Procedimiento para determinar cuantitativamente propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos.

Procedimiento para determinar cuantitativamente propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la determinación cuantitativa de propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos, caracterizado porque comprende una etapa de determinación de la resistividad del suelo a evaluar, una etapa de toma de muestras y análisis de las mismas y una etapa de obtención de la relación de las propiedades físico-químicas del suelo o residuo con los valores de resistividad obtenidos mediante tratamiento estadístico de los datos.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR CUANTITATIVAMENTE PROPIEDADES FÃ?SICO-QUÃ?MICAS DE SUELOS O RESIDUOS SÓLIDOS

Campo de la invención La presente invención se encuadra en el campo general de la geofísica y la geoquímica de suelos y residuos y en particular se refiere a un método para determinar las propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos mediante el uso de la tomografía eléctrica sin necesidad de realizar grandes muestreos ni análisis de laboratorio.

Estado de la técnica El estudio del subsuelo ha sido de gran interés desde tiempos muy antiguos, incrementando su importancia en tiempos recientes debido a su influencia en la agricultura, la ingeniería y el medioambiente. En este sentido, las técnicas para estudiar el subsuelo incluyen desde métodos eléctricos hasta prospecciones geotecnias mediante sondeos mecánicos de gran profundidad.

El primer uso de los métodos eléctricos para el estudio del subsuelo se le atribuye al científico inglés Robert Fox, quien en 1830 detectó que había cuerpos minerales que generaban un voltaje natural y sugirió el uso de la medida de la resistencia eléctrica como herramienta de investigación. Sin embargo, no fue capaz de desarrollar un sistema de trabajo debido a la polarización de los electrodos. En 1880, Carl Barus, solventó el problema desarrollando un electrodo no polarizable hecho de madera porosa y arcilla sin esmaltar bañado en una solución de sulfato de cobre.

Los métodos de resistividad eléctrica, como se conocen actualmente, empezaron a desarrollarse a principios de 1890; aunque no fue hasta 1970 cuando se generalizó el uso de estas técnicas, ayudado en parte por la disponibilidad de ordenadores para el procesado y análisis de los datos.

En la actualidad, a la determinación del potencial que detectó Fox es a lo que se llama medidas del potencial natural; y a los métodos de resistividad desarrollados en Francia por los hermanos Schlumberger y en Estados Unidos por Wenner, uno de los cuales es el utilizado en esta invención, son a los que denominamos métodos de resistividad eléctrica, estos métodos se basan en la introducción de corriente eléctrica directamente en el subsuelo, modificando el campo potencial del mismo que es medido por medio de un voltímetro permitiendo obtener los valores de resistividad eléctrica que los materiales ofrecen al paso de esta corriente.

En este sentido, los métodos geofísicos son técnicas complementarias, no destructivas, de bajo coste y de rápida aplicación para evaluar un gran número de problemas ambientales y de ingeniería. Dentro de estas técnicas, el método geofísico de tomografía eléctrica (TE) puede ser usado para estudiar el espesor y la extensión que cubren las diferentes capas del subsuelo, evaluar su grado de erosión, identificar grietas y distinguir rutas preferenciales de agua o drenajes.

A pesar de las ventajas que esta técnica lleva asociadas, mencionadas en el párrafo anterior, su potencial de utilización no ha sido desarrollado completamente, ya que actualmente en los estudios del subsuelo además de realizar los perfiles de tomografía eléctrica, que no siempre se llevan a cabo, se realizan sondeos mecánicos con el fin de evaluar las propiedades físico-químicas de las capas identificadas por la tomografía. Estos sondeos son caros de realizar, requieren mucho tiempo para su realización y, por lo tanto, los costes de personal son elevados, los equipos utilizados para realizarlos son pesados y a veces su utilización está limitada por no poder acceder a los lugares de estudio que dichos equipos pesados; además, su representatividad está cuestionada para grandes superficies ya que no se consigue información de la totalidad del subsuelo, únicamente de la zona seleccionada para el sondeo, por lo que se requiere un gran número de sondeos para asegurar dicha representatividad, y una vez efectuados estos sondeos se deben de tomar gran cantidad de muestras que representen la columna extraída en cada sondeo, transportar dichas muestras al laboratorio y realizar los análisis pertinentes, lo cual encarece aún más los costes de su utilización.

Las patentes ES2393716, US8461843 describen procedimientos para detectar anomalías en el subsuelo mediante el uso de la tomografía, pero en ningún caso se puede deducir de las mismas la configuración específica y necesaria de los perfiles de tomografía, ni el muestreo específico que se debe de realizar, ni el tratamiento de datos que se debe de llevar a cabo para poder estimar de forma cuantitativa propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos mediante el uso de la tomografía eléctrica.

Existe pues la necesidad de proporcionar un procedimiento para estimar las propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos que solvente los problemas descritos en el estado de la técnica.

Descripción de la invención El problema técnico que resuelve la presente invención es la determinación cuantitativa de las propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos de grandes extensiones y profundidades, sin necesidad de tomar gran número de muestras, tanto en superficie como en profundidad, para la caracterización de dichos suelos o residuos, ni por lo tanto tener que analizar en el laboratorio dichas muestras, con la consiguiente reducción de costes tanto de muestreo como de determinaciones analíticas, incluyendo reactivos, mano de obra y equipamientos.

Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la determinación cuantitativa de propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos que comprende las siguientes etapas:

− determinación de las resistividad del suelo o residuo sólido a evaluar mediante tomografía eléctrica, en al menos tres emplazamientos, que comprende el uso de electrodos metálicos (4) , separados entre ellos por una distancia comprendida de 25-35 cm e insertados en una cavidad circular para cada electrodo de 4-7 cm de profundidad y de 8-12 cm de diámetro;

− toma de muestras de suelo o residuo, que comprende al menos tres perforaciones o sondeos sobre cada uno de los perfiles de tomografía donde se toman al menos tres muestras (6) en cada uno de los sondeos, así como la toma de al menos tres muestras control (7) por perfil;

− determinación y cuantificación de las propiedades físico-químicas de las muestras obtenidas en la etapa anterior,

− obtención de la relación de las propiedades físico-químicas del suelo o residuo con los valores de resistividad obtenidos mediante tratamiento estadístico de los datos.

En una realización en particular de la presente invención, el electrodo es de 40-50 cm de longitud y se introduce en el suelo/residuo a 15-25 cm de profundidad.

En una realización en particular de la presente invención, la resistividad se determina con una humedad del suelo o residuo inferior al 15%.

En una realización en particular de la presente invención, la resistividad se determina al menos tres veces en cada uno de los perfiles de tomografía.

En una realización en particular de la presente invención, las perforaciones o sondeos se realizan a una profundidad de entre 80-100 cm

En una realización en particular de la presente invención, las muestras se obtienen a unas profundidades de 0-30 cm, 30-60 cm y 60-90 cm.

En una realización en particular de la presente invención, el tratamiento estadístico de los datos incluye el coeficiente de correlación de Spearman.

Cuando éste es significativo al 99%, se calculan las ecuaciones que relacionarán las propiedades fisicoquímicas de los suelos o residuos con los valores de resistividad, de tal forma que se determinan de forma cuantitativa las propiedades fisicoquímicas de otros emplazamientos de características semejantes en función de los valores de resistividad.

En una realización en particular de la presente invención, el procedimiento comprende una etapa de validación de las ecuaciones obtenidas, esta etapa comprende mediante el uso de los resultados geoquímicos de las muestras control y sus correspondientes valores de resistividad, lo que aportará la precisión de las ecuaciones obtenidas.

Descripción de las figuras FIG. 1. Muestra un esquema de disposición de los perfiles de tomografía eléctrica definidos en la primera etapa del proceso objeto de la presente invención.

FIG. 2. Muestra un esquema del proceso de toma de muestras empleado en la presente invención.

FIG. 3. Muestra un esquema de la barrena utilizada para la toma de muestras en la presente invención.

Descripción detallada de la invención En un ejemplo práctico de aplicación, el procedimiento descrito...

1. Procedimiento para la determinación cuantitativa de propiedades físico-químicas de suelos o residuos sólidos, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

− determinación de las resistividad del suelo o residuo sólido a evaluar mediante tomografía eléctrica, en al menos tres emplazamientos, que comprende el uso de electrodos metálicos (4) , separados entre ellos por una distancia comprendida d.

2. 35 cm e insertados en una cavidad circular para cada electrodo de 4-7 cm de profundidad y de 8-12 cm de diámetro;

− toma de muestras de suelo o residuo, que comprende al menos tres perforaciones o sondeos sobre cada uno de los perfiles de tomografía donde se toman al menos tres muestras (6) en cada uno de los sondeos, así como la toma de al menos tres muestras control (7) por perfil;

− determinación y cuantificación de las propiedades físico-químicas de las muestras obtenidas en la etapa anterior,

− obtención de la relación de las propiedades físico-químicas del suelo o residuo con los valores de resistividad obtenidos mediante tratamiento estadístico de los datos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que cada electrodo es d.

4. 50 cm de longitud y se introduce en el suelo/residuo a 15-25 cm de profundidad.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 – 2, donde la resistividad se determina con una humedad del suelo o residuo inferior al 15%.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la resistividad se determina al menos tres veces en cada uno de los perfiles de tomografía.

5. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores, donde las perforaciones o sondeos se realizan a una profundidad de entr.

8. 100 cm

6. Procedimiento según las reivindicaciones anteriores donde las muestras se obtienen a unas profundidades de 0-30 cm.

3. 60 cm .

6. 90 cm.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el tratamiento estadístico de los datos incluye el coeficiente de correlación de Spearman.

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3