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ESCUELA DE POST GRADO UNIVERSIDADNACIONA DE TRUJILLO DIPLOMADO ENMONIOTOREO AMBIENTAL

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 -

U N A L M

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 -

U N A L M




20/03/20


Guerrero Barrantes

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


U N A L M

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.


U N A L M

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 -

U N A L M

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


U N A L M




20/03/20


Guerrero Barrantes

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 -

U N A L M

Muestreo: estimar valor medio


U N A L M

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


U N A L M

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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20/03/20


Guerrero Barrantes

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


U N A L M

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


U N A L M


U N A L M


U N A L M




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Guerrero Barrantes

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


U N A L M

Método de colección de muestras en zig-zag


U N A L M


U N A L M

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


U N A L M




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Guerrero Barrantes

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


U N A L M


U N A L M

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


U N A L M

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


U N A L M




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Guerrero Barrantes


U N A L M


U N A L M

20,180 mg/kg de TPH – derramereciente, por robo de grapas en

tuberia

El Alto – Talara


U N A L M

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


U N A L M

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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Guerrero Barrantes


U N A L M


U N A L M


U N A L M

• 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.


U N A L M




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Guerrero Barrantes


U N A L M


U N A L M

Tubos de vidrio

para análisis de

BTEX

Frascos de vidrio de 0.5 kg

para TPH, PAH.

Muestreo en sitios

contaminados


U N A L M

ORIGEN DE LA CONTAMINACION


U N A L M

Pluma de

contaminación

generada por el

vertido a partir

de un foco puntal.




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Guerrero Barrantes


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U N A L M


U N A L M


U N A L M




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Guerrero Barrantes


U N A L M


U N A L M


U N A L M

Perforación del pozo de monitoreo


U N A L M

Barreno espiral de 4”extrayendo material

Tubería de PVC ranurada y li sa




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U N A L M

Terminación del pozode monitoreo


U N A L M

Núcleos en penetrómetro


U N A L M

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


U N A L M

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.




20/03/20


Guerrero Barrantes


U N A L M

•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:


U N A L M

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.


U N A L M

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


U N A L M

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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Guerrero Barrantes

Distribución espacial de la vegetación en Campo

X,Ver.


U N A L M

Arbór ea

Arbus tiv o

Pastizal

Herbaceo

Área in undad

Arena

Simbología


U N A L M

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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Guerrero Barrantes

Distribución de Puntos de Muestreo



Tipos de Muestreo

a. Identificación

b. Caracterización o Detalle

c. De Fondo

d. De la Remediación

1. DISTRIBUCION DE PUNTOS DE MUESTREO



Patrones de Muestreo con Distribución Uniforme Rejillas regulares

Rejillas triangulares

Rejillas circulares

Sobre una línea

Diagonales múltiples



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



NUMERO DE PUNTOS DE MUESTREO EN RELACION A

LA EXTENSION Y UNIFORMIDAD

Recomendaciones de la Guía de Muestreo de Suelos

MINAM



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



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

R O F E S O R J U A N G U E R R E R O





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Guerrero Barrantes

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



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



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



• 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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Guerrero Barrantes

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



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.



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.



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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Guerrero Barrantes



• 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



• 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



Área

Contaminada(ha)

Puntos de

muestreo de

fondo

Hasta

100 10200 20300 30

400 40500 50



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.




20/03/20

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.



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





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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