ic 122 ingeniería geoambiental

INGENIERÍA GEOAMBIENTAL1

La ingeniería ambiental es la rama de la ingeniería civil que se encarga de evaluar,

evitar y solucionar problemas ambientales. Antes de 1970, esos esfuerzos se limitaron

en su mayor parte al diseño, construcción y operación de plantas de tratamiento de

aguas servidas para proteger las aguas superficiales de descargas contaminadas.

Posteriormente, ha crecido hasta abarcar un amplio rango de temas, incluyendo la

identificación y solución de variadas fuentes de desperdicios y otros contaminantes.

La ingeniería geoambiental, geotecnia ambiental, o geotecnología medioambiental, se

encarga de los problemas ambientales dentro del suelo y por lo tanto es a la vez un

campo de la ingeniería geotécnica y de la ingeniería ambiental. Este capítulo se centra

en la protección de los acuíferos de aguas subterráneas contra la contaminación, e

incluye la determinación de los tipos de materiales que son descargados, los procesos

por los cuales viajan a través del suelo y los métodos para remediar las áreas

contaminadas.

Los problemas con la contaminación del suelo empiezan a recibir atención general en

los Estados Unidos a finales de la década de los 70s. Dos de los más notables ejemplos

fueron el Canal Love en las Cataratas del Niágara en New York y el Arsenal de las

Montañas Rocosas, cerca de Denver, Colorado.

1. ANTECEDENTES

1.1. El Canal Love En 1894, William T. Love, inició la construcción de un canal, donde actualmente se

encuentra la Ciudad de las Cataratas del Niágara, New York. Este canal iba a ser parte

de un proyecto hidroeléctrico, pero fue abandonado poco después del inicio de su

construcción. El canal parcialmente completado tenía aproximadamente 1,000 m de

longitud, 24 m de ancho y 6 m de profundidad, pero nunca fue conectado a una fuente

de agua y por consiguiente nunca fue utilizado para el propósito con el que fue

construido.

En 1942, la Hooker Chemical Company empezó a utilizar el canal abandonado como un

lugar de eliminación de desperdicios químicos provenientes de sus instalaciones. Ellos

colocaron unas 22 mil toneladas de desechos en el canal. La Armada de los Estados

Unidos y otros, también eliminaban desperdicios dentro del canal. Esta eliminación

1 Este capítulo se ha desarrollado, en su primera versión a partir de una traducción libre del capítulo 9

Geoenvironmental engineering del libro Geotechnical engineering. Principles and practices de D.P.

Coduto. Posteriormente ha sido modificado y completado con otras referencias.

Ingeniería geotécnica

Ingeniería geoambiental

Pontificia Universidad Católica del Perú 2

Jorge Zegarra Pellanne - 20120504

indiscriminada de desperdicios continuó hasta 1953, cuando el lugar fue cubierto por

una delgada capa de suelo y fue vendida al Consejo de Educación de las Cataratas del

Niágara por un dólar. El Consejo Escolar construyó una escuela primaria justo sobre el

lugar del antiguo canal, que fue terminada en 1955. Luego, otras personas

construyeron casas nuevas adyacentes al canal (pero no encima). En 1972, todas esas

casas estaban completamente construidas y ocupadas.

Desdichadamente, algunos de los desperdicios químicos migraron a través del suelo

hacia el interior de los sótanos de las casas cercanas. Luego, a mediados de la década

de los 70s, fuertes precipitaciones generaron que grandes cantidades de agua se

infiltraran dentro del canal lleno de desperdicios, trasladando muchos de los

contaminantes hacia la superficie, donde se depositaron. En 1978, se hizo evidente

que existía un problema mayor, de modo que el Presidente Carter declaró el antiguo

Canal Love, como área federal de desastre y aprobó una ayuda financiera de

emergencia. Al poco tiempo todos los residentes fueron evacuados y la escuela fue

cerrada.

Investigaciones subsecuentes han encontrado gran variedad de sustancias químicas

dañinas en el área, incluyendo pesticidas, dioxin (altamente tóxico) y cesio radiactivo

137. Diversos problemas de salud que se presentaron entre los antiguos residentes de

la zona han sido atribuidos a su exposición a estas sustancias químicas.

Afortunadamente, el suelo natural que rodea el antiguo canal presenta en general un

bajo coeficiente de permeabilidad, por lo que los materiales de desperdicio no fueron

capaces de desplazarse muy lejos. Siguiendo un estudio exhaustivo, la Agencia de

Protección del Medio Ambiente (EPA por sus siglas en inglés), determinó que la zona

de contaminación del suelo estaba limitada a los alrededores inmediatos del canal. Si

bien esta zona incluía los sótanos de las casas construidas en forma adyacente al

antiguo canal, podría haber sido mucho peor si los suelos hubiesen sido más

permeables. La mayor parte de los desperdicios que escaparon, lo hicieron a través del

flujo superficial.

Hacia 1989, más de 140 millones de dólares habían sido destinados a la limpieza de la

zona y la reubicación de los antiguos residentes. Los esfuerzos de reparación incluían:

� Remoción, tratamiento y colocación de una parte del suelo contaminado.

� Instalación de drenes franceses para recolectar agua subterránea contaminada,

que luego es procesada en instalaciones especiales de tratamiento.

� Construcción de una cobertura de arcilla con una membrana sintética de

polietileno de alta densidad (HDPE) encima de la zona, para contener los

desperdicios, reducir la filtración de agua de lluvias y prevenir el contacto humano

directo.

� Construcción de barreras subterráneas impermeables para minimizar la migración

de los desperdicios.

� Sellado de los servicios subterráneos, que actuaban como conductos para los

desperdicios.





No hay planes de retirar los materiales de desperdicio del viejo canal.

El incidente del Canal Love es usualmente citado como el caso clásico de colocación

casual y descuidada de desperdicios industriales dañinos, seguido de un desarrollo

inapropiado del terreno. Pese a que sus efectos físicos se limitaron a una pequeña

área, su significado abarca mucho más que las Cataratas del Niágara, y fue uno de los

principales motivos para el desarrollo de leyes geoambientales en los Estados Unidos.

1.2. El Arsenal de las Montañas Rocosas En 1942, la Armada de los Estados Unidos inició la construcción del Arsenal de las

Montañas Rocosas, en un lugar cerca de Denver, Colorado. Uno de los propósitos de

esta instalación era la manufactura y almacenamiento de una serie de gases para su

uso en la guerra química, incluyendo gas mostaza, lewisita y cloro gaseoso.

Afortunadamente, nadie empleó armas químicas durante la Segunda Guerra Mundial,

principalmente porque las capacidades norteamericanas en esta área disuadieron a los

alemanes. El arsenal también fabricaba otras municiones, incluyendo bombas

incendiarias. Luego, durante los inicios de la guerra fría en la década de los 50's,

empezó a producir gas nervioso, un arma química mortal, convirtiéndose en el mayor

productor en occidente. Finalmente, la armada empleó las instalaciones para producir

combustible de cohetes.

En 1969, la producción de materiales bélicos en el Arsenal de las Montañas Rocosas

había terminado. Luego, como resultado de cambios en las prioridades políticas y

militares, las instalaciones fueron empleadas para destruir muchas de las municiones

que habían sido fabricadas y almacenadas ahí.

Adicionalmente a estas maniobras militares, entre 1952 y 1982, parte de arsenal fue

alquilado a la Shell Oil Company (y su predecesor), quien lo utilizó para producir

pesticidas agrícolas.

Como consecuencia de estas actividades se produjeron grandes cantidades de

desperdicios industriales, que en su mayoría se encontraban en estado líquido.

Inicialmente fueron descargados dentro de pozas de "evaporación" sin revestimiento,

práctica típica en la industria de esa época. A pesar que parte de este material se

evaporó (con la resultante contaminación del aire), gran cantidad percoló dentro del

suelo. En 1956, fue construida una nueva poza de eliminación de desperdicios con

revestimiento asfáltico de 1 cm de espesor. Desafortunadamente, el revestimiento

falló, descargando más contaminante dentro del suelo. Los suelos en esta zona son

mucho más permeables que los del Canal Love, de modo que pueden transportar

grandes cantidades de contaminantes a grandes distancias. La preocupación por la

contaminación de las aguas subterráneas comenzó alrededor de 1959 cuando se

observaron daños en las cosechas cerca del arsenal. Pronto se hizo claro que la

contaminación abarcaba varios kilómetros más allá de la propiedad del arsenal.





En 1974, el estado de Colorado ordenó a la Armada y a la Shell "que dejen de

contaminar el suelo y las aguas superficiales" lo cual inició una investigación intensiva

de la naturaleza y extensión de la contaminación. También se generó gran número de

juicios y empezó una de las primeras operaciones de limpieza a gran escala.

Los esfuerzos de limpieza incluyeron:

� La remoción y el tratamiento de los materiales remanentes en las pozas y su

descarga hacia lugares seguros.

� La instalación de cisternas y equipos descontaminantes para remover, tratar y

reinyectar las aguas subterráneas contaminadas; los ingenieros planeaban

continuar operando estos equipos hasta que el agua subterránea esté

aceptablemente limpia.

� La construcción de barreras subterráneas para retardar la migración de aguas

subterráneas contaminadas más allá de la propiedad del arsenal y para prevenir

reflujos entre el agua inyectada y las cisternas de aguas servidas.

El caso del Arsenal de las Montañas Rocosas es similar al del Canal Love ya que fue

producido debido a lo que ahora se considera colocación indiscriminada de

desperdicios tóxicos (pese a que los métodos empleados eran típicos en esa época).

No obstante, debido a la gran conductividad hidráulica de los suelos, los

contaminantes viajaron mucho más lejos por lo cual se requiere esfuerzos de limpieza

mucho mayores.

1.3. Legislación A pesar que los casos del Canal Love y el Arsenal de las Montañas Rocosas son

ejemplos extremos, problemas a pequeña escala han sido identificados en decenas de

miles de zonas, tan solo en los Estados Unidos. Cerca de 1,200 de estos lugares tienen

problemas lo suficientemente significativos para ser incluidos en la Lista del Fondo

Federal de Prioridades Nacionales de 1994 de los Estados Unidos.

En algunos lugares, el agua subterránea contaminada representa una seria amenaza

tanto para los pozos usados como suministro de agua para uso doméstico y agrícola

como para los ríos y lagos. Cerca de la mitad de los residentes de los Estados Unidos

emplea fundamentalmente agua de pozos, y cientos de dichos pozos han sido cerrados

debido a la contaminación. Por consiguiente, agencias gubernamentales,

especialmente del gobierno federal han implementado legislación para identificar y

solucionar los problemas geoambientales existentes y evitar la creación de nuevos

problemas. La principal legislación en los Estados Unidos ha incluido:

� la Ley del Agua Segura para el Consumo Humano (SDWA) de 1974,

� la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA) de 1976,

� la Ley de Respuesta Ambiental Comprensiva, Compensación y Responsabilidad

(CERCLA) de 1980,

� la Enmienda de Desperdicio Tóxico y Sólido (HSWA) de 1984, y,

� la Ley de Enmienda de Fondos y Reautorizaciones (SARA) de 1986.





Muchos estados y leyes locales también modificaron los temas relacionados con lo

anterior y se desarrolló un cuerpo de ley de precedentes.

En el nivel federal, la EPA tiene la responsabilidad de hacer cumplir esas leyes.

Agencias similares también están presentes en el ámbito estatal y local. Mucho del

trabajo ordenado por esta legislación necesita ser realizado por ingenieros

geoambientales. Por lo tanto, este campo ha crecido hasta convertirse en una parte

importante de la ingeniería geotécnica y ambiental, y continuará siendo importante en

el futuro. Muchas otras profesiones también están involucradas.

2. TIPOS DE CONTAMINACIÓN SUBTERRÁNEA

2.1. Contaminación biológica La contaminación biológica es el resultado de actividades que producen un número

excesivo de microrganismos perjudiciales en el suelo que incluyen tanto bacterias

como virus y constituyen riesgos potenciales para la salud.

Afortunadamente, las bacterias mueren a los pocos días de ser descargadas dentro del

suelo. El agua subterránea fluye muy lentamente a través de la mayor parte de los

suelos, de modo que las bacterias vivas están presentes normalmente sólo en los

alrededores inmediatos a la fuente. Adicionalmente, el suelo actúa como un filtro

atrapando a las bacterias antes que viajen muy lejos. Por ejemplo, en arenas medias

no saturadas, virtualmente todas las bacterias descargadas por los campos de

percolación de un tanque séptico se filtran dentro de los primeros 10 metros. Por

consiguiente, la mayor parte del agua subterránea está prácticamente libre de

contaminación bacterial. Las excepciones más notables se producen en acuíferos

donde se observa presencia de yesos, pues en ellos, el agua subterránea viaja mucho

más rápido y por lo tanto traslada las bacterias mucho más lejos.

En cambio, los virus constituyen un problema mucho más difícil de resolver, debido a

su mayor vida y menor tamaño. Se han observado virus vivos hasta 131 días después

de producida la descarga, de modo que pueden viajar mucho más lejos antes de morir.

Adicionalmente, debido a su tamaño más pequeño, es menos probable que sean

filtrados por el suelo.

En los Estados Unidos, los tanques sépticos son la fuente más común de enfermedades

asociadas con el consumo de agua subterránea. Usualmente esto ocurre debido a que

los pozos de aprovisionamiento de agua están colocados muy cerca de los campos de

percolación de los tanques sépticos. Las normas de desagüe exigen típicamente

distancias de 15 a 30 metros, que deberían ser más que suficientes para eliminar las

bacterias, sin embargo, se necesitan distancias mucho mayores en suelos altamente

permeables para evitar la contaminación por virus. Es mucho mejor colocar los pozos

aguas arriba de los tanques sépticos.





La contaminación biológica es un problema mucho mayor en aguas superficiales, como

ríos y lagos, en parte debido a que esas aguas viajan mucho más rápido esparciendo la

contaminación sobre áreas mucho mayores.

2.2. Contaminación química La contaminación química es el resultado de grandes concentraciones de sustancias

químicas indeseables en las aguas subterráneas. Estos problemas están por lo general

más extendidos y son más difíciles de tratar que los generados por la contaminación

biológica, debido a que los químicos no se "mueren" y por consiguiente pueden viajar

grandes distancias. Se han seguido la pista a ramales contaminados por varios

kilómetros aguas abajo de su fuente.

La presencia de ciertos químicos en el agua subterránea puede ser dañina para las

personas y el medio ambiente. Algunas son cancerígenas, otras inducen diferentes

clases de problemas para la salud. La Tabla 1 muestra los contaminantes químicos más

comunes detectados en aguas subterráneas en zonas con desperdicios tóxicos. Este

listado fue generado por la Agencia de Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades

usando datos del agua subterránea de la Lista de Prioridades Nacionales de los Estados

Unidos de lugares que tienen que ser limpiados según CERCLA. El listado está

ordenado según el número de lugares en los cuales se detectó la sustancia en el agua

subterránea.

Muchos contaminantes químicos comunes no son realmente solubles en agua. Esos

son los llamados líquidos en fase no acuosa (NAPLs), y han sido objeto de mucha

investigación debido a que son muy comunes. Existen dos tipos: NAPLs ligeros

(LNAPLs), con peso específico menor que el del agua, de modo que flotan en la parte

superior del agua subterránea, mientras los NAPLs densos (DNAPLs) tienen peso

específico mayor que el del agua y por consiguiente se hunden en el agua subterránea.

La gasolina es un ejemplo de un LNAPL, mientras que el tricloroetileno es un DNAPL.

Tabla 1.- Los 25 contaminantes químicos más comunes detectados en aguas subterráneas en

zonas con desperdicios tóxicos.

N° Compuesto Fuentes Comunes

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Tricloroetileno

Plomo

Tetracloroetileno

Benceno

Tolueno

Cromo

Cloruro de metilo

Zinc

1.1.1 - Tricloroetano

Arsénico

Cloroformo

1.1 - Dicloroetano

1.2 - Dicloroetano

Cadmio

Manganeso

Cobre

Limpieza en seco, quita-grasa para metales

Gasolina (antes de 1975), minería, materiales de construcción, manufactura

Limpieza en seco, quita-grasa para metales

Gasolina, manufactura

Gasolina, manufactura

Enchapado de metales

Desgrasantes, solventes, removedores de pintura

Manufactura, minería

Limpiadores de plásticos y metales

Minería, manufactura

Solventes

Desgrasantes, solventes

Producto de transformación del 1.1.1 – Tricloroetano

Minería, enchapado

Manufactura, minería, se presenta en la naturaleza como un óxido






Tabla 1.- Los 25 contaminantes químicos más comunes detectados en aguas subterráneas en

zonas con desperdicios tóxicos.

N° Compuesto Fuentes Comunes

17

18

19

20

21

22

23

24

25

1.1 - Dicloroetano

Cloruro de vinilo

Bario

1.2 - Dicloroetano

Etilbenceno

Níquel

Di (2 - etilhexil)ftalato

Xilenos

Fenol

Manufactura

Manufactura de plásticos y discos

Manufactura, producción de energía

Quita grasa para metales, removedores de pintura

Manufactura de asfalto, gasolina


Manufactura de plásticos

Solventes, gasolina

Tratamiento de maderas, medicinas

2.3. Desechos dañinos El término desecho dañino se usa para describir materiales que constituyen una

amenaza significativa para la salud o el medio ambiente, bien sea solos o en

combinación con otros materiales. Incluye desperdicios con alguna de las siguientes

propiedades: tóxico, radiactivo, inflamable, infeccioso, explosivo, irritante, corrosivo,

sensibilizante, reactivo, bioacumulativo. Los desechos dañinos están sujetos a

requerimientos legales especiales, y son especialmente importantes en investigaciones

geoambientales.

Es importante reconocer que el peligro potencial de un material depende no sólo de su

presencia sino de su concentración. Un material tóxico en una solución muy diluida

puede ser prácticamente inofensivo, aun cuando el mismo material en una forma más

concentrada pueda ser muy dañino. Esta distinción se está volviendo más importante

conforme los instrumentos y métodos de ensayo se vuelven más sofisticados.

Actualmente es posible detectar pequeñas concentraciones de muchos químicos,

usualmente muy por debajo de las requeridas para constituir amenazas significativas

para la salud o el medio ambiente. Por lo tanto, el solo hecho de detectar un material

"tóxico" en el suelo, no necesariamente indica un problema relevante.

3. FUENTES DE CONTAMINACIÓN DEL SUELO

Los contaminantes del suelo provienen de una gran variedad de fuentes. Las fuentes

puntuales están confinadas a un área pequeña, como filtraciones en tanques

subterráneos de almacenamiento, o la zona donde ocurrió un derrame accidental,

mientras que las fuentes no puntuales penetran en el terreno a lo largo de una gran

área, como por ejemplo los químicos agrícolas que penetran en el campo.

3.1. Botaderos subterráneos intencionales Por muchos años, los desperdicios líquidos han sido descargados intencionalmente

dentro del suelo, como medio de eliminación, tal como se muestra en la Figura 1.

Algunas veces simultáneamente se hacían pozas abiertas de eliminación de

desperdicios (también llamadas pozas de "evaporación"), como las del Arsenal de las

Montañas Rocosas descrito anteriormente. La EPA ha identificado más de 18,000

pozas de eliminación de desperdicios

están recubiertas y se encuentran cerca de pozos de agua para consumo humano.

También se han usado pozos de inyección de poca profundidad, a veces en las

proximidades de acuíferos de agua

usuario, pero son fuentes potenciales

Otra variante también empleada, son los

contaminantes líquidos muy por debajo de los ac

pozos tienen típicamente varias decenas de metros de profundidad y, cuando son

usados apropiadamente, pueden constituir medios aceptables de descarga de ciertos

tipos de desperdicio. No obstante, el uso continuo de este t

polémico.

Figura 1.- Descarga intencional de desechos en el suelo. a)

desperdicios líquidos b) pozo de inyección de poca profundidad; c) sistemas de disposición

de aguas residuales de tanques sépticos.

Los sistemas de tanques sépticos son la fuente más común de eliminación subterránea

intencional. Se emplean para tratar y descargar desperdicios residenciales, comerciales

e industriales, en áreas donde no se dispone de sistema de alcant

30% de la población en los Estados Unidos emplea dichos sistemas.

residuales sin tratar ingresan en el tanque séptico subterráneo, en donde se separan y

son procesadas por medios físicos, químicos y biológicos. Los sólidos acu

remueven periódicamente con una bomba especial y son transportados lejos, mientras

que los líquidos son descargados dentro de una serie de tuberías perforadas llamadas

campo de drenaje, de donde percolan hacia el suelo. Las fallas en los tanques

normalmente se relacionan con campos de drenaje incapaces de descargar el caudal

requerido, lo cual genera que las aguas servidas regresen a la vivienda.





ión de desperdicios en los Estados Unidos, muchas de las cuales no



proximidades de acuíferos de agua subterránea. Estos eran muy convenientes para el

usuario, pero son fuentes potenciales de extensa contaminación del suelo.

Otra variante también empleada, son los pozos de inyección profunda que eliminan los

contaminantes líquidos muy por debajo de los acuíferos de agua subterránea. Estos



tipos de desperdicio. No obstante, el uso continuo de este tipo de pozos es un tema

Descarga intencional de desechos en el suelo. a) poza de eliminación de


anques sépticos.



e industriales, en áreas donde no se dispone de sistema de alcantarillado. Cerca del

30% de la población en los Estados Unidos emplea dichos sistemas.


son procesadas por medios físicos, químicos y biológicos. Los sólidos acumulados se



campo de drenaje, de donde percolan hacia el suelo. Las fallas en los tanques


requerido, lo cual genera que las aguas servidas regresen a la vivienda. En aplicaciones


geoambiental

8



, muchas de las cuales no



subterránea. Estos eran muy convenientes para el

pozos de inyección profunda que eliminan los

uíferos de agua subterránea. Estos



ipo de pozos es un tema




arillado. Cerca del

Las aguas


mulados se



campo de drenaje, de donde percolan hacia el suelo. Las fallas en los tanques sépticos


En aplicaciones





residenciales, los contaminantes de esta descarga son principalmente biológicos y por

lo general pueden controlarse usando adecuadas líneas de retorno en los pozos y otras

ubicaciones sensibles. Algunos contaminantes químicos también pueden estar

presentes en zonas comerciales (como productos para limpieza en seco2) y en

aplicaciones industriales.

Debido a la evaporación y transpiración, gran parte del efluente de dichas líneas de

drenaje suele viajar hacia arriba, no hacia abajo. En consecuencia, los "contaminantes"

biológicos suelen convertirse en "fertilizantes" para el césped y los árboles.

3.2. Filtraciones Varios materiales dañinos ingresan al suelo en forma no intencionada, a través de

filtraciones en tanques, tuberías y otras instalaciones, especialmente aquellas que

están enterradas. Dichas filtraciones fácilmente pueden continuar por varios años sin

ser detectadas, liberando grandes cantidades de contaminantes.

Los tanques subterráneos de almacenamiento (USTs) han recibido la mayor atención al

respecto. Se estima que existen 2.5 millones de USTs en los Estados Unidos, muchos de

los cuales se localizan en estaciones de servicio de gasolina. La EPA ha estimado que el

35% de los USTs usados para almacenamiento de combustible para motores tiene

filtraciones, de modo que se trata de un problema muy extendido.

Uno de los ejemplos más notables de contaminación por USTs está en la Estación de

Guarda Costas de los Estados Unidos en Traverse City, Michigan. La filtración de

gasolina y combustible para aviones de los USTs ha producido un foco de 1.6 km de

largo y 150 m de ancho que ha contaminado cerca de 100 tanques municipales.

3.3. Otras fuentes de contaminación Adicionalmente, se puede mencionar:

� Derrames.- Los derrames accidentales e intencionales sobre la superficie también

han constituido una fuente frecuente de contaminación del suelo. Las fuentes de

dichos derrames incluyen rotura de tanques y tuberías superficiales, descargas de

trenes descarrilados, rebalses en instalaciones gasolineras de automóviles y

aviones, accidentes en plantas químicas y refinerías, entre otras. Antiguamente, los

esfuerzos por limpiar estos derrames, se enfocaban casi exclusivamente en los

materiales remanentes en la superficie, especialmente cuando amenazaban con

contaminar ríos o lagos. Hasta hace poco, las porciones que percolaban en el suelo

eran usualmente ignoradas.

� Materiales aplicados a la superficie.- Pesticidas, fertilizantes, sales descongelantes

y otros materiales suelen ser aplicados a la superficie con diversos propósitos.

2 Los llamados productos para limpieza en “seco” utilizan líquidos solventes para limpiar las ropas y

telas. Estos solventes son tóxicos y no deben ser descargados indiscriminadamente dentro del suelo.





Usualmente son transportados por las aguas de la escorrentía superficial y pueden

convertirse en fuentes de contaminación del agua tanto superficial como

subterránea.

� Terraplenes.- Los desperdicios sólidos suelen ser colocados en terraplenes, que

pueden ir desde basureros descontrolados hasta rellenos sanitarios ingenieriles.

Los líquidos lixiviados que fluyen de estas instalaciones pueden contaminar el agua

subterránea. Más adelante se discute el diseño de terraplenes modernos.

4. DESTINO Y TRANSPORTE DE LOS CONTAMINANTES DEL SUELO

Una vez que un contaminante ha escapado hacia el suelo, fluye de vacío en vacío a

través del suelo, viajando a veces varios kilómetros. La forma y velocidad de transporte

depende de diversos factores: si el suelo está o no saturado, el tipo de suelo, el tipo de

material que fluye a través del suelo, especialmente su solubilidad en agua y su

gravedad específica, la velocidad y dirección del flujo natural del agua subterránea, la

tasa de filtración de la fuente, entre otros.

4.1. Advección Los contaminantes viajan con el agua subterránea en movimiento a través de un

proceso llamado advección. Los contaminantes están simplemente "viajando con la

corriente" de modo que un análisis de advección es tan solo una extensión de los

análisis del flujo del agua subterránea.

La ingeniería geoambiental está interesada especialmente en la velocidad de flujo

debido a la advección, ya que esto ayuda a entender que tan lejos viajarán los

contaminantes en un tiempo dado. La velocidad de filtración se define como:

s

e

kiv

n=

(1)

Dónde:

vs : velocidad de filtración,

k : coeficiente de permeabilidad,

i : gradiente hidráulico,

ne : porosidad efectiva (parte de la porosidad que contribuye efectivamente al

flujo; e igual a la porosidad para materiales arenosos)

En la Figura 2, se presentan los resultados de un análisis de advección bidimensional,

para lo que se requiere la construcción de una red de flujo.

Figura 2.- Transporte de contaminantes bidimensional de una fuente continua,

considerando sólo advección.

Ejemplo 1.- Un residuo químico se vierte en un

es una arena fina a media con una

0.91. La napa freática está a 6 m de

se encuentra a 3 km aguas abajo de la fuente.

será necesario para que lleguen los

A partir de e, calculamos n:

0.910.48

1 1.91

en

e= = =

+

Como se trata de una arena, en n=

0.12 / *0.006

0.48s

e

ki cm sv cm s

n= = =

5

3

3 *10 /2*10 6.43

1.5*10 /s

l km cm kmt s añosv cm s−

= = = =

Seis años y medio es un tiempo muy corto, sobre todo

este tipo a menudo se encuentran en

4.2. Dispersión Cuando el agua y los contaminantes fluyen a través del suelo, la forma irregular de los

vacíos y la naturaleza particular del suelo hacen que parte de los contaminantes se

esparzan sobre un área más amplia que la

esparcimiento se denomina dispersión. En la Figura

los contaminantes considerando

dominan el transporte de contaminantes en suelos altamente permeables, como

arenas, especialmente cuando el gradiente hidráulico es también alto. Esto se debe a

que el agua subterránea fluye más rápido a

El grado de dispersión puede definirse mediante el coeficiente de dispersión

hidrodinámica, D, que se introduce en los análisis de transporte de contaminantes. A

veces se efectúan análisis de advección

transporte, para evaluar problemas de contaminación y colaborar en el diseño de

métodos de solución.



Transporte de contaminantes bidimensional de una fuente continua,

considerando sólo advección.

un pozo de inyección de poca profundidad. El suelo de los alrededores

media con una conductividad hidráulica de 0.12 cm/s, y una relación de vacíos

de profundidad y el gradiente hidráulico es i = 0.006. Un pozo de agua

de la fuente. Teniendo en cuenta sólo la advección, ¿cuánto tiempo

que lleguen los contaminantes desde la fuente al pozo?

n n= . De la ecuación 1:

30.12 / *0.0061.5*10 /v cm s−

= = =

82*10 6.43t s años= = = =

un tiempo muy corto, sobre todo teniendo en cuenta que los pozos de inyección

en servicio durante décadas.

Cuando el agua y los contaminantes fluyen a través del suelo, la forma irregular de los


esparzan sobre un área más amplia que la predicha por advección. Este proceso de

esparcimiento se denomina dispersión. En la Figura 3 se muestra el esparcimiento de

los contaminantes considerando tanto advección como dispersión. Estos dos procesos



que el agua subterránea fluye más rápido a través de dichos suelos.


, que se introduce en los análisis de transporte de contaminantes. A

veces se efectúan análisis de advección-dispersión, que combinan ambos modos de



geoambiental

11

suelo de los alrededores

relación de vacíos e =

pozo de agua

la advección, ¿cuánto tiempo

los pozos de inyección de

Cuando el agua y los contaminantes fluyen a través del suelo, la forma irregular de los


predicha por advección. Este proceso de

3 se muestra el esparcimiento de

tanto advección como dispersión. Estos dos procesos




, que se introduce en los análisis de transporte de contaminantes. A

os modos de


Figura 3.- Transporte de contaminantes debido a advección y dispersión: a) de una

fuente continua (comparar con la Figura

4.3. Difusión Cuando la concentración de un químico en un líquido varía de un lugar a otro, el

químico se mueve naturalmente de las áreas de alta concentración a las de baja

concentración mediante un proceso conocido como difusión. Este proceso puede

observarse colocando una gota de colorante de alimentos en una taza de agua.

Inicialmente el colorante está concentrado en un área pequeña, pero rápidamente se

difunde en toda la taza. El mismo proceso ocurre en el agua subterránea.

La difusión está descrita por la primera ley de difusión de Fick:

d

dCf D

dl= −

(2)

Dónde:

f : flujo en masa (M/L

Dd : coeficiente de difusión (L

C : concentración (M/L

l : distancia de flujo (L)

Esta fórmula debe resolverse

concentración del contaminante con el tiempo, en cualquier punto. En suelos con una

baja conductividad hidráulica, como las arcillas, la advección y dispersión son muy

lentas y la difusión suele convertirse en



Transporte de contaminantes debido a advección y dispersión: a) de una

fuente continua (comparar con la Figura 1); b) de un “pulso” como un derrame.

Cuando la concentración de un químico en un líquido varía de un lugar a otro, el





taza. El mismo proceso ocurre en el agua subterránea.

La difusión está descrita por la primera ley de difusión de Fick:

flujo en masa (M/L2/T)

coeficiente de difusión (L2/T)

concentración (M/L3)

distancia de flujo (L)

Esta fórmula debe resolverse en el tiempo y el espacio para determinar la



lentas y la difusión suele convertirse en el proceso dominante.


geoambiental

12

Transporte de contaminantes debido a advección y dispersión: a) de una

Cuando la concentración de un químico en un líquido varía de un lugar a otro, el





en el tiempo y el espacio para determinar la







4.4. Sorción Algunos desperdicios químicos forman capas alrededor de las partículas del suelo a

través de un proceso llamado adsorción o percolan entre las partículas del suelo

mediante la absorción. En el campo, es difícil distinguir cuál de esos dos procesos está

ocurriendo, o en que proporciones ocurren, de modo que se emplea el término sorción

para describir la acción colectiva.

Los factores que afectan la sorción incluyen características del contaminante y del

suelo. Entre las características del contaminante, se tiene: la solubilidad en agua, el

carácter polar–iónico y el coeficiente de partición octanol–agua. Por el lado del suelo,

influyen: la mineralogía, la conductividad hidráulica, la porosidad, la textura, la

homogeneidad, el contenido de carbón orgánico, la carga superficial y el área

superficial.

La sorción retarda el flujo de contaminantes, esto produce focos que se mueven más

lentamente y tienen mayores concentraciones que las que se tendrían de otro modo.

Sus efectos pueden estimarse usando diversos métodos empíricos, de laboratorio o de

campo.

4.5. Volatilización La volatilización es la conversión de materiales líquidos a materiales en fase gaseosa.

Se dice que un material es "altamente volátil" si este proceso ocurre muy

rápidamente. Por ejemplo, el benceno es un líquido altamente volátil. En

contraposición, los materiales que experimentan una ligera o nula volatilización, son

clasificados como "no volátiles".

La volatilización ocurre tanto encima como debajo de la napa freática, y es un proceso

importante en el transporte de ciertos contaminantes. También puede ser una fuente

de problemas ya que los gases pueden acumularse en lugares indeseables, como en los

depósitos de servicios subterráneos o en sótanos y causar explosiones o problemas de

salud.

4.6. Reacciones químicas Una amplia gama de reacciones químicas pueden ocurrir durante el transporte de los

contaminantes a través del suelo. Algunas de dichas reacciones se producen entre dos

contaminantes que viajan juntos, mientras que otras se dan entre un contaminante y

el suelo. Por lo general, el agua es un agente en dichas reacciones. Este es

potencialmente uno de los aspectos más complejos en el análisis del transporte de

contaminantes dado que pueden producirse muchas reacciones diferentes.





4.7. Biodegradación La biodegradación ocurre cuando los desperdicios son "digeridos" por microbios en el

suelo, convirtiéndolos en materiales nuevos y menos dañinos. Este es un proceso muy

importante, y es la base de ciertos métodos de solución de problemas de

contaminación. Debido a que se trata de un método de solución de problemas de

contaminación, ha sido objeto de gran investigación.

La biodegradación es un proceso tanto químico como biológico y deben producirse una

serie de condiciones para que ocurra:

� los desperdicios deben tener un origen carbónico, como los petroquímicos,

� deben estar presentes los organismos apropiados: bien sea en forma natural, o

pueden ser introducidos artificialmente con el propósito de mejorar los esfuerzos

de limpieza,

� debe estar presente un receptor de electrones de modo que puedan proceder las

reacciones bioquímicas, corrientemente son el oxígeno y el dióxido de carbono,

� deben estar presentes ciertos nutrientes, como nitrógeno, fósforo y calcio, y,

� la temperatura, pH, salinidad y otras condiciones ambientales deben encontrarse

dentro de límites aceptables.

4.8. Decaimiento radiactivo Los isótopos radiactivos se generan en el suelo, tanto en forma natural como en los

contaminantes. Estos materiales decaen con el tiempo y forman nuevos materiales. La

velocidad se expresa como vida media, que es el tiempo que requiere la mitad del

material para decaer. A pesar que el decaimiento radiactivo no tiene efecto en la

velocidad de movimiento del contaminante, reduce el peligro asociado con el

contaminante cuando éste fluye lejos de la fuente.

Uno de las más importantes condiciones radiactivas en el suelo es una condición

natural que se presente en suelos lejos de cualquier fuente de contaminación humana.

Este proceso involucra el decaimiento del radón, que se produce en rocas ricas en

uranio. Altos contenidos de radón en agua para consumo humano pueden generan

ciertos problemas de salud. Adicionalmente, el radón puede ingresar en las viviendas a

través de emanaciones desde el suelo y por difusión desde el agua con altos

contenidos de radón.

5. CARACTERIZACIÓN GEOAMBIENTAL DE UN ÁREA

El trabajo asociado con la identificación y caracterización de problemas

geoambientales potenciales, varía desde verificaciones de rutina hasta estudios

detallados con gran cantidad de ensayos y monitoreos. El nivel apropiado de trabajo

depende del tipo y la magnitud de los problemas, sí es que existe alguno, la amenaza

potencial hacia seres humanos o hacia el medio ambiente y muchos otros factores.





Cuando un predio comercial en los Estados Unidos, es vendido o refinanciado,

usualmente se lleva a cabo una evaluación ambiental del terreno (ESA). El propósito de

esta evaluación es determinar si el lugar tiene probabilidades de estar contaminado

por materiales dañinos como se define según la ley. Estas revisiones son realizadas por

"profesionales del medio ambiente" y normalmente son solicitadas por el comprador.

Adicionalmente, un reporte favorable limita las responsabilidades del comprador en

cuanto a la solución de problemas geoambientales preexistentes descubiertos luego

que la propiedad ha sido comprada. En algunos estados este tipo de reportes se exigen

por ley.

El tipo más común se denomina Fase I de ESA. Las normas ASTM E-1527 y E-1528

describen prácticas sugeridas para su ejecución. Este estudio incluye por lo general:

� revisión de los usos pasados y actuales de la propiedad y de propiedades

adyacentes,

� ejecución de un reconocimiento del lugar,

� revisión de los registros oficiales para identificar problemas conocidos del terreno

o de zonas cercanas, y,

� entrevistas a los propietarios y ocupantes.

Esta fase no involucra "investigación interna del lugar", lo que significa que no se

realizan sondeos exploratorios ni calicatas, y no incluye recolección de muestras ni

ejecución de ensayos. Su propósito es determinar problemas conocidos,

documentados u obvios, pero pueden fácilmente omitir problemas desconocidos u

ocultos. Además no señalan otro tipo de peligros ambientales como asbestos o

pinturas con base de plomo en los materiales de construcción, ni indican los costos o

técnicas de solución de los problemas ambientales encontrados.

Si la Fase I indica que pueden estar presentes desperdicios tóxicos, generalmente se

realiza una Fase II, en la cual se realiza un mayor esfuerzo para identificar problemas

potenciales. La Fase II incluye exploración del suelo, muestreo y realización de ensayos

para estudiar suelos y aguas subterráneas. Estos estudios pueden variar ampliamente

en alcance y detalle, dependiendo de las condiciones de la zona de estudio y de la

extensión de la contaminación.

Una vez que los problemas geoambientales han sido identificados debe desarrollarse

un plan de solución. También puede ser necesario un plan de monitoreo.

6. MÉTODOS DE SOLUCIÓN

Una vez que se ha descubierto y evaluado una zona contaminada, se debe enfocar la

atención en limpiarla o al menos en contener la contaminación. Esto podría ser un

asunto simple si la zona contaminada fuese pequeña, pero el costo y la dificultad se





incrementan radicalmente cuando han sido afectados grandes volúmenes de suelo y

agua subterránea. Los esfuerzos de solución normalmente están orientados a

conseguir ciertos resultados específicos. La recuperación completa de todos los

contaminantes es poco posible o práctica, excepto cuando la zona contaminada es

pequeña. Normalmente la operación de solución debe alcanzar un cierto nivel de

recuperación para ser considerada exitosa.

Se han desarrollado una serie de estándares de calidad para el agua potable, y son

éstos los que se usan como metas en la limpieza del agua subterránea.

Alternativamente los estándares de limpieza pueden estar basados en la reducción de

ciertos contaminantes de modo que el riesgo de desarrollar problemas de salud esté

por debajo de un nivel especificado, como por ejemplo que el riesgo de contraer

cáncer sea menor que 10-4

.

Algunas veces estos estándares de calidad del agua subterránea pueden ser alcanzados

rápidamente y a un costo razonable, pero con frecuencia el tiempo o costo para

lograrlos se vuelve excesivo. Por ejemplo, existen algunas situaciones en las que

limpiar el agua subterránea hasta los estándares del agua potable puede requerir

medio siglo y costar diez millones de dólares. Por consiguiente, encontrar el balance

óptimo entre los costos y los beneficios de la solución es un asunto difícil. Conforme

madure la industria geoambiental, estos asuntos se irán volviendo más claros.

Se dispone de una amplia variedad de métodos para limpiar zonas contaminadas y se

están desarrollando nuevas tecnologías. La selección apropiada depende del tipo de

contaminantes, las condiciones del lugar y del suelo, los resultados esperados, los

costos y otros factores.

6.1. Control de fuentes El aspecto más obvio en la reducción de la contaminación subterránea es detener el

flujo de contaminantes desde la fuente. Por ejemplo, las filtraciones subterráneas en

tanques de almacenamiento tienen que ser reparadas o los tanques remplazados para

prevenir mayor contaminación del suelo de los alrededores. Los pozos de inyección

poco profunda y las pozas de eliminación de desperdicios deben ponerse fuera de

servicio y deben encontrarse nuevos métodos para eliminar los residuos. Sin embargo,

estas medidas pueden implementarse únicamente cuando conocemos la ubicación de

la fuente, lo cual puede ser difícil de determinar, especialmente si está enterrada.

6.2. Excavación y eliminación Si sólo una parte del suelo ha sido contaminado, puede ser práctico excavarlo y

transportarlo a una zona más inofensiva como un relleno seguro. A pesar que este

método simplemente mueve el problema a otro sitio, un relleno bien diseñado puede

proporcionar mayor protección para el ambiente. Por lo general el suelo excavado

puede ser tratado, por incineración o a través de otros procesos, para remover o

neutralizar los materiales dañinos.

Otra posibilidad es mezclar suelo contaminado no dañino con asfalto pa

pavimentos de concreto asfáltico. Por ejemplo, en el Fuerte Irwin, California, se

mezclaron 2,700 toneladas de suelo contaminado con combustible diesel con

agregados naturales y emulsión asfáltica y

doce pulgadas de espesor. El asfalto previene que cantidades significativas de

contaminantes lixivien y regresen al suelo.

El proceso de excavación y transporte de suelo contaminado puede exponer a los

trabajadores a materiales peligrosos, y puede convertirse en

contaminación. Estos aspectos deben ser comparados con los beneficios potenciales.

La excavación generalmente no es factible cuando han sido contaminados grandes

volúmenes de suelo o cuando la zona contaminada se extiende por debajo de

edificaciones u otras construcciones.

6.3. Contención Otra opción es rodear el suelo contaminado con una barrera impermeable para

prevenir que los contaminantes viajen fuera de la zona contaminada. La contención es

especialmente atractiva cuando el costo o el riesg

Los métodos de contención incluyen la construcción de un muro de trinchera, una

cortina o una tablestaca, como se muestra en la Figura

otros métodos de contención.

Figura 4.- Uso de barreras de contención para detener el flujo de contaminantes.

Los muros de trinchera se construyen excavando una zanja, la cual se mantiene llena

de lechada de bentonita (una co

lechada de bentonita es proteger los lados de la zanja. Normalmente la excavación se

extiende por debajo de un estrato impermeable que debe estar a 20 metros o más por

debajo de la superficie. Luego un sue




neutralizar los materiales dañinos.

Otra posibilidad es mezclar suelo contaminado no dañino con asfalto pa



agregados naturales y emulsión asfáltica y se usaron como pavimento industrial de

gadas de espesor. El asfalto previene que cantidades significativas de

contaminantes lixivien y regresen al suelo.


trabajadores a materiales peligrosos, y puede convertirse en una fuente de




aciones u otras construcciones.

Otra opción es rodear el suelo contaminado con una barrera impermeable para


especialmente atractiva cuando el costo o el riesgo de la remoción no son aceptables


cortina o una tablestaca, como se muestra en la Figura 4. También pueden emplearse

otros métodos de contención.

Uso de barreras de contención para detener el flujo de contaminantes.


de lechada de bentonita (una combinación de bentonita y agua). El propósito de la



debajo de la superficie. Luego un suelo arcilloso se introduce en la zanja para llenarla y


geoambiental

17


Otra posibilidad es mezclar suelo contaminado no dañino con asfalto para formar



como pavimento industrial de

gadas de espesor. El asfalto previene que cantidades significativas de


una fuente de




Otra opción es rodear el suelo contaminado con una barrera impermeable para


aceptables.


4. También pueden emplearse


mbinación de bentonita y agua). El propósito de la



lo arcilloso se introduce en la zanja para llenarla y





desplazar la mayor parte de la techada. La mezcla de suelo arcilloso y los restos de

bentonita forma la barrera para el agua subterránea. El proceso continúa hasta que el

muro de trinchera tiene la longitud deseada, lo cual significa, por lo general, colocarlo

alrededor de toda la zona. Las cortinas se realizan inyectando lechada de cemento

dentro del suelo para formar una barrera impermeable.

La zona contaminada también puede cubrirse con una capa de arcilla compactada, que

usualmente incluye una o más membranas geosintéticas. Estas coberturas tienen el

propósito de reducir la infiltración del agua superficial y minimizar el potencial de

exposición humana a los desperdicios. Esta fue una de las medidas de contención

utilizada en el Canal Love.

Los sistemas de contención pueden construirse únicamente alrededor y encima de la

zona contaminada. En algunos casos el fondo puede estar contenido en forma natural

por un estrato impermeable, pero aún en ese caso, los sistemas de contención no son

completamente efectivos. Como con cualquier construcción subterránea, las

incertidumbres siempre están presentes y las filtraciones pueden ocurrir en lugares

inesperados. Por consiguiente, los sistemas de contención suelen estar acompañados

por otras medidas de solución, y casi siempre incluyen sistemas de monitoreo.

6.4. Bombear y tratar La solución "bombear y tratar” consiste en extraer el agua subterránea contaminada,

pasarla a través de instalaciones de tratamiento ubicadas sobre la superficie terrestre y

luego descargarla nuevamente dentro del suelo mediante pozos de inyección. Este es

uno de los métodos más comunes de solución empleados. Se dispone de una amplia

variedad de métodos de tratamiento dependiendo del tipo y concentración de los

contaminantes en el agua extraída. Los contaminantes retirados del agua son

transportados a lugares de eliminación apropiados.

Usualmente, los pozos se emplean para extraer el agua subterránea contaminada,

como se observa en la Figura 5. Su ubicación y velocidad de bombeo se escogen por lo

general de modo tal que toda el agua subterránea contaminada fluya hacia los pozos,

de modo que se incremente la recolección y se reduzca el potencial de expansión de la

zona contaminada. Estos sistemas suelen ser diseñados con la ayuda de modelos

numéricos disponibles en programas de cómputo.

Figura 5.- Uso de pozos en un sistema de “

En el caso de contaminación por LNAPLs, donde los materiales dañinos flotan en

parte superior del agua subterránea, puede emplearse una zanja para capturar los

contaminantes tal como se observa en la Figura

Figura 6.- Uso de una zanja de intercepción para capturar

contaminantes LNAPL de una estación de servicio de gasolina.

Obsérvese como el contaminante LNAPL flota sobre la napa

freática, haciéndolo m



Uso de pozos en un sistema de “bombear y tratar”

En el caso de contaminación por LNAPLs, donde los materiales dañinos flotan en


contaminantes tal como se observa en la Figura 6.

Uso de una zanja de intercepción para capturar

contaminantes LNAPL de una estación de servicio de gasolina.

Obsérvese como el contaminante LNAPL flota sobre la napa

freática, haciéndolo más fácil de capturar (Fetter, 1993).


geoambiental

19

En el caso de contaminación por LNAPLs, donde los materiales dañinos flotan en la


6.5. BiorremediaciónLa biorremediación es la mejora ingenieril de los procesos naturales de

biodegradación. Muy frecuentemente se realiza in

suministro de las condiciones favorables para el desarrollo del proceso bioquímico.

También puede efectuarse fuera del lugar, como método de tratamiento de suelos

excavados. Los sistemas de biorremediación in

que inyectan nutrientes, un re

Para promover la biodegrada

desarrollar un gradiente hidráulico a través de la zona, a fin de distribuir los materiales

inyectados, como se muestra en la Figura

Figura 7.- Típico sistema de biorremediación

La biorremediación es factible sólo en suelos con una conductividad hidráulica

suficientemente grande, mayor a

nutrientes y oxígeno. En algunos casos, como los halocarbones, los procesos biológicos

pueden generar materiales peore

sustancias que son incluso más dañinas qu

6.6. Extracción de vapores del suelLos suelos no saturados con contaminantes volátiles (aquellos que se vaporizan

rápidamente en contacto con

sistema de extracción de vapor del suelo. Este método consiste en aplicar vacío a una

serie de pozos con el fin de extraer grandes cantidades de aire a través del suelo. El

efluente de dichos pozos es lueg

Esta es una nueva tecnología que aún está en etapa de desarrollo, de modo que sólo

se dispone de unas pocas pautas para

factible en suelos con alta conductividad de aire, lo

baja humedad.



n La biorremediación es la mejora ingenieril de los procesos naturales de

biodegradación. Muy frecuentemente se realiza in-situ, y básicamente consiste en el


ectuarse fuera del lugar, como método de tratamiento de suelos

excavados. Los sistemas de biorremediación in-situ, usualmente consisten en pozos

receptor de electrones, y posiblemente otras sustancias

Para promover la biodegradación. Se instalan bombas en otro conjunto de pozos para


inyectados, como se muestra en la Figura 7.

Típico sistema de biorremediación

factible sólo en suelos con una conductividad hidráulica

, mayor a 10-4

cm/s, que permite la rápida distribución de


pueden generar materiales peores en lugar de mejores, produciendo nuevas

sustancias que son incluso más dañinas que los contaminantes originales.

Extracción de vapores del suelo Los suelos no saturados con contaminantes volátiles (aquellos que se vaporizan

rápidamente en contacto con el aire), pueden limpiarse algunas veces usando un



efluente de dichos pozos es luego tratado y descargado a la atmósfera.


pautas para diseño. Probablemente este método sólo sea

factible en suelos con alta conductividad de aire, lo cual se limita a suelos arenosos


geoambiental

20

La biorremediación es la mejora ingenieril de los procesos naturales de

situ, y básicamente consiste en el


ectuarse fuera del lugar, como método de tratamiento de suelos

situ, usualmente consisten en pozos

ceptor de electrones, y posiblemente otras sustancias

ción. Se instalan bombas en otro conjunto de pozos para


factible sólo en suelos con una conductividad hidráulica

, que permite la rápida distribución de


s en lugar de mejores, produciendo nuevas

Los suelos no saturados con contaminantes volátiles (aquellos que se vaporizan

el aire), pueden limpiarse algunas veces usando un




diseño. Probablemente este método sólo sea

cual se limita a suelos arenosos de





Los sistemas de extracción de vapor del suelo pueden mejorarse a través del "rociado

de aire in-situ", que consiste en inyectar aire comprimido en suelos saturados por

debajo de la zona contaminada. El aire llega a los contaminantes, llevándolos a la zona

no saturada por encima de la napa freática donde son capturados por los pozos de

extracción de vapor.

6.7. Solución intrínseca En algunos casos, los beneficios potenciales de un esquema de solución son tan

pequeños y el costo de implementación es tan alto que es mejor simplemente no

hacer nada y confiar en los procesos naturales para solucionar el problema. Esto se

conoce como "solución intrínseca". Este método es especialmente atractivo cuando no

hay pozos, ríos u otras instalaciones críticas en peligro inmediato y cuando la

contaminación puede ser limpiada mediante procesos naturales.

La solución intrínseca confía en la biodegradación natural, reducciones en

concentración debidas a la difusión y dispersión, y otros procesos. Estos procesos

pueden ser monitoreados usando pozos de muestreo de aguas subterráneas.

Posteriormente pueden introducirse técnicas más agresivas, en caso la solución

intrínseca no progrese como se había anticipado.

7. RELLENOS SANITARIOS

Los Estados Unidos producen alrededor de 250 millones de toneladas de desechos por

año. Existen básicamente 3 maneras de manejarlos:

� quemarlos

� enterrarlos

� reciclarlos / reusarlos

Idealmente el reciclaje es lo más adecuado. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos, el

75% de los desechos son enterrados en rellenos (landfills). Para bien o para mal el uso

de los rellenos de desechos continuará indefinidamente por varias razones:

� Los esfuerzos de reciclar los desechos están llegando a su límite. Es poco probable

incrementar considerablemente el nivel de reciclaje actual.

� La incineración no es un método viable para muchos desechos (mineros,

inorgánicos, no combustibles)

� La incineración genera contaminación ambiental, y crea cenizas que al final

debieran ser enterradas (en rellenos)

� El sitio debe de ser geológica, hidrológica y ambientalmente adecuado.

� Deben ser totalmente aislados y encapsulados de tal forma que el desecho y el

lixiviado no se mezclen con el medio ambiente.

� Cuentan con una envoltura superior e inferior. Cada una de estas dos envolturas

cuenta con un sistema (capas) de barrera y drenaje.

� El requerimiento más importante en el diseño de un relleno de desechos es que no

contamine ni degrade el ambiente.





Pese a que la identificación y solución de problemas existentes son aspectos

importantes de la ingeniería geoambiental, también necesitamos diseñar y construir

nuevas instalaciones de modo que evitemos la creación de nuevos problemas

ambientales. Los rellenos sanitarios están entre las más comunes y más importantes

de esas instalaciones.

Los rellenos sanitarios son instalaciones para la eliminación de desperdicios sólidos en

forma controlada. Empiezan a aparecer en los primeros años del siglo veinte en

remplazo de los botaderos abiertos infestados de ratas que se empleaban

antiguamente para colocar los desperdicios. Estas nuevas instalaciones son "sanitarias"

porque el desecho es periódicamente cubierto con suelo, formando una serie de

"celdas". Típicamente cada celda se cubre con unos 15 cm de suelo al final de cada día.

Esto reduce enormemente los problemas con las ratas y los bichos, protegiendo la

salud pública. El relleno completo se cubre luego con más suelo para formar una

"tapa". Ya en 1960, los rellenos sanitarios se habían convertido en el método preferido

de eliminación de residuos en Estados Unidos.

A pesar que los rellenos sanitarios constituían una mejora sustancial sobre las prácticas

anteriores, quedaban muchos problemas por resolver. Hasta antes de 1975, la mayor

parte de los rellenos sanitarios se ubicaban sin tomar en consideración su potencial

impacto ambiental. Como resultado de esto, muchos de ellos estaban construidos

cerca de lagos o ríos, o muy próximos a acuíferos de agua subterránea. En regiones

donde había presencia de yesos, los antiguos sumideros eran los lugares preferidos

para los rellenos, aun cuando esas zonas eran por lo general, importantes fuentes de

recarga de agua subterránea. Los rellenos ubicados en antiguas canteras,

especialmente aquellas que habían sido usadas en la explotación de arena y grava

tenían problemas similares. En consecuencia, los contaminantes solían filtrar fuera de

dichos rellenos, contaminando las aguas subterráneas y superficiales.

Estos problemas se volvieron evidentes durante la década de los 70's, por lo que se

inició la era de los "rellenos sanitarios ingenieriles". Estas modernas instalaciones son

diseñadas y operadas cuidadosamente para reducir el impacto potencial sobre el

ambiente y para proteger la salud pública.

7.1. Desperdicios sólidos Los desperdicios sólidos son subproductos inevitables de las actividades humanas.

Pese a que se efectúa la conservación, el reciclaje y otros esfuerzos por reducir la

cantidad de residuos, siempre tenemos que disponer de instalaciones de eliminación.

Los rellenos sanitarios reciben desperdicios sólidos de diversas fuentes, incluyendo los

siguientes:

� Residuos sólidos municipales (MSW), consistentes en basura generada en fuentes

comerciales y residenciales. Sin reciclaje, cerca de la mitad está compuesta por





papel y otra tercera parte la forman desechos orgánicos, incluyendo maleza y

comida. Lo restante incluye vidrios, plásticos, metales y muchos otros materiales.

� Residuos sólidos industriales, son todo tipo de desperdicios generados en procesos

industriales, varían ampliamente dependiendo del tipo de industria, y pueden

incluir químicos peligrosos.

� Residuos sólidos agrícolas, incluyen materiales vegetales y animales generados en

granjas y en plantas de procesamiento de alimentos.

� Lodos de aguas residuales, es decir los residuos sólidos producidos en las plantas

de tratamiento de aguas residuales.

� Subproductos de la combustión, del quemado de carbón incluyendo tanto cenizas

como productos incinerados y lodos de cañones de desulfurización de gases, si

bien algunos de estos materiales tienen usos productivos, otros requieren

eliminación.

� Residuos sólidos de minería, incluyendo diversos subproductos de las operaciones

mineras. Los desperdicios mineros de grano grueso (del tamaño de las arenas o

mayores) se denominan "relaves", mientras que los de grano fino (del tamaño de

las arcillas y los limos) se conocen como "fango mineral" o “lodo mineral”. En

algunos casos, los relaves pueden ser usados como agregados de construcción,

pero los fangos son casi siempre inútiles y pueden estar contaminados con

productos químicos tóxicos usados en los procesos mineros.

7.2. Selección de la ubicación La selección de la ubicación apropiada para un nuevo relleno sanitario es

probablemente el punto más importante. Es mucho mejor colocar las nuevas

instalaciones en lugares con condiciones geotécnicas favorables (por ejemplo en bases

de suelo o roca con conductividad hidráulica baja y por encima de la napa freática) que

elegir una zona pobre (por ejemplo, terrenos ricos en yeso, gravas limpias, etc.) e

intentar protegerla con diseños especiales. Adicionalmente a las consideraciones

geotécnicas, la selección de la ubicación del relleno tiene que tomar en cuenta la

hidrología superficial y subterránea, la posibilidad de inundación, las zonas de

procreación de animales, etc.

Si sólo se necesita tomar en cuenta las consideraciones técnicas, la selección del lugar

será un proceso directo. En la realidad, casi todo el mundo desea que los desechos

sean eliminados en una forma apropiada, pero virtualmente nadie desea tener un

relleno sanitario cerca. Incluso las propuestas de ejecución de rellenos en zonas

alejadas pueden recibir fuerte oposición política. Por ejemplo, en 1996, una propuesta

para construir un relleno sanitario con desperdicios municipales sólidos en una buena

ubicación dentro de una parte escasamente poblada del desierto de California fue

rechazada debido a protestas exageradas sobre el impacto ambiental y escándalo

político. Los costos de acarreo, que alguna vez fueron una de las consideraciones más

importantes para los rellenos municipales, han sido recientemente opacados por estos

otros asuntos.





Las instalaciones para la eliminación de materiales especialmente dañinos,

desperdicios nucleares y otros materiales similares requieren mayores esfuerzos de

selección de la ubicación. Sin embargo, el número de ese tipo de instalaciones es

pequeño comparado con aquellas usadas para desperdicios más convencionales.

7.3. Descomposición Los rellenos que reciben principalmente residuos sólidos municipales (MSW) están

sujetos a extensos procesos químicos, físicos y biológicos que se denominan

colectivamente como descomposición. Estos procesos convierten los MSWs en los

siguientes productos:

� residuos sólidos descompuestos,

� nueva biomasa,

� gases (generados por la descomposición),

� contaminantes en solución (lixiviados), y,

� calor.

Esos procesos son más activos durante los primeros veinte años, pero por lo general

continúan por varias décadas o incluso más tiempo. Los lixiviados son especialmente

importantes, consisten en líquidos contenidos en los desperdicios sólidos, líquidos

generados por descomposición y agua (que puede haber ingresado al relleno a través

del flujo de aguas subterráneas o mediante infiltración del agua superficial). Los

lixiviados son los principales medios de transporte de contaminantes desde el relleno

hasta el suelo de los alrededores, y por ello necesitan ser controlados.

7.4. Revestimientos, coberturas y recolección de lixiviados Antes de comenzar la colocación de desechos, el suelo natural se cubre con un

revestimiento, que tiene la finalidad de prevenir, o al menos retardar

significativamente, el flujo del lixiviado dentro del suelo. Usualmente los ingenieros

especifican revestimientos múltiples para proporcionar un cierto nivel de seguridad.

Por ejemplo, un sistema de revestimiento para rellenos puede incluir zonas de

recolección de lixiviados principal y secundaria, barreras geosintéticas y tuberías de

recolección de lixiviados, todo ubicado sobre una capa de arcilla compactada. Las

tuberías de recolección de lixiviados de un sistema de revestimientos conducen a

instalaciones de tratamiento que remueven o neutralizan las sustancias químicas

peligrosas.

Cuando el relleno está completo, se coloca sobre el área una cobertura impermeable

final. Esta cobertura tiene una serie de propósitos, que incluyen:

� reducir la infiltración de agua superficial, lo cual disminuye la producción de

lixiviados,

� controlar la presencia de ratas, bichos y otras pestes,

� controlar las emisiones gaseosas de los desechos,

� aislar a las personas del contacto directo con los desperdicios,





� reducir el potencial de erosión y hundimientos,

� eliminar el potencial de los desechos explosivos, y,

� proveer una apariencia agradable.

Figura 8.- Colocación de una geomembrana. Las costuras de unión de cada

tira de geomembrana se "sueldan" utilizando adhesivos especiales,

formando así un revestimiento continuo que servirá como una barrera

prácticamente impermeable.

7.5. Recolección de gases Los rellenos sanitarios generan grandes cantidades de metano y otros gases, como

resultado de la descomposición de materia orgánica. Por consiguiente, muchos

rellenos han sido equipados con sistemas de recolección de gas que recuperan una

parte de éste y la dirigen a un uso productivo. El gas puede ser recolectado aplicando

vacío a una serie de pozos excavados a través de los desechos. Estos pozos están

conectados por una serie de tuberías que llevan el gas hacia una central. Usualmente

el gas es quemado para generar vapor que se emplea en la producción de electricidad.

Además de proveer productos útiles (electricidad), los sistemas de recolección de gas

reducen el potencial de migración de los gases en los rellenos más allá de la propiedad

del relleno.

7.6. Clausura y post-clausura La clausura es el proceso mediante el cual se suspende el uso de un relleno que ya no

acepta desperdicios. Incluye las etapas de colocación de la cobertura final, instalación

de los equipos de drenaje superficial y establecimiento de la cobertura vegetal. Esto

necesita ser diseñado e implementado cuidadosamente para proporcionar la

protección ambiental requerida.





La post-clausura incluye el monitoreo y mantenimiento a largo plazo de un relleno

cerrado. Los asentamientos de los rellenos, debidos a la continua descomposición de

los desechos son muy importantes, dado que dichos asentamientos pueden producir

grietas y desgarraduras en las cubiertas, cambios en los patrones del drenaje

superficial, ruptura de las tuberías de recolección de gases y otros problemas. Las

actividades post-clausura también incluyen programas de monitoreo de aguas

subterráneas a largo plazo, para verificar que la calidad requerida del agua subterránea

se esté manteniendo.

REFERENCIAS

CODUTO, Donald

P.

1998

“Cap. 9. Geoenvironmental engineering”. En Geotechnical

engineering. Principles and practices. New Jersey: Prentice

Hall, pp. 288-313.





INGENIERÍA GEOAMBIENTAL ................................................................................................. 1

1. ANTECEDENTES ................................................................................................................. 1

1.1. El Canal Love ............................................................................................................. 1

1.2. El Arsenal de las Montañas Rocosas ......................................................................... 3

1.3. Legislación ................................................................................................................ 4

2. TIPOS DE CONTAMINACIÓN SUBTERRÁNEA ...................................................................... 5

2.1. Contaminación biológica .......................................................................................... 5

2.2. Contaminación química ............................................................................................ 6

2.3. Desechos dañinos ...................................................................................................... 7

3. FUENTES DE CONTAMINACIÓN DEL SUELO ....................................................................... 7

3.1. Botaderos subterráneos intencionales ..................................................................... 7

3.2. Filtraciones ............................................................................................................... 9

3.3. Otras fuentes de contaminación ............................................................................... 9

4. DESTINO Y TRANSPORTE DE LOS CONTAMINANTES DEL SUELO .................................... 10

4.1. Advección ................................................................................................................ 10

4.2. Dispersión ............................................................................................................... 11

4.3. Difusión ................................................................................................................... 12

4.4. Sorción ..................................................................................................................... 13

4.5. Volatilización .......................................................................................................... 13

4.6. Reacciones químicas ............................................................................................... 13

4.7. Biodegradación ....................................................................................................... 14

4.8. Decaimiento radiactivo ........................................................................................... 14

5. CARACTERIZACIÓN GEOAMBIENTAL DE UN ÁREA ........................................................... 14

6. MÉTODOS DE SOLUCIÓN .................................................................................................. 15

6.1. Control de fuentes ................................................................................................... 16

6.2. Excavación y eliminación ........................................................................................ 16

6.3. Contención ............................................................................................................... 17

6.4. Bombear y tratar .................................................................................................... 18

6.5. Biorremediación ..................................................................................................... 20

6.6. Extracción de vapores del suelo .............................................................................. 20

6.7. Solución intrínseca .................................................................................................. 21

7. RELLENOS SANITARIOS ................................................................................................... 21

7.1. Desperdicios sólidos ................................................................................................ 22

7.2. Selección de la ubicación ......................................................................................... 23

7.3. Descomposición ....................................................................................................... 24

7.4. Revestimientos, coberturas y recolección de lixiviados .......................................... 24

7.5. Recolección de gases ............................................................................................... 25

7.6. Clausura y post-clausura ........................................................................................ 25

REFERENCIAS ........................................................................................................................... 26

ic 122 ingeniería geoambiental

Documents