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DETERMINACIÓN DE LA APLICABILIDAD DE LA METODOLOGÍA COLUMNA DE LIXIVIACIÓN PARA EL CÁLCULO DE LONGITUDES DE PLUMA CONTAMINANTE EN SUELO Luisa María Hincapié Ramírez María Paula Reyes Méndez Universidad Santo Tomás Facultad de Ingeniería Ambiental Bogotá D.C, Colombia 2017

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DETERMINACIÓN DE LA APLICABILIDAD DE LA METODOLOGÍA COLUMNA

DE LIXIVIACIÓN PARA EL CÁLCULO DE LONGITUDES DE PLUMA

CONTAMINANTE EN SUELO

Luisa María Hincapié Ramírez

María Paula Reyes Méndez

Universidad Santo Tomás

Facultad de Ingeniería Ambiental

Bogotá D.C, Colombia

2017

DETERMINACIÓN DE LA APLICABIIDAD DE LA METODOLOGÍA COLUMNA

DE LIXIVIACIÓN PARA EL CÁLCULO DE LONGITUDES DE PLUMA

CONTAMINANTE EN SUELO

Luisa María Hincapié Ramírez

María Paula Reyes Méndez

Trabajo de grado para optar por el título de Ingenieras Ambientales

Director:

Carlos Andrés Peña Guzmán

Ingeniero Ambiental y Sanitario

Magister en Hidrosistemas

Doctor en Agua y Desarrollo Sostenible

Universidad Santo Tomás

Facultad de Ingeniería Ambiental

Bogotá D.C, Colombia

2017

NOTA DE ACEPTACIÓN

Observaciones

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

Firma Director Trabajo de Grado

_________________________________________

Firma del Jurado

_________________________________________

Firma del Jurado

Bogotá D.C. 2017

DEDICATORIA

Quiero dedicarle principalmente este logro a

Dios, por haberme permitido llegar a este

punto de mi vida, por todos los triunfos y

momentos difíciles que me han enseñado a

valorar cada día más este momento.

A mis padres Pablo Reyes y Gloria Méndez,

por todo su apoyo y amor incondicional, por

su paciencia, tiempo y cuidado, por todos sus

esfuerzos y consejos que me impulsaron a

salir adelante y alcanzar esta meta. Por

formarme como la persona que soy hoy y por

todos los valores y principios que fueron

inculcados en mí, pero en especial por ser mí

orgullo y mi ejemplo a seguir, los amo.

María Paula Reyes Méndez

DEDICATORIA

Primero quiero agradecer a Zuly Hincapié y a

Andrea Hincapié por todo el apoyo

incondicional, el amor infinito y la paciencia

que tuvieron en todos estos años de

formación y en esta última etapa que estoy

cursando en mi vida; por permitirme

superarme y siempre impulsarme a ser una

mejor persona.

También agradezco a Blanca Ramírez por ser

una parte tan importante en mi vida, por

colaborar en mi formación y hacerme la

persona que soy hoy.

Por último y no por eso menos importante,

agradezco a mis familiares por siempre estar

pendientes de mi formación, preocuparse por

mí y siempre desarme los mejores deseos.

Luisa María Hincapié Ramírez

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar le agradecemos a Dios, por protegernos en todo nuestro camino y

darnos fuerzas para poder superar todos los obstáculos que se nos presentaron a

lo largo del camino de la vida.

De igual modo, queremos agradecer a nuestro director de tesis Carlos Andrés

Peña, por brindarnos sus asesorías, tiempo, guías y conocimientos. A nuestras

madres Gloría Méndez y Zuly Hincapié que con sus demostraciones de madre

ejemplar, nos han enseñado a no desfallecer y siempre perseverar; a nuestros

padre Pablo Reyes y Robert Umeres, por ser ese apoyo en nuestra carrera, en

nuestros logros, por estar presentes en todo momento y por estar orgullosos de las

personas en las que nos hemos convertido.

Quisiéramos expresar nuestra gratitud a todas las personas que con su grata ayuda

nos han colaborado en la realización del presente trabajo, con cada una de sus

valiosas aportaciones, sobre todo por la motivación, el apoyo recibido y la gran

calidad humana que nos han demostrado con su amistad.

A todos ellos,

Muchísimas gracias, de todo corazón.

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ............................................................................ 13

RESUMEN ............................................................................................................. 14

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 18

2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 19

3. OBJETIVOS .................................................................................................... 20

3.1. GENERAL ................................................................................................. 20

3.2. ESPECÍFICOS .......................................................................................... 20

4. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 21

4.1. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 21

4.1.1. Suelo................................................................................................. 21

4.1.2. Factores de formación del suelo ....................................................... 21

4.1.3. Relaciones básicas del suelo ............................................................ 24

4.1.4. Propiedades físicas del suelo ........................................................... 25

4.1.5. Horizontes del suelo ......................................................................... 29

4.1.6. Relaciones granulométricas y de volumen ....................................... 30

4.1.7. Lixiviación ......................................................................................... 36

4.1.8. Cromo (Cr) ........................................................................................ 38

4.1.9. Movimiento de contaminantes en el suelo ........................................ 40

4.1.10. Ecuación del Transporte de solutos .................................................. 40

4.1.11. Coeficiente de dispersión .................................................................. 42

4.1.12. Método Monte Carlo ......................................................................... 45

4.2. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 46

4.3. MARCO LEGAL ........................................................................................ 47

4.3.1. Normatividad Colombiana ................................................................. 48

5. METODOLOGÍA .............................................................................................. 50

5.1. SELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ................................................ 51

5.1.1. Prueba piloto ..................................................................................... 51

5.1.2. Prueba de campo ............................................................................. 52

5.2. DISEÑO DE LA COLUMNA DE LIXIVIACIÓN .......................................... 55

5.3. EXTRACCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO ............................................ 56

5.3.1. Prueba piloto ..................................................................................... 56

5.3.2. Prueba de campo .................................................................................. 58

5.4. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS .................................... 60

5.5. APLICACIÓN DE COLUMNAS DE LIXIVIACIÓN ..................................... 61

5.6. ANÁLISIS DE CONTAMINANTE EN EL SUELO ...................................... 63

5.7. DESARROLLO DEL PROGRAMA ESTADÍSTICO ................................... 64

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS ............................................................................ 67

6.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTO ................................................ 67

6.1.1. Propiedades físicas .......................................................................... 67

6.1.2. Prueba de Trazadores ...................................................................... 69

6.1.3. Comparación de muestras mediante análisis de varianza (ANOVA)

en MatLab ....................................................................................................... 72

6.1.4. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal ................ 75

6.2. RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO .......................................... 77

6.2.1. Propiedades físicas .......................................................................... 77

6.2.2. Prueba Trazadores ........................................................................... 79

6.2.3. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal ................ 81

6.2.4. Determinación de la concentración del cromo (VI) ........................... 82

7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 85

8. RECOMENDACIONES ................................................................................... 87

ANEXOS ................................................................................................................ 88

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 89

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Pág.

Ilustración 1. Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases. ...... 31

Ilustración 2. Esquema de una muestra de suelo en tres fases o húmedo. ........... 31

Ilustración 3. Lixiviación in situ. ............................................................................. 37

Ilustración 4. Lixiviación en pila............................................................................. 37

Ilustración 5. Lixiviación en batea. ........................................................................ 37

Ilustración 6. Lixiviación en botadero. .................................................................... 37

Ilustración 7. Ejemplo de dispersividad en una columna de suelo ......................... 44

Ilustración 8. Diagrama de flujo de la metodología. ............................................... 50

Ilustración 9. Imagen satelital del parque Nacional Enrique Olaya Herrera. .......... 51

Ilustración 10. Localización municipio Acacias ...................................................... 53

Ilustración 11. Imagen satelital del municipio de Acacias, Meta. ........................... 54

Ilustración 12. Imagen cercana del sitio de extracción del municipio de Acacias,

Meta. ...................................................................................................................... 54

Ilustración 13. Diseño básico de las columnas de lixiviación. ................................ 55

Ilustración 14. Extracción muestras de suelo. ........................................................ 56

Ilustración 15. Esquema muestras extraídas. ........................................................ 57

Ilustración 16. Horizonte del suelo del parque nacional ......................................... 57

Ilustración 17. Esquema muestras extraídas. ........................................................ 59

Ilustración 18. Horizonte del suelo extraído en Acacias, Meta ............................... 59

Ilustración 19. Separación muestras para parámetros físicos. .............................. 60

Ilustración 20. Muestras de suelo húmedas ........................................................... 60

Ilustración 21. Secado muestras de suelo. ............................................................ 61

Ilustración 22. Registro peso de muestras secas. ................................................. 61

Ilustración 23. Determinación de la densidad. ....................................................... 61

Ilustración 24. Montaje de las muestras de suelo .................................................. 62

Ilustración 25. Almacenamiento del K2Cr2O7. ........................................................ 64

Ilustración 26. Promedios de concentración para los puntos de la prueba piloto. . 76

Ilustración 27. Curvas de concentraciones para los diferentes puntos de la prueba

de campo. ............................................................................................................. 81

ÍNDICE DE GRÁFICAS

Pág.

Gráfica 1. Composición física ideal del suelo. ....................................................... 24

Gráfica 2. Relación concentración vs conductividad .............................................. 63

Gráfica 3. Concentración medida para el punto1. .................................................. 70

Gráfica 4. Concentración medida para el punto 2. ................................................. 71

Gráfica 5. Concentración medida para el punto 3. ................................................. 71

Gráfica 6. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 1. ... 72

Gráfica 7. Comparación de parámetro entre tres tomadas en el punto 2. ............. 73

Gráfica 8. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 3. ... 73

Gráfica 9. Concentración medida - Muestra 1 (0.20m). ......................................... 79

Gráfica 10. Concentración medida - Muestra 2 (0.40m) ........................................ 80

Gráfica 11. Concentración medida - Muestra 3 (0.60m) ........................................ 80

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Clasificación de los separados de suelo según sistema USDA. ............................. 26

Tabla 2. Algunas características de las clases texturales del suelo al tacto. ....................... 27

Tabla 3. Intervalo típico de valores de densidad aparente y porosidad. ............................... 27

Tabla 4. Calificación de la porosidad del suelo (Kaurichev, 1984). ....................................... 28

Tabla 5. Rango de conductividad hidráulica del Departamento de Agricultura de los

Estados Unidos. ............................................................................................................................. 36

Tabla 6. Normativa ambiental colombiana en torno a la protección y regulación del suelo

de sustancias químicas peligrosas. ............................................................................................. 48

Tabla 7. Datos conductividad en laboratorio .............................................................................. 63

Tabla 8. Propiedades físicas del suelo de la prueba piloto. .................................................... 67

Tabla 9.Textura del suelo del Parque Nacional ........................................................................ 68

Tabla 10. Valores de P para las muestras relacionadas por ANOVA. .................................. 75

Tabla 11. Dl del suelo Parque Nacional determinado por MATLAB. .................................... 76

Tabla 12. Propiedades físicas del suelo de la prueba de campo. .......................................... 78

Tabla 13. Textura del suelo de Acacias...................................................................................... 78

Tabla 14. Dl del suelo Acacias – Meta determinado por MATLAB. ....................................... 82

Tabla 15. Determinación de Cromo (VI). .................................................................................... 83

ÍNDICE DE ECUACIONES

Pág.

Ecuación (4.1) Factores de formación del suelo .............................................................. 21

Ecuación (4.2) Volumen total ........................................................................................... 31

Ecuación (4.3) Volumen de vacíos .................................................................................. 31

Ecuación (4.4) Peso total ................................................................................................. 31

Ecuación (4.5) Peso del agua contenido en el picnómetro ............................................... 32

Ecuación (4.6) Peso total ................................................................................................. 32

Ecuación (4.7) Peso del agua que hau en el picnómetro cuando se le adiciona suelo ..... 32

Ecuación (4.8) Volumen del suelo ................................................................................... 32

Ecuación (4.9) Volumen del cilindro ................................................................................. 33

Ecuación (4.10) Densidad real ......................................................................................... 33

Ecuación (4.11) Densidad aparente ................................................................................. 34

Ecuación (4.12) Porosidad ............................................................................................... 34

Ecuación (4.13) Humedad ............................................................................................... 35

Ecuación (4.14) Conductividad hidráulica ........................................................................ 35

Ecuación (4.15) Transporte de masa ............................................................................... 41

Ecuación (4.16) Transporte difusivo................................................................................. 41

Ecuación (4.17) Transporte dispersivo ............................................................................. 42

Ecuación (4.18) Coeficiente de dispersión mecánica ....................................................... 42

Ecuación (4.19) Dispersión mecánica .............................................................................. 42

Ecuación (4.20) Coeficiente de dispersión ....................................................................... 42

Ecuación (4.21) Advección-dispersión ............................................................................. 43

Ecuación (4.22) Solución analítica de la ecuación de advección-dispersión .................... 43

Ecuación (4.23) Modelo del ANOVA unidireccional…………………………………………..74

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

Símbolo Término

ANOVA Analysis of variance

°C Grados Celsius

cm Centímetro

CO2 Dióxido de Carbono

Cr Cromo

CXTFIT

Código para estimar el transporte de parámetros de

laboratorio o experimentos con trazadores de

campo

g Gramo

Ѳ Humedad

K2Cr2O7 Dicromato de potasio

Ksat Conductividad hidráulica saturada

l Litro

m Metro

MATLAB Matrix Laboratory

mg Microgramo

ml Mililitros

mS/m Milisiemens sobre metro

NaCl Cloruro de sodio

PVC Policloruro de vinilo

s Segundo

RESUMEN

En el siguiente trabajo se evidencia un estudio sobre la aplicabilidad de la

metodología de columnas de lixiviación para el cálculo del coeficiente de dispersión

longitudinal de un contaminante en el suelo. El objetivo del presente, es comprobar

que la metodología mencionada es efectiva a partir de ensayos de transporte de

solutos mediante columnas de suelo.

Se realizó una prueba piloto con el fin de determinar la ecuación del coeficiente de

dispersión, aplicando las columnas de lixiviación y una prueba de campo, con el

objeto de verificar la metodología aplicada en el primer ensayo; posteriormente con

el software Matlab, se realizó el cálculo del coeficiente de dispersión para las

muestras extraídas. Por último y para dar sustento de la metodología, una muestra

de suelo fue llevada al laboratorio AGRILAB para determinar la concentración del

contaminante a diferentes profundidades y comparar esos resultados con los

obtenidos en el programa.

Palabras Clave: coeficiente, columna de lixiviación, contaminante, dispersión,

suelo.

ABSTRACT

The following work demonstrates a study on the applicability of the leaching column

methodology for calculating the longitudinal dispersion coefficient of a contaminant

in the soil. The objective of the present study is to verify that the aforementioned

methodology is effective from tests for the transport of solutes through soil columns.

A pilot test was performed to determine the coefficient of dispersion equation, using

the columns of leaching and field test, in order to verify the methodology applied in

the first trial; subsequently with the Matlab software, was the calculation of the

coefficient of dispersion for the extracted samples. Finally, for support of the

methodology, a sample of soil was taken to AGRILAB laboratory to determine the

concentration of the contaminant at different depths and compare these results with

those obtained in the program.

Key words: coefficient, column leaching, pollutant, dispersion, ground.

16

INTRODUCCIÓN

La contaminación del suelo es la degradación de la superficie terrestre asociada a

la presencia de sustancias químicas que resultan perjudiciales para la vida,

colocando en peligro los ecosistemas y la salud de los seres vivos; dicho problema

ha ido aumentando en las últimas décadas y ha sido por el aumento de la población

y de las industrias [1]. Esta alteración de la calidad de la tierra obedece a diversas

causas como, pruebas atómicas, la tecnología agrícola nociva, el uso inadecuado

de sistemas de eliminación de residuos, vertidos de residuos incontrolados,

alcantarillado antiguo en mal estado, actividades de la industria química y

actividades mineras [1].

Cada una de estas actividades ocasiona la pérdida de calidad de la tierra e

imposibilita su uso para construcciones, cultivos y para el albergue de ecosistemas

sanos. A pesar de que este recurso sea un sistema natural que tiene la capacidad

de controlar y actuar como un sistema depurador, las concentraciones y los tipos de

transporte que sufren los contaminantes no logran ser suprimidos en su totalidad,

haciendo difícil la determinación de dispersión del contaminante y del territorio sano

que puede ser utilizado para diferentes actividades productivas [2].

La predicción del comportamiento de los contaminantes en el suelo es un tema

regular de investigación, dada la gran incertidumbre que arrojan los métodos de

cálculo tanto en campo como en laboratorio. Una alternativa para representar los

medios porosos son los modelos teóricos, también llamados abstractos,

representando al sistema de forma matemática y la operación del sistema se

describe por medio de un conjunto de ecuación que relacionan las variables de

entrada con las de salida [3].

El objetivo de este trabajo es analizar la metodología del cálculo del coeficiente de

dispersión del suelo del área seleccionada, e igualmente la obtención de los valores

del coeficiente de dispersión, parámetro principal para la caracterización de la

dispersión en experimentos de transporte realizados en columnas de suelo en

laboratorio; la determinación de este coeficiente ayudará a establecer si un

contaminante se encuentra inmóvil o si por el contrario se moviliza en el suelo, y la

velocidad en que lo hace.

El suelo al que está enfocado este estudio tiene alto contenido de arena, una leve

estructura granular y una alta porosidad, por lo cual se comporta como un suelo de

17

buena permeabilidad en condiciones naturales. El contenido de este estudio se

ubica en el ámbito de la estimación de los parámetros de transporte, de utilidad en

los estudios de simulación por ordenador con modelos numéricos.

18

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los problemas ambientales se presentan sobre diferentes recursos naturales,

causando impactos sobre los mismos. Un suelo contaminado afecta toda la

superficie terrestre, cuyas características físicas, químicas y biológicas han sido

alteradas de forma negativa por la presencia de componentes peligrosos debido a

las actividades humanas, ocasionando así, desde un riesgo tóxico para la salud

humana hasta pérdidas de recursos naturales [4].

La contaminación adicional proviene de fuentes difusas de la agricultura, donde 140

millones de toneladas de fertilizantes y varios millones de toneladas de pesticidas

se aplican cada año. En la Unión Europea, por ejemplo, hay más de 100.000

productos químicos registrados, de los cuales entre 30.000 y 70.000 están en uso

diario [5].

Existe una gran variedad de sustancias que pueden llegar a generar alteraciones

físico-químicas en el suelo, como son: los metales pesados, aceites, grasas, materia

orgánica, compuestos inorgánicos, plaguicidas e hidrocarburos [1]. Al igual que

algunos micro-contaminantes que se adhieren al sistema ambiental, afectando el

suelo, el cual puede adquirir estos contaminantes por medio del aire o una inyección

directa sobre el recurso. Cuando las condiciones del suelo son óptimas para el

transporte y dispersión, los micro-contaminantes pueden alcanzar superficies de

agua, aguas subterráneas y sedimentos. Cuando se llevan a esos alcances, es

posible que otros organismos se vean afectados, como las plantas y los animales,

desenlazando una cadena de contaminación hasta llegar a los seres humanos.

Cuando se llega a dispersar un contaminante en un suelo y éste es agrícola, los

alimentos se ven afectados e infectados. Al ingerir algún alimento de este tipo se

pueden generar grandes afectaciones a la salud como lo son problemas

respiratorios, afectaciones en la piel, cáncer, entre otras [6].

La gran variedad de contaminantes han sido estudiados por su impacto al suelo y

los seres humanos, sin embargo, poco se ha estudiado sobre el recurso del suelo,

lo que hace compleja la gestión de los impactos en el medio, ya que normalmente

la forma de medir la pluma contaminante sobre el terreno, se realiza por medio de

apiques, donde la mayoría de las veces se gasta mucho espacio y no se llega a un

resultado final por las profundidades establecidas para estudiar [7].

19

2. JUSTIFICACIÓN

La dispersión de contaminantes no es muy estudiada en Colombia, las bases que

se tienen son muy simples y en algunos casos nulas. Este estudio de suelos se ve

muy limitado ya que la mayoría de los estudios se realizan para los sectores de agua

y aire, considerándose éstos como los ámbitos más relevantes en el tema de

ambiente, cuando en realidad el suelo es un recurso vital [8].

Es por esto que se ve la necesidad de realizar un estudio sobre la aplicabilidad de

las columnas de lixiviación para la determinación de la longitud de pluma

contaminante en el suelo, para ampliar los estudios realizados y explicar la

importancia que tiene la metodología en la simulación de contaminantes en este

recurso, ya que con el coeficiente de dispersión se puede estimar la velocidad con

la que se mueve un contaminante en el suelo y su desplazamiento.

.

20

3. OBJETIVOS

3.1. GENERAL

Determinar la aplicabilidad de la metodología columna de lixiviación para el cálculo

de longitudes de pluma contaminante en suelo.

3.2. ESPECÍFICOS

Determinar los parámetros físicos del suelo de las muestras tomadas.

Verificar la metodología de columna de lixiviación sobre dos tipos de suelos

diferentes.

Determinar la longitud de la pluma contaminante sobre un predio del municipio

de Acacías, Meta.

21

4. MARCO DE REFERENCIA

4.1. MARCO TEÓRICO

4.1.1. Suelo

El suelo es un material no consolidado producto de alteraciones meteorológicas o

metamorfismos de las rocas que evolucionan hasta formar parte de un sistema

natural superficial. Su formación no sólo depende de las rocas, también depende

de factores como el tiempo, relieve, organismos, material parental y el clima [9].

4.1.2. Factores de formación del suelo

En la década de los 40 se definieron los factores que definen la formación del suelo

mediante la ecuación 4.1 explicada a continuación [9]:

𝑺 = 𝒇(𝑪, 𝑴𝑷, 𝑶, 𝑹, 𝒕) (4.1)

Dónde:

𝑺: desarrollo del suelo

𝑪: clima

𝑴𝑷: material parental

𝑶: organismos

𝑹: relieve

𝒕: tiempo

Según la anterior ecuación, el desarrollo del suelo es función de la acción del clima

y de sus organismos asociados al material parental, bajo el control de un relieve

durante un tiempo determinado [9].

Los factores incluidos en la ecuación 1, son los factores de formación del suelo y

son los que controlan el accionar de los procesos pedogenéticos, tanto en su tipo

como en su intensidad, a continuación se analizan los factores de formación desde

el punto de vista del efecto que ejercen en la evolución del suelo [9].

22

4.1.2.1. Clima

Los componentes climáticos básicos que tienen mayor incidencia en la evolución

del suelo son: la precipitación (P) y la temperatura (T). El viento, en la medida que

condicione procesos de evaporación de agua desde la superficie del suelo, también

tiene un papel importante en la pedogénesis [9].

A parte de los anteriores componentes básicos, también hay un componente

derivado de ellos, que es tal vez, el más decisivo en la evolución del suelo y es la

evapotranspiración potencial (ETP). Ésta, determina la cantidad de agua necesaria

para suplir las necesidades de las plantas y de la evaporación [9].

Pedogenéticamente, las condiciones contrastantes de humedad y sequía favorecen

procesos de translocaciones en el suelo, en tanto que condiciones de humedad

permanente sin saturación favorecen las transformaciones y pérdidas, además, las

posibilidades de uso del suelo cambian con lo cual se afectan procesos relacionados

con la parte orgánica y biótica del mismo [9].

4.1.2.2. Material parental

Está compuesto por aquellos materiales que le dan origen, ya sea saprolitos

(algunos de los productos de las alteraciones de las rocas) o sedimentos no

consolidados, de cualquier procedencia y composición [9].

Los materiales parentales del suelo pueden provenir de materiales que

originalmente estaban consolidados, es decir, de rocas; éstas, desde el punto de

vista de su origen se clasifican en tres grandes grupos generales: rocas ígneas,

rocas sedimentarias y rocas metamórficas. Además, pueden provenir de materiales

no consolidados, es decir, de los sedimentos [9].

4.1.2.3. Organismos

En el suelo se presenta gran cantidad y variedad de los organismos conocidos que

constituyen su parte viva. . Los vegetales son organismos que controlan el aporte

de materia orgánico en el suelo, tanto en lo relacionado con la cantidad como con

la calidad o tipo de materiales adicionados; este material es uno de los más

importantes del suelo por el efecto que tiene en buena parte de sus propiedades [9].

23

El hombre como organismo, tiene una gran influencia en el suelo, puesto que utiliza

este recurso de varias formas y para muchos fines, se puede considerar como un

agente de formación de suelos, aunque con mucha frecuencia, en lugar de eso, lo

deteriora.

4.1.2.4. Relieve

El relieve puede considerarse de una forma simple, como un conjunto de formas

que se presentan en la superficie de la tierra. Su estudio compete a la

Geomorfología e implica establecer las relaciones que se den entre las formas de

la superficie terrestre (geoformas), los materiales asociados a dichas formas, el

efecto que tienen sobre ellas y los procesos que les han dado origen y que las han

remodelado a través del tiempo [9].

Desde un punto de vista con relación al suelo, los elementos del relieve que más

influyen son la inclinación y la longitud de las laderas, la posición geográfica y la

orientación. Así mismo, el relieve cumple con tres acciones fundamentales para la

evolución del suelo [10].

Transporte: gracias a la gravedad se genera el transporte de materiales sobre la

superficie o en el interior del suelo.

Características hídricas: el relieve influye directamente en la cantidad de agua

que accede o pasa a través del suelo. También influye en el drenaje, ya que éste

influye decisivamente en la textura.

Microclima: modifica las características del clima edáfico al influir en la

temperatura y la humedad en función a la inclinación, orientación y altitud.

4.1.2.5. Tiempo

El proceso de formación del suelo sobrepasa en mucho el tiempo que define una

generación humana; la edad del suelo se limita al tiempo durante el cual han

actuado los procesos pedogenéticos en él [9]. Para definir la edad del suelo se debe

tener claro que hay otras edades que se relacionan con ella como lo son:

La edad de las rocas que corresponde a la edad del periodo durante el cual se

formaron y que es del o anterior al terciario y mucho mayor que la del suelo.

La edad del material parental.

24

La edad del relieve; la geoforma en la cual se está desarrollando el suelo.

4.1.3. Relaciones básicas del suelo

Hablando de los aspectos físicos del suelo, se evidencia que está compuesto de

tres fases básicas: una sólida, otra líquida y otra gaseosa [9]. Para que el suelo

tenga una proporción ideal de las fases es necesario que esté distribuido de la forma

que se muestra en la gráfica 1.

Gráfica 1. Composición física ideal del suelo.

Fuente: [9].

Si se llegan a separar las fases del suelo se pueden hacer relaciones para

determinar algunas propiedades físicas [9]. Estas relaciones se pueden explicar a

continuación:

4.1.3.1. Fase sólida

La fase sólida es la más estable del suelo y por eso es la más representativa y la

más ampliamente estudiada ya que es una fase muy heterogénea, formada por

constituyentes orgánicos e inorgánicos [9].

Minerales: los minerales constituyen la base del armazón sólido que soporta al

suelo. De forma cuantitativa, la fracción mineral óptima representada en el suelo

es de un 45 – 49% de volumen, pero dentro de la fase sólida, para un suelo

representativo, representa un 90 - 99% [11].

25

Materia orgánica: dentro de la fase sólida del suelo también se encuentra la

materia orgánica, que corresponde a un porcentaje de 5%.

4.1.3.2. Fase líquida

Esta fase es caracterizada por la variabilidad en el espacio y tiempo, dicha

variabilidad está condicionada por las propiedades específicas que posee el agua,

por las características de los espacios en donde se encuentra y por las propiedades

que presenta el suelo que la sostiene. La dinámica del agua en el suelo se

encuentra relacionada con el exterior, es decir, a los aportes, como fuentes, lluvia o

infiltración, y en lo que se refiere a las pérdidas, como la evaporación o la

alimentación de las aguas subterráneas [9].

4.1.3.3. Fase gaseosa

Esta fase contiene la mezcla de gases que ocupa los espacios que la fase líquida

deja libres en la porosidad del suelo. La fase gaseosa presenta una marcada

similitud con la fase líquida del suelo debido a las características intrínsecas como

fluido. La atmósfera del suelo está limitada por la dinámica de los procesos

biológicos que se producen en relación a ella, y que se encuentran determinados

por el consumo de oxígeno y por la producción de CO2 que generan los

microorganismos y las plantas durante su proceso de oxidación [9].

4.1.4. Propiedades físicas del suelo

El suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos y gaseosos. La proporción

de los componentes de este, determina una serie de propiedades que se denominan

como propiedades físicas o mecánicas del suelo entre las cuales encontramos:

4.1.4.1. Textura

Es aquella propiedad que establece las cantidades relativas en que se encuentran

las partículas de diámetro menor a 2mm, es decir, la tierra fina en el suelo. Estás

partículas, llamadas “separados”, se agrupan en tres clases de acuerdo a su

26

tamaño: Arena (A), Limo (L) y Arcilla (Ar). El sistema de clasificación más aceptado

en nuestro medio es el que propone el USDA, el cual subdivide los separados en

los rangos que se exponen en la tabla 1.

Tabla 1. Clasificación de los separados de suelo según sistema USDA.

SEPARADO RANGO DE DIÁMETRO DE PARTÍCULA (mm)

mm µm

Arena muy gruesa 2 - 1 2000 - 1000

Arena gruesa 1 - 0.5 1000 - 500

Arena media 0.5 - 0.25 500 - 250

Arena fina 0.25 - 0.1 250 - 100

Arena muy fina 0.1 - 0.05 100 - 50

Limo grueso 0.05 - 0.02 50 - 20

Limo medio 0.02 - 0.005 20 – 5

Limo fino 0.005 - 0.002 5 – 2

Arcilla gruesa 0.002 - 0.0002 2 - 0.2

Arcilla fina < 0.0002 < 0.2

Fuente: [9].

El tamaño de las partículas que predominan en el suelo son las que determina la

textura del mismo, se dice que un suelo es de textura gruesa cuando las partículas

predominantes son de tamaño grande; en cambio, los suelos de textura fina son

aquellos cuyas partículas predominantes son las de menor tamaño.

Evaluación de la textura del suelo en campo

Este método consiste en establecer la clase textural del suelo, basada en la

observación de la respuesta de éste al ser sometido a manipulación en diferentes

estados de humedad, la cual está directamente relacionada con la proporción en

que están presentes los diferentes separados que lo componen [12].

Algunas propiedades que se observan para establecer la clase textural de un suelo

al tacto son: la sensación que se produce al frotar la muestra, la facilidad de formar

cintas y bolas con la muestra, la firmeza, la adhesividad o pegajosidad. La definición

de estas propiedades para las diferentes clases texturales se plantean en la tabla

2.

27

Tabla 2. Algunas características de las clases texturales del suelo al tacto.

TEXTURA TACTO CINTA BOLAS ADHESIVIDAD

Arenosa (A) Áspero No No No

Arenosa Franca (AF) Áspero Muy mala Mala Muy poca

Franco Arenosa (FA) Áspero Mala Mala Poca

Franca (F) Muy suave Mala Resistente Poca

Franca Limosa (FL) Suave Rizada Buena Media

Limosa (L) Harinoso Rizada Regular Poca

Franco Arcillo Arenosa

(FArA) Poco áspero Regular Buena Alta

Franco Arcillosa (FAr) Suave Regular Buena Alta

Franco Arcillo Limosa

(FArL) Suave Rizada Buena Alta

Arcillo Arenosa (ArA) Poco áspero Buena Buena Alta

Arcillo Limosa (ArL) Suave Buena Buena Alta

Arcillosa (Ar) Jabonoso Buena Firmes Muy alta

Fuente: [12].

4.1.4.2. Densidad

La densidad de un material se define como el peso que tiene dicho material, por

unidad de volumen. En el suelo, por ser un cuerpo poroso, se presentan dos

situaciones diferentes con respecto a la densidad: si se considera la masa de

partículas sólidas, se tiene la densidad real, pero si a parte de la masa de las

partículas se tiene en cuenta su organización, entonces se habla de densidad

aparente [9].

En la tabla 3 se puede evidenciar el intervalo típico de los valores de densidad

aparente y porosidad según el tipo de suelo.

Tabla 3. Intervalo típico de valores de densidad aparente y porosidad.

SUELO DENSIDAD APARENTE

(g/cm3)

POROSIDAD

(%)

Arenoso 1.55 – 1.8 32 – 42

Franco arenoso 1.4 – 1.6 40 – 47

28

Franco 1.35 – 1.5 43 – 49

Franco arcilloso 1.3 – 1.4 47 – 54

Arcilloso limoso 1.3 – 1.4 49 – 53

Arcilloso 1.0 – 1.3 51 – 55

Fuente: [13].

4.1.4.3. Porosidad

La porosidad total del suelo se denomina como el volumen de éste que no está

ocupado por sólidos, es decir, es el volumen que hay disponible en el suelo para los

líquidos o los gases [9].

Teóricamente se acepta como buena una porosidad promedia de alrededor de 50%.

Kaurichev (1984). Al interpretar la porosidad del suelo, se debe tener en cuenta que

si predominan los macro-poros, se va a presentar un drenaje y una aireación

excesiva y una baja capacidad de almacenamiento de agua [9]. La clasificación de

la porosidad total del suelo se presenta en la tabla 4.

Tabla 4. Calificación de la porosidad del suelo (Kaurichev, 1984).

POROSIDAD (%) CLASIFICACIÓN

˃ 60 Muy alta

50 – 60 Alta

40 – 50 Media

30 – 40 Baja

< 30 Muy baja

Fuente: [9].

La distribución del espacio poroso depende de la composición y arreglo de la

fracción sólida, es decir, de la textura, del contenido de materia orgánica y de la

estructura, definiéndose así dos tipos de espacios porosos, los cuales son [9]:

Micro-porosidad o Porosidad Textural: compuesta por el volumen de los

poros más finos que tiene el suelo y que, en su mayor cantidad se encuentran

en el interior de los peds1. Estos poros dificultan el movimiento del aire y retienen

gran cantidad de agua. Esto hace que los microporos cumplan una tarea de gran

importancia en la retención de agua en el suelo.

1 Peds: unidades del suelo que se pueden presentar en bloque, columna o gránulos.

29

Macro-porosidad o Porosidad Estructural: es el volumen de poros grandes

del suelo que se encuentran en mayor proporción, ubicados en los peds .A

diferencia de los microporos, los macroporos facilitan la percolación el agua y el

movimiento del aire. La tarea más importante de estos poros es la aireación y el

drenaje interno del suelo.

4.1.4.4. Color

El color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida

indirecta de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad; el

color rojo indica la presencia de óxidos de fierro y manganeso; el amarillo indica

óxidos de fierro hidratado; el blanco y el gris indican que hay presencia de cuarzo,

yeso y caolín, además pueden indicar malas condiciones de drenaje y bajos

contenidos de materia orgánica y arcillas; y por último, el color negro y marrón indica

que el suelo tiene materia orgánica [9].

4.1.5. Horizontes del suelo

El desarrollo, manifestación y diferenciación de los horizontes constituyen el perfil

del suelo. Los horizontes edáficos son franjas “paralelas” a la superficie del terreno

y representan un volumen [14].

Generalmente bastan tres propiedades físicas para identificarlos, como son: el color,

la textura y la estructura. Las dimensiones verticales pueden ser en centímetros y a

menudo decimétricas o métricas, mientras que las dimensiones laterales pueden sr

decimétricas y hectométricas o kilométricas. Los horizontes no son infinitos, pueden

desaparecer de forma lateral o ser transformados en otro horizonte [14].

La posición de un horizonte respecto a la interfase entre el polipedón y la atmósfera

es de gran importancia ya que de eso depende la acumulación de materiales

orgánicos, los flujos térmicos o hídricos que lo alcanzan o lo atraviesan, la masa de

los horizontes subyacentes que pesan sobre él, la penetración debida a las raíces

y los animales, y a casi todas aquellas condiciones que regulan su evolución y su

funcionamiento [14].

Los horizontes se calcifican en nomenclatura “O, A, E, B y C”.

Horizonte O: corresponde a una capa dominada por materiales orgánicos que

generalmente se encuentra en la superficie del suelo.

30

Horizonte A: se encuentra en la superficie cuando ha desaparecido el “O”, o

bien, por debajo de éste; se caracteriza por presentar acumulación de materia

orgánica humificada, íntimamente mezclada con el material mineral del suelo;

generalmente es el resultado de actividades de laboreo o pastoreo así como de

la actividad de los macro y microorganismos.

Horizonte E: se caracteriza por presentar pérdidas generalmente de arcilla

silicatada, aluminio o alguna combinación de estos que deja una concentración

de partículas de cuarzo u otros minerales resistentes del tamaño de la arena y

el limo.

Horizonte B: es un horizonte mineral que se desarrolla por debajo de alguno de

los horizontes anteriormente mencionados; generalmente se pierde vestigio del

material parental del suelo y se observan algunos de los siguientes rasgos:

acumulaciones, remociones y/o recubrimientos.

Horizonte C: es una capa muy poco afectada por procesos pedogenéticos; está

formada por sedimentos como fragmentos de roca poco consolidados,

acumulaciones de sílice, carbonatos, yeso, etc.

Horizontes transicionales: son aquellos que poseen características

subordinadas de otro, por ello se nombran con dos letras mayúsculas, por

ejemplo AB, EB, BE o BC.

4.1.6. Relaciones granulométricas y de volumen

En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa.

La fase líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos

(Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs).

Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo permiten avanzar

sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de

plasticidad del conjunto. En los laboratorios de mecánica de suelos puede

determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras

secas al horno y la gravedad específica de las partículas que conforman el suelo,

entre otras [15]. En la ilustración 1 se evidencia un esquema de una muestra de

suelo y cómo es el modelo de sus tres fases.

31

Ilustración 1. Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases.

Fuente: [15].

4.1.6.1. Fases, volúmenes y pesos

En el modelo de fases se aíslan volúmenes V y pesos W así: volumen total VT,

volumen de vacíos Vv (espacio no ocupado por sólidos), volumen de sólidos VS,

volumen de aire VA y volumen de agua VW [13].

𝑽𝑻 = 𝑽𝑽 + 𝑽𝑺 (4.2)

𝑽𝑽 = 𝑽𝑨 + 𝑽𝑾 (4.3)

En pesos, el del aire se desprecia por lo que WA = 0. El peso total del espécimen o

muestra WT es igual a la suma del peso de los sólidos WS más el peso del agua WW.

𝑾𝑻 = 𝑾𝑺 + 𝑾𝑾 (4.4)

En la ilustración 2 se puede evidenciar un esquema de una muestra de suelo en

tres fases o húmedo.

Ilustración 2. Esquema de una muestra de suelo en tres fases o húmedo.

Fuente: [15].

32

Volumen del suelo

Para determinar el volumen del suelo primero es necesario estimar unos datos

previos, para esto se usarán las ecuaciones 4.5, 4.6 y 4.7, mostradas a

continuación:

𝑷𝑾𝟏 = 𝑷𝒑𝒘 − 𝑷𝒑𝒔 (4.5)

Dónde:

𝑷𝒑𝒘: peso picnómetro con agua

𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo

𝑷𝑻𝟐 = 𝑷𝒑𝒘 + 𝑷𝒑𝒔 + 𝑷𝒔𝒔 (4.6)

Dónde:

𝑷𝒑𝒘: peso picnómetro con agua

𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo

𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco

𝑷𝑾𝟐 = 𝑷𝑻𝟐 − (𝑷𝒑𝒔 − 𝑷𝒔𝒔) (4.7)

Dónde:

𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo

𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco

Finalmente se halla el volumen del suelo con la ecuación:

𝑽𝒔 = 𝑷𝑾𝟏 − 𝑷𝑾𝟐 (4.8)

Volumen del cilindro

Es necesario hallar el volumen del cilindro para determinar la densidad aparente,

para hallarlo se usa la ecuación 4.9, mostrada a continuación [13]:

33

𝑽𝒄 = 𝝅𝒓𝟐𝒉 (4.9)

Dónde:

𝝅: pi

𝒓𝟐: radio al cuadrado

𝒉: altura del tubo

4.1.6.2. Relaciones de volumen

Densidad real

Es la relación entre la unidad de peso y la unidad del volumen de la fase sólida del

suelo, siendo constante ya que está determinado por la composición mineralógica

y química de la fase sólida [16].

Para la determinación de la densidad real se parte de la ecuación 4.10, mostrada a

continuación:

𝑫𝒓 =𝑷𝒔𝒔

𝑽𝒔

(4.10)

Dónde:

𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco

𝑽𝒔: volumen del suelo

Densidad aparente

La densidad aparente se define por unidad de volumen (g.cm3 o t.m-3). Esta

propiedad, describe la compactación del suelo, representando la relación entre

sólidos y el espacio poroso. Es una forma de evaluar la resistencia del suelo a la

elongación de las raíces [16].

Para evaluar la densidad aparente se utiliza el método del cilindro biselado, en el

cual se introduce el cilindro en la porción del suelo que se desea muestrear de forma

34

cuidadosa, para que la muestra no sufra alguna alteración. Se retira el cilindro lleno

con suelo y se sella para llevarlo al laboratorio.

Para la densidad aparente se aplica la ecuación 4.11, expresada de la siguiente

forma:

𝑫𝒂 =𝑷𝑺𝑺

𝑽𝒄

(4.11)

Dónde:

𝑷𝑺𝑺: peso del suelo seco 𝑽𝒄: volumen del cilindro

Porosidad

La porosidad del suelo depende de la textura, estructura y de la actividad biológica

del suelo. Esta propiedad, viene representada por el porcentaje de espacios

existentes en el mismo frente del volumen total.

El cálculo de porosidad puede hacerse mediante los valores de densidad que

anteriormente se consideraron, de forma que la masa de la fase sólida de un

volumen unitario vendría expresada por el valor de la densidad aparente, que se

muestra a continuación [13]:

𝑷(%) = (𝟏 −𝑫𝒂

𝑫𝒓) 𝒙 𝟏𝟎𝟎

(4.12)

Dónde:

𝑫𝒂: densidad aparente

𝑫𝒓: densidad real

Humedad

El suelo se comporta como un depósito, al cual se le puede determinar la cantidad

de agua que se encuentra almacenada. La humedad es muy dinámica y depende

del clima, la vegetación, la profundidad del suelo y las características físicas [13].

35

Para hallar la humedad se debe aplicar la ecuación 4.13, como se muestra a

continuación:

𝜽(%) =𝑷𝒔𝒉 − 𝑷𝒔𝒔

𝑷𝒔𝒔𝒙𝟏𝟎𝟎

(4.13)

Dónde:

𝑷𝒔𝒉: peso suelo húmedo

𝑷𝒔𝒔: peso suelo seco

4.1.6.3. Conductividad hidráulica (Ksat)

La conductividad hidráulica del suelo es una propiedad física que describe su

capacidad para transmitir agua e indirectamente oxígeno en el suelo. Es una de las

principales propiedades determinadas en las muestras alteradas, debido a que es

una medición indirecta de la estabilidad estructural del mismo o del grado de

compactación que tiene.

La conductividad hidráulica del suelo se determina en laboratorio, midiendo el

tiempo que gasta en pasar un volumen determinado de agua a través de una

columna de él, saturado con agua. Su determinación se hace por medio de la

ecuación 4.14, que se evidencia de la siguiente forma [13]:

𝑲𝒔𝒂𝒕 (𝒄𝒎/𝒉) = (𝑽

𝑨 ∗ 𝒕∗

𝑳

𝑯)

(4.14)

Dónde:

𝑽: volumen de agua que pasó por la

muestra (cm3)

𝑨: área de la tubería (cm2)

𝒕: tiempo en que se vació el agua

(min)

𝑳: longitud de la columna de suelo

(cm)

𝑯: altura de la lámina de agua (cm)

La tabla 5 es una guía para la interpretación de la conductividad hidráulica.

36

Tabla 5. Rango de conductividad hidráulica del Departamento de Agricultura de

los Estados Unidos.

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (CM/H) INTERPRETACIÓN

<0.0036 Muy baja

0.0036 a <0.0360 Baja

0.0360 a <0.360 Moderadamente baja

0.360 a <3.60 Moderadamente alta

3.60 a <36.0 Alta

≥36.0 Muy alta

Fuente: [13].

4.1.7. Lixiviación

La lixiviación consiste en la disolución del elemento de interés del mineral, por

acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en

condiciones apropiadas. Los procesos de lixiviación presentan diferentes sistemas

de operación, los cuales se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y

económicos. Algunos de esos factores son [17]:

Reservas de mineral.

Caracterización mineralógica y geológica.

Ley del elemento a recuperar.

Capacidad de procesamiento, entre otros.

4.1.7.1. Tipos de lixiviación

El mineral forma un lecho fijo de partículas que es bañado por una solución. El

agente lixiviante entra en contacto con el lecho mineral y a medida que va

descendiendo va diluyendo el material de interés. En este grupo de procesos se

distinguen los siguientes [17]:

Lixiviación in situ- in place: la lixiviación in situ consiste en la aplicación de

soluciones directamente a un cuerpo mineralizado, mientras que la in-place,

consiste en la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas

abandonas.

37

Ilustración 3. Lixiviación in situ.

Fuente: [17].

Lixiviación en pilas: este proceso permite disolver el cobre de los minerales

oxidados que los contienen, aplicando una solución de ácido sulfúrico y agua.

Ilustración 4. Lixiviación en pila.

Fuente: [17].

Lixiviación en bateas: consiste en unir un lecho de mineral con una solución

acuosa que percola e inunda la batea o el estanque.

Ilustración 5. Lixiviación en batea.

Fuente: [17].

Lixiviación en botaderos: el proceso consiste en lixiviar lastres o desmontes

de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes no pueden ser tratados

a través de métodos convencionales.

Ilustración 6. Lixiviación en botadero.

Fuente: [17].

38

4.1.8. Cromo (Cr)

Es un metal pesado de la primera serie de metales de transición, a lo que debe sus

principales propiedades químicas y bioquímicas. El cromo es un elemento natural

ubicuo, que se encuentra en rocas, plantas, suelos, animales y en los humus y

gases volcánicos. Puede funcionar con distintas valencias y en el ambiente se

encuentra en varias formas; las más comunes son las derivadas del cromo trivalente

o cromo (III), y las del cromo hexavalente. El cromo (III) es un nutriente esencial

para los seres humanos, en los que promueve la acción de la insulina. El cromo

metálico o cromo (0) y los derivados del cromo (VI), usualmente son de origen

antropogénico [18].

4.1.8.1. Cromo en el medio ambiente

Hay varias clases de cromo que difieren de sus efectos sobre los organismos. El

cromo entra en el aire, agua y suelo en forma de Cromo (III) y Cromo (VI) a través

de procesos naturales y actividades humanas. Se puede encontrar cromo en el

ambiente, después de ser liberado por industrias que utilizan cromo tales como,

industrias involucradas en la galvanoplastia, curtido de cuero, producción de textiles

y en la manufactura de productos a base de cromo [19].

La concentración de cromo en el aire en forma de material particulado puede

aumentar como resultado de la quema de carbón y petróleo, la producción de acero,

soldadura de acero inoxidable, manufactura de productos químicos y uso de

productos que contienen cromo. La contaminación de las aguas ocurre por la

descarga de desechos derivados de la manufactura de colorantes y pigmentos para

el curtido de cuero, la mayor parte de veces, el cromo se va al fondo y sólo una

pequeña parte se diluye en el agua. El suelo también puede contaminarse, debido

al depósito de residuos de la industria y cenizas de carbón provenientes de plantas

generadoras de electricidad [19].

Generalmente el cromo no permanece en la atmósfera, sino que se deposita en el

suelo y el agua. Este elemento puede cambiar de una forma a otra en el agua y en

el suelo, dependiendo de las condiciones presentes, sin embargo desde el punto de

vista ecológico, el cromo trivalente es un poco más fácil de degradar que el cromo

hexavalente [19].

39

4.1.8.2. Efectos del Cromo sobre la salud humana

Los efectos adversos del cromo en la salud humana dependen especialmente, del

grado de valencia de este elemento en el momento de la exposición y solubilidad

del compuesto. Las únicas formas de importancia en toxicología son el cromo VI y

el cromo III.

El cromo (III) es un elemento esencial para los organismos que interfieren en el

metabolismo del azúcar y puede causar problemas de corazón, cuando su dosis es

baja, por otro lado, el cromo (VI) es mayoritariamente tóxico para los organismos,

ya que puede alterar el material genético y ocasionar cáncer. Los efectos adversos

del cromo para la salud dependen, sobre todo, del estado de valencia en el

momento de la exposición y de la solubilidad del compuesto de que se trate. Las

únicas formas de importancia toxicológica son el cromo (VI) y cromo (III) [18].

Los compuestos de cromo (VI), que son fuertes agentes oxidantes, tienden a ser

irritantes, corrosivos y también son considerablemente más tóxicos que los

compuestos del cromo (III), si las dosis y la solubilidad son similares. Se ha

postulado que la diferencia en la toxicidad puede estar relacionada con la facilidad

con la que el cromo (VI) atraviesa las membranas celulares y con su subsecuente

reducción intracelular a intermediarios reactivos [18].

El cromo VI es conocido porque causa varios efectos sobre la salud. Cuando es un

compuesto en los productos de la piel, puede causar reacciones alérgicas, como es

erupciones cutáneas. El problema de salud más común que ocurre en trabajadores

o personas expuestas al cromo, involucra a las vías respiratorias, los efectos

incluyen irritación del revestimiento del interior de la nariz, secreción nasal y

problemas para respirar: asma, tos, falta de aliento, respiración jadeante. Las

personas pueden desarrollar alergias a compuestos de cromo, lo que puede

producir dificultad para respirar y salpullido en la piel. El efecto principal que se

observa al ingerir compuestos de cromo (VI) son irritación y úlceras en el estómago,

en el intestino delgado, se puede presentar anemia; la ingesta de sales de cromo

(VI) puede ocasionar lesiones graves o, incluso la muerte. Los compuestos de

cromo (III) son mucho menos tóxicos y no parecen causar esos problemas [18].

40

4.1.9. Movimiento de contaminantes en el suelo

Una vez que los contaminantes yacen en el suelo, a dónde van y cuál es la rapidez

con la que se dispersan o viajan, depende de varios factores. Algunos

contaminantes orgánicos pueden sufrir cambios químicos o una degradación en

productos que en ocasiones pueden ser más o menos tóxicos que su original, estos

compuestos al transformarse son más fáciles a la absorción por las plantas o por

los mismos animales [20].

Los diferentes tipos de contaminantes varían su desplazamiento a:

Finalizar en el agua que se encuentra retenida en el suelo o en las mismas aguas

subterráneas yacentes en el territorio.

Adherirse al suelo.

Evaporar en el aire.

Las características que posee el suelo también es un factor fundamental en la

perturbación del destino de los contaminantes (movimiento), dichas características

incluyen las siguientes [20] :

pH del suelo

Niveles de humedad

Temperatura

Mineralogía del suelo

Niveles de materia orgánica

Presencia de productos químicos

Todos los métodos disponibles para llegar a la determinación de los parámetros

necesarios de la distribución de las concentraciones, se basan en soluciones

analíticas de la ecuación de transporte de solutos. Por lo que se realiza una

explicación de la ecuación de transporte [21].

4.1.10. Ecuación del Transporte de solutos

Al aplicar el agua que contiene un trazador disuelto en un perfil del suelo libre y

añadir más de la solución, la parte delantera del trazador cerca de la superficie se

va a dispersar cada vez más debido a los efectos combinados de difusión y

convección [21]. El transporte del trazador disuelto está constituido de tres

componentes que serán explicados a continuación.

41

4.1.10.1. Convectivo o transporte de masa (Jm)

Hace referencia al movimiento pasivo del trazador disuelto con chorro de agua en

el suelo. Al haber una falta de difusión, el agua y el movimiento del trazador van a

tener la misma velocidad [21].

𝑱𝒎 = 𝒒 ∗ 𝑪 (4.15)

Dónde:

𝒒: Densidad de flujo de un fluido volumétrico

𝑪: Volumen de la concentración del soluto

4.1.10.2. Transporte difusivo (JD)

La difusión es un proceso espontáneo que se da por la agitación térmica natural de

iones y moléculas disueltas [21]. Este transporte difusivo en el suelo tiende a

disminuir los gradientes de concentraciones existentes, y en analogía de la ley de

Fick, se puede describir mediante la siguiente ecuación:

𝑱𝑫 = −Ѳ 𝑫𝒎 𝒅𝑪

𝒅𝒙

(4.16)

Dónde:

Ѳ: Contenido volumétrico del agua

𝑫: Coeficiente de difusión iónica o molecular del medio poroso

𝒙: Distancia

4.1.10.3. Transporte dispersivo (Jh)

El transporte dispersivo es el resultado del hecho que las velocidades locales fluidas

por los poros interiores individuales y entre los poros de formas, tamaños y

direcciones diferentes, se desvían de la velocidad media del agua.

Es un proceso pasivo que, a diferencia de la difusión, se produce sólo durante el

movimiento del agua. Debido a la naturaleza pasiva del proceso de dispersión, el

término dispersión mecánica es utilizado para describir la mezcla causada por las

42

variaciones locales de la velocidad [21]. Se ha mostrado que el transporte dispersivo

puede ser descrito por una ecuación similar a la ecuación 4.17 para la difusión.

𝑱𝑫 = −Ѳ 𝑫𝒎 𝒅𝑪

𝒅𝒙

(4.17)

Dónde:

𝑫: Coeficiente de dispersión mecánica

𝑫𝒉 = 𝝀𝒗𝒏 (4.18)

Dónde:

𝝀: Dispersividad

𝒗: Velocidad media intersticial o de agua de poro

𝒏: Constante empírica aproximadamente igual a 1.0

4.1.11. Coeficiente de dispersión

El coeficiente de dispersión es la relación entre la desviación de las partículas

respecto a la dirección inicial del movimiento, provocada por la interacción con un

sistema llamado dispersor [22]. Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los

poros dan lugar a velocidades que difieren de unos puntos a otros. Además, también

hay variaciones de velocidad en un mismo poro, en donde la velocidad es más

pequeña cerca de la pared del poro [22]; este mecanismo es llamado dispersión

mecánica, que puede ser expresada por la siguiente ecuación:

𝑭𝒉 = −𝜽𝑫𝒉

𝝏𝑪

𝝏𝒛

(4.19)

Dónde, Fh es el transporte dispersivo y Dh es el coeficiente de dispersión mecánica,

que está linealmente relacionado con la velocidad de flujo, según la expresión:

𝑫 =∝∗ 𝒗 (4.20)

Dónde v es la velocidad media del agua. Este coeficiente es normalmente llamado

dispersividad. Gracias a que las partículas del suelo se pueden mover libremente,

se puede calcular dos tipos de dispersión: transversal (𝑫𝒕) y longitudinal (𝑫𝒍). La

43

forma más adecuada para describir estos fenómenos es la ecuación advección-

dispersión, la cual se muestra a continuación [22]:

𝝏𝑪

𝝏𝒕= −𝒗 (

𝝏𝑪

𝝏𝑿)

𝒕+ 𝑫𝒍 (

𝝏𝟐𝑪

𝝏𝑿𝟐)

𝒕

(4.21)

Dónde:

𝑪: Concentración

𝒕: Tiempo

𝑿: Distancia en la dirección de flujo

𝒗: Velocidad de flujo en los poros

𝑫𝒍: Coeficiente de dispersión

longitudinal

La solución analítica de la ecuación 18 viene dada de la ecuación 4.22, explicada a

continuación [22]:

𝑪(𝑳, 𝒕) = 𝑪𝒊 +𝑪𝟎 − 𝑪𝒊

𝟐[𝒆𝒓𝒇𝒄 (

𝑳 − 𝒗𝒕

√𝟒𝑫𝒍𝒕) + 𝐞𝐱𝐩 (

𝑳𝒗

𝑫𝒍) 𝒆𝒓𝒇𝒄 (

𝑳 + 𝒗𝒕

√𝟒𝑫𝒍𝒕)]

(4.22)

Dónde:

𝑪: Concentración del elemento en el final de la columna

𝑪𝒊: Concentración inicial de este elemento en la solución de relleno de la columna

de los poros

𝑪𝟎: Concentración de la solución en la parte superior de la columna.

𝒆𝒓𝒇𝒄: Función de error complementaria

𝑳: Longitud de la columna

𝒕: Tiempo

𝒗: Velocidad real

𝑫𝒍: Coeficiente de dispersión

La determinación experimental de los coeficientes de dispersión ha sido

desarrollada por Batta & Murty (1982); Robbins (1989), Pisani & Tosi (1994); Jiao

(1993). Los métodos desarrollados son variados y van desde modelos matemáticos,

análisis estadísticos hasta métodos de experimentación a nivel campo y laboratorio.

44

La mayoría de los diseños experimentales de laboratorio son variantes del modelo

físico aplicado por De Josselin de Jong (1958) y Li&Lai (1966), los cuales utilizaron

columnas rellenas de material poroso, donde inicialmente se llena de agua

desplazándose hacia abajo, siendo marcada por un trazador que se añade de

manera constante en la parte superior. De esta forma se obtiene movimiento

unidireccional y mediante la aplicación de fórmulas se es posible determinar el

coeficiente de dispersión longitudinal [23].

A continuación en la ilustración 3, se muestra un ejemplo de la dispersión en un

medio poroso. La ilustración fue puesta como demostración de la dispersión de un

trazador obtenida del artículo “Estimation of transport hydraulic parameters in

loessic sediment, Argentina: Application of column tests” [22].

Ilustración 7. Ejemplo de dispersividad en una columna de suelo

Fuente: [24].

Esta ilustración muestra la curva de elución obtenida del experimento, en la cual se

representa la concentración relativa del soluto respecto del volumen de poros. Se

puede observar que a medida que va aumentando el tiempo, el trazador se va

acumulando hasta llegar a un punto de saturación y quedarse constante.

45

4.1.12. Método Monte Carlo

Las denominadas técnicas de remuestreo constituyen, sin duda, uno de los avances

más importantes en la investigación y el desarrollo de nuevos procedimientos

estadísticos. Estás técnicas permiten resolver de forma automática una clase más

general de problemas de análisis de datos que las técnicas estadísticas clásicas,

ofreciendo soluciones de especial interés en muchas situaciones en las que la

estadística clásica es poco eficaz [25].

El procedimiento Monte Carlo es utilizado para generar aleatoriamente, a partir de

un modelo de distribución teórica o de una muestra de datos observados, muchas

muestras de datos y, a partir de las muestras simuladas, evaluar el error estadístico,

estimar parámetros, y obtener el grado de significación de una prueba de contraste

de hipótesis [25].

Los métodos Monte Carlo inician en experimentos sobre series de números

aleatorios, como las generadas por el lanzamiento sucesivo de un dado o resultados

de una rueda de ruleta. El término Monte Carlo se generaliza por esta analogía con

los juegos de azar y empieza a utilizarse hacia 1944, casi al final de la segunda

guerra mundial, momento en que se inicia el desarrollo de estos métodos, al ser

aplicado por Fermi, von Neumann y Metropolis para dar solución a problemas

relacionados con la fisión nuclear [25].

Gordon (1980) señala que habitualmente se utiliza la denominación Monte Carlo

para describir cualquier método de cálculo que utilice números aleatorios, pero

autores como Rubinstein (1981), Ripley (1987) y Lwis & Orav (1989), subrayan la

conveniencia de utilizar este término sólo para usos específicos como la “integración

Monte Carlo” o el “muestreo Monte Carlo”, y utilizar el término “simulación

estocástica” para los experimentos que hacen uso de series de números aleatorios

generadas por ordenador [25]. Rubinstein destaca las siguientes diferencias entre

el método Monte Carlo y la simulación estocástica:

En el método Monte Carlo el tiempo no juega un rol tan importante como en la

simulación estocástica.

En el método Monte Carlo las observaciones, por norma, son independientes.

En la simulación, sin embargo, se experimenta con el modelo en el tiempo, y

como regla, las observaciones están correlacionadas serialmente.

En el método Monte Carlos es posible expresar la respuesta como función

simple de las variables estocásticas de entrada. En la simulación la respuesta

46

es habitualmente muy compleja y sólo puede ser expresada explícitamente por

el propio programa informático.

4.2. MARCO CONCEPTUAL

Adsorción: es la transferencia de un soluto en un gas o líquido hacia la superficie

de un sólido en donde el soluto es retenido como resultado de atracciones

intermoleculares con las moléculas sólidas [26].

Advección: se trata del fenómeno de transporte de la mancha de contaminante

asociado con las velocidades del cuerpo de agua [27].

Contaminación: es un cambio perjudicial en las características físicas, químicas o

biológicas del aire, agua o suelo, que puede afectar nocivamente la vida humana o

la de especies, los procesos industriales, condiciones de vida del ser humano y

puede malgastar y/o deteriorar los recursos naturales renovables [28].

Concentración: la concentración de una solución es la proporción o correlación

que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es

la sustancia que se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuelve al soluto y

la disolución es el resultado de la mezcla homogénea. [29].

Dispersión: los contaminantes al mezclarse con el suelo, tienden a disolverse con

sus componentes. La dispersión puede ser mecánica o hidromecánica. La

dispersión mecánica se presenta cuando el flujo de contaminante encuentra

barreras físicas u obstrucciones con los materiales gruesos, tomando distintas rutas

en el suelo. La dispersión hidrodinámica se presenta cuando el contaminante es

solubilizado por el agua del suelo y empieza a comportarse mediante propiedades

de flujo continuo, dentro de los primeros horizontes [30].

Edafogénesis: es un conjunto de procesos que intervienen en la evolución

progresiva de un sustrato rocoso hasta la configuración de un determinado tipo de

suelo. [9].

Elución: extracción de una sustancia absorbida desde un lecho poroso o columna

de cromatografía mediante un chorro de líquido o gas o mediante aplicación de

calor. [31].

47

Impacto ambiental: alteración o cambio neto parcial, positivo o negativo (adverso

o benéfico), en el medio ambiente o en alguno de sus componentes, resultante de

actividades, productos o servicios de una organización [32].

Pedogenético: está definida como el proceso de desarrollo del suelo. A finales del

siglo XIX, dos científicos afirmaron que la pedogenésis está controlada

principalmente por el clima y la vegetación [14].

Pluma de contaminación: es la concentración de contaminantes presentes en un

sitio o zona determinada, puede presentar un aumento del área contaminante,

mantenerse estable o reducir su área contaminada [33].

Taxonomía del suelo: clasificación de los suelos en función a varios parámetros

y/o propiedades que se desarrolla en niveles de orden, suborden, gran grupo,

subgrupo, familia y serie [34].

Trazadores: los trazadores son sustancias que se introducen en un sistema con el

fin de estudiar la evolución temporal y/o espacial de un determinado proceso

químico, físico, biológico o industrial, a través de su detección o medición [33].

Velocidad de un fluido: en el seno de un fluido newtoniano en movimiento por una

conducción, pueden distinguirse varias velocidades: velocidad local o puntual,

correspondiente a cualquier punto de un sistema de flujo en un momento dado;

velocidad media a través de una sección, relación existente entre el caudal

volumétrico y sección por la que éste circula, que se corresponde con la media de

las velocidades puntuales que circulan las distintas láminas por una sección [35].

4.3. MARCO LEGAL

Los suelos son sistemas complejos que se constituyen como un componente

fundamental del ambiente cumpliendo múltiples funciones y servicios ecosistémicos

vitales para la supervivencia del ser humano. Este recurso, ha sido tema de

regulaciones que responden a múltiples normas expedidas en cuanto a su uso y a

su protección debido a su valor.

48

4.3.1. Normatividad Colombiana

En Colombia la normatividad ambiental enfocada hacia la protección y el adecuado

uso del recurso del suelo es relativamente nueva. Los inicios de la normatividad

ambiental colombiana sobre este recurso se dan con la aparición de la Ley 2 de

1959 por la cual se establecen normas sobre la economía forestal de la Nación y la

protección de los suelos [36]. La tabla 6 ilustra de manera cronológica la

normatividad ambiental Colombiana en torno a la protección del suelo y la

regulación de sustancias químicas peligrosas.

Tabla 6. Normativa ambiental colombiana en torno a la protección y regulación del

suelo de sustancias químicas peligrosas.

NORMATIVA DESCRIPCIÓN

Ley 23 de 73

Establece los lineamientos para prevenir y controlar la

contaminación del medio ambiente y buscar el

mejoramiento, conservación y restauración de los recursos

naturales renovables, para defender la salud y el bienestar

de todos los ambientes del territorio nacional [37].

Ley 9 de 1979

Establece las normas generales para preservar, restaurar

y mejorar las condiciones sanitarias en relación a la salud

humana. Los procedimientos y medidas que se deben

adoptar para la regulación, legalización y control de las

descargas de residuos y materiales que pueden afectarlas

condiciones sanitarias del medio ambiente [38].

Decreto 2655 de

1988

Mediante el código de minas se establecen algunas

restricciones de la actividad minera, en especial en las

zonas de reserva natural, asentamientos humanos y en

zonas de producción hídrica; con el fin de prevenir los

riesgos a la salud y la contaminación de los suelos [39].

Decreto 1843 de

1991

Se reglamenta el uso y el adecuado manejo de plaguicidas

a nivel nacional incluyendo aproximaciones sobre

parámetros tóxicos y niveles de toxicidad [40].

49

Ley 99 de 1993

Se establecen regulaciones ambientales en torno a

actividades agropecuarias como el uso de agroquímicos,

especialmente lo referente a la importación, distribución,

producción y comercialización de pesticidas, acogiéndose

a convenios internacionales acogiéndose a convenios

internacionales [41].

Ley 388 de 1997 Ordenamiento territorial, que reglamente los usos del suelo

Política Nacional

para la Gestión

Integral Ambiental

del suelo (GIAS)

El objetivo es promover la gestión integral para la

conservación del suelo en Colombia, en las dimensiones

social, ecológica, económica y política, en un contexto en

el que confluyan la conservación de la biodiversidad y la

calidad del agua y del aire, el ordenamiento del territorio y

la gestión de riesgo, con el propósito de garantizar la

seguridad, autonomía y soberanía alimentarias del país,

una economía sostenible y el bienestar de los colombianos

[36].

Fuente: Autoras.

50

5. METODOLOGÍA

Para el cálculo de longitudes de la pluma contaminante en el suelo, fue necesario

realizar dos tipos de prueba: una prueba piloto y una prueba de campo.

La primera prueba se realizó con el fin de aplicar el ensayo de las columnas de

lixiviación, determinando si la metodología resultaba exitosa, además se realizó

para detectar las posibles fallas que se pudieran generar en el proceso. Una vez

finalizada la prueba piloto, se prosiguió con la prueba de campo. Esta prueba se

realizó con el propósito de rectificar la aplicación del ensayo y continuar con el

estudio realizando una simulación en el programa Matlab para el cálculo del

coeficiente de dispersión de contaminantes en un medio poroso.

En la ilustración 8 se puede observar el diagrama de flujo de la metodología aplicada

en el presente trabajo.

Ilustración 8. Diagrama de flujo de la metodología.

Fuente: Autoras.

51

Para cada una de estas pruebas ejecutadas se realizaron los siguientes

procedimientos.

5.1. SELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

5.1.1. Prueba piloto

Esta prueba piloto se llevó acabo en el Parque Nacional Enrique Olaya Herrera,

ubicado entre las Calles 36 y 39 con carrera 7ª localizado en la ciudad de Bogotá,

con coordenadas de 4° 37’ 29”N y 74° 03’ 58”O. La ilustración 9 muestra una imagen

satelital del parque.

El Parque Nacional parque cuenta con un perímetro de 8406,02m y se encuentra

ubicado en la ciudad de Bogotá en la vertiente occidental del sistema orográfico de

los cerros orientales. Al norte, el Parque limita con el río Arzobispo; al oriente se

encuentra delimitado por la divisoria de los cerros orientales, pasando por la iglesia

de Monserrate hasta el río San Francisco; al sur, por los predios de la sociedad

Funicular y el río San Francisco hasta el Chorro Padilla, y al occidente, por la

Avenida Circunvalar y los barrios la Perseverancia y la Macarena [42].

Su accesibilidad y las 238 hectáreas de extensión, fueron características influyentes

en la selección de la zona para la realización de las primeras pruebas, permitiendo

una gran facilidad en la ejecución de la extracción de muestras de suelo en

diferentes puntos del área.

Ilustración 9. Imagen satelital del parque Nacional Enrique Olaya Herrera.

Fuente: Google Maps.

52

De acuerdo con un informe realizado por el Instituto Geográfico Agustin Codazzi,

los puntos de muestreo se encuentra dentro de la unidad cartográfica MLS, en la

fase MLSg que corresponde a la consociación Typic Eutrudepts – Typic Hapludands

– Typic Placudands – afloramientos rocosos, el cual se encuentra localizado sobre

crestas y escarpes. Se identifica un suelo sobre crestas monoclinales, espinazos

estructurales y areniscas donde prevalecen suelos antrópicos con presencia de

remoción en masa o caída de rocas y limitantes en la profundidad [43].

La proporción de materia orgánica es de media a alta con valores desde el 8% al

20%, cuenta con un pH extremadamente ácido y CIC de baja a alta (10 – 45

cmol+/kg).El suelo de Bogotá está constituido geológicamente por depósitos de

arcilla formados por la desecación de un antiguo lago, con estratos intermedios y

discontinuos de arenas y suelos orgánicos [43].

En cuanto a su clima, se evidencia un régimen bimodal, donde el valor promedio

anual es de 91,86 mm. Su distribución espacial muestra un aumento de la

precipitación en sentido nororiente. En general, las fluctuaciones de temperatura

son mínimas, se presenta un promedio multianual de 12,6”C, y la humedad relativa

promedio anual es de 80% [43].

5.1.2. Prueba de campo

Para realizar la prueba de campo se seleccionó otro tipo de terreno debido a que el

suelo extraído en el Parque Nacional fue muy arcilloso y no permitió que la totalidad

de las pruebas de trazadores fueran óptimas, se prosiguió a buscar un suelo que

fuera arenoso. En la búsqueda se halló un predio en Mosquera, pero al realizar el

laboratorio tampoco se obtuvieron resultados efectivos, por esto, se pasó a una

zona seca. Se escogió Acacias por la accesibilidad para sacar las muestras y

porque este parecía tener las condiciones adecuadas para el desarrollo del trabajo.

La zona que se seleccionó para esta prueba se encontraba en el municipio de

Acacias, Meta, ubicado en la parte central de la república de Colombia, sobre el

llamado piedemonte llanero, en la zona Noroccidental del Departamento del Meta.

En la ilustración 10 se evidencia cómo limita por el Norte con el municipio de

Villavicencio, alinderado por el río Negro o parte alta del Río Guayuriba, por el

Oriente limita a través de las veredas Dinamarca y San José de las Palomas con el

municipio de San Juan de Arama, por el Occidente con el municipio de Guamal y

53

por el Noroccidente con el municipio de Cubarral y el departamento de

Cundinamarca [44].

Se seleccionó un predio a las afueras del municipio, hacia el Oriente por la vía

Dinamarca. Las coordenadas del sitio son 3° 59’ 15,802”N, 73° 45’ 27,15”W, en la

ilustración 10 se evidencia la ubicación del municipio de Acacías.

El suelo está conformado por arenas, limos y arcillas aluviales, son superficies con

relieve plano y pendientes entre el 1 y el 3%. Está conformado por arcillas aluviales

con mantos de arenas eólicas localizados y capas de gravas a diferente

profundidad, está conformada por depósitos mixtos aluviales, son superficies

inclinadas con relieve ligeramente quebrado con pendientes que varían entre 7 y

12%, erosión ligera [45].

Ilustración 10. Localización municipio Acacias

Fuente: [44]

De acuerdo a un informe realizado por el Instituto Geográfico Agustin Codazzi, la

unidad cartográfica donde se ubica el punto de muestreo corresponde a la PVCa, la

cual corresponde a la consociación Oxic Dystropepts, fase 1-3%. Esta unidad se

q2w3 encuentra entre 400 y 900 m, las temperaturas son superiores a los 24ºC y

las precipitaciones son mayores a 2000 mm/año. El relieve es ligeramente plano a

ligeramente inclinado con pendientes menores a 7%.Los suelos presentan un

drenaje natural moderadamente excesivo y las texturas varían de finas a gruesas

[46].

54

En cuanto a la vegetación, la afectación ha sido notoria ya que algunas se ha

intervenido con actividades ganaderas de tipo extensivo y unas pocas se han

tomado para agricultura. Estas actividades han disminuido los nutrientes del suelo,

ha cambiado los niveles de saturación de aluminio intercambiable y causa la baja

retención de humedad [46].

La pedogénesis es moderada y formó perfiles de tipo A, B y C. El horizonte

superficial (Ap) tiene entre 5 a 15 cm de espesor, su color es pardo a pardo oscuro

y la textura es franco arenosa y sin estructura (grano suelto). En el horizonte B se

tiene un espesor de 100 c, su color es pardo amarillento y amarillo pardusco, y su

textura es franco arcillo arenosa con una estructura en bloques subgulares. El

horizonte C está constituido por fragmentos de roca con textura franco arcilloso

arenosa [46].

En la primera visita a campo se pudo observar el terreno y se definió el punto donde

se sacaron las muestras de suelo. La segunda y última visita que se realizó fue con

el fin de extraer la muestra faltante, usada para el análisis de contaminantes en el

suelo y comprobar el modelo. En la ilustración 11 y 12 se observa la imagen satelital

del municipio y el punto selecto para la extracción.

Ilustración 11. Imagen satelital del municipio de Acacias, Meta.

Fuente: Google maps

Ilustración 12. Imagen cercana del sitio de extracción del municipio de

Acacias, Meta.

Fuente: Autoras.

55

5.2. DISEÑO DE LA COLUMNA DE LIXIVIACIÓN

La construcción del prototipo se llevó a cabo mediante tubos de cloruro de polivinilo

(PVC), ya que estos tubos son muy fuertes y ayudan a conservar la muestra de

suelo inalterada. Los tubos de PVC contaron con un diámetro de 3” y diferentes

longitudes según la profundidad que fueron necesarias para tomar cada una de las

muestras. Para la prueba piloto se tomaron muestras a una profundidad de 0.50m,

mientras que para la prueba de campo se necesitaron diferentes longitudes (0.20,

0.40m y 0.60m).

Estas columnas se ubicaron sobre un soporte universal para montajes de laboratorio

(ilustración 13), compuesto por varilla de acero cromado y una base de acero de

aproximadamente 50 a 60cm de longitud, además se colocaron unos brazos

extraíbles para sostener la muestra y así mismo mantenerla en equilibrio.

En la parte superior del tubo se dejó una altura libre de 5cm para inyectar de forma

continua el fluido, y en la parte inferior de la columna se colocó una malla de plástico

con orificios de 1mm, esto se realizó con el fin de contener el suelo dentro de la

columna y no sufrir interrupciones con el flujo del lixiviado. En la parte baja del

montaje se ubicó un vaso precipitado de 1000ml para que allí se depositara el

lixiviado y se pudiera medir la conductividad.

El montaje que se ve en la ilustración 13 fue utilizado para la ejecución de la prueba

piloto y la prueba de campo.

Ilustración 13. Diseño básico de las columnas de lixiviación.

Fuente: Autoras.

56

5.3. EXTRACCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO

La extracción de las muestras de suelo tiene como fin dar desarrollo a dos

actividades, la primera consiste en la caracterización física del suelo que se

presenta en el lugar seleccionado y la segunda parte consiste en el estudio del flujo

y transporte de un trazador mediante una columna de lixiviación.

El método de muestreo seleccionado para ambas prácticas fue el aleatorio simple.

Para el desarrollo del trabajo se tomaron un total de dieciséis (16) muestras, de las

cuales nueve (9) fueron para la prueba piloto y seis (6) se tomaron para la prueba

de campo y la muestra restante fue utilizada para el análisis de contaminante. En la

ilustración 14 se puede observar cómo fue la extracción.

Ilustración 14. Extracción muestras de suelo.

Fuente: Autoras.

5.3.1. Prueba piloto

Para la prueba piloto se seleccionaron tres puntos diferentes dentro del área selecta,

en cuyo caso fue el parque nacional. Para cada uno de los puntos seleccionado se

tomaron muestras por triplicado a una profundidad de 0.50m, dando un total de

nueve como se puede observar en la ilustración 15. A cada una de las muestras se

les extrajo 0.10m para realizar el laboratorio de la caracterización física, los 0.40m

restantes fueron utilizados para la prueba de trazadores. Estas muestras de suelo

fueron recolectadas en tubos de PVC con un diámetro de 3” ya que son de un

material muy fuerte, facilitan la extracción y ayudan a conservar el suelo inalterado.

57

Ilustración 15. Esquema muestras extraídas.

Fuente: Autoras.

Al realizar la extracción de muestras de suelo en el parque nacional, se pudo

determinar el horizonte del suelo a la profundidad extraída, tal y como se evidencia

en la imagen16. Este suelo, cuenta con un horizonte O, o capa superficial del

horizonte A, de 5 cm de profundidad desde el nivel 0, formado por hojas, ramas y

restos vegetales; y un horizonte A, de 45 cm de profundidad, presentando un color

oscuro por la abundancia de materia orgánica descompuesta.

Ilustración 16. Horizonte del suelo del parque nacional

Fuente: Autoras

Parq

ue N

acio

nal E

nriq

ue O

laya

Herr

era

Punto 1

Muestra 1.1

Muestra 1.2

Muestra 1.3

Punto 2

Muestra 2.1

Muestra 2.2

Muestra 2.3

Punto 3

Muestra 3.1

Muestra 3.2

Muestra 3.3

58

5.3.2. Prueba de campo

Para la prueba de campo solamente se seleccionó un punto ya que el suelo no

sufría de plantaciones o actividades agrónomas que pudiera generar que fuera un

suelo no homogéneo. Se tomó una zona donde el suelo fuera libre de contaminantes

para que no sufriéramos alteraciones al momento de hacer el análisis de la pluma

contaminante, teniendo un suelo virgen y sabiendo la cantidad de contaminante que

se le inyecta en la muestra, es más sencillo realizar la simulación del mismo.

En la primera visita al área seleccionada se tomaron seis muestras, las primeras

dos se sacaron a una profundidad de 0.20m, las dos siguientes a una profundidad

de 0.40m y las dos últimas a una profundidad de 0.60m. Luego fue necesaria una

segunda visita para extraer la muestra faltante, la cual fue enviada a un laboratorio

para el análisis de la pluma contaminante.

De cada una de las parejas extraídas, se tomó una para análisis de trazadores y la

otra se tomó como “blancos” (se les da este nombre ya que solamente se aplicaron

para medir el tiempo que demoraba 1Lt de agua en filtrar por la columna de suelo),

lo que daba un total de tres muestras para trazadores y tres muestras para blanco,

todas a diferentes profundidades. Se realizaron las extracciones a diferentes

longitudes ya que se quería ver cómo era el comportamiento del trazador en las

diferentes capas del suelo.

Luego de terminar los laboratorios y ajustar el programa para que corriera la

simulación se realizó la extracción de la muestra faltante para el análisis de

contaminantes a una profundidad de 0.60m. A esta muestra se le inyectó una

cantidad de Cromo (VI) conocida para enviarla a un laboratorio y a la vez poder

hacer la simulación para luego comparar los resultados.

En la ilustración 17 se ve de una forma más clara el esquema de las muestras

extraídas. Muestra cómo se realizó la extracción y cantidad de las muestras que se

sacó por el punto seleccionado.

59

Ilustración 17. Esquema muestras extraídas.

Fuente: Autoras.

Al realizar la extracción de muestras de suelo, se pudo determinar el horizonte del

suelo a la profundidad extraída, tal y como se evidencia en la imagen18. Este suelo

a diferencia de la prueba piloto, no cuenta con un horizonte O ni con un horizonte

A, este suelo presenta un horizonte B desde el nivel 0, ya que se realizó en un punto

donde no se encontraba vegetación, ni rastros de raíces. Gracias a la información

suministrada por el laboratorio INGELABSP LTDA, se logró saber que a la

profundidad de 0,0 – 1,80m, el suelo cuenta con una textura arenosa, y de 1,80-

6,00m de profundidad el suelo es de color rojo con vetas blancas y grises, siendo

arcilla inorgánica de alta plasticidad.

Ilustración 18. Horizonte del suelo extraído en Acacias, Meta

Fuente: Autoras.

Munic

ipio

Acacia

s -

Meta

Punto 1

Muestra 1 (0.20m)

Muestra 2 (0.40m)

Muestra 3 (0.60m)

Muestra blanco 1 (0.20m)

Muestra blanco 2 (0.40m)

Muestra blanco 3 (0.60m)

Muestra para contaminante (0.60m)

60

5.4. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS

Una vez extraídas las muestras de suelo, se llevaron a uno de los laboratorios de la

Universidad Santo Tomás, sede principal, para realizar la determinación de

parámetros como: volumen de suelo, densidad real, densidad aparente, porosidad,

humedad, conductividad y textura. El procedimiento que se utilizó para la

determinación de estos parámetros, fue el mismo tanto para la prueba piloto como

para la prueba de campo, a excepción del método utilizado para hallar la textura del

suelo, ya que para la prueba de campo se acudió al laboratorio INGELABSP LTDA

que se encuentra ubicado en el municipio de Acacias.

Se inició el proceso cortando 10cm de las muestras de suelo extraídas (ilustración

19), consecutivamente esos 10cm de muestra fueron depositados en platos de

acero inoxidable, donde se tomaron registros de los pesos (ilustración 20). Luego

de tener los datos, las muestras se almacenaron en el horno del laboratorio de

suelos a una temperatura de 113°C por tres días, con el fin de extraer el contenido

de agua que se encontraban en ellas. Al pasar los tres días, se sacaron del horno y

se tomaron registros del peso de las muestras secas (ilustración 21), para

desarrollar las ecuaciones mencionadas en el marco teórico y hallar los valores de

los parámetros físicos. La determinación de la densidad del suelo real (ilustración

23) se llevó a cabo mediante el método más recomendado que es con el del

picnómetro, y la densidad aparente bajo el método del cilindro biselado [9].

Por otro lado, la determinación de la textura del Parque Nacional se realizó mediante

el método de campo de textura al tacto, poco preciso, pero de gran utilidad por su

fácil aplicación, ya que los métodos de laboratorio como el de Bouyoucos o de la

pipeta tienen un alto grado de complejidad y requieren equipos especializados [47].

Ilustración 19. Separación muestras

para parámetros físicos.

Fuente: Autoras.

Ilustración 20. Muestras de suelo

húmedas

Fuente: Autoras.

61

Ilustración 21. Secado muestras de

suelo.

Fuente: Autoras.

Ilustración 22. Registro peso de

muestras secas.

Fuente: Autoras.

Ilustración 23. Determinación de la densidad.

Fuente: Autoras.

5.5. APLICACIÓN DE COLUMNAS DE LIXIVIACIÓN

La metodología de las columnas de lixiviación explicada a continuación, se

desarrolló tanto para las muestras extraídas de la prueba piloto como para las de la

prueba de campo.

Principalmente se ubicó el montaje de las columnas como se evidencia en la

ilustración 24, explicado anteriormente en el ítem del diseño de la columna de

lixiviación.

62

Ilustración 24. Montaje de las muestras de suelo

Fuente: Autoras

Una vez situada la columna de suelo, se adiciona una solución como trazador,

elaborada con 0.05g de cloruro de sodio (NaCl) por el litro de agua depositada. Esta

mezcla fue inyectada en la parte superior de la columna dejando una lámina

constante de la sustancia de 5cm.

En la parte inferior del montaje se colocó un vaso precipitado para almacenar el

lixiviado, tomando de forma simultánea registros de la conductividad cada 10

segundos y el tiempo en que se demoró en pasar toda la sustancia por dicha

columna.

Para la prueba piloto se tomaron las mediciones de la conductividad cada 10

segundos en la parte inferior del montaje. Mientras que para la prueba de campo se

tomaron datos de conductividad en la parte superior e inferior, también se

registraron los datos cada 10seg y el tiempo que demoró en pasar la sustancia a

través de la columna.

Una vez obtenidos los datos de conductividad, se prosiguió a calcular varias

concentraciones con diferentes cantidades de NaCl como se evidencia en la tabla

7, con el fin de graficar la relación entre la conductividad y la concentración, obtener

R2 y la ecuación de la recta para hallar Y, que sería el dato de la concentración

como se puede observar en la gráfica 2. Al determinar la ecuación, se tomaron los

valores de la conductividad y se reemplazaron en la misma, obteniendo así valores

que representan las concentraciones. Estos datos finales fueron los que se

agregaron a el programa MatLab para el cálculo del coeficiente de dispersión que

se realizó con base a la solución analítica de la ecuación de advección – dispersión

63

que se muestra a en la ecuación 4.22, previamente explicada en el marco teórico.

Finalmente, con los datos calculados, se prosiguió a la realización de las gráficas

con sus respectivos análisis.

Tabla 7. Datos conductividad en laboratorio

Muestra Sal (gr) Agua (ml)

Concentración (mg/l)

Conductividad (mS/m)

Con sal Sin sal

1 0.02 200 100 88.6 14.92

2 0.03 200 150 115.2 14.59

3 0.04 200 200 165.1 15.2

4 0.05 200 250 187 14.73

5 0.05 250 200 145.9 15.05

Fuente: Autoras

Gráfica 2. Relación concentración vs conductividad

Fuente: Autoras.

5.6. ANÁLISIS DE CONTAMINANTE EN EL SUELO

Para el análisis de contaminantes, fue necesario tomar una muestra de suelo de

60cm y aplicarle un contaminante de cromo elaborado en el laboratorio de química

de la universidad Santo Tomás, sede principal.

Se trabajó con una solución de cromo (VI) preparada a partir de K2Cr2O7 (Dicromato

de potasio) con una concentración de 500mg/L.

y = 1.2911xR² = 0.9546

0

100

200

300

400

500

600

0 50 100 150 200 250 300 350 400

CO

NC

ENTR

AC

IÓN

(m

g/L)

CONDUCTIVIDAD (mS/m)

64

Para iniciar con la preparación de la solución se tomaron 4g de K2Cr2O7 y se

colocaron en el horno a una temperatura de 103°C durante una hora, con el fin de

eliminar la humedad que tenía el reactivo. Seguido a esto, se tomaron 1.414g del

reactivo K2Cr2O7 y se disolvieron en 1000mL de agua desionizada utilizando un

matraz aforado de 1000mL. Posterior a eso, se envasó la solución en un frasco de

ambar (ilustración 25) para evitar que se sufrieran alteraciones, ya que la muestra

es fotosensible y cualquier alteración afectaría la concentración inicial.

Ilustración 25. Almacenamiento del K2Cr2O7.

Fuente: Autoras.

Una vez terminado el contaminante, este fue inyectado en la parte superior de la

columna de suelo y en la parte inferior, se ubicó un recipiente con el fin de almacenar

el lixiviado. Una vez terminada la inyección, la muestra se llevó al laboratorio Agrilab,

reconocido por el Instituto Colombiano Agropecuario (ICA) como un laboratorio de

control de calidad de fertilizantes y acondicionadores de suelos de uso agrícola,

para determinar la concentración del cromo (VI) a diferentes profundidades de la

columna extraída (20, 40 y 60cm).

5.7. DESARROLLO DEL PROGRAMA ESTADÍSTICO

Para dar inicio al desarrollo del programa, fue necesario tomar registro de la

concentración del lixiviado proveniente de las columnas de suelo. Esos valores de

concentración de NaCl, fueron los que se ingresaron al programa de Matlab.

Principalmente se realizó una simulación, cuyo objetivo era la determinación del

65

coeficiente de dispersión del fluido inyectado en las columnas de suelo (NaCl). A

continuación, se explica bajo que método se ejecutó la simulación.

Los valores del coeficiente de dispersión longitudinal se determinaron mediante la

aplicación de una herramienta avanzada de análisis denominada MATLAB “Matrix

Laboratory”, en este software se ejecutaron las correspondientes simulaciones con

la ecuación advección-dispersión mencionada anteriormente en el marco

conceptual; gracias a la confección de un programa que trabaja bajo las condiciones

de Monte-Carlo.

El método de Monte-Carlo se aplicó al programa debido a que éste realiza una

simulación del modelo repetitivo con parámetros aleatoriamente muestreados a

partir de las distribuciones de probabilidad [48]. Es un modelo que se ejecuta en un

modo de lotes con una matriz generada aleatoriamente de valores de parámetros

como entradas y los valores de salida del modelo. Para el programa desarrollado

se hizo uso de la función rand(n), que permitió la generación de una matriz de n x n

con elementos de valores aleatorios entre 0 y 1; mediante la aplicación de esta

función, se obtuvieron valores aleatorios del Dl; trabajando con el método de Monte-

Carlo, donde cada vez que corría el programa el valor de Dl era diferente (valor

aleatorio).

Con el fin de saber cuál de esos valores aleatorios que arrojaba el programa era el

más certero, se vio la necesidad de utilizar la función RMSE que significa Error

Medio Cuadrático, la cual permitió identificar el valor de Dl más cercano a cero, y

por consiguiente el más acertado para el modelo. Sin embargo, el programa se

adapta a la técnica de estimación de incertidumbre de verosimilitud generalizada,

denominada comúnmente como GLUE; mediante esta función no se identifica

ningún conjunto de parámetros óptimos, sino que se selecciona un conjunto de

modelos de comportamiento donde cada modelo tiene una probabilidad (pseudo-

probabilidad) de ser la representación correcta del sistema analizado.

Se escogió la metodología GLUE para el programa, debido a que introduce el

concepto de verosimilitud en un contexto más amplio que el estadístico tradicional.

El procedimiento GLUE es un método de Monte-Carlo, que tiene como objetivo

identificar un conjunto de modelos conductuales (aceptables) dentro del universo de

posibles combinaciones modelo/parámetro. Para implementar GLUE, se realiza un

gran número de ejecuciones para un modelo particular con diferentes

combinaciones de los valores de parámetros, elegidos aleatoriamente de las

distribuciones de parámetros anteriores. Al comparar las respuestas predichas y

observadas, a cada conjunto de valores de parámetro se le asigna un valor de

66

verosimilitud, es decir, una función que cuantifica cuán bien es esa combinación de

parámetros (o modelo) simula el sistema.

Una vez obtenidos los coeficientes de dispersión del suelo arenoso, estos valores

fueron utilizados para ejecutar una última simulación, en la que se incluye el

contaminante cromo (VI).

En el programa se ingresaron los datos de velocidad del fluido en la columna de

suelo, el tiempo en que se demora su infiltración, la dispersión que presenta y por

supuesto el coeficiente de dispersión, que fue hallado en la primera parte de la

ejecución del programa. Esta simulación permitió hacer una proyección de la

cantidad de cromo que queda retenido en los poros del suelo a 0.20, 0.40 y 0.60m

de profundidad, determinando si la metodología aplicada anteriormente fue efectiva.

67

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS

A continuación, se presentan los resultados de la determinación de las propiedades

físicas del suelo, tanto para la prueba piloto como para la de campo. A su vez, se

expondrán los resultados de las pruebas de trazadores para ambas pruebas y los

análisis estadísticos que soportan el modelo del coeficiente de dispersión, el cual

fue determinado mediante el programa MatLab y se expondrán los resultados del

análisis de la muestra contaminada con Cromo (VI).

6.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTO

6.1.1. Propiedades físicas

Para determinar las propiedades físicas del suelo fue necesario hallar datos básicos

iniciales como el volumen del cilindro, el volumen de la muestra extraída, el peso

del suelo húmedo y seco, y el tiempo en que se demoró en pasar el fluido a través

de la columna. Todos los cálculos que se hallaron se pueden encontrar en el Anexo

A “Cálculo de parámetros físicos de la prueba piloto”. La tabla 8 resume los

resultados de las propiedades del suelo de las nueve muestras extraídas del parque

Nacional Enrique Olaya Herrera.

Tabla 8. Propiedades físicas del suelo de la prueba piloto.

Parámetro Profundidad

(cm)

Dr

(g/cm3)

Da

(g/cm3)

Ѳ (%) P (%) Ksat

(cm/h)

Velocidad

Muestra

1.1 41 2,83 1,31 34,83 53,72 0,47 0,013

1.2 32 2,80 1,33 34,98 52,48 4,87 0,139

1.3 41 2,71 0,98 53,92 63,90 6,29 0,117

2.1 41 4,02 1,11 46,73 72,38 - -

2.2 43 4,94 1,25 43,65 74,71 0,78 0,018

2.3 28 4,82 1,08 45,25 77,62 - -

3.1 35 3,12 1,24 48,77 60,19 6,90 0,141

3.2 37 3,25 1,29 42,69 60,43 0,54 0,013

3.3 38 3,04 1,14 47,98 62,48 0,72 0,015

Fuente: Autoras.

68

Tabla 9.Textura del suelo del Parque Nacional

Textura Clase

Textural

Arena (%) Limo (%) Arcilla (%) F Ar

28,6 43,6 27,8

Fuente: Autoras.

Se llevó una muestra al laboratorio nacional de suelos del IGAC para que realizarán

la determinación de la textura por Bouyoucos, una determinación más certera y

técnica, proporcionando el resultado que se evidencia en la tabla 9, de un suelo

franco arcilloso.

Los valores obtenidos de la densidad aparente varían entre 1g/cm3 y 1.3g/cm3,

indicando que es un suelo de textura fina, estos valores denotan que este suelo

arcilloso posee muchos nutrientes, materia orgánica y es ideal para el crecimiento

de las raíces [49].

Según la porosidad del suelo de Kaurichev, los resultados obtenidos corresponden

a un suelo con porosidad alta, un suelo medio con alta capacidad de

almacenamiento de agua ,lo que significa que en este suelo predominan los micro-

poros, al ser un suelo de este tipo, se obtiene la retención del agua de una forma

muy rápida y se consigue la saturación casi inmediata de los poros; este análisis es

apoyado con los resultados de la conductividad hidráulica, ya que la interpretación

de ésta fue moderadamente alta, explicando así la posibilidad que tiene el agua de

moverse dentro del suelo.

En cuanto la humedad, se obtuvieron resultados entre 34 – 53%, indicando que las

muestras se encuentran en un grado medio de humedad, es decir, el suelo no

presenta una gran retención de agua, sin embargo, hay que tener en cuenta que los

valores de la humedad no representa en sí la capacidad de almacenamiento del

suelo, esta se encuentra influenciada por factores como el clima, la textura o la

topografía [50].

A pesar de la buena porosidad obtenida y de los altos valores de conductividad

hidráulica, el fluido inyectado en las columnas de suelo demoró demasiado tiempo

en infiltrar, para dar explicación a eso es necesario tener en cuenta ciertos factores

69

que afectan en la infiltración, comenzando con la altura y volumen de la muestra, la

presión que aplicada por el tubo de PVC, la homogeneidad del perfil del suelo, las

condiciones superficiales del mismo, y la cantidad y tipo de coloides que se puedan

encontrar en éste [9]. Además, el suelo se puede ver afectado por las lluvias que se

presentaron en la ciudad, esto hace que las condiciones normales del terreno se

vean afectadas y el suelo no permita de manera fácil el paso del flujo debido a su

saturación.

Al encontrarse con un suelo altamente arcilloso (el 100% de las muestras

clasificaron en este tipo de textura), los contaminantes no se pueden infiltrar de

forma rápida, lo que hace que no se disperse con facilidad y sea más fácil aplicar

un tratamiento en la zona afectada. Cuando se encuentra un suelo de este tipo en

la agricultura, es necesario realizar un sistema de drenaje ya que cuando llueve se

retiene el agua en la superficie y genera inundaciones, dañando así los cultivos [51].

Por otro lado, al ser un suelo permeable, ayuda a que los minerales se mantengan

en el interior y el suelo sea rico en nutrientes, lo que hace que en algunos casos no

se requiera de abono o no se requiera de una forma tan seguida. Por estas

características, el suelo arcilloso es ideal para algunos cultivos [51].

6.1.2. Prueba de Trazadores

Con los datos obtenidos en la prueba de trazadores y con la ecuación de la recta

encontrada en Anexo C “Cálculo de trazadores para la prueba piloto”, se hallaron

los valores de concentración medida en cada una de las muestras extraídas para

los tres puntos seleccionados. A continuación se presentan las gráficas obtenidas

por los resultados de la prueba de trazadores para las muestras extraídas en los

diferentes puntos seleccionados en el parque nacional.

Punto 1

La gráfica 3 expone cómo la concentración medida de la muestra 1.1 aumenta de

forma lenta y presenta una tendencia diferente con respecto a las dos muestras

restantes ocasionada por una alteración que ocurrió en el momento de realizar el

laboratorio, ya que al cambiar el recipiente de almacenamiento del lixiviado, el

conductivímetro presentaba unas bajas en los datos; por el contrario, las muestras

70

1.2 y 1.3 presentan un comportamiento más homogéneo y logran encontrar su punto

de saturación entre los 130-140 mg/L.

El proceso de trazadores para las muestras 1.2 y 1.3 es aproximadamente ocho (8)

veces más rápido que el que presenta la muestra 1.1, debido al desplazamiento y

velocidad que presenta el fluido a través dentro del medio poroso. Descartando así

el resultado de la muestra 1.1 por errores en el ensayo o por diferencias de los

valores que se obtuvieron en comparación con los otros.

Gráfica 3. Concentración medida para el punto1.

Fuente: Autoras.

Punto 2

Para el punto número 2 solamente se obtuvieron resultados en una de las tres

muestras extraídas, ya que el fluido que se les inyectó nunca se infiltró en las

columnas de suelo, presentándose un estancamiento de 5cm de lámina de agua en

la parte superior del tubo de PVC. Dicho estancamiento pudo producirse por: el tipo

de suelo que se extrajo en el punto seleccionado, la saturación con la que contaba

la muestra, la presión del suelo en el tubo, error en el ensayo o en la forma de

manipular la muestra hasta realizar la práctica.

La gráfica 4 muestra cómo la muestra de suelo 2.2 fue alcanzando el punto de

saturación una vez que se ha superado la mitad del tiempo en que se empezó a

inyectar el fluido, dicha saturación se produjo cuando el fluido ocupo todo el espacio

de los poros, obteniendo así los mismos valores de concentración. También se

puede observar que el fluido se demora en realizar el proceso de infiltración, ya que

sólo hasta los 3000s aproximadamente se empezaron a generar datos, esto se

relaciona con la salida de agua de la columna de suelo. Luego de que empezó a

salir el trazador, la muestra demoró casi media hora para alcanzar su punto de

71

saturación, lo que demuestra que el paso del fluido a través de los poros no era

óptimo y eso interfirió con el tiempo que demoró.

Gráfica 4. Concentración medida para el punto 2.

Fuente: Autoras.

Punto 3

En la gráfica 5 se puede observar que el flujo inyectado en la muestra 3.1 se infiltra

de manera rápida, consiguiendo apresuradamente la saturación de los poros,

haciendo que la gráfica se vea constante desde un corto tiempo, sin embargo, para

las curvas de las muestras 3.2 y 3.3 les cuesta un poco más en llegar al punto de

saturación del poro, tardando cinco veces más que la primera muestra.

Al observar esta gráfica, se puede decir que las dos últimas muestras de suelo

presentan una mayor homogeneidad en los datos obtenidos, descartando los

resultados de la primera por errores en el ensayo o por el estado en el que se

encontró la muestra en el momento de la aplicabilidad de la prueba trazador.

Gráfica 5. Concentración medida para el punto 3.

Fuente: Autoras.

72

6.1.3. Comparación de muestras mediante análisis de varianza (ANOVA) en

MatLab

Mediante el software MatLab se realizaron gráficos en barras mostrando las

comparaciones entre las muestras, teniendo en cuenta ciertas propiedades físicas

del suelo como, la porosidad, la conductividad y la velocidad entre las muestras

triplicadas por cada punto como se evidencian en las gráficas 6, 7 y 8.

A su vez, fue necesaria la aplicación del método de análisis de varianza o más

conocido como ANOVA, para poder determinar si se presentaban o no, diferencias

significativas entre las medias de cada una de las muestras, y así poder corroborar

la semejanza o la discrepancia de los datos obtenidos en la metodología aplicada

para cada una de éstas. Este análisis se puede observar de forma más detallada en

el Anexo D.

En la gráfica 6, se puede observar con mayor claridad las diferencias que tienen las

muestras del punto 1 entre sí, constatando que hay una mayor semejanza entre las

muestras 2 y 3 con respecto a los tres parámetros, ya que se puede ver claramente

que la velocidad y conductividad que tiene la muestra 1 son demasiado bajas.

Gráfica 6. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 1.

Fuente: Autoras.

Para el punto Nº2, sólo fue posible realizar la comparación del parámetro de

porosidad como se puede observar en la gráfica 7, debido a que dos de las tres

muestras obtuvieron resultados nulos en la prueba trazadores. Esto pudo ser

ocasionado por algún error en el momento de implementar la práctica o porque la

muestra era tan arcillosa que no permitia el paso del fluido a través de la columna

de suelo.

73

Gráfica 7. Comparación de parámetro entre tres tomadas en el punto 2.

Fuente: Autoras.

De acuerdo con la gráfica 8, se puede determinar que las muestras 2 y 3 tienen una

mayor semejanza, se puede ver como la conductividad y velocidad de estas son

demasiado bajas con respecto a la muestra 1.

Gráfica 8. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 3.

Fuente: Autoras.

Para realizar el análisis en el programa Matlab, se utilizó el ANOVA (p=anova1 (y))

que permitió averiguar si diferentes grupos de una variable independiente tenían

diferentes efectos sobre la variable de respuesta y.

El propósito de la aplicación del análisis de varianza (ANOVA), fue el determinar si

los datos de concentración de las diferentes muestras tomadas en el mismo punto

presentaban medias aritméticas similares o diferentes. Esto con el objetivo de

identificar si realmente existe una relación de dependencia entre los datos de

estudio o no, en otras palabras, saber cuál de estas muestras cuenta con alta

diferencia significativa en sus datos y por lo tanto, descartarla para la determinación

del coeficiente de dispersión longitudinal. El valor P, refleja el grado de parecido

existente entre las medias que se están comparando, es decir, si el valor de P<0.05,

se rechaza la hipótesis de la igualdad de medias y se concluye que no todas las

74

medias poblacionales comparadas son iguales, en caso contrario si P>0.05, no se

puede rechazar la hipótesis de igualdad y no se puede afirmar que los grupos

comparados difieren en sus promedios poblacionales.

El número de muestras a comparar excedían de dos, en este caso la opción que se

consideró válida para la prueba estadística, fue el cálculo ANOVA, que realiza la

comparación entre grupos mediante la varianza de la variable numérica “y” o

variable dependiente en cada grupo de la variable categórica “x” o independiente.

Dicho en otras palabras, fue seleccionada esta técnica estadística ya que no se

tenían la misma cantidad de datos por grupo y al aplicar el ANOVA esa diferencia

de datos no interfería en análisis de varianza y se podía generar la comparación

entre las medias aritméticas.

La forma del ANOVA unidireccional del modelo trabajado en el programa fue:

𝒚𝒊𝒋 = 𝜶𝒋 + 𝜺𝒊𝒋 (4.23)

Con los siguientes supuestos:

𝒚𝒊𝒋= es una observación, en la que i representa el número de observación y j

representa un grupo diferente de la variable predictora y.

𝜶𝒋= representa la media de población para el grupo j

𝜺𝒊𝒋= es el error aleatorio, independiente y normalmente distribuido, con media

cero y varianza constante.

Con el ANOVA aplicado en las muestras y con el nivel de significancia de 0.05, se

determinó que la muestra 1.1 presentaba una gran significancia con respecto a las

muestras restantes del punto número 1, por lo cual se descartó esta muestra para

la determinación del coeficiente de dispersión. Igualmente, se determinó que la

muestra 3.1 contaba con una gran significancia con respecto a las demás muestras

tomadas en dicho punto, por lo que se llegó a la decisión de descartar esta muestra

para la aplicabilidad de la metodología. Sin embargo, cabe resaltar que debido a

que no se obtuvieron resultados en la prueba de trazadores para dos de las tres

muestras tomadas en el punto número dos, no se pudo realizar este análisis

estadístico.

A continuación, en la tabla 10 se exponen los valores de P< 0.05 para las relaciones

aplicadas. En el Anexo D “Análisis de MatLab para pruebas piloto” se pueden

75

observar todos los valores calculados por el ANOVA y los diagramas de bloques

que sustentan los resultados obtenidos.

Tabla 10. Valores de P para las muestras relacionadas por ANOVA.

MUESTRAS

RELACIONADAS P < 0,05 CLASIFICACIÓN

1.1 y 1.2 6.01-61 Significativa

1.1. y 1.3 3.57-69 Significativa

3.1 y 3.2 3.53-146 Significativa

3.1 y 3.3 3.53-146 Significativa

Fuente: Autoras.

En la tabla 11 se pueden observar las relaciones posibles con las muestras

obtenidas, con esos datos se pudo determinar qué muestras eran óptimas y cuales

se podían utilizar para el cálculo del coeficiente de dispersión. A partir del cálculo

de P se descartaron cuatro relaciones; buscando reducir la cantidad de datos y así

poder tener un cálculo más acertado del coeficiente.

6.1.4. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal

Para determinar el coeficiente de dispersión longitudinal fue necesario trabajar con

el promedio de las concentraciones de los puntos 1 y 3, con el fin de calcular un

único coeficiente para los tres puntos seleccionados. A continuación se exponen las

gráficas de las concentraciones en la ilustración 26. Todo el procedimiento para el

cálculo del coeficiente de dispersión se puede observar en el Anexo E “Cálculo del

coeficiente dispersión mediante MATLAB-prueba de campo”.

76

Ilustración 26. Promedios de concentración para los puntos de la prueba piloto.

Fuente: Autoras.

Las gráficas muestran cómo el comportamiento de las concentraciones va en

aumento hasta que el suelo llega a su punto de saturación y no es capaz de

acumular más, lo que genera que los datos sean constantes. A partir de estas

gráficas se generó el cálculo para obtener el coeficiente de dispersión longitudinal

para las columnas del suelo extraídas del parque Nacional Enrique Olaya, los cuales

se muestran en la tabla 11.

Tabla 11. Dl del suelo Parque Nacional determinado por MATLAB.

Muestra Error real Dl

(cm2/min)

Velocidad

(cm/min)

Dispersión

(cm)

Punto 1 0,0369 0,1770 0,128 1,382

Punto 2 0,0414 0,0158 0,018 0,877

Punto 3 0,0342 0,0119 0,014 0,850

Fuente: Autoras.

Como se puede observar en la tabla 12, en los suelos del punto 2 y 3 el valor del

coeficiente de dispersión longitudinal (Dl) fue similar, sin embargo, el suelo del punto

1 obtuvo un resultado mayor aunque no significativo. Los valores del coeficiente de

dispersión obtenidos de los suelos extraidos en el parque Nacional no presentaron

diferencias notorias según su localización.

77

En relación a las gráficas representadas en la ilustración 26, se puede observar que

para el punto 1 se tuvo el punto de saturación más rápido y a su vez, el coeficiente

de dispersión fue mayor, mientras que el punto 3 llegó a su punto de saturación en

un tiempo mucho mayor y su coefiiciente fue el más pequeño. Esto quiere decir que

estas dos variables son directamente proporcionales, a mayor velocidad, mayor es

el coeficiente.

Como el coeficiente de dispersión está en función de la velocidad, también está en

función de todas las carcterísticas y propiedades tanto hidráulicas como físicas que

posee el medio poroso, es por eso que los resultados obtenidos son similares, ya

que al realizar la caracterización de los suelos en los tres puntos diferentes, sus

resultados no fueron cambiantes.

Con base a los resultados obtenidos se puede mencionar que el suelo del parque

Nacional no permite que el contaminante pase a través de él de manera fácil, lo cual

genera una retención temprana de la solución a mínimas profundidades. También

hay que mencionar que comparando los valores de dispersividad de 0.45, 0.89 y

1.45 cm del artículo “Estimación de la dispersividad en un suelo arcilloso sorribado

en experimentos de transporte de columnas” [52], con los obtenidos en este trabajo,

se puede observar que tienen una gran similitud, por tal motivo se determinó que

los resultados de la prueba piloto fueron aceptables.

6.2. RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO

6.2.1. Propiedades físicas

Todos los cálculos que se hallaron se pueden encontrar en el Anexo B “Cálculo de

parámetros físicos de la prueba de campo”. La tabla 12 resume los resultados de

las propiedades del suelo de la única muestra extraída para la caracterización física.

Ésta se tomó de un predio del municipio de Acacias, Meta. Solo se hizo la

determinación para una muestra debido a que todas pertenecían al mismo punto de

extracción.

78

Tabla 12. Propiedades físicas del suelo de la prueba de campo.

Profundidad (cm)

Densidad P (%) Ѳ (%) Ksat

(cm/h) Velocidad (cm/min)

40

Real (g/cm3)

Aparente (g(cm3)

58,3 7,46 0,47 0,06

2,89 1,21

Fuente: Autoras

Tabla 13. Textura del suelo de Acacias

Textura Clase

Textural

Arena (%) Limo (%) Arcilla (%) AF

77,5 12,4 9,1

Fuente: Autoras

Para determinar la textura del suelo fue necesario recurrir al laboratorio INGELABSP

LTDA ubicado en Acacias, donde llevaron a cabo el estudio mediante el método de

granulometría, este método nos permitió indicar que el predio donde realizamos las

extracciones de las muestras es un suelo arenoso franco. Los resultados

proporcionados por el laboratorio se pueden observar en la tabla 13 y el documento

completo se evidencia en el Anexo B.

La porosidad que se obtuvo se encuentra en un rango excelente, lo cual indica que

hay mayor presencia de macro-poros, facilitando el drenaje de la columna y

disminuyendo la capacidad de almacenamiento de agua que tiene el suelo. Sin

embargo, su velocidad no fue tan alta, pero hay que tener en cuenta que existen

algunos factores que interfieren, como son: la altura de la muestra, la presión que

presenta el suelo y la homogeneidad del horizonte del suelo, puesto que puede

haber vacíos a lo largo de la muestra que se extrajo.

En este tipo de suelo arenoso, el contaminante puede tener una mayor movilidad,

ya que el suelo es ligero y permite la infiltración de solutos de forma rápida

(dependiendo de la capacidad de retención de los poros), permitiendo que este

alcance grandes profundidades hasta tal punto que pueda llegar a los acuíferos que

se encuentran en el sector.

79

6.2.2. Prueba Trazadores

A continuación se presentan las gráficas que se obtuvieron de acuerdo a los

resultados arrojados por la prueba en campo en el municipio de Acacias, Meta.

La muestra Nº 1 se tomó a una profundidad de 0.20m. En la gráfica 9 se puede

observar como la muestra de suelo presenta una concentración constante luego de

tener una pequeña caída de los datos a los 1500 segundos (25 minutos), después

de ese tiempo, llega a su punto de saturación a los 3610 segundos (60 minutos)

arrojando una concentración de 18,7mg/L. El corto tiempo que demoró en pasar el

trazador demuestra que el suelo es lo suficientemente arenoso para permitir el paso

rápido del mismo.

Gráfica 9. Concentración medida - Muestra 1 (0.20m).

Fuente: Autoras.

La muestra N° 2 se tomó a una profundidad de 0.40m. El resultado que se obtuvo

se puede observar en la gráfica 10. Con base a la gráfica se puede decir que esta

muestra de suelo sufrió una elevación repentina en la concentración, esto se puede

deber a que se generó un estancamiento en la muestra, lo que generó un aumento

de la concentración. Su punto de saturación se muestra cercano a un valor de

2mg/L. En esta muestra se obtuvieron valores muy pequeños de concentración en

comparación con la número 1, resultado que fue ocasionado porque la mayor parte

de la concentración de NaCl quedo acumulada en la columna de suelo.

A pesar de que la muestra demoró aproximadamente hora y media en bajar y

consiguió su punto de saturación en el mismo tiempo, se evidenció que el suelo es

demasiado arenoso y eso ayudó a que se absorbiera el trazador en los poros de

forma rápida, a eso se debió la saturación inmediata.

80

Gráfica 10. Concentración medida - Muestra 2 (0.40m)

Fuente: Autoras.

El resultado obtenido para este punto se evidencia en la gráfica 11. La muestra Nº

3 tuvo una profundidad de 0.60m, en esa gráfica se muestra que la solución

inyectada atravesó la columna de suelo luego de haber pasado la mitad del tiempo

de la prueba realizada, sin embargo, una vez que la solución atravesó, se consiguió

de forma rápida la saturación de los poros, haciendo que la gráfica fuera constante.

Al igual en la muestra número 2, en la presente también se registraron valores

pequeños de concentración, esta muestra tuvo las concentraciones más bajas.

Igualmente, este resultado se debe a que la concentración de NaCl que se agregó

al fluido utilizado (H2O) quedo en su mayoría acumulada en el suelo, haciendo que

el fluido que atravesó la columna, llegara al recipiente con poca concentración.

Gráfica 11. Concentración medida - Muestra 3 (0.60m)

Fuente: Autoras.

81

6.2.3. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal

En este caso, para poder realizar el cálculo del coeficiente de dispersión no fue

necesario hacer un promedio de las concentraciones, ya que sólo se tenía una

muestra por punto, lo cual facilitó el trabajo ya que se pudo realizar el cálculo de

una forma directa. Al igual que para la prueba de trazadores, se graficaron las

concentraciones, sin embargo para esta se ignoraron los valores de 0 para cada

punto como se muestra a continuación en la ilustración 27. Todo el procedimiento

para el cálculo del coeficiente de dispersión se puede observar en el Anexo G

“Cálculo del coeficiente dispersión mediante MATLAB-prueba de campo”.

Ilustración 27. Curvas de concentraciones para los diferentes puntos de la prueba

de campo.

Fuente: Autoras.

Estas gráficas también muestran el comportamiento en aumento de las

concentraciones, hasta que el suelo llega a su punto de saturación y la

concentración se vuelve constante. Los cálculos del coeficiente de dispersión

longitudinal para las columnas del suelo extraídas del predio localizado a 3° 59’

15,802”N, 73° 45’ 27,15”W en el municipio de Acacias- Meta, se muestran en la

tabla 14.

82

Tabla 14. Dl del suelo Acacias – Meta determinado por MATLAB.

Muestra Error real Dl

(cm2/min)

Velocidad

(cm/min)

Dispersión

(cm)

0.20m 0,0245 0,6390 0,0941 6,7906

0.40m 0,0376 0,2522 0,0635 3,9716

0.60m 0,0698 0,3866 0,0468 8,2606

Fuente: Autoras.

Para las tres muestras extraídas en Acacias se obtuvieron los respectivos

coeficientes de dispersión longitudinal, observando que el mayor fue obtenido de la

muestra de 20cm con 0,639cm2/min, sin embargo los valores de los coeficientes no

fueron tan desiguales a pesar de que la dispersión fue muy distinta, esto se debe a

que según la ecuación [18] donde representa en una dimensión la determinación

del coeficiente de dispersión, los parámetros de dispersión y de velocidad de flujo

tienen una relación directa sobre este.

Los valores reportados para el predio seleccionado de Acacias sugiere la

intercalación de material con baja y alta conductividad, el valor más bajo se encontró

a los 40cm, mientras que los valores más altos están en los 20 y 60 de profundidad,

lo cual representa que hay un lente de material más conductivo, lo que quiere decir

que el contaminante en esas distancias va atravesar el medio poroso sin ninguna

dificultad.

Para este medio poroso (arenoso) se obtuvieron valores grandes del coeficiente de

dispersión, ya que dada las características del suelo, este permite que el

contaminante puede pasar a través de el sin ninguna dificultad.

6.2.4. Determinación de la concentración del cromo (VI)

Para dar un sustento de la metodología de columnas de lixiviación y la simulación

por medio del programa MATLAB, se sacó una muestra de suelo de 0.60m en el

predio de Acacias, Meta y a ésta se le inyectó una concentración de 500mg/L de

Cromo (VI). La muestra fue llevada a los laboratorios de AGRILAB, Servicios

Ambientales y Agrícolas, para que se determinara la concentración del

contaminante a diferentes profundidades, se tomaron las mismas de la prueba de

83

campo: 0.20m, 0.40m y 0.60m. Los resultados del laboratorio se pueden ver en el

Anexo H “Análisis de contaminante por Cromo (VI)”.

Una vez obtenidos los resultados de laboratorio, se continuó a realizar la simulación

en el programa MATLAB para hacer la comparación de datos y verificar si el

programa funcionaba de forma correcta y precisa. En la tabla 15 se pueden observar

los datos del laboratorio y de la simulación para las diferentes profundidades. La

simulación del Cromo (VI) se puede observar en el Anexo I “Simulación de

concentración Cromo (VI)”.

Tabla 15. Determinación de Cromo (VI).

Profundidades Cantidad Cromo por

AGRILAB

Cantidad Cromo por

MATLAB

Unidades

0.20m 124 85.83 Mg/kg

0.40m 43.5 214.02 Mg/kg

0.60m 231 256.30 Mg /kg

Fuente: Autoras.

Como se evidencia en la tabla 16, los valores de la concentración que se obtuvieron

en el laboratorio AGRILAB y los calculados por la simulación no evidenciaron una

gran similitud, sin embargo, hay que tener en cuenta que la ecuación de dispersión-

advección es analítica y eso hace que se tenga un margen de error. Este margen

de error se puede generar por un cálculo erróneo del comportamiento del

contaminante en el suelo. El cálculo que el programa cree correcto se da gracias a

que algunos parámetros de la ecuación son dados analíticamente, no son

calculados de una forma certera. En este caso el error se presenta en el valor de la

concentración de la solución en la parte superior de la columna (C0), éste al no ser

un número determinado en campo, sino siendo un valor estimado, y al estar

relacionado con la dispersión del contaminante de una forma directa, puede generar

modificaciones considerables en los resultados de la simulación.

En la tabla 16 se evidencia que a mayor profundidad, mayor es el valor de la

concentración, resultado que puede ser influenciado por la capacidad de

permeabilidad y retención que presente el suelo, la cual variará con la profundidad

del suelo y la textura. En este caso, al ser un suelo arenoso, la infiltración del

84

contaminante se presentará de forma rápida, reteniéndolo en profundidades donde

su compactación sea mayor.

Sin embargo, también se debe tener en cuenta que el pH, potencial redox,

composición iónica de la solución del suelo, capacidad de intercambio (catiónico y/o

aniónico), presencia de carbonatos, materia orgánica, textura entre otras, influyen

en la movilización de los metales pesados en el suelo. En general, los metales

pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías: la primera en

donde queda retenido en el suelo, ya sea disueltos en la fase acuosa del suelo u

ocupando sitios de intercambio; la segunda, específicamente adsorbidos sobre

constituyentes inorgánicos del suelo; la tercera, asociados con la materia orgánica

del suelo y la cuarta, precipitados como sólidos puros o mixtos [6].

Una vez en el suelo, los metales pesados pueden quedar retenidos en el mismo

pero también pueden ser movilizados en la solución del suelo mediante diferentes

mecanismos biológicos y químicos. Los metales pesados adicionados a los suelos

se redistribuyen y reparten lentamente entre los componentes de la fase sólida del

suelo. Dicha redistribución se caracteriza por una rápida retención inicial y

posteriores reacciones lentas, dependiendo de las especies del metal, propiedades

del suelo, nivel de introducción y tiempo [6].

85

7. CONCLUSIONES

▪ Al realizar el análisis de las características físicas del suelo y de los resultados

obtenidos por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, se llegó a la conclusión

que las muestras de la prueba piloto fueron de un suelo franco arcilloso, lo que

hizo que se dificultara la ejecución de trazadores en el laboratorio ya que se

retenía la concentración NaCl y agua en la superficie ocasionando una mala o

nula infiltración en la columna de lixiviación.

▪ Para la prueba de campo, con base a los resultados del laboratorio de

características físicas realizado en el laboratorio de la universidad Santo Tomás

y los obtenidos por el laboratorio INGELABSP LTDA, se determinó que el suelo

era franco arenoso, haciendo que la infiltración del trazador en la columna de

lixiviación no presentara inconvenientes y no se generara un estancamiento del

fluido inyectado en la superficie de la misma.

▪ Para la prueba de trazadores de la prueba piloto en el Parque Nacional, solo se

obtuvieron resultados de siete (7) de las nueve (9) muestras extraídas. Las dos

(2) muestras restantes estaban saturadas, posiblemente por las lluvias que se

presentaron en ese tiempo, lo que no permitió desarrollar completa la

metodología, esto se pudo dar debido a que el suelo es franco arcilloso y

presenta una porosidad alta, lo que genera una gran capacidad de

almacenamiento.

▪ Para la prueba de campo en Acacías, Meta, la metodología de columnas de

lixiviación funcionó en todas las muestras extraídas. Ya que la clase textural del

suelo es de tipo franco arenoso, el fluido no se retenía en los macro-poros,

permitiendo así una rápida infiltración y un menos tiempo de ejecución.

▪ Debido a la clase textural del suelo de Acacías, Meta y la prevalencia de macro

poros que tiene este suelo franco arenoso, no se genera retención sino que

ayudan a la infiltración y dispersión de un fluido o un contaminante en un tiempo

más corto; hasta que llegue a una profundidad donde el tipo de suelo sea

diferente y tenga una mayor impermeabilidad y compactación, reteniendo así el

contaminante. En base a los resultados del coeficiente de dispersión, se calculó

un valor máximo de 0,63 cm2/min, lo que comprueba la gran dispersión que tiene

este tipo de suelo.

86

▪ Al determinar la concentración de Cromo (VI), se llegó a la conclusión de que a

mayor profundidad mayor sería la concentración, ya que el registro más alto se

presentó a los 0.60m con un valor de 256,30 Mg/kg. A pesar de que los valores

de la concentración arrojados en la simulación no dieron iguales a los calculados

en los laboratorios de AGRILAB, la metodología se considera efectiva ya que

nos permitió tener una aproximación sobre el comportamiento del contaminante

en el suelo. Se debe tener en cuenta que la ecuación es analítica y algunos

parámetros de la ecuación se estiman, generando simulaciones erróneas en

cuanto al comportamiento del contaminante en el suelo.

87

8. RECOMENDACIONES

▪ Al momento de seleccionar la zona de estudio primero es recomendable extraer

muestras blancas para realizar el ensayo de infiltración y así comprobar si se

puede la realizar la prueba de trazadores. Esto se haría con el fin de trabajar con

el mismo tipo de suelo para la prueba piloto y la prueba de campo y así no tener

resultados tan variados.

▪ Para determinar si la metodología de columnas de lixiviación para el cálculo de

longitudes de pluma contaminante en suelo es certera, es importante realizar un

ensayo experimental o también llamado una prueba piloto para limitar los efectos

negativos. También es necesario realizar una prueba de campo para confirmar

la metodología.

▪ Para obtener un menor rango de error, se recomienda extraer varias muestras

de suelo por cada uno de los puntos seleccionados, así se puede hacer un

análisis estadístico y descartar las muestras que no sirven para la metodología

de columnas de lixiviación; por lo menos el 50% de los datos deben ser factibles.

▪ Para determinar el coeficiente de dispersión en el suelo se recomienda tomar

muestras a diferentes profundidades, así se podrá realizar un análisis más

completo y determinar si el coeficiente se ve afectado por las capas de este

medio. Hay que tener en cuenta que cuando se trabaja con un suelo agrícola,

sólo se pueden hacer análisis en profundidades próximas a los 20cm, ya que a

mayor profundidad el suelo estará muy compactado y será arcilloso.

▪ Es necesario manipular de forma adecuada las muestras de suelo extraídas para

que no sufran alteraciones en la humedad o en la compactación, es necesario

que el suelo esté igual a las condiciones iniciales.

▪ Cuando se quiera hacer una comprobación de la dispersión de un contaminante

es mejor usar un suelo virgen para que se introduzca una concentración

conocida del contaminante y sea más fácil realizar la simulación del mismo.

▪ Los equipos para las columnas de lixiviación deben estar inmóviles al momento

de registrar datos, ya que al generar algún tipo de movimiento los datos van a

ser alterados y no resultarán confiables para el desarrollo de la metodología.

88

ANEXOS

Anexo A “Cálculo de parámetros físicos de la prueba piloto”.

Anexo B “Cálculo de parámetros físicos de la prueba de campo”

Anexo C “Cálculo de trazadores para la prueba piloto”

Anexo D “Análisis de MatLab para prueba piloto”

Anexo E. “Cálculo de trazadores para la prueba de campo”

Anexo F “Cálculo del coeficiente de dispersión mediante MATLAB – Prueba Piloto”

Anexo G “Cálculo del coeficiente de dispersión mediante MATLAB – Prueba de

campo”

Anexo H “Análisis de contaminante – Cromo (VI)”

Anexo I “Simulación de concentración de Cromo (VI)”

89

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