prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de

Prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de plumas

contaminantes debidas a la infiltración de lixiviados en un relleno

sanitario, bajo la adaptación de sondeos eléctricos verticales de

resistividad y polarización inducida, para obtener tomografías

geoeléctricas profundas y modelos 3D.

Caso de Estudio: Relleno Sanitario Carapacho, Chiquinquirá, Boyacá.

Engie Dayana Marín Herrera y Fabio Daniel Avendaño Hernández

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Catastral y Geodesia

Bogotá, D.C., Colombia

2017

Prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de plumas

contaminantes debidas a la infiltración de lixiviados en un relleno

sanitario, bajo la adaptación de sondeos eléctricos verticales de

resistividad y polarización inducida, para obtener tomografías

geoeléctricas profundas y modelos 3D.

Caso de Estudio: Relleno Sanitario Carapacho, Chiquinquirá, Boyacá.

Tesis presentada por:

Engie Dayana Marín Herrera y Fabio Daniel Avendaño Hernández

Trabajo Final presentado como requisito parcial para optar al título de:

Ingeniero Catastral y Geodesta

Director:

MSc Ciencias de la Información,

Ing. Catastral y Geodesta

Miguel Antonio Ávila

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Catastral y Geodesia

Bogotá, D.C., Colombia

2017

Nota de aceptación

______________________________________

______________________________________

______________________________________

______________________________________

_______________________________________

Firma del presidente del jurado

_______________________________________

Firma del Jurado

Bogotá, D.C., Colombia. _ Febrero de 2017.

“Simplemente, no sobrestimar lo que he escrito; de otro modo

se me volvería inalcanzable lo que aún espero escribir”

Franz Kafka

“Sto ancora imparando”

Michelangelo

Dedicatoria

A te, mamma

“che mi hai insegnato i sogni

e l’arte dell’avventura

A te che credi nel coraggio

e anche nella paura”

A mis padres, Marina y José, mi árbol de la vida.

A mi hermanita Cristel Scarlet, mi pequeño rascacielos.

A Malo y Lolo, la mejor vista de mi parte más sensible.

Y a Ojos, mi libro personal de autoayuda.

“A te che sei

semplicemente sei

compagna dei giorni miei

sostanza dei sogni miei”

Dayana Marín Herrera

A mis padres Fabio Medardo Avendaño y Blanca Nubia

Hernández, cuya lucha imparable ha dado como resultado cada

una de las metas que sus hijos hemos alcanzado. Cuyos

llamados de atención y enseñanzas, forjaron mi personalidad y

el compromiso que he adquirido como infante, ciudadano y

ahora como ingeniero catastral y geodesta.

A mis hermanos Jheyson Eduardo y Wilson Manuel Avendaño

Hernández, que al igual que aquellos tres mosqueteros de

historias épicas, hemos sido “uno para todos y todos para

uno”. Cuya existencia es la base fundamental de mi vida, al

ser tan firmes y confiables como la amalgama del acero y el

concreto.

Fabio Daniel Avendaño

Agradecimientos

En primer lugar, agradecemos a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por

guiarnos siempre con conocimiento y sabiduría a lo largo de nuestra carrera universitaria, y

por instaurar objetivamente la base fundamental de nuestro desarrollo ético y profesional.

Así mismo, deseamos transmitir nuestra gratitud a nuestro director, el profesor Miguel

Antonio Ávila por presidir y guiar el proyecto bajo los lineamientos de su experiencia; y al

profesor Luis Fernando Gómez, por incidir de manera recia en nuestra formación personal y

académica, por proporcionar en este proyecto un estímulo muy necesario de principio a fin

y por supervisar el desarrollo del mismo hasta su entera ejecución.

Agradecemos también a la Empresa de Servicios Públicos de Chiquinquirá,

Empochiquinquirá E.S.P; al gerente general Carlos Pachón Lucas y a la asesora ambiental

Ingeniera Dayana Torres Salinas, por su entera disposición e interés al momento de exponer

la temática y el enfoque del proyecto geofísico al relleno sanitario Carapacho; por

suministrarnos la información necesaria para iniciar la planeación del estudio y finalmente,

por avalar nuestro ingreso para efectuar la adquisición de los datos.

Por otra parte, queremos destacar a todas las personas que nos acogieron de manera fraternal

en el municipio de Chiquinquirá, ya que su familiaridad y cariño fueron esenciales para

sobrellevar cada una de las actividades realizadas en pro del proyecto. Por esta razón,

agradecemos enormemente a los abuelitos Hilmo Hernández y Guillermina Tinjacá, a sus

hijos Olivo y Marta Hernández Tinjacá y al señor Carlos Jiménez.

Para finalizar, reservamos nuestros últimos agradecimientos para nuestro amigo, colega y

colaborador, Miguel Fernández Ricardo, cuyo interés por la academia, lo llevaron a ver en

el proyecto una oportunidad para legitimar y acrecentar su pasión por la geofísica.

I

Resumen

Se presenta un estudio geoeléctrico como aplicación de la geofísica ambiental, en el relleno

sanitario de Chiquinquirá, Boyacá, Colombia; con el objetivo de detectar infiltraciones de

lixiviados a partir de la correlación de tomografías geoeléctricas obtenidas a partir de la

medición de dos propiedades físicas del subsuelo. Como técnica geoeléctrica se utilizaron

los Sondeos Eléctricos Verticales (SEV), con los cuales se obtuvieron mediciones de

resistividad y cargabilidad (polarización inducida) a lo largo de tres líneas geofísicas. La

ubicación lineal de los sondeos, permito realizar una adaptación matricial entre estos y sus

mediciones, mediante la cual se obtuvieron tomografías geoeléctricas rectangulares, sin

pérdida de datos por nivel y se logró triplicar la profundidad de investigación, comparada

con la obtenida cuando se desarrollan tomografías bajo la técnica convencional. La

correlación de las tomografías de resistividad y cargabilidad, permitió visualizar capas de

residuos depositados, detectar infiltraciones de líquidos lixiviados y caracterizar la litología

del subsuelo con relación a la columna litoestratigráfica de la formación Areniscas de

Chiquinquirá, la cual aflora en el relleno sanitario Carapacho.

Palabras clave: resistividad, cargabilidad, métodos geoeléctricos, isosuperficies 3D,

tomografía.

II

Abstract

A geoelectric study is presented as an application of environmental geophysics at the

Chiquinquirá landfill, Boyacá, Colombia; with the objective of detecting leachate

infiltrations from the correlation of geoelectric tomographies obtained from the measurement

of two physical properties of the subsoil. As a geoelectric technique, the Vertical Electrical

Surveys (SEV, acronym in Spanish) were used, with which measurements of resistivity and

loadability (induced polarization) were obtained along three geophysical lines. The linear

location of the probes allowed to perform a matrix adaptation between these and their

measurements, by means of which were obtained rectangular geoelectric tomographies,

without loss of data per level, and the depth of research was triplicated, compared to that

obtained when tomography where realized under the conventional technique. The correlation

of the resistivity and loadability tomographies allowed to visualize layers of deposited

residues, to detect leachate liquid infiltrations and to characterize the subsoil lithology in

relation to the lithostratigraphic column of the Areniscas de Chiquinquirá formation, which

appears in the Carapacho sanitary landfill.

Keywords: resistivity, chargeability geoelectrical methods, isosurface 3D, tomography.

Contenido

III

Índice general

Resumen ................................................................................................................................. I

Abstract ................................................................................................................................. II

Índice de figuras ............................................................................................................... VIII

Índice de Tablas .................................................................................................................... X

Capítulo 1: Introducción

1.1 Justificación y Planteamiento del Problema .................................................................... 3

1.2 Objetivo General ............................................................................................................. 5

1.2.1 Objetivos Específicos ............................................................................................ 5

Capítulo 2: Descripción de la zona de estudio

2.1 Marco Geográfico ............................................................................................................ 6

2.1.1 Localización. ......................................................................................................... 7

2.2 Marco conceptual ............................................................................................................ 8

2.2.1 Historia. ................................................................................................................. 8

2.2.2 Estructura. ............................................................................................................ 10

2.2.3 Funcionamiento. .................................................................................................. 11

2.2.3.1 Residuos confinados ............................................................................... 13

2.2.4 Impacto medioambiental. .................................................................................... 15

2.2.4.1 . Lixiviados. ............................................................................................ 17

2.3 Marco Geológico ........................................................................................................... 27

2.3.1 Estratigrafía General. ........................................................................................... 28

2.3.2 Estratigrafía Local. ........................................................................................... ...31

Contenido

IV

Capítulo 3: Marco Teórico

3.1 Fundamentos básicos de la geoeléctrica ........................................................................ 33

3.1.1 Método Resistivo. ................................................................................................ 34

3.1.1.1 Campo eléctrico. ..................................................................................... 35

3.1.1.2 Conductividad de los materiales. ............................................................ 40

3.1.1.3 Resistividad aparente. ............................................................................. 42

3.1.2 Método de polarización inducida. ....................................................................... 42

3.1.2.1 Polarización de Membrana. .................................................................... 43

3.1.2.2 Polarización Electródica ......................................................................... 44

3.1.2.3 Mediciones en el dominio del tiempo. .................................................... 44

3.1.3 Clasificación de Técnicas Geoeléctricas. ............................................................ 46

3.1.3.1 Calicata Eléctrica. ................................................................................... 47

3.1.3.2 Sondeo Eléctrico Vertical. ...................................................................... 48

3.1.3.3 Tomografía Geoeléctrica. ....................................................................... 51

3.1.4 Problema inverso y directo. ................................................................................. 54

Capítulo 4: Metodología

4.1 Estado del arte. .............................................................................................................. 58

4.1.1 Antecedentes Geológicos .................................................................................... 58

4.1.1.1 Locales .................................................................................................... 58

4.1.1.2 Nacionales ............................................................................................... 59

4.1.2 Antecedentes Geoeléctricos ................................................................................ 59

4.1.2.1 Locales .................................................................................................... 59

4.1.2.2 Nacionales ............................................................................................... 60

4.1.2.3 Internacionales ........................................................................................ 60

Contenido

V

4.1.3 Antecedentes Cartográficos. ................................................................................ 61

4.1.3.1 Estructura. ............................................................................................... 61

4.1.3.2 Modelo Digital de Elevación. ................................................................. 62

4.2 Planeación de la Campaña de Adquisición. .................................................................. 64

4.2.1 Diseño de Lineas Geofísicas. .............................................................................. 64

4.2.1.1 Línea 1. ................................................................................................... 65

4.2.1.2 Línea 2. ................................................................................................... 65

4.2.1.3 Línea 3. ................................................................................................... 66

4.2.2 Diseño de Sondeos Electricos Verticales. ........................................................... 67

4.2.2.1 Configuración Electrodica. ..................................................................... 67

4.2.2.2 Aberturas para toma de datos. ................................................................. 70

4.2.2.3 Factor de profundidad. ............................................................................ 74

4.2.3 Adaptación de SEV para generación de tomografías geoeléctricas. ................... 76

Capítulo 5: Adquisición de Datos

5.1 Reconocimiento de Campo ........................................................................................... 80

5.2 Descripción de Equipo Geoeléctrico. ............................................................................ 81

5.2.1 Configuración. ..................................................................................................... 82

5.2.1.1 Resistividad ............................................................................................. 83

5.2.1.2 Polarización Inducida (Cargabilidad). .................................................... 83

5.3 Carteras de Campo ........................................................................................................ 84

5.4 Sondeos Eléctricos Verticales ....................................................................................... 85

5.4.1 Línea 1. ................................................................................................................ 85

5.4.2 Línea 2. ................................................................................................................ 87

5.4.3 Línea 3 ................................................................................................................. 88

Contenido

VI

Capítulo 6: Procesamiento de Datos

6.1 Sondeos Eléctricos Verticales ....................................................................................... 90

6.1.1 Tratamiento previo. ............................................................................................. 90

6.1.2 Ipi2Win. ............................................................................................................... 91

6.2 Tomografías Geoeléctricas ............................................................................................ 92

6.2.1 Matriz de adaptación. .......................................................................................... 92

6.2.2 Res2inv. ............................................................................................................... 93

Capítulo 7: Análisis de Datos

................................................................................................................ 96

7.1.2 Línea 2. ................................................................................................................ 98

7.1.3 Línea 3. .............................................................................................................. 100

7.1.4 Modelos de distribución. ................................................................................... 102

7.2 Tomografías Geoeléctricas .......................................................................................... 104

7.2.1 Línea 1. .............................................................................................................. 104

7.2.2 Línea 2. .............................................................................................................. 107

7.2.3 Línea 3. .............................................................................................................. 110

7.3 Modelo Pseudo-3D ...................................................................................................... 113

7.3.1 Capas significativas. .......................................................................................... 113

7.3.1.1 Interpolación a 2,5 metros. .................................................................... 114

7.3.1.2 Interpolación a 24,8 metros. .................................................................. 115

7.3.1.3 Interpolación a 57,3 metros. .................................................................. 116

7.3.2 Modelo de capas. ............................................................................................... 117

7.1 Sondeos Eléctricos Verticales ..................................................................................... 95

7.1.1 Línea 1.

Contenido

VII

7.4 Modelo 3D ................................................................................................................... 119

7.4.1 Interpolación de resistividad. ............................................................................ 119

7.4.2 Interpolación de cargabilidad. ........................................................................... 121

7.4.3 Isosuperficies de resistividad y cargabilidad. .................................................. 123

7.4.3.1 Isosuperficies de resistividad. ............................................................... 123

7.4.3.2 Isosuperficies de cargabilidad. .............................................................. 125

Conclusiones ..................................................................................................................... 127

Bibliografía……………………………………………………………………………….129

Apéndices…………………………………………… …………………………………..132

Contenido

VIII

Índice de figuras

Figura 2-1. Mapa de localización de zona de estudio RS Carapacho. .................................. 7

Figura 2-2. Sistema de drenaje Relleno Sanitario Carapacho. ............................................ 11

Figura 2-3. Compactación de residuos Relleno Sanitario Carapacho. ................................ 12

Figura 2-4. Contaminación por vertederos y rellenos sanitarios. ........................................ 15

Figura 2-5. Esquema de manejo por evaporación en el RS Carapacho. .............................. 25

Figura 2-6. Diseño de pondajes en RS Carapacho. ............................................................. 25

Figura 2-7. Esquema de manejo por Recirculación en el RS Carapacho. ........................... 26

Figura 2-8. Mapa geológico regional de Chiquinquirá ....................................................... 27

Figura 2-9. Localidad tipo de la Formación Arenisca de Chiquinquirá .............................. 29

Figura 2-10. Columna estratigráfica de la Formación Areniscas de Chiquinquirá. ............ 30

Figura 2-11. Perfil estratigráfico relleno sanitario Carapacho. ........................................... 31

Figura 3-1. Electrodo con emisión de corriente continua.. .................................................. 36

Figura 3-2. Diferencia de potencial. .................................................................................... 36

Figura 3-3. Configuración para la medición de resistividad aparente.. ............................... 39

Figura 3-4. Variación del potencial observado. ................................................................... 42

Figura 3-5. Relación entre los parámetros para determinar PI.. .......................................... 46

Figura 3-6. Arreglo Wenner para calicata eléctrica.. ........................................................... 47

Figura 3-7. Arreglo Schlumberger para calicata eléctrica.. ................................................. 48

Figura 3-8. Arreglo Wenner para SEV. ............................................................................... 49

Figura 3-9. Arreglo Schlumberger para SEV.. .................................................................... 50

Figura 3-10. Arreglo Wenner para tomografía geoeléctrica. .............................................. 52

Figura 3-11.Arreglo Wenner-Schlumberger para tomografía geoeléctrica. ........................ 53

Figura 3-12. Arreglo Dipolo-Dipolo para tomografía geoeléctrica..................................... 54

Figura 4-1. Diagrama metodológico.................................................................................... 57

Figura 4-2. Estructura general del RS Carapacho . ............................................................. 62

Contenido

IX

Figura 4-3. Modelo digital de elevación RS Carapacho...................................................... 63

Figura 4-4. Localización de líneas geofísicas sobre el RS Carapacho ................................ 65

Figura 4-5. Localización de líneas geofísicas sobre fases del RS Carapacho ..................... 66

Figura 4-6. Modelo sintético de una falla y bloque horizontal............................................ 68

Figura 4-7. Modelo sintético de una falla y un bloque horizontal....................................... 68

Figura 4-8. Ubicación de sondeos eléctricos verticales en RS Carapacho. ......................... 69

Figura 4-9. Disposición de sondeos eléctricos verticales por línea geofísica. .................... 70

Figura 4-10. Aberturas de electrodos para SEV.. ................................................................ 70

Figura 4-11. Adquisición de datos con SEV. ...................................................................... 76

Figura 4-12. Adquisición de datos con tomografía.. ........................................................... 76

Figura 4-13. Tomografía convencional trapezoidal. ........................................................... 77

Figura 4-14. Sondeos eléctricos adaptados para obtener tomografía geoléctrica. .............. 78

Figura 5-1. Simulación de disposición del terreno del RS Carapacho actualmente.. .......... 80

Figura 5-2. Ubicación de líneas geofísicas en modelo de simulación.. ............................... 81

Figura 5-3. Abem Terrameter SAS 1000. ........................................................................... 81

Figura 5-4. Cartera de campo para SEV Modelo 1.. ........................................................... 84

Figura 5-5. Cartera de campo para SEV Modelo 2.. ........................................................... 85

Figura 6-1. Matriz de adaptación para Linea1..................................................................... 92

Figura 6-2. Filtro de datos atípicos en Res2Dinv.. .............................................................. 93

Figura 6-3. Pseudo secciones en Res2Dinv. . ...................................................................... 94

Figura 7-1. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 1.. ................................. 96

Figura 7-2. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 1. E .............................................. 97

Figura 7-3. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 2.. ................................. 98

Figura 7-4. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 2. ................................................. 99

Figura 7-5. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 3. ................................ 100

Figura 7-6. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 2. ............................................... 101

Figura 7-7. Modelo de distribución de capas para resistividad aparente. ......................... 103

Figura 7-8. Descripción del material superficial en la Línea 1.. ...................................... 104

Contenido

X

Figura 7-9. Análisis de tomografías (Resistividad – Cargabilidad) Línea 1. .................... 106

Figura 7-10. Descripción del material superficial en la Línea 2. ..................................... 107

Figura 7-11. Análisis de tomografías (Resistividad – Cargabilidad) Línea 2. .................. 109

Figura 7-12. Descripción del material superficial en la Línea 3. ..................................... 110

Figura 7-13. Análisis de tomografías (Resistividad – Cargabilidad) Línea 3. .................. 112

Figura 7-14. Interpolación de resistividad y cargabilidad 2,5 metros. .............................. 114

Figura 7-15. Interpolación de resistividad y cargabilidad 24,8 metros. . .......................... 115

Figura 7-16. Interpolación de resistividad y cargabilidad 57,3 metros. . .......................... 116

Figura 7-17. Modelo de capas de resistividad. .................................................................. 117

Figura 7-18. Modelo de capas de cargabilidad.. ................................................................ 118

Figura 7-19. Modelo 3D de resistividad. . ......................................................................... 119

Figura 7-20. Modelo de capas resistividad 3D.. ................................................................ 120

Figura 7-21. Modelo 3D de polarización inducida (cargabilidad).. .................................. 121

Figura 7-22. Modelo de capas cargabilidad 3D ................................................................ 122

Figura 7-23. Isosuperficies para resistividad…………………………...…………….…...123

Figura 7-14. Modelo de distribución de la pluma contaminante con resistividad…...…….124

Figura 7-25. Isosuperficies para cargabilidad…………………………………………….125

Figura 7-36. Modelo de distribución de la pluma contaminante con cargabilidad………...126

Contenido

XI

Índice de Tablas

Tabla 2-1 Zonas de Disposición dentro del Relleno Sanitario Carapacho .......................... 10

Tabla 2-2 Registro de residuos que ingresan al RS Carapacho ........................................... 13

Tabla 2-3 Caracterización de residuos ingresados al RS Carapacho .................................. 14

Tabla 2-4 Impacto en variables ambientales por el Relleno Sanitario Carapacho .............. 16

Tabla 2-5 Composición del lixiviado en el RS Carapacho .................................................. 18

Tabla 2-6 Comparación de características químicas de lixiviados en un relleno sanitario. 19

Tabla 2-7 Parámetros climáticos adoptados para RS Carapacho ........................................ 20

Tabla 2-8 Caudal estimado de lixiviado para cada zona del RS Carapacho ....................... 21

Tabla 2-9 Proyección de lixiviados en el RS Carapacho .................................................... 22

Tabla 2-10 Rendimientos por sistema de tratamiento ......................................................... 23

Tabla 2-11 Costos por sistema de tratamiento. ................................................................... 24

Tabla 3-1 Unidades para las ecuaciones de Maxwell .......................................................... 37

Tabla 3-2 Rango de resistividades para rocas y minerales .................................................. 41

Tabla 4-1 Características de las líneas geofísicas ................................................................ 64

Tabla 4-2 Aberturas electródicas para línea 1 y 2. .............................................................. 71

Tabla 4-3 Aberturas electródicas para línea 3 .................................................................... 72

Tabla 4-4 Mediciones generales de resistividad y cargabilidad .......................................... 73

Tabla 4-5 Coeficientes de profundidad para Wenner- Schlumberger ................................. 74

Tabla 7-1 Análisis perfil de SEV Linea 1 ........................................................................... 97

Tabla 7-2 Análisis perfil de SEV Linea 2 ........................................................................... 99

Tabla 7-3 Análisis perfil de SEV Linea 3 ......................................................................... 101

Tabla 7-4 Relación resistividad – cargabilidad para la Línea 1 ........................................ 105



Capítulo 1

Introducción

Hay quien cruza el bosque y sólo ve leña para el fuego”

León Tolstoi

Teniendo en cuenta el crecimiento constante de las ciudades y su sistema económico que

lejos de generalizar un consumo sensato, propende reforzarlo en el dispendio y bajo el

alcance de los que tienen una liquidez suficiente para consumir; se puede entender que la

producción de residuos es un parámetro patológico que crece de manera exponencial.

Para mitigar la huella ecológica que deja la falta de conciencia sobre el impacto que produce

el consumo, no como mero concepto, sino como actividad nociva para con el medio

ambiente; existen gestiones ambientales que buscan a como dé lugar aprovechar los residuos,

reciclarlos, transformarlos, y como última etapa, confinarlos definitivamente en los sitios de

disposición final, bajo una técnica ya sea física, química, biológica o térmica, empleada para

minimizar los impactos ambientales y los riesgos para la salud pública.

En sociedades donde el costo del capital es alto y existen numerosas necesidades

insatisfechas que compiten por mínimas cuotas del presupuesto, el relleno sanitario es la

técnica más viable y económica empleada. Esta práctica se caracteriza por confinar la basura

en un área impermeabilizada y cubrirla diariamente con capas de tierra para disminuir la

presencia de vectores, malos olores, incidencia de la lluvia en la basura y mejorar la

apariencia del sitio. No obstante, en los rellenos sanitarios se evidencian falencias en las

dinámicas usadas para prever la infiltración y contaminación de los líquidos lixiviados sobre

aguas subterráneas, superficiarias y suelos.

Capítulo 1. Introducción 2

La contaminación de los suelos, como tema de interés, se produce a causa de la percolación

del agua de lluvia través del relleno sanitario o por un ascenso temporal del nivel

piezométrico. Bajo estas circunstancias y para ir en concordancia con el detrimento que

proporcionan actualmente los rellenos sanitarios con respecto a las dinámicas usadas para el

drenaje de plumas contaminantes in situ, es importante realizar un reconocimiento tanto de

la topografía como del material contenido en el subsuelo, lo cual permita determinar, el grado

de vulnerabilidad y evaluar un plan para posteriores acciones de saneamiento.

Los métodos geofísicos eléctricos proporcionan información acerca de la estructura que yace

en el subsuelo y su comportamiento cuando esta se relaciona directamente con la inyección

de corriente eléctrica o con su campo natural de corriente. Dentro de las prácticas

geoeléctricas se encuentran el método resistivo y de polarización inducida, los cuales usan

las propiedades físicas del subsuelo y su reacción eléctrica, para detectar infiltraciones de

lixiviados. Cabe agregar que la implementación de estos métodos se caracteriza por ser

económica, no invasiva y por proporcionar una visión global de la zona de estudio,

facilitando así, la localización de depósitos minerales, acuíferos y para el caso de estudio, de

lechos contaminantes.


1.1 Justificación y Planteamiento del Problema

Partiendo de la relación directamente proporcional que existe entre el crecimiento

demográfico y la producción de residuos domiciliarios y comerciales, se puede entender que

el desarrollo acrecentado de la población en Chiquinquirá, al ser cuarto municipio más

poblado del departamento de Boyacá; es una de las causas que han generado el colapso de

la administración pública sobre los residuos depositados en el relleno sanitario, junto con la

presión que efectúan sobre este, los municipios Caldas, Buenavista y Saboya, los cuales al

no contar con un sitio de disposición propio, también hacen uso del relleno sanitario

Carapacho para disponer sus basuras.

Además del problema asociado a la cantidad de desechos descrita anteriormente, existen

en el relleno sanitario, afectaciones técnicas ligadas a la falta de mantenimiento sobre las

zonas utilizadas para el manejo de los residuos, las cuales se pueden evidenciar en la

circulación dentro de la zona de exposición de animales tales como gallinazos y perros; en

la exposición de basuras a cielo abierto consolidando per se un foco infeccioso y en la

polución de los suelos in situ a partir de la infiltración de líquidos lixiviados, que si bien, son

los más imperceptibles y silenciosos, atacan de manera directa los sistemas ecológicos vivos

y el lugar donde se cumplen los roles más importantes para la productividad (Jaramillo,

2015).

Por lo anterior y especialmente por el brote de líquidos lixiviados con contenidos de

metales pesados y constituyentes orgánicos evidenciados dentro del relleno sanitario, la

Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, entidad ambiental en jurisdicción, ha

sancionado a la empresa administradora del relleno, y en algunas oportunidades ha decidido

cerrarlo, como medida drástica por la práctica negligente y sobretodo agresiva con el medio

ambiente y la población perimetral.

.


Hechas las consideraciones anteriores, con este trabajo se pretende detectar y analizar las

plumas contaminantes debidas a la infiltración de lixiviados en el relleno sanitario

Carapacho, utilizando la combinación de los métodos geofísicos geoeléctricos de

polarización inducida y resistividad, ya que su fusión ha demostrado gran éxito para obtener

el máximo de información sobre el subsuelo y sus residuos. Los métodos geoeléctricos serán

adquiridos a partir de sondeos eléctricos verticales, los cuales bajo una adecuación matricial,

permiten obtener tomografías geoeléctricas más profundas y sin perdidas de datos por

niveles de profundidad. Posteriormente, se realizará un modelo pseudo-3D que revele la

verdadera situación del subsuelo contaminado, con relación a la estructura geológica que lo

compone.

El desarrollo de este estudio procura incentivar el uso de la geofísica en temas medio

ambientales, ya que los contrastes de las distintas propiedades físicas de los materiales,

pueden dar un lineamiento interesante y muy acertado sobre la contaminación de los suelos

en general. Sin embargo, los métodos geofísicos per se, no son suficientes para examinar a

fondo problemas relacionados con el subsuelo de los rellenos sanitarios, pero sí son

necesarios para obtener una evaluación que sirva como base para las fases siguientes de

estudio y saneamiento.

.


1.2 Objetivo General

Realizar la correlación entre las mediciones de resistividad y polarización inducida,

mediante la interpretación de tomografías geoeléctricas, para la detección de lixiviados en el

subsuelo del área de estudio.

1.2.1 Objetivos Específicos

i. Implementar las mediciones de resistividad y cargabilidad como herramientas de

caracterización y localización de estructuras contaminadas.

ii. Adaptar las mediciones de los sondeos eléctricos verticales a matrices, las cuales

permitan obtener imágenes eléctricas o tomografías geoeléctricas rectangulares,

profundas y sin pérdida de datos por nivel.

iii. Obtener tomografías geoeléctricas 2D por resistividad y cargabilidad real de las

líneas geofísicas in situ.

iv. Generar un modelo pseudo-3D que represente las anomalías de cargabilidad y

resistividad real, como resultado de las características geológicas del subsuelo.

.

Capítulo 2

Descripción de la zona de estudio

“El que nos encontremos tan a gusto en plena naturaleza

proviene de que ésta no tiene opinión sobre nosotros”

Friedrich Nietzsche

A continuación se presentarán las características geográficas, operativas y geológicas más

relevantes del relleno sanitario Carapacho con el propósito de facilitar la comprensión de la

realidad actual de la zona de interés.

2.1 Marco Geográfico

El municipio de Chiquinquirá se encuentra a una altura de 2.580 metros sobre el nivel del

mar. Está localizado a 70 kilómetros de Tunja la capital del Departamento de Boyacá y a

132 kilómetros de Bogotá D, C. ”Su territorio cuenta con una extensión de 125 Kilómetros

cuadrados y con aproximadamente 65.274 habitantes, lo cual lo hace ser el cuarto municipio

más poblado del departamento, después de Tunja, Sogamoso y Duitama La mayor parte de

su territorio es una llanura aluvial propicia para las actividades agrícolas y ganaderas”

(Alcaldía, 2013).

“Limita por el norte con el municipio de Saboyá; por el sur con San Miguel de Sema,

Simijaca (Cundinamarca) y Caldas; por el Oriente con Tinjacá y Simijaca; y por el Occidente

con Caldas y Briceño” (Concejo Municipal Chiquinquirá, 2012) .

Capítulo 2. Descripción de la zona de estudio 7

2.1.1 Localización.

El Relleno Sanitario Carapacho está ubicado en la parte alta de las veredas Sasa y

Carapacho del municipio de Chiquinquirá, a una distancia de 8,5 km por la vía pavimentada

Chiquinquirá - Tinjacá, seguida de una vía destapada de 4,2 km que conecta al final del

tramo con el relleno sanitario.

Figura 2-1. Mapa de localización de zona de estudio RS Carapacho (Ver Apéndice A).

Elaboración propia.


2.2 Marco Conceptual

El Relleno Sanitario Carapacho es el centro de disposición final de la ciudad de

Chiquinquirá y de los municipios de Caldas, Buenavista y Saboyá desde el año 1993. El

objetivo central de este centro de disposición final es el de “administrar, operar y mantener

integralmente, a partir de procesos tales como el arrastre, distribución, disgregación y

compactación, los residuos sólidos y lixiviados allí depositados, con la alternativa de

tratamiento y aprovechamiento de los mismos” (SDA, 2013).

La empresa Empochiquinquirá ESP es la actual administradora del relleno y quien se

encarga de realizar las mejoras necesarias para seguir con la ejecución del sitio de

disposición. En el año 2013, la empresa administradora planeó la realización del estudio

denominado: “Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del plan de

clausura y restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá”, el cual fue

elaborado por la empresa Cydep SAS. Dicho estudio evaluó las variables técnicas y naturales

que intervienen en la ejecución del relleno y en la incidencia medioambiental de este para

con sus suelos y recursos hídricos; por esta razón y debido a su importancia para con el

proyecto, dichas variables se estarán citando y evaluando a lo largo de este capítulo.

2.2.1 Historia.

“El relleno sanitario inicia su construcción en el año 1990 y entra en operación en el año

1993” (Superservicios, 2014), bajo la jurisdicción de la entidad ambiental Corporación

Autónoma Regional de Cundinamarca.

ⱡ En el año 2002 la comunidad que colindaba con el relleno sanitario interpuso una

acción popular por mal manejo del sitio ante el concejo de estado, cuya decisión fue la

de imponer medidas de cierre y restauración.


ⱡ En diciembre de 2011 la CAR resolvió no aprobar el plan de manejo ambiental

presentado por Empochiquinquirá ESP e impuso medidas de clausura y

restauración ambiental; sin embargo, en diciembre de 2012, se le concedió un

plazo de tres meses para la disposición de residuos.

ⱡ El 04 de mayo de 2013 se llevó a cabo el cierre del relleno sanitario Carapacho

por lo que los residuos fueron depositados en el relleno sanitario Nuevo

Mondoñedo, ubicado en Mosquera Cundinamarca desde el 08 de mayo hasta el

14 de agosto de 2013.

ⱡ Empochiquinquirá ESP presentó a la CAR un nuevo plan de manejo ambiental,

en el cual demostró que no se alcanzó a ocupar la fase III, zona que tenían la

adecuada formación geomorfológica para garantizar la estabilidad del terreno.

ⱡ Una vez analizado el documento y los estudios realizados, se expidió la

Resolución 1246 del 24 de julio de 2013 que autorizó la disposición de residuos

sólidos en las Fases III y Cárcava S44 del relleno sanitario Carapacho por seis

meses más, hasta febrero de 2014.

ⱡ Igualmente, el 03 de febrero de 2014, la CAR expidió la Resolución 0271 que

autoriza la disposición por 21.5 meses en la celda denominada “La Hondonada”.

ⱡ Finalmente, la CAR otorgó al municipio de Chiquinquirá y a la empresa

Empochiquinquirá ESP, un plazo adicional comprendido entre el 22 de mayo del

2016 hasta el 4 de agosto del 2017, para consolidar la clausura y restauración

ambiental del relleno sanitario Carapacho.


2.2.2 Estructura.

El Relleno Sanitario Carapacho “cuenta con un área de 26.36 Ha, conformadas por zonas

boscosas constituidas principalmente por robledales y algunas formaciones vegetales

adicionales” (Cydep, 2013). La zona disponible para la disposición de residuos es

aproximadamente de 5 Ha, la cual está dividida en tres fases iniciales donde se han

desarrollado y están en proceso de desarrollo las etapas de disposición de residuos sólidos

ordinarios.

La siguiente tabla detalla cada una de las zonas que han estado y que aún permanecen

intervenidas dentro del Relleno Sanitario Carapacho:

Tabla 2-1.

Zonas de Disposición dentro del Relleno Sanitario Carapacho.

Zona Área Características

Fase I – II

3,8 Ha

Recibió residuos desde 1994 hasta el

2013. Actualmente está clausurada y

restaurada con árboles nativos.

Fase III - Cárcava S44

0,2 Ha

Recibió residuos desde 2013 hasta el

2014. Actualmente se encuentra

clausurada y restaurada con Quicuy.

Domo Fase II-III

“La Hondada”

0,72 Ha

Opera desde el 2014 hasta agosto de 2017

según la última resolución de la CAR.

Fuente: Adaptado de Empochiquinquirá ESP. (2013). Informe Relleno Sanitario Carapacho.


A demás de las anteriores zonas, Empochiquinquirá EPS, estima la creación de una nueva

Fase (IV) en la cual se podrían disponer los residuos generados hasta el 4 de agosto de 2017,

fecha otorgada por la CAR bajo la “Resolución No. 1139 del 20 de mayo del 2016, la cual

establece que en dicho lugar no se podrán seguir depositando residuos sólidos, al expirar el

tiempo adicional de 14.5 meses que la Corporación le autorizó al municipio para que

consolide su proceso y pueda encontrar otro lugar adecuado para la disposición final de sus

residuos” (Tundama, 2016).

2.2.3 Funcionamiento.

Inicialmente para adecuar las celdas de disposición de residuos, se remueve el material

arcilloso de cobertura, el cual pertenece aproximadamente a las dos primeras capas del

subsuelo, y se utiliza para compactar las terrazas, disipar olores y disminuir la proliferación

de insectos. Paso seguido, se instala un sistema de impermeabilización por espina de pescado

y sistema de drenaje a partir de filtros de fondo, los cuales permiten evacuar los lixiviados

por la línea de conducción hasta los pondajes de almacenamiento, donde el líquido percolado

es almacenado hasta su evaporación o recirculado a la zona de disposición para disminuir

sus concentraciones.

Figura 2-2. Sistema de drenaje Relleno Sanitario Carapacho.

Empochiquinquirá ESP. (2014).


Hecho el replanteamiento de las celdas, los vehículos recolectores ingresan directamente

al frente de trabajo, donde depositan los residuos recolectados de los municipios

Chiquinquirá, Caldas, Buenavista y Saboya. Una vez estos han alcanzado una altura de

aproximadamente 10 metros, son disgregados, homogenizados y cubiertos con un espesor

de 0,60 metros del material de cobertura (arcilla), el cual compacta la terraza final mediante

el movimiento de tierra efectuada por el buldócer.

Figura 2-3. Compactación de residuos Relleno Sanitario Carapacho.


Finalmente, para dar cierre a cada una de las fases de operación, sobre las terrazas se

adiciona una capa de tierra negra y se empradiza con Quicuy, de manera que se puedan

realizar siembras de especies nativas representativas de los bosques de la zona como el

Roble, Raque y Cedro. Lo anterior teniendo en cuenta que se debe ir desarrollando el avance

de un diseño paisajístico ya que bajo la “resolución 2931 del 28 de diciembre de 2012, el

uso futuro del predio está definido como un parque ecológico (Empochiquinquirá ESP,

2013).


2.2.3.1 Residuos confinados

En el Relleno Sanitario Carapacho se disponen aproximadamente 40 Toneladas al día, las

cuales son ingresadas al relleno por la empresa Central Colombiana de Aseo SA ESP, quien

se encarga de la recolección de residuos en los municipios de Caldas, Buenavista, Saboya y

Chiquinquirá.

Tabla 2-2

Registro de residuos que ingresan al RS Carapacho

Periodo Población

(Hab)

Residuos

Ton/Día Ton/Año

2010 60.586 28,35 10.349,30

2011 61.520 28,79 10.508,85

2012 62.453 33,72 12.309,49

2013 63.381 34,23 12.492,40

2014 64.324 34,73 12.678,26

2015 72.274 40,00 14.600,00

Fuente: Adaptado de Cydep. (2013). Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del plan

de clausura y restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá.

La anterior tabla se realizó teniendo en cuenta solamente el censo poblacional del

municipio de Chiquinquirá, ya que este es quien aporta el grueso de los residuos que allí se

disponen. Dichos datos son un buen aparejo para comprobar que el aumento en la demografía

del municipio es directamente proporcional a la generación de residuos que este realiza, al

disponer cerca de 1.200 Toneladas en el RS Carapacho mensualmente.


Tabla 2-3

Caracterización de residuos ingresados al RS Carapacho.

Componente

Sector Productivo

%

En Peso

Residuos Sólidos

Producidos (Muestra)

Orgánicos 55,73 64,58

Papel y cartón 9,69 11,23

Plástico 12,62 14,63

Metales 1,08 1,25

Vidrio 0,86 1,00

Otros (No reciclables) 20,02 23,20

Total 100 115,89

Fuente: Cydep. (2013). Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del plan de clausura y

restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá.

Como se puede observar en la Tabla 2-3 el material orgánico es el residuo que se dispone

en el relleno en una mayor proporción que los demás, siendo esta una causa fundamental de

la generación de líquidos lixiviados, ya que dada la degradación de la materia orgánica, los

líquidos residuales comienzan a surgir con una alta concentración en sales minerales y otros

derivados secundarios.


2.2.4 Impacto medioambiental.

La historia del Relleno Sanitario Carapacho ha estado marcada permanentemente por

problemas medioambientales, como el desbordamiento de su capacidad de almacenamiento

y procesamiento de residuos, esparcimiento de residuos sólidos plásticos, presencia de

recuperadores, proliferación de malos olores, brotes de lixiviados y presencia de animales

como gallinazos, perros, cerdos y roedores (CAR, 2013).

Figura 2-4. Contaminación por vertederos y rellenos sanitarios.


La manera más simple de analizar el impacto ambiental del relleno sanitario efectuado

sobre el medio, es destacando sus efectos directos e indirectos sobre las principales variables

ambientales como: el suelo, el agua y el aire.

Estos efectos de contaminación y alteración de las variables ambientales, tienen en común

que las causas principales de su desarrollo, están determinadas por la infiltración de

lixiviados y la emisión constante de gases tóxicos. Pese a estos dos factores decisivos y a las

deficiencias que presenta per se, la ejecución de un relleno sanitario, “los problemas

ambientales registrados en Carapacho, se deben también a la exposición de basuras que no

se cubren a tiempo y a volúmenes de lixiviados o percolados superiores a la capacidad de

los pondajes de almacenamiento” (Noguera & Jesús Olivero, 2010).


Tabla 2-4

Impacto en variables ambientales por el Relleno Sanitario Carapacho.

Suelos Agua Aire

Destrucción de estratos

originales.

Contaminación de aguas

subterráneas. a

Concentración de tóxicos

y material particulado.

Inserción de plumas1

contaminantes. a

Contaminación de aguas

superficiarias. a

Intensificación de malos

olores. b

Afectación sobre la

microbiota. a

Desvío de fuentes

hídricas

Presencia de Vectores. b

Inestabilidad geotécnica. b

-

-

Aumento de la

conductividad. a

-

-

Nota: Fuente: Elaboración propia.

a Incidencia directa de lixiviados.

b Incidencia indirecta de lixiviados.

Partiendo de lo anterior y de lo expresado en la Tabla 2-2, los líquidos lixiviados en el

Relleno Sanitario Carapacho son los protagonistas directos e indirectos de la mayoría de

amenazas que el relleno ejerce sobre el ambiente por su mera ejecución. No obstante, en el

relleno sanitario también existen deficiencias en la captación, conducción y tratamiento de

los líquidos lixiviados, las cuales se evidencian en el afloramiento de lixiviados sobre zonas

ya clausuradas y sobre residuos dispuestos, lo cual se suma al problema ambiental que

ejercen estos sobre el centro de disposición final.

1 Concentración de contaminante presente en un sector determinado, la cual puede expandirse, mantenerse estable o

contraerse. Gutiérrez, L. R. (2013). Estudio geoeléctrico e hidroquímico para mapear la pluma de lixiviados derivados

de un basurero a cielo abierto en Mexicaltzingo, Estado de México.


2.2.4.1 . Lixiviados.

Los lixiviados son los líquidos contaminantes generados por la descomposición

bioquímica de los residuos cuando estos se encuentran en proceso de degradación. No

obstante, el problema central de los líquidos residuales es el aumento de su caudal debido a

la percolación de aguas lluvia, ya que estas recogen gran cantidad de las sustancias que

originalmente estaban dentro del relleno, quedando de esta manera altamente contaminadas

y como consecuencia un caudal de lixiviado más alto que el inicial.

La diseminación de los lixiviados dentro de los rellenos sanitarios depende de factores

tales como: “grado de compactación de los desechos, material de cubierta de las celdas e

impermeabilización de filtros y drenajes” (Novelo et al., 2004). Sin embargo, en el Relleno

Sanitario Carapacho estas características, como en la mayoría de sitios de disposición final,

son tratadas de manera insuficiente, con lo cual se incrementan las probabilidades de que

existan infiltraciones que vayan directamente a aguas superficiarias o subterráneas.

2.2.4.1.1 Composición fisicoquímica.

La composición fisicoquímica de los líquidos percolados depende de “la naturaleza o tipo

de residuo que lo genera, de las condiciones climáticas y de la edad del depósito controlado”

(Uson, s.f). Estos líquidos poseen altos contenidos de materia orgánica, nitrógeno y fósforo,

aumento en la conductividad eléctrica, presencia abundante de patógenos e igualmente de

sustancias tóxicas como metales pesados.

En el Relleno Sanitario Carapacho en el año 2013 se realizó un estudio, en el cual se

calculó y estimó la composición fisicoquímica promedio del lixiviado generado en las tres

zonas que componen el sitio de disposición final: Fase I - II, Fase III - Cárcava S44 y La

Hondonada, la cual se expresará en la Tabla 2-5.


Tabla 2-5

Composición del lixiviado en el RS Carapacho

Parámetro Valor/Concentración

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) 5200 mg/l

Demanda Química de Oxígeno (DQO) 8500 mg/l

Amonio 1700 mg/l

pH 7,0 – 8,7

Fe, Ca, Mg 0,60 mg/l

Conductividad 1375 mS/m

Fuente: Cydep. (2013). Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del plan de clausura y

restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá.

2.2.4.1.2 Calidad.

La calidad de los lixiviados es una variable temporal que se modifica constantemente en

cada una de las zonas del sitio de disposición; siendo así que “los lixiviados de las áreas de

los rellenos sanitarios que han sido recientemente rellenadas producen un lixiviado altamente

contaminante, denominado lixiviado joven, mientras que partes del relleno que ya han sido

clausuradas tienen lixiviado maduro” (Giraldo, 2001a).

Asimismo existen diferencias en las calidades de los lixiviados entre los países

desarrollados con los de los países en vía de desarrollo, de tal manera que “los lixiviados de

los países en desarrollo presentan concentraciones mucho mayores de DBO, amoníaco y

metales que aquellos de países desarrollados” (Giraldo, 2001b).


Tabla 2-6

Comparación de características químicas de lixiviados en un relleno sanitario.

Parámetro Lixiviado

Joven a Maduro b

DBO Muy alto Bajo

DQO Muy alto Alto

Amonio Muy alto Alto

pH Muy bajo Bajo

Fe, Ca, Mg Muy altos Bajos

Conductividad Alta Bajas

Metales Pesados Muy altos Bajos

Nota: Fuente: Giraldo, E. (2001). Tratamiento De Lixiviados De Rellenos Sanitarios: Avances Recientes.

Revista de Ingeniería, 0(14), 44-55.

a Lixiviado perteneciente a zona Fase La Hondada y Fase III - Cárcava S44.

b Lixiviado perteneciente a zona Antigua Fase I - Fase II.

En el Relleno Sanitario Carapacho se encuentran dos zonas con disposición de residuos

recientes y en ejecución como son las zonas La hondonada y Fase III - Cárcava S44 donde

se encontraran lixiviados jóvenes; y una zona antigua ya clausurada conformada por la unión

de las Fases I y Fase II, donde se encontraran lixiviados maduros.

Estas características deberían ser evaluadas para usar la mejor alternativa de tratamiento,

no obstante, la variable que usualmente se tiene en cuenta es la económica y es por esta

razón, que en la mayoría de los casos se opta por usar el tratamiento más económico sin

importar que este no sea el adecuado.


2.2.4.1.3 Cantidad.

El caudal de lixiviados en el Relleno Sanitario Carapacho y en los sitios de disposición

final en general, dependen de factores operativos y naturales tales como el estado e

instalación de las coberturas de impermeabilización, el cierre de zonas antiguas, la

desviación de aguas de escorrentía y los parámetros climáticos. Ahora bien, para generar

estimaciones del caudal de lixiviados dentro de un relleno sanitario, se asume que los

factores operativos del sitio se encuentran en condiciones óptimas, con lo cual sólo se tiene

en cuenta “el análisis de los factores climáticos de la zona, los cuales son importantes en la

estimación, caracterización y cuantificación de los lixiviados” (Cydep, 2013).

En el Relleno Sanitario Carapacho, según el estudio realizado en el 2013, se estimó la

cantidad de lixiviado generado en cada una de las zonas del centro de disposición, partiendo

de análisis de parámetros climáticos como precipitación, viento, evotranspiración,

evaporación, humedad, entre otras.

Tabla 2-7

Parámetros climáticos adoptados para RS Carapacho

Parámetro Valor (anual)

Precipitación 1.050,7 mm

Temperatura 9,8°C

Humedad. 77,2 %

Velocidad viento 1,6 m/s

Evotranspiración 177,12 mm

Evaporación 71,8 mm




A partir del modelo Hydrological Evaluation of Leachate Production (HELP) el cual

estima los volúmenes de lixiviado producidos en el Relleno Sanitario Carapacho, se usaron

los parámetros geométricos de cada una de las tres zonas, la estimación de residuos que se

disponen, los datos climáticos asociados al relleno sanitario, los factores topográficos del

terreno, entre otros. A continuación se presentan los caudales estimados para cada una de las

zonas en razón de tipo de lixiviado generado.

Tabla 2-8

Caudal estimado de lixiviado para cada zona del RS Carapacho.

Zona de estudio Caudal Total Lixiviado

Fase I – Fase II. 0,087 l/s 0,087 l/s * Maduro

Fase III - Cárcava S44. 0,087 l/s 0,108 l/s** Joven

La Hondonada. 0,021 l/s

Lixiviado Total 0,195 l/s

Nota: Fuente: Adaptado de Cydep. (2013). Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del

plan de clausura y restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá.

* (Lixiviado maduro) 44,6 % del lixiviado total.

** (Lixiviado joven) 55,3 % del lixiviado total.

Teniendo en cuenta lo expresado en la Tabla 2-5, los lixiviados jóvenes se producen en

el relleno sanitario en una proporción mayor que los lixiviados maduros asociados a zonas

más antiguas, por ende, la carga contaminante de los residuales será mayor según lo expuesto

en la Tabla 2-4, en la cual se expone que la antigüedad del lixiviados es indirectamente

proporcional a su carga contaminante. A continuación se expone la proyección en años de la

producción de lixiviados en el Relleno Sanitario Carapacho


Tabla 2-9

Proyección de lixiviados en el RS Carapacho.

Periodo Caudales

l/s m3/ día m3/ mes m3/ año

2014 0,251 21,68 650,4 7.804,8

2015 0,273 23,09 692,7 8.312,4

2016 0,236 20,39 611,7 7.340,4

2017 0,269 23,24 697,2 8.366,4

2018. 0,260 22,46 673,8 8.085,6

2019 0,241 20,82 624,6 7.495,2

2020 0,177 15,29 458,7 5.504,4



.Según la estimación anterior se puede observar que la producción de líquidos resultantes

después del año 2018 sufre una caída considerable, la cual se debe a la “estabilización de los

residuos depositados en las celdas, el cese esperado de operaciones del sitio y a la

degradación casi completa de la fracción orgánica” (Cydep, 2013).

Para que la reducción de lixiviados se lleve a cabo, el relleno sanitario debe tener un

adecuado manejo de aguas lluvias, de coberturas finales y asegurar el cierre de grietas en el

instante en el que se presenten. Si lo anterior se cumple y la disposición de residuos se

suspende en el 2017 como está previsto, “el relleno sanitario, puede terminar la producción

casi completa de lixiviados en aproximadamente 10 años después de su clausura, teniendo

en cuanta la velocidad de drenaje ” (Cydep, 2013).


2.2.4.1.4 Sistema de tratamiento.

Los sistemas de tratamiento para percolados generados en sitios de disposición, varían

según el tipo de contaminación que se necesite remover, no obstante, no se puede llegar a

generalizaciones sobre la existencia de una tecnología óptima en todos los casos, ya que la

disponibilidad de terrenos, energía eléctrica, personal calificado para la operación, entre

otras, no es la misma en todos los casos y replantear un sistema basado en estas variables,

incurre en gastos adicionales sobre su operación (Giraldo, 2001b).

Tabla 2-10

Rendimientos por sistema de tratamiento.

Compuestos Rendimientos

DBO Nutrientes Metales Patógenos

Aerobio Altos Altos Intermedios Bajos

Anaerobio Altos Bajos Altos Bajos

Membranas Altos - Altos Altos

Sistema Natural Altos - Altos Variables

PTAR Altos Variables Altos Variables

Evaporación Altos Altos Altos Altos

Recirculación Intermedios Bajos Intermedios Bajos

Fuente: Adaptado de Giraldo, E. (2001). Tratamiento De Lixiviados De Rellenos Sanitarios: Avances

Recientes. Revista de Ingeniería, 0(14), 44-55.

Al momento de elegir un sistema de tratamiento para un determinado sitio de disposición,

no se tienen en cuenta los componentes fisicoquímicos del lixiviado in situ, sino que se

evalúan los sistemas de tratamiento por su viabilidad económica.


Tabla 2-11

Costos por sistema de tratamiento.

Tratamiento Costo US$/m3

Aeróbico 20

Membrana 10

Evaporación 5

Fuente: Adaptado de Giraldo, E. (2001). Tratamiento De Lixiviados De Rellenos Sanitarios: Avances

Recientes. Revista de Ingeniería, 0(14), 44-55.

En el Relleno Sanitario Carapacho se implementan los sistemas de tratamiento

Evaporación y Recirculación, los cuales, según la información disponible son

significativamente más prácticos y económicos, y por ende resultan siendo atractivos para

municipios que buscan tecnologías más sencillas y autosuficientes. No obstante, teniendo en

cuenta lo expuesto en la Tabla 2-10 el sistema de recirculación tiene unos rendimientos bajos

a comparación del de evaporación, ya que “para generar efectos considerables de

tratamiento, los lixiviados deben recircularse entre 3 y 10 años aproximadamente” (Giraldo,

2001b).

2.2.4.1.5 Evaporación.

Este tratamiento consiste en adaptar pondajes debidamente impermeabilizados que

permitan contener por un tiempo prolongado los lixiviados generados a cielo abierto hasta

que se efectué su respectiva evaporación; en el caso en el que los lixiviados no se evaporen

totalmente, estos pueden ser rociados sobre las celdas del relleno sanitario en operación.

“Este procedimiento es recomendable para lugares calurosos ya que si existen

precipitaciones altas, se deben de cubrir los pondajes para evitar que la lluvia se mezcle con

los lixiviados y aumente el caudal de los mismos” (SEPSA, 2014).


Figura 2-5. Esquema de manejo por Evaporación en el RS Carapacho.

Cydep. (2013).

.

En el Relleno Sanitario Carapacho se implementaron de tres pondajes con un área

superficial de 956 m2, los cuales están conectados en serie, para que el lixiviado circule por

cada uno a medida que estos se van llenando. “Los pondajes se comportan como una laguna

de estabilización ya que cada uno remueve carga orgánica biodegradable y nitrogenada,

cuando el lixiviado permanece allí contenido” (Cydep, 2013).

Figura 2-6. Diseño de pondajes en RS Carapacho.

Cydep. (2013).


2.2.4.1.6 Recirculación.

Este proceso consiste en devolver el lixiviado recolectado a la zona donde se encuentran

depositados y compactados los residuos, ya que al recircular el lixiviado algunos

constituyentes tales como el “DBO, DQO, nutrientes y metales pesados son atenuados por

la actividad biológica y por las reacciones químicas que se presentan en las zonas de

disposición” (SEPSA, 2014). Una de las ventajas de este proceso es que “el lixiviado

recirculado aumenta la humedad de los residuos dispuestos y la producción de gas por

tonelada de residuo dispuesta” (Giraldo, 2001b). Sin embargo, pese a dichas ventajas, este

proceso es considerado como un pre-tratamiento, dado que per se no garantiza una reducción

considerable de la carga contaminante de los lixiviados.

Figura 2-7. Esquema de manejo por Recirculación en el RS Carapacho.

Cydep. (2013).

En el Relleno Sanitario Carapacho luego de generar el proceso de Evaporación

anteriormente descrito, se ejecuta un sistema de bombeo que va desde el pondaje 3 hasta una

caja de distribución donde se inicia la recirculación de los lixiviados a partir de unos filtros

de distribución instalados antes de generar la empradización de la zona. Finalmente el

lixiviado al interactuar con los residuos allí dispuestos, genera actividades biológicas y

reacciones químicas que permiten una atenuación de contaminantes en los líquidos

lixiviados y una generación de gas en una proporción mucho mayor.


2.3 Marco Geológico

La geología local de la zona de estudio se encuentra documentada bajo estudios realizados

por la universidad Nacional de Colombia, Universidad de Boyacá y el Servicio Geológico

Colombiano, los cuales contienen material referente a la formación Areniscas de

Chiquinquirá de un modo general y a la estabilidad de taludes dentro del relleno sanitario

Carapacho de manera específica.

Figura 2-8. Mapa geológico regional de Chiquinquirá (Ver Apéndice B).

Adaptado de Servicio Geológico Colombiano. (2005).

En la Figura 2-8 se puede observar de manera general la geología regional de

Chiquinquirá y sus alrededores, junto con la ubicación específica del relleno sanitario

Carapacho dentro de esta, con lo cual se ilustra y aclara el entorno geológico que yace en la

zona de estudio.


La formación denominada originalmente como Areniscas de Chiquinquirá es la unidad

que aflora en el área del relleno sanitario, la cual ha sido cartografiada por el Servicio

Geológico Colombiano en cinco planchas a escala 1:100.000: 151-170-189-208 y 190. “Los

afloramientos de esta unidad se localizan hacia la región central de la Cordillera Oriental de

Colombia, en una franja con sentido SW-NE de aproximadamente 150 km de longitud por

70 km de ancho, la cual se extiende desde la represa de Neusa (Cundinamarca), al sur, hasta

más allá de la población de Guepsa (Santander), al norte”(Terraza, 2012). Esta unidad tiene

como formación infrayacente y suprayacente a Simití y Simijaca, respectivamente.

2.3.1 Estratigrafía General.

La edad de la Formación Arenisca de Chiquinquirá basada en amonitas2 está comprendida

entre el Albiano tardío3 y el Cenomaniano4 del periodo geológico cretácico. Las estructuras

geológicas más importantes que involucran a esta unidad son los sinclinales de Aposentos,

Chiquinquirá - San José de Pare y de Suaita- Chima; el Anticlinal de Tinjacá y la Falla de

Carupa (Ver Figura 2-9).

Según el estudio realizado por Terraza (2012), la Formación Areniscas de Chiquinquirá

se puede llegar a dividir en 5 segmentos con carácter litológico contrastante, denominados

A, B, C, D y E, los cuales en dicha investigación, fueron cartografiados en diferentes

secciones dado a que la sección tipo5 de esta formación , localizada muy cerca al relleno

sanitario Carapacho, se encontraba totalmente cubierta al realizar el estudio.

2 Criaturas depredadoras parecidas a los calamares que vivían en el interior de conchas con forma de espiral, aparecieron

hace unos 240 millones de años, hoy en día se encuentran entre los fósiles más abundantes. National Geographic. (s. f.).

Amonita.

3 Es la sexta y última edad o piso del Cretácico inferior, sucede al Aptiense y es anterior al Cenomaniense, del Cretácico

superior. Argentina, A. P. (1999). Ameghiniana. Asociacion Paleontológica Argentina. 4 Es la primera edad o piso del Cretácico superior, sucede a la Albiense, del Cretácico inferior, y precede a la Turoniense.

Argentina, A. P. (1999). Ameghiniana. Asociacion Paleontológica Argentina.

5 Es el intervalo o punto concreto que constituye el modelo correcto para definir un límite o una unidad estratigráfica.

Hedberg, H. D. (1980). Guía estratigráfica internacional.


Figura 2-9. Localidad tipo de la Formación Arenisca de Chiquinquirá en área del RS Carapacho.

Adaptado de Terraza, R. (2012).

La identificación de cada uno de los segmentos (A, B, C, D y E) en las tres secciones

realizadas (SMG, VM y GPG), permitió construir la columna estratigráfica de la Formación

Areniscas de Chiquinquirá (Ver Figura 2-10), la cual ayuda a comprender el patrón

geológico que se puede encontrar en el relleno sanitario Carapacho, ya que como se dijo

anteriormente, la sección tipo de la Formación (Sección 4 en la Figura 2-9) se encuentra muy

cerca de la zona de influencia del relleno.


.

Figura 2-10. Columna estratigráfica de la Formación Areniscas de Chiquinquirá.

Adaptado de Terraza, R. (2012).

De la columna estratigráfica, Terraza (2012) infiere que:

Los segmentos A, C y E los cuales pertenecen a fondos marinos someros y están compuestos

por un 34% de arenitas, se clasificaron como arenosos; y los segmentos B y D los cuales

representan fondos marinos de costa afuera y están compuestos por un 90% de lutitas, se

clasificaron como lutíticos6.

6 Las Lutitas son rocas sedimentarias compuestas por partículas del tamaño de la arcilla y del limo. Son porosas y a pesar

de esto son impermeables, porque sus poros son muy pequeños y no están bien comunicados entre ellos. Jáuregui, N.

(2011). Origen y Clasificación de Lutitas.


2.3.2 Estratigrafía Local.

Ahora bien, de una manera más puntual, y basándose en la estratigrafía general realizada

por Terraza (2012) anteriormente, en el relleno sanitario Carapacho se llevaron a cabo

apiques en diferentes zonas del predio, realizados por Moreno & Barrera (2013), dentro de

su estudio de estabilidad de taludes, los cuales permitieron conformar un perfil o columna

estratigráfica in situ.

Figura 2-11. Perfil estratigráfico relleno sanitario Carapacho.

Moreno, A. R., & Barrera, J. V. G. (2013).

De los apiques realizados se concluye que los suelos residuales en los cuales se funda el

relleno sanitario Carapacho son de “granulometría fina, muy poco permeables, típicamente

arcillas y limos de baja plasticidad, con un porcentaje que varía entre el 31.3 y el 42.1% de

arenas” (Moreno & Barrera, 2013), litología que podría pertenecer a los segmentos A, C y

E, denominados como arenosos, de la Formación Areniscas de Chiquinquirá,

específicamente al Segmento E debido a su superficialidad.

No obstante las tomografías realizadas en este trabajo permitirán clasificar a una mayor

profundidad el subsuelo, teniendo en cuenta que este ya ha sido intervenido por los residuos

allí dispuestos.

Capítulo 3

Marco Teórico

“Todo lo que nos parece real, está hecho de cosas

que no pueden considerarse reales”

Niels Bohr

Dado que el objeto central de este análisis estará puesto en la representación de modelos

geoeléctricos como medio de abordaje hacia cierta dimensión de la geofísica ambiental, será

necesario plantear algunos parámetros teóricos que sirvan de ejes conceptuales sobre los que

se apoyará la lectura interpretativa ad hoc del proyecto.

Para dar inicio al reconocimiento teórico del trabajo investigativo, se define como

geofísica a la “disciplina científica que se encarga de la aplicación de los principios y

prácticas de la Física en la resolución de los problemas de la Tierra sólida” (Fcagpl, s.fb).

Esta disciplina estudia fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e

historia evolutiva de la Tierra a partir de métodos naturales o inducidos.

Se considera a la prospección geofísica como la pieza tecnología, cuya diversidad de

métodos tiene una incidencia cada vez mayor en la búsqueda de recursos minerales y en la

localización de cuerpos extraños, no obstante, y para complementar, se entenderá el concepto

de prospección geofísica definido por San Román (s.f) como: “el estudio de las estructuras

ocultas en interior del subsuelo y de la localización de cuerpos anómalos delimitados por el

contraste de alguna de sus propiedades físicas con las del medio circundante”.

Capítulo 3. Marco teórico 33

Para dar alcance a cada una de estas propiedades, la geofísica se ha complementado al

instaurar diferentes técnicas instrumentales de operación en campo, llamadas métodos

geofísicos, los cuales se encargan de usar los postulados fundamentales de la Física para

alterar los materiales in situ y de tal manera poder investigar “el comportamiento del campo

magnético, el movimiento de los continentes, la densidad de las rocas y su capacidad para

conducir corriente eléctrica y ondas sísmicas” (Auge, 2008).

Al fragmentar la geofísica en la diversidad de metodologías que la complementan, se

destacan cuatro métodos principales como son: el método gravimétrico, magnético, eléctrico

y sísmico. Los dos primeros son métodos de campo natural, y los dos restantes de campo

artificial. La diferencia entre ambos radica en que, los primeros utilizan las corrientes

naturales existentes en el subsuelo, mientras que los segundos necesitan de la generación de

pulsos de corriente artificial (Maestre & Forero, 2014).

Teniendo en cuenta el argumento del presente trabajo de investigación, el método de

prospección geofísica que se usa para dar alcance a cada uno de los objetivos, es el eléctrico

o geoeléctrico, por ende, a continuación se explicará ad litteram su base teórica.

3.1 Fundamentos básicos de la geoeléctrica

Los métodos de prospección utilizados en geofísica denominados eléctricos o

geoeléctricos, “estudian a partir de mediciones efectuadas en la superficie del terreno, la

distribución en profundidad de alguna magnitud electromagnética” (Orellana, 1972). Grosso

modo, el método geoeléctrico se encarga de estudiar la reacción que experimentan los

materiales que subyacen en el suelo cuando estos son confrontados con el paso de corriente

eléctrica, ya sea esta artificial o natural y a su vez corriente continua o alterna.


“La corriente continua es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una

dirección y la corriente alterna es un tipo de corriente eléctrica, donde la dirección del flujo

de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos”(Greenfacts, s.f). En este trabajo

de investigación se utilizan las corrientes continuas artificiales, ya que estas nos permiten

medir características físicas del subsuelo como son la resistividad (método resistivo) y la

cargabilidad (método de polarización inducida).

3.1.1 Método Resistivo.

“La propiedad que tienen los materiales para permitir el paso de corriente eléctrica a su

través es el parámetro que se utiliza para distinguir el material que existe en el subsuelo y se

denomina conductividad eléctrica” (Capilla, 2014). No obstante, existe una propiedad física

inversa, que ejerce oposición al paso de la corriente, atenuando o frenando el libre flujo de

las cargas eléctricas o electrones, la cual se denomina Resistencia eléctrica (R); esta

propiedad es expresada en ohmios (Ω) en honor al físico Georg Simon Ohm.

La resistencia R de cualquier conductor o material, depende directamente del coeficiente

de proporcionalidad 𝜌 también llamado Resistividad del material, además de la longitud L y

de la sección transversal del mismo S:

Figura 3 1. Resistencia de un conductor.

Estrada, L. (2012).


En la Figura 3-1, se tiene un trozo de circuito o conductor, representado mediante una

figura de longitud L y de área de sección transversal S. Partiendo de lo anterior, la resistencia

quedaría expresada de la siguiente manera:

𝑅 = 𝜌𝐿

𝑆

(3-1)

Ahora bien, si se requiere conocer la resistencia de un material específico, se despejará el

coeficiente de proporcionalidad 𝜌, también llamado Resistencia específica del material, el

cual estará expresado en ohmios metro (Ωm):

𝜌 =𝑅 𝑆

𝐿 =

(Ω)(𝑚2)

𝑚= Ω𝑚

(3-2)

3.1.1.1 Campo eléctrico.

Si se coloca una carga eléctrica en una zona, ésta perturbará sus propiedades en el sentido

en que cualquier otra carga situada en sus proximidades va a experimentar una fuerza de

atracción o de repulsión. De esta manera se puede estimar que la presencia de una carga

eléctrica en un lugar crea a su alrededor un campo eléctrico (Capilla, 2014).

Si en un terreno homogéneo de resistividad 𝜌, se introduce a través de una electrodo

puntual A, una corriente continua de intensidad I, ésta fluye radialmente y las superficies

equipotenciales7 son semiesferas concéntricas.

7 Aquellas superficies en las que todos los puntos tienen la misma magnitud escalar o el mismo potencial.

Capilla, M. S. (2014). Comparación de técnicas geofísicas para determinación de contaminación de suelos

agrícolas.


Figura 3-1. Electrodo con emisión de corriente continua. Capilla, M. S. (2014).

Aplicando la ley de ohm, la cual establece que la caída de potencial ∆V entre dos puntos

por los que circula una corriente eléctrica de intensidad I (Amperios), es proporcional a ésta

y a la resistencia R (Ohmios) que ofrece el medio (Estrada, 2012), se tiene que:

∆V = I × R

(3-3)

Figura 3-2. Diferencia de potencial. Anaya, D., & Pamela, E. (2012).

La figura 3-2 muestra el principio de medición de la resistividad del suelo, al “inyectar

una corriente entre el par de electrodos AB y medir la diferencia de potencial ∆V entre el par

de electrodos MN” (Anaya & Pamela, 2012).


Las ecuaciones matemáticas que explican el fenómeno físico, son las ecuaciones de

Maxwell, las cuales rigen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos

(Jackson, 1975):

𝛻 × () = −𝜕𝐵 ()

𝜕𝑡

(3-4)

∇ × () = 𝐽() +𝜕

𝜕𝑡

(3-5)

Las unidades correspondientes a los parámetros de las ecuaciones 3-4 y 3-5 son:

Tabla 3-1

Unidades para las ecuaciones de Maxwell.

Parámetro Nombre Unidad

E Campo Eléctrico Voltios/m

H Intensidad del campo magnético Amperios/m

B Flujo de campo magnético Weber/m2

J Densidad de corriente Amperios/m2

D Desplazamiento del campo eléctrico Culombios/m2

Fuente: UPV (s.f). Fundamentos de radiación.

No obstante, al usar corriente continua no existe una dependencia temporal, por ende las

ecuaciones 3-4 y 3-5 quedan reducidas de la siguiente forma:


𝛻 × () = 0

(3-6)

∇ × () = 𝐽()

(3-7)

En los métodos eléctricos de corriente continua la ecuación que es de interés es la 3-6. Si

se considera una fuente puntual, es decir un electrodo de corriente, la ecuación que rige el

campo eléctrico es:

𝛻 ∙ () = 𝐼𝜌𝛿()

(3-8)

Suponiendo que:

() = −𝛻V()

(3-9)

Sustituyendo la ecuación 3-9 en 3-8, se tiene:

𝛻2𝑉() = −𝐼𝜌𝛿()

(3-10)

En una región donde no existe fuente, el potencial satisface:

𝛻2𝑉() = 0

(3-11)

Siendo 3-11 la ecuación de Laplace, donde también la divergencia de () es cero. La

ecuación de Laplace será válida en todo el semiespacio conductor, excepto en los electrodos:

𝑅 = 𝜌𝑑𝑟

2𝜋𝑟2

(3-12)


Sustituyendo la ecuación 3-12 en la ecuación 3-3 (∆V=I×R), e integrando se obtiene que:

𝑉 = 𝜌𝐼

2𝜋𝑟

(3-13)

. El método convencional de medición estima la resistividad aparente del subsuelo

mediante el uso de cuatro electrodos; dos de corriente y dos de potencial, como se muestra

en la figura 3-3:

Figura 3-3. Configuración para la medición de resistividad aparente. Perk, M. (2007).

En un medio homogéneo, utilizando la ecuación 3-13, el voltaje medido entre los

electrodos M y N es:

𝑉𝑀−𝑁 =𝐼𝜌

2𝜋[

1

𝑟1−

1

𝑟2− (

1

𝑟3−

1

𝑟4)]

(3-14)

𝑉𝑀−𝑁 =𝐼𝜌

2𝜋[

1

𝐴𝑀−

1

𝐵𝑀− (

1

𝐴𝑁−

1

𝐵𝑁)]

(3-15)


Despejando la resistividad aparente de la ecuación 3-15, se obtiene:

𝜌𝑎 =2𝜋

[1

𝐴𝑀−

1𝐵𝑀

−1

𝐴𝑁+

1𝐵𝑁

]

∆𝑉

𝐼 ó 𝜌𝑎 = 𝑘

∆𝑉

𝐼

(3-16)

Siendo k el factor de geometría del dispositivo o arreglo electródico que se desee emplear

ya que este depende de las distancias entre los electrodos (r). Existen distintos tipos de

arreglos o disposiciones electródicas diseñados para estudios específicos y con un factor de

geometría diferente. A continuación se hablará grosso modo de cada uno de ellos.

3.1.1.2 Conductividad de los materiales.

La conductividad eléctrica es la capacidad de algunos materiales para transmitir corriente

eléctrica cuando es aplicado un voltaje. Su inverso es la resistividad eléctrica. “Si en un

terreno se introduce corriente eléctrica, ésta se propagará de forma tal que puede asignarse

al terreno una conductividad o su inversa, una resistividad eléctrica” (Capilla, 2014).

En rocas y minerales la conductividad eléctrica puede darse de las siguientes formas:

1. Electrónica. Es la forma normal de flujo de corriente en materiales que poseen

electrones libres, como en el caso de los metales.

2. Electrolítica. Cuando el agua presente en los poros tiene alguna sal en solución, los

iones constituyentes se separan, por lo que son libres para moverse

independientemente en la solución.

3. Conducción Dieléctrica. Se lleva a cabo en conductores pobres o aislados bajo la

presencia de un campo eléctrico variable.

.


3.1.1.2.1 Resistividad en rocas y minerales.

Si la resistividad de las rocas dependiese únicamente de los minerales que las constituyen,

se tendrían que considerar como aislantes en la inmensa mayoría de los casos. No obstante,

las rocas tienen poros en proporción mayor o menor, que suelen estar ocupados total o

parcialmente por electrolitos, los cuales generan que la roca se comporte como un conductor

iónico de resistividad muy variable. Es por esta razón que diferentes grados de humedad y

salinidad, para un mismo terreno, tendrían resistividades diferentes. (Anaya, 2012).

Son pocos los componentes geológicos no saturados o secos, que presentan bajas

resistividades o altas conductividades; entre ellos se pueden mencionar minerales metálicos

como plata, cobre, calcopirita, pirita. Por otro lado, la mayoría de minerales no metálicos

presentan resistividades altas y baja conductividad como las rocas.

En la Tabla 3-2 se expone de manera general los valores asociados a los tipos de rocas,

cuando estos se encuentran semi-saturados y saturados.

Tabla 3-2

Rango de resistividades para rocas y minerales.

Roca Resistividad Roca Resistividad

Basamento > 10000 Arenas saturadas 100 - 200

Basamento fractura 1500 - 5000 Limos semi-saturados 100 - 200

Gravas no saturadas 500 - 2000 Limos saturados 20 - 100

Gravas saturadas 300-500 Arcillas no saturadas 20 - 40

Arenas no saturadas 400-700 Arcillas saturadas 5 - 20

Fuente: Capilla, M. S. (2014). Técnicas geofísicas para determinación de contaminación de suelos agrícolas.


3.1.1.3 Resistividad aparente.

Considerar un semi-espacio homogéneo de resistividad ρ, es una idea utópica con relación

a las características reales de un subsuelo. En la naturaleza el subsuelo no se compone de

capas homogéneas verticales ni de homogeneidades laterales, por lo tanto, en la prospección

geofísica se trabaja bajo el concepto de resistividad aparente ρa. Esta es la resistividad que

todas las técnicas y equipos miden en el ejercicio de la geoeléctrica, ya que es el valor de

medición individual que se asocia al punto inmediatamente debajo del centro del arreglo de

electrodos y es función del espaciamiento de los mismos.

Por lo anterior, el concepto más comúnmente aceptado es que la resistividad aparente es

la resistividad medida en un semi-espacio homogéneo con heterogeneidades, donde las

lecturas cambiaran de una posición a otra obteniendo una ρ diferente a la del semi-espacio

homogéneo. Es decir, la resistividad de un terreno imaginario, homogéneo e isótropo,

equivalente al terreno real heterogéneo (Anaya & Pamela, 2012).

3.1.2 Método de polarización inducida.

En las mediciones de resistividad, cuando se envía corriente al terreno, a menudo se

observa un significativo retraso en el establecimiento del campo estable, por lo cual, para

efectuar las mediciones se debe considerar un tiempo de espera que depende de la longitud

de la línea y de la resistividad aparente.

Figura 3-4. Variación del potencial observado. UPC (s.f)


De igual modo, cuando se interrumpe la corriente abriendo el circuito externo, el voltaje

observado en la superficie del terreno no cae inmediatamente a cero. Este efecto se conoce

como polarización inducida o IP (Fcagpl, s.fb).

3.1.2.1 Polarización de Membrana.

Las rocas que habitualmente tienen poros con considerables cantidades de arcillas y por

ende un exceso superficial de cargas negativas, tienden a que sus iones positivos (cationes)

del electrolito inmediato formen una rígida capa adyacente alrededor de la partícula de

arcilla, conocida como capa de Stern.

Los Iones positivos adicionales también atraídos por la partícula de arcilla, pero

rechazados por la capa de Stern, conforman una capa difusa alrededor de la partícula, lo que

implica que la concentración de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia

hasta la zona de equilibrio con la concentración de cationes en el electrolito. Esto implica

que en la capa difusa hay un déficit de iones negativos, cuya concentración aumenta

gradualmente al alejarse de la partícula de arcilla, hasta la zona de equilibrio, de modo tal

que la capa difusa puede ser considerada como una atmósfera cargada que rodea a la partícula

de arcilla.

En tales condiciones, una corriente eléctrica exterior alterará el equilibrio, desplazando

gran parte de la capa difusa a lo largo de los capilares, lo que provocará un concentración

anormal en la solución, tanto en la capa difusa de la capa binaria como en los extremos de

los capilares, provocando la aparición de un potencial de difusión conocido como

polarización de membrana (Fcagpl, s.fb).


3.1.2.2 Polarización Electródica

En el límite entre un electrolito y un mineral de conducción electrónica en equilibrio

electrostático, existe también una capa binaria debida al exceso de cargas negativas de la

superficie del mineral lo cual se da como consecuencia de la entrega de cationes al

electrolito, por influencia de moléculas de agua fuertemente polarizadas (Fcagpl, s.fb). Al

pasar por este sistema una corriente eléctrica el equilibrio se perturba; la capa limítrofe del

electrolito del lado del electrodo de alimentación positiva adquiere un exceso de cargas

positivas, mientras que del lado de alimentación negativa un defecto de ellas y hasta un

exceso de cargas negativas.

Al interrumpirse la corriente, se restablece lentamente el equilibrio original, hasta que al

cabo de cierto tiempo el potencial remanente, o potencial de PI provocado por la aparición

de la diferencia de potencial entre las caras opuestas del mineral, vuelve a cero. Este

fenómeno se denomina polarización de electrodos o electródica.

3.1.2.3 Mediciones en el dominio del tiempo.

Dado que el fenómeno de PI se observa tanto en corriente continua (en el dominio del

tiempo) como en corriente alterna (en el dominio de la frecuencia) sus efectos se pueden

medir en ambos. No obstante, el presente trabajo realizara Polarización inducida partiendo

de una corriente continua, es decir que, se trabajara en el dominio del tiempo.

Para indicar la magnitud de los efectos de PI se pueden medir una o más características

de la curva de decrecimiento transitorio y relacionarlas con la amplitud del voltaje primario

estable, Uc, el cual se mide previo a la interrupción de la corriente. La comparación entre la

tensión Uo y M y N en el instante en que se corta la corriente inductora, con la tensión de

carga Uc sería el parámetro ideal para caracterizar la cargabilidad del medio:


𝑃𝐼(𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙) =𝑈𝑜

𝑈𝑐

(3-17)

Expresión que no puede ser utilizada debido a la imposibilidad de medir 𝑈𝑜 por los

transitorios ligados a la interrupción de la corriente.

Por lo que se recurre a medir una tensión residual Ut correspondiente a un instante t

posterior a la interrupción de la corriente: Algunos instrumentos proporcionan valores

normalizados de la PI en mV/V, midiendo la tensión residual Ut en mV y dividiéndola por el

voltaje primario 𝑈𝑐 en V:

𝑃𝐼 =𝑈𝑡 (𝑚𝑉)

𝑈𝑐 (𝑉)

(3-18)

En otros casos, este cociente en V/V es multiplicado por 100, de modo que la cargabilidad

quede expresada como un porcentaje:

𝜂(%) =𝑈𝑡

𝑈𝑐 ∗ 100

(3-19)

Pero, la forma más común de medir PI en el dominio de tiempo es calculando la integral

de la curva de caída entre dos instantes t1 y t2 según la ecuación siguiente en función de los

parámetros especificados:

𝑃𝐼(𝑚𝑠𝑒𝑔) =∫ 𝑈(𝑡)𝑑

𝑡2

𝑡1𝑡

𝑈𝑐

(3-20)


Figura 3-5. Relación entre los parámetros para determinar PI. Fcagpl. (s.f).

3.1.3 Clasificación de Técnicas Geoeléctricas.

Para adquirir información sobre un parámetro físico característico (resistividad,

cargabilidad, etc.), se pueden llevar a cabo diferentes técnicas de adquisición, la cuales

varían según la distribución que se requiera del parámetro físico, siendo así que, si se desea

tener una mejor resolución en sentido vertical, se podrían usar los sondeos eléctricos

verticales (SEV), en sentido horizontal las Calicatas Eléctricas o en sentido bidimensional

las Tomografías Geoeléctricas. Estas variaciones permiten ahondar de una manera práctica

en la característica física que se vaya a estudiar.

a. Calicata Eléctrica

ⱡ Wenner

ⱡ Schlumberger

b. Sondeo Eléctrico Vertical

ⱡ Wenner

ⱡ Schlumberger

c. Tomografía Geoeléctrica

ⱡ Wenner

ⱡ Wenner-Schlumberger

ⱡ Dipolo-Dipolo


3.1.3.1 Calicata Eléctrica.

Esta técnica tiene por objeto representar la distribución de un parámetro físico en sentido

horizontal, ya que las distancias entre los electrodos de corriente y los electrodos de potencial

permanecen constantes, y lo único que se realiza es el movimiento de todo el dispositivo

sobre la superficie del terreno; de manera que se efectúa una investigación horizontal a

profundidad constante para detectar estructuras que presentan heterogeneidades laterales.

Las calicatas eléctricas se pueden realizar con diferentes arreglos o configuraciones que

resalten de una manera más específica las características del parámetro físico que se va a

medir; en estos arreglos, las distancias entre los electrodos se mantienen constantes para

poder permear el subsuelo lateralmente y obtener una profundidad invariable.

3.1.3.1.1 Wenner.

En este tipo de arreglo la separación entre los electrodos AM, MN y NB, denominada “a”

permanece constante a lo largo de la calicata, ya que el arreglo completo es el que se mueve

horizontalmente una distancia “a” en cada una de las estaciones que se desee hacer para

adquirir datos horizontales.

Constante geométrica:

𝑘 = 2𝜋𝑎

Disposición Electródica:

Figura 3-6. Arreglo Wenner para calicata eléctrica. Elaboración propia.


3.1.3.1.2 Schlumberger.

En este tipo de arreglo la separación entre los electrodos MN denominada “a” y la

distancia entre AM y NB denominada “na” permanecen constantes a lo largo de la calicata,

ya que el arreglo completo es el que se mueve horizontalmente una distancia “a” en cada una

de las estaciones que se desee hacer para adquirir datos horizontales.


𝑘 =𝜋

4𝑀𝑁 (𝐴𝐵2 − 𝑀𝑁2)


Figura 3-7. Arreglo Schlumberger para calicata eléctrica. Elaboración propia.

3.1.3.2 Sondeo Eléctrico Vertical.

Esta técnica representa la distribución de un parámetro físico en sentido vertical bajo el

punto sondeado, ya que al mover en diferentes oportunidades los electrodos de corriente a

una distancia mayor, la profundidad del sondeo aumentará. En esta técnica las mediciones

del parámetro físico serán aparentes ya que se asume que las capas del subsuelo son

homogéneas, lo cual dista mucho de la realidad.


Los sondeos eléctricos verticales se pueden realizar con diferentes arreglos o

configuraciones que resalten de una manera más específica las características del parámetro

físico que se va a medir. Estas ventajas se dan sobre la profundidad que se requiera, la

extensión o área que se deba cubrir, la resolución que amerite el sondeo, entre otras.

3.1.3.2.1 Wenner

En este tipo de arreglo la separación entre los electrodos AM, MN y NB es proporcional

ya que varía por un factor “n”, es decir, si en el nivel 1 se tiene una abertura “a”, en el

siguiente nivel el espaciamiento entre los electrodos será de 2a y así sucesivamente. Esta

variación permitirá que a medida que se incremente “n” la profundidad del SEV aumentará

(González & Viridiana, 2012).


𝑘 = 2𝜋𝑎


Figura 3-8. Arreglo Wenner para SEV.

Adaptado de González, D. L. T., & Viridiana, B. (2012).


3.1.3.2.2 Schlumberger.

La distancia entre los electrodos de potencial MN se mantiene constante, variando la

distancia entre los electrodos de corriente AM y BN en un factor “na”, siendo ésta para el

nivel 1 igual a “a”, en el nivel 2 igual a “2a” y así sucesivamente. Esta variación permitirá

que a medida que se incremente “n” la profundidad del SEV aumentará. (González &

Viridiana, 2012).


𝑘 =𝜋

4𝑀𝑁 (𝐴𝐵2 − 𝑀𝑁2)


Figura 3-9. Arreglo Schlumberger para SEV. Adaptado de González, D. L. T., & Viridiana, B. (2012).


3.1.3.3 Tomografía Geoeléctrica.

En los últimos años se han desarrollado nuevos métodos geofísicos con resoluciones muy

altas, capaces de suministrar información puntual sobre la profundidad, espesor y

continuidad lateral del subsuelo (Capilla, 2014). La tomografía geoeléctrica se puede

considerar como una unión entre las técnicas de sondeo eléctrico vertical y la calicata

eléctrica, ya que esta obtiene mediciones tanto verticales como horizontales a lo largo de la

zona de estudio, para generar así la distribución real del subsuelo. Sin embargo, estas

mediciones son afectadas por la distribución del arreglo empleado e incluso por el ruido

antropogénico que se pueda infiltrar, es por esta razón que el parámetro medido se considera

todavía un dato aparente que debe someterse al proceso de la inversión.

La tomografía consiste en extender un equipo con la mayor cantidad de canales o

electrodos, los cuales permitan generar iteraciones que activen y desactiven los electrodos

de corriente y potencial a lo largo del arreglo, para que de esta manera se evite mover los

electrodos manualmente y se optimice la adquisición de datos. Esta técnica depende del

número y de la distribución de las mediciones en el área de estudio, para poder obtener

resoluciones y profundidades muy elevadas (Capilla, 2014).

Como en los sondeos eléctricos verticales, las tomografías geoeléctricas también se

pueden realizar con diferentes arreglos o configuraciones que se adecuen al objeto de la

prospección o que por otra parte, optimicen la adquisición de los datos.

3.1.3.3.1 Wenner.

La configuración inicial del arreglo es igual al usado para la obtención de sondeos

eléctricos verticales, sólo que en este caso se recreará una estación nueva cada vez que el

arreglo se corra horizontalmente; la primera de ellas registrará todos los valores (producto

del movimiento lateral) de resistividad aparente correspondiente al “nivel 1”, la segunda

estación registrará los valores del “nivel 2” y así sucesivamente.


Las distancias de los electrodos variarán proporcionalmente en cada estación en un factor

“na”; esto permitirá que a medida que se incremente “n” la profundidad de la tomografía

aumente.


𝑘 = 2𝜋𝑎


Figura 3-10. Arreglo Wenner para tomografía geoeléctrica.

Adaptado de González, D. L. T., & Viridiana, B.

3.1.3.3.2 Wenner - Schlumberger

Es llamado así por el movimiento lateral que se le aplica al arreglo clásico Schlumberger

usado para generar sondeos eléctricos verticales. En este caso se recreará una estación nueva

cada vez que el arreglo se corra horizontalmente; la primera de ellas registrará todos los

valores (producto del movimiento lateral) de resistividad aparente correspondiente al “nivel

1”, la segunda estación registrará los valores del “nivel 2” y así sucesivamente.


La distancia de los electrodos MN será constante para todas las estaciones, mientras que

las distancias AM y BN variarán en un factor “na” en cada estación; esto permitirá que a

medida que se incremente “n” la profundidad de la tomografía aumente.


𝑘 = 𝜋𝑛(𝑛 + 1)𝑎


Figura 3-11.Arreglo Wenner-Schlumberger para tomografía geoeléctrica.

Adaptado de González, D. L. T., & Viridiana, B. (2012).

3.1.3.3.3 Dipolo-Dipolo

En este arreglo la distancia entre MN y AB será de “a” en cada una de las estaciones,

mientras que la distancia entre BN irá aumentando en cada una de las mismas en un factor

de “na”. De manera que la estación 1 generará la línea diagonal “L1”, la estación 2 la línea

diagonal “L2” y así sucesivamente hasta que AB lleguen al final de la zona de estudio.


𝑘 = 𝜋𝑛(𝑛 + 1)(𝑛 + 2)𝑎



Figura 3-12. Arreglo Dipolo-Dipolo para tomografía geoeléctrica. Elaboración propia.

3.1.4 Problema inverso y directo.

Se ha establecido anteriormente que la medición de la resistividad aparente en la

superficie mediante diversos arreglos de electrodos permite esclarecer la naturaleza de

diversas estructuras. Sin embargo esta tarea formidable no es tan simple, ya que se trata de

medir aquello con lo que no se está en contacto. La metodología empleada en geofísica para

lograr deducir mediante métodos indirectos la naturaleza de nuestro entorno está orientada a

resolver dos problemas (Sanín, 2000):

1. Problema Directo

2. Problema Inverso

El problema directo, es el que calcula los efectos de la distribución del campo producido

por alguna propiedad física (carga eléctrica, masa, etc). El segundo, el problema inverso, en

el cual se conoce el campo o distribución de datos producidos por la propiedad física,

pretende obtener un modelo, o más concretamente, los parámetros que lo definen (Sanín,

2000).


La inversión de datos de tomografía eléctrica está basada en el método de mínimos

cuadrados. La resistividad aparente se expresa como una serie de Taylor, con el objetivo de

obtener valores de resistividades aparentes en la vecindad de los datos capturados durante el

trabajo de campo, con lo cual se conforma la pseudo sección de resistividades aparentes que

posteriormente será empleada para el cálculo del modelo

Capítulo 4

Metodología

“Equipado con sus cinco sentidos, el hombre explora el

universo que lo rodea y a sus aventuras las llama Ciencia”

Edwin Hubble

La metodología que se implementa en este trabajo se deriva de la característica que

tipifica a un proyecto de investigación, ya que su evaluación y su empleo parten de una

intervención, y la existencia de una intención cognoscitiva prevalece sobre cualquier otro

propósito (Meléndrez, 2006). Es por esto que a lo largo del proyecto de investigación

“Prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de plumas contaminantes

debidas a la infiltración de lixiviados en un relleno sanitario, bajo la adaptación de

sondeos eléctricos verticales de resistividad y polarización inducida, para obtener

tomografías geoeléctricas profundas y modelos 3D.” se sigue un conducto regular que

ayuda a seleccionar, reunir y analizar la información; notificar, implementar y aprobar la

práctica en campo y procesar, modelar y analizar los resultados obtenidos.

A continuación se representa la estructura metodológica en un cuadro sinóptico, el cual

ilustra de manera detallada, cada uno de los conductos regulares que se llevan a cabo en el

trabajo de investigación para cumplir a cabalidad con todos los objetivos propuestos.

Capítulo 4. Metodología 57

Figura 4-1. Diagrama metodológico.

Elaboración propia.


4.1 Estado del arte.

La fase básica de la investigación se inicia recopilando el material bibliográfico más

relevante, donde se registran tópicos geológicos, geoeléctricos y cartográficos relacionados

con el área de estudio o con el ámbito nacional e internacional, donde la aplicación de los

métodos geofísicos haya sido la respuesta a problemas medioambientales causados por

rellenos sanitarios. Esta recopilación de precedentes teórico-prácticos, brinda claridad en los

parámetros necesarios para el inicio, desarrollo y cumplimiento del proyecto propuesto.

Los antecedentes geológicos, geoeléctricos y cartograficos que fueron encontrados a lo

largo de la fase investigativa, se situaron de manera concreta y ordenada en cada uno de los

marcos que componen el presente trabajo.

4.1.1 Antecedentes Geológicos

La descripción de la geología ha estado referenciada por el Servicio Geológico

Colombiano a partir de la cartografía geológica detallada (plancha 190 - Chiquinquirá,

cuadrículas 8B- 9B) y por la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC),

la cual partir de proyectos de grado ha realizado la caracterización de la formación Areniscas

de Chiquinquirá (K1K2chi) que aflora en el área de estudio.

4.1.1.1 Locales

Moreno & Barrera (2013). En “Estabilidad de taludes de un relleno sanitario: Caso

Carapacho, Chiquinquirá, Boyacá” de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de

Colombia (UPTC), hacen una recopilación muy somera de las condiciones geológicas del

relleno sanitario, acompañada de sondeos mecánicos los cuales permiten generar un perfil

estratigráfico más específico. Posteriormente calculan las fuerzas y momentos que actúan

sobre secciones ubicadas dentro del relleno sanitario y determinan el factor de seguridad

mediante la integración de la condición sísmica y parámetros resistentes de los taludes.


4.1.1.2 Nacionales

Terraza (2012). En “Estratigrafía y ambientes de depósito de la arenisca de Chiquinquirá

en los alrededores de la localidad tipo” de la Universidad Industrial de Santander, aportan

datos que contribuyen al entendimiento de la paleogeografía e historia geológica del

intervalo de tiempo Albiano tardío bajo - Cenomaniano, y realizan un estudio estratigráfico,

sedimentológico y de cartografía geológica detallada de la Arenisca de Chiquinquirá, la cual

tiene su sección tipo en los alrededores del relleno sanitario Carapacho.

4.1.2 Antecedentes Geoeléctricos

Hasta la fecha, las empresas que han adquirido la administración, operación y

mantenimiento del relleno sanitario Carapacho, han usado los métodos geofísicos

geoeléctricos para la evaluación geotécnica de las zonas de disposición, más no para la

caracterización de plumas contaminantes como son las infiltraciones de lixiviados en el

subsuelo, no obstante, se han hecho algunos estudios académicos en el contexto nacional e

internacional, donde la aplicación de la geoeléctrica ha sido orientada a la detección y

análisis de penachos contaminantes sobre vertederos y rellenos sanitarios.

4.1.2.1 Locales

Cydep (2013). En “Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del

plan de clausura y restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá”, realiza un

diagnóstico geotécnico y ambiental para el relleno sanitario Carapacho, en el cual se utiliza

cinco sondeos eléctricos verticales en diferentes zonas del relleno y una tomografía

geoeléctrica en la zona más alta. Estas técnicas permitieron determinar características

geotécnicas e identificar los estratos del subsuelo in situ, los cuales fueron clasificados como

areniscas, arcillas y residuos sólidos con presencia de humedad.


4.1.2.2 Nacionales

Angulo (2014). A través de su tesis: “Caracterización del relleno sanitario del municipio

de Chocontá mediante tomografía geoeléctrica” de la Universidad Nacional de Colombia,

realizó una prospección a partir de sondeos eléctricos verticales y tomografías geoeléctricas,

los cuales permitieron detectar la caracterización litológica del subsuelo y la infiltración de

plumas contaminantes encontradas a 10 metros de profundidad.

4.1.2.3 Internacionales

Shi (1998). En su tesis doctoral: “Advanced modeling and inversion techniques for three-

dimensional geoelectrical surveys” [Técnicas de modelado e inversión avanzadas para

encuestas geoeléctricas tridimensionales] del Instituto Tecnológico de Massachusetts,

desarrolla técnicas de inversión para resistividades subterráneas, en un esfuerzo por detectar

contaminantes derivados del curtido de pieles, limpieza de metales y vertido de residuos en

la ronda del río Aberjona ubicado en Massachusetts.

Samsudin, Rahim, Yaacob, & Hamzah (2006). En su tesis de maestría: “Mapping of

contamination plumes at municipal solid waste disposal sites using geoelectric imaging

technique” [Mapeo de las plumas de contaminación en vertederos municipales, mediante

técnicas de imagen geoeléctricas] de la Universidad de Malasia, delimitan la extensión de

los penachos contaminados por lixiviados, y prueban la eficacia de la resistividad para el

seguimiento de los residuos en el relleno Bukit Kemuning ubicado en Selangor, Malasia.

Kloos (2009). En su tesis doctoral: “Einsatz der geoelektrischen Impedanztomografie zur

Untersuchung der” [El uso de la tomografía de impedancia geoeléctricas para estudiar la

distribución de agua en un vertedero] de la Universidad de Tréveris, utiliza los métodos

geoeléctricos para realizar un análisis temporal de las mutaciones obtenidas en la

resistividad, cuando los lixiviados son sometidos a infiltraciones de agua derivadas de lluvias

en el relleno sanitario Leppe ubicado en Engelskirchen, Alemania.


Bacellar & Catapreta (2010). En su tesis: de maestría “Emprego de eletrorresistividade

para delimitação de pluma de contaminação por líquidos lixiviados no aterro sanitário” [El

uso de estudios de resistividad para delimitar la pluma de contaminación de los lixiviados en

un vertedero] de la Universidad Federal de Ouro Preto, realizaron un estudio geoeléctrico en

el relleno SLU ubicado en Belo Horizonte, Brasil, para demostrar que el método

seleccionado detectaba plumas de contaminación con resistividades eléctricas bajas, las

cuales mostraron un patrón irregular debido a las heterogeneidades del sustrato geológico.

4.1.3 Antecedentes Cartográficos.

La cartografía temática fue tomada de estudios anteriores realizados por la Empresa de

Servicios Públicos de Chiquinquirá, por estudios geológicos de la Universidad Tecnológica

de Colombia y digitalizada a partir de recursos tales como Google Earth. La cartografía

general se obtuvo de los servicios web geográficos WMS (Web Map Service) del Instituto

Geográfico Agustín Codazzi.

4.1.3.1 Estructura.

El material cartográfico reunido y elaborado permitió la correcta identificación de la

estructura y extensión del terreno en el relleno sanitario, como también de los estudios de

suelos preliminares allí desarrollados; permitiendo así identificar las zonas más óptimas para

el desarrollo de las tomografías y la posibilidad de comparar los resultados obtenidos en

estudios anteriores con las mediciones que se efectúan en el proyecto.

En la Figura 4-2 se puede observar la distribución de las fases antiguas y vigentes, la

disposición de las vías principales, la posición de los cuatro pondajes usados para el

almacenamiento de lixiviados y la ubicación puntual de los estudios de suelos realizados a

partir de: cinco (5) sondeos eléctricos verticales (SEV), 0cho (8) sondeos mecánicos y una

(1) tomografía geoeléctrica de resistividad.


Figura 4-2. Estructura general del RS Carapacho (Ver Apéndice C). Elaboración propia.

4.1.3.2 Modelo Digital de Elevación.

Para tener una visión más cercana de la forma del terreno donde se sitúa la zona de

estudio, se generó un modelo digital a partir de las capas de elevación derivadas de la

cartografía general. Este modelo permitió conocer grosso modo la visual de inclinación de

las áreas de interés y corroborar si esta permitía el buen desarrollo del estudio geoeléctrico

antes de la visita de campo. Lo anterior teniendo en cuenta que las prácticas geofísicas tienen

una mejor ejecución sobre pendientes planas a levemente inclinadas.


Como era de esperarse, se lograron identificar las fases o terrazas que conforman el

relleno sanitario y las vías de acceso que las circundan. No obstante, la idea del terreno que

da el Modelo Digital de Elevación no es del todo precisa, ya que este fue generado en el año

2013 y al ser un relleno sanitario, las fases están en constante intervención, por lo cual se

tomó como un precedente que permitiera conocer someramente la distribución y variación

topográfica de las fases al momento de la visita de campo.

Figura 4-3. Modelo digital de elevación RS Carapacho.

Adaptado de Cydep. (2013). Elaboración de los estudios y diseños para la implementación del plan de

clausura y restauración ambiental de relleno sanitario de Chiquinquirá.


4.2 Planeación de la Campaña de Adquisición.

De acuerdo a la confrontaciòn realizada en campo despuès de la visita al RS Carapacho,

se observó que las condiciones del terreno, como se dijo anteriormente, habían estado en

constante variación y por ende este presentaba una mejor adaptación, comparada con la

presentación que arrojó Modelo Digital de Elevación del 2013. Lo anterior debido a que el

relleno se encuentra en proceso de cierre y clausura, y por ende todas las fases a excepción

de la vigente, se encuentran clausuradas y empadrizadas. Por otro lado, se observó que las

zonas más propicias para realizar las lineas geofísicas no tenian una pendiente mayor al 12%,

por lo cual eran zonas optimas para realizar el estudio geoeléctrico.

4.2.1 Diseño de Lineas Geofísicas.

Para estimar la distribución y longitud de los perfiles en la zona de estudio, se tuvo en

cuenta que estos permitieran captar información sobre cada fase que se encuentra en el

relleno, con el objetivo de permear sectores con diferentes etapas de maduración de residuos

y que a su vez fueran perpendiculares a las pendientes de las terrazas, lo cual posibilita la

detección del flujo de lixiviados. Otra carácterística tenida en cuenta fue la longitud del

terreno con la que se contaba para poder abrir los electrodos a distancias considerables.

Tabla 4-1

Características de las líneas geofísicas.

Línea Orientación Punto Inicial Punto Final Longitud

(m) x y x y

1 SSW-NNE 1038268,09 1113953,34 1038343,21 1114003,32 90

2 WSW-ENE 1038276,52 1114020,69 1038271,00 1114049,81 90

3 SSE-NNW 1038207,58 1113949,52 1038246,59 1114032,72 30

Fuente: Elaboración propia.


Figura 4-4. Localización de líneas geofísicas sobre el RS Carapacho (Ver Apéndice D). Elaboración propia.

4.2.1.1 Línea 1.

Esta línea está ubicada sobre la Fase III y Cárcava S44, las cuales contienen residuos

medianamente jóvenes debido a que su clausura se realizó en el año 2014. La ubicación de

esta línea se definió en ese sector ya que se encuentra perpendicular a la pendiente de la fase

vigente y por ende el flujo de lixiviados posiblemente circule por esta zona.

4.2.1.2 Línea 2.

Esta línea está ubicada a lo largo de la Fase II, la cual contiene residuos maduros debido

a que su clausura se efectuó hace más de cinco años. La línea se ubica en dicho sector ya que

por el sector circulan los filtros y tanques de lixiviados que llevan el percolado a los pondajes.


4.2.1.3 Línea 3.

Esta línea está ubicada sobre la Fase III y a nivel de la Fase vigente, en las cuales se puede

encontrar residuos medianamente jóvenes y residuos recientemente dispuestos. La ubicación

de la línea se definió en este sector ya que se encuentra en el frente de trabajo del relleno

sanitario y por ende sobre lixiviados muy superficiales.

Debido a que en el area se encuentra actualmente la disposición de residuos diaria del

relleno sanitario, la longitud de la linea geofísica no pudo ser superior a los 30 metros.

Figura 4-5. Localización de líneas geofísicas sobre fases del RS Carapacho. Elaboración propia


4.2.2 Diseño de Sondeos Electricos Verticales.

El sondeo electrico vertical es la primera técnica geoeléctrica que se usa en el proyecto

ya que esta permite obtener información profunda de las capas del subsuelo y es sensible a

las variaciones verticales y horizontales de resistividad y cargabilidad de los materiales in

situ. A demás los sondeos electricos verticales permiten adaptar sus datos para obtener

tomografías geoeléctricas más profundas y sin perdida de datos laterales, como se verá en

los siguientes apartados.

La tomografía geoeléctrica es la segunda técnica que se ejecuta en el proyecto ya que esta

permite conocer las resistividades y cargabilidades reales del subsuelo y por ende faculta la

realización de una interpretación más precisa y acertada de las condiciones del subsuelo.

4.2.2.1 Configuración Electrodica.

La elección del tipo de sondeo más adecuado debe tener en cuenta factores tales como el

corte geoeléctrico esperado, las características de la zona de trabajo y la clase de prospección,

de aquí que el arreglo Schlumberger o también llamado Wenner-Schlumberger (para el caso

de tomografía geoeléctrica) es moderadamente sensible tanto para variaciones horizontales

como verticales. La profundidad media de investigación es 10% mayor que la del arreglo

Wenner para una misma distancia entre electrodos M y N (Estudillo & Guadalupe, 2014).

La diferencia de potencial 𝑉𝑀−𝑁 representa la integral del gradiente de potencial entre los

electrodos M y N, cuanto más separados estén los electrodos M y N más suavizada será la

curva de la resistividad aparente, lo que provocará que objetos pequeños y cercanos se

confundan en uno solo. Cuanto más pequeña sea la distancia MN se tiene mayor resolución

y amplitud de cambio de resistividad aparente debido a un objeto.


Figura 4-6. Modelo sintético de una falla y bloque horizontal. Anaya & Pamela (2012, octubre 29).

Anaya & Pamela (2012), generaron modelos sintéticos que semejan diversos tipos de

estructuras sencillas que se pueden encontrar en el subsuelo, entre ellos uno que consiste de

dos bloques rectangulares horizontales de diferentes dimensiones (Figura 4-6) con valores

de resistividad de 30 Ohm-m (izquierda) y 10 Ohm-m (derecha), situados en un medio de

100 Ohm-m los cuales se pueden comparar con los residuos, lixiviados y material de de

relleno que su puede encontrar en el relleno sanitario.

Figura 4-7. Modelo sintético de una falla y un bloque horizontal para las modalidades a) Wenner, b) Wenner-

Schlumberger y c) Dipolo-Dipolo. Anaya & Pamela (2012, octubre 29).


Por lo anterior, la configuración electrodica que se definió para usar en los SEV es

Schlumberger y Wenner-Schlumberger en el caso de las tomografías geoeléctricas, ya que

esta permite identificar las variaciones que se encuentran debajo de los electrodos de

potencial y describen las formas o estratos de una manera más concreta y definida.

Figura 4-8. Ubicación de Sondeos Eléctricos Verticales en RS Carapacho. Elaboración propia.

En cada una de las lineas se optó por realizar sondeos electricos verticales cada 10 metros,

con lo cual se obtiene una buena resolución para generar y grafícar las pseudosecciones. La

disposición de los sondeos es simetrica para cada una de las lineas como se puede observar

en la Figura 4.9, con lo cual se obtiene un total de 24 sondeos electricos verticales con

configuración Schlumberger.


a) Linea 1

b) Linea 2

c) Linea 3

Figura 4-9. Disposición de sondeos eléctricos verticales por línea geofísica. Elaboración propia.

4.2.2.2 Aberturas para toma de datos.

Teniendo en cuenta que en la configuración Schlumberger los electrodos de potencial

(MN) permanecen constantes mientras los electrodos de corriente (AB) se abren a lo largo

del terreno, en la Tabla 4-2 se especifican cada una de las aberturas realizadas para AB y los

traslapes para MN según la disposición y la longitud del terreno en cada línea.

Figura 4-10. Aberturas de electrodos para SEV. Elaboración propia.


Para las Líneas 1 y 2 dada la extensión del terreno, cada sondeo electrico vertical tomará

18 mediciones o niveles (n=18) y realizará 3 traslapes con MN, para asegurar la resolución

de las mediciones más extensas. Por lo anterior, cada sondeo electrico vertical de las líneas

1 y 2 tendrá una extensión de 240 metros.

Tabla 4-2

Aberturas electródicas para línea 1 y 2.

No Abertura

MN (m) AB (m)

1 0,4 2,0

2 0,4 2,8

3 0,4 3,8

4 0,4 5,4

5 0,4 7,4

6 0,4 10,4

7 0,4 14,4

8 2,0 14,4

9 2,0 20,0

10 2,0 28,0

11 2,0 38,0

12 2,0 54,0

13 2,0 74,0

14 10,4 74,0

15 10,4 104,0

16 10,4 144,0

17 10,4 200,0

18 10,4 240,0



Para la Línea 3 dada la extensión tan reducida del terreno, cada sondeo electrico vertical

tomará 16 mediciones o niveles (n=16) y realizará 3 traslapes con MN, para asegurar la

resolución de las mediciones más extensas. Por lo anterior, cada sondeo electrico vertical de

la línea 3 tendrá una extensión de 144 metros.

Tabla 4-3

Aberturas electródicas para línea 3.

No Abertura

MN (m) AB (m)

1 0,4 2,0

2 0,4 2,8

3 0,4 3,8

4 0,4 5,4

5 0,4 7,4

6 0,4 10,4

7 0,4 14,4

8 2,0 14,4

9 2,0 20,0

10 2,0 28,0

11 2,0 38,0

12 2,0 54,0

13 2,0 74,0

14 10,4 74,0

15 10,4 104,0

16 10,4 144,0



Dado lo anterior, se tienen dos modelos de sondeos electricos verticales:

ⱡ Modelo 1: Usado en la línea 1 y dos, el cual realizará 18 mediciones (n=18) y

tendra una extensión de 240 metros (L=240m).

ⱡ Modelo 2: Usado en la línea 3, el cual realizará 16 mediciones (n=16) y tendrá

una extensión de 144 metros (L=144m).

Cada medición anteriormente explicada se realiza dos veces, teniendo en cuenta que los

parámetros geofísicos que se miden en el relleno sanitario para satisfacer los objetivos del

proyecto son Resistividad y Cargabilidad, por ende las mediciones generales serán

especificadas por la siguiente aproximación:

Tabla 4-4

Mediciones generales de resistividad y cargabilidad.

Linea Parámetro No.

Sondeos

No.

Mediciones

3 Rep *

Medición

Mediciones

Línea*Parámetr

1 Resistividad

10 18 54 540

Cargabilidad 18 54 540

2 Resistividad

10 18 54 540


3 Resistividad

4 16 48 192


Total Datos 2544



4.2.2.3 Factor de profundidad.

La profundidad de permeabilidad que suministra cada una de las técnicas geoeléctricas

no es un factor que se pueda definir o calcular exactamente, ya que este no solo depende de

la configuración electródica que se emplee al momento de la adquisición, sino también de la

heterogeneidad que presente el subsuelo de la zona de estudio.

Teniendo en cuenta la ecuación 4-1 que hace referencia a la ecuación de sensibilidad de

Frechet, y sus respectivos coeficientes de profundidad (Cn) válidos para un modelo de tierra

homogéneo, se puede hacer una aproximación de la profundidad media (𝑍𝑒) de

investigación, que se lograría en un modelo de tierra heterogénea (relleno sanitario),

conociendo el arreglo a usar, el nivel o número de mediciones que efectuará cada modelo de

SEV y su abertura máxima correspondiente (L).

𝑍𝑒=𝐶𝑛 ∗ 𝐿

(4-1)

Tabla 4-5

Coeficientes de profundidad para Wenner- Schlumberger.

Arreglo Nivel Cn

Wenner- Schlumberger

2 0.186

4 0.19

6 0.191

8 0.191

>10 0.191

Fuente: M. H. Loke. (2000). Electrical Imaging Surveys for Environmental and Engineering Studies.


ⱡ Profundidad aproximada para modelo 1: Teniendo en cuenta que el nivel de

medición para este modelo de sondeos electricos verticales es 18, se adopta el

coeficiente Cn=0.191, para un n= >10.

Cn = 0.191

L = 240 m


𝑍𝑒=45,8 𝑚

ⱡ Profundidad aproximada para modelo 2: Teniendo en cuenta que el nivel de

medición para este modelo de sondeos electricos verticales es 16, se adopta el

coeficiente Cn=0.191, para un n= >10.

Cn = 0.191

L = 144 m


𝑍𝑒=27,50 𝑚

Las ecuaciones anteriores dan una aproximación de la profundidad que se puede alcanzar

al ejecutar los 20 sondeos electricos verticales de la linea 1 y 2 (45, 8 m) y los 4 restantes de

la línea 3 (27,50 m). Estos valores aproximados seran corroborados con la adquisición y el

analisis de los datos obtenidos en campo, en los siguientes capítulos.


4.2.3 Adaptación de SEV para generación de tomografías geoeléctricas.

Cuando se van a adquirir sondeos eléctricos verticales, se realizan mediciones de los

puntos de atribución los cuales están situados en el centro del sondeo y van aumentando de

manera vertical a medida que los electrodos de corriente se van expandiendo (AB). De esta

manera se obtienen mediciones verticales a muy buena profundidad.

Figura 4-11. Adquisición de datos con SEV. Elaboración propia.

En una tomografía geoeléctrica, los datos se adquieren de manera horizontal y para

ahondar en niveles más profundos, un electrodo se deja como base y se corre el arreglo en

un factor n, no obstante, ya que el punto de atribución siempre está debajo de los electrodos

de potencial, se genera una pérdida de datos por nivel, y es por esta razón que las tomografías

geoeléctricas se van tornando a profundidad como una imagen trapezoidal poco profunda.

Figura 4-12. Adquisición de datos con tomografía. Elaboración propia.


Es por dicha razón que Estudillo & Guadalupe (2014), proponen adaptar sondeos

eléctricos verticales para obtener tomografías geoeléctricas 2D, las cuales no contengan

perdida de datos laterales por nivel, sino que su presentación abarque de manera rectangular

el área de estudio y de esta manera asegurar que la profundidad sea duplicada con respecto

a las profundidades que se obtienen haciendo tomografías convencionales.

Figura 4-13. Tomografía convencional trapezoidal.

Adaptado de Estudillo, V., & Guadalupe, O. E. (2014).

Como se observa en la Figura 4-13, las tomografías obtenidas con técnicas

convencionales, a medida que se van haciendo mediciones a mayor profundidad, sufren una

pérdida de datos laterales que generan una tomografía trapezoidal y a muy bajas

profundidades.

Partiendo de lo anterior, la técnica para generar tomografías a partir de sondeos eléctricos

verticales consiste en diseñar una matriz conformada horizontalmente por los SEV y

verticalmente por los puntos de atribución de cada sondeo eléctrico, de la siguiente manera:


Figura 4-14. Sondeos eléctricos adaptados para obtener tomografía geoléctrica.

Adaptado de Estudillo, V., & Guadalupe, O. E. (2014).

Como se puede observar en la Figura 4-14, los sondeos eléctricos verticales se sitúan a lo

largo de una línea geofísica a cierta distancia uno del otro; esto permite obtener datos o

puntos de atribución a muy buenas profundidades debajo de cada uno de los sondeos, y evita

perder datos horizontales a medida que se toman mediciones a mayores profundidades, lo

cual da como resultado, tomografías rectangulares profundas con mayor completitud

espacial debajo de la línea geofísica planteada.

Por consiguiente, en este proyecto las 3 líneas geofísicas se planearon y adecuaron para

facilitar la elaboración de la matriz de sondeos eléctricos y obtener así las tomografías

geoeléctricas de resistividad y cargabilidad: 3 tomografías de resistividad y 3 tomografías de

cargabilidad.

.

Capítulo 5

Adquisición de Datos

“La ciencia será siempre una búsqueda, jamás un

descubrimiento real. Es un viaje, nunca una llegada”

Karl Popper

En esta etapa del proyecto se realiza el reconocimiento de campo, validación de la

información recopilada y finalmente la toma de datos. Dicho conducto regular permite

dar inicio una serie de procesos que implican la caracterización, evaluación y el análisis

de la información obtenida. La adquisición de datos se realiza a lo largo de 4 días

consecutivos, en los cuales se tomaron las mediciones de resistividad y cargabilidad para

los 24 sondeos eléctricos verticales, pertenecientes a las 3 líneas geofísicas planteadas.

5.1 Reconocimiento de Campo

Al momento de realizar la visita de campo se observa que la disposición del terreno es

diferente a la planteada en el capítulo anterior, ya que como era de esperarse, la

descripción que arrojaba el modelo digital de elevación pertenecía a información del año

2013 y debido a la actividad del área de estudio como relleno sanitario, las terrazas y fases

estaban consolidadas y adecuadas de una manera diferente.

Pese a que en este proyecto no se abarca el levantamiento topográfico del relleno

sanitario, se han generado varios modelos a partir de la información de elevación obtenida,

que simulen la disposición del terreno visualizada en el reconocimiento de campo y de

esta manera, representar y facilitar la comprensión de la ubicación de las líneas geofísicas.

Capítulo 5: Adquisición de datos 80

a) b)

Figura 5-1. Simulación de disposición del terreno del RS Carapacho actualmente. Elaboración propia.

En la figura 5-1 se realiza una representación 3D en el software ArcScene, del modelo

digital de elevación del año 2013 con sus respectivas fases (a) y una exageración del

anterior modelo, la cual permite representar grosso modo la disposición y forma del

relleno sanitario actualmente (b).

Imagen 5-1. Perfil de fase II y fase III.

[Elaboración propia]. (Relleno Sanitario Carapacho. 2016). Chiquinquirá, Boyacá.

Como se puede observar en el modelo y en la Imagen 5-1, las fases se encuentran

marcadas y con una topografía más plana a comparación de lo estimado, lo que facilita la

realización las líneas geofísicas geoeléctricas que se habían planeado anteriormente.


Figura 5-2. Ubicación de líneas geofísicas en modelo de simulación. Elaboración propia.

5.2 Descripción de Equipo Geoeléctrico.

El ABEM TERRAMETER SAS 1000, es un equipo digital geoeléctrico de última

generación utilizado para mediciones de resistividad, polarización inducida (IP) y auto

potencial o potencial espontáneo (SP). Este equipo de prospección es propiedad de la

Universidad Distrital Francisco José de Caldas, la cual lo utiliza para sus respectivas

prácticas académicas y proyectos de grado orientados a la geoeléctrica.

Figura 5-3. Abem Terrameter SAS 1000. Sandox Cientifica (s.f)


El equipo de geoeléctrica cuenta con los siguientes componentes:

a) Consola. Unidad central básica llamada Terrametro SAS 4000/1000.

b) Electrodos: Cuatro (4) barras metálicas de acero inoxidable.

c) Carretes: Cuatro (4) carretes, de los cuales 2 son para mediciones de potencial (M-

N) y los restantes son para la inducción de corriente (A-B); la extensión de estos

es de 250 y 750 m respectivamente.

d) Cables conectores: Cuatro (4) cables conectores, encargados de unir la consola

con cada uno de los carretes.

e) Conectores: Cuatro (4) pinzas metálicas con pinzas en los extremos, los cuales se

encargan de conectar los electrodos a los carretes.

f) Batería: Una fuente de alimentación de 12 V.

5.2.1 Configuración.

El Abem Terrameter SAS 1000 utiliza un método de medición mediante el cual se

toman automáticamente lecturas consecutivas en un intervalo de tiempo, lo que le permite

promediar los resultados que este arroja finalmente.

A continuación se describirá la configuración utilizada para la adquisición de cada uno

de los parámetros geofísicos (resistividad y cargabilidad) en el relleno sanitario

Carapacho.


5.2.1.1 Resistividad

La relación V/I la calcula automáticamente el equipo y se muestra digitalmente en

Ohmios, los cuales representa al parámetro de resistencia (Ω). Si se dispone de los datos

geométricos de la distribución, los cuales hacen alusión a la configuración electródica y a

las distancias entre los electrodos, se puede mostrar la resistividad aparente.

Para este estudio, se decidió tomar la medición de resistencia para evitar estar

ingresando los parámetros geométricos cada vez que se realizara una abertura, teniendo

en cuenta la cantidad de sondeos eléctricos y las mediciones planeadas para cada uno. En

la etapa de procesamiento se multiplicará este parámetro por el factor geométrico y se

obtendrá así la resistividad.

En cuanto a la amplitud de la corriente, se usó un valor 50 mA, no obstante, se activó

la opción de AUTO setting (determinación automática) que implica que el equipo puede

colocar el valor que él considere óptimo, teniendo en cuenta que se van a realizar

mediciones a longitudes medianamente extensas.

5.2.1.2 Polarización Inducida (Cargabilidad).

Cuando se mide la caída transitoria de la tensión al cortar la corriente transmitida, la

tensión es integrada sobre cierto número de intervalos o ciclos temporales. La magnitud

de estos ciclos para el proyecto, fueron tomados de la Nota técnica de ABEM para

polarización inducida, la cual explica que un ciclo completo consta de una parte positiva

de longitud T y una parte negativa de la misma longitud T. De tal manera el efecto PI es

medido en términos de capacidad de carga, parámetro llamado cargabilidad el cual es

presentado de manera digital en milisegundos (ms). Por consiguiente se adaptaron los

siguientes parámetros:


Tiempo on - Tiempo off: 1 s para cada uno.

El retardo temporal: 0,4 s.

Longitud de la primera ventana temporal: Por defecto es 100 ms.

Número de ventanas temporales: Por defecto es 1.

5.3 Carteras de Campo

Las carteras de campo se realizaron por el tipo de SEV que se va a medir, ya sea el

modelo 1 o modelo 2 (variación en mediciones). Dichas carteras se realizaron y se

imprimieron en papel ya que por las condiciones de la zona de estudio, es muy complejo

usar ordenadores portátiles. En cada cartera se tomaron 3 datos de resistividad y 3 de

cargabilidad por abertura AB, para tener datos más precisos. Además se tomaron las

desviaciones estándar que hace el equipo por medición, para tener un control de los datos

más acertados al momento de procesar.

Figura 5-4. Cartera de campo para SEV Modelo 1. Elaboración propia.


Figura 5-5. Cartera de campo para SEV Modelo 2. Elaboración propia.

5.4 Sondeos Eléctricos Verticales

Los sondeos eléctricos verticales fueron adquiridos en el orden en el que estos están

dispuestos en las líneas geofísicas propuestas. De tal manera que se inició adquiriendo la

línea geofísica 1, paso seguido la línea 2 y por último la línea 3. Cada una fue realizada

con la configuración del equipo anteriormente descrita y con la configuración electródica

de Wenner- Schlumberger explicada en capítulos anteriores.

5.4.1 Línea 1.

El estado de la vía sobre la cual se generaron los sondeos eléctricos verticales, ameritó

que en muy pocas mediciones se excavara un hueco para introducir los electrodos, ya que

el material superficial pertenecía a un tipo de recebo y por ende era muy dificultosa la

instalación de estos. A demás, la hidratación del terreno fue realizada con salmuera, la

cual permitía una mejor conducción de la corriente en este tipo de suelo superficial.


Ubicación de SEV sobre Línea geofísica 1:

Imagen 5-2. Zona de perfilaje para la línea 1.

[Elaboración propia]. (Relleno Sanitario Carapacho. 2016). Chiquinquirá, Boyacá

Sin embargo, debido a la ubicación de la línea 1, justo debajo de la zona de disposición

de residuos vigente, como se observa en la imagen 5-2, se encontraron empozamientos de

lixiviados superficiales en las zonas donde se desarrollaron los sondeos 1 y 7 de la línea

1, como se observa en la imagen 5-3.

Imagen 5-3. Afloramiento de lixiviados SEV 7- Línea 1.

[Elaboración propia]. (Relleno Sanitario Carapacho. 2016). Chiquinquirá, Boyacá


5.4.2 Línea 2.

La adquisición de esta línea geofísica se desarrolló sobre una de las vías principales

del relleno sanitario, por lo que el material de superficie pertenecía un recebo muy

resistivo y comprimido, lo cual generó que las mediciones se tornaran negativas para la

resistividad, es por esta razón que en todas las aberturas, se excavó un hueco para

introducir los electrodos y se realizó la hidratación del terreno con salmuera para asegurar

una mejor conducción de la corriente.


Imagen 5-4. Zona de perfilaje para línea 2.


Al costado derecho de la línea se encuentran los tanques que reúnen el lixiviado de las

fases vigente y III, y a su costado izquierdo se encuentran los pondajes que los evaporan

y recirculan. Por esta razón en el sondeo 4 y 5 de esta línea se encuentra un empozamiento

y infiltración a superficie de lixiviado, el cual se acrecentó por las lluvias que se

presentaron al momento de la toma de los datos.


Imagen 5-5. Empozamiento de lixiviados en suelo impermeable línea 2,


5.4.3 Línea 3

La adquisición de esta línea geofísica se desarrolló sobre el frente de trabajo, es decir

en la fase donde se estaban disponiendo los residuos sólidos. El material presente en esta

fase fue mucho más amigable y por ende, no fue necesario excavar para enterrar los

electrodos.


Imagen 5-6. Zona de perfilaje para línea 3.



En esta línea se encontraron los filtros y zanjas realizadas para la captación y

conducción de lixiviados a los tanques, no obstante, se observó que no poseían ningún

material de barrera como geomembrana o geotextil para evitar posibles infiltraciones. En

cambio se observaron infiltraciones o manchas de lixiviados a lo largo de la zona.

Imagen 5-7. Manchas de lixiviados y filtros sin barrera en línea 3.


Capítulo 6

Procesamiento de Datos

“Las teorías no son verdaderas o falsas, son fértiles o estériles”

Claude Bernard


En cuanto a las mediciones de resistividad y cargabilidad obtenidas a partir del método

Wenner- Schlumberger, el cual posee un gran poder resolutivo ante la presencia de

cambios geológicos verticales, serán sometidas a una inversión y a ciertas correcciones

que permiten obtener la distribución geoeléctrica real del subsuelo. Los sondeos eléctricos

verticales al ser tratados permiten la obtención de un modelo de resistividades, las cuales

están en función de la profundidad permeada; dicho método permite visualizar la

distribución de las capas geoeléctricas, al asumir que estas se encuentran dispuestas en el

subsuelo de manera homogénea.

6.1.1 Tratamiento previo.

Los datos obtenidos en campo fueron sometidos a un trabajo de oficina previo a la

inversión de estos. En primer caso se convirtieron en Ohmios todas las resistencias, debido

a que se obtuvieron valores de mili Ohmios. En segundo plano, se realizaron los

promedios de las mediciones elaboradas ya que se obtuvieron 3 datos por medición con

su respectiva desviación estándar y esto permitió seleccionar los datos más acertados y

promediarlos para tener una resistencia promedio. Al obtener las resistencias promedio se

procedió a obtener las mediciones de resistividad promedio, así que se multiplicó cada

valor de resistencia promedio por el factor geométrico asignado para Schlumberger.

Capítulo 6: Procesamiento de datos 91

6.1.2 Ipi2Win.

Cada SEV se procesó por aparte, y se logró el ajuste entre la los datos observados y

calculados, lo cual se indica por medio del valor de error medio cuadrático. Por último se

unieron todos los SEV pertenecientes a una misma línea geofísica de tal manera que se

formara el perfil en el software Ipi2win, el cual es el encargado de ajustar las curvas

utilizando el algoritmo de O ‘Neil (1975) para el cálculo de la resistividad real en medios

estratificados.

En general para obtener los perfiles de la línea 1, 2 y 3, se presentaron sondeos con

errores de ajuste medianamente altos (21 a 30%) debido al considerable ruido que se

presenta en las zonas de disposición, dado que entran los camiones de basura, y hay

constante movimiento de las basuras efectuada por los buldócer. Estos errores también se

deben a la poca naturalidad de los estratos del subsuelo, los cuales presentan diferentes

condiciones litológicas al ser intervenidas para estructurar el relleno sanitario. Los errores

se mitigaron omitiendo valores de resistividad anómalos o poco homogéneos y

modelando el espesor de las capas obtenidas.

Se siguieron los conductos generales de interpretación para este tipo de datos, teniendo

en cuenta aspectos, como el contexto espacial y geológico, análisis cuantitativo, las

magnitudes asociadas a las rocas y objetos que se encuentran o se presumen, se encuentran

en el lugar. En todos los sondeos se encontraron curvas tipo QH, la cual se caracteriza por

presentar una disminución de los valores de resistividad hasta hacer contacto con estratos

con resistividades altas.


6.2 Tomografías Geoeléctricas

Cuando se realiza un estudio de tomografía eléctrica con equipos multielectródicos,

los datos adquiridos son transferidos hacia una computadora. Estos datos poseen el orden

de las mediciones con el número del electrodo utilizado, posición sobre el perfil de cada

electrodo, el valor de resistividad aparente medido, etcétera. Para poder invertir estos

datos en software con Res2DInv o EarthImager, es necesario crear un archivo con el

formato de entrada adecuado (Estudillo & Guadalupe, 2014)

6.2.1 Matriz de adaptación.

.Para poder convertir una sección de sondeos eléctricos verticales en una tomografía

geoeléctrica, se generó una matriz por línea geofísica que contenía cada uno de los niveles

que se midieron, es decir, en la primera fila están todas las mediciones del nivel 1, en la

segunda fila están todas las mediciones del nivel 2, y así consecutivamente hasta

completar los niveles totales de cada una de las líneas.

Figura 6-1. Matriz de adaptación para Linea1. Elaboración propia.


6.2.2 Res2inv.

Para la obtención de las tomografías, después de su adaptación con base en los sondeos

realizados, se utilizó el software RES2DINV para la inversión de las resistividades leídas

durante los sondeos. Este programa permite antes de aplicar los procesos de inversión

realizar una limpieza de los datos, es decir eliminar los datos erróneos. El programa

despliega los datos de resistividad en forma de perfiles, por niveles (figura 6-2), generada

a partir de la opción, Edit>Exterminate bad points.

Los datos erróneos pueden ser ocasionados por algún problema con el contacto del

electrodo con el suelo, problemas con el cable debido a un corto circuito o a la presencia

de un objeto extraño en el subsuelo. La eliminación de datos no implica necesariamente

un cambio en la información, ya que las anomalías se seguirán presentando, simplemente

los puntos identificados como incongruentes modifican los resultados en cuanto a su

semejanza con el modelo buscado.

Figura 6-2. Filtro de datos atípicos en Res2Dinv. Elaboración propia.


Una vez aplicados los parámetros necesarios, se inicia la inversión. El programa

despliega una pseudosección de resistividades aparentes medidas, otra pseudosección de

resistividades aparentes calculadas y la sección de resistividades producto del modelo

inverso. La versión demo o semidemo del programa utiliza 3 iteraciones para generar el

modelo, para el programa completo, con la llave física USB, se pueden realizar hasta 20

iteraciones. La figura 6-3 muestra un ejemplo de las tomografías obtenidas desde

RES2DINV, correspondiente a los datos de resistividad de la línea 1.

Una vez obtenidos los modelos geoeléctricos se procedió a exportarlos a un programa

de visualización. En este caso se utilizó el programa Surfer de Golden Software Inc., para

utilizar una escala de colores adecuada y tener más control sobre la interpolación de los

datos, además que nos permite tener un control sobre la posición horizontal de la

tomografía y mostrar con más tamaño y resolución los datos obtenidos. Se hizo el mismo

trabajo para los datos de polarización inducida.

Figura 6-3. Pseudo secciones en Res2Dinv. Elaboración propia.

Capítulo 7

Análisis de Datos

“La naturaleza es siempre demasiado fuerte para la teoría”

David Hume

Esta última fase del presente proyecto, se evaluaran los datos obtenidos mediante el

modelo de resistividades obtenido por el programa Ipi2Win, lo cual permitirá caracterizar

a partir de los valores de resistividad encontrados en cada una de las capas que debido a

su comportamiento geoeléctrico proporcionen información litoestatigrafica; esto, con el

objetivo de diagnosticar los posibles concentraciones de lixiviados en el área de estudio.

Por otro lado, se detallaran las tomografías obtenidas a partir de la inversión de las

resistividades y cargabilidades, con lo cual se pretende observar la infiltración y

distribución de las plumas contaminantes en el subsuelo de área de estudio, al comparar

las tomografías de resistividad y cargabilidad.


Para el análisis de los SEV se usó el programa Ipi2Win, el cual permite unir los SEV

que componen cada una de las líneas geofísicas y comparar la curva de resistividad

observada en campo, con una curva teórica. De esta manera, el programa calcula las capas

necesarias con unos valores de resistividad, profundidad y espesor, los cuales deben

generar una curva muy similar a la obtenida en campo. Por relevancia, no se procesaron

datos de IP en este software ya que esta propiedad es mucho más útil en la comparación

entre tomografías que se realizará en los siguientes apartados. .

Capítulo 7: Análisis de datos 96

7.1.1 Línea 1.

En el programa Ipi2Win se unieron los 10 SEV que componen la Linea 1, pasó seguido,

se generó por cada uno de los SEV, un modelo que permitiera hacer el mejor acercamiento

de las curvas teóricas, las cuales se basan en litologías naturales o suelos no intervenidos,

a las curvas obtenidas en campo. En la Figura 7-1 se puede observar el modelo de 5 capas

obtenido para el SEV 1 – Linea 1.

Figura 7-1. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 1. Elaboración propia.

Los modelos arrojaron 5 capas para cada uno de los SEV y valores de error que

estuvieron en el rango de 3 – 7% el cual no se consideró muy elevado, teniendo en cuenta

que el subsuelo se encuentra totalmente intervenido y compuesto por materiales inusuales

como residuos sólidos y lixiviados. Basado en el modelo obtenido, en la geología local y

en la tabla de resistividades asociadas a rocas, se realizó la descripción de las 5 capas.

Capa 1: Arcillolitas con intercalaciones de areniscas arcillosas.

Capa 2: Areniscas arcillosas con residuos sólidos no saturados.

Capa 3: Residuos sólidos saturados con presencia de líquidos lixiviados.

Capa 4: Residuos sólidos no saturados acompañados de arcillolitas o lutitas.

Capa 5: Areniscas cuarzosas derivadas de la formación Areniscas de Chiquinquirá.


Figura 7-2. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 1. Elaboración propia.

Con base en los modelos y la distribución de las pseudo-secciones en el perfil de la

línea 1 (Figura 7-2); en la Tabla 7-1 se establecieron rangos de resistividades asociadas al

material y a la profundidad de cada una de las capas.

Tabla 7-1

Análisis perfil de SEV Línea 1.

Profundidad (m) Resistividad Material

0 - 1,4 80 a 100 Arcillolitas y areniscas arcillosas

1,4 - 3 25 a 80 Areniscas arcillosas y residuos no saturados

3 - 25 3 a 25 Residuos sólidos saturados con lixiviados

30 - 70 25 a 90 Residuos sólidos no saturados y arcillolitas

>80 > 100 Areniscas cuarzosas

Fuente: Elaboración Propia.


7.1.2 Línea 2.

En el programa Ipi2Win se unieron los 10 SEV que componen la Línea 2, pasó seguido,

se generó por cada uno de los SEV un modelo que permitiera hacer el mejor acercamiento



obtenido para el SEV 1 - Línea 2.

Figura 7-3. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 2. Elaboración propia.






Capa 1: Recebo para vía compuesto por a areniscas arcillosas saturadas con agua lluvia.

Capa 2: Areniscas arcillosas con residuos sólidos no saturados.





Figura 7-4. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 2. Elaboración propia

Con base en los modelos, en la distribución de las pseudo-secciones en el perfil de la

línea 2 (Figura 7-4), y en el estado de la zona al encontrarse un empozamiento de agua

lluvia superficial; en la Tabla 7-2 se establecieron rangos de resistividades asociadas al

material y a la profundidad de cada una de las capas.

Tabla 7-2

Análisis perfil de SEV Linea 2


0 - 1,4 40 a 100 Recebo de areniscas saturadas con agua lluvia

1,4 - 3 40 a 80 Areniscas arcillosas y residuos no saturados



>80 > 100 Areniscas cuarzosas



7.1.3 Línea 3.

En el programa Ipi2Win se unieron los 10 SEV que componen la Linea 3, pasó seguido,

se generó por cada uno de los SEV un modelo que permitiera hacer el mejor acercamiento



obtenido para el SEV 1 - Linea 3.

Figura 7-5. Modelo de curva teórica Ipi2Win para SEV 1- Línea 3. Elaboración propia






Capa 1: Arcillolitas saturadas con lixiviados.

Capa 2: Areniscas arcillosas con residuos sólidos saturados.





Figura 7-6. Perfil de sondeos eléctricos verticales línea 2. Elaboración propia.

Con base en los modelos, en la distribución de las pseudo-secciones en el perfil de la

línea 3 (Figura 7-6), y en el estado de la zona al encontrarse justo en el frente de trabajo;

en la Tabla 7-3 se establecieron rangos de resistividades asociadas al material y a la

profundidad de cada una de las capas.

Tabla 7-3

Análisis perfil de SEV Linea 3.


0 - 1,4 40 a 80 Arcillolitas saturadas con lixiviados

1,4 - 3 25 a 40 Areniscas arcillosas y residuos saturados



>50 > 60 Areniscas arcillosas y cuarzosas



7.1.4 Modelos de distribución.

Para representar cada una de las capas obtenidas a partir de los modelos anteriores, se

decidió elaborar un modelo de distribución de capas, que explicara de una manera más

gráfica el espesor y tipo de capa que se obtuvo anteriormente. Este modelo, asume que las

capas son homogéneas dado que por ahora se tienen solo valores de resistividad aparente.

En este caso, se tomaron los valores de las coordenadas y las cotas de cada uno de los

SEV, a las cuales se les resto el espesor de cada una de las capas hallado en el modelo

obtenido por Ipi2Win; paso seguido se interpolaron los datos de cada capa y de esta

manera se obtuvo el siguiente modelo.

a) Capa 5: Areniscas arcillosas – Cuarzosas.

b) Capa 4: Residuos sólidos no saturados y arcillolitas.


c) Capa 3: Residuos sólidos saturados con lixiviados.

d) Capa 2: Areniscas arcillosas con residuos sólidos saturados.

e) Capa 1: Arcillolitas y areniscas arcillosas.

Figura 7-7. Modelo de distribución de capas para Resistividad aparente. Elaboración propia.


7.2 Tomografías Geoeléctricas

Para el análisis de las tomografías se usó el programa RES2DINV, el cual permite

encontrar la distribución real de la resistividad y cargabilidad en el subsuelo. En este

apartado se realizó el análisis de cada una de las tomografías y la relación entre las

imágenes geoeléctricas de resistividad y cargabilidad. Las tomografías adquiridas con la

técnica empleada, lograron alcanzar profundidades de hasta 67 m con una distancia

horizontal de menos de 100 m, a diferencia de las tomografías usuales o convencionales,

se logró triplicar el factor de profundidad, y obtener imágenes eléctricas rectangulares.

7.2.1 Línea 1.

Esta línea se encuentra ubicada en la Fase III clausurada hace menos de 3 años y a una

cota más baja de la zona activa de disposición. Su ubicación se ve afectada por la

escorrentía superficial, la cual desplaza flujos de agua lluvia con lixiviado.

Figura 7-8. Descripción del material superficial en la Línea 1. Elaboración propia.


La tomografía de resistividad obtenida en RES2DINV muestra un patrón muy parecido al

obtenido con los sondeos eléctricos verticales en Ipi2Win, a diferencia de los rangos de

profundidad de cada una de las capas. En el análisis se detallan capas superficiales

pertenecientes a suelos residuales, arenosos con muestras someras de humedad debido a

escorrentía superficial; capas de residuos sólidos con mezcla de material de cobertura y

algunas saturaciones de lixiviados; y capas de contactos litológicos con segmentos

infrayacentes de la formación areniscas de Chiquinquirá.

La tomografía de cargabilidad obtenida en RES2DINV, señala un punto anómalo a una

profundidad de entre 30 metros correspondiente a un alto de cargabilidad, que según la

teoría, podría corresponder a un desecho con presencia de lixiviado altamente conductivo

que no se ha filtrado hacia el fondo, debido al carácter muy poco permeable del segmento

areniscas cuarzosas encontrado a profundidad.

En la Tabla 7-4 se realizó una comparación entre los valores de resistividad y

cargabilidad, la cual genera una relación inversamente proporcional entre las propiedades.

Tabla 7-4

Relación resistividad – cargabilidad para la Línea 1.

Cargabilidad

(ms)

Resistividad

(ohm-m) Relación

(-4) - 1 50 a 90 Material residual areniscas con empozamiento

(-7) – (-6) 90 a 120 Material residual areniscas

(-1,39) - 2 6 a 10 Residuos sólidos no saturados

> 6 0 - 6 Infiltración de lixiviado



Figura 7-9. Análisis de Tomografías (Resistividad – Cargabilidad) Línea 1. Elaboración propia.


7.2.2 Línea 2.

Esta línea se encuentra ubicada en la Fase II clausurada hace 4 años y en la cota más

baja del relleno sanitario. Su ubicación se ve afectada por la escorrentía superficial, la cual

desplaza flujos de agua lluvia con lixiviado y por el desplazamiento de los lixiviados hacia

los pondajes, ya que es en este sector donde se encuentran la tubería de conexión.



La tomografía de resistividad obtenida en RES2DINV muestra menos similitud a la

pseudo-sección obtenida con los sondeos eléctricos verticales en Ipi2Win, ya que no se

observa una continuidad muy detallada de los residuos sólidos. Sin embargo, esta

variación se puede justificar partiendo de la maduración de los residuos allí dispuestos,

debido al tiempo de clausura de la fase. Por otra parte, se evidenció un empozamiento de

agua lluvia con mezcla de lixiviado, el cual viene de tanques ubicados en cotas más altas

y de la tubería que hace conexión hacia los pondajes; este encharcamiento se infiltra por

hacia los residuos maduros como se puede observar en la tomografía entre el SEV 4 y 6.

La tomografía de cargabilidad obtenida en RES2DINV, presume una infiltración de

lixiviados provenientes del estancamiento de agua lluvia con mezcla de lixiviados en el

nivel superficial, mostrando en ese sector un alto considerable de cargabilidad, el cual se

puede asociar a presencia de lixiviados que se percolan sobre la zona.



Tabla 7-5


Cargabilidad

(ms)

Resistividad

(ohm-m) Relación

0,17 – 0,4 20 a 40 Material residual con empozamiento de lixiviado

0,06 – 0,17 109 a 200 Material residual areniscas

2 - 8 40 a 80 Residuos sólidos no saturados

> 22 0,57 - 3 Infiltración de lixiviado




.


7.2.3 Línea 3.

Esta línea se encuentra ubicada en el Domo Fase II-III “La Hondada”, la cual se

encuentra activa y en la cota más alta del relleno sanitario. Su ubicación se ve afectada

por la producción de lixiviados en el frente de disposición, ya que es en esta zona donde

se ubican los filtros y canaletas que conducen los lixiviados a los tanques de

almacenamiento.



La tomografía de resistividad obtenida en RES2DINV, muestra un patrón muy

parecido al obtenido con los sondeos eléctricos verticales en Ipi2Win, a diferencia de los

rangos de profundidad de cada una de las capas. Al realizarse la adquisición de esta línea

sobre el frente de trabajo, se obtienen resistividades no muy altas en la capa superficial ya

que el material de cobertura pertenece a arenisca arcillosa con infiltraciones de lixiviados.

La tomografía de resistividad muestra nuevamente la distribución de los desechos a

profundidad con una resistividad muy baja, la cual se puede justificar partiendo del grado

de maduración de los residuos, los cuales son medianamente jóvenes, y también a partir

de la constante infiltración de lixiviados hacia estas capas. La tomografía de polarización,

detalla un alto contraste de cargabilidad sobre la zona donde se encuentran los residuos

saturados con lixiviado joven, y una baja cargabilidad en las zonas donde se encuentra el

material de cobertura compuesto por areniscas arcillosas.



Tabla 7-6


Cargabilidad

(ms)

Resistividad

(ohm-m) Relación

0,05 – 0,2 20 a 35 Material arenisca arcillosa

0,2 – 0,4 10 a 20 Material arenisca arcillosa saturada

> 3 5 a 10 Residuos sólidos saturados




.


7.3 Modelo Pseudo-3D

Para la generación del modelo pseudo-3D se utilizó el programa de interpolación

bidimensional Surfer 8.0, de Golden Software, el cual permitió interpolar los datos

obtenidos en cada uno de los SEV a profundidades diferentes. Es decir que se creó una

superficie que contiene las mediciones de las tres líneas geofísicas obtenidas a una misma

profundidad.

Las profundidades no fueron tomadas de las pseudo secciones adquiridas en Ipi2Win,

ya que allí no se generaron secciones cargabilidad y los datos de resistividades obtenidos

son aparentes y no reales. Es por esta razón que los datos asociados a cada capa fueron

obtenidos de las tomografías generadas en el software RES2DINV, ya que estos valores

sí contienen las resistividades y cargabilidades reales del subsuelo asociadas a una

distribución real en el mismo.

7.3.1 Capas significativas.

RES2DINV permite exportar los datos de las tomografías en un formato .xyz el cual

contiene valores de resistividad y cargabilidad asociados a ciertas profundidades; dichas

capas arrojadas por el software corresponden a las siguientes profundidades: 2,5 - 7,5 -

12,7 - 18,5 - 24,8 - 31,8 - 39,5 – 48 - 57,3 - 67,5.

Basado en los análisis que se han desarrollado de cada una de las tomografías, se

decidió seleccionar las capas más significativas, o las capas que mostraran un cambio más

abrupto en el comportamiento de la cargabilidad y la resistividad. Por esta razón, se

escogieron las capas:

- 2,5.

- 24,8.

- 57,3.


7.3.1.1 Interpolación a 2,5 metros.

En este modelo se puede observar la distribución de la capa perteneciente a material

residual compuesto por areniscas con algunos empozamientos de lixiviados. También se

observan areniscas no saturadas con resistividades altas como se observa en la línea 2, la

cual contiene el material de recebo o placa huella instalado para la adecuación de la vía.

Figura 7-14. Interpolación de resistividad y cargabilidad 2,5 metros. Elaboración propia.



En este modelo se puede detallar la distribución de la capa perteneciente a residuos

sólidos no saturados, como en la zona media de la línea 2 y a lo largo de la línea 1 y 3, no

obstante, en la línea 2 la resistividad es un poco más alta debido a la maduración del

residuo. También se puede detallar la distribución del material referente a residuos sólidos

saturados con infiltraciones marcadas de lixiviados, como se observa en la parte inferior

de la línea 2; resistividades muy bajas asociadas a un punto anómalo de cargabilidad alta.




En este modelo se puede observar la distribución del material compuesto por residuos

sólidos no saturados mezclados con areniscas arcillosas, como los detectados en la sección

media de la línea 1. También se visualiza la distribución del contacto litológico con

areniscas cuarzosas, las cuales pertenecen a uno de los segmentos infrayacentes

encontrados en la formación areniscas de Chiquinquirá y por ende poseen resistividades

muy altas, contrastadas con cargabilidades muy cercanas a cero.



7.3.2 Modelo de capas.

Para generar el modelo de capas, se utilizó el programa Voxler 4, de Golden Software,

el cual permite generar interpolaciones de datos en 3D, tomando variables tales como X,

Y, Z, C, siendo X, Y y Z la posición o coordenada del punto en 3D y C la característica

que se desea detallar (resistividad y cargabilidad).

Este modelo de capas ilustra de manera minuciosa y real la distribución de los

materiales en el subsuelo del relleno sanitario carapacho, la cual fue generada por la

interpolación de tres líneas geofísicas compuestas por 24 sondeos eléctricos verticales.

Como se puede observar, se tiene la capa de material areniscas arcillosas con algunos

empozamientos, seguida de la capa de residuos sólidos saturados, y por último, se ilustra

la capa donde se encuentra el contacto litológico con el segmento areniscas cuarzosas de

la formación areniscas de Chiquinquirá.

Figura 7-17. Modelo de capas de resistividad. Elaboración propia.


Como se puede observar, se tiene un contraste con la resistividad de la capa areniscas

arcillosas con algunos empozamientos, dado que la cargabilidad es muy baja para este

tipo de material. En la segunda capa se puede observar una variación más significativa en

la cargabilidad, dada la heterogeneidad de la capa de residuos, ya que algunos se

encuentran saturados, otros mezclados con material de cobertura y también se da lugar a

infiltraciones muy puntuales de líquidos lixiviados con puntos anómalos de cargabilidad.

Finalmente se encuentra la capa que hace contacto con el material litológico areniscas

cuarzosas, el cual tiene una cargabilidad demasiado baja.

Figura 7-18. Modelo de capas de cargabilidad. Elaboración propia.


7.4 Modelo 3D

Para la elaboración del modelo 3D se utilizó el programa Voxler 4, de Golden

Software, donde se interpolaron todas las capas que se obtuvieron al momento de realizar

al inversión en el software RED2DINV (2,5 - 7,5 - 12,7 - 18,5 - 24,8 - 31,8 - 39,5 – 48 -

57,3 - 67,5). De esta manera se obtuvieron cortes 3D de las capas más significativas.

7.4.1 Interpolación de resistividad.

El modelo 3D de resistividad muestra que las resistividades altas se sitúan en las zonas

que han sido clausuradas y que por ende han adecuadas para el paso de vehículos. No

obstante, se observa que hay sectores con humedades muy significativas, como la Línea

3, la cual se encuentra justo en el frente de trabajo y es afectada directamente por

lixiviados muy jóvenes. Por otro lado, también se observa el empozamiento de la línea 2

avanzar con percolación hacia capas menos superficiales.

Figura 7-19. Modelo 3D de resistividad. Elaboración propia.


Figura 7-20. Modelo de capas resistividad 3D. Elaboración propia.


7.4.2 Interpolación de cargabilidad.

El modelo 3D de polarización inducida muestra que las cargabilidades altas se sitúan

en las cotas más bajas del relleno sanitario, ya que en estas zonas (Línea 2) es por donde

se circulan a través de filtros y canaletas, los lixiviados que se generan en las cotas más

altas (frente de trabajo), hacia los pondajes o tanques masivos de almacenamiento, donde

se realiza la evaporación y recirculación del mismo.

Figura 7-21. Modelo 3D de Polarización inducida (cargabilidad). Elaboración propia.


Figura 7-22. Modelo de capas cargabilidad 3D. Elaboración propia.


7.4.3 Isosuperficies de resistividad y cargabilidad.

A partir del modelo 3D anteriormente descrito, para cada una de las propiedades

(resistividad y cargabilidad), se generaron modelos de isosuperficies que representaran

los valores de cada uno de los materiales asociados a los valores encontrados en las

tomografías de resistividad y cargabilidad.

7.4.3.1 Isosuperficies de resistividad.

En las isosuperficies de resistividad, se puede observar la distribución de la pluma

contaminante perteneciente a la capa de lixiviados y de residuos sólidos saturados, los

cuales se encuentran en un rango entre 2 Ωm a 25 Ωm.

Figura 7-23. Isosuperficies para resistividad. Elaboración propia.


Figura 7-24. Modelo de distribución de la pluma contaminante con Resistividad. Elaboración propia.

En la Figura 7-24 se observa la distribución de la pluma contaminante, perteneciente a

materiales tales como lixiviados, representados por valores de resistividad entre 2 y 5 Ωm,

y residuos sólidos saturados 5 y 25 Ωm. La dirección obedece a la topografía del terreno,

y a las canaletas dispuestas para la recolección superficial de los liquidos lixiviados hasta

las cotas más bajas de relleno, donde estos se almacenan y procesan.

Por otra parte se observa que debajo de la pluma contaminante se encuentra un contacto

con la litología asociada a areniscas cuarzosas, las cuales podrían estar impidiendo la

infiltración de los lixiviados a capas más profundas.


7.4.3.2 Isosuperficies de cargabilidad.

En las isosuperficies de cargabilidad, se puede observar la distribución de la anomalía

de cargabilidad que se encuentra hacia la línea 2, perteneciente a filtraciones de lixiviados

por escorrentía superficial y a residuos sólidos muy saturados con valores de cargabilidad

mayores a 20 ms.

Figura 7-25. Isosuperficies para cargabilidad. Elaboración propia.


Figura 7-26. Modelo de distribución de la pluma contaminante con Cargabilidad. Elaboración propia

En la Figura 7-26 se observa la distribución de la pluma contaminante, perteneciente a

materiales tales como lixiviados, representados por valores de cargabilidad mayores a 30

ms, y residuos sólidos saturados entre 20 y 30 ms. La dirección obedece a la topografía

del terreno, y a las canaletas dispuestas para la recolección superficial de los liquidos

lixiviados hasta las cotas más bajas de relleno, donde estos se almacenan y procesan.

127

Conclusiones

A nivel metodológico y práctico, la adquisición de tomografías geoeléctricas a partir de

la adaptación de sondeos eléctricos verticales, fue un muy buen aparejo para realizar

prospecciones detalladas no invasivas, en zonas donde se requería permear profundidades

considerables. Si bien es cierto que la adquisición de los datos usando esta técnica fue

mucho más engorrosa y demorada, cabe anotar que en este caso se logró dulicar la

profundidad que se obtiene usualmente al adquir una tomografía de manera convencional,

aun usando equipos automatizados multielectrodicos.

Las tomografías rectangulares que se obtuvieron al adaptar los sondeos eléctricos

verticales de una manera matricial, ayudaron mediante la resolución de sus datos, a tener

una mejor comprensión y dominio sobre la estructura que subyace en el relleno sanitario.

Esto, teniendo en cuenta que al realizar tomografías convencionales, se genera una

pérdida de datos por nivel, lo origina una tomografía muy poco global a profundidad.

Una de las ventajas al obtener tomografías geoeléctricas a partir de líneas de SEV, fue

que cada uno de los sondeos se pudo estudiar individualmente, lo cual aumentó la

capacidad de control e interpretación que se tuvo sobre los datos. En este caso, las pseudo-

secciones que se adquirieron con el programa Ipi2Win, pese a no ser resistividades reales

con distribuciones reales en el subsuelo, arrojaron datos muy acertados que se lograron

confirmar al momento de adquirir la inversión de las tomografías, las cuales no solo

describieron una composición litoestratigrafica, sino que permitieron detectar

puntualmente alteraciones antrópicas en el subsuelo.

La resistividad per sé, permitió conocer e identificar materiales asociados a litologías muy

convencionales, sin embargo, la asociación de la resistividad con la cargabilidad o

polarización inducida, ayudó a solucionar dudas respecto a materiales que tenían los

128

mismos valores de resistividad pero su composición no era la misma. De tal manera que,

algunos cambios en la resistividad, fueron causados por variación litológica, pero también

por diferencias en la concentración de sales contenidas en el flujo presente. Por esta razón

la cargabilidad fue necesaria y esclarecedora al desarrollar el análisis geoeléctrico y al

discriminar cada uno de los materiales presentes.

Las imágenes eléctricas obtenidas mediante este trabajo, fueron correlacionadas con la

geología local que aflora en el relleno sanitario, la cual corresponde a la formación

areniscas de Chiquinquirá y a sus segmento E, al cual pertenecen las arcillolitas, areniscas

arcillosas, y areniscas cuarzosas; materiales que según los rangos de resistividades

asociados teóricamente, se detallan en cada una de las tomografías.

Los datos obtenidos en esta adquisición no solo permitieron obtener un modelo 2D y uno

pseudo-3D, los cuales eran los únicos estimados en los objetivos, sino que permitieron

realizar un modelo tridimensional de resistividad y cargabilidad, en conjunto con

isosuperficies de resistividad y cargabilidad asociadas a lixiviados y a residuos saturados,

las cuales permitieron rastrear la pluma contaminante y su conducción en favor de la

topografía, al favorecer la escorrentía superficial y subsuperficial hacia los pondajes y

canales de almacenamiento.

Según los resultados obtenidos, el segmento areniscas cuarzosas que subyace a una

profundidad de aproximadamente 60 metros, es óptimo para evitar infiltraciones de

lixiviados, ya que en los resultados de las tomografías se pudo observar que no se

encontraban saturadas, ni siquiera en las zonas de flujo activo. Sin embargo, esto no quiere

decir, que el lixiviado no pueda canalizar hacia un acuífero, cuando se pueden dar algunas

fallas en el material que cause la percolación. Es por esta razón, que pese a que un material

impermeable subyace en el relleno, se deben realizan filtros y conducciones de lixiviados

eficientes, que no permitan la percolación o el encharcamiento de las capas superficiales.

129

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132

Apéndices

133

Apéndice A: Mapa de localización de zona de estudio RS Carapacho

RÍO SUAREZ

RÍO SUAREZ

Canal Río Madrón

Quebrada El Charco

Quebrada San Pablo

Quebr

ada La Laja

Quebrada Becerros

Quebrada de Sasa Quebrada Los Hoyos

Q uebrada Sinas

Quebrada El Rosal

Quebrada La Laja (Quebrada Morisco)

Rio LaLaj

a Quebrad

a Donato

Quebrad

a Piñue

la

Quebrada AlisalQuebrada El Moriser

Quebrad

a Las Puertas

Quebrada Quinches

Quebrad

a de Riesgos

Q. El Juco

Quebrada La Jabonera

Q. El Salitre

Queb

rada El Espin

o

Queb

rada A

rsobiz

po

Quebrada Andes

Quebrada Yerbabuena

Quebrada Horquitonas

Quebrada Martiño

Q. Piñuenal

Quebrada Peña de Mendez

Quebrada Pechichonas

Quebra

da Antañitos

Quebrad

a Nara

njitos

Quebrada

El Salitre

Queb

rada A

gua Bl

anca

Quebrada Piedras

RS CARAPACHO

SASA

MOYAVITALA BALSA

CARAPACHO

ARBOLEDAS

SABOYÁ

CHIQUINQUIRÁ

TINJACÁ

1035000

1035000

1037500

1037500

1040000

1040000

1042500

1042500

1112

500

1112

500

1115

000

1115

000

1117

500

1117

500

RELLENO SANITARIO CARAPACHO

Dibujó: Dayana Marín - Daniel Avendaño

Escala:Fecha: Octubre - 2016

Proyecto:

Mapa:

INFORMACIÓN DE REFERENCIA

Base Cartográfica Nacional:IGAC 1:100.000 - Google Earth (2016)

®

Ubicación general del área de estudio (Relleno Sanitario Carapacho)

Un centímetro en el mapa equivale a 500 metros en el terreno

ESCALA GRÁFICA0 0,5 1 1,5 2 2,50,25

Km

Coordinate System: MAGNA Colombia BogotaProjection: Transverse Mercator

False Northing: 1000000,00000000False Easting: 1000000,00000000Central_Meridian: -74,07750792Latitude Of Origin: -4,59620042

Scale Factor: 1,00000000Linear Unit: Meter

2016

VEREDADEPARTAMENTO

UBICACIÓN GENERAL

MUNICIPIO

1:50.000

Boyacá Chiquinquirá Carapacho

LEYENDA

Administrativo

Limite MunicipalChiquinquiráLimite VeredalRS Carapacho

Vias

Tipo 1Tipo 2Tipo 3CarreteableCamino

Cuerpos de Agua

Canal SencilloDrenaje SencilloDrenaje Doble

"Prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de plumas contaminantes debidas a la infiltración de lixiviados en un relleno sanitario, bajo la adaptación de sondeos eléctricos verticales de

resistividad y polarización inducida, para la obtención de tomografías geoeléctricas profundas y modelos 3D"

134

Apéndice B: Mapa geológico regional de Chiquinquirá

K1K2chi

Q2l

K2c

K2s

Q2l

K2c

K2f

K1sK2c

K2f

K2f

K2s

K2f

K2s

Q2c

RÍO SUAREZ

Canal Río Madrón

Quebrada San Pablo

Quebrada de S asa

Quebrada Los Hoyo

s

Queb

rada La Laja

Rio LaLaj

a

Quebrada Donato

Quebrada La Laja (Quebrada Morisco)

Queb

rada Piñue

la

Quebrada Alisal

Quebrad

a El Rosal

Quebrada de Riesgos

Queb

rada El Espin

o

Quebrada Becerros

Quebrada A ndes

Quebrada Quinches

Quebrada Horquitonas

Quebrada El Moriser

Q. El Salitre Quebrada LaJabonera

Quebrada Yerbabuena

Quebrada Pechichonas

Quebrada

El Salitre

Quebrada Martiño


SASA

MOYAVITA

CARAPACHO

LA BALSA

ARBOLEDAS

1036000

1036000

1038000

1038000

1040000

1040000

1042000

1042000

1112

000

1112

000

1114

000

1114

000

1116

000

1116

000

1118

000

1118

000



Escala:Fecha: Noviembre - 2016

Proyecto:

Mapa:

INFORMACIÓN DE REFERENCIA

Base Geológica:Servicio Geologico Colombiano 2005Plancha 190 Chiquinquirá

®

Geología General Plancha 190 Chiquinquirá (Adaptada a RS Carapacho)


ESCALA GRÁFICA0 0,4 0,8 1,2 1,6 20,2

Km




2016

1:40.000

Base Cartográfica:IGAC 1:100.000Google Earth 2016

LEYENDA CARTOGRÁFICA

Cuerpos de Agua

Canal SencilloDrenaje SencilloDrenaje Doble

Vias

Tipo 1Tipo 3CarreteableCamino

Administrativo

RS CarapachoLimite Veredal

LEYENDA GEOLÓGICA

NEÓGENO

PALEÓGENO

CUAT

ERNA

RIO

CUAT

ERNA

RIO

SUPE

RIOR

INFE

RIOR

K2cFORMACIÓN CONEJO

Lodolitas negras laminadas con intercalaciones de capas gruesas de cuarzoarenitas y mieritas con fósiles.

K2fFORMACIÓN FRONTERA

Lodolitas siliceas y chert gris oscuro en estratos delgados tabulares, estratificación plano paralela continua.

K2sFORMACIÓN SIMIJACA

Secuencia monótona de lodolitas gris oscuro con intercalaciones delgadas de cuarzoarenitas de textura fina.

K1K2chiFORMACIÓN ARENISCAS DE CHIQUINQUIRÁ

Arcillolitas negro a gris oscuro finamente laminadas con intercalaciones asperas de cuarzoarenitas gris claro.

K1sFORMACIÓN SIMITÍ

Secuencia monótona de lodolitas gris oscuro conintercalaciones delgadas de cuarzoarenitas de textura fina.

Q2alDepósitos Aluviales Recientes.

Q2l Q2cDepósitos Lacustres. Depósitos Coluviales.

K1K2chi

K1K2chi



135

Apéndice C: Estructura general del RS Carapacho

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

$8

$8

$8

$8

$8

$8Son 8

Son 7

Son 6

Son 5

Son 4

Son 3

Sev 5

Sev 4

Sev 3

Sev 2

Sev 1

Tomo Final

Tomo Inicio

266226612660

26592658

2666

2674

2672

2673

2664

2667

2669

2670

2668

2671

2663

2687

2665

2676 26752686

2681

2682

2683

2679

2678

2680

2684

2688

2677

2689

2685

2690

III

IVIII

Fase II

Fase I

Fase III

Carcava S44

Fase Vigente

1038100

1038100

1038200

1038200

1038300

1038300

1113

900

1113

900

1114

000

1114

000

1114

100

1114

100




Proyecto:

Mapa:

INFORMACIÓN DE REFERENCIABase Cartográfica:

Google Earth (2016)

®

Estructura General(Relleno Sanitario Carapacho)


ESCALA GRÁFICA0 0,015 0,03 0,045 0,06 0,0750,0075

Km




2016

1:1.500

LEYENDA CARTOGRÁFICAAdministrativo

Limite PredialMalla Víal

CaminoCarreteable

SuelosBosquePastoDescubierto

LEYENDA TEMÁTICAFases

Fase IFase IIFase IIICarcava S44Fase Vigente

Almacenamiento"/ Pozo

PondajesCurvas

IntermediaÍndice

Geofísica Base$8 Sondeos Mec!. Sevs!. Tomo Final!. Tomo Inicio

Base TemáticaCydep SAS, 2013Elaboración propia



136

Apéndice D: Localización de líneas geofísicas sobre el RS Carapacho

!.

!.

!.!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.

!.Sev 2.1Sev 2.2

Sev 2.3Sev 2.4

Sev 2.5

Sev 2.6

Sev 2.7

Sev 3.3

Sev 3.2

Sev 1.4

Sev 1.8Sev 1.9

Sev 1.6Sev 1.7

Sev 1.5

Sev 3.4

Sev 3.1

Sev 1.3Sev 1.2

Sev 1.1

Sev 2.9

Sev 2.8

Sev 2.10

Sev 1.10

1038100

1038100

1038200

1038200

1038300

1038300

1113

900

1113

900

1114

000

1114

000

1114

100

1114

100




Proyecto:

Mapa:

INFORMACIÓN DE REFERENCIABase Cartográfica:Google Earth (2016)

®

Campaña de adquisición de datos geofísicos(Relleno Sanitario Carapacho)


ESCALA GRÁFICA0 0,015 0,03 0,045 0,06 0,0750,0075

Km




2016

1:1.500

LEYENDA CARTOGRÁFICAAdministrativo

Limite PredialMalla Víal

CaminoCarreteable

LEYENDA TEMÁTICA

Sondeos Eléctricos Verticales!. SEVS

Linea Geofísica123

Base TemáticaElaboración propia



prospección geofísica ambiental aplicada a la detección de

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