Universidad de Santiago de Chile

Departamento de Ingeniería Geográfica

Ingeniería Ambiental

Plan de Monitoreo de Suelos

Arsénico - Plomo - Cobre

Comuna de Cerro Navia - Región Metropolitana

Enero 2014

Nombres: Valeska Gutierrez

Katia Miranda

Profesora: Alicia Matta

Tabla de Contenidos

TABLA DE CONTENIDOS ......................................................................................................................................... 2

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................... 3

OBJETIVOS .................................................................................................................................................................... 3

Objetivo general .................................................................................................................................................... 3

Objetivos específicos ............................................................................................................................................. 3

ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN .............................................................................................................................. 4

LOCALIZACIÓN ............................................................................................................................................................... 4

METODOLOGÍA .............................................................................................................................................................. 6

DESARROLLO ................................................................................................................................................................. 7

MÉTODOS DE INTERPOLACIÓN .......................................................................................................................................... 8

NORMATIVA .................................................................................................................................................................. 9

RESULTADOS ....................................................................................................................................................... 10

PRESENCIA DE CONTAMINANTES ..................................................................................................................................... 10

Distribución y Extensión de Contaminantes ........................................................................................................ 12

Potenciales Receptores y Riesgo Ambiental ........................................................................................................ 14

Análisis con respecto a la Normativa .................................................................................................................. 18

Uso del suelo ....................................................................................................................................................... 20

Remediación........................................................................................................................................................ 20

COSTOS ASOCIADOS ..................................................................................................................................................... 22

PROPUESTA DE PLAN DE MONITOREO COMPLEMENTARIO ................................................................................. 24

CONCLUSIONES .................................................................................................................................................... 25

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................................... 25

Introducción

El arsénico, plomo y cobre son metales que están catalogados como “metales

pesados”, los cuales son elementos con carácter metálico y poseen una densidad superior a la

de la corteza terrestre (> 5 gr/cm3). Estos metales se pueden encontrar en el suelo de forma

natural y también por actividades antropogénica, debido principalmente a la minería, aguas

residuales, actividad industrial y agrícola. Estos metales además están considerados como

tóxicos. [1]

En el presente trabajo, se tiene como finalidad dar a conocer el estado en que se

encuentra el suelo que se va a analizar con respecto a la presencia de arsénico, plomo y cobre

un sector de la rivera del río Mapocho correspondiente a la comuna de Cerro Navia, región

Metropolitana. Además de saber el estado en que se encuentra este suelo, se analizará si

cumple con la normativa y se realizará un plan de monitoreo en el suelo para estos elementos.

Para la realizar lo anterior, se utilizará el software Spatial Analysis and Decision

Assistance (SADA) en su versión 5.0, el cual es software gratuito que incorpora herramientas

de los campos de evaluación ambiental, tales como análisis geoespacial, análisis estadístico,

evaluación del riesgo para la salud de las personas y ecológico, todo esto permite caracterizar

un sitio contaminado, evaluación de riesgos, la determinación de la ubicación de las muestras

futuras, y en el diseño de medidas correctoras. SADA es desarrollado por el instituto de la

Modelación Ambiental de la Universidad de Tennessee (Knoxville) y es financiado por la

Agencia de los Estados Unidos de Protección Ambiental (EPA) y la Comisión Reguladora

Nuclear de Estados Unidos (NRC). [2]

Objetivos

Objetivo general

Desarrollar un plan de monitoreo de metales pesados definidos y demostrar si el

área de estudio sobrepasa o no la normativa ambiental de referencia.

Objetivos específicos

● Determinar si el área estudiada cumple con la normativa.

● Utilizar como herramienta el software SADA 5.0

● Decidir el método de interpolación que se ajuste mejor para los datos que

se tienen.

● Realizar un presupuesto con los costos asociados a una remediación en

el lugar.

Análisis de la Información

Localización

Según las coordenadas de los puntos 14 puntos entregados, el lugar en donde se

analizará el nivel de arsénico, plomo y cobre, estos se encuentran en la rivera del río Mapocho,

junto al Parque Mapocho Poniente en la comuna de Cerro Navia en la Región Metropolitana. A

continuación se muestra la tabla N°1 con las coordenadas de los puntos:

ESTE NORTE MEDIA ARSÉNICO (mg/kg) PLOMO (mg/kg) COBRE (mg/kg) FECHA

338171 6301647 so 281 187 318 12-12-2013

338169 6301628 so 221 147 250 12-12-2013

338170 6301615 so 249 166 282 12-12-2013

338198 6301648 so 150 100 170 12-12-2013

338200 6301628 so 156 104 177 12-12-2013

338230 6301615 so 96 64 109 12-12-2013

338246 6301651 so 74 49 83 12-12-2013

338266 6301625 so 72 48 82 12-12-2013

338126 6301661 so 149 99 168 12-12-2013

338116 6301671 so 312 208 354 12-12-2013

338101 6301685 so 117 78 133 12-12-2013

338157 6301677 so 33 22 37 12-12-2013

338123 6301629 so 27 18 31 12-12-2013

338112 6301581 so 258 172 292 12-12-2013

Luego se visualizara la zona que corresponde al Parque Mapocho Poniente y los puntos

anteriormente dados en Google Earth:

Imagen N°1: Muestra los puntos dados en Google Earth a nivel comunal y con un zoom a la zona

muestreada, en verde se puede ver el parque y en amarillos los puntos.

Tabla N°1: Coordenadas de las muestras y concentraciones de metales medidos.

Imagen N°2: Se pueden los ver los puntos a analizar visualizados por Google Earth.

Metodología

Actividad Descripción

1. Ubicar los puntos de muestreo en Google Earth

Esto se realizará utilizando la herramienta de marcar posición en el programa, para luego ingresar la imagen a SADA 5.0

2. Ingresar la base de datos entregada a SADA 5.0

La base de datos entregada en Excel, será cambiada a formato .csv para poder ser ingresada a SADA 5.0

3. Elegir el método de interpolación SADA 5.0 posee distintos métodos de interpolación, donde se deberá escoger el que más se adecue a los datos existentes.

4. Elaborar la modelación de los datos. El software modelará los datos entregados y los puntos donde se tomaron las muestras.

5. Determinar la presencia, distribución y extensión de los contaminantes.

Una vez obtenida la modelación, se determinará la presencia de los contaminantes y probando con distintas distancias se obtendrá la distribución de estos.

6. Definir los posibles receptores y el riesgo ambiental.

Se analizará quiénes pueden ser los posibles receptores (población más cercana) de estos contaminantes, así como también el riesgo ambiental que estos representan.

7. Analizar el uso del suelo en el área a estudiar.

Según plan regulador comunal se identifica y analiza el tipo de suelo para poder clasificarlo.

8. Buscar una normativa aplicable y comparar los resultados.

Según la clasificación del suelo se utilizan normas que se han aplicado en Chile según norma europea, para identificar sector contaminado.

9. Establecer el área a remover. Para las zonas donde los umbrales de concentración sean mayores se realizara una limpieza del área.

10. Definir la técnica a ocupar y los costos asociados a la remoción de superficie.

Los costos asociados a la remoción son establecidos según el tipo de técnica.

11. Crear un plan de monitoreo complementario.

Con los valores los datos obtenidos del programa, se realizará una propuesta de puntos aleatorios para realizar otro análisis y corroborar monitoreo.

12. Realizar las conclusiones. Realizar las conclusiones según los objetivos propuestos.

Tabla N°2: Tabla de actividades y su descripción.

Desarrollo

A continuación se muestra la tabla con los datos entregados, en esta aparecen las

coordenadas en UTM Datum WGS-84, las concentraciones en mg/kg para cada contaminante y

la fecha. Además, como se señaló anteriormente, los puntos ya fueron ingresados a Google

Earth:

ID ESTE NORTE DEPTH Casnumber name detected value MEDIA data

1 338171 6301647 0 7440982 Arsenico 1 281 so 12-12-2013

2 338169 6301628 0 7440982 Arsenico 1 221 so 12-12-2013

3 338170 6301615 0 7440982 Arsenico 1 249 so 12-12-2013

4 338198 6301648 0 7440982 Arsenico 1 150 so 12-12-2013

5 338200 6301628 0 7440982 Arsenico 1 156 so 12-12-2013

6 338230 6301615 0 7440982 Arsenico 1 96 so 12-12-2013

7 338246 6301651 0 7440982 Arsenico 1 74 so 12-12-2013

8 338266 6301625 0 7440982 Arsenico 1 72 so 12-12-2013

9 338126 6301661 0 7440982 Arsenico 1 149 so 12-12-2013

10 338116 6301671 0 7440982 Arsenico 1 312 so 12-12-2013

11 338101 6301685 0 7440982 Arsenico 1 117 so 12-12-2013

12 338157 6301677 0 7440982 Arsenico 1 33 so 12-12-2013

13 338123 6301629 0 7440982 Arsenico 1 27 so 12-12-2013

14 338112 6301581 0 7440982 Arsenico 1 258 so 12-12-2013

15 338171 6301647 0 7439921 Plomo 1 187 so 12-12-2013

16 338169 6301628 0 7439921 Plomo 1 147 so 12-12-2013

17 338170 6301615 0 7439921 Plomo 1 166 so 12-12-2013

18 338198 6301648 0 7439921 Plomo 1 100 so 12-12-2013

19 338200 6301628 0 7439921 Plomo 1 104 so 12-12-2013

20 338230 6301615 0 7439921 Plomo 1 64 so 12-12-2013

21 338246 6301651 0 7439921 Plomo 1 49 so 12-12-2013

22 338266 6301625 0 7439921 Plomo 1 48 so 12-12-2013

23 338126 6301661 0 7439921 Plomo 1 99 so 12-12-2013

24 338116 6301671 0 7439921 Plomo 1 208 so 12-12-2013

25 338101 6301685 0 7439921 Plomo 1 78 so 12-12-2013

26 338157 6301677 0 7439921 Plomo 1 22 so 12-12-2013

27 338123 6301629 0 7439921 Plomo 1 18 so 12-12-2013

28 338112 6301581 0 7439921 Plomo 1 172 so 12-12-2013

29 338171 6301647 0 7440508 Cobre 1 318 so 12-12-2013

30 338169 6301628 0 7440508 Cobre 1 250 so 12-12-2013

31 338170 6301615 0 7440508 Cobre 1 282 so 12-12-2013

32 338198 6301648 0 7440508 Cobre 1 170 so 12-12-2013

33 338200 6301628 0 7440508 Cobre 1 177 so 12-12-2013

34 338230 6301615 0 7440508 Cobre 1 109 so 12-12-2013

35 338246 6301651 0 7440508 Cobre 1 83 so 12-12-2013

36 338266 6301625 0 7440508 Cobre 1 82 so 12-12-2013

37 338126 6301661 0 7440508 Cobre 1 168 so 12-12-2013

38 338116 6301671 0 7440508 Cobre 1 354 so 12-12-2013

39 338101 6301685 0 7440508 Cobre 1 133 so 12-12-2013

40 338157 6301677 0 7440508 Cobre 1 37 so 12-12-2013

41 338123 6301629 0 7440508 Cobre 1 31 so 12-12-2013

42 338112 6301581 0 7440508 Cobre 1 292 so 12-12-2013

Donde:

ID : (opcionales) identificación de la muestra a analizar.

ESTE : (requerido) columna que entrega coordenada este en valor UTM.

NORTE : (requerido) columna que entrega coordenada este en valor UTM.

DEPTH : (dependiente) dato en relación a profundidad.

CASNUMBER : (opcionales) numero CAS para identificar elemento.

NAME : (requerido) nombre del elemento, o como identificarlo.

DETECTED : (opcionales) si la muestra es detectada dentro del campo 1 si existe y 0 si no existe.

VALUE : (requerido) es el valor de la medición las cuales en el programa son en las siguientes

unidades,

SO, SD, BIO : mg/kg

SW/GW : mg/L

MEDIA : (dependiente, requerido para este caso) medio que se va a analizar, puede ser suelo

(SO) agua subterránea(GW) sedimento (SD), agua superficial (SW), aire (AIR), biota(BIO).

DATA : (opcionales) fecha de toma de la muestra.

Métodos de Interpolación

El software SADA 5.0 permite utilizar distintos métodos de interpolación para la

selección de los puntos de muestreo, entre ellos se encuentran:

● Natural Neighbor (Vecino Natural).

● Inverse Distance (Distancia Inversa).

● Ordinary Kriging (Kriging Ordinario).

● Indicator Kriging (Indicador Kriging).

● Nearest Neighbor (Vecino más cercano).

Para este caso se utilizará un método de interpolación que tenga carácter local, de esta

forma obtendremos resultados más reales y específicos del área a estudiar, por lo tanto queda

por elegir entre el método de interpolación “vecino natural” o el “vecino más cercano”.

Tabla N°3: Tabla que muestra los datos de muestreo para ingresar a SADA.

En el caso del método de interpolación de el “vecino más cercano” este es uno de los

más simples y en este se calculan las distancias euclidaneas de los cuadros continuos al punto

en estudio tomando la menor distancia. Mientras que para el “vecino natural” es local, en el cual

no se deducen tendencias y no genera picos o depresiones, solamente usa un subconjunto de

muestras alrededor del punto donde se le aplican pesos en función de las áreas de los

polígonos de Voronoi (Thiessen). [3] [4] [5]

Por lo tanto, debido a que se requiere evaluar la presencia, distribución, extensión y

magnitud de los contaminantes se utilizara el método del “vecino natural”, ya que así se tendrá

una referencia más exacta y real de lo que se quiere medir, considerando además las

características de este método antes mencionadas.

Normativa

En este caso se utilizara la NCh2952c/2004, donde en la siguiente tabla se mostraran las

concentraciones máximas permitidas de metales pesados en suelos agrícolas:

Zona Elemento (mg/kg)

As Cd Cu Hg Ni Pb Se Zn Cr Macrozona

norte pH>6,5

20 2 150 1,5 112 75 4 175 n.n

Macrozona norte

pH<6,5 12,5 1,25 100 1 50 50 3 120 n.n

Macrozona sur pH>5

10 2 75 1 30 50 4 175 n.n

Concentraciones máximas permitidas

Resultados

Presencia de Contaminantes

Una vez ingresada la imagen obtenida de Google Earth (Imagen N°2), se tienen a

continuación las concentraciones para cada uno de los contaminantes evaluados según las

concentraciones dadas por la tabla N°1:

Arsénico

Plomo

Imagen N°3: Concentraciones de arsénico por cada punto de muestreo, al costado derecho se puede ver una escala de colores con las concentraciones.

Imagen N°4: Concentraciones de plomo por cada punto de muestreo, al costado derecho se puede ver una escala de colores con las concentraciones.

Cobre

Imagen N°5: Concentraciones de cobre por cada punto de muestreo, al costado derecho se puede ver una escala de colores con las concentraciones.

Distribución y Extensión de Contaminantes

Utilizando el método de interpolación “vecino natural” se obtuvieron las siguientes

distribuciones de concentraciones y extensión para cada uno de los metales en cuestión

utilizando el programa SADA 5.0 (profundidad cero):

Arsénico

Imagen N°6: Zoom sobre el área directamente afectada por arsénico luego de aplicar la interpolación.

Imagen N°7: Área afectada por las distintas concentraciones de arsénico, pero desde una vista más de lejos.

Plomo

Imagen N°8: Zoom sobre el área directamente afectada por plomo luego de aplicar la interpolación.

Imagen N°9: Área afectada por las distintas concentraciones de plomo, pero desde una vista más de lejos.

Cobre

Potenciales Receptores y Riesgo Ambiental

Según los resultados obtenidos con la aplicación del programa SADA 5.0, se tiene que

para cada metal el área en que sobre pasan la norma y los umbrales de concentración. En gris

se puede ver toda el área afectada:

Imagen N°10: Zoom sobre el área directamente afectada por cobre luego de aplicar la interpolación.

Imagen N°11: Área afectada por las distintas concentraciones de cobre, pero desde una vista más de lejos.

Arsénico

Imagen N°12: Concentraciones de As, la primera imagen es un zoom de la segunda.

Plomo

Imagen N°13: Concentraciones de Pb, la primera imagen es un zoom de la segunda.

Cobre

Debido a los resultados obtenidos para los 3 metales, toda el área es afectada por estos

contaminantes, esto quiere decir que la zona muestreada del río Mapocho se encuentra con una

presencia notable de arsénico, plomo y cobre. Sin embargo para el caso del cobre y del arsénico se

Imagen N°14: Concentraciones de Cu, la primera imagen es un zoom de la segunda.

encuentran dos puntos con las concentraciones máximas, a diferencia del plomo en donde solo hay una

con el nivel máximo de concentración.

Por la ubicación en que se realizo la toma de muestras, cerca por el lado de Cerro Navia se

encuentran las sedes vecinales de Digna Rosa y Rivera Sur. Además los puntos estudiados están justo en

la rivera del río Mapocho, por lo que las aguas del río se podrían ver afectadas por las altas

concentraciones encontradas.

Cabe destacar que en el lugar de muestreo, existe un parque, por el cual puede transitar las

personas. Por esto es importante saber los daños que pueden producir estos tres metales, para el

asénico los síntomas de envenenamiento crónico por arsénico son diarrea, pigmentación cutánea,

lagrimeo, entre otros. Dermatitis y queratosis en las palmas y plantas son comunes. El hígado puede

dilatarse y la obstrucción de los conductos biliares puede producir ictericia. El plomo, en una primera

instancia puede causar fatiga, dolores de cabeza, dolores óseos, dolores abdominales, trastornos del

sueño, dolores musculares, y otros; pero si la exposición es por un periodo largo causa anemia, cólicos

intestinales, nauseas y vómitos, enfermedad renal, impotencia sexual, delirio, esterilidad, daños al

feto, hipertensión arterial, afectación de los nervios, enfermedad ósea. Por último se tiene al cobre que

pese a ser una sustancia esencial a la vida humana, en altas dosis puede causar anemia, daño del hígado

y del riñón, y la irritación del estómago e intestino. [6]

En tanto en el medio ambiente, el arsénico se puede encontrar de forma natural, sobre todo en

las napas subterraneas de nuestro país, sin embargo

Análisis con respecto a la Normativa

A continuación se muestran los gráficos resultantes con las concentraciones que

superan la norma utilizada. Estos gráficos son del tipo “verde y gris” del software SADA 5.0,

donde lo que se ve en gris son aquellas zonas que superan la norma y en verde son las áreas

que están por debajo de la norma:

Arsénico

Plomo

Imagen N°15: Gráfico para As, aquí se ve todo en gris, por lo que sobrepasa toda el área la norma.

Imagen N°16: Gráfico para Pb, aquí se ve la mayoría en verde, por lo que la mayor parte del área esta

bajo la norma.

Cobre

Como se puede apreciar, según la norma elegida se sobre pasa los límites establecidos en

muchas zonas, sobre todo en el caso del As, mientras que en el caso del Cu es el segundo en que mas

área sobre pasa los máximos permitidos.

Uso del suelo

Los suelos de Cerro Navia destacan por su valor natural, por su importancia como medio infiltrarte de

potenciales contaminantes que pueden alcanzar las napas subterráneas, dado su poco espesor,

determinando una vulnerabilidad moderada de los acuíferos

Remediación

En seguida, se puede ver los volúmenes entregados por SADA 5.0 que deben ser remediados en el caso

de cada metal:

Arsénico

Imagen N°17: Gráfico para Cu, aquí se ve la mayoría en verde, por lo que la mayor parte del área esta

bajo la norma.

Plomo

Cobre

Costos Asociados

Arsénico

Plomo

Cobre

Propuesta de Plan de Monitoreo Complementario

El siguiente plan de muestreo se realiza bajo los criterios entregados por el programa SADA

versión 5, el cual presenta ocho tipos de diseño de monitoreo de suelo y se realiza con el fin de verificar,

en un posterior análisis, si el lugar remediado permanece aún contaminado con la sustancia a medir o

ha ocurrido algún evento que contribuya al deterioro del suelo por los metales pesados muestreados.

De éstos diseños de muestreos se seleccionan:

Judgmental: En el cual nosotros definimos los puntos a monitorear dentro del campo

seleccionado.

Aquí tomaremos una serie de 7 muestras cercanas a las primeras ya realizadas las cuales

entregaran las concentraciones de cada uno de los metales pesados a estudiar.

Donde cada triangulo representa los nuevos puntos de muestreo aquí sin la imagen puede

distinguirse mejor

Que sería nuestro propio monitoreo para reanalizar la situación

Conclusiones

Bibliografía

[1] http://reformaminera.files.wordpress.com/2008/05/metales-pesados.pdf

[2] http://www.sadaproject.net/

[3] http://es.scribd.com/doc/38936950/4/Interpolacion-de-vecinos-mas-cercanos

[4] http://tpg-dlm.webcindario.com/lab2.php

[5] http://help.arcgis.com/es/arcgisdesktop/10.0/help../index.html#//005v00000027000000

[6]http://www.ecured.cu/index.php/Anexo:Efecto_de_los_metales_pesados_en_la_salud_humana#Ars.

C3.A9nico