SALUD PÚBLICA POR EL USO DE PAVIMENTOS EN ÁREAS URBANAS: UNA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA MUNDIAL
ALEJANDRO DUQUE GIRALDO – CÓDIGO: 20101180016 LAURA CAMILA FORERO PINZÓN – CÓDIGO: 20101180020
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
SALUD PÚBLICA POR EL USO DE PAVIMENTOS EN ÁREAS URBANAS: UNA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA MUNDIAL
ALEJANDRO DUQUE GIRALDO LAURA CAMILA FORERO PINZÓN
MODALIDAD MONOGRAFÍA
DIRECTOR
CARLOS ALFONSO ZAFRA MEJÍA PhD. EN INGENIERÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C., COLOMBIA
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__________________________________ Firma del director del proyecto
__________________________________ Firma del jurado
__________________________________ Firma del jurado
A Myriam, por su fortaleza, y por brindarme su apoyo y acompañamiento en este proceso que decidí emprender hace algunos años. Todas sus enseñanzas me han sido y seguirán siendo útiles en cada nuevo proyecto que comience a lo largo de la vida. A mis padres y abuelos, mi motor.
Alejandro Duque Giraldo
Para Maribel, quien siempre me brindó su apoyo incondicional desde el primer día, y aún hoy sé que lo tendré por mucho tiempo más. Su amor y palabras de aliento me llevan a ser lo que soy ahora; A Pablo, por sus infinitas enseñanzas sobre la disciplina y el orden siempre.
Los autores de la presente investigación deseamos agradecer profundamente al profesor Carlos Alfonso Zafra Mejía, por su valiosa ayuda en el desarrollo del presente proyecto; su profesionalismo y precisión en cada detalle permitieron la culminación exitosa de la presente revisión bibliográfica; así mismo, agradecemos al profesor Néstor Ricardo Bernal Suárez por sus provechosos aportes y la ayuda que siempre brindó desinteresadamente.
Por otro lado, queremos expresar nuestros más sinceros agradecimientos a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas y a cada una de las personas que hacen parte de esa institución, por depositar en cada estudiante semillas de cambio, imprescindibles para el desarrollo del país.
INDICE DE TABLAS LISTA DE FIGURAS LISTA DE ECUACIONES ANEXOS
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 4
2. JUSTIFICACIÓN ... 7
3. OBJETIVOS ... 9
3.1. OBJETIVO GENERAL ... 9
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 9
4. MARCO TEÓRICO ... 10
4.1 ELEMENTOS CONCEPTUALES ... 10
4.1.1. PAVIMENTOS ... 10
4.1.2. PAVIMENTOS CON SUPERFICIE DE CONCRETO ASFÁLTICO ... 10
4.1.3. PAVIMENTOS RÍGIDOS O DE CONCRETO HIDRÁULICO ... 12
4.1.4. PAVIMENTOS PERMEABLES ... 13
4.2. METALES PESADOS EN ÁREAS URBANAS ... 14
4.3. ESCORRENTÍA VIAL... 14
4.4. CALIDAD DE AIRE ... 15
4.5. CONTAMINACIÓN DEL SUELO Y VEGETACIÓN VIAL ... 15
4.5. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y EFECTOS SOBRE LA SALUD PÚBLICA ... 17
4.6. METALES PESADOS Y EFECTOS SOBRE LA SALUD ... 18
4.7. TÉCNICAS Y MÉTODOS PARA LA FABRICACIÓN E INSTALACIÓN DE PAVIMENTOS ... 19
4.7.1. PAVIMENTOS ASFÁLTICOS ... 19
4.7.2. PAVIMENTOS RÍGIDOS O DE CONCRETO HIDRÁULICO ... 20
4.7.3. MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS PÉTREOS, CEMENTO, ADITIVOS Y DEMÁS COMPONENTES ... 21
4.9.1. MARCO NORMATIVO NACIONAL ... 25
4.9.2. MARCO NORMATIVO NACIONAL CON RESPECTO A CALIDAD DE AGUA Y AIRE ... 25
4.9.3. MARCO NORMATIVO INTERNACIONAL RELACIONADO CON LA CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS ... 26
5. MATERIALES Y MÉTODOS ... 27
5.1. SISTEMAS DE DETECCIÓN, CONSULTA Y SELECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ... 27
5.1.1. IDENTIFICACIÓN DEL CAMPO DE ESTUDIO Y DEL PERIODO A ANALIZAR ... 28
5.1. 2. SELECCIÓN DE LA FUENTE DE INFORMACIÓN ... 28
5.1.3. SISTEMAS DE DETECCIÓN, CONSULTA Y SELECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ... 28
5.1.4. GESTIÓN Y DEPURACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA BÚSQUEDA ... 33
5.1.5. DEPURACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS... 33
5.1.6. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ... 34
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 39
6.1. ANÁLISIS DEL MEDIO IMPACTADO POR LOS METALES PESADOS ... 39
6.1.1. EVALUACIÓN DEL MEDIO AGUA (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,844 - Q1) ... 40
6.1.1.1. ANÁLISIS DEL ORIGEN DE LOS METALES PESADOS ... 40
6.1.1.2. CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS POR USO DEL SUELO Y COMPARACIÓN LEGISLATIVA ... 41
6.1.1.3. VARIABILIDAD CONTINENTAL DE LAS CONCENTRACIONES DE METALES PESADOS ... 42
6.1.1.4. ANÁLISIS TEMPORAL DE LAS CONCENTRACIONES DE METALES PESADOS ... 45
6.1.2. EVALUACIÓN DEL MEDIO SUELO - SEDIMENTO VIAL (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,621-Q2) ... 55
6.1.2.1. EVALUACIÓN DEL ORIGEN DE LOS METALES PESADOS ... 55
6.1.2.2. CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS POR USO DEL SUELO Y COMPARACIÓN LEGISLATIVA ... 56
6.1.2.3. VARIABILIDAD CONTINENTAL DE LAS CONCENTRACIONES DE METALES PESADOS ... 58
6.1.3. EVALUACIÓN DEL MEDIO AIRE (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,599-Q2) ... 69
METALES PESADOS ... 70
6.2. ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN SEGÚN EL TIPO DE PAVIMENTO ... 75
6.2.1. EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO DE CONCRETO (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,547-Q2) ... 76
6.2.2. EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO DE ASFALTO (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,532-Q2) ... 77
6.2.3. EVALUACIÓN DEL PAVIMENTO PERMEABLE (ÍNDICE DE CITACIÓN: 0,433-Q3) ... 78
7. CONCLUSIONES ... 83
7.1. MEDIO AGUA ... 83
7.2. MEDIO SUELO – SEDIMENTO VIAL ... 84
7.3. MEDIO AIRE ... 86
7.4. TIPO DE PAVIMENTO ... 87
8. RECOMENDACIONES ... 88
9. BIBLIOGRAFÍA ... 88
Anexo 1. Matriz de proximidades del Dendrograma para las variables analizadas en la revisión bibliográfica ... 95
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Contaminantes primarios, efectos y causas
Tabla 2. Marco normativo nacional con respecto a calidad de agua y aire
Tabla 3. Marco normativo internacional relacionado con la concentración de metales pesados en suelos urbanos y agua
Tabla 4. Fases 1 y 2 de la metodología aplicada a la revisión bibliográfica
Tabla 5. Ejemplo de tabla de registro
Tabla 6. Coeficientes de correlación lineal de Pearson entre concentraciones de metales pesados en el medio agua (n = 132)
Tabla 9. Coeficientes de correlación lineal de Pearson entre concentraciones de metales pesados en el sedimento vial (n = 90)
Tabla 10. Comportamiento de las concentraciones de Pb, Cu, Cd, Cr y Zn en las regiones continentales de América del Sur, Asia y África
Tabla 11. Concentración promedio de Pb y Zn en Europa y marco normativo internacional relacionado con la concentración de metales pesados en suelos urbanos
Tabla 12. Concentración de metales pesados en suelos para diferentes usos
Tabla 13. Concentración de metales pesados (mg/kg) asociada con la fracción sólida del sedimento vial para diferentes usos del suelo
Tabla 14. Coeficientes de correlación lineal de Pearson entre concentraciones de metales pesados en el medio aire (n = 115)
Tabla 15. Rangos de variación de las concentraciones de Pb, Cu, Cd, Cr y Zn en el medio aire
Tabla 16. Concentración de metales pesados (ng/m3) en el aire para diferentes usos del suelo
Tabla 17. Metales pesados predominantes y secuencia de la fracción disuelta de la escorrentía vial según tipo de pavimento
Tabla 18. Metales pesados predominantes y secuencia de la fracción sólida de la escorrentía vial según tipo de pavimento
Tabla 19. Concentración de metales pesados en los medios agua y suelo para diferentes usos de suelo y tipos de pavimentos
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Perfil de pavimentos con superficie asfáltica y sus componentes
Figura 4. Fases del proceso de revisión bibliográfica
Figura 5. Etapas del proceso de análisis de la información
Figura 6. Dendrograma para las variables analizadas en la revisión bibliográfica
Figura 7. Variación de la concentración continental promedio de Cu en agua
Figura 8. Variación de la concentración continental promedio de Cd en agua
Figura 9. Variación de la concentración continental promedio de Pb en agua
Figura 10. Variación temporal de la concentración de Zn en los medios agua, aire y suelo, y en el sedimento vial
Figura 11. Variación temporal de la concentración de Pb en los medios agua, aire y suelo, y en el sedimento vial
Figura 12. Variación temporal de la concentración de Cu en los medios agua, aire y suelo, y en el sedimento vial
Figura 13. Variación temporal de la concentración de Cd en los medios agua, aire y suelo, y en el sedimento vial
Figura 14. Variación temporal de la concentración de Cr en los medios agua, aire y suelo, y en el sedimento vial
Figura 15. Variación de la concentración continental promedio de Pb en suelo
Figura 16. Variación de la concentración continental promedio de Cu en suelo
Figura 17. Variación de la concentración continental promedio de Cd en suelo
Figura 18. Variación de la concentración continental promedio de Cu en aire
Figura 19. Variación de la concentración continental promedio de Cd en aire
Ecuación 1. Coeficiente de escorrentía
Ecuación 2. Estandarización de las variables de concentración de los metales pesados Zn, Pb, Cu, Cd y Cr
ANEXOS
suspendidos por el viento y turbulencia del tráfico. Los resultados proveen información valiosa para establecer políticas de calidad del agua de la escorrentía y mecanismos eficaces para la limpieza de las vías en áreas urbanas.
1 INTRODUCCIÓN
Las superficies viales son sólo una pequeña parte del área urbana, sin embargo, el aumento progresivo de las áreas superficiales impermeables contribuye significativamente con el aporte de cargas contaminantes (p.ej. metales pesados) sobre los cuerpos de agua durante los eventos de lluvia (Ball et al., 1998). Al respecto, la escorrentía vial urbana ha sido identificada como la segunda causa más frecuente de contaminación de los cuerpos hídricos después de la agricultura. Así mismo, este tipo de contaminación es la más significativa en los corredores fluviales urbanos (WPCF, 1986).
En este sentido, se debe resaltar que los sedimentos depositados en las vías son una fuente significativa de metales y otros contaminantes en las superficies impermeables de los ambientes urbanos (Adachi y Tainosho, 2005). En consecuencia, autores como Zafra et al. (2012) sugieren la afectación del recurso hídrico y la calidad del aire a causa del transporte y suspensión de los sedimentos viales acumulados en tiempo seco. De acuerdo con estos autores, tales sedimentos llevan consigo elementos metálicos, los cuales por medio de la escorrentía vial afectan el recurso hídrico. Adicionalmente, la calidad del aire de los corredores viales se ve afectada cuando dichos sedimentos son suspendidos por el viento y la turbulencia que causa el tráfico vehicular.
Los contaminantes típicos que pueden encontrarse en aguas de escorrentía vial son: sólidos suspendidos, coliformes fecales, nutrientes, cloruros y metales pesados como Al, Pb, Cu y Zn (Tsihrintzis y Hamid, 1997). Estos contaminantes generan un considerable estrés físico, químico y biológico en las aguas receptoras, con el consecuente riesgo que esto representa para la vida acuática y la salud pública (Field et al., 1998). En este sentido, durante los eventos de precipitación la contaminación acumulada en la superficie vial en tiempo seco es lavada y arrastrada hacia la red de alcantarillado generando un impacto ambiental significativo sobre los medios acuáticos receptores (SDA, 2011).
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(HMA, por sus siglas en inglés). Dichas mezclas presentan como una de sus principales limitaciones el hecho de tener que ser fabricadas y construidas en plantas de asfalto (in situ) a elevadas temperaturas, generando la emisión de componentes volátiles a la atmósfera (Rondón et al., 2013).
La presente investigación tiene por objetivo la realización de una revisión bibliográfica mundial acerca de investigaciones relacionadas con la contaminación por metales pesados generada por la utilización de los diferentes tipos de pavimentos (i.e. asfálticos, concreto y permeables), y los efectos que producen sobre la salud pública. Para esto, se empleó una metodología de búsqueda sistemática de los estudios realizados a nivel mundial en los últimos veinte años (1995-2015). Las bases de datos utilizadas fueron Scopus, ScienceDirect y Google Scholar.
En la primera fase de la revisión bibliográfica se usaron las palabras Clave: “Pavement” y “Heavy Metals”, restringiendo la búsqueda al periodo comprendido entre los años de 1995 – 2015 y al contenido total de artículos científicos incluidos en las bases de datos seleccionadas. En esta fase fueron detectados 2074, 195 y 17000 documentos en las bases de datos ScienceDirect, Scopus y Google Scholar, respectivamente. En la segunda fase de revisión se incluyeron palabras clave adicionales asociadas temáticamente y reportadas por la base de datos Scopus. Adicionalmente, se desarrolló un índice que relacionó el número de documentos detectados en las fases 1 y 2 con el fin de establecer un orden de importancia para los factores implicados en la contaminación ambiental por el uso de pavimentos en áreas urbanas, a través del uso de cuartiles (Q). Finalmente, se seleccionó un total de 150 artículos científicos para la elaboración de la presente revisión bibliográfica.
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4 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A pesar de que las superficies viales son sólo una pequeña parte del área urbana, el aumento progresivo de las áreas superficiales impermeables debido a la expansión urbana y al aumento de la población en las ciudades, contribuye significativamente con el aporte de cargas contaminantes (p.ej. de metales pesados) sobre los cuerpos de agua durante los eventos de lluvia y escorrentía (Ball et al., 1998). Se conoce que sobre las superficies viales se pueden encontrar metales pesados, además de los contaminantes más comunes: aceites, polvo, arena, combustibles y sal. Zn y Pb son los metales pesados predominantes en las vías (Cole et al., 1984). Al respecto, Zafra et al. (2012) sugirieron la afectación del recurso hídrico a causa del transporte de sedimentos viales acumulados en tiempo seco. Los sedimentos llevaron consigo elementos metálicos, los cuales por medio de la escorrentía superficial fueron lavados hacia los cuerpos hídricos urbanos.
Por otro lado, la calidad del aire de los corredores viales se ve afectada cuando los sedimentos depositados en tiempo seco son suspendidos por el viento y la turbulencia que causa el tráfico vehicular (Imperato et al., 2003; Machado et al., 2008). Zafra et al. (2007) manifestaron que la generación de emisiones atmosféricas de vehículos, mobiliario urbano e industrias, y la corrosión de materiales cromados o galvanizados son algunas de las causas por las cuales pueden encontrarse metales sobre las superficies viales.
Adicionalmente, Lopera (2011) manifestó que el sector transporte es uno de los que más contaminación emite a la atmósfera, representando el 40% de las emisiones totales de dióxido de carbono (CO2) de origen energético y un 80% de las emisiones de monóxido de carbono
(CO). Por lo tanto, es la primera fuente de contaminación ambiental en el medio urbano. Cole et al. (1984) reportó que las concentraciones de contaminantes en las vías son generalmente superiores a los que ocurren en las áreas comerciales y residenciales.
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encuentra el material particulado. Este tipo de contaminación adquiere gran importancia debido al diámetro de partícula que lo caracteriza (i.e., potencialmente inhalable), pues parte de esta ingresa al tracto respiratorio de las personas produciendo daños en los tejidos y órganos que lo conforman, y sirviendo además como vehículo para virus y bacterias (SDA, 2011).
La ciudad de Bogotá presenta un alto grado de contaminación atmosférica debido a diversos factores como la producción industrial (fuentes fijas) y la movilización vehicular (fuentes móviles). En este sentido, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima a nivel mundial que más de 600 millones de personas están expuestas a una concentración de SO2 muy
superior a la que es considerada inofensiva, y la cantidad se eleva a más de 1000 millones si se considera la exposición a partículas suspendidas totales (PST, tamaño < 100 µm) superiores a los límites recomendados por la OMS (Weitzenfeld, 2012).
Desde el punto de vista de la salud pública, numerosas investigaciones realizadas alrededor del mundo han demostrado la correlación que existe entre la concentración de contaminantes atmosféricos (PM, NOx, SO2, CO y O3) y los efectos nocivos sobre la salud de las personas.
Los efectos incluyen una disminución en la función pulmonar, incremento en la hospitalización y consultas médicas por enfermedades respiratorias y cardiovasculares, incremento de la morbilidad respiratoria, y un aumento de la mortalidad por enfermedad cardiovascular (Muñoz et al., 2006).
Aproximadamente 76 millones de habitantes de América Latina se encuentran constantemente expuestos a niveles de partículas suspendidas totales (PST) superiores a las concentraciones máximas permisibles (CMP) establecidas por la OMS. A partir de los datos proporcionados por las estaciones de vigilancia de calidad de aire, se pudo establecer que debido a la contaminación el número de casos de tos crónica en niños menores de 15 años aumentó en tres millones, en 130.000 nuevos casos de bronquitis crónica en ancianos, y se cuantificó en 55 millones el número de jornadas laborales perdidas al año por adultos debido a enfermedades o afecciones respiratorias (Weitzenfeld, 2012).
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construidas a elevadas temperaturas in situ; causando con esto la emisión de componentes volátiles a la atmósfera (Rondón et al., 2013) y, por lo tanto, incidiendo en el deterioro de la salud pública de los trabajadores y residentes de áreas aledañas a las vías.
Finalmente, en la ciudad de Bogotá son escasas las investigaciones que analizan la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por la operación de los diferentes tipos de pavimentos. Lo anterior evidencia un vacío de conocimiento por parte de las instituciones encargadas del control de la contaminación y la gestión de la salud pública urbana.
A partir de la problemática expuesta surgieron las siguientes preguntas de investigación:
1. ¿La utilización de pavimentos genera impactos negativos sobre el ambiente urbano y produce alteraciones sobre la salud pública en los corredores viales a nivel mundial? 2. ¿Cuál es el tipo de pavimento que presenta las mayores ventajas desde el punto de
7 2. JUSTIFICACIÓN
La contaminación superficial por metales pesados debe constituir un tema de interés para la comunidad científica debido a las alteraciones que causan sobre los recursos hídricos, el suelo, la atmósfera y la salud pública (Essumang et al., 2006). Al respecto, la presente investigación se constituye en un punto de partida para la generación de normas y medidas de mitigación y control por parte de las autoridades ambientales, para regular la contaminación generada por los pavimentos en los corredores viales; la cual altera los ecosistemas aledaños en sus componentes biótico y abiótico.
A partir de lo anterior, es preciso desarrollar investigaciones en las que se evalúe la probable correlación entre la utilización de pavimentos y los efectos potenciales que pueden generar sobre la salud pública. Igualmente, se tendrá un punto de referencia para la formulación e implementación de normatividad por parte de las autoridades ambientales, para regular la contaminación generada por la utilización de pavimentos.
Adicionalmente, es fundamental desde el punto de vista de la calidad del aire y la salud pública realizar estudios que permitan evaluar si existe correlación entre las concentraciones de metales pesados en las particulas atmosféricas de los corredores viales y el sedimento acumulado sobre la superficie. Igualmente, se hace necesario identificar la posible causa de generación de metales pesados, reconociendo sí estos se generan principalmente a partir del desgaste del pavimento o del sedimento acumulado sobre la superficie de rodadura. Esto permitirá generar mecanismos de prevención y control de contaminantes, disminuyendo el impacto generado sobre la salud de la población de megaciudades como Bogotá D.C.
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Por otro lado, teniendo en cuenta que actualmente son escasos los estudios colombianos de revisión bibliográfica en los que se analice la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública por el uso de pavimentos en áreas urbanas, se hace necesario realizar este tipo de trabajos académicos con el fin de aumentar los conocimientos que se tienen al respecto; logrando así comprender mejor la problemática ambiental generada por la utilización de pavimentos. Esto facilitará la generación de medidas efectivas de prevención, mitigación y control ante los efectos provocados por la puesta en marcha de proyectos viales.
Adicionalmente, premitirá sugerir el tipo de pavimento que presenta las mejores ventajas desde el punto de vista ambiental y de la salud pública. Para lograr esto, los estudios de revisión bibliográfica deben identificar y analizar las limitaciones ambientales de los pavimentos. Por ejemplo, los pavimentos fabricados a partir de mezclas asfálticas en caliente generan emisiones atmosféricas de sus componentes volátiles debido a que deben ser fabricados en plantas de asfalto y construidos in situ a muy altas temperaturas.
La realización de estudios de este tipo genera beneficios institucionales para los entes de control como las secretarías de salud, para el establecimiento de límites reglamentarios de contaminación ambiental que mantengan niveles ambientales adecuados. Así mismo, se generan beneficios institucionales para organismos del orden nacional y departamental como el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, y las Corporaciones Autónomas Regionales de Colombia.
9 3. OBJETIVOS
3.1.OBJETIVO GENERAL
Realizar una revisión bibliográfica mundial de las investigaciones desarrolladas en corredores viales urbanos en los últimos veinte años (1995 – 2015), con el fin de evaluar la contaminación ambiental por metales pesados generada por la utilización de diferentes tipos de pavimentos y sus efectos sobre la salud pública.
3.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar los impactos causados sobre el recurso hídrico, el suelo y la calidad del aire debido a la utilización de diferentes tipos de pavimentos, reconociendo los que generan el mayor grado de contaminación.
Examinar en los documentos detectados argumentos que permitan la selección de un tipo de pavimento que presente ventajas desde el punto de vista ambiental y de la salud pública.
10 4. MARCO TEÓRICO
4.1ELEMENTOS CONCEPTUALES
4.1.1. PAVIMENTOS
Un pavimento puede definirse como la capa o conjunto de capas de materiales apropiados, comprendidas entre el nivel superior de las terracerías y la superficie de rodamiento, cuyas principales funciones son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y textura adecuados, resistente a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales; así como transmitir a las terracerías los esfuerzos impuestos por el tránsito (Rico, 2005). En otras palabras, un pavimento es una superficie artificial que actúa como revestimiento del suelo para conseguir condiciones de solidez y firmeza, según el uso al que se le destine (Trujillo, 2013). A continuación se describirán los tipos de pavimentos existentes con sus respectivas características y consideraciones generales.
4.1.2. PAVIMENTOS CON SUPERFICIE DE CONCRETO ASFÁLTICO
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Figura 1. Perfil de pavimentos con superficie asfáltica y sus componentes. Fuente: (Pontificia Universidad Católica de Chile, 2008)
Algunas de las ventajas de los pavimentos con superficie de concreto asfáltico son: i) El costo de construcción es menor comparado con el pavimento rígido, y con las nuevas tecnologías los pavimentos asfálticos requieren un mantenimiento mínimo; ii) por su color oscuro evita accidentes causados por reflejos y deslumbramientos; iii) es totalmente reciclable; iv) restaurar una vía en concreto hidráulico puede tardar días, mientras que restaurar una vía en concreto asfáltico tarda apenas unas pocas horas; v) la contaminación auditiva generada por el paso de un vehículo sobre una superficie de concreto asfáltico es nueve decibeles menor, en comparación con el paso del vehículo por una superficie de concreto hidráulico, lo que en volumen equivale a cuatro veces menos ruido; vi) el pavimento asfáltico ofrece suavidad en el rodamiento, lo cual permite ahorrar hasta un 4,5% en el consumo de combustible; y vii) las empresas fabricantes de pavimento asfáltico son cien por ciento colombianas, tributan y generan empleo en el país (ASOPAC, 2004).
La carpeta asfáltica es la capa superficial de un pavimento que proporciona el área de rodamiento para los vehículos, esta es elaborada con materiales pétreos y productos asfálticos. Los materiales pétreos para construir carpetas asfálticas son suelos inertes provenientes de playones de arroyos o ríos, de depósitos naturales; las características más relevantes que deben cumplir tales materiales para ser utilizados en carpetas asfálticas son: dureza, granulometría, adherencia con el asfalto y forma de partícula.
La carpeta asfáltica está conformada por una mezcla de cemento asfáltico, agregado grueso (piedra triturada de origen granítico), y agregado fino: arena y filler (Ministerio de Obras y Servicios Públicos, 2005), los cuales se caracterizan a continuación:
a) Cemento asfáltico: Utilizando una cantidad de 5 a 7% del total de la mezcla.
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una resistencia al desgaste superior al 35% y una durabilidad del 12% después de cinco ciclos con ataque de sulfato de sodio.
c) Agregado fino: Este material pasa por el tamiz No. 10, y está compuesto por una mezcla de arena natural y una de trituración, provenientes de rocas para agregado grueso y en mezcla con la arena natural en un 40% o más, sin arcilla y otros materiales extraños.
d) Filler: se usa cal (hidratada) y puede ser en polvo o cemento, y se debe presentar como polvo seco suelto y libre de terrones o agregaciones de partículas de cualquier origen (Ministerio de Obras y Servicios Públicos, 2005).
La cantidad de asfalto para una carpeta se considera como aquella cantidad que forma una membrana alrededor de las partículas, de un espesor que resista las diferentes condiciones meteorológicas y que no permita la oxidación del asfalto; sin embargo, no debe excederse en grosor, pues puede llegar a perder estabilidad y resistencia y, además, no permitiría el soporte de las cargas de los vehículos (Salazar, 1999).
4.1.3. PAVIMENTOS RÍGIDOS O DE CONCRETO HIDRÁULICO
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Figura 2. Perfil de los pavimentos rígidos y sus componentes. Fuente: (Pontificia Universidad Católica de Chile, 2008)
4.1.4. PAVIMENTOS PERMEABLES
Los pavimentos permeables se caracterizan por dejar pasar el agua a través de ellos mismos. Este tipo de pavimentos permiten que el agua se infiltre por el terreno o sea captada y retenida en capas subsuperficiales, para su posterior utilización o evacuación. Cuando el firme está compuesto por varias capas, todas ellas deben tener permeabilidades crecientes desde la superficie hacia el subsuelo. El modo de actuar de los pavimentos permeables es el siguiente: el agua atraviesa la superficie permeable (la cual actúa a modo de filtro) hasta la capa inferior que sirve de reserva, atenuando de esta manera los picos del flujo de escorrentía superficial. El agua que permanece en esa reserva puede ser conducida a otro lugar o infiltrada, si las características del terreno lo permiten. Las distintas capas permeables se caracterizan por retener partículas de diversos tamaños, aceites y grasas. Se está estudiando si algunos hidrocarburos retenidos pueden llegar a ser biodegradados (Drenaje Urbano Sostenible, s.f.). La capa de rodadura de los pavimentos permeables en concreto poroso está compuesta por una mezcla de agregados gruesos uniformemente gradados, cemento y agua (Castro, 2011).
14 4.2. METALES PESADOS EN ÁREAS URBANAS
El desarrollo del automóvil a principios de siglo estimuló un rápido desarrollo de las carreteras a nivel mundial. En Colombia, se dio inicio a la construcción de carreteras prácticamente hacia el año 1930, y la pavimentación de vías hacia 1945 (ASOPAC, 2004).
Colombia presenta una de las tasas de migración campo–ciudad más elevadas del mundo en los últimos cincuenta años. Esto ha sido consecuencia de la descomposición de las antiguas estructuras agrarias, su baja productividad y el desempleo (Garcés, 1972). Esta dinámica de flujo poblacional de la ciudad al campo ha estimulado y acelerado los procesos de urbanización, lo cual implica cambios en el área construida de las ciudades. Al respecto, la expansión de las áreas urbanas implica la transformación del paisaje, la extensión de la ciudad sobre áreas no urbanizadas, la densificación del espacio urbano y la ampliación de la superficie construida de la ciudad (Melo et al., 2005).
En este sentido, el acelerado proceso de urbanización genera la necesidad de garantizar el tránsito vehicular, lo cual implica necesariamente la construcción de vías, de las cuales más del 90% en el mundo, y más del 65% en Bogotá, fueron construidas empleando pavimentos asfálticos (ASOPAC, 2004); que se caracterizan por proporcionar superficies prácticamente impermeables debido principalmente a la necesidad de drenar el agua para evitar el deslizamiento de los vehículos. De esta manera, el aumento progresivo de las áreas superficiales impermeables ha venido contribuyendo significativamente con el aporte de cargas de contaminantes (p.ej. metales pesados) sobre los cuerpos de agua durante los eventos de lluvia (Ball et al., 1998).
4.3. ESCORRENTÍA VIAL
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del agua lluvia que cae sobre el pavimento es arrastrado hacia los sistemas de alcantarillado (MVU, 2005).
𝐶 =
𝑉𝑜𝑙.𝐸𝑠𝑐.𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑉𝑜𝑙. 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 (Ecuación 1)
4.4. CALIDAD DE AIRE
De acuerdo con la Ley 7/94 de protección Ambiental de Andalucía, se entiende por Calidad del Aire “la adecuación de niveles de contaminación atmosférica, cualesquiera que sean las causas que la produzcan, que garanticen que las materias o formas de energía, incluidos los posibles ruidos y vibraciones presentes en el aire que no impliquen molestia grave, riesgo o daño inmediato o diferido para las personas y los bienes de cualquier naturaleza” (Chaves, 1994). Las sustancias que se encuentran en la atmósfera tal como fueron emitidas se conocen como contaminantes primarios, mientras que aquellas que resultan de la interacción de contaminantes primarios se conocen como contaminantes secundarios. A continuación se presentan algunos contaminantes primarios, sus efectos sobre la salud y las principales fuentes (ver Tabla 1).
Tabla 1. Contaminantes primarios, efectos y causas (Molina, 2010).
Contaminante Efectos en la salud Principales fuentes
Monóxido de carbono Impide el transporte de oxígeno en la sangre, causa daños en el Sistema Nervioso Central (SNC)
y en el cardiovascular.
Uso de combustibles fósiles
Bióxido de azufre (SO2),
Trióxido de azufre (SO3)
Causa daños en el sistema cardiovascular y respiratorio
Combustión de carbón y petróleo que contienen azufre Bióxido de nitrógeno (NO2),
Monóxido de nitrógeno (NO)
Causa daños en el tracto respiratorio alto y bajo
Plantas generadoras de energía eléctrica y combustión a altas temperaturas de combustibles
fósiles Bióxido de carbono No existen pruebas de que sea
tóxico como contaminante.
Sobreutilización de combustibles fósiles y carbón
4.5. CONTAMINACIÓN DEL SUELO Y VEGETACIÓN VIAL
16
del uso del suelo (Arroyave et al., 2006). Al respecto, las actividades de transporte se clasifican dentro de las actividades degradadoras de suelos puesto que causan consecuencias negativas en las propiedades biológicas del suelo (i.e., disminución del contenido de materia orgánica), físicas (deterioro por compactación, disminución de la permeabilidad y la capacidad de retención de agua y aumento de la densidad aparente), y químicas (pérdida de nutrientes, acidificación, salinización, solidificación y aumento en la toxicidad) (FAO-PNUMA, 1983). Por otro lado, determinados niveles de metales pesados en el suelo pueden resultar tóxicos para la salud de las poblaciones humanas y los ecosistemas naturales, por lo que este grupo de elementos traza resulta de gran interés ambiental (Cruz, 2007).
Uno de los componentes más relevantes de las ciudades es el arbolado urbano, pues esta cobertura arbórea otorga una serie de servicios eco-sistémicos que van más allá del atractivo visual y estético (Ramos, 2012). Al respecto, la vegetación tiene la capacidad de filtrar el polvo atmosférico; este atributo varía en función de la especie y de las características morfo– anatómicas de la hoja (superficie expuesta y grado de pilosidad) (Dalmasso et al., 1997). Sin embargo, la alta concentración de contaminantes atmosféricos ejerce efectos adversos sobre el rendimiento fisiológico del arbolado y sobre algunos atributos químicos y físicos de las hojas, como la cantidad de antioxidantes, el contenido relativo del agua, la concentración de los pigmentos y la composición de lípidos (Ramos, 2012). Adicionalmente, el polvo atmosférico ejerce un efecto perjudicial sobre la vegetación, provocando obturación de estomas y reducción de la fotosíntesis y del crecimiento (Dalmasso et al., 1997).
En cuanto a la contaminación por metales pesados en las plantas, los elementos metálicos que con mayor probabilidad pueden ser tóxicos para estos organismos son Cu, Ni, Zn y posiblemente B. Otros metales como Cd, Pb o Hg pueden estar presentes en el suelo, pero sus concentraciones en general no son lo suficientemente altas como para tener un efecto adverso sobre el crecimiento de las plantas (Dalzell y Biddlestone, 1991).
17
que los suelos son un factor de contaminación debido a que su condición trae efectos a la salud humana, principalmente por la concentración de metales pesados. Así mismo, estos autores resaltaron que el conocimiento de la calidad del suelo y su relación con la salud pública y, su efecto y desarrollo sobre otros organismos como el caso de la vegetación es insuficiente o exiguo.
4.5.CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y EFECTOS SOBRE LA SALUD PÚBLICA
Dentro de las principales actividades productoras de contaminación atmosférica en las ciudades se encuentra el transporte. Cerca del 50% del total de emisiones de hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono producto de la utilización de combustibles fósiles provienen de los motores de diésel o bencina. En corredores viales de alto tráfico vehicular, el flujo automovilístico puede generar niveles de hasta el 90 y 95% del monóxido de carbono en el aire, de entre el 80 y 90% de los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos, del 80 a 90% del Pb en el aire, y de niveles semejantes del dióxido de carbono (CO2); de los
Componentes Orgánicos Volátiles (COV), de las partículas diésel y de los Clorofluorocarbonos (CFC), todos ellos con comprobadas y graves consecuencias sobre la salud humana y el ambiente (Figueroa y Reyes, 1996).
18
exposición a altas concentraciones de pequeñas partículas (PM10 y PM2,5) y el aumento de la
mortalidad o morbilidad diaria y a largo plazo (OMS, 2014).
4.6.METALES PESADOS Y EFECTOS SOBRE LA SALUD
Una de las definiciones clásicas del término Metal Pesado es la que declara que “Metal Pesado es todo metal que cuenta con una densidad mayor o igual a 6 g/cm3” (Bautista, 1999); sin embargo, Barceló y Poschenrieder (1990) utilizaron como índice un valor de densidad de 5 g/cm3 para clasificar el grupo de los metales pesados. Dentro del grupo de los elementos metálicos clasificados como Metales Pesados se encuentran elementos a los que hoy por hoy no se les ha identificado utilidad alguna en el desarrollo y metabolismo de los seres vivos, y que en cambio resultan tóxicos para la mayoría de ellos (i.e., Cd, Pb, Hg) (Barceló y Poschenrieder, 1989).
De este modo, el conocimiento de la composición química de las partículas que se encuentran presentes en el aire es de suma importancia, puesto que permite determinar el potencial efecto que sobre la salud humana pueden causar las sustancias tóxicas adheridas al material particulado (PM); que se caracteriza por presentar un tamaño muy pequeño (Piñeiro et al., 2003). Al respecto, Mohanraj et al. (2004) determinaron que entre el 75–90% de metales pesados como el Cu, Cd, Ni, Zn y Pb se encuentran en la fracción de material particulado menor o igual a 10 µm (PM10), y la fracción alveolar (0-1,1 µm) contiene entre
50–70% de esos metales.
19
Por su parte, la exposición al Cd puede producir una variedad de efectos adversos tanto en el humano como en los animales. Una vez absorbido se acumula en el organismo por tiempos largos. Dependiendo de la dosis, fuente y tipo de exposición puede dañar varios órganos como el hígado, riñón, pulmón, hueso, testículos y placenta (Martinez y Souza, 2013). Por otro lado, el Cu a pesar de ser un elemento esencial, puede conducir en algunos casos a efectos tóxicos que incluyen daños al hígado y daños en el sistema gastrointestinal. La excesiva acumulación de Cu en el hígado produce lo que se conoce como Enfermedad de Wilson, que es un extraño desorden del metabolismo del Cu (Fewtrell et al., 1996). Al respecto, la toxicidad bioquímica del Cu aparece cuando la concentración de este elemento metálico supera el control homeostático, causando efectos negativos en la estructura y función de varias biomoléculas (Sancha y Lira, 2002).
4.7.TÉCNICAS Y MÉTODOS PARA LA FABRICACIÓN E INSTALACIÓN DE PAVIMENTOS
4.7.1. PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Las mezclas asfálticas en caliente o Hot MixAsphalt (HMA, por sus siglas en inglés) se tipifican de esta manera porque tanto el agregado pétreo como el asfalto se calientan antes del mezclado. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues de otro modo estos materiales no podrían extenderse ni compactarse adecuadamente. El proceso para la fabricación del asfalto incluye dentro de los primeros pasos la inclusión de materiales como piedra grande, pequeña y arena en tolvas para someterlos a procesos de vibración. Posteriormente, se descargan en un horno rotativo con una llama alimentada por petróleo de una temperatura aproximada a 800 °C, en este proceso es donde se generan los gases contaminantes emitidos hacia la atmosfera (Universidad de Piura, 2011).
Adicionalmente, el proceso de fabricación de mezclas asfálticas en caliente conlleva a un gran consumo de combustibles fósiles y a un elevado porcentaje de emisión de contaminantes a la atmósfera como hidrocarburos policíclicos aromáticos, dióxido de nitrógeno (NO2),
20
Por otro lado, las mezclas asfálticas tibias o WarmMixAsphalt (WMA, por sus siglas en inglés) son un conjunto de tecnologías desarrolladas en Europa como respuesta a los gases de efecto invernadero. La National Asphalt Pavement Association (NAPA, por sus siglas en inglés) en cooperación con la Federal Highway Administration (FHWA, por sus siglas en inglés) introdujeron las WMA en el World Asphalt Show & Conference del 2004, en Nashville, Tennessee, como aporte a estos problemas ambientales.
El objetivo de estas tecnologías ambientales consiste en bajar las temperaturas de trabajo, principalmente de compactación. Para ello existen diferentes técnicas que pretenden reducir la viscosidad del ligante asfáltico con la utilización de aditivos orgánicos, asfaltos espumados, tecnologías con bases acuosas y uso de aditivos químicos (i.e. emulsiones) (Loría et al., 2001). La disminución de la temperatura genera beneficios como la disminución de costos, el descenso en la emisión de gases de efecto invernadero y la reducción en el consumo de energía (Reyes et al., 2013).
La mezcla asfáltica en frio con emulsión es producida con asfalto que ha sido emulsionado en agua antes de mezclarlo con el agregado; en este estado de emulsión, el asfalto es menos viscoso, y la mezcla es más fácil de trabajar y compactar. Comúnmente se usa como material para bacheo en rutas de bajo tránsito. Por su parte, la mezcla con asfalto rebajado es producida con asfalto que ha sido disuelto en keroseno u otra fracción más liviana de petróleo antes de mezclarlo con el agregado. Luego de que la mezcla es colocada, la fracción volátil se evapora. Este proceso tiene como resultado la contaminación del aire, por lo cual está prohibido en Estados Unidos, pero aceptado y usado en Europa y el resto del mundo, especialmente para el reciclado de pavimentos ya oxidados (Jimenez, 2008).
21 4.7.3. MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS
PÉTREOS, CEMENTO, ADITIVOS Y DEMÁS COMPONENTES
Los agregados pétreos serán producidos o suministrados en fracciones granulométricas diferenciadas, que serán acopiadas y manejadas por separado hasta su introducción en las tolvas de agregados; esto con el fin de evitar que se produzcan contaminaciones entre ellas. Cada fracción debe ser lo suficientemente homogénea y debe poderse acopiar y manejar sin peligro de segregación (INVIAS, 2002).
El cemento en sacos debe ser almacenado en lugares secos y aislados del suelo, en acopios de no más de 7 m de altura. El cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en sacos, o tres meses en silos, debe ser examinado por el interventor, con el fin de verificar si aún es viable su utilización.
Los aditivos deben ser protegidos de la intemperie y de todo tipo de sustancias que puedan contaminarlos. Los sacos de productos en polvo deben ser almacenados bajo cubierta, aplicando las mismas precauciones utilizadas en el almacenamiento del cemento. Los aditivos suministrados en estado líquido deben ser almacenados en recipientes estancos.
22
haya derretido en su totalidad, y esto será tenido en cuenta para la relación agua/material cementante (a/c).
4.7.4. PAVIMENTOS PERMEABLES
4.7.5. RECOMENDACIONES DURANTE LA CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO
Es recomendable mantener los sedimentos lejos del área de construcción, además de desviar o impedir la entrada de escorrentía al lugar de construcción, puesto que esta puede contener partículas contaminantes. Si estos aspectos no son tenidos en cuenta, la estructura puede colmatarse antes de tiempo, acortando su vida útil (Castro, 2011).
En el proceso constructivo de preparación de la subrasante es necesario asegurar que se obtenga el espesor requerido del pavimento en el lugar de construcción. En la medida de lo posible debe evitarse el tráfico fuera de la subrasante durante el periodo de construcción, pues esto genera sobre compactación del lugar, afectando de esta manera la permeabilidad del suelo (Vigil, 2012). Así mismo, se debe ser cuidadoso con el uso de maquinaria pesada, pues esta puede compactar la subrasante a medida que la transita, teniendo esto incidencia en la capacidad de infiltración de la misma (CIRIA, 2015).
El material de la sub-base debe ir incorporándose mediante capas de 10 cm, buscando alcanzar su máxima densidad mediante un compactador estático con 10 Ton, buscando no excederse pues se puede aplastar o triturar el material, generando partículas finas, lo cual modifica la relación de vacíos (CIRIA, 2007), teniendo esto incidencia en la permeabilidad del pavimento.
El 60% de la compactación debe realizarse utilizando rodillo estático, y el 40% restante con vibro compactador. Con el fin de obtener un nivel óptimo de compactación, el material debe estar húmedo (Castro, 2011).
23 4.8.EXPERIENCIAS EN AMÉRICA RELACIONADAS CON LA
SELECCIÓN DEL TIPO DE PAVIMENTO
Desde la Federación interamericana de Cementos se realiza una descripción de las metodologías en los Estados Unidos para la selección del tipo de pavimento; estas se presentan a continuación:
Missouri (MoDOT) : Dentro de la metodología que se utilizó en el año 2004 se publicó un reporte para la documentación del proceso de la historia del diseño de pavimento y del proceso de selección del mismo, empleando criterios como la comparación de diseños de pavimentos utilizando métodos mecanísticos y análisis de costos durante el ciclo de vida útil. Los periodos de diseño pueden ser extendidos a más de 35 años basados en un diseño con mayores expectativas de vida útil con pavimentos de concreto y flexibles especiales. Washington (WSDOT): Publicó en el año 2005 un protocolo de selección de tipo de
pavimento, para lo cual se sigue un proceso de tres pasos: i) análisis de diseño de pavimento, ii) análisis de costos durante el ciclo de vida útil, y iii) análisis ingenieril. Algunos de los criterios para la selección de pavimentos son la revisión de la calidad de la capa sub-rasante, análisis de tráfico, materiales, clima/drenaje y ambiente, y consideraciones de construcción. Se establece un periodo de análisis de 50 años para autopistas interestatales o arterias principales y uno de 20 años para arterias menores o colectores mayores. Se realiza un análisis de las dos alternativas viables: pavimento flexible y rígido.
Texas (TxDOT): En el año 2008 se desarrolló un nuevo procedimiento para el desarrollo de pavimentos equivalentes. Uno de los criterios para la selección de pavimentos es la utilización de análisis de costos durante el ciclo de vida útil, recomendando el uso por 30 años como periodo de análisis.
24
vida útil, iii) tasa de descuento del 4%, iv) demoras/desviaciones de tráfico, v) operación vehicular, y vi) costo de accidentes viales y utilización del software RealCost de la FHWA Colorado (CDOT): realiza un reporte publicado en el año 2006 que explica el uso
del análisis de costos durante el ciclo de vida para apoyar en la selección del tipo de pavimento. En este reporte se usa un periodo de análisis 40 años (Federación Interamericana de Cementos, Comité de Pavimentos, Videoconferencia, 2013).
Las actuales herramientas conocidas y utilizadas en el Perú, para el análisis de comportamiento de pavimento nos remiten a los modelos HDM del Banco Mundial, que incorporan submodelos de deterioro del pavimento. En tal sentido, fueron analizadas con los modelos HDM III y HDM4 (Highway Development & Management). Al respecto, el uso del modelo del HDM III, es de amplia y reconocida aplicación en el País e incorpora submodelos de deterioro para caminos no pavimentados (afirmados) y para caminos con pavimento flexible con superficie asfáltica; además, ha desarrollado programas específicos para verificar el comportamiento o deterioro de los pavimentos, DETOUR (Deterioration of Engineered Unpaved Roads) para afirmados y HDM-PRD (HDM Paved Roads Deterioration Model) para pavimentos flexibles con superficie asfáltica. Para seleccionar una estructura de pavimento, primero se efectúan diseños alternativos de pavimento nuevo, siguiendo la metodología AAHTO’93, y verificando su comportamiento para el periodo de diseño mediante el modelo de deterioro del HDM (Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 2013).
25 4.9.MARCO LEGAL
Teniendo en cuenta la importancia de comparar los niveles de metales pesados detectados en la elaboración del presente estudio con los niveles máximos permisibles dictados por la normatividad ambiental vigente, se presenta a continuación el marco normativo nacional relacionado con parámetros de calidad del aire, agua y suelo. Así mismo se presenta el marco normativo internacional relacionado con la concentración máxima permisible de metales pesados.
4.9.1. MARCO NORMATIVO NACIONAL 4.9.2. MARCO NORMATIVO NACIONAL CON
RESPECTO A CALIDAD DE AGUA Y AIRE
Tabla 2. Marco normativo nacional con respecto a calidad de agua y aire
MARCO NORMATIVO NACIONAL
CALIDAD DE AIRE
NORMA CONTEXTO
Decreto 948 de 1995
Se reglamenta la prevención y control de la contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire, donde se catalogan contaminantes de primer grado, aquellos que pueden causar cáncer, enfermedades agudas o defectos de nacimiento y mutaciones genéticas. Resolución
601 de 2006
Por la cual se establece la norma de calidad de aire o nivel de inmisión para todo el territorio nacional en condiciones de referencia.
Resolución 610 de 2010
En la cual se modifica la resolución 601 de 2006, en cuanto a términos de referencia, y los niveles máximos permisibles para contaminantes.
Resolución 6982 de 2011
Por la cual se expiden las normas sobre prevención y control de la contaminación atmosférica por fuentes fijas y protección de la calidad del aire.
CALIDAD DE AGUA
Decreto 1575 de 2007
Por medio de este decreto se establece el sistema para la protección y control de la calidad del agua, con el fin de monitorear, controlar y prevenir los riesgos para la salud humana
causados por su consumo, sin incluir el agua envasada. Resolución
2115 de 2007
Esta resolución señala características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano y se reglamentan los
niveles máximos permisibles de elementos metálicos como el Cu y Pb. Decreto 1594
de 1984
26 4.9.3. MARCO NORMATIVO INTERNACIONAL RELACIONADO
CON LA CONCENTRACIÓN DE METALES PESADOS
Tabla 3. Marco normativo internacional relacionado con la concentración de metales pesados en suelos urbanos y agua
Marco normativo internacional relacionado con la concentración de metales pesados para suelos urbanos
País Normativa Metales pesados (mg/Kg)
Pb Zn Ni Cr Cu
Venezuela Gaceta oficial Venezolana vigente, Decreto 2.635 (1998)
150 300 -- 300 _
Turquía1 Regulación y control de
contaminación del suelo de Turquía (TSPCR)
150 50 100 250 _
Estados Unidos2
Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos
(EPA)
1-15 11-25 2-10 0,1-1 _
Italia3 Ministerio de Ambiente Italiano
(suelo urbano)
100 150 -- -- _
Colombia4 Resolución 2115 de 2007 0,01 _ _ _ 1,0
México5 Norma Oficial Mexicana
NOM-127-SSA1 (1994)
0,025 _ _ _ 2,0
Estados Unidos6
Estándares del Reglamento Nacional Primario de Agua
Potable
0 _ _ _ 1,3
Argentina7 Normas de calidad y límites
permisibles de agua potable
0,05 _ _ _ 1,0
Salvador8 Norma Salvadoreña obligatoria
NSO 13.07.01:08
0,01 _ _ _ 1,3
27 5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1.SISTEMAS DE DETECCIÓN, CONSULTA Y SELECCIÓN DE LA INFORMACIÓN
Se empleó una metodología para la realización de búsquedas sistemáticas de bibliografía descrita por Medina et al. (2010), en la cual se detallan las diferentes fases que son necesarias para desarrollar este proceso. En esta metodología se estableció un documento de ruta en el que se especificaron las actividades realizadas y los resultados de cada una de las fases, lo cual fue fundamental para tener información del proceso ejecutado (ver Figura 4).
Figura 4. Fases del proceso de revisión bibliográfica
Fuente: (Medina et al., 2010)
1. Identificación del campo de estudio y periodo a analizar
2. Selección de la fuente de información
3. Sistemas de detección, consulta y selección de la información
4. Sintaxis de la estrategia de búsqueda
28 5.1.1. IDENTIFICACIÓN DEL CAMPO DE ESTUDIO Y DEL PERIODO A
ANALIZAR
La primera actividad a realizar fue la identificación del campo de estudio que se buscó analizar, lo cual derivó en la detección del problema de investigación, los objetivos generales y específicos, y el marco teórico.
Para el estudio que se realizó se estableció que el campo de estudio sería el análisis de la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública por el uso de pavimentos en áreas urbanas. También se definieron límites temporales teniendo en cuenta que se quería conocer el estado del arte actual, estableciendo así un periodo de 20 años. Lo anterior debido al carácter dinámico de los conceptos tratados, y para conocer tanto la evolución de la temática que se iba a tratar, como el avance de las diferentes técnicas y estudios relacionados.
5.1.2. SELECCIÓN DE LA FUENTE DE INFORMACIÓN
Se empleó una metodología de búsqueda sistemática de los estudios realizados a nivel mundial durante los últimos veinte años, acerca de la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública por el uso de diferentes tipos de pavimentos en las áreas urbanas. Las bases de datos utilizadas para detectar los documentos fueron: Google Académico, ScienceDirect y Scopus.
5.1.3. SISTEMAS DE DETECCIÓN, CONSULTA Y SELECCIÓN DE LA INFORMACIÓN
Se asumió que los aspectos más importantes relacionados con un tema como la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos, serán más frecuentemente citados o estudiados y reportados en bases de datos científicas; de esta manera en el presente trabajo investigativo se estimó la importancia de tales aspectos a través de la frecuencia de citación en los artículos científicos. A pesar de que esta suposición no es necesariamente cierta, fue usada en la presente investigación como línea directriz.
29
utilizados para la realización de la presente revisión bibliográfica fue el suelo, el cual estuvo referenciado en 74 de las 115 unidades experimentales (documentos) analizadas en el presente estudio. Por su parte, los medios aire y agua ocuparon el segundo y tercer lugar, con 21 y 20 unidades experimentales analizadas, respectivamente. Al respecto, se pudo evidenciar que el suelo fue el medio más reportado por su contaminación por metales pesados (64,3%), en comparación con aire (18,3%) y agua (17,4%).
Es importante resaltar, que cuando la contaminación por metales pesados en áreas urbanas impactó el suelo las concentraciones de estos contaminantes se registraron en mg/kg. De esta manera, cuando se detectaron artículos que reportaron contaminación por metales pesados en la fracción sólida del sedimento vial (mg/kg), esa información fue incluida en el apartado de contaminación del suelo. Esto hizo que el medio suelo fuera el que contara con el mayor porcentaje de artículos en la presente investigación bibliográfica. Por otro lado, cuando los artículos reportaron contaminación por metales pesados en la fracción disuelta del sedimento vial (µg/L), dicha información fue incluida en el apartado de contaminación del medio agua.
Las bases de datos ScienceDirect, Scopus y Google Scholar fueron empleadas para establecer un orden de relevancia de los elementos relacionados con la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos en áreas urbanas. Esto se hizo con el objetivo de realizar un conteo de los artículos científicos relacionados con la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos en áreas urbanas, teniendo en cuenta especialmente la contaminación ambiental generada por la presencia de metales pesados asociada con el sedimento de rodadura, y en consecuencia, con los suelos y la escorrentía superficial urbana. En la primera fase de la revisión bibliográfica (Fase 1) las siguientes palabras clave fueron utilizadas: (i)“Pavement” y (ii) “Heavy Metals”. La búsqueda fue restringida al periodo comprendido entre los años de 1995 – 2015 y al contenido total de artículos científicos incluidos en las bases de datos usadas1. En esta primera fase fueron detectados 2.074, 195 y 17.000 documentos en las bases de datos ScienceDirect, Scopus y Google Scholar, respectivamente.
1 Se definió como uno de los criterios de exclusión en la etapa de consecución de material bibliográfico, la
30
Una segunda fase (Fase 2) de la revisión bibliográfica consistió en incluir palabras clave adicionales temáticamente asociadas y reportadas por Scopus. Se encontró un total de 160 palabras clave relacionadas con el tema de estudio, las cuales fueron agrupadas en tres categorías (Environmental Pollution, Pavements, y Phisical Medium). Posteriormente, fue seleccionado un grupo de palabras clave de cada categoría con base en dos criterios: (i) Mayor frecuencia de citación en artículos científicos, y (ii) relevancia para el objeto de estudio de la presente revisión bibliográfica. Al respecto, para la selección de la cantidad de artículos a analizar para la realización de la presente investigación se tomó cada una de las palabras clave de cada categoría, y sobre una base de 50 artículos se calculó un promedio ponderado en función de la relevancia de cada palabra clave; buscando analizar una cantidad de artículos científicos suficiente para que el contenido de la presente investigación fuese apropiado para solucionar las preguntas de investigación planteadas inicialmente.
Adicionalmente, en esa segunda fase de la revisión bibliográfica se construyó un índice que relacionó el número de documentos en la segunda y primera fase de la metodología propuesta (frecuencia de citación en artículos científicos). Esto fue hecho con el propósito de establecer un orden de importancia a través del uso de cuartiles (Q) para los elementos relacionados con la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos en áreas urbanas. El índice presentó una variación entre 0 y 1. La Tabla 4 presenta el índice y el orden de importancia calculado para los elementos relacionados con la contaminación ambiental y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos en áreas urbanas, identificados a partir de la propuesta metodológica utilizada (e.g. Pollution, 974 documentos detectados en la fase 2 y 2074 documentos detectados en la Fase 1, Índice = 974/2074 = 0,47). Como puede verse, los estudios más frecuentemente hacen referencia a Water (Q1-0,844), Pollution (Q2-0,638), Soils (Q2-0,621) y Air (Q2-0,599); siendo estos los elementos dominantes relacionados con la contaminación y los efectos sobre la salud pública causados por el uso de pavimentos en áreas urbanas.
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documentos para la elaboración de la presente revisión bibliográfica. Para la construcción de cada sección (factores relacionados) el siguiente número de documentos fue seleccionado: Water (26), Air (20), Soils (18), Traffic emission (6), Porous pavement (7), Construction materials (18), Concrete (14), Asphalt (10), Particulate matter (7), Recycling (11), Pollution (13). En los casos en que se encontraba el mismo artículo científico en dos secciones, se procedió a recolectar el siguiente documento detectado en función de su relevancia (frecuencia de citación).
Para la construcción de cada sección (medios impactados) el siguiente número de documentos fue seleccionado: agua (36), suelo (44), aire (26) y sedimento vial (30). En algunos casos por el tema, el mismo artículo fue incluido en dos secciones.
32 Tabla 4. Fases 1 y 2 de la metodología aplicada a la revisión bibliográfica
F A S E Keywords (Palabras clave)
Database (Base de datos) Average index
(Índice promedio) Average quartile (Cuartil promedio) Quartile variation (Variación entre cuartiles)
ScienceDirect Scopus Google Scholar
Documents Detected (Documentos detectados) Index (Índice) Documents Detected (Documentos detectados) Index (Índice) Documents Detected (Documentos detectados) Index (Índice)
1 Pavement and Heavy Metals (Pavimento y metales pesados)
2074 1.000 195 1.000 17000 1.000
2 Pollution (Contaminación)
974 0,47 98 0,502 16000 0,941 0,638 Q2 Q3, Q2, Q1
Recycling (Reciclaje) 759 0,374 29 0,149 15500 0,912 0,478 Q3 Q3, Q4, Q1
Traffic Emission (Emisiones del tráfico)
449 0,216 16 0,082 15900 0,935 0,411 Q3 Q4, Q4, Q1
Particulate Matter (Material Particulado)
497 0,24 13 0,067 16200 0,953 0,420 Q3 Q4, Q4, Q1
Asphalt (Asfalto) 702 0,338 63 0,323 15900 0,935 0,532 Q2 Q3, Q3, Q1
Construction Materials (Materiales de construcción)
1298 0,626 45 0,231 16000 0,941 0,599 Q2 Q2, Q4, Q2
Concrete (Concreto) 1033 0,498 45 0,231 15500 0,912 0,547 Q2 Q3, Q4, Q1
Porous Pavement (Pavimento poroso)
534 0,257 23 0,118 15700 0,923 0,433 Q3 Q3, Q4, Q1
Soils (Suelos) 1288 0,621 63 0,323 15600 0,918 0,621 Q2 Q2, Q3, Q1
Water (Agua) 1882 0,907 128 0,656 16500 0,97 0,844 Q1 Q1, Q2, Q1
33 5.1.4. GESTIÓN Y DEPURACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA
BÚSQUEDA
Se realizó una revisión preliminar de los documentos detectados explorando las palabras clave, el título, abstract, metodología y resultados de cada documento, para poder comprobar si era de interés o no para la investigación. Así mismo, se incluyó en el documento de ruta un registro de los resultados obtenidos de todas las estrategias de búsqueda que se iban ejecutando, para poder revisar posteriormente (en caso de ser necesario) las búsquedas que se hicieron junto con la fecha y la base de datos consultada. También se registró la cantidad de artículos obtenidos y los que realmente quedaron tras aplicar los criterios de selección (Ver tabla 5).
Tabla 5. Ejemplo de tabla de registro
FECHA
ESTRATEGIA DE
BUSQUEDA ARTICULO COMENTARIOS
UBICACIÓN DE
ARCHIVOS CATEGORIA
10/02/2 016
pavement AND heavy metals AND pollution
Chemical speciation, human health risk assessment and pollution level of selected heavy metals in urban street dust of shiraz
Iran -
D:\Universidad\TES IS\ScienceDirect\P OLLUTION SELECCIONADO 10/02/2 016
pavement AND heavy metals AND pollution
Bioaccumulation and translocation of heavy metals by Plantago major L grown in contaminated soils under the effect of traffic
pollution -
D:\Universidad\TES IS\ScienceDirect\P OLLUTION SELECCIONADO 10/02/2 016
pavement AND heavy metals AND pollution
Pollution of Aquatic Ecosystems II Hydrocarbons, Synthetic Organics, Radionuclides, Heavy Metals, Acids, and
Thermal Pollution
NO SE TIENE EL ACCESO COMPLETO AL PDF,
SOLO ABSTRACT D:\Universidad\TES IS\ScienceDirect\P OLLUTION DUDOSO 10/02/2 016
pavement AND heavy metals AND pollution
Leaching of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons from reclaimed
asphalt pavement -
D:\Universidad\TES IS\ScienceDirect\P OLLUTION SELECCIONADO 10/02/2 016
pavement AND heavy metals AND pollution
Biodegradation of waste motor oil by Nostoc hatei strain TISTR 8405 in water containing heavy metals and nutrients
as co-contaminants -
RECHAZADO
5.1.5. DEPURACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS
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bibliografía anteriormente mencionada se dedicó un campo para clasificar los trabajos en una de las siguientes categorías: (a) seleccionado, (b) falso positivo, (c) falso negativo y (d) dudoso. El proceso de depuración de la búsqueda realizada se desarrolló en tres etapas, siguiendo el orden que se indica a continuación: a. Clasificación de las referencias encontradas, b. Análisis de falsos positivos, y c. Identificación y análisis de falsos negativos. A continuación se describen las etapas.
A. CLASIFICACIÓN DE LAS REFERENCIAS ENCONTRADAS
Se determinó si cada una de las referencias identificadas era realmente de interés para el objeto de estudio de la investigación; en este sentido, se revisó el título, las palabras clave y el resumen de cada trabajo identificado y con esta información se procedió a clasificarlo en una de las siguientes categorías:
Seleccionado: el trabajo sí resultó de interés para la investigación.
Falso positivo: el trabajo fue seleccionado atendiendo a la estrategia de búsqueda establecida; sin embargo, no resultó ser de interés para la investigación.
Dudoso: no quedó claro para si el trabajo era o no de interés para la investigación, por lo cual fue necesario realizar un análisis más detenido del mismo para su clasificación.
Una vez clasificados los dudosos y descontados los falsos positivos de los resultados de la búsqueda, se dispuso de los que a priori fueron los trabajos que resultaron ser de interés para el desarrollo de la investigación.
5.1.6. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Dentro del análisis de la información contenida en los documentos científicos seleccionados para desarrollar la presente investigación se consideraron las siguientes etapas las cuales se ilustran en la figura 5.
a) Análisis del medio impactado.
b) Análisis del tipo de pavimento reportado.
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d) Análisis de correlación lineal de Pearson entre metales pesados.
e) Análisis de la variación en las concentraciones de metales pesados por uso del suelo.
f) Análisis de la variación geográfica (continental) de la concentración.
g) Análisis de la carga contaminante por tipo de pavimento.
h) Análisis temporal de la variación en las concentraciones contaminantes.
A continuación se hará la descripción de cada una de ellas
Figura 5. Etapas del proceso de análisis de la información
a) Análisis del medio impactado
