Estimación de la distribución de los metales pesados asociados con el sedimento viario a partir del material en suspensión del aire

Resumen

Las superficies viarias representan sólo una pequeña parte del entorno urbano, no obstante el aumento de su área impermeable contribuye con significativas cargas de contaminantes durante los eventos de lluvia. Los sedimentos viarios acumulados en tiempo seco llevan consigo elementos metálicos que afectan a los recursos hídricos cuando son transportados por la escorrentía, y pueden afectar la calidad del aire del entorno cuando son suspendidos por el viento y la turbulencia inducida por el tráfico. La presente tesis tiene como objetivo principal desarrollar una metodología para la estimación de la distribución de los metales pesados asociados con el sedimento viario a partir de información del material en suspensión del aire. En las etapas de desarrollo y validación se seleccionaron las técnicas de aspirado y barrido en seco (SABS), y de barrido en seco (SBS) para realizar la caracterización metálica del sedimento viario. Se seleccionaron equipos manuales de alto volumen para realizar la caracterización metálica del material en suspensión (i.e. PM10 y PST). Los análisis de laboratorio realizados para caracterizar el sedimento viario fueron los siguientes: humedad, granulometría, prueba de lixiviación, extracción de elementos metálicos (agua regia) y determinación del contenido metálico (absorción atómica). Los resultados mostraron que la concentración metálica tendió a aumentar con la disminución del diámetro de la partícula (tendencias potencial y exponencial; R2 > 0,84 y 0,76, respectivamente). Desde el punto de vista de las fuentes móviles, los resultados sugirieron en las zonas de estudio que los principales generadores de metales pesados fueron las partículas desprendidas por el desgaste de las pastillas de los frenos, las llantas, el pavimento asfáltico, las partes móviles del motor y las fugas de aceite lubricante y grasa. Estas fuentes posiblemente estuvieron asociadas con tamaños de partícula inferiores a 125 µm. Las zonas con un mayor uso de la calzada, como línea de aparcamiento, mostraron las mayores concentraciones de metales pesados a pesar de haber presentado una menor densidad de tráfico. Por otro lado, a mayor tiempo de residencia del sedimento sobre la superficie viaria, mayor concentración metálica y menor diferencia en la concentración entre fracciones de tamaño. La cantidad de elementos metálicos asociados con el sedimento viario tendió a aumentar logarítmicamente con la disminución en la fracción de tamaño (R2 > 0,80). Desde el punto de vista del proceso ARIMA (i.e. modelos autorregresivos, integrados y de promedios móviles) se pudo observar que la serie temporal de la concentración de Pb asociada con el sedimento viario tuvo una memoria corta. Es decir, por ser un proceso autorregresivo de primer o segundo orden se evidenció que la concentración de Pb (i.e. el hoy) estuvo influenciada por la concentración del ayer o el anteayer. Adicionalmente, existió la posibilidad de representar la serie temporal de la concentración de Pb con un modelo ARIMA similar al de la carga viaria de PM10 (i.e. estructura temporal similar). Desde el punto de vista de la transferencia del impulso desde la carga viaria de PM10 hacia la concentración de Pb en el sedimento se pudo observar que no existió retardo (i.e. efecto inmediato). La anterior tendencia probablemente se debió a la localización de las estaciones de monitoreo de PM10 con respecto del bordillo de las superficies viarias de investigación (i.e. distancias inferiores a 194 m). Finalmente, los resultados sugirieron que en áreas cercanas a las vías, la relación temporal entre la carga de PM10 y la concentración de Pb asociada con el sedimento fue inmediata.