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• NATURALEZA Y PRODUCCION DE RELAVES

PRESAS DE RELAVES

Los relaves de Ite, ubicada en la Bahía de Ite, en la región de Tacna al sur del Perú, se formó debido a la disposición de los relaves de las operaciones de las concentradoras de Toquepala y Cuajone de SPCC en el mar.

Formación de la Reserva de Relaves de Ite

La explotación de las minas Toquepala y Cuajone, que iniciaron en 1960 y 1976, respectivamente, abastecen las plantas concentradoras donde se lleva a cabo el proceso de concentración de minerales correspondientes a cada entidad. En este proceso, el mineral es triturado, molido y luego beneficiado por flotación, es decir, el mineral aprovechable que representa menos del 1% del material que se procesa, es recuperado haciéndolo flotar con agentes espumantes, para luego concentrarlo como producto final. El material inerte que representa más del 99% del mineral procesado, se retira por la parte inferior del sistema de flotación como relaves/jales.

Desde el inicio de las operaciones de Toquepala y Cuajone hasta diciembre de 1996, las concentradoras descargaban un total de 785 millones de toneladas de relaves/jales, enviados aguas abajo de las operaciones por cauces secos, para ser finalmente depositados en el mar, en la desembocadura del cauce del río Locumba en la Bahía de Ite. A partir del año 1996, los relaves de ambas concentradoras se depositan tierra adentro, en el Embalse de Relaves de Quebrada Honda.

• Presa de Relaves en la quebrada Honda

• 1. INTRODUCCION

Los relaves se definen como partículas de roca trituradas que son producidas ó depositadas en forma de pulpa (Pasta con agua).

Esta definición involucra a la gran mayoría de desechos provenientes del procesamiento mineral, después de la extracción de los valores minerales.

En la minería y en la metalurgia extractiva el principal énfasis está en la extracción de los valores minerales; considerando que los relaves son simplemente un producto de desecho con características físicas y químicas propias.

INTRODUCCION

La disposición de relaves es comúnmente identificado como el más importante recurso de impacto ambiental por muchos proyectos mineros.

Los relaves son tratados como el producto final de la operación de los valores minerales.

2. PROCESAMIENTO DEL MINERAL

Para una comprensión de la naturaleza de los relaves es fundamental un conocimiento básico de cómo ellos son procesados.

La extracción de los valores del mineral requieren procedimientos tan diversos como los metales procesados, pero algunos pasos fundamentales en los procesos son comunes en muchos minerales.

2.1 TRITURACIÓN

La Trituración es usualmente desarrollada en etapas de manera que los fragmentos de rocas disminuyan gradualmente de tamaño hasta ser aceptada como alimentación del equipo de molienda.

Equipo de Molienda:

El equipo de trituración primario puede aceptar fragmento de roca tan grandes como varios pies de diámetro.

El equipo de trituración secundario reducirá los fragmentos de roca desde 10 a 12 pulgadas de tamaño hasta aproximadamente la malla 20.

2.2 MOLIENDA

La Molienda reduce adicionalmente el tamaño de los fragmentos producidos por trituración o chancado. El equipo de molienda incluye barras y bolas de acero, las cuales trituran el mineral durante la rotación del cilindro

La molienda representa la etapa final en la reducción física del mineral desde roca hasta el tamaño de relaves. La granulometría de los relaves producidos dependerá tanto del grado de partículas rotas producidas en la molienda de fragmento de roca dura como del contenido de arcilla en el mineral original.

El óptimo grado de molienda está gobernado por la eficiencia de la extracción del mineral..

Como resultado de los golpes violentos durante la trituración y molienda las partículas de relaves son usualmente sólidas y altamente angulares. Aún las partículas de tamaño fino muestran una angulosidad remarcable. Las excepciones son rocas mineralizadas consistentes principalmente de esquistos, pizarras y lutitas.

Los relaves resultantes de trituración y molienda de aquellas rocas mineralizadas tendrán formas de partícula y dureza que reflejan las partículas de arcilla y limo en el material original

2.3 CONCENTRACIÓN

Las partículas individuales producidas por la molienda varían en contenido de mineral. El propósito de la concentración es separar aquellas partículas con altos valores minerales de aquellos con bajos valores (Relaves). Los métodos para concentración varían de acuerdo con el tipo de mineral, pero se usan tres clases generales:

• Separación por gravedad

• Separación magnética

Flotación por espuma

SEPARACIÓN POR GRAVEDAD

La separación por gravedad requiere que el mineral y su roca tengan considerablemente diferentes gravedades específicas. Como por ejemplo carbón, hierro, oro. Los clasificadores son usados para colectar las partículas más ligeras o más pesadas, dejando las partículas remanentes como relaves. La separación por gravedad es usualmente desarrollada con agua.

SEPARACIÓN MAGNÉTICA

La Separación Magnética es obviamente la más útil para la extracción de hierro de minerales magnéticos como magnetita. Las partículas magnéticas son colectadas por una faja. Las partículas no magnéticas permanecen como relaves.

FLOTACIÓN ESPUMA

La Flotación Espuma es el método de concentración más usado, a través de un proceso físico químico altamente complejo.

La flotacion consiste en mezclar reactivos químicos en la pulpa (mezcla de agua y mena finalmente molida) y hacer que el aire burbujee a través de ella. Las partículas del mineral de interés son arrastradas a la superficie por las burbujas de aire, formando una espuma que desborda desde el tanque. De esta espuma se recupera el concentrado mineral. Se usa especialmente en el caso de los sulfuros.

FLOTACIÓN ESPUMA

Las partículas con alto contenido de mineral se levantan a la superficie de una espuma. La espuma es retirada y las partículas remanentes vienen a ser los relaves.

El uso de los procedimientos de flotación en una operación particular, puede ser un indicador inicial de posibles constituyentes químicos problemáticos en el efluente de la planta, y finalmente en la deposición de los relaves.

Los agentes usados son muy específicos para los tipos de minerales que están siendo separados en el proceso de flotación y ellos varían considerablemente para diferentes operaciones.

2.5 DESECACION

La desecación es la etapa final del proceso en la planta minera, de significancia en la producción de relaves. El término de desecación en un proceso minero no significa un secado completo de los relaves dado que durante su desarrollo se extrae algo de agua de la pulpa de relaves, como una fase siguiente a la concentración.

El agua recuperada y los agentes químicos pueden ser recirculados al proceso de la planta para su reuso si fuera posible. El reciclado del agua procesada puede no ser factible en algunos casos como consecuencia de la presencia de contaminantes que reducirían la eficiencia de la extracción.

El medio más común de desecación es por espesadores. Los espesadores consisten de un tanque con brazos rotativos que transportan los sólidos de relaves hacia el centro del tanque, desde donde son colectados y transportados al área de almacenamiento. En algunos casos son usados hidrociclones para el desecado.

Existen otros tipos de desecados que emplean succión por vacío del agua de la pulpa de relaves a través de una malla.

Hidrociclones

Son equipos indispensables en la Minería para Clasificación de sólidos en el rango 10–300 micras, especialmente en circuitos de molienda. Espesado de pulpas previo a etapas de concentración y

separación sólido-líquido. clarificación parcial de efluentes, como ayuda a clarificadores. Circuitos de lavado en contra-corriente.

Funcionamiento

La pulpa de alimentación entra tangencialmente a la parte cilíndrica bajo una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formando un torbellino descendente hacia el vértice de la parte cónica. Las partículas más gruesas debido a la aceleración centrífuga giran

cercanas a la pared, siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa.

Hidrociclones

Funcionamiento

Debido a las reducidas dimensiones de ésta, solamente se evacua una parte de la suspensión, creándose en el vértice del cono un segundo torbellino de trayectoria ascendente, el cual transporta las partículas finas junto con la mayor parte del líquido, abandonando el hidrociclón a través de un tubo central situado en la tapa superior del cuerpo cilíndrico. Regulando la aceleración del torbellino y variando la geometría y toberas del hidrociclón puede ajustarse el tamaño de separación entre 10 y 500 micras

• CAPÍTULO II: FLUJO DE AGUA EN EL SUELO

• TACNA, SETIEMBRE 2 013

•

Filtración, drenaje y acciónde las heladas

El representante regional de una empresa industrial extendida por toda la nación, adquirió lo que parecía ser el lugar ideal para un almacén y centro de distribución. Era en un pequeño valle próximo a una línea de ferrocarril y a una carretera principal.

Después de haber comenzado la construcción se encontró que el alto nivel freático dificultaba el trabajo y que el agua subterránea que fluía hacia el interior de las excavaciones de algunos cimientos hacía imposible el colado del concreto.

• Filtración, drenaje y acciónde las heladas

El primer contratista, desesperado, abandonó el trabajo y otro contratista que trató de continuarlo perdió finalmente su negocio. La empresa industrial no tenía otra alternativa que tirar el proyecto, abandonar la propiedad y comprar un nuevo lugar.


La causa de todos estos inconvenientes era el agua subterránea incontrolable, una dificultad que un hombre de negocios sin experiencia en ingeniería difícilmente podría reconocer, pero que pudiera haber sido corregida por un adecuado control de las filtraciones.


Un almacén para jugo de naranja congelado, en un clima caliente, comenzó rápidamente a levantarse con respecto a su nivel original. El movimiento, que no era uniforme, separó los muros y dañó el piso con aislamiento que estaba soportado por un relleno de arena fina de 90 cm de espesor colocado sobre el suelo original de arena limosa.


El deterioro del aislamiento del piso aumentó la velocidad del movimiento y en un año se produjo un levantamiento de más de 30 cm. El aislamiento del piso se había colocado incorrectamente y el suelo de abajo se enfrió. Esto aumentó la tensión capilar haciendo que la humedad fluyera hacia arriba y se helara. Se acumularon lentes de nieve en el suelo y finalmente el suelo se heló hasta una profundidad de 3.50 m. La inversión de la corriente de calor producida por el calentamiento del terreno por medio de conductos de aire caliente corrigió temporalmente la dificultad. La solución final del problema fue reemplazar el aislamiento y mantener una corriente de calor dentro del suelo para balancear la pérdida dentro del almacén.


El agua es el ingrediente del suelo que fluctúa con el tiempo y las estaciones y a medida que cambia, pueden cambiar parejamente la resistencia o el volumen del suelo. El control del contenido de agua o humedad, el control del movimiento del agua y la protección contra los daños que causa el movimiento del agua en los suelos, son aspectos de vital importancia en la ingeniería de los suelos. Estos problemas se presentan al hacer excavaciones, construir caminos y aeropistas, proyectar presas de tierra y diques y al construir cimentaciones seguras.


La energía que posee una partícula de agua está en tres formas:

Energía potencial, debida a su altura;

Energía de presión, debida a la presión y

Energía cinética, debida a su velocidad.

La velocidad del agua que fluye a través de los suelos es tan baja, que la energía cinética es prácticamente cero.

La energía del agua se expresa corrientemente como carga, una dimensión lineal, en metros, por ejemplo, que realmente expresa kilográmetros por kilogramo. Como la energía es sólo relativa, la carga debe referirse siempre a un punto fijo, generalmente un plano de referencia arbitrario.


La carga que posee el agua en los suelos se manifiesta por la altura h, a la cual asciende el agua en un pequeño tubo, con relación al plano de referencia, como se indica en la figura a. Esta altura a que el agua asciende se llama a menudo nivel piezométrico, superficie piezométrico o freática y es una medida de toda la energía que tiene el agua.


Si en dos puntos diferentes de una misma masa continua de agua hay cantidades diferentes de energía, habrá un movimiento de las partículas de agua hacia los puntos de menor energía y la diferencia en carga (energía) se gasta en el trabajo de mover el agua. La ley de Darcy expresa la pérdida de carga, Ah, que se requiere para mover el agua a través del suelo la distancia L con un gasto q, por medio de la siguiente fórmula:

Dh= qL/kA

Esto, desde luego, implica que el flujo sea laminar, que es el caso corriente en todos los suelos, excepto las gravas gruesas.

• FILTRACIÓN EN SUELO SATURADO, RED DE FLUJO

El flujo del agua a través de un suelo saturado se puede representar esquemáticamente por líneas de flujo (figura a), que son los caminos que toman las partículas de agua en movimiento. El agua tiende a seguir el camino más corto entre un punto y otro, pero al mismo tiempo, los cambios de dirección los hace solamente por curvas suaves. Las líneas de flujo son, por lo tanto, líneas curvas que tienen algún paralelismo, como un manojo de bandas de goma ligeramente estiradas que se extendieran del punto de mayor carga al de menor carga. En muchos casos las curvas son segmentos de elipses o de parábolas.

• FILTRACIÓN EN SUELO SATURADO, RED DE FLUJO

Las diferentes cantidades de energía o carga se pueden representar en la misma figura por líneas equipotenciales (figura b), que son líneas en las cuales todos los puntos tienen igual carga. Las líneas equipotenciales son como curvas de nivel de igual energía; las líneas de flujo las cortan en ángulo recto, ya que en el agua se mueve de los niveles de mayor energía a los de menor energía, siguiendo los caminos de gradientes de máxima energía; de la misma manera que el agua corre hacia abajo en la ladera de una colina, de los niveles superiores a los inferiores siguiendo la línea de máxima pendiente.

El esquema de las líneas de flujo y equipotenciales se denomina red de flujo y es un instrumento poderoso para la solución de los problemas de filtraciones de agua.

• CAPITULO III: PROCESOS DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES

El flujo y transporte de contaminantes en el suelo es un proceso complejo, ya que intervienen distintos fenómenos físicos, químicos y biológicos. Orrego y Arumi (2005), sugieren que los principales procesos de flujo y transporte de contaminantes en el suelo se producen de las siguientes formas:

1. Difusión Molecular

2. Dispersión

a. Dispersión Mecánica

b. Dispersión Hidrodinámica

3. Advección

4. Otros:

a. Retardo

b. Atenuación:

b.1. Remoción irreversible

b.2 Transformación

1. Difusión molecular: Los contaminantes al ser solutos, pueden difundir mediante la ley de Fick, de zonas de mayor a menor concentración.

2. Dispersión: Los contaminantes al mezclarse con el suelo, tienden a disolverse con sus componentes. La dispersión puede ser mecánica o hidrodinámica:

a. La dispersión mecánica, se presenta cuando el flujo de contaminante encuentra barreras físicas u obstrucciones con los materiales gruesos, tomando distintas rutas en el suelo.

b. La dispersión hidrodinámica, Es la acción conjunta de la difusión y la dispersión mecánica; ambos fenómenos no pueden considerarse aisladamente.

Por lo tanto, se presenta cuando el contaminante es solubilizado por el agua del suelo y empieza a comportarse mediante propiedades de flujo continuo, dentro de los primeros horizontes. Las figuras siguientes, ilustran el proceso de dispersión de contaminantes en el suelo.

4. Existen otros procesos que afectan el transporte de contaminantes en el suelo y que pueden reducir su concentración. El suelo al estar compuesto por minerales y materiales orgánicos (materia orgánica viva y no viva), se convierte en un reactor bioquímico donde se dan diversas transformaciones, entre ellas la degradación de contaminantes. Nombraremos los procesos más importantes:

a. El retardo

b. La atenuación:

a. Retardo: Es un proceso que limita el transporte de los contaminantes en el suelo, debido a su remoción o inmovilización por acción de los coloides y/o la biomasa microbiana. Desde el punto de vista químico el retardo puede presentarse por sorción (Retención de una sustancia por otra cuando están en contacto; incluye las operaciones de absorción, adsorción, intercambio iónico y diálisis) y precipitación (juega un papel fundamental las cargas y enlaces iónicos). En el retardo, los contaminantes no son transformados y el proceso es reversible. Este caso se presenta en los metales pesados y algunos plaguicidas recalcitrantes.

b. Atenuación: Hace referencia principalmente a dos procesos:

b.1. Remoción irreversible y

b.2. Transformación:

b.1. La remoción irreversible tiene lugar cuando la concentración de la sustancia se reduce, actuando como mecanismo de atenuación de contaminantes.

b.2. La transformación se presenta cuando en el suelo se producen reacciones de oxidación o reducción, lo que modifica la estructura química del contaminante. En este último proceso es muy importante la aireación del suelo ya que los organismos responsables de la atenuación son en su mayoría aerobios y muchos de los productos son liberados a la atmósfera por volatilización.

La solubilización es cuando un compuesto denominado soluto (ya sea solido, liquido o gaseoso) se disuelve en otro (solvente), es decir, entre los dos pasan a formar una sola fase homogénea (se ve como si solo fuera un solo compuesto) el solvente es el que se encuentra en mayor cantidad, generalmente es un liquido, los gases son malos solventes, el factor de solubilidad es la cantidad de soluto que se puede disolver en el solvente a cierta temperatura. un ejemplo es una solución de cloruro de sodio en agua, en la que el agua es el solvente y el NaCl es el soluto.

• GEOTECNIA Y MEDIO AMBIENTE

• Tacna, 2013

• CAPITULO I: RECUPERACIÓN DE SUELOS

1.1. Definición

El suelo, la capa más superficial de la corteza terrestre, constituye uno de los recursos naturales más importantes con el que contamos al ser el substrato que sustenta la vida en el planeta.

• METEORIZACIÓN

Desde el punto de vista edáfico, un suelo es un cuerpo natural tridimensional formado por la progresiva alteración física y química de un material original o roca madre a lo largo del tiempo, bajo unas condiciones climáticas y topográficas determinadas y sometido a la actividad de organismos vivos.

• HORIZONTES

A lo largo de su evolución o edafogénesis, en el suelo se van diferenciando capas verticales de material generalmente no consolidado llamados horizontes, que están formados por constituyentes minerales y orgánicos, agua y gases, y caracterizados por propiedades físicas (estructura, textura, porosidad,

capacidad de retención de agua

densidad aparente), químicas y

físico-químicas (pH, potencial

redox, capacidad de intercambio

catiónico) que los diferencian

entre sí y del material original.

Constituyen el perfil del suelo.

• La importancia del suelo

Radica en que es un elemento natural dinámico y vivo que constituye la interfaz entre la atmósfera, la litosfera, la biosfera y la hidrosfera, sistemas con los que mantiene un continuo intercambio de materia y energía. Esto lo convierte en una pieza clave del desarrollo de los ciclos biogeoquímicos superficiales y le confiere la capacidad para desarrollar una serie de funciones esenciales en la naturaleza de carácter medioambiental, ecológico, económico, social y cultural:


El suelo proporciona los nutrientes, el agua y el soporte físico necesarios para el crecimiento vegetal y la producción de biomasa en general, desempeñando un papel fundamental como fuente de alimentación para los seres vivos.


Es un componente esencial del ciclo hidrológico, actuando como elemento distribuidor de las aguas superficiales y contribuyendo al almacenaje y recarga de las aguas subterráneas.


El suelo, a través de su poder de amortiguación o desactivación natural de la contaminación, filtra, almacena, degrada, neutraliza e inmoviliza substancias orgánicas e inorgánicas tóxicas, impidiendo que alcancen las aguas subterráneas y el aire o que entren en la cadena alimenticia.


• Es el hábitat natural biológico de muchos organismos de todo tipo y constituye un elemento de reserva genética.

• Desarrolla un importante papel como fuente de materias primas.

• Sirve de plataforma para el desarrollo de las actividades humanas como soporte de la estructura socioeconómica y forma parte del paisaje y del patrimonio cultural.

• El suelo un recurso natural no renovable

El suelo es un elemento frágil del medio ambiente, un recurso natural no renovable puesto que su velocidad de formación y regeneración es muy lenta mientras que los procesos que contribuyen a su degradación, deterioro y destrucción son mucho más rápidos. Por ello, es de suma importancia concienciar a la opinión pública sobre este aspecto y establecer medidas ambientales y políticas de actuación que garanticen la protección y conservación de los suelos.

• Degradación del Suelo

Según FAO-PNUMA (1983), la degradación del suelo se puede definir como todo proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y servicios. Aunque se puede producir por causas naturales, la degradación del suelo es fundamentalmente la consecuencia directa de su utilización por el hombre, bien como resultado de actuaciones directas, como actividades agrícolas, forestales, ganaderas, agroquímicas y riego, o por acciones indirectas, como son las actividades industriales, eliminación de residuos, transporte, etc.

• Clasificación de los procesos de degradación

Estos se clasifican en función de su naturaleza y del tipo de consecuencias negativas que provocan en las propiedades del suelo:

• Biológicos, como la disminución del contenido en materia orgánica incorporada en el suelo;

• Físicos, como el deterioro de la estructura del suelo por compactación y aumento de la densidad aparente, disminución de la permeabilidad y de la capacidad de retención de agua o pérdida de suelo por erosión;

• Químicos, como la pérdida de elementos nutrientes, acidificación, salinización, sodificación y aumento de la toxicidad.

¡Estos últimos son los que se engloban dentro del término contaminación!.

• Clasificación de los procesos de degradación

• 1.2. La contaminación del suelo

Consiste en una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la acumulación de sustancias tóxicas en unas concentraciones que superan el poder de amortiguación natural del suelo y que modifican negativamente sus propiedades.

• Origen de la acumulación de contaminantes

Esta acumulación se realiza generalmente como consecuencia de actividades humanas exógenas, aunque también se puede producir de forma natural o endógena cuando los procesos de edafización liberan elementos químicos contenidos en las rocas y los concentran en el suelo alcanzando niveles tóxicos.

• EJEMPLO

Lo tenemos en suelos muy evolucionados formados sobre rocas serpentinizadas con altos contenidos en metales pesados como el Cr, Ni, Cu y Mn, entre otros, que se concentran en los suelos a medida que la intensa edafogénesis produce el lavado de otros constituyentes esenciales como el Ca, Mg e incluso el Si.

• ¿COMO SE DESARROLLA?

Conforme se desarrolla esta concentración residual metálica, estos elementos que inicialmente eran constituyentes no asimilables de los minerales primarios pasan a formas más activas, solubles y biodisponibles que influyen negativamente sobre la actividad biológica (Macías, 1993).

Como ya se ha señalado, las propiedades físicas, químicas, fisicoquímicas y biológicas del suelo controlan en gran medida los ciclos biogeoquímicos superficiales, en los que actúa como un reactor complejo que sirve de elemento protector de otros medios más sensibles frente a elementos contaminantes.

Poder de amortiguador del suelo

Así, el suelo ejerce su labor protectora a través de su poder de amortiguación o capacidad natural de depuración de la contaminación.

En cualquier caso, hay que tener muy presente que el poder de amortiguación de un suelo no es ilimitado y cuando se rebasa, el suelo deja de ser eficaz como sumidero de la contaminación, llegando incluso a invertirse el proceso y a convertirse en una fuente de contaminación para los organismos del suelo y para el medio circundante.

• Los agentes potencialmente contaminantes del suelo

Están fundamentalmente asociados a residuos derivados de actividades industriales, mineras, agrícolas y ganaderas. Las principales agentes de contaminación en los suelos son:

a. Metales Pesados

b. Lluvias ácidas

c. Salinización

d. Fitosanitarios

e. Explotaciones mineras

f. Contaminantes orgánicos

a. Metales pesados

Tradicionalmente se llama metal pesado a aquel elemento metálico que presenta una densidad superior a 5 g/cm3, aunque a efectos prácticos en estudios medioambientales se amplía esta definición a todos aquellos elementos metálicos o metaloides, de mayor o menor densidad, que aparecen comúnmente asociados a problemas de contaminación.

Algunos de ellos son esenciales para los organismos en pequeñas cantidades, como el Fe, Mn, Zn, B, Co, As, V, Cu, Ni o Mo, y se vuelven nocivos cuando se presentan en concentraciones elevadas, mientras que otros no desempeñan ninguna función biológica y resultan altamente tóxicos, como el Cd, Hg y Pb

Estos elementos tienen su origen en el substrato litológico, apareciendo bien como elementos nativos o incorporados normalmente en las estructuras de sulfuros, silicatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos.

• ¿De donde provienen los aportes dominantes?

Se producen por deposición atmosférica y afectan de forma significativa a los primeros centímetros de suelo.

Son fuentes importantes de metales en suelos: Las cenizas y escorias de los procesos de combustión de carbón fósil o derivados del petróleo, el aporte directo procedente de actividades agrícolas (adición de fertilizantes, pesticidas, lodos de depuradoras, compost, etc.) y su acumulación a partir de residuos industriales, urbanos y mineros (metalurgia, fabricación de pinturas, barnices, disolventes, baterías, textiles, curtidos, etc.).

• b. Lluvias ácidas

Consisten en deposiciones húmedas (agua de lluvia, nieve y niebla) o secas (gases o partículas sólidas) de la atmósfera constituidas principalmente por SO2 y óxidos de nitrógeno NOx , que proceden fundamentalmente de actividades industriales, como las emisiones de centrales térmicas y las producidas por la combustión de hidrocarburos, la desnitrificación de fertilizantes añadidos en exceso a los suelos y otros procesos naturales similares que tienen lugar en zonas de manglares, marjales, arrozales, volcanes, etc.

Los óxidos de azufre y nitrógeno así emitidos a la atmósfera reaccionan con el agua y el oxígeno, dando lugar a soluciones diluidas de ácido sulfúrico y nítrico que se van depositando sobre los suelos, plantas, árboles, ríos, lagos, etc. Las consecuencias de estas deposiciones se reflejan en un aumento de la acidez de los suelos y las aguas, un incremento de la movilidad de iones y metales pesados, la solubilización y

movilización del Al y la materia orgánica y, en definitiva, el descenso de la capacidad de los suelos para neutralizar ácidos.

• ¿Qué suelos son más sensibles?

Los suelos presentarán distinta sensibilidad al impacto de las deposiciones ácidas en función de su poder de amortiguación para contrarrestar la acidez, de forma que los suelos más sensibles a las lluvias ácidas serán aquellos desarrollados en zonas frías, donde las bajas temperaturas limiten su alteración, sobre materiales poco alterables, con valores bajos de capacidad de intercambio catiónico y grado de saturación y pobres en formas de Al y Fe activas.

• c. Salinización

Es el resultado de la acumulación en el suelo de sales más solubles que el yeso (2,6 g/l en agua pura a 25°C, Porta et al, 2003).

La salinización se refleja en un incremento en la conductividad eléctrica de la solución del suelo que tiene efectos adversos sobre las propiedades físicas y químicas del suelo y dificulta el crecimiento y la productividad vegetal (Tejada et al, 2006).

Los principales tipos de sales que se encuentran en suelos salinos son cloruros, sulfatos, carbonatos y bicarbonatos, y nitratos.

• ¿Qué condiciones se requiere para la acumulación de sales en el suelo?

Para que se produzca esta acumulación de sales en el suelo es necesario que haya un fuerte aporte de sales y que su eliminación del suelo esté impedida por algún mecanismo, como malas condiciones de drenaje y lavado.

En regiones áridas y semiáridas, donde la evapotranspiración es superior a la precipitación, el proceso de salinización se origina de forma natural a partir de la herencia o alteración de la roca original (fundamentalmente rocas sedimentarias) o de las aguas de escorrentía cargadas de sales que se acumulan por evaporación en las zonas más deprimidas.


Por ascensión capilar de las sales en el suelo a partir de mantos freáticos suficientemente superficiales, especialmente en zonas costeras y, en cualquier caso, el viento siempre puede contribuir a la contaminación salina por arrastre de partículas en suspensión.

El hombre también contribuye en gran medida a la contaminación de los suelos por sales a través de prácticas agrícolas inadecuadas, como el riego con aguas salinas y el empleo de cantidades muy elevadas de fertilizantes solubles.


La sobreexplotación de acuíferos, que ocasiona un descenso de los mantos freáticos regionales y la intrusión de agua salina.

Actividades industriales y mineras que contaminan directamente los suelos o indirectamente a partir de deposiciones atmosféricas o de las aguas superficiales.

• ¿Qué ocasiona?

En cualquier caso, el proceso de salinización aumenta la concentración de algunos iones que pueden resultar tóxicos para las plantas o que pueden provocar desequilibrios en el metabolismo de nutrientes.

Además, en suelos sódicos la destrucción de la estructura puede favorecer el sellado y encostramiento del suelo y la disminución de la conductividad hidráulica (Porta et al., 2003).

• d. Fitosanitarios

El hombre, con objeto de proteger los cultivos frente al efecto pernicioso de múltiples organismos vivos (insectos, hongos, nemátodos, malas hierbas, etc.) y aumentar la producción viene utilizando desde hace décadas productos fitosanitarios como plaguicidas, herbicidas, fungicidas y fertilizantes. Una vez aplicados, son absorbidos por las plantas o sufren procesos de adsorción, volatilización, lavado y degradación biótica y abiótica en el suelo que conducen a la formación de nuevos productos, en ocasiones más móviles, persistentes y más peligrosos que los compuestos de partida (Porta et al, 2003), que son susceptibles de contaminar los suelos, las aguas y pasar a la cadena trófica.

• Adsorción y Absorción

• e. Explotaciones mineras

Las actividades mineras provocan generalmente grandes impactos ambientales, con destrucción de los suelos naturales y creación de nuevos suelos (Antrosoles) que presentan fuertes limitaciones físicas, químicas y biológicas que dificultan la reinstalación de vegetación. Provocan la destrucción de la estructura del suelo y una modificación de sus características texturales, frecuentemente una disminución de la fracción arcilla a favor de fracciones más gruesas; una acidificación asociada a los procesos de oxidación que favorece la movilización de especies químicas tóxicas limitantes de la actividad biológica;

• e. Explotaciones mineras

La decapitación de los horizontes superficiales biológicamente activos, que conlleva la ruptura de los ciclos biogeoquímicos y la dificultad de enraizamiento;

Y una disminución de la capacidad de cambio y de la retención de agua en el suelo como consecuencia de la escasez de materia orgánica y arcilla (Macías, 1996).

• f. Contaminantes orgánicos

La producción y el uso masivos de compuestos orgánicos los hace estar entre los contaminantes más frecuentes en suelos y aguas. Entre ellos podemos citar los hidrocarburos monoaromáticos, hidrocarburos policíclicos aromáticos, hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos policlorados, fenoles, nitroaromáticos, alcoholes, éteres, disolventes clorados, isocianatos, cianuros orgánicos, carbonilos de metales.

• 1.2. Técnicas de Recuperación

En los últimos años, muchas investigaciones han ido encaminadas a tratar de recuperar los suelos contaminados en vez de destruirlos. La destrucción de los suelos se realiza generalmente trasladándolos a vertederos adecuadamente aislados y controlados porque se intuye que otros tratamientos de recuperación no ofrecen las garantías suficientes para contener la contaminación.

En la actualidad se dispone de un amplio abanico de tecnologías de recuperación de suelos contaminados, algunas de aplicación habitual y otras todavía en fase experimental, diseñadas para aislar o destruir las sustancias contaminantes alterando su estructura química mediante procesos generalmente químicos, térmicos o biológicos.

Su aplicación depende: De las características del suelo y del contaminante, de la eficacia esperada con cada tratamiento, de su viabilidad económica y del tiempo estimado para su desarrollo (Reddy et al., 1999).


Según la forma en la que se apliquen las técnicas de recuperación de suelos se habla de tratamientos in situ, que actúan sobre los contaminantes en el lugar en el que se localizan, y tratamientos ex situ, que requieren la excavación previa del suelo para su posterior tratamiento, ya sea en el mismo lugar (tratamiento on-site) o en instalaciones externas que requieren el transporte del suelo contaminado (tratamiento off-site).

Los tratamientos in situ: Requieren menos manejo pero por lo general son más lentos y más difíciles de llevar a la práctica dada la dificultad de poner en contacto íntimo a los agentes de descontaminación con toda la masa de suelo contaminada.

Los tratamientos ex situ: Suelen ser más costosos pero también más rápidos, consiguiendo normalmente una recuperación más completa de la zona afectada.


En función de los objetivos que se quieren alcanzar a la hora de recuperar un suelo contaminado (Kaifer et al., 2004), se puede distinguir entre:

• Técnicas de contención, que aíslan el contaminante en el suelo sin actuar sobre él, generalmente mediante la aplicación de barreras físicas en el suelo.

• Técnicas de confinamiento, que reducen la movilidad de los contaminantes en el suelo para evitar su migración actuando directamente sobre las condiciones fisicoquímicas bajo las que se encuentran los contaminantes.

• Técnicas de descontaminación, dirigidas a disminuir la concentración de los contaminantes en el suelo.

• Técnicas de contención

Las técnicas de contención se emplean para prevenir o reducir significativamente la migración de los contaminantes orgánicos e inorgánicos en suelos y aguas subterráneas. A veces no requieren la excavación del suelo y algunas son de bajo coste, aunque sí necesitan de inspecciones periódicas.

• Tipos de Técnicas de contención

a. Barreras verticales

Se emplean in situ con objeto de reducir los movimientos laterales de los contaminantes, ya sea a través de lixiviados o por disolución en las aguas subterráneas.

Incluyen la instalación de muros pantalla (Thomas and Koerner, 1996), que requieren la excavación en el suelo de zanjas profundas de hasta 100 m.

Posteriormente son rellenadas de material aislante como mezclas de cemento y bentonita u hormigón; la inyección vertical a presión, generalmente hasta 50 m de profundidad, de lechada de cemento o cemento-bentonita a través de sondeos.

• a. Barreras verticales

Barreras de lodo: Esquema de una sección de sistema de barreras de lodo, en la que la barrera queda anclada en un sustrato de baja permeabilidad.

• a. Barreras verticales

Barreras de paneles: Instalación de una barrera de paneles cuyas uniones quedan selladas mediante un dispositivo mecánico.

Membranas sintéticas: Extensión de una geomembrana en una zanja perimétrica respecto al área a aislar.


Forman pilotes, y culminada con la inyección adicional de lechada en el suelo existente entre los pilotes para conformar una barrera subterránea continua; y el tablestacado metálico.


•

b. Barreras horizontales

Son zanjas o sondeos horizontales in situ que se rellenan con material sellante cuya aplicación está actualmente en desarrollo, sin demostrarse aún si son efectivas, aunque podrían ser potencialmente útiles para restringir el movimiento vertical de contaminantes metálicos sin necesidad de recurrir a la excavación del terreno.

• 1.2.2. Técnicas de Confinamiento

Las técnicas de confinamiento, también llamadas de estabilización/solidificación, reducen la movilidad de los contaminantes a través de procesos físicos y químicos, ya sea convirtiéndolos en formas menos solubles y tóxicas (estabilización) o encapsulando el material contaminado en una estructura sólida de gran integridad estructural (solidificación) (Suthersan, 1997). La mayoría de estas técnicas presentan limitaciones para tratar substancias orgánicas y pesticidas, excepto la solidificación con asfaltos y la vitrificación (FRTR, 1999a).


a. Estabilización físico-química

Es una técnica ex situ que se aplica para reducir la movilidad de los contaminantes, fundamentalmente inorgánicos como los metales pesados, mediante reacciones químicas que reducen su solubilidad en el suelo y su lixiviado.

El suelo contaminado se suele pretratar para eliminar la fracción gruesa y luego se mezcla en tanques con agua (Smith et al., 1995) y una serie de aditivos o agentes estabilizantes como cementos y fosfatos o álcalis, que aumentan el pH y favorecen la precipitación e inmovilización de determinados metales pesados.

En función del éxito de cada tratamiento, el suelo tratado puede ser devuelto a su localización para ser reutilizado o puede acabar en un vertedero controlado. Esta técnica está indicada para tratar compuestos inorgánicos, incluidos elementos radioactivos, pero tiene limitada su eficacia para sustancias orgánicas y pesticidas (FRTR, 1999a).


b. Inyección de solidificantes

Es una técnica semejante a la anterior, en la que los agentes estabilizantes inorgánicos como el cemento u orgánicos como las sustancias bituminosas, el polietileno o las parafinas, son inyectados in situ en el suelo contaminado a través de pozos similares a los utilizados en el sellado profundo (Mulligan et al., 2001a) o mezclados con el suelo (Khan et al., 2004), encapsulando físicamente a los contaminantes en una matriz estable impermeable al agua. Se trata de una técnica apropiada para suelos contaminados con sustancias inorgánicas, con limitada eficacia para compuestos orgánicos semivolátiles o pesticidas.


c. Vitrificación in situ:

Otra posibilidad de asilamiento consiste en la vitrificación in situ. Esta técnica consiste en fundir el suelo a muy alta temperatura (1.600-2.000ºC) mediante una corriente eléctrica, de forma que se consiga:

1. La destrucción total de contaminantes orgánicos, que se transforman en gases que son recogidos en una campana instalada en la zona al efecto.

2. El aislamiento completo de otros contaminantes que el suelo pueda contener (inertización): sobre todo, metales pesados, que quedan formando parte de un vidrio muy resistente a la meteorización.


La vitrificación in situ constituye una alternativa agresiva, pero muy efectiva para contaminaciones polifásicas que incluyan compuestos muy refractarios al resto de tratamientos a considerar, y para problemas relativamente superficiales. Esta técnica se ha llegado a aplicar con éxito hasta unos 6 m. de profundidad.

• 1.2.3. Técnicas de Descontaminación

Los siguientes tratamientos describen distintas técnicas de descontaminación de suelos que combinan asimismo en algunos casos la descontaminación del agua subterránea.

• Tratamientos físico-químicos

• Biológico

• Térmico

• Mixto


a.1. Extracción

Son técnicas típicamente aplicadas in situ que tienen como objetivo separar los contaminantes del suelo para su posterior tratamiento depurador. Son tratamientos sencillos que requieren que los suelos sean permeables y que las sustancias contaminantes tengan suficiente movilidad y no estén altamente adsorbidas en el suelo. Según con qué elementos se realice la extracción, se habla de:

Extracción de aire

Se emplea para extraer los contaminantes adsorbidos en las partículas de suelos no saturados mediante su volatilización o evaporación a través de pozos de extracción verticales y/u horizontales que conducen el aire con los contaminantes a la superficie.

Allí, pueden ser tratados en plantas especializadas (generalmente adsorbidos a carbono) o ser degradados en la atmósfera de forma natural. La volatilización de los contaminantes también se puede ver favorecida por prácticas como el arado, y el riego puede contribuir a la solubilización y desorción de contaminantes que pueden ser arrastrados a la superficie por evaporación.


Esta técnica está indicada para suelos contaminados con sustancias volátiles y semivolátiles como hidrocarburos ligeros derivados del petróleo, algunos disolventes no clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos ligeros y compuestos organoclorados volátiles. Sin embargo, no se recomienda para hidrocarburos pesados derivados del petróleo, PCBs, dioxinas o metales (Grasso, 1993; Fischer et al., 1996; Khan et al., 2004). A veces se puede aumentar el rendimiento de este tratamiento estimulando la extracción de aire con temperatura, generalmente mediante la inyección de aire caliente.

• LA GEOTECNIA AMBIENTAL APLICADA A LOS VERTEDEROS SANITARIOS

• ¿Qué es un Relleno Sanitario?

El relleno sanitario es un método diseñado para la disposición final de la basura.

Este método consiste en depositar en el suelo los desechos sólidos, los cuales se esparcen y compactan reduciéndolos al menor volumen posible para que así ocupen un área pequeña. Luego se cubren con una capa de tierra y se compactan nuevamente al terminar el día.

• ¿Cómo se construye un relleno sanitario?

Para construir un relleno sanitario es importante seleccionar el terreno que reúna condiciones técnicas adecuadas como son:

• Topografía, nivel a que se encuentran las aguas subterráneas y,

• Disponibilidad de material para cubrir la basura.

• El Métodos

De acuerdo con las características del terreno, el relleno sanitario puede construirse siguiendo los métodos de área, zanja o una combinación de ambos métodos.

1. Método de Zanja o Trinchera

Se utiliza generalmente en terrenos planos.

• Se hace una zanja de 2 o 3 metros de profundidad. La basura se deposita dentro, luego se compacta y se va cubriendo con la misma tierra que se sacó de la zanja.

2. El método de área

Se puede utilizar tanto en terrenos planos como para rellenar depresiones y en tajos o canteras abandonados. La tierra utilizada para cubrir la basura debe ser traída de otros sitios como laderas o montañas.

La basura se deposita directamente en el suelo, en el caso del terreno plano; o de partes más profundas hacia las más altas, en el caso de las depresiones.

La basura se esparce, compactada y recubre diariamente con una capa de 10 a 20 cm. de tierra.

• Principios básicos para el funcionamiento del Relleno Sanitario

El relleno debe contar con:

• Una buena compactación de los desechos sólidos, antes y después de cubrirlos con tierra.

• Cubrimiento diario de la basura con una capa de tierra o material similar.

• Controlar con drenajes y otras técnicas los líquidos o percolados y los gases que produce el relleno, para mantener las mejores condiciones de operación y proteger el ambiente.

• Evitar por medio de canales y drenajes que el agua de lluvia ingrese al relleno sanitario.

• Una supervisión constante, tanto de los administradores como de las organizaciones comunales.

• Ventajas del Relleno Sanitario

• El relleno sanitario es un método completo y definitivo para la eliminación de todo tipo de desechos sólidos.

• Evita los problemas de cenizas y de materiales que no se descomponen.

• Tiene bajos costos de operación y mantenimiento.

• Genera empleo para mano de obra no calificada.

• Puede ubicarse cerca al área urbana, reduciendo los costos de transporte y facilitando la supervisión por parte de la comunidad.

• Permite utilizar terrenos considerados improductivos, convirtiéndolos luego en parque o campos de juegos.

• Desventajas…

a) Enfermedades provocadas por vectores sanitarios : Existen varios vectores sanitarios de gran importancia epidemiológica cuya aparición y permanencia pueden estar relacionados en forma directa con la ejecución inadecuada de alguna de las etapas en el manejo de los residuos sólidos.

b) Contaminación de aguas : La disposición no apropiada de residuos puede provocar la contaminación de los cursos superficiales y subterráneos de agua, además de contaminar la población que habita en estos medios.

c) Contaminación atmosférica : El material particulado, el ruido y el olor representan las principales causas de contaminación atmosférica

d) Contaminación de suelos : Los suelos pueden ser alterados en su estructura debido a la acción de los líquidos percolados dejándolos inutilizados por largos periodos de tiempo

e) Problemas paisajísticos y riesgo :La acumulación en lugares no aptos de residuos trae consigo un impacto paisajístico negativo, además de tener en algunos caso asociado un importante riesgo ambiental, pudiéndose producir accidentes, tales como explosiones o derrumbes.

f) Salud mental : Existen numerosos estudios que confirman el deterioro anímico y mental de las personas directamente afectadas.

• INTRODUCCION

En muchos países iberoamericanos, la producción de residuos sólidos urbanos (RSU) pasó del orden de 0,60 kg./hab./día en 1985 a cerca de 0,90 kg./hab./día en 1999 hoy esa cifra se ha superado; mientras que en los países desarrollados los máximos pueden alcanzar hasta 3 kg/hab/día

El vertedero sanitario, es el medio más ampliamente empleado como disposición final de estos residuos, es una obra de ingeniería en la que se emplean técnicas y maquinaria de movimiento de tierras para construir rellenos artificiales.

Los residuos sólidos empleados como material principal del relleno, tienen un elevado potencial contaminante que se refleja principalmente en la producción de lixiviados y biogas. Las características y heterogeneidad de estos residuos, influyen en debilidades geotécnicas como alta compresibilidad, baja capacidad portante y débil estabilidad. Por ello, en la actualidad existe una creciente participación de profesionales geotécnicos en las etapas de selección del emplazamiento, diseño, construcción, cierre, sellado y reinserción de rellenos sanitarios.

Estos trabajos se desarrollan dentro de la línea que se ha denominado “geotecnia o geotecnología ambiental”, que es el encuentro entre la geotecnia clásica y las ciencias ambientales, que se produce cuando se atienden cuestiones en las que por el propio material o por el método de solucionar el problema, es preciso el concurso de la geotecnia, o cuando se trata de aspectos geotécnicos en los cuales las acciones son de tipo ambiental.

Las primeras referencias específicas sobre el tema, se encuentran en la década de los setenta, con la creación de un subcomité de la ASTM, con el título de "Geotechnics of waste management". El primer evento donde se trata más profundamente del tema es en el IX Congreso Internacional de la ISSMFE (Tokio, 1977), donde se dedicó a este tema una sesión especial. En el Congreso siguiente (Estocolmo,1981), la dedicación crece al incluir como una de las sesiones la de "Environmental Geotechnics". Este interés aumenta en los congresos siguientes.

Actualmente, los principales avances sobre geotecnia de vertederos, son canalizados por el Comité Técnico TC 5 “Geotecnia Ambiental”, de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica (ISSMGE), el cual fue creado el año 1994. Durante el 3er Congreso Internacional de Geotecnia Ambiental, realizado en 1998 en Lisboa, se presentó el estado del arte desagregado entre otros, en los siguientes temas:

• Sistemas de Monitoreo;

• Estabilidad de Residuos;

• Vertederos Sanitarios Controlados;

• Comportamiento de Vertederos Sanitarios bajo Condiciones de Carga Extremas (por ej. Terremotos).

• ASPECTOS GEOTÉCNICOS EN VERTEDEROS SANITARIOS CONTROLADOS

Como se ha señalado, la Geotecnia aplicada a rellenos sanitarios tiene una activa participación tanto en las etapas de estudio previo a la selección de un lugar destinado a relleno sanitario, como en las de diseño; de construcción de las obras de partida; de operación; de cierre y rehabilitación de antiguos vertederos.

En la etapa de Selección del emplazamiento de un vertedero sanitario, el sitio debe ser diseñado y manejado de manera que las sustancias nocivas no contaminen en cantidades inaceptables (de acuerdo con regulaciones apropiadas), además de impedir que se produzca una afección no deseada o inaceptable sobre la salud humana, o el medio ambiente.

Se debe intentar localizar, en una primera aproximación, zonas estables desde un punto de vista geológico, es decir, no sometidas a procesos de inestabilidad de laderas, de karstificación, inundaciones, subsidencias, etc.

El paso siguiente consiste en la ejecución de estudios más concretos, donde se estudian aspectos como la permeabilidad y continuidad de los materiales del subsuelo y otros como el sistema hidrológico existente.

Estos estudios se llevan a cabo empleando métodos clásicos de investigación geológica e hidrogeológica ya que su objetivo último es conocer la estructura geológica de la zona, la litología de los materiales, así como los procesos geomorfológicos e hidrogeológicos que los están modificando.

Para evaluar la idoneidad de un sitio se requiere contar, entre otros, con los siguientes antecedentes:

· Reconocimiento de la distribución de las aguas freáticas, vías de flujos y barreras (acuíferos y acuiclusos), sus propiedades hidráulicas y el potencial de mejoramiento del efecto sellante del subsuelo.

· Información acerca de la disponibilidad y calidad de materiales para cobertura, su facilidad para la excavación.

· Reconocimiento de la composición geológica local y general

· Reconocimiento de las características morfológicas y estructura tectónica.

· Riesgos de terremotos y otros peligros naturales.

· La composición física y química, propiedades y secuencia de los estratos.

· La distribución de los estratos, continuidad lateral y vertical.

· El comportamiento esfuerzo deformacional del subsuelo.

En cuanto a la estructura y características de los macizos rocosos, los factores siguientes necesitan ser considerados:

· Tipo de roca, composición mineralógica y estratigráfica.

· Estado de descomposición y resistencia a la intemperie.

· Solubilidad en agua, lixiviados u otras soluciones agresivas.

· Extensión, grado de separación y ancho de juntas individuales.

· Tectónica y anisotropías petrográficas en la masa rocosa.

· Karstificación y riesgos de subsidencia.

· Comportamiento deformacional de la masa rocosa.

· Permeabilidad al agua, lixiviado, gases y otras soluciones agresivas.

Una participación activa como hemos visto, le corresponde a la geotecnia en el conocimiento del régimen de las aguas freáticas, dado que el agua es el vehículo más activo de difusión de contaminantes en el terreno y por lo tanto es fundamental proteger las aguas limpias para evitar su alteración con otras contaminadas. Por lo tanto, es preciso conocer durante las etapas iniciales del proyecto, adicionalmente a los aspectos ya señalados:

· La dirección del flujo, gradiente y proporción del flujo, incluyendo fluctuaciones estacionales y de largo plazo La permeabilidad (horizontal y vertical) o transmisividad del estrato superficial, con máximos y mínimos valores(al agua y lixiviados).

· La distribución, espesores y profundidad de los acuíferos y acuiclusos.

· Características químicas de las aguas freáticas; datos pluviométricos; superficie de escorrentía, niveles de percolación, entre otras.

•

Adicionalmente a los antecedentes señalados, se requieren otros para el diseño y operación del vertedero, entre los que se destacan:

· Previsiones sobre los materiales a ser empleados como cobertura en el vertedero.

· Información acerca de la facilidad para su excavación y disponibilidad de préstamos,

· Calidad de este suelo de cobertura disponible y el potencial de mejoramiento del efecto sellante del subsuelo.

· Conocimiento de la capacidad portante y la deformabilidad del suelo de fundación de las obras de partida,

· La estabilidad de los taludes naturales o artificiales,

· Riesgo deformacional del suelo,

· Riesgo de colapso y fenómenos geológicos activos o reactivables.

· Análisis de la compresibilidad y tiempo de estabilización en las deformaciones de los rellenos, con el propósito de contribuir a la determinación de la vida útil y de futuros usos de los vertederos sanitarios.

· Determinación de la resistencia del relleno, así como la evolución de los parámetros resistentes con el tiempo.

· Análisis de la estabilidad de taludes en vertederos, particularmente en lugares de topografía accidentada, donde es necesario recurrir a diseños que cuentan con taludes importantes.

• EVOLUCIÓN EN LA APLICACIÓN DE CRITERIOS GEOTÉCNICOS

La necesidad de proteger el entorno del potencial contaminante de los residuos y particularmente de los lixiviados y gases generados, obliga a confinar el vertedero de manera que no se produzca ningún tipo de migración de gases o lixiviados por el fondo, paredes laterales o por la superficie.

En las situaciones en que no se cuenta con un suelo natural suficientemente impermeable, y no es admisible la contaminación de aguas o suelos que ocasiona el vertedero, se debe disponer una barrera impermeable que ejerza esa función. Las barreras deben evitar también la infiltración de aguas de escorrentía superficial y de precipitaciones al relleno.

• Materiales para impermeabilizar

Entre los materiales comúnmente empleados en la confección de sellos está:

• El suelo arcilloso compactado en capas con coeficientes de permeabilidad inferiores a 10-7 m/s y

• Las geomembranas con coeficientes de permeabilidad hasta 10-12 m/s a 10-14 m/s.

• La permeabilidad del suelo disminuye con estabilizaciones, que pueden ser de polímeros, cemento, asfalto o arcillas puras como bentonita.

• También se han utilizado sellos combinados con hormigón hidráulico y hormigón asfáltico. En los últimos años se han desarrollado diversas geomembranas, las cuales tienen permeabilidades muy bajas, pero debido a sus características deben ser dispuestas en conjunto con suelo compactado y/o mejorado.

El TC 5 de la ISSMGE define entre los antecedentes mas importantes que se debería tratar de obtener de los residuos, para el diseño son:

• La humedad,

• Densidad,

• Porcentaje de materia orgánica,

• Permeabilidad,

• Resistencia al corte,

• Compresibilidad, deformabilidad,

• Capacidad de soporte desde la velocidad de propagación de ondas.

Se reconoce la dificultad que tiene obtener estos parámetros a través de ensayos no tradicionales y la interpretación de los resultados.

Otra importante participación de la geotecnia en los vertederos es la que se refiere a la estimación de la compresibilidad.

Ello porque los residuos sólidos depositados en un vertedero sufren grandes asientos, con lo cual su volumen disminuye y la capacidad del vertedero aumenta.

La importancia de cuantificar los asientos que se producen y el tiempo que se extenderán se debe, no solo al aprovechamiento que se puede hacer de la capacidad real del vertedero, sino también de las previsiones a realizar durante la fase de diseño.

Así mismo, la evaluación de los asientos tiene gran importancia a la hora de definir la posible utilización del vertedero en su fase de rehabilitación.

El ritmo de producción de los asientos en un vertedero es variable con la edad, presentando velocidades que disminuyen con el tiempo, pero que en todo caso se mantienen perceptibles durante años.

Se ha podido comprobar que vertederos con alto contenido de residuos orgánicos, los asientos son importantes durante los primeros 10 años.

Los primeros estudios sobre compresibilidad de vertederos datan de la década de 1940 en Estados Unidos, aunque las primeras publicaciones son de los años 70.

La compresibilidad y en general el comportamiento mecánico de un vertedero controlado está afectado por múltiples factores, siendo los principales:

- Composición, características de las basuras y espesor de la celda en el relleno.

- Humedad del residuo,

- Capacidad de campo del relleno.

- Tipo y metodología de rellenos empleada; equipo usado en la operación de compactación y densidades alcanzadas por residuos y material de cobertura.

- Tipo y espesor del material de cobertura, relacionados con la evolución de la T° y humedad, entre otros factores, que influyen en el proceso de descomposición.

- Condiciones climáticas, tanto de pluviometría, como temperaturas ambientales

- Edad del vertedero, condición fundamental en la estabilidad de este.

Una forma típica de abordar la reproducción del proceso de compresibilidad en vertederos, es la utilización de experiencias de comportamientos semejantes en Geotecnia, siendo varios los autores que utilizan teorías semejantes a los estudios de suelos naturales.

Ejemplo de ello es el planteamiento propuesto por Sowers (1973), quien establece que los asientos iniciales producidos por acción mecánica, se pueden determinar mediante la expresión de la teoría de la consolidación primaria:

Terminada la primera fase aproximadamente al cabo de un mes según Sowers, se inician los asientos producto de cambios físico químicos, degradación biológica y compresión mecánica secundaria. Ellos tienen un comportamiento más o menos lineal con el logaritmo del tiempo, similar a la compresión secundaria de suelos y se determinan mediante la expresión de la teoría de la consolidación secundaria:

La obtención del coeficiente de compresibilidad (Cc) y del índice de compresión secundaria (Ca) se hace a partir de la relación de estos parámetros con el índice de poros (e0) en los gráficos propuestos por Sowers (1973) en la figura 1. Estos parámetros han sido contrastados por diversas experiencias, arrojando adecuadas correlaciones. Este criterio ha sido el más empleado hasta ahora en Iberoamérica para predecir los asientos en un relleno sanitario.

Una conclusión interesante es que la compresión primaria es dominante en la producción de asientos en la fase de operación del vertedero y la compresión secundaria es la más evidente una vez que ha concluido la vida útil del relleno.

• Un problema práctico importante, es la dificultad para obtener muestras representativas de los materiales para los estudios, y la falta de métodos de ensayos universalmente aceptados y contrastados por la comunidad científica.

• Por lo tanto, los métodos que se emplean habitualmente se deben interpretar con cautela y evaluando la aplicabilidad de las correlaciones utilizadas en el estudio de suelos a los residuos.

• Con posterioridad al planteamiento de Sowers se han desarrollado una serie de modelos conducentes al estudio de la compresibilidad de los rellenos. La mayoría de ellos se basa en las hipótesis iniciales planteadas por dicho autor. Una excepción a esto lo constituye el trabajo de Zimmerman, Chen y Franklin (1977), quienes plantean una ley de comportamiento que considera dos niveles de porosidad (macro y micro porosidad) en los residuos, y proponen una relación de la disipación de la presión intersticial con el tiempo.

• Rao et al (1977), realizaron estudios en terreno y laboratorio, desarrollando una técnica para predecir asientos en vertederos sometidos a sobrecarga. Souza y Rodríguez (1980) estudiaron la compresibilidad de un vertedero, considerando la forma de disposición de las basuras. Utilizaron dos sistemas diferentes: el primero consistió en depositar las basuras desde la parte superior de un talud, para luego compactar con maquinaria pesada desde arriba hacia abajo; en el segundo se depositaba la basura al pie del talud, compactando en tongadas con la misma maquinaria. Los asientos medidos con ambos sistemas disminuyeron de un 17 a un 5%, si se utilizaba el segundo método de compactación, lo que deja de manifiesto la importancia del proceso constructivo y de operación.

• Bookter y Ham (1982), han estudiado el grado de descomposición de los residuos sólidos en rellenos sanitarios de U.S.A., para distintas condiciones y situaciones geográficas, llegando a desarrollar un método para conocer el grado de estabilización de la basura, útil para ayudar a predecir asientos.

• Cartier y Baldit (1983) proponen una ley de variación de la densidad en función de la profundidad, de acuerdo a mediciones realizadas con densímetro nuclear. Además proponen parámetros para residuos sólidos, los que son de gran utilidad para aplicar al modelo propuesto por Sowers (1973) y han sido empleadas en varios diseños de vertederos en el mundo.

• Así mismo Landva y Clark (1990), recomiendan el empleo de rellenos de prueba para evaluar la compresibilidad de los vertederos. Estos ensayos son muy eficaces, mientras que los ensayos geotécnicos convencionales de laboratorio, generalmente no son aplicables para rellenos de basuras, principalmente por el tamaño y heterogeneidad de los materiales.

• En la U. Católica de Valparaíso (UCV) también se han realizado experiencias para obtener parámetros de diseño durante las etapas de operación de los vertederos El Molle de Valparaíso y Limache de la V Región (Espinace et al.1989). Las investigaciones en este último vertedero sanitario de baja densidad midieron asientos de alrededor del 30% de la altura inicial al cabo de 7 años. Estos valores coinciden con los obtenidos en otros vertederos de Chile, tales como "La Feria" o "Lo Errazuriz" en Santiago (Espinace et al, 1991) y los expuestos por Hinkle(1990).

• Entre los modelos para el estudio de asientos, destacan la ley exponencial propuesta por Gandolla (1992), y el modelo Meruelo (Arias,1994),(Palma,1995). Este modelo es uno de los más avanzados actualmente y ha sido desarrollado en España, entre la Universidades Católica de Valparaíso y de Cantabria. Es el único modelo que considera en su planteamiento inicial y en su formulación, los fenómenos de degradación de la materia orgánica como causantes de los asientos secundarios no debidos a sobrecargas externas. Los parámetros fundamentales considerados son el tiempo, el contenido de materia orgánica en los residuos, la humedad y el ritmo de desarrollo de los procesos de degradación, entre otros.

• Para el desarrollo del modelo de predicción de asientos se considera el proceso con un inicio definido, aplicado a una masa de material degradable también definida, existente en el instante inicial, sin aportes adicionales de masa una vez que el proceso de degradación ha comenzado. El modelo incluye los aportes de masa que se producen durante la operación. Este planteamiento implica que para un período de tiempo prolongado, la materia orgánica biodegradable debería desaparecer en su totalidad. Sin embargo, se considera que una parte de los RSU no son orgánicos y no sufren degradación y por otra no toda la materia orgánica se degrada.

• Actualmente, en la U.C.V. se desarrollan investigaciones iniciadas en 1996, que estudian la velocidad de estabilización y la modelación de los asientos registrados en experiencias a nivel de laboratorio y en un vertedero experimental a escala real. Se ha comparado el caso de vertederos operando con recirculación de lixiviados tratados en un digestor anaerobio, con el caso en que no existe ningún proceso de recirculación, empleando residuos sólidos representativos de país (Espinace et al 1997). A los asientos medidos, se han ajustado los modelos de Sowers y de Meruelo; se ha obtenido los parámetros para cada caso y se ha realizado una predicción de los asientos esperados. Los modelos geotécnicos utilizados se ajustan a las medidas reales y los parámetros obtenidos, permiten predecir los asentamientos que ocurrirán. Además se estudia la reducción en los tiempos de estabilización de la degradación de los residuos sólidos. Los resultados preliminares obtenidos del análisis de los asientos, indican que la recirculación de lixiviados tratados en un digestor anaerobio, provoca un aumento efectivo en los asentamientos de los rellenos de residuos sólidos. La causa del incremento de asientos no parece estar en un aumento de la actividad biológica, asociada a procesos de degradación, sino que parece estar en fenómenos de colapso del relleno, provocados por la adición de líquido a tasas que causan cambios a nivel estructural. Un indicador de la baja actividad biológica registrada en las experiencias, es la reducida producción de biogas en los rellenos, que se verificó durante la investigación, aunque en los digestores anaerobios utilizados para depurar los lixiviados, se registró una buena producción de biogas.

• Otro tema de alto interés es la capacidad de soporte de los vertederos sanitarios.

• Ella, en general es reducida y dependerá de factores como espesor del suelo de cobertura, composición de los residuos sólidos, método de construcción y maquinaria utilizada entre otros. El factor más significativo es el espesor relativo de la capa superficial de suelo sobre el relleno sanitario más esponjoso y flexible.

• Cuando la cimentación es relativamente pequeña comparada con el espesor del suelo de cobertura o capa superficial, puede punzonar a través de la capa superficial y hacia el interior del relleno de residuos. Cuando la cimentación es algo mayor y el relleno de residuos no es significativamente menos débil que la capa superficial superior, la rotura puede ocurrir por rotación de un segmento de suelo de cobertura y del relleno actuando como unidad (Sowers, 1968).

• Según este autor la capacidad de soporte está entre 0,25 y 0,40 kg/cm2, advirtiéndose que los ensayos de placa de carga con placas pequeñas pueden ocasionar impresiones equivocadas en la capacidad de soporte de un relleno. Para Cartier y Baldit (1983) la capacidad portante está entre 0,25 y 1 kg/cm2.

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