interamericano de Desarrollo, institución financiera multilateral para el desarrollo económico y social de América Latina y el Caribe, el cual fijó especial interés en el tema de la Gestión de Riesgo de Desastres en el 16 �año 2007; con el fin de superar el desafío del aumento de los riesgos y las pérdidas atribuibles a los desastres naturales, se destacan dentro de sus estrategias, la prioridad a las medidas para reducir la vulnerabilidad en su apoyo a los países de la región, incluso destacan textualmente en dichas estrategias lo siguiente; “Información sobre el riesgo para facilitar las decisiones: evaluar los métodos vigentes de determinación de los riesgos, establecer indicadores de la vulnerabilidad y del progreso en su reducción, y promover una amplia difusión de información sobre riesgos.” Es decir, que a nivel internacional existe un respaldo importante, sólo queda de parte de los investigadores, en especial los del área de la Geografía, dirigir en mayor medida sus enfoques en ese sentido, por lo que es pertinente reiterar la idea de que esto sería una gran oportunidad para proyectar a esta disciplina en un marco social e institucional bien interesante en Latinoamérica. Por otro lado, también se puede contar con la metodología del Instituto Colombiano de Ingeniería y Minería (IGEOMINAS), propuesta en el año 2001, mediante Castro et. al. (2006), en su obra titulada: “Evaluación de riesgos por fenómenos de remoción en masa: Guía metodológica”, la cual ha sido puesta en práctica por varios investigadores, dentro de los cuales destaca el trabajo de Cartaya, Méndez y Pacheco en el año 2006: “Modelo de zonificación de la susceptibilidad a los procesos de remoción en masa a través de un Sistema de Información Geográfica” aplicado a la microcuenca de la quebrada Curucutí, Estado Vargas, Venezuela. Además, la propuesta de Hervas, et. al. (2002), que ha sido validada por Zavala y Fidel, en una ponencia presentada en el XIII Congreso Peruano de Geología, llamada “Susceptibilidad a los movimientos en masa en la cuenca de la quebrada Hulanga. Pataz, La Libertad” en el año 2006. Finalmente, se pueden mencionar otras tantas que han sido puestas en práctica de forma particular, tal es el caso de Ramírez (2005) en su artículo denominado “Zonificación geomorfológica utilizando el concepto de estabilidad relativa aplicado a la microcuenca Los Tapiales, río Mucujún, El Vallecito, estado Mérida – Venezuela”; Ferrer y Laffaille (2005) “Zonificación física para la reducción de vulnerabilidad de barrios en los andes venezolanos”; Roa José Gregorio (2006) “Estimación de áreas susceptibles a deslizamientos mediante datos e imágenes satelitales: cuenca del río Mocotíes, estado Mérida-Venezuela”; y otros promocionados en años anteriores por la 17 �UNESCO, tales como “Desarrollo de una metodología para la identificación de amenazas y riesgos a deslizamientos en la cuenca del río San Juan, República Dominicana” y “Análisis de riesgo por inundaciones y deslizamientos de tierra en al microcuenca del Arenal de Montserrat” El Salvador” en los años 2000 y 2003 respectivamente, entre otros. Esto es sólo una muestra de lo que ha sido el desarrollo de las investigaciones en Gestión de Riesgo en América Latina y su representación cartográfica, queda como consideración que este tipo de investigaciones, deben ser ubicadas dentro de un marco en el cual se defina al riesgo como un problema no resuelto aún en los albores del siglo XXI, y que éstos no sólo están ligados con la naturaleza, sino más bien enmarcados en una relación hombre-naturaleza, por un lado la organización y estructura de la sociedad está implicada como causante del problema, por el otro es la más afectada. La sociedad moderna sumergida dentro del modelo económico capitalista se articula con un sistema moral que legitima la producción de riesgos. La relación poder-saber comprometida en las políticas sobre riesgos, parece haber sido desplazada por la politización de éstos, lo cual conlleva a pensar en torno a la correspondencia de este vínculo, cuya eficacia implica la comprensión del desastre como constructor social, suponiendo una profunda acción reflexiva en todos los espacios. 1.5. Características físico geográficas y geológicas del área de investigación La mayor parte del territorio del Estado Zulia se conformó, con grandes aportes de sedimentos marinos, durante los períodos terciarios y cuaternarios. Su configuración resulta del levantamiento del sistema de rocas precámbricas que componen las montañas de Mérida y la Sierra de Perija, conjuntamente con el movimiento que produjo el hundimiento de la fosa del Lago de Maracaibo en el cuaternario. Este proceso, alimentado por grandes presiones y calentamiento de la materia orgánica de las capas rocosas, generó los importantes depósitos de petróleo que se encuentran en la zona. Hidrología La mayor expresión hidrográfica del Estado Zulia es el Lago de Maracaibo el cual cuenta con 12.870 Km², y unos 550 Km², de costa. El Lago de Maracaibo es el núcleo colector de todos los ríos de la zona. Los ríos provienen de tres divisorias de aguas; los de la Costa Occidental se originan de la Sierra de Perija. Las sub18 �cuencas más importantes son la de los ríos Guasare-Socuy-Cachirí, la del río Santa Ana y la del río Catatumbo. Alguno de estos ríos forma lagunas y pantanos en el suroeste. Hacia la Península de la Guajira, la red hídrica es muy escuálida. Al sur del Estado, a través de las llanuras aluviales, desembocan los ríos que nacen en la Cordillera Andina, los cuales aportan una considerable carga sedimentaria que enriquece los suelos. Entre ellos se encuentran el Chama, Capazón, Torondoy y Motatán. En la Costa Oriental y desde la Sierra de Ciruma corren ríos que constituyen la reserva hidráulica del sector. Ciudades como Cabimas, Lagunillas y Ciudad Ojeda, dependen de ellos como fuentes de suministro de agua; entre los más importantes cabe destacar el río Pueblo Viejo, río Machango y río Misoa. Suelos El Estado Zulia cuenta con suelos de una gran variedad que producen grandes contrastes en el paisaje. En la zona norte, la Sierra de Perija, la Costa del Golfo de Venezuela hasta Castilletes y el norte de la Costa Oriental del Lago, encontramos suelos jóvenes sobre los cuales la sequía, la alta evaporación y el viento han producido una fuerte erosión y, en ciertas zonas, un carácter desértico. En el sur del Lago y en los márgenes de los río de la planicie Occidental encontramos suelos pantanosos con fuerte acumulación de materia orgánica, pero de uso agrícola muy escaso. Tanto en la planicie Oriental como en la Occidental, en zonas en la que se alternan las lluvias y la sequía, encontramos suelos de textura arcillosa y de estructura granular, y en ciertas áreas menores encontramos suelos cuyo alto grado de oxidación les confiere colores rojos y amarillos Posee suelos de textura media, con predominio de arcilla y agrietados durante la estación seca. A su vez presentan escaso desarrollo sometidos a una remoción natural de las formaciones superficiales; son delgados y susceptibles a los problemas de erosión por la deforestación del área. El relieve es poco accidentado a ondulado presentando una topografía plana. Esta puede ser valorada a partir de varias propiedades como: composición mineralógica o tipo de material (roca o formación superficial), textura, estructura, grado de meteorización y grado de fracturamiento. Para este alcance del modelo el factor litología se evaluará a partir de la caracterización mineralógica. 19 �Figura 1. Mapa de las formaciones del Estado Zulia. Fuente: Proyecto de Recursos Minerales (2010) Geomorfología El origen del relieve de la Región Zuliana es consecuencia de unos largos procesos geológicos; la orogenia del levantamiento y el plegamiento de los dos bloques montañosos del sistema andino; la formación de la depresión estructural y topográfica del lago, y el constante rellenamiento anterior y actual del graben que forma la cuenca sedimentaria del Lago de Maracaibo; son los principales acontecimientos que cubren cronológicamente el esquema general de la tectogénesis y de la morfogénesis en el desarrollo evolutivo de las unidades de relieve que caracterizan actualmente las formas del paisaje físico-territorial de la región. La unidad físico-natural del medio regional, muy variado en su composición geomorfológica es también el resultado de una serie de factores ambientales; fuertemente interrelacionados entre sí; el clima y los cambios climáticos influyen en los procesos erosivos y en las formas en que se depositan los materiales acarreados, el clima y sus efectos en la generación y desarrollo de los suelos; el clima y los suelos son soportes a su vez para la existencia de las plantas y los animales. Esto en conjunto da origen a una cadena de complejos procesos, los cuales son factores muy activos en la modelación del relieve. Efectivamente no existe uniformidad en las formas del relieve regional, con una fisonomía de los elementos territoriales varían de un lugar a otro, y las significaciones de su situación y la naturaleza de sus composiciones son 20 �diferentes aun cuando internamente hay amplitudes territoriales que presentan espacios geomorfológicos relativamente homogéneos. A pesar de las diferencias locales, en cierto modo es imposible desconocer las proporciones, las analogías que presentan los conjuntos espaciales que configuran la estructura físico-natural del territorio regional; zonas montañosas y zonas bajas gradualmente enlazadas componen una gran superficie de continuidad en la que más de la mitad de los terrenos son planos, una quinta parte son terrenos escarpados y el resto, superficies transicionales. En esta continuidad diferentes paisajes y ambientes naturales se presentan estrechamente articulados en el conjunto fisiográfico regional, el cual es particularmente diferenciable según las delimitaciones espaciales en cada unidad del relieve regional. Relieve En el Estado Zulia se pueden diferenciar cuatro grandes paisajes topográficos. En la parte Occidental, en la frontera con la República de Colombia, se encuentra la Sierra de Perija, cuya divisoria de aguas sirve de límite con Colombia. La sierra se divide en tres secciones: la Serranía de Motilones (continuación de los Andes Colombianos); al sur la Serranía de Valledupar tiene las mayores alturas, entre ellas el pico de Tetari (3.360 m); la tercera sección es la de Montes de Oca, al norte. En la Costa Oriental encontramos la Sierra del Empalado o de Ciruma, reserva hidráulica de la zona Oriental. El relieve premontano está formado por elevaciones menores de 2.000 m. Gran parte del material de estas áreas premontanas forma llanuras suaves en las zonas bajas. El piedemonte es una zona de transición entre las montañas y las tierras planas, que se encuentran por debajo de los 400 m de altura. Dispone de un gran drenaje a través de numerosas quebradas; en la costa oriental se aprecia el mismo patrón. Las áreas aluviales están constituidas por material sedimentario que proviene de las montañas que rodean al lago, sobre todo de los Andes. Ello ha dado lugar a las extensas planicies aluviales que rodean el sur del lago, como a las ciénagas y pantanos del suroeste. 21 �Clima El clima del Estado Zulia está dominado por las altas temperaturas durante todo el año. Cerca del 80 % del territorio tiene un régimen térmico elevado, mientras que el 20 % restante está sujeto a variaciones derivadas de las diferencias de altitud. En el norte el clima es semi-árido. El balance hídrico es negativo, con una evaporación que supera ampliamente a la precipitación. El período de lluvias se extiende de abril a noviembre y regularmente no se superan los 800 mm anuales. La temperatura media anual es de 27,8ºC. Este es el clima de la ciudad de Maracaibo. Sobre las riberas del lago domina el clima de sabana, caracterizado por temperaturas que pueden superar los 35ºC. La sequía, normalmente, abarca desde noviembre hasta abril. La Sierra de Perija cuenta con un clima tropical lluvioso con una corta estación seca de 2 a 3 meses, durante la cual la precipitación desciende de los 60 mm. El clima tropical lluvioso de selva representa las mayores precipitaciones en el Estado. Las lluvias alcanzan valores extraordinarios que en ocasiones bordean los 3.500 y 4.000 mm. De igual modo, predomina un clima cálido seco, se caracteriza por ser árido y semiárido, presentando elevadas temperaturas durante todo el año, fuerte evaporación y escasas precipitaciones. La temperatura promedio oscila entre 35° y 38° C; las lluvias oscilan entre 200 y 600 mm. En la zona meridional, la precipitación media anual se mantiene por encima de los 700 mm, ocurridas en precipitaciones cortas y violentas, que originan fuertes escorrentías con poca infiltración y retención de agua en los suelos. Por otra parte, la evaporación promedio anual supera los 1.800 mm, debido a la fuerte insolación diurna (entre 10 y 11 horas aproximadamente) y a la escasa nubosidad. Aun cuando la lluvia es escasa, hay un período de mayor sequía que va desde diciembre a abril. Las características climáticas que presenta la zona se deben en buena medida a la situación geográfica y a su topografía abierta, plana y poco accidentada que le expone a la acción de las brisas marinas, permanentes en el Golfo de Venezuela, cuyo efecto desecante se incrementa por la altas temperatura y la baja humedad del aire. 22 �Tabla 1 Parámetros climáticos promedio de Maracaibo Temperatura ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Total Temperatura 31 31 32 32 31 32 32 33 32 31 31 31 32 Diaria máxima °C (°F) (89) (89) (90) (90) (89) (91) (91) (92) (90) (88) (89) (88) (90) Temperatura 23 23 25 25 25 25 26 25 24 24 24 23 25 diaria mínima °C (°F) (74) (75) (77) (78) (78) (78) (79) (78) (78) (76) (76) (75) (77) Precipitación 5 5 5 30 60 50 20 50 70 110 50 20 510 total mm (pulg) (0.2) (0.2) (0.2) (1,5) (2,6) (2,2) (1,0) (2,1) (3,0) (4,7) (2,2) (0,8) (20,3) Fuente: www.monografias.com 2010 De acuerdo con Urbani (2000), Urbani y Otros (2000) la Geología es una de las principales variables ambientales que intervienen en la estabilidad de las laderas, vertientes o taludes, e inundaciones, para ello se consideran los siguientes indicadores. Estratigrafía regional y local La descripción estratigráfica regional está sustentada por las unidades litoestratigráficas que se encuentran en las periferias del municipio Maracaibo y que suprayacen a las formaciones del Eoceno, las cuales se describen a continuación: Formación Icotea (Oligoceno) Una activa y prolongada erosión del Eoceno superior elimino una espesa sección eocena y continuó sobre grandes extensiones en la zona noreste de la cuenca de Maracaibo. Como representante del Oligoceno se encuentra en la cuenca la Formación Icotea, la cual es discordante tanto sobre el Eoceno truncado, como por debajo de la arena de Santa Bárbara de la formación La Rosa. La localidad tipo de la formación Icotea fue designada por Haas y Hubman (1937), en el sinclinal de Icotea, a lo largo de la costa oriental del lago en el estado Zulia. Litológicamente consiste de limolitas y arcillitas duras, macizas, típicamente de color blanco a gris claro, pero localmente abigarradas en verde claro, amarillo o rojo parduzco, ocasionalmente carbonáceas. En el lado oeste del Lago de 23 �Maracaibo contiene además de capas de areniscas verdes o grises, y pasa gradualmente a la parte basal del Grupo El Fausto. Algunos autores atribuyen a la formación Icotea un origen eólico con sedimentación subsiguiente en pantanos y lagunas, el espesor de dicha unidad es mayor en las áreas deprimidas siendo más delgado o ausente en las zonas elevadas de la superficie erosional pre-miocena. Se conoce un máximo de 180 m en el Sinclinal de Icotea en el Distrito Urdaneta. Formación La Rosa (Mioceno Temprano) El comienzo de la sedimentación miocena en la Cuenca de Maracaibo se caracteriza por una transgresión marina de considerable extensión territorial dentro de los límites del Lago, pero de duración relativamente corta. La base de la transgresión de la formación La Rosa está representada por un Intervalo arenoso conocido como Miembro Santa Bárbara. Por encima se encuentra el Miembro Lutitas de La Rosa, que marcan la extensión máxima de la transgresión (Zambrano et.al. 1972). La localidad tipo está en el Campo de La Rosa en el lado este del Lago de Maracaibo, área de Cabimas, y su nombre fue introducido formalmente por Hedberg y Sass (1937). En la sección tipo, la litología consiste en su mayor parte de lutitas arcillosas, verdosas, más o menos fosilíferas, con una cantidad subordinada de capas de areniscas e intercalación de areniscas y lutitas. En el lado oeste del lago la formación consiste casi completamente de lutitas arcillosas, verdosas y fosilíferas, con una pequeña cantidad de areniscas. Considerada en conjunto, la formación La Rosa es de ambiente marino oscilante y de poca profundidad. El espesor de dicha unidad en el área tipo es de 180 – 250 m, y alcanza su espesor máximo en el Sinclinal de Icotea, situado a 4 km. al norte del Campo Cabimas. En el Alto del Pueblo Viejo está ausente probablemente por no haberse sedimentado. Los espesores variables de esta formación reflejan su sedimentación sobre una superficie erosionada irregular. A la sedimentación de la formación La Rosa siguió la de los clásticos no marinos del Miembro Lagunillas Inferior identificado principalmente en el margen oriental de la cuenca. 24 �Formación Lagunillas (Mioceno Medio) Sobre la formación La Rosa en forma transicional y localmente interdigitada se sedimentó la formación Lagunillas, de la Cuenca de Maracaibo. La formación Lagunillas es una unidad del subsuelo del lago de Maracaibo, cuya área tipo es el Campo petrolífero Lagunillas. Sutton (1946) consideró que la formación es el resultado de sedimentación en ambientes de cambios rápidos de aguas salobres a marinas y de nuevo a aguas dulces. Se compone principalmente de una intercalación de lutitas, arcillitas, arenas, areniscas mal consolidadas y algunos lignitos. Esta formación se depositó de manera concordante y transicional sobre la formación La Rosa infrayacente, y lateralmente pasa a formaciones de ambiente más continental. Sutton (1946), dividió la formación Lagunillas en tres miembros: la parte inferior fue denominada Miembro Lagunillas Inferior, el cual contiene arenas petrolíferas importantes intercaladas con arcillas y lutitas carbonosas abigarradas, cuya base se coloca donde aparecen las primeras faunas marinas de la formación La Rosa, y el tope se coloca en la base de las lutitas del miembro Laguna suprayacente. El miembro Laguna contiene lutitas grises fosilíferas y lutitas arenosas que representan una breve incursión de aguas marinas normales. La mitad superior se denomina Miembro Bachaquero y se compone de intercalaciones de arcillas, lutitas arenosas y areniscas pobremente consolidadas. El ambiente de Bachaquero es marino en la base pasando en forma transicional a un ambiente más continental en el tope. El porcentaje de areniscas aumenta hacia el tope y son localmente petrolíferas en las áreas de Lagunillas y Bachaquero. El espesor de la formación Lagunillas es variable. En forma general se hace mayor en dirección oeste; en los campos de Tía Juana y Urdaneta presenta 450 y 900 m respectivamente. Algunas de las fallas del eoceno orientadas norte-sur continuaron activas durante el mioceno y obviamente tuvieron efecto notable en la migración y acumulación de hidrocarburo. Formación Isnotú (Mioceno Medio a Tardío) La formación Isnotú constituye la unidad intermedia del Grupo Guayabo, (formaciones Palmar, Isnotú y Betijoque), se reconoce en la parte suroccidental y suroriental de la Cuenca de Maracaibo. La secuencia del ambiente sedimentario 25 �continental exhibe gran variedad lateral y a veces es imposible separar definitivamente las unidades componentes. La formación Isnotú fue definida por Sutton (1946) con localidad tipo en las cercanías del pueblo Isnotú en el Estado Trujillo. Esta unidad se caracteriza por la intercalación de arcillas y areniscas, con cantidades subordinadas de arcillas laminares, carbón y conglomerados. Las arcillas, que constituyen cerca del 65 % de la formación, son macizas, localmente arenosas y de color gris claro, algunas son carbonosas y contienen restos de plantas. Las areniscas se presentan en capas de 2 a 3 m, de color gris claro a blancas, de grano fino a finalmente conglomeráticas, localmente micáceas y con rizaduras; dentro de las areniscas es común encontrar pelotillas de arcilla blanca. Carece de fósiles marinos, pero contiene restos de plantas. Su edad se deduce por correlaciones laterales. Salvador (1961) indicó que el ambiente de sedimentación es fluvial, y Florillo (1976) opina que dicha formación es el resultado de la sedimentación de abanicos aluviales y ríos trenzados, controlada por variaciones climáticas y por movimientos tectónicos de levantamiento andino. La formación se extiende a lo largo de la parte occidental del estado Zulia, entre la Sierra de Perijá y el Lago de Maracaibo, desde la región de Colon al sur hasta la de Páez. Durante el Mioceno, inició el lento hundimiento de la cuenca de Lago de Maracaibo que se rellenó gradualmente de sedimentos. Formación La Villa (Mioceno Medio - Tardío) Consiste principalmente de arcillitas rojizas, grisáceas, gris verdoso, moteadas, areniscas de grano fino a medio, mal escogida, localmente conglomeráticas de color gris a amarillo claro, regularmente moteadas en rojo púrpura. Ocasionalmente, se encuentran lutitas carbonáceas y vetas de lignito. Hacia el tope se encuentran vetas de conglomerado laterítico. La formación La Villa yace concordantemente y transicionalmente sobre la formación los Ranchos. En el tope, aparece en discordancia angular local, bajo la formación El Milagro. El léxico estratigráfico de Venezuela (1997) menciona que no contiene fósiles, salvo formas retrabajadas del eoceno y cretácico. Formación Onia. Informal (Plioceno - Pleistoceno) Hedberg y Sass (1937) aplicaron el término “Capas de Onia” a sedimentos jóvenes de carácter no marino en las partes sur y central de la Cuenca del Lago 26 �de Maracaibo. El nombre proviene del Río Onia, tributario del Río Escalante en el estado Mérida. Manger (1938) describió una sección en el pozo La Rita, a 2 km. De la población de La Rita, en la Costa Oriental del Lago, que Young (1956) recomendó como sección tipo. En el citado pozo se encuentran areniscas y limolitas gris verdoso de grano Grueso a fino, arcillosas, micáceas y friables, con un conjunto detrítico de minerales pesados metamórficos característicos de las “Capas de Onia”. Las limolitas contienen localmente capas calcáreas delgadas de color amarillo. Young (1960) hallo restos de peces y escasos gasterópodos en la formación Onia. El espesor de la formación varía normalmente entre 1220 y 95 m. El contacto inferior en la parte occidental del Lago es concordante y transicional con la formación La Villa. Existen dudas sobre su correlación a través de la Cuenca de Maracaibo. Formación El Milagro (Plioceno-Pleistoceno) Está expuesta en afloramientos sobre el Arco de Maracaibo, con localidad tipo en el barrio El Milagro en la ciudad de Maracaibo, donde se puede estudiar en los acantilados occidentales de la avenida de su nombre a lo largo de la costa del Lago; la unidad se conoce también en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo del estado Zulia. Litológicamente está constituida de facies arenosas con notables niveles de ferrolita y lechos arcillosos o ferruginosos con madera silicificada. Un marcado paleosuelo ferruginoso separa las facies arenosas de facies arcillosas de colores verdosos. El ambiente de sedimentación de la unidad es fluvio-deltaico y lacustre marginal (Kerez y San Juan, 1964), ubicado a una distancia considerable de la fuente de sedimentos (Sutton, 1946). El espesor de la formación El Milagro sobre el centro del Arco de Maracaibo varía de 0 a 35 m; aumenta rápidamente hacia el sur alcanzando unos 150 m en el pozo Regional -1, unos 10 km, al suroeste de Maracaibo (Graf, 1969). En el subsuelo del Lago el espesor se desconoce. La formación El Milagro de edad Pleistoceno aflora en el sector con un espesor aproximado de 7,32 m. Esta unidad consiste de paleosuelo lateríticos bien cementados, que aparecen interestratificados de base a tope. Suprayace en contacto cóncavo con areniscas de grano medio de color morado que presentan internamente nódulos y tallos silicificados. Esta litofacie yace bajo arenisca gris claro meteorizada superficialmente. Infrayacente a ella se localizan litofacies 27 �arcillo-arenosa de color gris que gradan lateralmente a una arenisca de granos medio, micácea, con estratificación y laminación cruzada. Hacia la base se observa una arcilla rosada que contiene nódulos ferruginosos indicativos de intervalos de no sedimentación, además de un horizonte de yeso que evidencia la presencia de condiciones litorales. En cuanto al contenido paleontológico la unidad localmente es estéril, observándose solamente restos de tallos silicificados. Graf (1969), correlaciona la formación El Milagro en su parte superior con la formación Zazárida además de las formaciones Carvajal y Necesidad en la Serranía de Trujillo. En los sectores Primero de Mayo y El Milagro la unidad exhibe estructuras diagenéticas (nódulo) que varían de tamaño en el estudio lateral de campo; son indicativas de procesos de precipitaciones en la cuenca. Lateralmente hay cambio de salinidad y acuñamiento. De acuerdo a estos elementos geológicos la unidad designada El Milagro presenta un ambiente de formación fluvial a lacustre marginal. De acuerdo a Graf (1969), los sedimentos se depositaron en un amplio plano costero y de poco relieve y estuvieron expuestos a la meteorización y anegamiento durante el cuaternario. La unidad formacional del área se caracterizan por presentar litologías variadas como areniscas, arcillitas, entre otras, que cuando las mismas quedan descubiertas de vegetación tienden a meteorizarse rápidamente, lo que favorece la erosión en estos sitios descubiertos y los procesos de escorrentía transporta el material desagregado a áreas de menor pendiente. La unidad formacional distribuida en el área es El Milagro es de edad Pleistoceno, posiblemente extendiéndose al Plioceno, y se caracterizan por presentar litologías variadas como areniscas y arcillitas, entre otras, ya que cuando las mismas quedan descubiertas de vegetación tienden a meteorizarse rápidamente, lo que favorece la erosión en estos sitios descubiertos y los procesos de escorrentía transporta el material desagregado a áreas de menor pendiente. 28 �Figura 2. Mapa Geológico del área de estudio. Fuente: Nava y Salas (2008), modificado por Díaz L (2014) Patrón tecto-estructural Local. La cuenca del Lago de Maracaibo está enmarcada por tres alineamientos orogénicos mayores: la Sierra de Perijá al oeste, Los Andes de Mérida al sureste y la Serranía de Trujillo al este, el marco se completa con el sistema de la falla de Oca en el norte que aparentemente esta con la Cuenca del Golfo de Venezuela, aún no completamente definida y otras fallas como la del Tigre, Ancòn-Iturre entre otras, que definen el patrón tecto-estructural de la región, de los cuales están expresado en una serie de estructura morfo tectónica, la cual una de la más conocida como el Anticlinorio de Cojoro, y una serie de fallas que incide sobre la ciudad. De acuerdo a Funvisis, el área de investigación se encuentra en la Zona sísmica 3, forma espectral S3. 29 �Figura 3. Mapa Geológico del Occidente de Venezuela. Fuente: Léxico Estratigráfico de Venezuela (1998) Dentro del trabajo de investigación, no se representa ninguna estructura geológica significativa. 1.6. Conclusión En conclusión, desde el punto de vista geológico, los terrenos estudiados corresponden a la formación Milagro, la cual tiene, lateralmente, muchas variaciones litológicas, caracterizadas por presentar litologías variadas como areniscas, arcillitas, entre otras, que cuando las mismas quedan descubiertas de vegetación tienden a meteorizarse rápidamente, lo que favorece la erosión en estos sitios descubiertos y los procesos de escorrentía transporta el material desagregado a áreas de menor pendiente. Este factor causa inundaciones en áreas topográficamente deprimidas del sector 2 de Pradera Alta durante los periodos de lluvia. 30 �CAPÍTULO II MARCO METODOLOGICO 2.1 Introducción 2.2 Tipo de Investigación 2.3 Cartografía de riesgo por inundación 2.3.1 Evaluación de amenazas 2.3.1.1 Metodología general para la evaluación de amenazas 2.3.1.2. Evaluación peligrosidad del grado de amenaza o 2.3.1.3 Resultados esperados de la evaluación de amenazas 2.3.2 Evaluación de vulnerabilidad 2.3.3 Evaluación del riesgo 2.4 Metodología utilizada en la presente investigación 2.5 Conclusiones 2.1 Introducción En el proceso de evaluación del riesgo por inundaciones de la comunidad Pradera Alta, sector 2, Municipio Maracaibo se han utilizado diferentes métodos de investigación y una metodología de trabajo que son explicadas en el presente capítulo. 2.2 Tipo de Investigación Esta investigación se centra en un estudio de tipo descriptiva, exploratoria de campo, que difiere de los demás estudios en términos del propósito, objetivos y métodos de recolección de datos a utilizar. Los estudios de tipo descriptivos consisten fundamentalmente en la descripción de un fenómeno o situación mediante su análisis bajo circunstancias temporo espaciales determinadas, analizándose las características de la realidad o escenario que se estudia. Los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis. También se puede decir que el trabajo de campo implica la relación directa del investigador con las fuentes de información no documentales. Ezequiel Ander Egg (1977: 37-40) identifica dos tipos de contacto que caracterizan la investigación de campo: 1) global, que implica una aproximación integral al 31 �fenómeno a estudiar, identificando las características naturales, económicas, residenciales y humanas del objeto de estudio; y, 2) individual, que implica la aproximación y relacionamiento con las personalidades más importantes del grupo (identifica los líderes de los distintos niveles como los más importantes proveedores de información). La investigación que se presenta es un diseño no experimental, ya que no se realiza manipulación alguna sobre la variable objeto a estudio. Es decir, en esta investigación bajo ningún medio se hará variar intencionalmente la variable. En el presente trabajo lo que se hace es observar un fenómeno tal y como se da en su contexto natural, para después analizarlo. Para efectos de esta investigación por la consecución de los datos e información relativos a la variable, se considera además como una investigación de campo, que consiste en determinar directamente sobre el terreno los hechos que evidencian la situación indagada. 2.3 Cartografía de riesgo por inundación Los mapas de riesgo de inundación constituyen una importante herramienta de apoyo que puede ser utilizada para el cumplimiento de los siguientes objetivos: •Optimización de los planos de ordenamiento territorial de los municipios, de acuerdo con los riesgos de inundación. Los mapas permiten identificar las zonas con mayor riesgo de inundación. En estas zonas deben establecerse fuertes restricciones de uso del suelo. •Implementación y optimización de los sistemas de alerta y emergencia ante la ocurrencia de inundaciones. La predicción de la profundidad que alcanzaría la columna de agua en la planicie de inundación permite evaluar el impacto generado por una creciente determinada y establecer prioridades en las actividades a implementar antes y durante los desbordamientos. •Diseño de obras de protección. Dado que los mapas indican las zonas potencialmente inundables y el nivel que alcanzaría el agua al presentarse eventos extremos, contribuyen a identificar las zonas que deben protegerse y a realizar el pre dimensionamiento los diques de protección. •Los mapas que indican los niveles de riesgo aquí elaborados constituyen un primer y valioso paso para el control y manejo de las inundaciones originadas por 32 �las crecientes del cauce mediante la implementación de actuaciones no estructurales. •La cartografía de riesgo generada constituye una herramienta muy útil para el análisis del riesgo asociado a inundaciones y resulta indispensable para la cuantificación del mismo. Esta cuantificación representa el paso inicial para la evaluación del riesgo. Obtener datos hidrológicos directamente de los ríos o cursos de agua es un esfuerzo valioso pero que consume tiempo. Si tales datos dinámicos han sido obtenidos durante muchos años de aforos regulares, se pueden usar modelos para calcular la frecuencia estadística de los eventos de inundación, determinando así su probabilidad. Sin embargo, tales evaluaciones son difíciles sin aforos de por lo menos veinte años. En muchos países, los datos de aforos son insuficientes o no existentes. Como resultado, las evaluaciones del peligro de inundaciones, basadas en mediciones directas, pueden no ser posibles porque no hay una base para determinar los niveles específicos de inundación y los intervalos de recurrencia para determinados eventos. Se pueden realizar evaluaciones del peligro en base a datos de percepción remota, informes de daños y observaciones de campo cuando los datos cuantitativos son escasos. Tales evaluaciones presentan información graficada que define las áreas inundables que probablemente serán afectadas por una inundación de un intervalo específico (Riggs, 1985), se analizan las técnicas de cartografía del peligro de inundaciones, la aplicación de datos de satélite y los métodos, tanto tradicionales como recientes, para compilar y analizar la información necesaria. Existen particularidades de la superficie del terreno relacionadas con inundaciones, donde la planificación para el desarrollo regional debe tomar en cuenta las siguientes características de superficie, relacionadas con las inundaciones: - Topografía o pendiente del terreno, especialmente su horizontalidad; - Geomorfología, tipo y calidad de suelos, especialmente material de base de depósitos fluviales no consolidados; e - Hidrología y la extensión de las inundaciones recurrentes. 33 �Estas características comúnmente son consideradas en las actividades de evaluación de recursos naturales (OEA, 1984). Las preguntas a las que el estudio de planificación debe responder son; " ¿Cuan peligrosa es el área de estudio en relación con inundaciones recurrentes"? y "¿Cuál es la vulnerabilidad de las actividades de desarrollo existentes y propuestas?". Uno de los primeros pasos de un estudio de planificación es recopilar toda la información disponible relacionada con estas características y recomendar la instalación de equipos de aforo y estaciones hidrometeorológicas en regiones propuestas para el desarrollo, si es que no están ya disponibles. Existen técnicas dinámicas convencionales para el análisis de la frecuencia de inundaciones se han desarrollado durante el último medio siglo para evaluar cuantitativamente el peligro de las inundaciones. Estas técnicas tradicionales dan como resultado datos dinámicos históricos que, cuando están disponibles, se usan para cartografía de precisión de las llanuras de inundación. Además del registro de crecidas máximas durante un período de años (análisis de frecuencias), se requiere un estudio detallado (cortes transversales, pendientes y mapas de curvas de nivel) junto con estimados de asperezas hidráulicas, antes que se pueda determinar la extensión de inundaciones durante un intervalo de recurrencia esperado. En la cartografía tradicional de llanuras de inundación, los datos requeridos y los mapas incluyen lo siguiente: - El mapa base (topográfico) seleccionado, con el sistema de aguas subterráneas - Datos hidrológicos. - Mapas de suelos, fisiografía, geología, hidrología, uso de tierras, vegetación, densidad poblacional, infraestructura y asentamientos. Este método dinámico requiere de dilatados estudios de campo, a largo plazo, con una red de estaciones de aforo que puedan proporcionar los datos necesarios para evaluaciones precisas de riesgo. Rara vez está disponible información tan completa de muchos años para sistemas de ríos en países menos desarrollados. Para obtener información hidrológica, debe contactarse a instituciones hidrometeoro lógicas del gobierno, a fin de conseguir los datos y mapas disponibles. Los mapas de suelos y mapas geológicos frecuentemente demarcan las llanuras de inundación. Los mapas topográficos a escalas adecuadas para el proyecto generalmente están disponibles en el país. Lo que está más fácilmente 34 �disponible es la información derivada de técnicas estáticas, que son capaces de proporcionar información sobre evaluación del peligro de inundaciones. Otra técnica es la de percepción remota para áreas mayores tales como los principales valles de ríos, los fondos y el tiempo disponibles frecuentemente son limitados. Por lo tanto, usualmente no es posible llevar a cabo la recolección, costosa y detallada, de datos hidrológicos, su análisis y actividades cartográficas durante un estudio de planificación (OEA, 1969 y 1984). La tecnología de percepción remota, especialmente la tecnología espacial, proporciona ahora una alternativa económica y factible para complementar las fuentes tradicionales de datos hidrológicos. Estas técnicas estáticas proporcionan vistas del área que pueden ser analizadas respecto a ciertas características relacionadas con inundaciones y pueden ser comparadas con imágenes de fecha anterior o posterior, para determinar cambios en el área de estudio. Los métodos de percepción remota requieren de una plataforma tal como un satélite (p.e., Landsat) o una aeronave, además de un sensor, como el MSS, instalado en la plataforma. Las imágenes de satélites se pueden adquirir en formato digital (CCT) o analógico (película). Los datos digitales pueden no ser una alternativa debido a su costo y al requerimiento de equipos de cómputo y programas sofisticados. Por lo tanto, el propósito del método aquí presentado es proporcionar una técnica que hace uso de datos originales o de películas para la cartografía de llanuras de inundación y evaluación del peligro de llanuras inundables. También se discute a continuación el concepto de preprocesar CCTs, dado que es factible adquirir productos de películas digitalmente mejoradas para estas aplicaciones. Los mapas de inundaciones y peligros de inundación han sido preparados por muchos hidrólogos en todo el mundo con datos de aeronaves y satélites, principalmente las bandas visibles e infrarrojo (Deutsch, 1974). Unos pocos hidrólogos han utilizado los datos de infrarrojo térmico para cartografía de áreas inundadas (Wiesner et al., 1974, y Berg et al., 1981). Los datos de satélite pueden ser utilizados para encontrar indicadores de llanuras de inundación y son más fáciles de usar que las imágenes de aeronaves para demarcar llanuras de inundación (Soller et al., 1978). La información de la fotografía aérea realizada por computadora, o una combinación de ésta con 35 �imágenes de satélite, también ha sido utilizada. A su vez, se han usado las fotografías aéreas digitalizadas, en color infrarrojo, para clasificar la vegetación que se correlaciona con las llanuras de inundación. (Harker y Rouse, 1977). Los datos digitales Landsat han sido combinados con datos digitales de elevación para desarrollar relaciones etapa-área de áreas inundables (Struve, 1979). Una referencia integral sobre técnicas de percepción remota relacionadas con el curso de las aguas es Satellite Hydrology (Deutsch, Satellite Hydrology (Deutsch, 1981). que contiene más de 100 artículos sobre el tema. Existen diversos métodos para el análisis de riesgos debidos a amenazas naturales; sin embargo todos plantean una metodología de evaluación que distingue Amenazas y Vulnerabilidades. Entre los métodos que se utilizan están los métodos de análisis cualitativos y cuantitativos. Los métodos cuantitativos pueden aportar, cuando son aplicables, un grado de objetividad superior. Sin embargo, la escasez de datos prohíbe generalmente su aplicación consecuente. Además, para permitir una eficiente evaluación de riesgo, es generalmente más importante identificar correctamente las causas profundas (o factores) que causan el riesgo y que influyen sobre su dinámica (es decir sobre su crecimiento o su reducción), tanto del lado de las amenazas como del lado de las vulnerabilidades, que disponer de datos "exactos" sobre los riesgos en sí. En esta investigación se plantea por consiguiente una metodología de trabajo basada en análisis cualitativos. La aplicación de métodos cualitativos para el análisis de riesgos implica el conocimiento preciso de las amenazas, de los elementos en riesgo y de sus vulnerabilidades, pero expresados de forma cualitativa (basados en la experiencia y observaciones de campo). Las probabilidades de los eventos peligrosos son estimaciones realizadas partiendo de la experiencia de los especialistas, las vulnerabilidades y el riesgo son determinados también de forma relativa. 2.3.1 Evaluación de amenazas La amenaza es un agente agresor externo socio ambiental potencialmente destructivo con cierta magnitud dentro de un cierto lapso de tiempo y en una cierta área. Fenómeno social que puede causar heridos, muertes y daños graves. Como se mencionó anteriormente, aquellos fenómenos que de llegar a presentarse en un espacio y tiempo determinado pueden causar pérdidas y daños 36 �en comunidades o en sistemas que no se encuentren adaptados o preparados para absorber sin traumatismos sus efectos, a estos se les conoce con el nombre de “amenazas”. Si dichos eventos se llegaran a presentar en una zona en donde no existe presencia del hombre o de sus actividades son sencillamente expresiones de la naturaleza Por ejemplo, una zona poblada que se encuentra asentada cerca del área de influencia de un río y que a lo largo de su historia ha registrado inundaciones de diferente magnitud, con toda seguridad en años posteriores va a resultar afectada nuevamente por una inundación, la amenaza en este caso es la probabilidad de que el río aumente su cauce y ocasione daños sobre su área de influencia Las amenazas se clasifican en tres tipos: Amenazas naturales: Son propias de la dinámica de la naturaleza y en su ocurrencia no hay responsabilidad del ser humano y tampoco está en capacidad práctica de evitar que se produzcan. Según su origen, se clasifican en amenazas geológicas (sismos, erupciones volcánicas, tsunamis, deslizamientos) e hidrometeorológico (Huracanes, tormentas tropicales, tornados). En términos generales, las amenazas naturales son imposibles de evitar o prevenir, teniendo en cuenta que son expresiones propias de la dinámica de la naturaleza. Amenazas socios naturales: Existen amenazas aparentemente naturales como inundaciones, sequías o deslizamientos, que en algunos casos son provocadas por la deforestación, el manejo inapropiado de los suelos, la zonas desecación de inundables y pantanosas o la construcción de obras de infraestructura sin precauciones ambientales. Podrían definirse como la reacción de la naturaleza a la acción humana inadecuada sobre los ecosistemas. Las amenazas socio natural como las inundaciones o los deslizamientos, debido al manejo inadecuado de las cuencas hidrográficas o al conflicto en el uso del suelo, se pueden prevenir si actuamos sobre las actividades humanas que las causan (por ejemplo: deforestación u ocupación humana de suelos con vocación protectora). Amenazas antrópicas: Atribuibles a la acción humana sobre el medio ambiente y sobre el entorno físico y social de una comunidad. Ponen en grave peligro la 37 �integridad física y la calidad de vida de las personas, por ejemplo: incendios estructurales, contaminación, manejo inadecuado de materiales peligrosos, derrames de sustancias químicas, uso de materiales nocivos para el medio ambiente, entre otros. Frente a las diferentes amenazas que pueden afectar una comunidad determinada y que en muchos casos no se pueden evitar, se tienen que desarrollar acciones que apunten a bajar o eliminar la vulnerabilidad para disminuir el nivel de riesgo existente en una zona determinada, de ahí la importancia de diligenciar muy objetivamente la matriz de vulnerabilidad y plantear acciones para disminuirla (razón por la cual esto debe hacerse anualmente). Continuando con el ejemplo anterior de la comunidad asentada cerca al cauce del río, los factores de vulnerabilidad pueden ser físicos, como el estado y calidad de las construcciones, no hay muros de contención; sociales, como la poca organización y preparación de las comunidades, organizacionales los limitados recursos con los que cuentan los organismos o instancias de gestión dedicadas a la prevención y mitigación de riesgos; políticos, como la disposición de normas y mecanismos para la regulación del uso del territorio y la destinación de recursos para la reducción del riesgo. Hasta este momento tenemos la amenaza y la vulnerabilidad claramente definidas y cuando en una zona determinada confluye una o varias amenazas y estas se cruzan con los factores de vulnerabilidad de la comunidad o grupo social que habita en dicha zona, se generan entonces las condiciones de riesgo, las que pueden variar en la medida que alguno de los factores ya sea de la amenaza o de la vulnerabilidad cambian; de ahí la importancia de reconocer los ingredientes del riesgo (amenaza y vulnerabilidad) y establecer la posibilidad de actuar sobre ellos en forma anticipada, a fin de manejar las condiciones de riesgo existentes, de ser posible evitando la ocurrencia de desastres 2.3.1.1 Metodología general para la evaluación de amenazas El principal objetivo de una evaluación de amenazas (o de peligros) es predecir o pronosticar el comportamiento de los fenómenos naturales potencialmente dañinos o, en su defecto, tener una idea de la probabilidad de ocurrencia de dichos fenómenos para diferentes magnitudes. De esto modo, se logra una 38 �apreciación del riesgo que se correría en las zonas de influencia de las amenazas, si se utilizaría estas zonas para ciertos usos que implican niveles de vulnerabilidad alta (en particular el uso habitacional). La metodología de evaluación de amenazas inicia desde la presentación de una oferta técnica a la municipalidad interesada, y la elaboración de un plan de trabajo preliminar. Conlleva etapas de trabajo de campo para las observaciones y mediciones, y otras de oficina para el procesamiento de la información y la elaboración de mapas e informes. Esta metodología plantea trabajar con la base topográfica existente en el país a escala 1:50 000 para trasladar todas las observaciones y análisis de fenómenos peligrosos a planos o mapas hasta un nivel de detalle permitido a esta escala (mapas indicativos de amenaza). Una vez concluido el acuerdo con la municipalidad y comunidad, la secuencia de acciones más común y efectiva es la siguiente: - Definición de necesidades con las autoridades municipales en coordinación con la población y las instituciones locales y establecimiento del plan de trabajo. - Recopilación de información general y de antecedentes, utilizando técnicas participativas con la población (talleres) y otras fuentes. - Análisis de fotos aéreas y mapas topográficos - Elaboración de un diagnóstico y evaluación preliminar de campo - Levantamientos semi-detallados de campo - Elaboración de mapas y documentos de apoyo (encuestas, bases de datos...) - Elaboración de una propuesta de zonificación territorial (incluyendo elementos de uso de suelos y potencial de uso, así como el nivel de degradación ambiental) - Elaboración de Informe En lo referente a la información a recopilar, es importante definir el tipo de información requerida y desestimar datos secundarios o exceso de datos socioeconómicos, cuyas fuentes pueden ser mencionadas sin mayor detalle. Es importante identificar fuentes documentales para recabar testimonios personales sobre desastres pasados, signos indicadores de terreno, toponimia. La información obtenida debe ser evaluada antes de ser utilizada, con el fin de verificar su calidad, actualidad y confiabilidad utilizando para esto análisis 39 �comparativos, deductivos y correlaciones. En el caso de la información socioeconómica, debe cuidarse que ésta no sea muy antigua o con grandes diferencias temporales. La identificación de las zonas de interés especial se realizará partiendo de entrevistas a las autoridades municipalidades y a la población, con los cuales se puede realizar talleres participativos, con el fin de obtener la información directamente de los afectados e informar a la gente sobre la naturaleza del trabajo, para romper la desconfianza y, una vez que el trabajo ha sido realizado, para informarles sobre las medidas que se pueden tomar (eventualidad de que pueda instalarse algún sistema de observación y alerta, brindar consejos prácticos para el manejo del suelo, el manejo del agua, las construcciones.). La técnica del auto-mapeo se puede utilizar en este contexto. Se debe tener mucho cuidado para no adelantar opiniones sobre el peligro, sobre todo cuando éste parece elevado, para evitar una difusión distorsionada de la información. Estos aspectos son de gran importancia, ya que las metodologías participativas permiten involucrar a la población en las tareas de prevención y contribuyen a despertar o generar una conciencia de riesgo y prevención. Previo al trabajo de campo, se deben analizar los mapas topográficos y las fotos aéreas de la zona, con el objetivo de identificar áreas susceptibles a inestabilidades de terrenos, a inundaciones y procesos torrenciales. Estas actividades iniciales son de gran importancia ya que proporcionan una visión general previa de la situación del área de trabajo, lo que permite ahorrar esfuerzos y dinero al enfocar el trabajo de campo en zonas preseleccionadas, en cuya selección es importante incluir a representantes de la municipalidad. Durante el trabajo de campo se debe observar el área en detalle con el objetivo de encontrar evidencias que permitan definir límites, tipología de los fenómenos y grado de actividad en las zonas afectadas, lo cual proporcionará elementos para la evaluación del grado o nivel de peligrosidad del fenómeno, así como estimar la probabilidad relativa de ocurrencia del evento o eventos bajo estudio. El énfasis estará en las zonas de interés especial previamente identificadas, pero el recorrido debe cubrir toda la zona de estudio. 40 �2.3.1.2. Evaluación del grado de amenaza o peligrosidad Las clases de peligrosidad que se representan en un mapa de amenaza deben permitir apreciar el riesgo que se correría en un punto del espacio si se le daría a éste un uso común. Son de especial interés las amenazas que ponen en peligro la vida humana y - aunque en menor grado - las que ponen en peligro los bienes de la comunidad (por ej. las infraestructuras importantes) y de los particulares (viviendas, animales, herramientas, mobiliario.). Debido a la concentración de vidas humanas y de bienes que implica, el principal uso del espacio que puede significar riesgos elevados es el de vivienda en asentamientos humanos (pueblos, barrios, urbanizaciones). Por consiguiente, las clases de peligrosidad deberán sobre todo permitir una apreciación del riesgo que correrían, en un lugar del mapa, las vidas humanas (al exterior y al interior de casas o edificios comunes), así como los bienes en las edificaciones Las siguientes pautas pueden servir de referencia para establecer clases de amenaza o de peligrosidad, aunque cada tipo de amenaza pueda tener sus particularidades: Rojo: Peligro alto - Las personas están en peligro tanto al exterior como al interior de las viviendas o edificios - Existe un alto peligro de destrucción repentina de viviendas y edificios. - Los eventos se manifiestan con una intensidad relativamente débil, pero con una probabilidad de ocurrencia elevada, y las personas, en este caso, están sobre todo amenazadas al exterior de las viviendas y edificios. La zona marcada en rojo corresponde esencialmente a una zona de prohibición. Anaranjado: Peligro medio - Las personas están en peligro al exterior de las viviendas o edificios, pero no o casi no al interior. - Las viviendas y edificios pueden sufrir daños, pero no destrucción repentina, siempre y cuando su modo de construcción haya sido adaptado a las condiciones del lugar. 41 �La zona anaranjada es esencialmente una zona de reglamentación, donde daños severos pueden reducirse con medidas de precaución apropiadas. Amarillo: Peligro bajo - El peligro para las personas es débil o inexistente. - Las viviendas y edificios pueden sufrir daños leves, pero puede haber daños fuertes al interior de los mismos. La zona amarilla es esencialmente una zona de sensibilización. Blanco: ningún peligro conocido, o peligro despreciable según el estado de los conocimientos actuales 2.3.1.3 Resultados esperados de la evaluación de amenazas Como resultado de la evaluación de amenazas (o peligros) se generan dos tipos de mapas; sin embargo, su elaboración está en función de la disponibilidad de documentos e información básica. El producto de la evaluación de amenazas deberá hacer uso de los materiales disponibles. Los mapas topográficos a escala 1: 5000 son inevitables, porque son los únicos que cubren prácticamente todo. Según la realidad nacional los mapas factibles de realizar son: Mapas de inventario de fenómenos y Mapas indicativos de amenazas o peligros 2.3.2 Evaluación de vulnerabilidad La vulnerabilidad es el grado de pérdida de un elemento dado o conjunto de elementos de riesgos, como resultado de la presencia de un peligro ambiental y/o fenómeno natural de magnitud determinada Figura 4 Clasificación de la Vulnerabilidad. Fuente: Ministerio De Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de Colombia (2005) 42 �También se puede decir, que la vulnerabilidad, tiene directa relación con las condiciones de debilidad o fragilidad de los elementos físicos o sociales de una comunidad, que pueden resultar afectados, dañados o destruidos al desencadenarse un fenómeno natural o antrópico, considerado amenazante para dicha comunidad y se podrían mencionar los siguientes:  Factores económicos: la pobreza es quizás la principal causa de vulnerabilidad, pero también lo es la utilización inadecuada de los recursos económicos disponibles.  Factores físicos: relacionados con la ubicación de las poblaciones y sus infraestructuras, el nivel de exposición a los fenómenos potencialmente peligrosos y la calidad de las estructuras y su capacidad de resistencia frente al impacto del evento peligroso.  Factores sociales: se refieren a la capacidad que tiene o no una comunidad para organizarse y la forma en que se estructura para enfrentar el riesgo.  Factores políticos: se refiere al nivel de autonomía que posee una comunidad para tomar decisiones sobre los problemas que la afectan, así como la capacidad de negociación de la comunidad frente a los actores políticos exógenos Por lo expuesto, podemos afirmar que un fenómeno natural se convierte en peligro cuando hay una población vulnerable expuesta a este fenómeno. Figura 5. Factores que explican la vulnerabilidad. Fuente: Díaz L (2013) 43 �La vulnerabilidad constituye un sistema dinámico, que surge como consecuencia de la interacción de una serie de factores y características (externas e internas) que convergen en una comunidad o área particular. A esta interacción de factores se le conoce como vulnerabilidad global. Esta vulnerabilidad global puede dividirse en varias vulnerabilidades o factores de vulnerabilidad, todos ellos relacionados entre sí: vulnerabilidad física; factores de vulnerabilidad económicos, sociales y ambientales. (Wilches-Chaux, 1993) La vulnerabilidad física se refiere a la localización de asentamientos humanos en zonas de amenaza, como por ejemplo en las llanuras de inundación de los ríos, al borde de los cauces. La vulnerabilidad estructural se refiere a la falta de implementación de códigos de construcción y a las deficiencias estructurales de la mayor parte de las viviendas, lo que conlleva a no absorber los efectos de los fenómenos naturales; la vulnerabilidad natural se refiere a aquella que es inherente e intrínseca a todo ser vivo, tan solo por el hecho de serlo. Los factores de vulnerabilidad económica y social se expresan en los altos niveles de desempleo, insuficiencia de ingresos, poco acceso a la salud, educación y recreación de la mayor parte de la población; además en la debilidad de las instituciones y en la falta organización y compromiso político, al interior de la comunidad o sociedad. Se ha demostrado que los sectores más pobres son los más vulnerables frente a las amenazas naturales. Un análisis de vulnerabilidad es un proceso mediante el cual se determina el nivel de exposición y la predisposición a la pérdida de un elemento o grupo de elementos frente a una determinada amenaza o peligro. La vulnerabilidad puede ser definida por tres niveles: baja, media y alta; también puede ser expresada como un porcentaje de elementos que pueden sufrir daño o destrucción (pérdida) sobre un total, aunque es difícil establecer una referencia de carácter absoluto. Los porcentajes pueden ser establecidos en función de las características del área, del tipo de fenómeno, de la densidad y frecuencia de ocupación humana, densidad de construcciones. Debido a la escala de trabajo (1:2 500), no es posible realizar verdaderos mapas de vulnerabilidad, ya que estos corresponden a una fase de estudios detallados y no es del todo viable, para áreas grandes como son las de los municipios. Por ello, se recomienda introducir la variable de vulnerabilidad dentro de los mapas de 44 �inventario o de amenaza a través de indicaciones que evidencien los elementos o grupos de elementos más vulnerables en zonas de mayor peligro. Por cuestiones de legibilidad, lo mejor es marcar la vulnerabilidad como parte de los sitios críticos, con un signo y un número que remita a una ficha. 2.3.3 Evaluación del riesgo El riesgo se define como la probabilidad de resultar afectados (daños y pérdidas) en caso de presentarse un fenómeno peligroso, en relación con la capacidad de resistencia y recuperación de los diferentes actores sociales frente a dicho fenómeno. Los riesgos se constituyen, también, como el resultado de las prácticas ambientales de la población que generan consecuencias no controladas, ni buscadas por ellos. En las dinámicas de desarrollo de los barrios se construyen peligros, los cuales van debilitando las capacidades de las personas y sus familias, construyéndose de esta manera los riesgos De igual manera, el riesgo es el grado esperado de pérdida de los elementos en riesgo debido a la presencia de peligros. Puede ser expresado en términos de pérdidas, personas heridas, daños materiales e interrupción de actividad económica. Podemos sintetizar lo expuesto en la siguiente fórmula: RIESGO = PELIGRO X VULNERABILIDAD X VALOR DE LAS PERDIDAS Está muy difundida la idea según la cual los desastres, en buena media, son culpa de la gente expuesta a la vulnerabilidad, riesgo y peligro. Es decir, se tiende a desconocer que estas poblaciones están expuestas a la vulnerabilidad por múltiples razones, como veremos más adelante, reduciendo la explicación a que por “ignorancia” o desidia, la gente no se cuida. Pero además, hay la inclinación por asumir que esta gente, dada su “inconciencia”, no está en la capacidad de hacer nada frente a una amenaza de desastre. Por el contrario, el imaginario común, estas personas aparecen como poco colaboradoras; sin capacidad de actuar autónomamente; como un estorbo en las medidas de prevención y emergencia. En el fondo prevalece la idea de ver a estas poblaciones como víctimas de las circunstancias. Es decir, son culpables y víctimas a la vez. 45 �Puede que muchos de estos supuestos sean parte de la realidad; pero es una versión parcial, muchas veces motivada por una visión pesimista de las capacidades de las poblaciones pobres para hacer frente a las adversidades. Se tiende así a descalificar las ideas, intereses, prácticas y aspiraciones de estas poblaciones, bajo el supuesto que su condición de pobreza material las condenas a la inacción y a la recurrencia de conductas riesgosas. Tal vez, la base del problema de esta versión pesimista de las capacidades para enfrentar la adversidad que supone la vulnerabilidad y el riesgo ante los desastres, está en que, por lo general, quienes se “hacen cargo” de esta problemática, se auto califican como profesionales técnicos, expertos en desastres, portadores de la solución. Desde esta postura, los “otros”, los afectados, “no saben”, por eso están en esa situación de vulnerabilidad y peligro permanente. Ante esto, afirmamos que hacer frente al riesgo, la vulnerabilidad y el peligro ante a los desastres, no es cuestión sólo de “especialistas”, o en el mejor de los casos, de que la población participe ocasionalmente como “mano de obra”. Se trata más bien de impulsar la participación ciudadana; es decir, de reconocer, social y políticamente, de que todas las personas, especialmente las más vulnerables, tienen derecho a construir su bienestar, su calidad de vida, y sobre todo a aumentar sus capacidades de controlar los riesgos Figura. 6 Elementos controlables y no controlables del riesgo. Fuente: Ministerio de Economía y Finanzas (2005) 46 �Para realizar análisis de riesgos, las evaluaciones de amenazas y vulnerabilidades son el primer paso. Las evaluaciones de riesgo pueden elaborarse a partir de una apreciación relativa del nivel de amenaza, de las indicaciones relativas a la vulnerabilidad global, y de la frecuencia de los fenómenos, mostrando una zonificación donde se indique el grado o nivel de amenaza y se le correlacione con el nivel de concentración de población y de inversiones o infraestructura. Con los recursos existentes y la escala de trabajo, no puede realizarse un mapa de riesgo propiamente dicho, pero sí pueden elaborarse mapas indicativos de amenazas con calificaciones de riesgo relativo. En particular, se puede llamar la atención sobre la existencia de lugares de alto riesgo mediante la representación de sitios críticos. La evaluación de riesgos comprende un análisis de probabilidades que ocurra un desastre conocido con determinada intensidad en cada zona evaluada y las pérdidas tanto físicas como funcionales que se espera que resulten de cala elemento en peligro (análisis de vulnerabilidad) en cada zona evaluada causado por el impacto de los desastres. Así mismo es presentada a través del mapa de riesgo, que es la presentación de los resultados de la valoración de riesgos en forma de mapa, el cual muestra los niveles de las pérdidas que pueden anticiparse en un área específica durante un periodo de tiempo determinado, como resultado del riesgo de desastre. Esta es un proceso de determinar la naturaleza y la dimensión de las pérdidas debido a los desastres en un área territorial y tiempo determinados. La evaluación de riesgos comprende un análisis de probabilidades que ocurra un desastre conocido con determinada intensidad en cada zona evaluada y las pérdidas tanto físicas como funcionales que se espera que resulten de cala elemento en peligro (análisis de vulnerabilidad) en cada zona evaluada causado por el impacto de los desastres. 2.4. Metodología utilizada en la presente investigación A continuación se describe, cada una de las actividades, las cuales engloban la utilización de métodos y técnicas, que conllevarán a la ejecución de esta investigación, y que permita cumplir con los objetivos establecidos; para tal efecto, 47 �el mismo va a ser dividido en las siguientes fases o etapas, entre las cuales se tiene: Fase I.- Revisiones bibliográficas y de antecedentes En esta primera fase y de gran importancia, permite conocer todos los estudios previos de interés que pudieran existir sobre el área, así como toda la documentación cartográfica disponible. Su importancia radica especialmente en que la naturaleza y calidad de la información y documentación existente puede ser determinante en la metodología a aplicar en el estudio y de la necesidad y/o intensidad de este. Se inicia con una revisión bibliográfica y de antecedentes, en esta oportunidad se tuvo la necesidad de realizar la búsqueda y recopilación de información, como estudios anteriores de la temática, así mismo la compilación de la hoja catastral Maracaibo Norte a escala 1:25.000, por parte del Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar, imágenes satelitales suministrada por la Sasplanet versión 13, Global Mapper versión 15.2, los raster y Arcgis 10.1todo esto con la finalidad de analizar e interpretar la información obtenida y de esta manera elaborar fichas de información técnica y bases de datos. Una vez cumplido lo anterior expuesto, se visitó a la comunidad como complemento a la fase I de la investigación, y se establecen contactos con sus habitantes a través de dos mesas de trabajo realizados los días martes 14 de junio, jueves 30 de junio y viernes 15 de julio del año 2.012, en la cancha de Usos Múltiples del sector Dos del barrio Pradera Alta, casa comunal del sector cuatro del barrio 19 de Abril, para conocer el Diagnostico de la comunidad y la vinculación con los actores involucrados, e identificar las principales necesidades o problemas de los afectados ( Foto 1). 48 �Foto 1. Mesas de trabajo con la comunidad de Pradera Alta Fuente Díaz L (2012) Dentro de este mismo contexto, se aplicaron varios conversatorios (Dialogo participativo), con entrevistas no estructuradas a personas de la comunidad del barrio Pradera Alta sector 2 con la idea de levantar la información histórica acerca de los eventos ocurridos en el área o sus alrededores. Finalmente se realizó una asamblea participativa para informar a la comunidad en general y establecer estrategias para el apoyo técnico-logístico e integración de esta con instituciones gubernamentales para la ejecución de la indagación pertinente. (Foto 2). Foto 2. Entrevista con la comunidad Fuente: Díaz L (2012) Fase II.- Diagnostico de la localidad de interés geológica Una vez cumplido la fase anterior, se hizo un recorrido por la comunidad para observar sus necesidades y problemas existentes a través de la información 49 �directa del escenario, para su evaluación previa, a través de un diagnóstico y levantamiento preliminar de campo. Así mismo se realizó un censo socioeconómico (Anexo 1) y se evaluó la infraestructura correspondiente al área de estudio con la inspección visual de las construcciones existentes, con entrevista no estructurada y lista de cotejo, tomas de fotografías y coordenadas geográficas, entre otros (Foto 3, 4). De igual manera se realizó un formato de inventario de riesgos naturales. (Anexo 2), donde se utilizaron criterios sobre la Geología Geomorfología, Hidrología, Suelo y Vegetación para el área de inundaciones y crecidas. Foto 3. Censo Socio-económico Pradera Alta sector 2 Fuente; Díaz L (2012) Foto 4. Evaluacion de las Infraestructuras de la comunidad Pradera Alta sector 2 Fuente: Diaz L (2012) Posteriormente se realizó un método de levantamiento geológico-geotécnico para evaluar las condiciones de los terrenos, se desarrolló la apertura de seis (06) calicatas (Foto 5) cumpliendo con la normativas exigidas por la Sociedad de 50 �Geotecnista de Venezuela (S.G.V.) en las avenidas 76D, 77 y 81, así como las calles 99J, 99G y 99N respectivamente, en las cuales se hicieron tomas de muestras de suelos (Foto 6) y una interpretación descriptiva de las unidades litológicas. Foto 5 .Apertura de la Calicatas en las avenidas y calles de la comunidad Fuente: Díaz L (2012) Foto 6 Toma de muestra de las calicatas realizadas en la comunidad Fuente: Díaz L (2012) Además, se realizó un sondeo eléctrico vertical (S.E.V.) en la avenida 77 con calle 99K de la comunidad Pradera Alta sector 2, aplicando el “Método Schlumberger” para la prospección y exploración del subsuelo, utilizando para las mediciones un georesistivímetro marca PASI, modelo E2 DIGIT, el estudio geoeléctrico tuvo la finalidad de detectar la presencia de lentes acuíferas, su profundidad y espesor de los niveles de suelos (Foto 7) 51 �Foto 7 Georesistivímetro marca PASI, modelo E2 DIGIT Fuente: Díaz L (2013) La elección del sitio fue decidida en función del lugar de mayor interés para las investigaciones geológicas que se están desarrollando en el área y de las condiciones logísticas de accesibilidad. Por estas razones y por los objetivos que se quieren alcanzar en este trabajo, se decidió ubicar el sondeo en la zona (Foto 8); más detalles de las ubicaciones de los S.E.V. se pueden obtener en la tabla 2. Tabla 2. Ubicación del S.E.V. y delimitación del área de estudio. SONDEO UBICACIÓN O REFERENCIA A lo largo de la Avenida 77 Alta esquina calle 99 kCota 47 m. 2 Pradera Coordenadas Coordenadas UTM del centro Geográficas del centro de simetría de simetría N: 1.175.673 N: 10.62397922574543 E: 0.206.207 E: -71.68506292246357 (s.n.m.) (ver fig.1A y 1B y foto 1). Fuente: Malandrino G (2012) 52 �Foto 8. Ubicación de S.E.V en la comunidad Pradera Alta sector 2. Fuente Díaz L (2012) Los resultados se han obtenido utilizando el programa de computación S.E.V. 2.0 de la Compañía Italiana “NUOVA INDACO” y distribuido por la Compañía PASI GEOSOFT de Turín, Italia. El manejo del programa consiste en sobre imponer a las datas de campo medidas e idóneamente corregidas, una curva matemática que posee el programa de interpretación con el fin de determinar la secuencia electroestratigráfica indicada en la misma figura, para posteriormente definir los litotipos (tipos de materiales) y condiciones probables en que se encuentra el subsuelo. Fase III.- Ensayos de laboratorios: En esta fase se aplicó los ensayos de laboratorio de la muestras de suelos tomadas en la etapa anterior, estos se rigen por las metodologías de ejecución, control y criterios de calidad establecidos en las Normas COVENIN, A.S.T.M. y A.A.S.H.T.O, y los lineamientos establecidos por el Colegio de Ingenieros de Venezuela (C.I.V.) y la Sociedad de Geotecnista de Venezuela (S.G.V.), y los mismos permitió dar a conocer las características físicas y mecánicas del suelo, así como la composición de los elementos en las capas de profundidad colectadas. Dentro de los ensayos aplicados solo se realizó la descripción e identificación de suelos y la humedad relativa (Procedimiento visual y manual), tomando como referencia el manual de ensayos de suelos del Laboratorio Fundalanavial y Geotecnia c.a. (Foto 9) 53 �Foto 9. Muestra para el análisis mineralógico Fuente: Díaz L (2012) Fase IV.- Procesamiento de la información: En esta fase, se procesa e interpreta la información de las etapas anteriores, que permitió delimitar lo más preciso posible el fenómeno de inundación, que afectan la zona de estudio, así como el grado o nivel de amenazas y vulnerabilidad de los diferentes fenómenos identificados y su evolución a través del tiempo. Las mismas se digitalizaron, para bajar los mapas georeferenciados y de alta resolución se utilizó Sasplanet versión 13 (Imagen 1), para bajar la data de las curvas de nivel (Imagen 2) y los raster (perfil) se utilizó Global Mapper versión 15.2, y utilizando el programa ArGIS, versión10.1 para las imágenes y los SHP (shapelife) con los cuales se diseñaron los mapas. Imagen 1. Mapa georeferenciado de la Comunidad Pradera Alta sector 2 Fuente: Andrade R, Díaz L (2014) 54 �Imagen 2. Curvas de Niveles. Fuente: Andrade R, Díaz L (2014) 2.5 Conclusiones En este capítulo se llega a la conclusión que con toda la información recabada y determinar una metodología adecuada para el procesamiento del análisis de los resultados, se obtuvo que importante la recopilación de la información y de los mapas existentes para realizar un estudio a detalle. De igual manera fue necesario el uso de un sondeo eléctrico vertical para saber cómo se encuentran los niveles de capa en subsuelo y la elaboración de las calicatas para determinar la composición mineralógica de la zona de estudio y por ultimo cuales fueron los programas utilizados para diseñar los mapas correspondientes. 55 �CAPÍTULO III – ANALISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS 3.1 Introducción 3.2 Diagnostico de las áreas de amenazas y vulnerabilidad de la comunidad Pradera Alta sector 2, Municipio Maracaibo 3.3 Caracterización de los factores geológicos que intervienen en la ocurrencia de inundaciones en el área de estudio 3.3.1 Suelos 3.3.2 Geomorfología 3.3.3 Hidrología 3.4 Evaluación de riesgo por inundaciones 3.5 Conclusiones 3.1 Introducción En este capítulo se presentan los resultados en la evaluación de riesgo por inundación obtenidos mediante el análisis cualitativo de la información obtenida durante el levantamiento sistemático y observaciones directas en las áreas correspondientes a la comunidad Pradera Alta sector 2, Parroquia Francisco Eugenio Bustamante, Municipio Maracaibo, Estado Zulia. 3.2 Diagnóstico de las áreas de amenazas y vulnerabilidad de la comunidad Pradera Alta sector 2, Municipio Maracaibo La comunidad Pradera sector 2 de la comunidad Pradera Alta, se encuentra compuesto por 23 manzanas, en donde se determinaran los sectores que se encuentran en amenaza o peligrosidad por inundacion. (Imagen 3). Esta investigación se basó en un análisis cualitativo, a través de un levantamiento sistemático y observaciones directas en las áreas correspondiente a la comunidad del Barrio Pradera Alta, sector 2, Parroquia Francisco Eugenio Bustamante Municipio Maracaibo, Estado Zulia; basados en indicios y evidencias que permitió definir límites, tipología de los fenómenos y grado de actividad en las zonas afectadas, lo cual proporcionará elementos para la evaluación del grado o nivel de amenazas y vulnerabilidad, así como los factores que afectan el área, dando como resultado que el principal problema que afecta a la comunidad, es que la misma se encuentran en áreas anegadiza o inundaciones reteniendo altos niveles de humedad como consecuencia al proceso de flujo de escorrentía superficial que debilita a los mismo observándose en las cotas más bajas del sector. 56 �Imagen 3. Croquis de la Comunidad Pradera Alta sector 2 por Manzanas, Drenaje y Curvas de Nivel. Fuente: Andrade R, Díaz L (2014) Es por ello, que al realizarse el diagnóstico a través de técnicas y herramientas aplicadas en la ejecución de la investigación, se engloban en las actividades que conllevaron a la aplicación del análisis cualitativo, por medio de un levantamiento sistemático y observaciones directas, encuestas y entrevistas (Mesas de trabajos) en las áreas correspondiente a amenazas y vulnerabilidad de la comunidad, en estas mesas de trabajo se notificaba a la colectividad de acuerdo a la supervisión desarrollada cual era el área más afectada a inundaciones, por lo que, de acuerdo a los resultados obtenidos se plantearán 57 �soluciones a la comunidad, a instituciones públicas y privadas encargadas de planificar, dirigir y ejecutar, todas las actividades relacionadas con la planificación y conservación del catastro en el ámbito territorial de los municipios, para estudios de gestión y ordenamiento ambiental y del territorio, y sobre los diseños y construcción de obras ingenieriles, a fines de mejorar la gestión en el ámbito territorial. Así mismo, de la evaluación realizada a la zona de estudio, se determinó que:  Las manzanas que se encuentran cercanas al drenaje principal, están afectadas por la anegación de los suelos (áreas con suelos reteniendo altos niveles de humedad) y cotas de máxima inundación marcadas en algunas viviendas.  Según algunas personas del Barrio Pradera Alta, sector 2, hay sectores donde el nivel freático se encuentra menos de un metro, y esto debido al elevado grado de saturación de los suelos.  Se observa en algunas calles y avenidas erosión menor a moderada y desarrollos de algunos surcos.  Los suelos en algunos sectores presentan un grado elevado de descomposición, ya que se observa presencia de materia orgánica de olor fétido, como consecuencia a la concentración de las aguas residuales.  Vegetación en deterioro físico y existencia de áreas con abundancia relativa de agua.  Escombros y basura (desechos y residuos sólidos) en calles y avenidas y en el drenaje principal, esto es por inconsciencias de las personas que habitan en la comunidad y por la ausencia de un sistema de recolección continuo en el sector.  Viviendas y otras construcciones con fracturas en sus bases, pisos y paredes.  Ausencia de un acueducto para aguas residuales, entre otras 3.3 Caracterización de los factores geológicos que intervienen en la ocurrencia de inundaciones en el área de estudio Los métodos de investigación aplicados han permitido la caracterización de todas las variables geológicas que intervienen en la ocurrencia de las inundaciones en el área estudiada. A continuación serán analizadas cada una de ella. 58 �3.3.1 Suelos La caracterización de los suelos se realizó a través de las calicatas y el sondeo eléctrico vertical (SEV). Los resultados obtenidos en las muestras tomadas y analizadas en laboratorio para obtener las propiedades físico-mecánicas de los suelos presentan las siguientes características: Calicata 1 Comunidad Pradera Alta sector 2 Horizonte 1. Espesor 14 cm Arena de grano medio a fino de color rojo oscuro, muy húmedo con bajo índice de plasticidad, sin presencia de raíces o humus Horizonte 2. Espesor 70 cm Arena de grano fino, arcillo-limosa de color rojo de media a alta plasticidad, húmeda, sin presencia de raíces Calicata 2 Comunidad Pradera Alta sector 2 Horizonte 1. Espesor 13 cm Arena de grano muy fino de color rojo oscuro con baja plasticidad, sin contenido de arcilla, un poco húmeda, sin presencia de materia orgánica Horizonte 2. Espesor 78 cm Arena fina limosa de color beige claro, semihumeda, compactada, con un índice de plasticidad baja. Calicata 3 Comunidad Pradera Alta sector 2 Horizonte 1. Espesor 20 cm Arena de grano fino a muy fino, de color beige, semihumeda, con baja plasticidad. Sin presencia de raíces Horizonte 2. Espesor 90 cm Arena de grano medio a fino, de color beige, con un índice de plasticidad medio, escasa humedad 59 �Es importante resaltar que en la zona donde se presenta el mayor riesgo, no se tomó muestras de suelo al noroeste del área de estudio debido a que hay muchos desechos sólidos y el suelo está muy alterado por la descomposición biológica del mismo. Los resultados obtenidos con la aplicación del SEV se muestran en la tabla 3, y en la figura 7. Según los métodos aplicados la primera capa, que tiene espesor y profundidad de 1,1 m está constituida de arena con mediana resistividad, indicando que se encuentra seco y sin arcillas. Debajo de esta capa, y con un espesor de 15,9 m se encuentra una capa completamente arcillosa la cual tiene una resistividad extrema de 1,4 ohm x m. Sigue una tercera capa de alternancia de arenas acuíferas con capas intercaladas de arcilla con un espesor total de 16,4 m y hasta la profundidad de 33,4 m. La cuarta capa está constituida probablemente por una arena bien compactada debido al alto valor de resistividad aparente interpretado (336,9 ohm x m). Hay que recordar que, desde el punto de vista geológico, los terrenos estudiados corresponden a la formación El Milagro, la cual tiene lateralmente muchas variaciones litológicas. La capa superficial es fácilmente saturable ya que tiene poco más de un metro de espesor y profundidad, alcanzando esta la capa arcillosa impermeable que no permite su drenaje. Este factor causa inundaciones en áreas topográficamente deprimidas del sector 2 de Pradera Alta durante los periodos de lluvia. El acuífero que se encuentra debajo de la capa arcillosa no interfiere localmente con la problemática de la comunidad, la cual se ve afectada únicamente por la falta del drenaje superficial y por la topografía donde las comunidades se encuentran ubicadas. La descarga de fluidos, como por ejemplo las aguas negras en el subsuelo a través de pozos sépticos, ubicados en áreas topográficamente más altas, razón suficiente para crear una escorrentía internamente en la capa superficial y manifestarse permanentemente en las zonas topográficamente más bajas. Como solución al problema se puede sugerir la realización de una red de cloacas canalizadas hacia el sector La Chamarreta con dirección paralela al sistema natural de drenaje superficial que se observa en el territorio (disposición del canal natural). 60 �Tabla 3. Profundidades del S.E.V Fuente: Malandrino G (2012) 61 �Figura 7. Sondeo e Interpretación de la Curva y capas. Fuente: Malandrino G (2012) 62 �Los suelos de la comunidad están compuestos por depósitos heterogéneos no consolidados ya que estos se encuentran mezclados con material de arrastre que trae consigo el agua superficial, depositándolo sobre el suelo in situ desarrollado sobre la formación El Milagro, dependiendo al periodo de precipitaciones, estos materiales son transportados a las áreas planas de la comunidad, las cuales son erosionables por los flujos torrenciales y superficiales. (Foto 10) Foto 10. Suelo heterogéneo no consolidado. Fuente: Diaz L (2012) El suelo de la comunidad Pradera Alta sector 2 posee un suelo de textura media, con predominio de arcilla y agrietados durante la estación seca. A su vez presentan un escaso desarrollo, al estar sometidos a la remoción natural de los horizontes superficiales, los cuales son delgados y susceptibles a los problemas de erosión por la deforestación del área. 3.3.2 Geomorfología El relieve es poco accidentado a ondulado presentando pendientes bajas orientadas al noroeste, encontrándose las mayores inclinaciones del terreno hacia el sureste. Las áreas más aplanadas se encuentran ubicadas a lo largo del drenaje natural que limita al noreste de la comunidad, observándose llanuras de inundación, áreas anegadizas, erosión moderada y surcos, socavamiento y pequeños deslizamientos menores cerca del drenaje. (Foto 11). 63 �TESIS EVALUACIÓN DE RIESGOS POR INUNDACIONES DE LA COMUNIDAD PRADERA ALTA SECTOR 2, MUNICIPIO MARACAIBO Lizetty Díaz �Foto 11. Áreas planas de la zona de estudio y socavamiento en el sitio Fuente: Díaz L (2012) Los aspectos geomorfológicos del área de estudio, describen las formas, así como los procesos erosivos que en la actualidad modifican el relieve, considerando su magnitud e intensidad. Al final de esta caracterización, se presenta una matriz donde se evalúan cada una de los rasgos geomorfológicos identificados y las actuales acciones erosivas que las afectan. En esta sección se proporciona una visión aproximada de los tipos de acciones erosivas identificando sus magnitudes e intensidades. Estas acciones están vinculadas a factores litológicos, hidrológicos y climáticos inherentes a la morfología del área, identificándose algunos procesos tales como: socavamiento o erosión moderada, llanuras de inundaciones, escurrimiento difuso o superficial, surcos, pequeños deslizamientos menores y áreas anegadizas estos representándose en el mapa geomorfológico Este mapa geomorfológico de la comunidad Pradera Alta sector 2, presenta algunos rasgos característicos como: llanuras de inundación, las cuales se desarrollan en las partes más baja o menos inclinada del área (noroeste), 64 �cubiertas por sedimentos arrastrados por el drenaje y que generalmente se encuentran inundadas o se inundan en periodos de lluvias, este tipo de terreno con esta característica se extiende prácticamente por toda la superficie de la zona de estudio, la cual es el área más crítica. También se pueden observar áreas anegadizas las que se ubican a la margen de cauce principal y hacia al noroeste de la comunidad Pradera Alta sector 2, estas planicies anegadizas son áreas, donde se encuentran las cotas más bajas y en que la cubierta de vegetación natural es poca debido al elevado nivel freático evitando el crecimiento de árboles. Otro rasgo o proceso geomorfológico observado es el socavamiento o erosión moderada, donde estas acciones erosivas que realizan las corrientes de las vías de agua, en donde sus efectos más notorios es durante las crecientes en los periodos de precipitaciones en el área y que estos se manifiestan en los cauces principales que son más vulnerables a la acción de las corrientes sobrecargadas de sedimentos finos y gruesos durante las épocas de inundación. La erosión del drenaje de la comunidad se produce a lo largo de todo el borde de este, mientras que los socavamientos propiamente dichos, son más activos en los sectores cóncavos del cauce, ambas acciones producen el ensanchamiento de este, estos se encuentran a lo largo del curso del drenaje del sector estudiado. De igual manera, los surcos son uno de los procesos erosivos que se producen en la comunidad Pradera Alta sector 2 debido a que cuando las aguas de precipitación excavan en el suelo los canales de drenaje más o menos definidos de dimensiones variadas, desarrollándose estas sobre todo en zonas que han perdido su cobertura vegetal, esta se encuentra en las orillas del drenaje principal de la comunidad. Así mismo, se encuentran los escurrimientos superficiales en donde la acción erosiva del agua proveniente de las lluvias en su descenso por las laderas del drenaje principal y por algunas calles y avenidas de la comunidad se presenta de manera difusa, debido a que cuando la lluvia cae e inicia un lento descenso por la superficie se forman estas aguas superficiales, todo esto porque el terreno tiene poca pendiente, es permeable y con poca vegetación, este escurrimiento se encuentra compuesto por algunos hilos de agua que discurren cruzándose constantemente sin provocar cambios erosivos, estos drenajes intermitente se encuentran ubicados hacia el nor-noroeste y sureste de la comunidad Pradera Alta sector 2. (Imagen 4) 65 �Imagen 4. Mapa Geomorfológico de la zona de estudio Fuente: Boscan J, Díaz L (2012) De igual modo, predomina un clima cálido seco, se caracteriza por ser árido y semiárido, presentando elevadas temperaturas durante todo el año, fuerte evaporación y escasas precipitaciones. La temperatura promedio oscila entre 35° y 38° C; las lluvias oscilan entre 200 y 600 mm anual. Todo esto conlleva a que el uso irracional de los suelos, magnificados por la intervención inadecuada de las personas, ha llevado a importante situaciones de inestabilidades, y la intervención del hombre en los procesos de orden natural 66 �como el desvió y rellenos de los cauces de los ríos, quebradas y canales, la remoción de la capa superficial y modificación topográfica ha ocasionado muchas veces daños irreparables, y que influyen de esta manera a la comunidad que se ven afectados por la acción de los procesos riesgosos de orden natural e inducido. Pradera Alta formaba parte de granjas o hatos abandonados por sus dueños, en estas existían jagüey y estos fueron rellenados con escombros, sobre el cual se han hechos construcciones, esto según los testimonios de los habitantes de dicha comunidad. Esta razón motivo a un grupo de personas a tomar las tierras con el propósito de construir sus viviendas, ya que carecían de estas. Sin embargo, hasta los momentos en la comunidad no han sido consolidados los servicios públicos básicos, solo cuentan con la prestación del servicio de electricidad, y la disponibilidad del agua potable es a través de tomas de tuberías clandestinas. Por otra parte, aproximadamente desde hace 10 años como consecuencia del desnivel topográfico, la perforación de pozos sépticos y, la toma clandestina de agua potable han generado probablemente las áreas de inundaciones, y además de la apertura de un sistema de canales que sirven como aliviadero de la planta C de Hidrolago, ha generado que este sector es una zona de amenaza y riesgo. Es importante resaltar que hace aproximadamente unos ochos años atrás se viene presentando problemas de anegación, situación que se agrava en la estación de clima húmedo (Periodo de pluviosidad) aunado esto a la falta de un acueducto para la disposición y tratamiento de las aguas residuales del barrio Pradera Alta y de sectores adyacentes a este, como el Barrio Hato Cardón, Las Trinitarias y Pradera Baja los cuales ayudan acelerar este proceso, ya que descargan las aguas de uso domestico sin control alguno al suelo. También se puede decir, que las fuertes precipitaciones acaecidas a finales del año 2.011, provocaron que los canales de drenajes que atraviesan en el sector antes mencionados arrastraran un caudal de agua por encima de su capacidad, lo cual causó las inundaciones correspondientes a este sector. En la comunidad de Pradera Alta sector 2, se presentan los distintos rasgos geomorfológicos, resultado de una serie de factores fuertemente interrelacionados entre sí, que hacen que en este se dé el proceso de inundación, entre ellos tenemos el suelo, clima, hidrología, entre otras, que hacen que causen 67 �anegaciones en el área de estudio. Esto es debido a que los factores activos de la zona modelen el relieve observándose a través del perfil topográfico. (Imagen 5) Imagen 5. Curvas de Nivel con Perfil Topográfico. Fuente Andrade, Díaz L (2014) 3.3.3 Hidrología En general el patrón de drenaje del área de estudio está estrechamente ligado a la estructura del área, la forma de drenaje localizada se caracterizan por ser permanente y de tipo meandriforme de forma subparalelo con tendencia a ramificarse con otros drenajes intermitentes o hilos de agua que pueden considerarse como drenajes debido a que en periodo de precipitaciones algunas avenidas o calles son cursos de aguas de escorrentías Posee un escurrimiento difuso, ya que el material de las laderas se encuentran mal consolidado, lo que provoca la formación de pequeñas cárcavas y surcos, mientras que en las zonas planas o de menor cota este escurrimiento se concentra, debido a que existen 68 �viviendas que obstruyen el paso de las aguas superficiales en las áreas. (Imagen 6). Imagen 6. Drenajes y Curvas de Nivel. Fuente: Andrade R, Díaz L (2014) Los drenajes naturales se ven afectados por la obstrucción de los mismos, siendo el causante los escombros y basura que son arrojadas sin control sanitario obstaculizando la misma dando como resultado aéreas anegadiza (áreas con suelos reteniendo altos niveles de humedad) y cotas de máxima inundación marcadas en algunas viviendas. (Foto 12) Foto 12. Áreas anegadizas cerca del drenaje principal Fuente: Díaz L (2012) 69 �3.4 Evaluación de riesgo por inundaciones Continuando en este orden de ideas, es importante resaltar que también se puede decir, que para el estudio de riesgo, se debe tomar en cuenta la vulnerabilidad, la cual tiene directa relación con las condiciones de debilidad o fragilidad de los elementos físicos o sociales de la comunidad, que pueden resultar afectados, dañados o destruidos al desencadenarse un fenómeno natural o antrópico, considerado amenazante para dicha comunidad, donde existen factores de vulnerabilidad relacionados entre sí: vulnerabilidad física; vulnerabilidad económicos, sociales y ambientales. Es por eso, que la vulnerabilidad de nuestra comunidad ante determinados amenazas naturales, tiene causas de orden económico, social y ambiental, lo cual es un proceso que se construye progresivamente a lo largo de los años y se va acumulando y además ampliando hacia peligros tecnológicos, biológicos y potenciales conflictos sociales. En la presente investigación se consideró la vulnerabilidad física como la localización de asentamientos humanos en zonas de amenaza, como por ejemplo en las llanuras de inundación de los ríos y áreas de anegación, al borde de los cauces, y una vulnerabilidad estructural que se refiere a la falta de implementación de códigos de construcción y a las deficiencias estructurales de la mayor parte de las viviendas, debido a que las edificaciones de acuerdo a su tipología constructiva y materiales de construcción se tiene que alrededor del sesenta por ciento (60 %), comprende a ranchos y construcciones rudimentarias (Artesanales) con paredes de bloques y techo de zinc, un veinticinco por ciento (25 %) con paredes de bloque, mechones y techo de zinc, y el quince por ciento (15 %) restante con paredes de bloque, columnas, vigas y techo de zinc o platabanda. En cuanto a la vulnerabilidad social y económica, el barrio Pradera Alta, sector 2, está conformado por cuatrocientos cincuenta (450) familias, distribuidas en veintisietes (23) manzanas con una población de un mil trescientos cincuentas (1.350), de acuerdo al cenco socio-económico del Consejo Comunal, estas se expresan en los altos niveles de desempleo, insuficiencia de ingresos, poco acceso a la salud, educación y recreación de la mayor parte de la población, se ha demostrado que los sectores más pobres son los más vulnerables frente a las amenazas naturales, donde los habitantes de este sector tienen unos ingresos 70 �familiares promedios mensuales menores al sueldo mínimo actual (4.270,51 bolívares fuertes (BsF) y con respecto al grupo familiar, en el que el sesenta y cinco por ciento (65 %) de las viviendas tienen más de 5 habitantes, y un setenta por ciento (70 %) posee más de 15 años de residencia en el sector. De acuerdo a lo anterior, la mayoría de las personas son descendientes colombos-venezolanos y de etnia Wayuu, y su actividad económica es de tercer nivel, algunos sin empleos, pero la mayoría de las personas de la comunidad se abastece de alimentos en mercados cercanos al sector como por ejemplo en las adyacencias de la Circunvalación Tres, por la urbanización San Rafael y Las Chamarretas. Es importante señalar, que las actividades cotidianas de las personas que habitan en comunidad, contribuyen a acelerar los procesos de orden natural e inducidos y por ende las amenazas y vulnerabilidades ante los mismos, como la descarga de las aguas sin control alguno al suelo, la obstrucciones al escurrimiento del drenaje principal, colmatado por desechos y residuos sólidos entre otros. (Foto 13) Foto 13. Desechos sólidos en las calles y drenaje de la comunidad Pradera Alta sector 2 . Fuente Díaz L (2012) Es por ello, que se pudo definir los niveles a amenazas del tipo inundación y la vulnerabilidad del área de estudio, asignándoles valores a cada parámetro geológico, geomorfológico y de pendiente, de acuerdo a su grado de influencia sobre posible amenaza que represente permitiendo caracterizar los fenómenos e identificación y valoración de elementos expuestos. Definidos los límites, tipología de los fenómenos y de haber determinado las áreas que tienen un comportamiento crítico, se procedió a definir los niveles de riesgo a 71 �inundaciones, sobre la susceptibilidad y posible amenaza que represente, de esta manera se obtuvo los siguientes niveles: - Riesgo bajo: Incluye aquellos sectores alejados de las márgenes del drenaje, a más de 50 metros de distancia del cauce principal y con una diferencia altitudinal entre 5 y 10 con respecto al mismo, donde los procesos hidrológicos influyen con menor afectación e intensidad. El peligro para las personas es débil o inexistente, las viviendas pueden sufrir daños leves, pero puede haber daños fuertes al interior de los mismos. La zona de bajo riesgo se encuentra hacia Sureste del sector 2 de la Comunidad Pradera Alta, representada con el color amarillo que es una zona denominada de sensibilización, de acuerdo a la Ley Orgánica de Riesgos Socio naturales y Tecnológicos - Riesgo medio: Áreas con distancias de entre 25 y 50 metros del drenaje, con diferencias altitudinales con respecto al cauce que varían entre 3 y 5 metros. Las personas están en peligro al exterior de las viviendas, pero no o casi no al interior, estas pueden sufrir daños, pero no destrucción repentina, siempre y cuando su modo de construcción haya sido adaptado a las condiciones del lugar, donde daños severos pueden reducirse con medidas de precaución apropiadas.Esta zona se encuentra ubicada hacia el norte de la comunidad, representada con el color anaranjado, conocida como zona denominada reglamentación, de acuerdo a la Ley Orgánica de Riesgos Socio naturales y Tecnológicos - Riesgo alto: Sectores cercanos al drenaje, y que presentan restricciones asociadas a sitios críticos de desborde del mismo, y que son zonas de impacto directo, asociadas a distancias menores a 25 metros de este, con cotas muy cercanas a las de su cauce (entre 0 y 3 metros de diferencia altitudinal). Los eventos se manifiestan con una intensidad relativamente débil, pero con una probabilidad de ocurrencia elevada, y las personas, en este caso, están sobre todo amenazadas al exterior de las viviendas. Esta zona se encuentra ubicada hacia Noroeste del área de estudio, representada con el color rojo y es una zona denominada prohibición. de acuerdo a la Ley Orgánica de Riesgos Socio naturales y Tecnológicos. En esta área la construcción de las viviendas no es favorable, ya que están cercanas al drenaje principal y pueden inundarse en periodos de precipitaciones y sequía. (Imagen 7). 72 �Imagen 7. Mapa de Riesgo por Inundación de la Comunidad Pradera Alta sector 2 Fuente: Andrade R, Díaz L (2014) 73 �Otro aspecto que se tomó en cuenta fue como algunas viviendas están levantadas con material de relleno mal compactado observándose la alteración y descomposición de los mismos. Igualmente las viviendas están construidas de forma inadecuada e insegura (Foto 14) Foto 14 Tipos de vivienda de la comunidad Pradera Alta sector 2 Fuente: Díaz L (2012) 3.5 Conclusiones En este capitulo pertinente a los resultados de la investigacion realizadas, teniendo como objetivo principal el de evaluar los riesgos por inundacion de la comunidad Pradera Alta sector 2, tomando en cuenta las caracteristicas de los fenomenos que intervinieron en ella, como el suelo, la geomorfologia, la hidrologia, entre otros, los cuales son las amenazas pertenecientes a esta investigacion y de igual manera se realizo un estudio de las vulnerabilidad existente en la zona y asi identificar las zonas de riesgos. Se diagnosticaron tres areas de riesgo: un riesgo bajo identificado con el color amarillo donde la infraestructura sufren daños leves, sobre todo en el interior de la vivienda, un riesgo medio identificado con el color anaranjado,y en el cual las personas estan en peligro en el exterior de la vivienda pero no en el interior de estas, y un riesgo alto identicado con el color rojo, donde la probabilidad de ocurrencia de daño es elevada y las personas se encuentran en peligro en el exterior como en el interior de la vivienda, esta area se encuentra ubicada al noroeste de la comunidad Pradera Alta sector 2. Todo esto, definidos por los límites, la tipología de los fenómenos y la determinación de las áreas que tienen un comportamiento crítico, definiendo así los niveles de riesgo por inundación del área estudiada. 74 �CONCLUSIONES Es preciso destacar que la comunidad Pradera Alta sector 2, se encuentra en constante amenazas socio-naturales lo que tiende a generar o intensificar el factor riesgo. Es por ello que surge como política los planes de ordenamiento de territorio como salida o medida para orientar los proyectos geográficos de construcciones de vivienda a futuro. En la presente investigación se concluye que: De acuerdo al diagnóstico presentado se obtuvo la información necesaria que permitió obtener testimonios de la problemática existente en el área de estudio, donde una de las principales era el riesgo que presentaban parte del sector en donde las viviendas eran inhabitables debido a que se mantenían en constante anegación debido a las áreas anegadas producto de la concentración de las aguas vertidas directamente al suelo por la misma comunidad, como consecuencia de la falta de acueducto para el tratamiento y disposición de las aguas residuales. El vertido directo de las aguas residuales sin control alguno tiene una influencia directa sobre el balance del nivel freático, mas aun cuando, hay suelos permeables y zonas de poca pendiente (< 5 %), en donde predominan los procesos verticales de escurrimiento (Percolación) sobre los horizontales (Drenaje superficial) y esto se incrementa con el periodo de clima húmedo (Precipitaciones) generándose áreas de anegamiento relacionadas a este fenómeno. El resultado de la descripción visual de los suelos, se tiene que son suelos franco limosos con cierta plasticidad en los primeros metros de profundidad, en algunos sectores presentan un grado elevado de descomposición, como consecuencia a la concentración de las aguas residuales. En este mismo sentido, en clima húmedo, los cursos de los regímenes de las aguas de escorrentía y de las aguas servidas permanente durante al año, drenan a los sectores de menor cota como al sur y noroeste de la comunidad, en las manzanas 5,6, 13, 14, 15. Que son los que se encuentra en la zona de alto riesgo. 75 �El nivel freático es de escaso setenta centímetros (70 cm), en la cota más baja de la comunidad y esto debido al elevado grado de saturación de los suelos y la dirección del flujo de agua que percola producto de las precipitaciones y descarga sin control algunos de las personas. A lo largo del trayecto del drenaje que bordea a la comunidad, se observa un elevado grado de erosión y socavamiento en sus bases. Los resultados obtenidos por el sondeo geoeléctrico del subsuelo por medio de un S.E.V. (Sondeo Eléctrico Vertical), revelan que existen niveles de rocas (Capas de diferentes litologías), de las cuales tres a diferentes profundidades corresponden a arenas saturadas de aguas es decir acuíferos las cuales están separados entre tres niveles litológicos, caracterizados de la siguiente manera: La primera capa, que tiene espesor y profundidad de 1,1 metro, está constituida de arena con mediana resistividad indicando que se encuentra seco y sin arcillas. Debajo de esta capa, y con un espesor de 15,9 metros se encuentra una capa completamente arcillosa la cual tiene una resistividad extrema de 1,4 ohm x m. Sigue una tercera capa de alternancia de arenas acuíferas con capas intercaladas de arcilla por un espesor total de 16,4 metro y hasta la profundidad de 33,4 metros. La cuarta capa está constituida probablemente por una arena bien compactada debido al alto valor de resistividad aparente interpretado (336,9 ohm x m). Las actividades cotidianas de las personas que habitan en comunidad Pradera Alta, contribuyen a acelerar los procesos de orden natural e inducidos y por ende la susceptibilidad ante los mismos, como la descarga de las aguas sin control alguno al suelo, la obstrucciones al escurrimiento del drenaje principal, colmatado por desechos y residuos sólidos entre otros. La presente investigación aporta elementos para la identificación y la caracterización de las variables espaciales a priorizar en la determinación de la exposición ante un evento de inundaciones, realizando un análisis e integración de la evolución del medio físico natural frente a los procesos naturales e inducidos, generando así, la zonificación de áreas de amenazas y la evaluación de niveles de vulnerabilidad de la comunidad, Parroquia Francisco Eugenio Bustamante Municipio Maracaibo, Estado Zulia. Estas variables se basan en criterios geomorfológicos, hidrológicos, de relieve, de suelo, entre otros y también 76 �tomando en cuenta los factores de vulnerabilidad presente en esta comunidad, tales como social y económica de esta. Así mismo, se llegó a realizar una serie de mapas, entre ellos el Geomorfológico que permite visualizar algunos procesos que afectan en el área de estudio, representando algunos rasgos característicos como: aéreas anegadizas, socavamiento, erosión moderada, surcos y llanuras de inundación, y por supuesto, el diseño del mapa de Riesgo por inundación, identificando en el las zonas de alto, medio y bajo riesgo, donde un riesgo bajo identificado con el color amarillo donde la infraestructura sufren daños leves, sobre todo en el interior de la vivienda, un riesgo medio identificado con el color anaranjado,y en el cual las personas estan en peligro en el exterior de la vivienda pero no en el interior de estas, y un riesgo alto identicado con el color rojo, donde la probabilidad de ocurrencia de daño es elevada y las personas se encuentran en peligro en el exterior como en el interior de la vivienda, esta area se encuentra ubicada al noroeste de la comunidad Pradera Alta sector 2. Este será presentado a los entes gubernamentales para así realizar una reubicación de las familias del área más crítica de la comunidad Pradera Alta sector 2, de la Parroquia Francisco Eugenio Bustamante del municipio Maracaibo. A partir de los resultados obtenidos se plantearán a instituciones públicas y privadas, encargadas de planificar, dirigir y ejecutar, todas las actividades relacionadas con la planificación y conservación del catastro en el ámbito territorial de los municipios, algunas propuestas y recomendaciones para estudios de gestión y ordenamiento ambiental y del territorio, y sobre los diseños y construcción de obras ingenieriles, a fines de mejorar la gestión en el ámbito territorial 77 �RECOMENDACIONES Hay procesos a través del cual se toman medidas para reducir los riesgos existentes que implica intervenir las causas que generan las condiciones de amenaza o de vulnerabilidad actual. Esta etapa orienta a diseñar y evaluar alternativas de acción con la finalidad de mejorar la toma de decisiones. Para que la institución intervenga los riesgos existentes hay que tomar en cuenta las siguientes consideraciones: - Sensibilización y concienciación de la población. - La institución debe tener mapas de zonas. En este punto debe tener ubicada todas esas áreas de la alta vulnerabilidad - Diagnosticar la vulnerabilidad. Una vez que se diagnostique se sectoriza de acuerdo a la amenaza natural y al grado que se encuentre susceptible. - Inventario jerarquizado y zonificado de todas las construcciones de infraestructuras críticamente amenazadas y/o vulnerables. - Hay que realizar reforzamientos o reubicación/desalojo de vivienda, urbanizaciones que se encuentren en terrenos críticamente amenazados y/o vulnerables. - La institución debe realizar en conjunto con las comunidades prácticas para diagnosticar y reducir actividades generadoras de riesgo (ejemplo: Construcciones con malos materiales, malas prácticas de construcción, diseños ineficientes, entre otras). - Los entes gubernamentales responsables de esta labor deben contar con personal y equipos especializados para realizar cada una de las medidas anteriores. - La institución debe contar con presupuestos claros para realizar cada una de estas actividades. 78 �REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cartaya Scarlet. Méndez Williams y Pacheco Henry. (2006). Modelo de zonificación de la susceptibilidad a los procesos de remoción en masa a través de un Sistema de Información Geográfica. Interciencia. Caracas: Asociación Interciencia, vol. 31, no. 9, p. 638-646. 2002 Castro, Eduardo. Evaluación de riesgos por fenómenos de remoción en masa: Guía metodológica. Santa Fe de Bogotá: INGEOMINAS/Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2001 Conesa Carmelo, Calvo Francisco. (2003). Los procesos de riesgo con origen natural: una constante en la relación entre hombre y medio. Revista de Ciencias Sociales, no. 23 Ferrer Carlos y Laffaille Jaime. (2005). Zonificación física para la reducción de vulnerabilidad de barrios en los andes venezolanos. IMME. Caracas: Universidad Central de Venezuela, vol.43. García Jesús. Geografía Física o Ciencias Naturales. Investigaciones geográficas. Alicante: Universidad de Alicante. 2001, nº 25 Jiménez Virginia. Gestión Integral de Riesgos, acciones para la construcción de una política de Estado. 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Zonificación de la susceptibilidad al deslizamiento: Resultados Obtenidos para la península de Papagayo mediante la modificación del método Mora-Vahrson. III Curso Internacional sobre microzonificación y su aplicación en la mitigación de desastres. Pacheco Henry; Méndez Williams; Barrientos Yolanda y Suarez Carlos. Departamento de Ciencias de La Tierra: Aportes a la Consolidación de la Investigación y el Postgrado en el Instituto Pedagógico de Caracas. Caracas, Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Vicerrectorado de Investigación y Postgrado, 2007. Perles María. Perspectivas Actuales en la Geografía Física. Problemas Heredados y Posibilidades de Cambio. Revista Encuentros en la Biología. España: Universidad de Málaga. Nº 100, 2005. Proyecto Ávila. Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar y Ministerio de Ambiente y los Recursos Naturales Caracas, Corporación Andina de Fomento, 2003. Ramirez Rosa. 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Memoria Técnica para el mapa de susceptibilidad de deslizamientos de tierra en El Salvador. San Salvador, SNET y el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales, 2004. Servicio Nacional de Estudios Territoriales. Mapa de susceptibilidad a deslizamientos de Nicaragua. El método Mora-Vahrson. Managua, SNET, Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales y el Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales. 2009. Unesco e ITC; Servicio Nacional de Estudios Territoriales. Análisis de riesgo por inundaciones y deslizamientos de tierra en la microcuenca del Arenal de Montserrat. 2008. Unesco; ITC; The Nethrlands; Cepredenac y la Secretaría de estado de Medio Ambiente y Recursos Naturales de República Dominicana. Desarrollo de una metodología para la identificación de amenazas y riesgos a deslizamiento en la cuenca del río San Juan, República Dominicana. 2008. Universidad Central de Venezuela. Hábitat y Riesgo El Rol de las Universidades. Caracas, 1er Encuentro Internacional. 2do Encuentro Nacional Educación Superior y Riesgos, 2005. Universidad Pedagógica Experimental Libertador. Primer Congreso Nacional Sobre Mitigación de Riesgos Naturales. Identificar los riesgos puede salvar tu vida. Caracas: Extensión Universitaria. Vicerrectorado de Extensión, 2000, Año 7, Nº 2. Zavala Bilberto y Fidel Lionel.. Susceptibilidad a los movimientos en masa en la cuenca de la quebrada Hualanga. Pataz, La Libertad. Lima, XIII Congreso Peruano de Geología, 2006. 81 �ANEXOS . 82 �ANEXO 1 83 �84 �ANEXO 2 85 �86 �87 � 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 Evaluación de riesgos por inundaciones de la comunidad pradera alta sector 2, municipio Maracaibo Creator An entity primarily responsible for making the resource Lizetty Díaz Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2014 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/561caf4c9c584e980e3bbc99b14e85ae.pdf dc69ffd8e338e3806de206fc194c79c6 PDF Text Text TESIS Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Omer Enrique Vílchez Fernández �Página legal Título de la obra: Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos,61pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández 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: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández Maracaibo, 2014 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández Tutor: Dra. C. Mayda Ulloa C Maracaibo, 2014 �ÍNDICE INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO I – MARCO TEÓRICO 6 1.1 1.2 1.3 6 7 8 9 9 11 13 14 16 16 17 17 19 19 20 20 20 22 22 23 23 23 24 28 39 Antecedentes de la investigación Área de estudio. Instrumento legal y normativo de la investigación 1.3.1Constitución de la República Bolivariana de Venezuela 1.3.2 Decreto 883 Articulo 10 1.3.3 Decreto 2635 Articulo 50 1.4 Menes 1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental 1.6 Método de criterios relevantes integrados (CRI ) 1. 6.1 Identificación de impacto 1. 6.2 Indicadores de impacto 1. 6.3 Valor de impacto ambiental 1. 6.4 Ponderación de los indicadores de impacto 1. 6.5 Ficha descriptiva de los resultados de la evaluación 1. 6.6 Jerarquización de impacto ambiental 1. 6.7 Aplicación de medidas de prevención, mitigación o corrección 1.7 Análisis SARA CAPÍTULO II –MARCO METODOLOGICO 2.1 Tipo de investigación. 2.2 Nivel de la investigación. 2.3 Metodología aplicada. 2.3.1 Observación de campo. 2.3.2 Caracterización del área de estudio. 2.3.3 Toma de muestras. 3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados. CAPITULO III- ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA 48 59 60 61 VII �ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación geográfica del área de estudio 8 Figura 1.2 Mene cerro la estrella mene grande 14 Figura 1.3 Diagrama del VIA 18 Figura 1.4 Diagrama ternario SARA 21 Figura 2.1 Etapas metodológicas de la investigación 22 Figura 2.2 Cauce de agua 24 Figura 2.3 Estación de flujo concordia 24 Figura 2.4 Pozo abandonado T-194 24 Figura 2.5 Mene 1 24 Figura 2.6 Mapa del distrito colon 25 Figura 2.7 Columna estratigráfica de los campos de distrito colon 27 Figura 2.8 Mapa estructural campo las cruces 28 Figura 2.9 Corte geológico campo las cruces 28 Figura 2.10 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo 30 Figura 2.11 Toma de muestra suelo 1 30 Figura 2.12 Toma de muestra suelo 2 30 Figura 2.13 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua 33 Figura 2.14 Toma de muestra de Agua de Mene 33 Figura 2.15 Muestra de Agua Caño 1 34 Figura 2.16 Muestra de Agua Caño 2 34 Figura 2.17 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes 37 Figura 2.18 Toma de muestra Mene 1 37 Figura 2.19 Toma de muestra Mene 2 37 Figura 3.1 Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2 54 VIII �INDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Límites máximos de calidad de líquidos vertidos. 10 Tabla 1.2. Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados. 12 Tabla 1.3. Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho. 13 Tabla 1.4. Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. 15 Tabla 1.5. Escala de clasificación de impactos. 18 Tabla 1.6. Criterios de evaluación y peso asignado 19 Tabla 1.7. Jerarquización de impactos. 20 Tabla 2.1. Identificación de la Muestras de suelo. 29 Tabla 2.2. Análisis de las Muestras de Suelo. 31 Tabla 2.3. Identificación de las Muestras de Agua. 33 Tabla 2.4. Resultados de las muestras de agua. 35 Tabla 2.5. Identificación de las muestras de Mene. 37 Tabla 2.6. Resultados análisis SARA. 38 Tabla 2.7. Impactos de Ambientes a Evaluar. 39 Tabla 2.8. Jerarquización del impacto sobre el suelo. 40 Tabla 2.9. Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua. 42 Tabla 1.10. Jerarquización del impacto sobre el aire. 43 Tabla 2.11. Principales representantes de la vegetación del Fundo los Clavelitos. 44 Tabla 2.12. Jerarquización del impacto sobre la flora. 45 Tabla 2.13. Principales representantes de la fauna en el Fundo los Clavelitos. 46 Tabla 2.14. Jerarquización del impacto sobre la fauna. 47 Tabla 3.1. Comparación de las muestras de suelo con parámetros permisibles 49 Tabla 3.2. Comparación de las muestras de agua con parámetros permisibles. 51 Tabla 3.3. Resumen del método CRI 57 IX �INTRODUCCIÓN Los hidrocarburos son compuestos químico-orgánicos que resultan de la combinación del carbono (C) con el hidrogeno (H), abarcan los cuatro estados: Gaseosos, líquidos, semisólidos y sólidos, como aparecen en la superficie terrestre, o gaseosos y líquidos en las formaciones geológicas en el subsuelo. La fuente de los hidrocarburos tiene una procedencia de tipo orgánico, lo que indica que la materia orgánica tuvo que ser sintetizada por organismos vivientes y por lo tanto debió depositarse y preservarse en sedimentos. Dependiendo de las condiciones geológicas dadas parte de este material se transforma en compuestos de naturaleza petrolera. La base fundamental para la producción masiva de materia orgánica fue la fotosíntesis, la cual apareció aproximadamente hace 2000 millones de años en tiempos precámbricos. Desde esa época a la era devónica la primera fuente de materia orgánica fue el fitoplancton marino. A partir del devónico, la mayor contribución a la materia orgánica fue por parte de plantas terrestres. Algunos animales grandes como peces, contribuyeron muy poco a la generación de materia orgánica. En resumen, los principales contribuidores de material orgánico en los sedimentos fueron las bacterias, fitoplancton, zooplancton y plantas de mayor tamaño. Los escudos continentales en áreas de aguas tranquilas, como lagos, cuencas profundas y pendientes continentales, poseen las condiciones favorables para la deposición de los sedimentos ricos en materia orgánica. Las tres etapas principales para la evolución de la materia orgánica son diagénesis, catagénesis y metagénesis. La diagénesis toma lugar en sedimentos recientemente depositados donde se presenta actividad microbial. Al finalizar la diagénesis, la materia orgánica consta principalmente de un residuo fosilizado e insoluble llamado kerógeno. La catagénesis resulta de un incremento en la temperatura durante el sepultamiento del material en las cuencas sedimentarias. La mayor parte de la generación de hidrocarburos se debe a la descomposición térmica del kerógeno. 1 �La metagénesis toma lugar a altas profundidades, donde tanto la presión como la temperatura son altas. En esta etapa, la materia orgánica está compuesta solamente de metano y carbono residual. Los constituyentes del kerógeno residual se convierten en carbono granítico. (Escobar, 2004) El origen del hidrocarburo radica, en la existencia de una cuenca sedimentaria donde exista la posibilidad de acumulación de sedimentos. La roca madre es una de las partes más importantes de una cuenca sedimentaria; es la responsable de la generación del hidrocarburo. Una vez formado migra en el subsuelo por medio de rocas permeables y porosas, así como también por la acción de factores estructurales (fallas, diaclasas, pliegues, etc.), hasta conseguir en su trayecto rocas impermeables o arreglos estructurales que permitan el entrampamiento del mismo. De esta manera, se constituye tanto la roca almacén, donde se acumulan los hidrocarburos que se extraen comercialmente, también conocida como yacimiento petrolífero y la roca sello, secuencia litológica de porosidad y permeabilidad reducidas, la cual sirve como sello a la migración del hidrocarburo, y soporta la constitución de una trampa petrolífera. Los menes nombre dado en Venezuela por los incas Copey, son emanaciones naturales de hidrocarburos, las cuales afloran a la superficie por medio de fracturas (fallas y diaclasas), estos dieron origen a los nombres de campos petroleros como Mene Grande, en el estado Zulia y Mene Mauroa, en el Estado Falcón. Los romanos los llamaron Lacus Asfaltitus, los egipcios mumiya (árabe), Los persas le decían mum. Los indios precolombinos mexicanos los llamaban chapapoteras y de allí chapapote, Los colonos de los hoy Estados Unidos los denominaron seepages. Puede decirse que, en mayor menor escala, en muy variados sitios de la Tierra existen emanaciones o rezumaderos que atrajeron la atención de los exploradores en busca de posibles acumulaciones petrolíferas comerciales. Los recientes adelantos científicos tecnológicos empleados en exploraciones costa fuera han permitido detectar emanaciones petrolíferas en el fondo de los mares. Tal es caso de 2 �hallazgos hechos frente a las costas de California en el océano Pacífico y en las de Louisiana y Texas en el golfo de México. (Barberii, 1998) La presencia comercial de hidrocarburos en Venezuela data desde principios de siglo XX con el descubriendo del pozo Zumaque 1 en 1914 en Mene Grande, Estado Zulia, esto conllevó al estudio geológico de todo el territorio nacional en busca de nuevos yacimientos petrolíferos. La actividad petrolera ha generado presencia de hidrocarburos en diversas áreas como la exploración, producción, transporte y almacenamiento. En la región de Casigua El Cubo, específicamente en el Campo Las Cruces, existen yacimientos de petróleo y por ende numerosos pozos, algunos de estos depletados con el pasar del tiempo lo cual ha traído como consecuencia su abandono. En dicho campo se han realizado algunos estudios geológicos que tuvieron como finalidad la búsqueda de hidrocarburos lo cual ha permitido obtener información sobre el mismo, tal como: Estratigrafía de la zona, Corte Geológico, Mapa Estructural. La zona presenta una geología compleja “El Campo Las Cruces es un domo fallado alargado en dirección NE-SO sobre el corrimiento de tarra. El corrimiento determina tres unidades tectónicas. El flanco este sobrecorrido, una cuña de falla entre dos planos convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas transversales, de rumbo Noreste-Suroeste y buzamiento oeste con desplazamientos de 100 hasta 1000 pies.” (PDVSA- Intevep, 1997) La problemática planteada en dicha investigación radica en que existe presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, Casigua El Cubo, Municipio Jesús María Semprún del Estado Zulia, lo cual está generando un impacto ambiental. Dicho Fundo se encuentra dentro del Campo petrolero denominado Las Cruces. Las posibles causas de la presencia de hidrocarburo en la zona, son pozos petroleros abandonados, específicamente el T-194, T-219 y el T-184, la estación de flujo Concordia, así como también afloramientos naturales de hidrocarburos (Menes). Esto trae como consecuencia la afectación de la flora, fauna, aire, suelos y cauces de 3 �agua. Cabe destacar que el propietario de la finca reporta que en los últimos 14 años se ha incrementado la presencia hidrocarburos lo que ha ocasionado la muerte de varios animales, entre ellos ganado vacuno de su propiedad. Por los motivos antes expuestos el problema de la investigación es la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, por lo que se desea conocer el impacto ambiental, así como también los factores que lo generan, para de esta manera proponer medidas que permitan mitigar la contaminación. Debido al problema planteado el presente trabajo tiene como objetivo general Evaluar el Impacto Ambiental por presencia de Hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Para dar cumplimento con el objetivo general planteado nos trazamos una serie de objetivos específicos: • Identificar los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. • Caracterizar los rasgos geológicos del área de estudio. • Analizar la composición físico química de las muestras de agua, suelo e hidrocarburos obtenidas en el en el Fundo Los Clavelitos y comparar con la normativa ambiental Venezolana. • Aplicar el método de los criterios relevantes integrados para la determinación del impacto ambiental. • Proponer un sistema de medidas mitigantes y correctoras de la contaminación. El objeto de la investigación es la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos el cual se encuentra dentro de la estructura geológica del Campo Las Cruces, dicho campo está ubicado en la parte suroeste del Lago de Maracaibo. Para lograr el objetivo planteado se parte de la hipótesis de que, a través, de los datos obtenidos mediante la toma de muestras en el Fundo Los Clavelitos y el levantamiento geológico del área afectada es posible saber el origen y la magnitud del impacto generado por el hidrocarburo en el Fundo. 4 �Los principios metodológicos que se aplicaran serán la observación de campo, lo cual nos permitirá saber de dónde proviene la presencia de hidrocarburo, la caracterización del área de estudio, la tomas de muestras representativas de suelo, agua de cauce y menes necesarias para la aplicación del método de evaluación del impacto ambiental seleccionado, para posteriormente proponer el sistemas de medidas mitigantes y correctoras en el Fundo Los Clavelitos. Por otro lado, cabe señalar que los análisis de saturados, aromáticos, resinas asfáltenos (SARA), realizadas nos permitirán determinar la naturaleza fisicoquímica del hidrocarburo existente en el Fundo Los Clavelitos, a través del diagrama de tisott, para así poder diferenciar si el crudo es normal o pesado biodegradado. Con relación a la justificación del tema de estudio es de mencionar que en la actualidad no se conocen estudios previos realizados sobre la contaminación e impacto ambiental generados por la presencia de Menes en Venezuela, así como referencias del mismo en otras partes del mundo, solo han sido estudiados desde el punto de vista de la geoquímica, lo cual permite determinar a través de la distribución de biomarcadores el origen de la roca madre que los genero. De allí, la importancia de llevar a cabo dicha investigación, dando así un aporte significativo en el conocimiento de las acciones mitigantes y correctivas que se pueden aplicar para minimizar la contaminación que ellos generan. Cabe destacar que el presente estudio servirá de antecedente para investigaciones futuras relacionadas con el tema. 5 �CAPÍTULO I – MARCO TEORICO Este capítulo contiene la sustentación teórica de los objetivos planteados en la investigación, en el mismo el investigador realiza una revisión y análisis de las teorías desarrolladas y demostradas por autores dentro del área de estudio, así como antecedentes de otras investigaciones referentes al tema investigado. 1.1 Antecedentes de la investigacion. La presencia de menes en Venezuela constituyeron un atractivo en la exploración de hidrocarburos a principios del siglo XX, las investigaciones relacionadas con los mismos han dado como resultado aportes importantes con respecto a su origen. Como soporte para esta investigación se consultaron algunos trabajos relacionados con los mismos. El estudio de Rojas (2008), sobre la Geoquímica de los menes y relación GeológicaEstructural con la falla El Tigre, sector Cachiri, Estado Zulia. Con este estudio geoquímico detallado, se logró caracterizar los biomarcadores presentes en las fracciones de hidrocarburos saturados y aromáticos; así como determinar los niveles de metales trazas (vanadio y níquel) y las concentraciones de azufre presentes en los crudos. Esta última información fue interpretada, utilizando herramientas de la geoquímica orgánica del petróleo. Esto permitió realizar un sistema de clasificación de crudos (Hunt, 1996; Tissot y Welte, 1984; Moldowan y Peters, 1993) para establecer el ambiente deposicional de la roca madre que generó estos fluidos orgánicos; así como los vínculos genéticos que tienen entre si las muestras analizadas. Paralelamente, se realizó la interpretación geológico-estructural de la falla El Tigre y su relación con las emanaciones de hidrocarburos, en el área de estudio. Este estudio represento un aporte importante a la investigación, ya que se tomo como guía para la clasificación del hidrocarburo presente en el Fundo Los Clavelitos 6 �a través del diagrama ternario SARA de Tissot y Welte, 1984 el cual es utilizado en el mismo., el crudo presente es normal o es un crudo pesado alterado. Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) en 2011, La División costa oriental del lago Exploración y Producción Occidente presentó el Proyecto Abandono y desincorporación de pozos del campo Mene de Acosta en 2011. En este proyecto PDVSA comprometida con el ambiente y los recursos naturales, profundizó su gestión en salvaguardar la flora y fauna autóctonas de las áreas de desarrollo de interés petrolero y en especial, en el Centro Occidente del País se incrementa su potencial sin que esto signifique una afectación cuantiosa de los recursos naturales de la región, por lo cual se planificó la desincorporación del Campo Mene de Acosta, en el Estado Falcón. En virtud de que se trata de disminuir los impactos ambientales en las áreas a través de la implementación de tecnologías más amigables con el entorno se integró este adendum al Estudio de Impacto Ambiental y Socio Cultural, para describir de manera detallada los aspectos considerados a implementar en la desincorporación, cementación y abandono definitivo de los pozos existentes en el campo Mene de Acosta del Estado Falcón. En el proyecto se aplicó el método de los criterios relevantes integrados para la evaluación del impacto ambiental y se estableció un programa de medidas para aminorar los efectos al ambiente, por tal motivo fue de gran ayuda para la investigación debido a que se utilizó el mismo método. 1.2 Área de estudio. El Fundo Los Clavelitos se encuentra ubicado al suroeste del Lago de Maracaibo en el municipio Jesús María Semprún específicamente en la capital Casigua El Cubo el Cubo, posee una intensión de 50 hectáreas, en la figura 1.1 se muestra su ubicación geográfica. 7 �División política territorial mapa 16 1995 Figura. 1.1 Ubicación geográfica del área de estudio. Fuente: Vílchez 2013. Datos de Casigua El Cubo. � Temperatura del área: En la zona de se registra una temperatura anual promedio de 24ºc. � Precipitaciones: El promedio anual es de 2334mm. � Tipo de Clima: Tropical lluvioso de selva con fuerte e intensas precipitaciones todo el año. 1.3 Instrumento to legal y normativo de la investigacion. Para esta investigación se consideraron algunas disposiciones establecidas por el estado venezolano en materia ambient ambienta tales como: La Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, Decreto 883 y el decreto 2635 8 �1.3.1 Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. En referencia al trabajo de investigación la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela de 1999 en el Capítulo IX de los derechos ambientales en su Artículo 129 reza “Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. (....). 1.3.2 Decreto No. 883 “Normas para la clasificación y control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o afluentes líquidos”. Gaceta Oficial Extraordinaria Nº 5.021 de fecha 18 de diciembre de 1995 En el decreto se señala la calidad de un cuerpo de agua a través de la caracterización física, química y biológica de aguas naturales para determinar su composición y utilidad al hombre y demás seres vivos. El mismo considera que la contaminación de las aguas es la acción o efecto de introducir elementos, compuestos o formas de energía capaces de modificar las condiciones del cuerpo de agua superficial o subterráneo de manera que se altere su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica para el desarrollo de la vida acuática y ribereña. Sección III De las Descargas a Cuerpos de Agua. Artículo 10. A los fines de este Decreto se establecen los siguientes rangos y límites máximos de calidad de vertidos líquidos que sean o vayan a ser descargados, en forma directa o indirecta a ríos, estuarios, lagos y embalses ver (Tabla 1.1.) 9 �Tabla. 1.1 Límites máximos de calidad de líquidos vertidos. Parámetros Físico-Químicos Aceites minerales e hidrocarburos Aceites y grasas vegetales y animales. Alkil Mercurio Aldehídos Aluminio total Arsénico total Bario total Boro Cadmio total Cianuro total Cloruros Cobalto total Cobre total Color real Cromo total Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) Demanda Química de Oxígeno (DQO) Detergentes Dispersantes Espuma A Estaño Fenoles Fluoruros Fósforo total (expresado como fósforo) Hierro total Manganeso total Mercurio total Nitrógeno total (expresado como nitrógeno) Nitritos + Nitratos (expresado como nitrógeno) pH Plata total Plomo total l Selenio Sólidos flotantes Sólidos suspendidos Sólidos sedimentables Sulfatos Sulfitos Sulfuros Zinc Límites máximos o rangos 20 mg/l 20 mg/l No detectable (*) 20 mg/l 5 mg/l 0,5 mg/l 5 mg/l 5 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 1000 mg/l 0,5 mg/l 1 mg/l 500 Unidades de Pt-Co 2 mg/l 60 mg/l 350 mg/l 2,0 mg/ 2,0 mg/l Ausente 5,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l 10 mg/l 10 mg/l 2,0 mg/l 0,01 mg/l 40 mg/l 10 mg/l 6-9 0,1 mg/l 0,5 mg/ 0,05 mg/l Ausentes 80 mg/l 1,0 ml/l 1000 mg/l 2,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l Fuente: Vilchez 2013 10 �1.3.3 Decreto 2635 “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos”. Gaceta Oficial Extraordinaria No 5245 del 3 de agosto de 1998. Este decreto considera que un desecho peligroso es un desecho en cualquier estado físico sólido, líquido o gaseoso, que presenta características peligrosas o que está constituido por sustancias peligrosas y que no conserva propiedades físicas ni químicas útiles y por lo tanto no puede ser rehusado, reciclado, regenerado u otro diferente. Artículo 50.- La práctica de esparcimiento en suelos se llevará a cabo cumpliendo con las siguientes condiciones: 1) El área de disposición final debe estar alejada por lo menos 500 m de cuerpos de agua o fuera de la planicie de inundación de dichos cuerpos, de acuerdo a la información hidrológica existente. 2) La topografía del área de disposición final deberá tener una pendiente menor de 3 %, orientada hacia el cuerpo de agua superficial más cercana. 3) El desecho no debe exceder las concentraciones máximas permisibles en lixiviados, establecidas en el Anexo D. (Tabla. 1.2) 11 �Tabla. 1.2 Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados. ANEXO D CONCENTRACIONES MAXIMAS PERMISIBLES EN LIXIVIADOS Constituyente Arsénico Bario Cadmio Cromo hexavalente Níquel Mercurio Plata Plomo Selenio Acrilonitrilo Clordano O-cresol M-cresol P-cresol Acido 2,4- diclorofenoxiacetico 2,4-dinitrotolueno Endrin Hexacloroetano Lindano Metoxicloro Nitrobenceno Pentaclorofenol 2,3,4,6-tetraclorofenol Toxafeno (canfenoclorado tecnico) 2,4,5-triclorofenol 2,4,6-triclorofenol Acido 2,4,5-tricloro fenoxipropionico (silvex) Concentración máxima permitida (mg/l) 5.0 100.00 1.0 5.0 5.0 0.2 5.0 5.0 1.0 5.0 0.03 200.0 200.0 200.0 Constituyente 10.0 Benceno Eter bis (2-cloro etilico) Clorobenceno Cloroformo Cloruro de metilo Cloruro de vinilo 1,2-diclorobenceno 1,4-diclorobenceno 1.2-dicloroetano 1.1-dicloroetileno Disulfuro de carbono Fenol Hexaclorobenceno Hexacloro-1,3butadieno Isobutanol 0.13 0.02 3.0 0.4 10.0 2.0 100.0 1.5 0.5 Etilmetilcetona 1.1.1.2-tetracloroetano 1.1.2.2-tetracloroetano Tetracloruro de carbono Tetracloroetileno Tolueno 1.1.1-tricloroetano 1.1.2-tricloroetano Tricloroetileno Concentración máxima permitida (mg/l) 0.5 0.05 100.0 6.0 8.6 0.2 4.3 7.5 0.5 0.7 14.4 14.4 0.13 0.5 36.0 200.0 10.0 1.3 0.5 0.7 14.4 30.0 1.2 0.5 400.0 2.0 1.0 Fuente: Decreto 2635. Modificado Vílchez 2013 12 �4. La mezcla suelo/desecho debe cumplir con los parámetros establecidos en la lista siguiente. (Tabla. 1.3). Tabla. 1.3 Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho. pH Conductividad eléctrica (mmhos/cm) Cloruros totales (ppm) Relación de adsorción de Sodio (RAS) Aluminio intercambiable (meq/100 gr) Saturación con bases (%) Aceites y grasas (% en peso) Arsénico Bario Cadmio Mercurio Selenio Plata Cromo Cinc Plomo 5-8 < 3,5 < 2.500 <8 < 1,5 > 80 ≤1 25 mg/kg 20.000 mg/kg 8 mg/kg 1 mg/kg 2 mg/kg 5 mg/kg 300 mg/kg 300 mg/kg 150 mg/kg Fuente: Vílchez 2013 1.4 Menes. El petróleo se menciona desde la llegada de los españoles a Venezuela. Al recorrer las costas de Maracaibo a la Isla de Cubagua y llegando a esta última, es donde descubren ese “Licor Verde”. Desde esa fecha, se empieza hablar de un aceite de olor desagradable que fluye de manera natural “junto al mar”, al que los aborígenes dan diversos usos: Calafatear sus barquichuelos, proteger ciertos enseres, hacen luz quemándolo y en aplicación con fines medicinales. Este mineral que describe Fernández de Oviedo G. y Valdez (1535), en su Historia Natural de los Indios y Tierra Firme del Mar Océano, lo llama “según los naturales starcus daemonii o Mene, como lo denominan los indígenas del Lago de Maracaibo. Es el emperador Carlos V quien, en 1539, recibe el primer barril de petróleo exportado por un país, enviado desde la isla de Cubagua por el Tesoro de Nueva 13 �Cádiz Francisco de Costellao, para aliviar la gota del emperador. Es una señal de lo que sería el signo de la Venezuela del siglo XX XX. (Muñoz, 1987). Los menes son emanaciones petrolíferas que provienen del subsuelo y afloran o salen len a la superficie de forma natural, a través, de la porosidad de la roca o fracturas abiertas. El termino mene es el nombre que le asignaron nuestros indígenas. La existencia de un mene podría ser los primeros indicios de la presencia de hidrocarburos en el subsuelo, los primeros geólogos exploradores de petróleo lo usaban como signo de la existencia de un posible yacimiento petrolífero. petrolífero (Figura. 1.2) Figura. 1.2 Mene cerro la estrella mene grande. Fuente: Vílchez 2013 1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental. Los métodos y técnicas usualmente aceptadas están destinados a medir tanto los impactos directos, que involucran pérdida parcial o total de un recurso o el deterioro de una variable ambiental, como la acumulación de impactos ambientales y la inducción de riesgos potenciales. La utilización de métodos para identificar las modificaciones en el medio, es una tarea relativamente fácil. Pero otra cosa es la calificación de esas modificaciones: todos los aspectos y parámetros pueden medirse; la dificultad está en valorarlos. La medición puede ser cuantitativa o cualitativa; ambas son igualmente importantes, aún cuando requieren de criterios específicos para su definición adecuada. La 14 �predicción implica seleccionar los impactos que efectivamente pueden ocurrir y que merecen una preocupación especial por el comportamiento que pueda presentarse. Es importante contrastarlos con indicadores de la calidad ambiental deseada. Algunos de los métodos utilizados permiten identificar los impactos. A continuación se muestran en la tabla. 1.4 los principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Tabla 1.4 Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Métodos 1.- Reuniones de expertos. Solamente a considerar cuando se trata de estudiar un impacto muy concreto y circunscrito. Si no ocurre así, no se puede pretender ni rapidez ni exhaustividad, a causa de los cruces interdisciplinarios. El método Delphi ha sido de gran utilidad en estos casos. 2.- Lista de Chequeo “check lists”. Son listas exhaustivas que permiten identificar rápidamente los impactos. Existen las puramente “indicativas”, y las “cuantitativas”, que utilizan estándares para la definición de los principales impactos (por ejemplo contaminación del aire según el número de viviendas). 3.- Matrices simples de causa-efecto. Son matrices limitadas a relacionar la variable ambiental afectada y la acción humana que la provoca. 4.- Grafos y diagramas de flujo. Tratan de determinar las cadenas de impactos primarios y secundarios con todas las interacciones existentes y sirven para definir tipos de impactos esperados. 5.- Cartografía ambiental o superposición de mapas (overlay). Se construyen una serie de mapas representando las características ambientales que se consideren influyentes. Los mapas de síntesis permiten definir las aptitudes o capacidades del suelo ante los distintos usos, los niveles de protección y las restricciones al desarrollo de cada zona. 6.- Redes. Son diagramas de flujo ampliados a los impactos primarios, secundarios y terciarios. 7.- Sistemas de Información Geográficos. Son paquetes computacionales muy elaborados, que se apoyan en la definición de sistemas. No permiten la identificación de impactos, que necesariamente deben estar integrados en el modelo, sino que tratan de evaluar la importancia de ellos. 8.- Matrices. Consisten en tablas de doble entrada, con las características y elementos ambientales y con las acciones previstas del proyecto. En la intersección de cada fila con cada columna se identifican los impactos correspondientes. La matriz de Leopold es un buen ejemplo de este método. En matrices más complejas pueden deducirse los encadenamientos entre 9.- Criterios relevantes integrados. El método consiste en asignar valores a los efectos adversos relevantes de acuerdo a los criterios de probabilidad , intensidad, duración, extensión y reversibilidad del efecto , para obtener un valor de impacto ambiental por efecto y la jerarquización de los mismos Fuente: Espinoza 2001 Modificada Vílchez 15 �Como se aprecia en la tabla 4 existe una amplia variedad de métodos que permiten la evaluación de impacto ambiental en una determina área o actividad. La selección del método apropiado a utilizar es un punto crucial en los resultados de la evaluación. No es posible establecer una formula única para emplear un método en particular en una evaluación de impacto ambiental, por lo tanto ningún método por sí solo, puede ser utilizado para satisfacer la gran variedad y tipos de actividades que intervienen en un estudio de impacto ambiental, por lo tanto la clave está en seleccionar adecuadamente el método más apropiado de acuerdo a las necesidades de cada estudio. Por lo antes expuesto en el presente estudio se aplicará el método de los Criterios relevantes integrados (CRI) formulado por Buroz en Venezuela en 1990, el mismo requiere de un grupo multidisciplinario de profesionales, consiste en establecer la identificación del impacto a estudiar, con sus indicadores ponderados y su respectiva tabla de valoración para dichos indicadores, para posteriormente aplicar una series de medidas de prevención, mitigación o de corrección. Se decidió utilizar dicho método debido a los antecedentes del mismo aplicado por PDVSA en relación a los casos de abandono y desincorporación de pozos petroleros en razón de derrames de hidrocarburos provocados por estos debido a filtraciones de los revestidores. 1.6 Método de los criterios relevantes integrados (Buroz, 1990). El método a utilizar para la evaluación de los impactos ambientales denominado Criterios relevantes integrados (Buroz, 1990) está basado en un análisis multicriterio, partiendo de la idea de que un impacto ambiental se puede estimar a partir de la discusión y análisis de criterios con valoración ambiental, de los cuales se seleccionan dependiendo de la naturaleza del proyecto. 1.6.1 Identificación de los impactos. Para identificar los impactos que están operando o interactuando sobre el área previamente seleccionada, es requisito indispensable conocer las diferentes 16 �actividades que se generan durante la ejecución del proyecto y las cuales producen efectos sobre el medio físico, biológico y socio-económico. Se mantiene un orden consecutivo según el medio afectado. Medio Físico MF - 01 Medio Biológico MB - 01 Medio Socioeconómico MSE – 01 1.6.2 Indicadores del impacto. � Intensidad (I): Cuantificación de la fuerza, peso o rigor con que se manifiesta el proceso o impacto puesto en marcha. � Extensión (E): Influencia espacial o superficie afectada por la acción antrópica. Es decir, Medida del ámbito espacial o superficie donde ocurre la afectación. � Duración (D): Lapso o tiempo que dura la perturbación. Período durante el cual se sienten las repercusiones del proyecto o número de años que dura la acción que genera el impacto. � Reversibilidad (Rv): La posibilidad o dificultad para retornar a la situación actual. � Riesgo (Ri): Probabilidad de que el efecto ocurra. La escala de valores para todos los indicadores estará comprendida entre 1 y 10. 1.6.3 Valor de impacto ambiental (VIA). Este método considera que el valor del impacto ambiental (VIA), es generado por una acción es producto de las siguientes variables tal como se muestra en la figura 1.3. 17 �MÉTODO DE LOS CRITERIOS RELEVANTES INTEGRADOS Intensidad Extensión Duración Reversibilidad Riesgo Valor de Impacto Ambiental (VIA) Figura 1.3 Diagrama del VIA Fuente: Buroz, (1990). En la tabla 1.5 se muestra la clasificación de los impactos según su valor Tabla. 1. 5 Escala de clasificación de impactos Valor 6-10 Intensidad Alta Extensión Generalizada > 75% Duración Larga (>5años) 3-5 Media Local o Extensiva 10% - 75% Media (2>5 años) 1-2 Baja Puntual < 10 % Corta (<2 años) Reversibilidad Irreversible (baja capacidad o irrecuperable) Medianamente reversible de 11 a 20 años, largo plazo Reversible (a corto plazo <de 10 años Riesgo Alto (>50%) Medio (10 a 50%) Bajo (<10%) Fuente: Buroz, (1990). Posterior a la asignación de valores para cada una de las variables antes descritas se procede a introducir esos datos en la siguiente formula, para asignarle una categoría: VIA = I x Wi + E x We + D x Wd + Rv x WRv + Ri x WRi (1) Donde, I = Intensidad E = Extensión D = Duración 18 �Rv = Reversibilidad Ri = Riesgo Wi = Peso con que se pondera la intensidad We = Peso con que se pondera la extensión Wd = Peso con que se pondera la duración WRv = Peso con que se pondera la reversibilidad WRi = Peso con que se pondera el riesgo 1.6.4 Ponderación de los indicadores de impacto. La prueba del método en numerosos proyectos indicó la necesidad de diferenciar el peso de cada indicador. Los diferentes análisis indicaron que los mejores resultados se obtenían con la ponderación mostrada en la siguiente tabla 1.6 Tabla 1.6. Criterios de evaluación y peso asignado. Indicador Peso (%) Intensidad 30 Extensión 20 Duración 10 Reversibilidad 20 Riesgo 20 Fuente: Buroz, (1990). Los resultados de la evaluación se reflejan en la ficha descriptiva que se muestra a continuación 1.6.5 Ficha descriptiva del resultado de la evaluación Jerarquización de los impactos Nombre / Código Descripción 19 �1.6.6 Jerarquización de impacto ambiental (JIA). Una vez que se han aplicado las metodologías pertinentes, para identificar los impactos ambientales, los ordenamos de mayor a menor valor, con el fin de establecer prioridades, en cuanto a las propuestas y ejecución de medidas. La siguiente tabla, presenta la Jerarquización de los impactos a partir del valor de impacto ambiental (VIA). (Tabla 1.7) Tabla 1.7 Jerarquización de impactos. Categoría I II III IV Ocurrencia Muy alta Alta Moderada Baja Valor de VIA VIA >8 6< VIA ≤ 8 4< VIA ≤ 6 VIA ≤ 4 Fuente: Buroz, 1990. 1.6.7 Aplicación de medidas ambientales de prevención, mitigación o corrección. � CATEGORÍA I. Probabilidad de ocurrencia muy alta. VIA ≥ 8. Máxima atención. Medidas preventivas para evitar su manifestación. � CATEGORÍA II. Probabilidad de ocurrencia alta. 6 <VIA < 8. Medidas mitigantes o correctivas (preferiblemente estas últimas). Normalmente exigen monitoreo o seguimiento. � CATEGORÍA III. Probabilidad de ocurrencia moderada. 4 < VIA < 6. Medidas preventivas, que pueden sustituirse por mitigantes, correctivas o compensatorias cuando el impacto se produzca, si aquéllas resultaran costosas. � CATEGORÍA IV. Probabilidad de ocurrencia baja o media. VIA ≤ 4. No se aplican medidas, a menos que se trate de áreas críticas o de medidas muy económicas. 1.7 Análisis S.A.R.A. Consiste en la determinación de las cuatro familias de compuestos químicos que conforman el crudo, en términos de la concentración de hidrocarburos saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos. 20 �La representación de estas variables, en un diagrama ternario de las concentraciones en % en peso que incluye hidrocarburos saturados, aromáticos y resinas más asfáltenos en los tr tres vértices del mismo (Figura. 1.4), ), posibilitó a Tissot y Welte (1984) la inclusión de 636 muestras de crudos de todo el mundo, incluyendo incluye algunos crudos pesados y a asfaltos de arenas bituminosas. El gráfico permite reconocer: En primer término un campo de isofrecuencias, correspondiente a una concentración de hidrocarburos saturados en el orden de 60% en peso, que determina la familia de crudos normales (maduros, no alterados) que generalmente son del tipo parafínicoparafínico nafténico (Tissot y Welte, 1984). Un segundo grupo de crudos, normales, con tenores de saturados en el orden de 3535 40% en peso, representan crudos de carácter más aromático. El tercer grupo, con valores de resinas más asfáltenos superiores a 40% en peso, constituyen una familia de crudos pesados y asfaltos, muy probablemente alterados, aunque este subgrupo abarca también crudos pesados inmaduros térmicamente (Tissot y Welte, 1984). Figura. 1. 1.4 Diagrama ternario SARA Fuente: Tissot y Welte, 1984 21 �CAPÍTULO II – MARCO METODOLOGICO. Para toda investigación es importante que los hechos y relaciones que establecen los resultados obtenidos tengan el grado máximo de confiabilidad, es por ello que se plantea una sistematización de la información que servirá para establecer los hechos y fenómenos hacia los cuales está orientada nuestra investigación. En la figura 2.1 se muestra el procedimiento para el desarrollo las etapas metodológicas de la investigación. Observación de campo Caracterización del área de estudio Toma de muestras Procesamientos de la información Evaluación del impacto ambiental Determinación del sistema de medidas mitigantes y correctoras Figura. 2.1 Etapas metodológicas de la investigación Fuente: Vílchez 2013 2.1 Tipo de investigación. La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (Datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes. De allí su carácter 22 �no experimental. (Arias, 2006). De acuerdo a lo planteado anteriormente podemos decir que este estudio es de tipo investigación de campo ya que en la misma se toma y recopila toda la información requerida directamente de los menes los cuales son nuestra objeto de estudio, todo esto a través de la observación directa, hojas de registro de datos y la toma de muestras, sin la manipulación de las variables asociadas. 2.2 Nivel de la investigación. El nivel de investigación tal como lo plantea (Arias, 2006). “se refiere al grado de profundidad con que se aborda un fenómeno u objeto de estudio”. En virtud de lo antes expuesto podemos decir que el tema de estudio es de nivel (exploratorio, transversal), se considera exploratorio en virtud de que el tema elegido ha sido escasamente estudiado, carente de antecedentes previos, atendiendo al tiempo de recolección de los datos es transversal ya que los mismos fueron recolectados en un solo momento (muestras de agua, suelo y menes), con la finalidad de describir las variables y analizar su incidencia e interacción en un momento dado. 2.3 Metodología aplicada. 2.3.1 Observación de campo. Se realizó un recorrido por el Fundo Los Clavelitos específicamente por las áreas afectadas por la presencia de hidrocarburos, se observó el estado en que se encontraban los cauces de agua, los árboles, la fauna, los pozos petroleros abandonados, así como también la estación de flujo concordia. Algunos de estos se aprecian en las figuras. 2.2, 2.3, 2.4, y 2.5 23 �Figura. 2.2 Cauce de agua Figura. 2.3 Estación de flujo concordia Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 do T-194 Figura. 2.4 Pozo abandonado Figura. 2.5 Mene 1 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 2.3.2 Caracterización del área de estudio estudio. Los campos de área de Casigua El Cubo se encuentran 100 km al oeste del extremo sur del Lago de Maracaibo tal como se muestra en la figura.. 2.6. El pozo que descubrió la producción del área fue el T T-1 (Toldo-1) 1) localizado por geología de superficie en el Campo Las Cruces Cruces.. Perforado a percusión fue completado por la Colón Development Company en la Formación Carbonera el 16 de Julio de 1916, con producción oducción de 800 B/D. 24 �Figura. 2.6 Mapa del distrito colon Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 Estratigrafía Regional. La columna estratigráfica comprende formaciones del Cretáceo, Paleoceno, Eoceno y Post-Eoceno, sobre la formación Mucuchachí (Carbonífero). En la concesión Barco la clasificación estratigráfica fue establecida por el Dr. H.D. Hedberg, quien publicó un mapa geológico detallado de los anticlinales de Petrólea y de Río de Oro. Se inicia el Cretáceo con un ambiente fluvio-continental de areniscas cuarzosas de grano grueso, formación Río Negro. Sigue el Grupo Cogollo, con las calizas de la formación Apón (miembros Tibú, Guáimaros y Mercedes); y continúa la transgresión cretácica a las formaciones Aguardiente y Capacho (miembros La Grita, Seboruco, 25 �Guayacán), que culminó con las calizas La Luna del Cretáceo medio y las lutitas masivas de la formación Colon. Termina el Cretáceo con la formación Mito Juan de lutitas con capas de arenisca. Se presenta después un ciclo regresivo Orocué-Mirador y un ciclo transgresivo Mirador-Carbonera. El Paleoceno está representado por el Grupo Orocué con sus tres formaciones (Catatumbo, Barco y Los Cuervos) de lutitas y limolitas, depositadas en ambiente de plano deltáico bajo a alto de un ciclo regresivo, granocreciente. Discordantemente, continúan las formaciones eocenas Mirador y Carbonera, de areniscas, lutitas, limolitas y carbón. Mirador, de ambiente fluvial de ríos meandriformes y Carbonera de plano deltáico medio-alto en un ciclo transgresivo granodecreciente. La formación Carbonera fue mencionada por Kehrer en 1930 como “Lutitas Arenosas”. La empresa Shell la llamó “Primer horizonte de carbón”, nombre inválido aplicado en la región de Cúcuta, reemplazado en 1944 por Carbonera. Se compone principalmente de arcilitas y lutitas con areniscas arenosas. Presenta una notoria capa de carbón sub-asfáltico de uno a tres metros de espesor, excelente estrato-guía en pozos y afloramientos desde Colombia hasta el campo Los Manueles, recubierto por el intervalo petrolífero de 500’ denominado informalmente “areniscas de El Cubo”. Sigue la columna estratigráfica con la formación León del Oligoceno tardío y Mioceno temprano (latitas y areniscas carbonáceas); y el Grupo Guayabo (Formaciones Palmar, Isnotú y Betijoque) representando la sedimentación miocena con areniscas, arcillas carbonáceas y conglomerados que se extienden hasta el Plioceno. Figura 2.7 26 �Figura. 2.7 Columna estratigráfica de los campos de distrito colon Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 Estructura del Campo Las Cruces. El Campo Las Cruces es un domo fallado alargado en dirección NE-SO sobre el corrimiento de Tarra. El corrimiento determina tres unidades tectónicas: el flanco oeste sobrecorrido, una cuña de falla entre dos planos convergentes, y un flanco este afectado a su vez por fallas convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas transversales, de rumbo noreste-suroeste y buzamiento oeste con desplazamiento de 100 hasta 1.000 pies. Figura. 2.8 27 �Figura. 2.8 Mapa estructural campo las cruces Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 En la Figura. 2.9 Se muestra un corte geológico del Campo Las Cruces. Figura. 2.9 Corte geológico campo las cruces Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 2.3.3 Toma de Muestras. La muestra es una porción representativa de la población, que permite generalizar sobre ésta, los resultados de una investigación. Su propósito básico es extraer 28 �información que resulta imposible estudiar en la población, porque esta incluye la totalidad. (Chávez, 2004) Para esta investigación se tomaron siete (7) muestras, a tres (3) de agua y dos (2) de suelo se le realizaron análisis físico químico para fundamentar los criterios de valoración sobre el factor agua y suelo respectivamente y a dos (2) muestras de menes se le realizo el análisis SARA para determinar a través de diagrama de Tissot la clasificación del hidrocarburo presente en los menes. En este sentido, el muestreo es no probabilístico intencional ya que no se determinará probabilidad alguna y el investigador establece previamente las unidades de análisis. (Stracuzzi ,2010) Análisis de las muestras. La empresa PDVSA a través del convenio con la Fundación Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas (INZIT), solicitó realizar una serie de análisis al agua, suelo y hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Identificación de las muestras de Suelo. Se captaron por el personal del INZIT, dos (02) muestras de sedimento el día 30 de julio del año 2013. La muestra 1 se codifico bajo las ordenes Nº 1802 (anexo D) y 1803 (artículo 50), figura 2.11, y la muestra 2 bajo las ordenes No 1819 (anexo D) y 1818 (artículo 50), figura 2.12. Se identificaron como se indica en la Tabla 2.1. Tabla 2.1 Identificación de la Muestras de suelo. Código INZIT Descripción Coordenadas 1803-36-13-13328 1802-36-13-13327 1818-36-13-13357 1819-36-13-13358 Suelo 1 (S1) Suelo 1 Suelo 2 (S2) Suelo 2 N: 08°35'32,73" W: 72°31'59,33" N: 08°35'42,11" W: 72°31'55,11" Fuente: Vílchez 2013 En la figura 2.10 se muestra la ubicación geográfica de las muestras de suelo 29 �Figura. 2.10 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo Fuente: Vílchez 2013 Suelo contaminado Suelo contaminado Figura. 2.11 Toma de muestra suelo 1 Figura. 2.12 Toma de muestra suelo 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 Metodología. La muestra se analizó siguiendo los procedimientos descritos en EPA (1997) Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods SW-846. SW Método de muestreo. Las muestras de sedimento se captaron siguiendo los procedimientos descritos en el "ENVIRONMENTAL PROTECT PROTECTION AGENCY / SW 846(EPA)". 30 �Parámetros analizados. Según lo referido en el Decreto 2.635, articulo 50; Para esparcimiento en suelos, publicados en la Gaceta Oficial N° 5.245 "Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos". Cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, Plata, Plomo, Selenio, Zinc, Porcentaje de Saturaci6n de Bases, Aceites y Grasas, Aluminio Intercambiable, Cloruros totales, Conductividad eléctrica 1:2 agua/suelo, relación de Adsorción de Sodio, medición de pH. En Lixiviado; cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, Níquel, Palta, Plomo, Selenio. Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.2 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de las muestras de suelo y anexo D. Tabla. 2.2 Análisis de la Muestras de Suelo. Código muestra Orden Descripción Determinación de aceites minerales e hidrocarburos Determinación de aceites y grasas Determinación de aluminio intercambiable Determinación de cloruros totales Determinación de conductividad eléctrica 1:2 agua/suelo Determinación de relación Absorción de sodio Determinación de PH Preparación de muestra por digestado Suelo 1 1803-36-13-13328 1803 Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Mezcla sueloHidrocarburos Suelo 2 1818-36-13-13357 1818 Resultado Suelo 1 Suelo 2 .... 1.02% en peso 1.02% en peso <= 1 % en peso 1.87 % en peso 0.69 % en peso < 1.5 meq/100 < 0.01 meq/100 < 0.01 meq/100 < 2500 ppm < 161 ppm < 161 ppm < 3.5 mS < 0.13 mS < 0.13 mS <8 0.22 0.20 5-8 6.66 6.35 .... Realizada Realizada 31 �(Cont…) Descripción Determinación de porcentaje de saturación de bases Determinación de plata Determinación de arsénico Determinación de cadmio Determinación de cromo Determinación de mercurio Determinación de plomo Determinación de selenio Determinación de zinc Determinación de bario Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Mezcla sueloHidrocarburos Suelo 1 Resultado Suelo 2 >= 80 100 100 <= 5 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 25 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 8 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 150 mg/Kg <= 2 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 2000 mg/Kg <= 34.6 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 31.7 mg/Kg <= 99 mg/Kg Muestra Código Orden Suelos 1 1803-36-13-13327 1802 Suelos 2 1819-36-13-13358 1819 Descripción Anexo D Suelo 1 Preparación de la muestra solida por lixiviados Determinación de arsénico Determinación de bario Determinación de cromo Determinación de cadmio Determinación de mercurio Determinación de plata Determinación de selenio Determinación de Níquel <= 34.9mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 56.8 mg/Kg <= 150 mg/Kg Resultado Suelo 2 ... Realizada <= 5 mg/L <= 0.01mg/L <= 100 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 2.4 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.2 mg/L <= 0.001mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 5 mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Realizada <= 0.01mg/L <= 2.6 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Fuente: Vílchez 2013 Identificación de las muestras de Agua. Se captaron por el personal del INZIT, tres (03) muestras de agua el día 30 de Julio del año 2013, fig. 16, 17,18. Las muestras fueron codificadas bajo la orden N° 1806 e identificadas como se indica en la Tabla 2.3 32 �Tabla. 2.3 Identificación dentificación de las Muestras de Agua Agua. Código INZIT Descripción Coordenadas 1806-02-13-13335 Agua de mene (Am) N:08°35'14,1" W:72°31'56,3" 1806-02-13-13336 Agua de caño 1 (Ac1) N:08°35'17,0" W:72°32'52,2" 1806-02-13-13337 Agua de caño 2 (Ac2) N:08°36'15,0" W:72°31'36,8" Fuente: Vílchez 2013 En la figura 2.13 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de agua. Figura. 2.13 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua Figura Figura. 2.14 Toma de muestra de Agua de Mene Fuente: Vílchez 2013 33 �Figura. 2.15 Muestra uestra de Agua Caño 1 Figura. 2.16 Muestra uestra de Agua Caño 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 Metodología. Las muestras de agua fueron analizadas siguiendo los procedimientos descritos en el "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" 20th Edition, mientras que las de sedimento, se analizaron siguiendo los procedimientos descritos en EPA (1997) Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/ Physical/Chemical Chemical Methods SW-846. Método de muestreo. Las muestras fueron tomadas en envases plásticos y de vidrio de diferentes capacidades (500 mL y 1L). Las muestras se preservaron con los reactivos necesarios (ácido etilendiaminotetraacé etilendiaminotetraacético EDTA, ácido sulfúrico H2SO4, ácido nítrico HNO3, hidróxido xido de sodio NaOH, acetato de zinc (CH3 (CH3COO COO) 2Zn) para evitar fenómenos de adsorció adsorción de elementos traza en Ia superficie de los envases en algunos casos, y en otros, adecuar las condiciones fisicoquímicas y evitar perdida o contaminación del analito durante el almacenaje y transporte. Una vez tomadas y preservadas con los reactivos correspondientes, el conjunto de muestras fue conservado vado a temperatura controlada ((-4 4 °C) y trasladadas en el menor tiempo posible ible al laboratorio para los análisis respectivos. 34 �Parámetros analizados. Muestras de agua: Art. 10 decreto Nº 883. Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos: aceites minerales e hidrocarburos, aceites y grasas, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, detergentes, espuma, nitrógeno total, pH, sólidos sedimentables, sólidos flotantes, sólidos suspendidos, color real, cuantificación de metales: fosforo, hierro, manganeso, cromo, estaño, aluminio, arsénico, bario, boro, cadmio, cobalto, cobre, mercurio, plata, plomo, selenio, zinc, fenoles, sulfuros, fluoruros, nitritos+nitratos, sulfatos, sulfitos, cloruros, cianuros, coliformes totales. Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.4 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la muestra de agua. Tabla. 2.4 Resultados de las muestras de agua. Agua de mene Código muestra 1806-02-1313335 Orden 1806 Descripción Determinación de aceites minerales e hidrocarburos Determinación de aceites y grasas Determinación de cloruros Determinación de color real Determinación de demanda bioquímica de oxigeno Determinación de demanda química de oxigeno Determinación de detergentes Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Agua de caño 1 Agua de caño 2 1806-02-1313336 1806 1806-02-1313337 1806 Resultados Agua de mene Agua de caño 1 Agua de caño 2 <= 20 mg/l I57 mg/l 0.31 mg/l 0.51 mg/l <= 20 mg/l 191 mg/l I.13 mg/l 1.72 mg/l <= 1000 mg/l <= 500 Pt-Co 4 mg/l 11 Pt-Co 7 mg/l 5 Pt-Co 5 mg/l 9 Pt-Co <= 60 mg/l 19 mg/l 6 mg/l 8 mg/l <= 350 mg/l 98 mg/l 28 mg/l 42 mg/l <= 2 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l 35 �(Cont…) Descripción Determinación de cianuros Determinación de sólidos suspendidos Determinación de aluminio Determinación de arsénico Determinación de bario Determinación de boro Determinación de cobalto Determinación de cobre Determinación de cromo Límites Articulo 10 Decreto No. 883 <= 0,2 mg/l Resultados Agua de mene < 0,05 mg/l Agua de caño 1 < 0,05 mg/l Agua de caño 2 < 0,05 mg/l <= 80 mg/l 156 mg/l 26 mg/l 38 mg/l <= 5 mg/l <= 0,5 mg/l <= 5 mg/l <= 5 mg/l <= 0,5 mg/l <= 1 mg/l <= 2 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,3 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,30 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l Determinación de cadmio <= 0,2 mg/l Determinación de estaño Determinación de plata Determinación de plomo Determinación de fosforo total Determinación de nitritos + nitratos Determinación de nitrógeno total Determinación de sólidos flotantes Determinación de sólidos sedimentables Determinación de sulfatos Determinación de sulfitos Determinación de sulfuros Presencia de espuma Medición de pH Determinación de fenoles Determinación de fluoruros Determinación de hierro Determinación de manganeso Determinación de selenio <= 5 mg/l <= 0,1 mg/l <= 0,5 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,30 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l <= 10 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l <= 10 mg/l 9.43 mg/l 7.15 mg/l 10.5 mg/l <= 40 mg/l 9.43 mg/l 7.15 mg/l 10.5 mg/l Ausentes 0.4 mg/l < 0.1 mg/l 0.1 mg/l <= 1 mg/l < 0.5 mg/l < 0.5 mg/l < 0.5 mg/l <= 1000 mg/l <= 2 mg/l <= 0,5 mg/l Ausente 6-9 <= 0,5 mg/l <= 5 mg/l <=10 mg/l < 5 mg/l < 0.5 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 6 0.13 mg/l 0.16 mg/l 0.23 mg/l < 5 mg/l < 0.1 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 5.98 < 0.05 mg/l 0.44 mg/l 1.23 mg/l < 5 mg/l < 0.1 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 6 < 0.05 mg/l 0.07 mg/l 1.62 mg/l <= 2 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l <=0,05 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l Determinación de zinc <= 5 mg/l <=0,01 mg/l Determinación de bacterias coliformes totales <=1000NMP/ 100m < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 2400 NMP/100m < 0,01 mg/l Determinación de mercurio < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 4 NMP/100m < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 2400 NMP/100 Fuente: Vílchez 2013 36 �Identificación entificación de muestra de hidrocarburos provenientes de los menes. Se captaron por el personal del INZIT dos (02) muestras de hidrocarburos provenientes de los menes menes, el día 01 de agosto de 2013, tal como se muestra en las figuras 2.18 y 2.19 las mismas fueron y entregadas tregadas al Laboratorio de Petróleo Petró el mismo día para sus respectivos análisis, las muestras fueron eron codificadas con la orden Nº 1804 e identificadas ificadas de la siguiente manera. (Tabla 2.5) 2.5). Tabla. 2.5 Identificación dentificación de la las muestras de Mene. Código INZIT 1804-06-13-13329 1804-06-13-13330 Descripción Mene 1 (M1) Mene 2 (M2) Coordenadas N:08°35'13,23" N:08°35'44,54" W:72°31'57,23" 31'57 W:72°31'54,84" 31'54,84 En la figura 2.17 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de menes Figura. 2.17 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes Suelo contaminado Figura. 2.18 Toma de muestra Mene 1 Figura. 2.19 Toma de muestra Mene 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 37 �Metodología. Para realizar los análisis correspondientes se siguieron los procedimientos descritos en el "Standard ASTM for Petroleum Products and Lubricants" Método de muestreo. Las muestras fueron captadas atmosféricamente en el Fundo Los Clavelitos y colocadas en envases plásticos de 500 ml de capacidad, estas fueron tapadas inmediatamente para evitar cualquier posible contaminación de algunos elementos traza debido a fenómenos de adsorción. Conservadas a temperatura ambiente fueron trasladadas al laboratorio para sus respectivos análisis. Parámetros analizados. A las muestras se le realizaron los análisis de: saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos (SARA) Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.6 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la muestra de menes Tabla. 2.6 Resultados Análisis SARA. Muestra % Saturados % Aromáticos % Resinas % Asfáltenos Mene 01 26,47 23,53 39,78 10,22 Mene 02 26,67 30,00 27,23 16,10 Fuente: Vílchez 2013 3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados. Los impactos a ser evaluados por el método CRI se dividen en dos impactos del medio físico y del medio biológico tal como se muestra en la tabla 2.7. 38 �Tabla. 2.7 Impactos de Ambientes a Evaluar. Impactos Medio Físico-Natural MF-01 Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MF-02 Afectación de cauces (Afluentes) de agua por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MF-03 Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Medio Biológico MB-01 Afectación de la flora (Cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MB-02 Alteración del habitad para la fauna (Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Fuente: Vilchez 2013 Componente Medio Físico-Natural. Código MF-01: Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Suelo. � Localización: Fundo Los Clavelitos, Áreas de los menes M1 y M2. � Acción generadora: Emanaciones de hidrocarburos naturales (Menes). � Efectos: Alteración en la composición del suelo, afectación a la flora y fauna asociada al mismo. � Descripción del impacto: Los menes afectan la capa superficial de los suelos del Fundo Los Clavelitos compactándolos, reducen el espacio poroso, la composición, producen cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje. Cabe destacar que los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo de la flora como para la diversidad de fauna de la zona. Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: Esta afectación está asociada con el caudal y el grado de contaminación del hidrocarburo que brota del mene, en este caso por ser la descarga continua y de poco caudal, se considera como de media intensidad (4). 39 �Este � Extensión: impacto se presenta en diversas áreas del fundo; principalmente donde se encuentran los menes M1 y M2, y se extiende en dirección de la menor de pendiente de estos. La superficie afectada es de aproximadamente 4.5 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Debido a que existen reportes de la presencia de hidrocarburos de por lo menos 10 años, La misma se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad estará asociada a los correctivos necesarios a implementar para lograr que el medio retome su condición original. Por ser el mene un fenómeno natural que siempre afectara el suelo. Se deben perforar pozos de petróleo para disminuir su caudal, Su efecto se considera medianamente reversible con un valor de (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo contamine el suelo por la continua descarga, los resultados de los parámetros aceites y grasas cercanos a los menes arrojaron que no cumple con la normativa legal vigente, pero para las zonas alejadas a los menes se cumplen todos los parámetros, por lo tanto se considera el riesgo como focalizado alto (8). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.8. Tabla. 2.8 Jerarquización del impacto sobre el suelo. Medio Afectado Suelo I E D Rv Ri VIA Categoría 4 4 10 5 8 5,6 III Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 4 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 8 x 0.2 = 5,6 40 �Código MF-02: Afectación de cauces de agua por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Cauces de agua. � Localización: Fundo Los Clavelitos, diversos Cauces. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Alteración de las propiedades físico químicas del agua de los cauces, afectación a la flora y fauna asociada a los mismos. � Descripción del impacto: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de los menes M1 y M2 afectan los cursos de agua del Fundo Los Clavelitos, alteran la composición físico química de los mismos. Estos cauces son de gran importancia tanto para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad de fauna de la zona. Criterios de valoración del impacto � Intensidad: La intensidad de la afectación está asociada con el caudal y el grado de contaminación del hidrocarburo proveniente de los menes el cual llega hasta los diversos cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, la descarga no es continua y de poco caudal. Se considera como de baja intensidad (2). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los cauces de agua que se encuentran ubicados por debajo de la pendiente de los menes M1 y M2; Sin embargo, El proceso de escorrentía se expande aguas abajo aproximadamente hasta un 1 Km, esto de acuerdo a lo observado en el estudio de campo. Por lo tanto, el nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: Este criterio está asociado al tiempo de duración del agente contaminante, la presencia de hidrocarburos en los cauces de agua ha estado presente en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar para lograr que el medio retome su condición original. Se deben 41 �colocar barreras de contención de tierra alrededor de los menes lo cual reduciría considerablemente la probabilidad de contaminación de los cauces, por lo antes expuesto se considera medianamente reversible (5). � Riesgo: La probabilidad de que el hidrocarburo contamine los cauces de agua por el continuo brote es baja, ya que los análisis físicos químicos del agua de los caños 1 y 2 arrojaron que los parámetros aceites minerales e hidrocarburos, y aceites y grasas se encontraban en el rango de la normativa nacional vigente, solo estaban fuera de parámetros el agua de mene, por lo tanto en el riesgo se considera como medio (4). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.9. Tabla. 2.9 Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua. Medio Afectado Cauces de agua I E D Rv Ri VIA Categoría 2 4 10 5 4 4,2 III Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18). VIA = 2 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 4 x 0.2= 4,2 Código MF-03: Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Aire. � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas cercana a los menes M1 y M2. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 ocasionan variaciones en la calidad del aire. � Efectos: Afectación a la flora y fauna cercana a los menes M1 y M2. � Descripción del impacto: La liberación de los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y 42 �por ende la flora y fauna del Fundo Los Clavelitos. Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: La afectación de este parámetro se relaciona con el caudal de hidrocarburos volátiles que se libera y su grado de contaminación, por presentar una descarga continua de poco caudal. Se considera como de media intensidad (3). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona cercana a los menes M1 y M2, en un área aproximada de 6 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Debido a que la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos es mayor a 10 años, se considerara de larga duración (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original. El mene es un fenómeno natural activo y la liberación de hidrocarburos volátiles continua. Se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir la liberación de los componentes volátiles a la atmósfera. Su efecto se considera medianamente reversible (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 contaminen el aire por la continua liberación, por lo tanto se considera el riesgo como alto (10). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.10. Tabla. 2.10 Jerarquización del impacto sobre el aire. Medio Afectado Aire I E D Rv Ri VIA Categoría 3 4 10 5 10 5,7 III Fuente: Vilchez 2013 43 �Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 3 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2= 5,7 Componente Medio Biológico. Código MB-01: Afectación de la flora (cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Flora. � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Afectación a la flora por impregnación y filtración del suelo por hidrocarburos, lo cual ocasiona sequía de la diversidad de plantas, esto ocurre principalmente en las áreas de los menes M1, M2 y sus alrededores. � Descripción del impacto: La vegetación que se encuentra el Fundo Los Clavelitos son principalmente las que se muestran en la tabla 2.11. Estas son afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual trae como consecuencia su deterioro y sequía. Tabla 2.11 Principales representantes de la vegetación en el Fundo Los Clavelitos. Nombre común Nombre científico Pasto guinea Palo maría Escobilla Yagrumo Pega pega Helechos Palma curuba Lengua de suegra Pira Mocote Junco de agua Rabo de zorro Estoraque Panicum máximum Triplaris caracasana Scoparia dulcis Cecropia peltata Desmodium spp Pteridium spp Attalea butyracea Dieffenbachia spp Amaranthus Cassia alata Cyperus ligularis Setaria geliculata Vernonia brasiliana Fuente: Vilchez 2013 44 �Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: La afectación de este parámetro es consecuencia del caudal de hidrocarburos que se infiltra en los suelos e impregna la vegetación de la zona de los menes M1, M2 y sus alrededores. Por presentar los resultados de los análisis de lixiviados en las muestras de suelos en el rango de la normativa venezolana. (Tabla. 2.2, Anexo D, pág. 30). Su intensidad se considera baja y continua (1). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1, M2 y la zona cercana, así como también la vegetación en los afluentes con un área aproximada de 6 hectáreas. El nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto se asocia al tiempo de duración del agente contaminante. Se reporta la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original. Por ser el mene un fenómeno natural activo y de presencia continua, se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir su brote y la colocación de barreras de tierra alrededor de los menes M1 y M2. En los cauces de agua se recomienda colocar barreras tipo cortina para evitar que la cobertura vegetal se impregne de hidrocarburos. Se considera que este fenómeno naturall puede ser en la flora medianamente reversible (4). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo contamine la vegetación por la continua impregnación y en los suelos, por lo tanto se considera el riesgo como alto (8). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.12. Tabla. 2.12 Jerarquización del impacto sobre la flora. Medio Afectado Flora I 1 E 4 D 10 Rv 4 Ri 8 VIA 4,5 Categoría III Fuente: Vilchez 2013 45 �Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 1 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 4 x 0.2 + 8 x 0.2 = 4,5 Código MB-02: Alteración del habitad de la fauna (Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Fauna � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Afectación a la fauna por impregnación y liberación de hidrocarburos volátiles, esto trae como consecuencia la migración y muerte de las diversidad de especies que habitan en la zona. � Descripción del impacto: La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se afecta por impregnación de hidrocarburos, así como también por la evaporación de los componentes volátiles de los mismos, lo que trae como consecuencia la migración y muerte de las especies que habitan en la zona, en la misma existen una gran diversidad. (Tabla 2.13) Tabla. 2.13 Principales representantes de la fauna en el Fundo Los Clavelitos. Nombre común Nombre científico Chiguire o piropiro Rabipelados Lapa Cunaguaro Picure Vaca Morrocoy Baba Iguana Dormilona Mono de noche Oso melero Oso frontino Hydrochanis esthmius Didelfus Agotipaca Felis perdatis Desaprocta agutí Bos primegenius Taurus Geochelone carbonara Caimán cocodrilus Iguana Epicrates concharia Actus trivigatus Tamandúa mexicana Tremaretos ornatus Fuente: Vilchez 2013 46 �Criterios de valoración del impacto � Intensidad: La afectación de este parámetro está asociada con el caudal de hidrocarburos que se esparce en la zona, específicamente donde se encuentran los menes M1, M2 y en las aguas de los cauces donde hay presencia del mismo. En la zona de los menes los animales son impregnados al caminar o posarse en dichos sitios. Se observa poca presencia de animales, por lo que la intensidad se considera como alta (6). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1, M2 y la zona de los cauces de agua que contienen presencia de hidrocarburos. El área es aproximadamente de 6 hectáreas. El nivel de afectación por extensión se considerara como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Se reporta la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, esta se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar medidas que permitan que el medio retome su condición original. El mene un fenómeno natural activo y la presencia de hidrocarburos continua, se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir el brote de los menes, y permitir que la fauna regrese al Fundo Los Clavelitos, se considera el impacto medianamente reversible (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo impregne y afecte a la fauna, por lo tanto se considera el riesgo como alto (9). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.14. Tabla. 2.14 Jerarquización del impacto sobre la fauna. Medio Afectado Fauna I 6 E 4 D 10 Rv 5 Ri 9 VIA 6,4 Categoría II Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18). VIA = 6 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 9 x 0.2= 6.4 47 �CAPÍTULO III – ANALISIS DE RESULTADOS. En este capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos durante el desarrollo de la investigación, siguiendo la metodología expuesta en el capítulo II, Marco metodológico, así como su relación con los objetivos específicos. Siguiendo la secuencia de los objetivos planteados en la investigación para la Identificación de los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, se realizaron dos visitas de campo al Fundo Los Clavelitos, con la presencia del propietario del mismo y con un equipo multidisciplinario conformado por el Ing. Luis duarte perteneciente a la gerencia de ambiente de PDVSA y técnicos de INZIT los días 31 de julio y 01 de agosto de 2013, la cual arrojo como resultado que los pozos petroleros que ese encuentran dentro del fundo el T-194, T-219 ,T-184, y la Estación de Flujo Concordia se encontraban desincorporados de producción y los mismos no presentaban derrames, por lo que se descartó que estos fueran los causantes de la presencia de hidrocarburos. Es de señalar que durante todo el recorrido se pudo visualizar una serie de manchas de hidrocarburos por donde no existían ningún tipo de tuberías, estas fluían naturalmente (Menes), siendo la más notorias dos manchas de aproximadamente 4.5 hectáreas. En relación al segundo objetivo sobre la caracterización geológica de la zona podemos decir que el Fundo Los Clavelitos se encuentra dentro del campo petrolero conocido como Las Cruces el cual presenta una estructura tectónica compleja, con fallas convergentes y fallas inversas transversales, lo cual pudiera explicar la presencia de los menes en diversas áreas, ya que las fallas son la principal vía por donde el hidrocarburos migra a la superficie. Los resultados de los análisis de la composición físico química de las muestras de suelo obtenidas en el Fundo Los Clavelitos y su posterior comparación con la normativa ambiental Venezolana decreto 2635 artículo 50 se muestran en la tabla 3.1 48 �Tabla. 3.1 Comparación de las muestras de suelo con los parámetros permisibles. Muestras Suelo 1 Suelo 2 Código muestra 1803-36-13-13328 1818-36-13-13357 Orden 1803 1818 Descripción Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Suelo 1 Comparación Suelo 2 Comparación Mezcla sueloHidrocarburos Determinación de aceites minerales e hidrocarburos .... 1.02% en peso ... 1.02% en peso ... Determinación de aceites y grasas <= 1 % en peso 1.87 % en peso No Cumple 0.69 % en peso Cumple Determinación de aluminio intercambiable < 1.5 meq/100 < 0.01 meq/100 Cumple < 0.01 meq/100 Cumple < 2500 ppm < 161 ppm Cumple < 161 ppm Cumple < 3.5 mS < 0.13 mS Cumple < 0.13 mS Cumple Determinación de relación Absorción de sodio <8 0.22 Cumple 0.20 Cumple Determinación de PH 5-8 6.66 Cumple 6.35 Cumple Preparación de muestra por digestado .... Realizada ... Realizada ... Determinación de porcentaje de saturación de bases >= 80 100 Cumple 100 Cumple Determinación de plata <= 5 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple <= 1.0 mg/Kg Cumple Determinación de arsénico <= 25 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple Cumple Determinación de cadmio <= 8 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Determinación de cloruros totales Determinación agua/suelo de conductividad Determinación de cromo Determinación de mercurio Determinación de plomo Determinación de selenio Determinación de zinc Determinación de bario eléctrica 1:2 <= 300 mg/Kg <= 1 mg/Kg <= 150 mg/Kg <= 2 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 2000 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 34.6 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 31.7 mg/Kg <= 99 mg/Kg Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 34.9mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 56.8 mg/Kg <= 150 mg/Kg Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple 49 �(Cont…) Muestra Suelo 1 Código Orden 1803-36-13-13327 1802 Descripción Suelo 2 1819-36-13-13358 1819 Articulo 50 Resultado Anexo D Decreto No. 2635 Suelo1 Comparación Preparación de la muestra solida por lixiviados ... Realizada ... Determinación de arsénico <= 5 mg/L <= 0.01mg/L Cumple Determinación de bario Determinación de cromo Determinación de cadmio Determinación de mercurio Determinación de plata Determinación de selenio Determinación de Níquel <= 100 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 0.2 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 5 mg/L <= 2.4 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <=0.02 mg/L Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Resultado Suelo 2 Comparación Realizada <= 0.01mg/L <= 2.6 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Del cuadro anterior podemos señalar que los resultados obtenidos para muestra de suelo 1 código 1803-36-13-13328, indican que el parámetro aceites y grasas, no cumplen con la normativa legal vigente, cabe destacar que esta muestra fue tomada cercana a los menes. Los obtenidos para la misma muestra anexo D código 1802-36-13-13327, indican que todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente. Los resultados obtenidos para muestra de suelo 2 código 1818-36-13-13357 y código 1819-36-13-13358 anexo D, indican que todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente. Los resultados de los análisis de la composición físico química de las muestras de agua obtenidas en el Fundo Los Clavelitos y su posterior comparación con la normativa ambiental Venezolana decreto 883 artículo 10, se muestran en la tabla 3.2. 50 �Tabla. 3.2 Comparación de las muestras de agua con los parámetros permisibles. Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación Determinación de aceites minerales e hidrocarburos <= 20 mg/l I57 mg/l No Cumple 0.31 mg/l Cumple 0.51 mg/l Cumple Determinación de aceites y grasas <= 20 mg/l 191 mg/l No Cumple I.13 mg/l Cumple 1.72 mg/l Cumple Determinación de cloruros <= 1000 mg/l 4 mg/l Cumple 7 mg/l Cumple 5 mg/l Cumple Determinación real <= 500 Pt-Co 11 Pt-Co Cumple 5 Pt-Co Cumple 9 Pt-Co Cumple Determinación de demanda bioquímica de oxigeno <= 60 mg/l 19 mg/l Cumple 6 mg/l Cumple 8 mg/l Cumple Determinación demanda química oxigeno de de <= 350 mg/l 98 mg/l Cumple 28 mg/l Cumple 42 mg/l Cumple Determinación detergentes de <= 2 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de cianuros <= 0,2 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de sólidos suspendidos <= 80 mg/l 156 mg/l No Cumple 26 mg/l Cumple 38 mg/l Cumple Determinación de aluminio <= 5 mg/l < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple Determinación de arsénico <= 0,5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de bario <= 5 mg/l < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple Determinación de boro <= 5 mg/l < 0,30 mg/l Cumple < 0,3 mg/l Cumple < 0,30 mg/l Cumple Determinación de cobalto <= 0,5 mg/l < 0,03 mg/l Cumple < 0,03 mg/l Cumple < 0,03 mg/l Cumple de color 51 �(Cont…) Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación Determinación de cobre <= 1 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de cromo <= 2 mg/l < 0,02 mg/l Cumple < 0,02 mg/l Cumple Determinación de cadmio <= 0,2 mg/l < 0,002 mg/l Cumple < 0,002 mg/l Cumple < 0,002 mg/l Cumple Determinación de estaño <= 5 mg/l < 0,8 mg/l Cumple < 0,8 mg/l Cumple < 0,8 mg/l Cumple Determinación de plata <= 0,1 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de plomo <= 0,5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de fosforo total <= 10 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de nitritos + nitratos <= 10 mg/l 9.43 mg/l Cumple 7.15 mg/l Cumple 10.5 mg/l No Cumple Determinación nitrógeno total <= 40 mg/l 9.43 mg/l Cumple 7.15 mg/l Cumple 10.5 mg/l No Cumple Determinación de sólidos flotantes Ausentes 0.4 mg/l No Cumple < 0.1 mg/l Cumple 0.1 mg/l Cumple Determinación de sólidos sedimentables <= 1 mg/l < 0.5 mg/l Cumple < 0.5 mg/l Cumple < 0.5 mg/l Cumple Determinación de sulfatos <= 1000 mg/l < 5 mg/l Cumple < 5 mg/l Cumple < 5 mg/l Cumple Determinación de sulfitos <= 2 mg/l < 0.5 mg/l Cumple < 0.1 mg/l Cumple < 0.1 mg/l Cumple Determinación de sulfuros <= 0,5 mg/l < 0.2 mg/l Cumple < 0.2 mg/l Cumple < 0.2 mg/l Cumple Presencia de espuma Ausente Ausente Cumple Ausente Cumple Ausente Cumple Medición de pH 6-9 6 Cumple 5.98 No Cumple 6 Cumple Determinación de fenoles <= 0,5 mg/l 0.13 mg/l Cumple < 0.05 mg/l Cumple < 0.05 mg/l Cumple Determinación de fluoruros <= 5 mg/l 0.16 mg/l Cumple 0.44 mg/l Cumple 0.07 mg/l Cumple de < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l Cumple Cumple 52 �(Cont…) Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación <=10 mg/l 0.23 mg/l Cumple 1.23 mg/l Cumple 1.62 mg/l Cumple <= 2 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de selenio <=0,05 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de zinc <= 5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de mercurio <=0,01 mg/l < 0,001 mg/l Cumple < 0,001 mg/l Cumple < 0,001 mg/l Cumple Determinación bacterias totales <=1000NMP/100m 4 NMP/100m Cumple 2400 NMP/100m No Cumple Determinación de hierro Determinación manganeso de de coliformes 2400 NMP/100 No Cumple Al realizar la comparacion de los limites permisibles de las muestras de agua con la normativa ambiental Venezolana decreto 883 articulo 10 en la tabla 3.2 nos dio como resultado para muestra de agua de Mene, código 1806-02-13-13335, que los parámetros: aceites minerales e hidrocarburos, aceites y grasas, sólidos suspendidos y sólidos flotantes no cumplen. Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 1, código 1806-02-13-13336, indican que los parámetros : sólidos flotantes pH, bacterias coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 2, código 1806-02-13-13337, indican que los parámetros: nitritos + nitratos, sólidos flotantes, coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente. 53 �El análisis SARA realizado a las muestras de menes M1 y M2 arrojaron a través del diagrama ternario de Tissot y Welte, 1984 que los hidrocarburos s presentes en los menes se clasifican como pesados alterados o biodegradados, con valores de resinas más alfártenos entre 43.33 y 50 % en peso, tal como se muestra mues en la figura. 3.1 Figura. 3.1 Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2 Dando cumplimiento al cuarto objetivo sobre lla aplicación del el método de los CRI para la determinación del impacto ambiental podemos decir que se realizó una evaluación final sobre cada uno de los medios afectados la cual se muestra a continuación. Evaluación final del impacto mpacto sobre el medio afectado s suelo. Este impacto de clasifica a como de categoría III, posee una probabilidad de ocurrencia moderada, Se recomienda como medida mitigante realizar una barrera (muro de 54 �contención de tierra), alrededor de los menes M1 y M2 con la finalidad de retener el hidrocarburo y minimizar su avance, así como también realizar perforaciones de pozos petroleros para aliviar las presiones del yacimiento y de esta manera disminuir el caudal de salida del mene y minimizar su afectación al suelo. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado agua. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida mitigante se recomienda colocar una barrera tipo cortina, las mismas se utilizan para bajas profundidades en los cauces de agua afectados, con la finalidad de retener el hidrocarburo y de esta manera minimizar la contaminación aguas abajo. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado aire. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida correctivas se recomienda la perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2, con la finalidad de disminuir el caudal de descarga de estos a la superficie y por consiguiente la liberación a la atmósfera de los hidrocarburos volátiles. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado flora. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida mitigante o correctiva se recomienda la perforación de pozos petroleros cercanos a los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir su presencia, así como también colocar muros de contención de tierra alrededor de los mismos con la finalidad de contener su avance y confinarlo a la hora de un incendio. En los cauces de agua se recomienda colocar las barreras tipo cortina esto con la finalidad de evitar la impregnación y posterior sequia de la vegetación tanto de la zona de los suelos como la acuática del Fundo Los Clavelitos. 55 �Evaluación final del impacto sobre el medio afectado fauna. Este impacto se clasifica como de categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta, se recomienda la máxima atención para este medio afectado. En la visita al zona de estudio se evidencio poca presencia de animales en los suelos, árboles y en los cauces de agua, se consiguieron restos de animales en los menes M1 y M2. Se recomienda como medida correctiva la perforación de pozos petroleros cercanos a los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir el brote de estos, barreras de tierra cercadas alrededor de los menes M1 y M2 para evitar que los animales queden atrapados en ellos, así como también barreras tipo cortina cercadas. Cabe destacar que la fauna es el medio más afectado. Para finalizar con los análisis de resultados se elaboró una tabla resumen del método CRI en la cual se ordenaron los impactos del medio físico y biológico de mayor a menor VIA, con la finalidad de proponer que se ejecuten las medidas mitigantes y correctivas priorizando el orden que ellas presentan. (Tabla 3.3) 56 �Tabla. 3.3 Resumen del método Código Nombre del Impacto Descripción Medio Afectado VIA Probabilidad de Ocurrencia Aire 5,7 Moderada Suelo 5,6 Moderada Medidas a Aplicar Componente Medio Físico-Natural MF-03 MF-01 MF-02 Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes La liberación de los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y por ende la flora y fauna del Fundo Los Clavelitos. Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Los menes afectan la capa superficial de los suelos del Fundo Los Clavelitos compactándolos, reducen el espacio poroso, la composición, producen cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje. Cabe destacar que los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo de la flora como para la diversidad de fauna de la zona. Afectación del agua de los cauces (afluentes ) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de los menes M1 y M2 afectan los cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, alteran la composición físico química de los mismos. Estos cauces son de gran importancia tanto para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad de fauna de la zona. Correctivas: Perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2 Mitigante: Muro de contención de Tierra Correctiva: Perforación de pozos de petróleo. Agua 4,2 Moderada Mitigante: Se recomienda colocar una barrera tipo cortina. Componente Medio Biológico MB-02 Alteración del habitad para la fauna ( Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se afecta por impregnación de hidrocarburos y también por la evaporación de los componentes volátiles de los mismos, lo que trae como consecuencia la migración y muerte de las especies que habitan en la zona, en la misma existen una gran diversidad tal como se muestra en la tabla 2.13. Tabla 2.13 Principales representantes de la fauna Clavelitos. Nombre común Chiguire o piropiro Rabipelados Lapa Cunaguaro en el Fundo Los Nombre científico Hydrochanis esthmius Didelfus Agotipaca Felis perdatis Correctiva: Perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2 Fauna 6,2 Alta Mitigante : Barreras de tierra 57 �Picure Código Nombre del Impacto Vaca Morrocoy Baba Iguana Dormilona Mono de noche Oso melero Oso frontino Desaprocta aguti (Cont…) Descripción MB-01 Afectación de la flora (cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes VIA Probabilidad de Ocurrencia Bos primegenius taurus Geochelone carbonara Caimán cocodrilus Iguana Epicrates concharia Actus trivigatus Tamandúa mexicana Tremaretos ornatus La vegetación del Fundo Los Clavelitos son muestran.( Tabla. 2.11) Nombre común Pasto guinea Palo maría Escobilla Yagrumo Pega pega helechos Palma curuba Lengua de suegra Pira Mocote Junco de agua Rabo de zorro Estoraque Medio Afectado Medidas a Aplicar cercadas alrededor de los menes M1 y M2 Mitigante: Barreras tipo cortina cercadas. principalmente las que se Nombre científico Panicum máximum Triplaris caracasana Scoparia dulcis Cecropia peltata Desmodium spp Pteridium spp Attalea butyracea Dieffenbachia spp Amaranthus Cassia alata Cyperus ligularis Setaria geliculata Vernonia brasiliana Estas son afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual trae como consecuencia su deterioro y sequía. Flora 4,5 Moderada Mitigante: Muros de contención de tierra. Mitigante: Barreras tipo cortina. 58 �CONCLUSIONES 1.- Los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos son los menes. 2.- Los resultados del análisis SARA y el diagrama de Tissot y Welte permitieron determinar que el hidrocarburo de los menes del Fundo Los Clavelitos son crudos pesados alterados. 3.- Los resultados de los análisis de las muestras de agua y suelo y su comparación con la normativa venezolana permitieron fundamentar la evaluación del impacto ambiental sobre los factores agua, suelo y flora. 4.- La aplicación del método CRI arrojo que los impactos MF-03 (Aire) y MB- 02(Fauna), poseen un VIA de 5.7 y 6.2 respectivamente, por lo que presentan una mayor probabilidad de ocurrencia. 5.-El sistema de medidas propuestas permitirá mitigar y corregir los impactos ambientales presentes en el Fundo Los Clavelitos 59 �RECOMENDACIONES 1.- Realizar un estudio de mayor profundidad sobre el efecto de la presencia de los menes en la fauna del Fundo Los Clavelitos, en virtud de ser la más afectada. 2.- Utilizar un equipo para determinar el nivel de contaminación sobre el factor aire. 3.- Realizar un estudio geoquímico detallado para determinar el ambiente deposicional de la roca madre que genero los fluidos orgánicos de los menes presentes. 60 �BIBLIOGRAFIA Acosta, C y Ojeda, C. 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La Habra California. 62 � 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 Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos Creator An entity primarily responsible for making the resource Omer Enrique Vílchez Fernández Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría