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20/03/20
MODULO 1 MONITOREO DE LA CALIDADDE SUELOS Expositor Ing Mg Sc. Juan
Guerrero Barrantes
Escuela de Postgrado
Universidad Nacional de Trujillo
Diplomado en:
“MONITOREO AMBIENTAL”
MODULO 1
Monitoreo de la Calidad Ambiental de Suelos
Expositor:
Ing.
Mg
Sc.
Juan
Guerrero
Barrantes
PROTOCOLO DE MUESTREO
ANALISIS E INTERPRETACION PARA
TRABAJOS DE RECUPERACION DE
SUELOS
Profesor Ing Mg Sc. JUAN GUERRERO BARRANTES
Muestreo
Primer paso en el análisis de suelo
Muestras deben ser representativas
El análisis propiamente tal no puede mejorar la calidad de la muestra
P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Decisiones que deben tomarse al
momento del muestreo
Muestras simples o muestras compuestasNúmero de muestras simples por muestra compuestaProfundidad de muestreoÉpoca del añoMétodo de muestreoEquipo de muestreoLocalización de la muestra
Cuidado para realizar el muestreo P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Representatividad de la Muestra
1 ha = 10 000 m2Profundidad (raíces abundantes)= 0.2 mVolumen= 2 000 m3Da= 1 ton/m3 o 1g/cm3 Masa = densidad x volumenMasa= 2 000 ton/ha (0.2 cm de profundidad)
= 2 000 000 kg/ha *****= 2 000 000 000 g/ha
Ej.: para MO se pesa 0.5 g; para P 2.5 g
P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Por qué ppmx2=kg/ha
ppm es expresión de concentración
1 ppm indica 1 pate por millón de parteTal como porciento indica 1 parte por cien partes
1ppm equivale a 1 microg/g1ppm equivale a 1 mg/kg1ppm equivale a 1kg/1000tons
Como en una ha hay 2 000 000 kg si el suelo tiene una concentración
de 5ppm, quiere decir que por cada millón de kilos tien 5 kg de P, como son 2 milllones de kilos habrá el doble.
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Heterogeneidad del suelo
Suelo es un cuerpo heterogéneo
Plantea problemas de muestreo
Preciso realizar esfuerzo para obtener muestra representativa
. P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Heterogeneidad (varianza) del suelo
200
100
50
Situación del K en 1 m2
Variación en 1 m2 de 50 a
100 ppm
¿Cuál será la variación en
1 ha ?
Respuesta sólo 2 a 3 veces
mayor, esto es la variancia
no aumenta
proporcionalmente con el
aumento d ela superficie
Variabilidad es
independiente de la
superficie muestreada 1 m
1 m
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Muestreo: es función del objetivo
Diagnóstico del estado nutrimental del suelo
Caracterización química – suelos contaminados
Clasificación de suelos
Estudios de impacto ecológio
Remediacion de suelos P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Muestreo: estimar valor medio
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Por qué Obtener una Muestra
•Imposibilidad de analizar todo el volumen de suelo
•Estimar el valor medio de alguna propiedad o su distribución espacial
•Se empelan métodos recomendados por la estadística
•Suposiciones.‐heterogneidad es independiene del tamaño***‐volumen de la unidad de muestreo está formada por
número finito de pequeños volúmenes (muestra)‐es posible hacer inferencias a partir de resultados
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Muestras simples vs compuestas
•Existen ambos posibilidades•Ambas permiten estimar la media de una población•La muestra compuesta requiere de un solo análisis•Las meustras simples de muchos•Muestra compuesta ahorra tiempo, dinero•Con muestras compuestas imposible calcular estadísticos•Muestras simples permiten cálculos de desviación•Para propósitos de diagnóstico no es muy importante conocer la desviación.
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Criterios para establecer unidades de
muestreo
Topográfico Separar por pendientes
Edafológico Tipo de suelo Fisiografia
Acciones potencialmente contaminantes Pasivos ambientales mineros, hicrocarburos, manufactura Análisis de riesgos para la salud y el ambiente
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Efecto del método
•Todos los métodos bien conducidos son igualmente efectivos
•Hay herramientas más adecuada que otras•Barrena de fertilidad mejor que la pala•Asegura que volumen de cada incremento de profundidad ea igual•Controla mejor la profundidad de muestreo•Volumen muestreado es pequeño
•Precauciones•Localización de la muestra
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Métodos de muestreo
•A juicio del investigador•Muestro simple al azar•Muestreo sistemático al azar (estratificado)•Muestreo sistemático en dos direcciones y alineado•Muestreo sistemático en dos direcciones y semialineado•Muestreo sistemático en dos direcciones y no alineado
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Método de colección de muestras en zig-zag
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NUMERO DE MUESTRAS
Superficie a muestrear Numero mínimo demuestras
<0.5 has 1
1 - 2 3
2 - 4 6
5 - 12 12
13 - 24 15
25 - 40 20
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Tamaño de las muestras – cuando hay
modificadores texturales
Diámetro maximo (mm)
Elementos gruesos
Peso mínimo (Kg)
2 - 9 0.5 kg
10 1
15 3
20 5
25 10
40 15
50 20
60 24
80 30100 35
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Profundidad recomendada para la toma de muestras en
función del objetivo del muestreo
Objetivo muestreo Profundidad recomendada
Riesgo contaminacion acuiferos Por horizontes
Riesgo a la salud 0 – 10 cm
Afectacion microorganismos suelo Horizonte A
fertilidad Espacio radicular (0‐30)
lixiviacion Por horizontes
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Profundidad
•Base de la decisión•Zona de máxima colonización radical
•Cultivos anuales•Capa arable (0‐18/20 cm)
•Praderas•Zona de enraizamiento máximo (0 a 7/10 cm)
•Frutales y forestales•Generalmente incrementos de 30 cm•Análisis de suelo en estos casos tiene escaso valor predictivo
•Empleado mayormente para caracterizar la situación del sitio
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20,180 mg/kg de TPH – derramereciente, por robo de grapas en
tuberia
El Alto – Talara
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0
30 cmCM0
60 cmCM0
Horizonte petrocalico
impermeable en el
sub suelo – con
fosiles
El movimiento de hidrocarburos solo ha ocurrido hasta los60 cm de profundidad, debido a que luego se encuentra una
capa dura e impermeable de carbonato de calcio.
0 5000 10000 15000 ppm de
TPH
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In Sánchez,1976
SUELO superficial
SUBSUELO
200-400 Ton/ha M.S75 % troncos y ramas
15-20 % raices4-6 % hojas
80%20%
700- 2044 N33-137 P
600 – 1017 K 653 –2760 Ca381 – 3890 Mg
196 S43 Fe
Lavado de hojas
LIXIVIACIÓN
Escorrentía
BALANCES DE BIOMASA Y NUTRIENTES
28
PROFUNDIDAD DE MUESTREO
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P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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• La selección del equipo de muestreo:
• Es muy importante para condiciones edáficas tan heterogéneas que tiene el país, en algunos casos de suelos uniformes, profundos, con buen contenido de humedad (condiciones tropicales), es adecuado utilizar un tornillo muestreador de acero (auger) que permita realizar tomar muestras superficiales y también a diferentes profundidades. Pero en el caso de suelos desérticos con capas calcáreas duras, se debe considerar la utilización de palas, picos e incluso barreta y finalmente si se tratara de suelos arenosos
entonces el uso de la lampa es suficiente. La guía del MEM, plantea un lenguaje que no se utiliza en el país.
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Tubos de vidrio
para análisis de
BTEX
Frascos de vidrio de 0.5 kg
para TPH, PAH.
Muestreo en sitios
contaminados
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ORIGEN DE LA CONTAMINACION
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Pluma de
contaminación
generada por el
vertido a partir
de un foco puntal.
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P r o f e s o r J u a n G u e r r e r o B a r r a n t e s -
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Perforación del pozo de monitoreo
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Barreno espiral de 4”extrayendo material
Tubería de PVC ranurada y li sa
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Terminación del pozode monitoreo
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Núcleos en penetrómetro
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Caracterizacion de un sitio contaminadopara atenuacion natural
Seguimiento de la Atenuac ión Natural
Localización y selecciónde sitios
Caracterización del sitio
•
Historia del sitio
•Uso del Suelo•Mapas• Acuífero s•Pluma de contaminación•Tipo y concentración decontaminantes
Caracterización del sueloFisicoquímicaMicrobiológica
Pruebas de biodegradabilidad
Lisímetros
•Monitoreo en línea•Factibilidad•Modelos matemáticos•Pruebas de Bioestimulación
Sistemas de
monitoreoCriterios para aplicarla Atenuación Natural
como proceso deremediación
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Transformar el contaminante a un compuesto menostóxico, a través de la biodegradación o transformaciónabiótica.
Reducir la concen trac ión del con taminan te, por lacual los potenciales de exposición pueden ser reducidos.
Disminuir la movilidad y biodisponibilidad delcontaminante a través de la adsorción en el suelo y lamatriz rocosa.
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•Qu e e l c on ta mi na nt e p re sen te e n e l s ue lo o e l ac uíf ero p ue de s er ef ec ti va me nt eremediadopor losprocesosde atenuaciónnatural
•Si l a p lu ma d e c on tam in ac ió n es es tab le o n o y el p ot en ci al d e l as c on dic io nesambientales que influencian la estabilidad deésta.
•Si la salud humana,fuentes de agua potable, otras aguas subterráneas y superf iciales,ecosistemas, sedimentos, aire u otros recursos ambientales, pueden ser impactados aconsecuenciade laselecciónde laAN
•Si e l contaminante, por s i m ismo o como unaacumulación con ot ras fuentes vec inas,puedaejercer un impactoa largo plazoen losrecursosambientales.
•Si el tiempo estimado de remediación es razonable, comparado con los t iemposrequeridos para otros métodos activos.
•La naturaleza y distribución d e la fuente de contaminación y si ésta es o puede sercontrolada.
•Si los productos,resul tado de la transformación, presentan un mayor riesgo debido alaumento desu toxicidad o movil idad
La AN debe considerar lo siguiente:
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Parámetros del
Contaminante
Parám etros del Suelo Parámetros
Ambientales
Solubilidad Contenido y r etención de agua Temperatura
Presión de vapor Porosidad, densidad y permeabilidad
Precipitación
Número y tipo degrupos funcionales
Contenido de arcilla Evapotranspiración
Polaridad Contenido de materia orgánica
Profundidad de agua subterránea
Cuadro de parámetros del compuesto químico, suelo y ambiente que
influyen en el transporte a través del suelo.
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PARAMETROS A DETERMINAR EN ELSUELO
•Textura•Densidad Aparente•Densidad Real•pH•Capacidad de Intercambio Cat.•REDOX•Conductividad Eléctrica•Humedad•Materia Orgánica•Carbono Total•Nitrógeno Total•Bacterias Hidrocarbonoclastas•Bacterias Totales•O2, CO2, CH4, H2S
•Fósforo Total•Metales (V, Pb, Mn, Fe, Hg)•Nitratos•Nitritos•Sulfatos•Fosfatos•TPH•Hidrocarburos grado diesel•Poliaromáticos•BTEX•Fosforo Asimilable•Biodegradabilidad
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Proyectode Atenuación NaturalPozo Campo 10
Plano No.6 Octubre2001 Escala. 1:1 500
INSTITUTOMEXICANODEL PETRÓLEOPrograma de Biotecnología del Petróleo
Direccionesdeescurrimiento superficial
B.N.
SIMBOLOS
Banco de nivel
Estación topográfica
Punto taquimétrico
Cota delterreno natural
Cota delnivelpiezométrico
Pozo de monitoreo
Sondeo exploratorio
Pozo petrolero
Arbol
Líneasdesección
50.369
48.856
S-2
PM-3
II'
Dirección de escurrimiento Superficial
Campo X
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Distribución espacial de la vegetación en Campo
X,Ver.
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Arbór ea
Arbus tiv o
Pastizal
Herbaceo
Área in undad
Arena
Simbología
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Planificación del Muestreo
de SuelosIng. Mg. Sc. Juan Guerrero Barrantes
P R O F E S O R J U A N G U E R R E R O
B A R R A N T E S U N A L M
Indice
1. Distribución de Puntos de Muestreo
2. Plan de muestreo
3. Reporte de ECAs
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Distribución de Puntos de Muestreo
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B A R R A N T E S U N A L M
Tipos de Muestreo
a. Identificación
b. Caracterización o Detalle
c. De Fondo
d. De la Remediación
1. DISTRIBUCION DE PUNTOS DE MUESTREO
P R O F E S O R J U A N G U E R R E R O
B A R R A N T E S U N A L M
Patrones de Muestreo con Distribución Uniforme Rejillas regulares
Rejillas triangulares
Rejillas circulares
Sobre una línea
Diagonales múltiples
P R O F E S O R J U A N G U E R R E R O
B A R R A N T E S U N A L M
Rejillas regularesEn el plano se trazan rejillas con líneas paralelas yperpendiculares equidistantes, permitiendo quetodas las celdas tengan las mismas dimensiones. Eltamaño de las celdas depende del detalle requerido,entre más detalle se requiera las celdas son máspequeñas. Se marca un punto en cada celda, ya seaal centro o en las intersecciones, pero en todas lasceldas los puntos debenquedar en el mismo lugar.
Rejillas triangularesEn el plano se trazan rejillas con líneas paralelasequidistantes tratando de conformar triángulosequiláteros, todos con las mismas dimensiones. Eltamaño de las celdas depende del detallerequerido, entre más detalle se requiera la rejilla esmás cerrada. Cuando en este patrón se marca un
punto en el centro de cada celda, éste quedarodeado por 3 puntos que se encuentran a lamisma distancia dx, entonces se puede calcular elradio no muestreado (r = (dx/3) (√‾3), así como elárea circularno muestreada(A = π r2 = π dx2/3).
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variable Cantidad de
muestra
(g)
Caracterización química: pH, CIC, Ca, Mg, P, Na, Ce 500
Caracterización física: textura, densidad aparente 500 – 2000g
Contaminantes inorgánicos: principalmente metales 150
Microbiológico(bacterias, hongos) 100
Cantidad de muestra de suelo
P R O F E S O R J U A N G U E R R E R O
B A R R A N T E S U N A L M
NUMERO DE PUNTOS DE MUESTREO EN RELACION A
LA EXTENSION Y UNIFORMIDAD
Recomendaciones de la Guía de Muestreo de Suelos
MINAM
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B A R R A N T E S U N A L M
Cuando
el
área
de
contaminación
es
<
a
1000
m2 y
tiene
FORMA
REGULAR: Forma de un cuadrado:
• Número de muestras y distribución: una muestra en cada pared (4) y una en el fondo (1), total 5 muestras
• En todos los casos se requiere tener un plano de localización
LOCALIZACIÓN DE PUNTOS DEMUESTREO EN EL AREA DEEXCAVACION REGULAR:FORMA DE CUADRADO
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Cuando
el
área
de
contaminación
es
<
a
1000
m2 y
tiene
FORMA
REGULAR:
Forma
de
un
rectángulo:
• Número de muestras y distribución: una muestra en cada pared corta (2), dos en cada pared larga (4) y dos en el fondo (2), total 8 muestras
LOCALIZACIÓN DEPUNTOS DEMUESTREO EN ELAREA DEEXCAVACIONREGULAR: FORMADE RECTANGULO P
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MODULO 1 MONITOREO DE LA CALIDADDE SUELOS Expositor Ing Mg Sc. Juan
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Cuando el área de contaminación es < a 1000 m2 y
hasta 5000 m2 y tiene FORMA IRREGULAR:• Número de muestras y distribución: una muestra por cada 15 – 20
metros lineales en las paredes del perímetro del área excavada y 2 en el fondo según la superficie (áreas menores a 1000 m2) y 3 o 4 para áreas hasta 5000 m2, según sea el caso
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Cuando
el
área
de
contaminación
es
de
1,000
m2 (0.1
hectáreas)
hasta
9,999 m2 (0.999 hectáreas) y tiene FORMA REGULAR:
• una muestra (1) por cada 100 m lineales en cada pared corta o larga (distancia/75‐100 = N),
• dos muestras (2) en el fondo por cada 1000 m2
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Cuando
el
área
de
contaminación
es
de
10,000
m2 (1
hectárea)
a
150,000
m2 (15
hectáreas)
y
tiene
FORMA
REGULAR:
• una muestra (1) por cada 75 a 100 m lineales en cada pared corta o larga (distancia/75‐100 = N),
• NPM en el fondo según la siguiente ecuación
NPM
=
18
+
2.3694
*
ADonde:
NPM = número de puntos de muestreo
A = superficie en hectáreas
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• Para cualquiera de los patrones de muestreo que se pretenda aplicar, es muy importante contar con un plano acotado del sitio de estudio, con la finalidad de marcar los puntos y obtener sus respectivas coordenadas para posteriormente confirmarlos en el propio sitio con ayuda de un geoposicionador
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Número
de
Puntos
de
Muestreo
de
acuerdo
al
tipo
de muestreo
• Muestreo IDENTIFICACION
Se
utiliza
la
información
de
la
investigación
histórica,
el
levantamiento
técnico
del
sitio
potencialmente
contaminado
• Muestreo de Caracterización o Detalle
• Muestreos de Fondo Fuera del Sitio
• Muestreo de remediacion
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Muestreo
de
Caracterización
(MC)
El objetivo es obtener muestras representativas del suelo para determinar el área y volumen (distribución horizontal y vertical) de la contaminación
Cuantifica y delimita los cuerpos de contaminación y las plumas de propagación
Caracteriza los medios en relación a factores que influyen en la liberación, migración y comportamiento de los contaminantes.
A partir de los resultados obtenidos se establece la propuesta de acción de remediación, restricciones de uso, acciones de emergencia, etc.
El tipo de muestreo deberá ser de preferencia del tipo dirigido y de forma justificada con base en el muestreo exploratorio se puede aplicar un muestreo sistemático.
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Muestreo de Nivel de Fondo (MF)
Aplicable a metales y metaloides
Localización del sitio de muestreo, deberá:Estar fuera del sitio o predio en estudio.Presentar una orografía similar al sitio en estudio.No debe tener actividades antropogénicas actuales o pasadas.No debe estar demasiado alejado del sitio en estudio.
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Muestreo Comprobatorio de la Remediación (MC)
Tiene como objetivo demostrar que las acciones de remediación implementadas en un suelo contaminado, alcanzaron concentraciones menores o iguales a los valores establecidos en el ECA Suelo o los valores establecidos en el Estudio de Evaluación de Riesgo a la Salud y el Ambiente (ERSA). El contenido del muestreo comprobatorio, es detallado en el Anexo N° 7.
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• Muestreo de Caracterización o Detalle
0
50
100
150
200
250
0 0 .2 0 .4 0. 7 2 4 6 8 1 0 12 1 4 1 6 18 2 0 2 2 24 2 6 2 8 30 5 0 7 0 90
N ú m e r o M í n i m o d e P u n t o s d e M u e s t r e o
Área Contaminada (ha)
Muestreo de Detalle
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• Muestreos
de
Fondo
Fuera
del
Sitio
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200 300 400 500
N ú m e r o M
í n i m o d e P u n t o s d e M u e s t r e o d e F o n d o
Área
Contaminada
(ha)
Muestreos de Fondo
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Área
Contaminada(ha)
Puntos de
muestreo de
fondo
Hasta
100 10200 20300 30
400 40500 50
P R O F E S O R J U A N G U E R R E R O
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Número mínimo de puntos de muestreo para muestreos de fondofuera del sitioPara sitios en estudio menores a 100 hectá reas se tomarán
muestras simples en porlos menos 10 puntos de muestreo distintos
más 1 duplicado.
Para sitios en estudio mayores a 100 hectáreas se tomaran
muestras simples en concordancia con la extensión del predio en
múltiplos 10, más 1 duplicado por cada 10 muestras.
Los puntos de muestreo para la toma de las muestras se localizarán
en una retícula regular.
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MODULO 1 MONITOREO DE LA CALIDADDE SUELOS E i I M S J
• Muestreos a Profundidad
Objetivo de la Muestra
Número Mínimo a Tomar a
Profundidad
En General 3 por cada punto de muestreo
Otras Recommendaciones
Riesgo de Contaminación en
acuíferosPor horizontes
Riesgo a la Salud 0 - 10 cm
Afectación a micro-
organismosHorizonte A del suelo
Lixiviación Por horizontes
Ver la Guia para Muestreo (2013) para las
profundidades de mustreos a tomarse.
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B A R R A N T E S U N A L M
Definir el área de potencial interés.Fijar los objetivos del Plan de muestreo. Parámetros a analizarDefinir los tipos de muestreo. Determinar la densidad y los puntos de muestreo.Establecer los diferentes procedimientos de campo.Establecer los métodos de conservación de las muestras.Considerar las necesidades analíticas a desarrollarse.Selección del laboratorio acreditadoMedidas de seguridad
2. RECOMENDACIONS PARA UN BUEN PLAN
DE MUESTREO
Ver el Anexo N o 2 de la Guía (Muestreo de Suelos) para Consideraciones
Adicionales
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3. REPORTE DE RESULTADOS DE ECAs (Gestión de
resultados)
• Informes para el Cliente y para la Autoridad Competente
• Presentación de los Datos
• Interpretación de los Datos
• Planes de Descontaminación
• Análisis de Riesgos (ERSA – no tiene guía metodológica)
• Seguimiento de contaminantes en el suelo y en las aguas subterráneas
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