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1 OBRAS DE RECUPERACIÓN DE SUELOS Y RECARGA DE ACUÍFEROS F. ALBERTO LLERENA V.- BENJAMÍN SÁNCHEZ B.

2 Dimensión del problema La solución de éstos graves problemas de degradación y erosión, por su magnitud e importancia representan una tarea muy difícil tanto para el Estado como para la sociedad civil, dado que las acciones de conservación, remediación y mitigación requieren de grandes sumas de recursos financieros, así como de una mayor voluntad política, de una decidida intervención de las autoridades y una mayor participación de toda la sociedad.

3 Objetivos de las obras de recuperación y recarga de acuíferos Recuperar, rehabilitar y acondicionar áreas degradadas para reincorporarlas a actividades productivas con diversos fines (forestales, agropecuarios, turísticos o de recreación, etc.), mediante el mejoramiento de las condiciones físicas, químicas y de fertilidad de los suelos, así como con la cosecha del agua Controlar la erosión, reducir la producción de sedimentos y su arrastre hacia los cauces, cuerpos de agua y partes bajas de las cuencas Reestablecer el equilibrio hidrológico para reducir el peligro de d desbordamientos e inundaciones,, mediante la intercepción y captación de los escurrimientos, la reducción de su velocidad y su aprovechamiento, creando condiciones que favorezcan la recarga de acuíferos Reestablecer ecosistemas que protejan el suelo,, que coadyuven a la calidad de los recursos naturales en general y del medio ambiente, a través de los servicios ambientales que proporcionan

4 Tipos de obra o práctica mecánica 1. Sistema zanja bordo: Zanjas discontinuas trinchera continuas o Tinas ciegas 2. Terrazas de absorción y/o canal 3. Presas para el control de azolves 4. Pozos de absorción

5 1. Sistema Zanja Bordo Consisten en el afloje, excavación o extracción y remoción de suelo realizado a cielo abierto, en áreas previamente localizadas y trazadas a curvas de nivel. Son obras o prácticas mecánicas que se utilizan preferentemente para recuperación de suelos, aunque también se pueden utilizar como obras de conservación.

6 Sistema zanja bordo

7 Zanja trinchera

8 Tina ciega

9 Objetivo de las Zanja Bordo Romper y acondicionar suelos degradados para facilitar el establecimiento de plantaciones forestales, especialmente en aquellos con presencia de duripanes (tepetates) Interceptar los escurrimientos para controlar y reducir su velocidad Captar agua, almacenarla y propiciar su infiltración en el suelo, para su uso por los cultivos forestales o las plantas, así como para la recarga de acuíferos Disminuir la erosión del suelo e interceptar sedimentos Formar suelos y mejorar su calidad Fungir como una pequeña brecha corta fuego que aminore el avance de los incendios

10 Adaptabilidad Suelo. En cualquier tipo de suelo que no tenga más del 50% de piedra superficial y preferentemente con más de 40 centímetros de profundidad. Pendiente. En zonas con pendientes mayores a 15% Clima. Se adaptan a cualquier clima y época del año. Cobertura vegetal. En zonas con porcentajes de cobertura de entre 10 y 45%, en donde no se recomiendan las terrazas o el subsoleo directo.

11 Ventajas adicionales Son trabajos que utilizan una gran cantidad de mano de obra fomentando el empleo temporal regional. ZANJA TRINCHERA PENDIENTE RELLENO PRODUCTO DE LA EXCAVACIÓN TERRENO NATURAL

12 Procedimientos para el diseño del sistema Zanja Bordo y Zanjas trinchera Medir la Pendiente media del terreno(p o s) Determinar el Coeficiente de escurrimiento (C)( Estimar los Intervalos o espaciamientos entre zanjas (Vertical IV y Horizontal IH) Determinar la Capacidad de almacenamiento, para una lluvia máxima en 24 horas con un periodo de retorno de 5 años (A)( Determinar las Dimensiones Calcular el número de zanjas por hectárea Calcular los volúmenes de excavación

13 PROCEDIMIENTO PARA SU DISEÑO, TRAZO Y CONSTRUCCIÓN 1. Determinar la pendiente media en campo con nivel de caballete, nivel de manguera, nivel de mano, plancheta, nivel montado o tránsito. 2. Utilizando los datos de uso actual del suelo y de su textura recabados en campo, así como con los de la pendiente, se procede a determinar el coeficiente de escurrimiento C (cuadro Pag 529 del MCONSA del CP) Por ejemplo, para una zona Textura del suelo Topografía / Vegetación cuyas características son: Bosque Gruesa Media Fina Plano (0-5 % pendiente) Ondulado(5-10% pendiente) Escarpado(10-40% pendiente) Pastizal Plano (0-5 % pendiente) Ondulado (5-10 % pendiente) Escarpado (10-40 % pendiente) Terreno cultivado o denudado Plano (0-5 % pendiente) Ondulado (5-10 % pendiente) escarpado (10-40 % pendiente) Pendiente (s) = % Uso actual = Bosque de pino Textura del suelo = Arcillolimoso (textura media) Entrando al cuadro, el coeficiente de escurrimiento C = 0.52

14 3. Espaciamientos entre zanjas o bordos. a. Intervalo Vertical (IV). Define el espaciamiento entre las zanjas trinchera, utilizando su diferencia de niveles o cotas: IV = 2 P o ( 0.305) IV = Intervalo Vertical (m) IH = Intervalo Horizontal (m) P = Pendiente del terreno (%) 3 = Factor para áreas con menos de 1,200 mm de lluvia al año 4 = Factor para precipitaciones mayores de 1,200 mm = Factor de conversión de pies a metros Siguiendo con el ejemplo cuya pendiente es de 16.25% resulta lo siguiente: IV = ( /3) x = 2.26 m

15 b. Intervalo Horizontal (IH). Define la distancia entre líneas de zanjas trincheras: IH IV = P *100 IV = Intervalo Vertical (m) IH = Intervalo Horizontal (m) P = Pendiente del terreno (%) 3 = Factor para áreas con menos de 1,200 mm de lluvia al año 4 = Factor para precipitaciones mayores de 1,200 mm = Factor de conversión de pies a metros Continuando con el ejemplo cuyo intervalo vertical es de 2.26 m, resulta lo siguiente: IH = ( ) x 100 = m

16 El espaciamiento se puede determinar entrando al cuadro con pendiente (s) 16.25% y una precipitación de mas de 1200 mm se tiene: IV = 2.24 IH = Precipitación S % Intervalo vertical Intervalo horizontal < 1,200 > 1,200 < 1,200 > 1,

17 4. Capacidad de almacenamiento. Es el volumen de agua que una zanja trinchera puede retener, en función de las características de construcción de la zanja y se calcula mediante la siguiente ecuación: A = E x C x L x 10 A = Capacidad de almacenamiento (litros( por metro lineal o l/m); E = Espaciamiento o intervalo horizontal entre zanja (m) o IH; C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional); L = Lluvia máxima en 24 horas (cm); 10 es el factor de ajuste de unidades. La lluvia máxima se puede obtener de la interpolación, previa ubicación del área de estudio, en el plano 1 del apéndice III del MCSA del CP. Para el ejemplo se tienen como datos: Lluvia máxima en 24 hr = 7.5 cm Coeficiente de escurrimiento = 0.5 Intervalo Horizontal = m A = 7.5 x 0.5 x x 10 = l/m

18 5.. Dimensiones S (%) H (cm) B (cm) Hc (cm) p (cm) A (l/m lineal) ,002 1, , , Para conocer las dimensiones de la zanja bordo se entra con pendiente del terreno y se busca que la capacidad de almacenamineto calculada sea menor a la de diseño ,039 1,059 1, Con la pendiente del 15%, se selecciona la capacidad de almacenamiento 695 l/m, que es mayor que la de diseño y con ello se obtiene una altura de corte (Hc) de 45 cm y un ancho de plantilla (P) de 60 cm. Para el bordo, se obtiene la altura (H) con un valor de 45 cm y una base (B) de 90 cm

19 6. Número de zanjas por hectárea El número de zanjas por ha, se determina dividiendo el valor de 100 (que corresponde a lo largo unitario en una hectárea), entre el Intervalo Horizontal (IH), que para el ejemplo que corresponde a 14 m, daría 7.14 líneas que para fines prácticos serían Volúmenes de excavación por hectárea Dado que el volumen de excavación por metro lineal de una zanja de 60 cm de ancho y 45 de profundidad resulta de 0.27 m 3, que corresponde a un volumen de 27 m 3 en cada línea de 100 m, entonces el volumen total por hectárea da un valor de 189 m 3.

20 TINAS CIEGAS Son una variación del Sistema zanja bordo y consiste en interrumpir la continuidad de la construcción de las zanjas, dejando un tramo ciego cuyo valor o distancia depende de las condiciones de escurrimiento de la zona en cuestión. Las tinas ciegas se construyen de manera discontinua sobre una curva a nivel y en forma perpendicular a la pendiente del terreno. Se procura que la proyección del tramo de cada tina de una línea coincida con el tramo ciego de la tina de siguiente curva de nivel o línea. Se recomienda que la longitud de la tina ciega varíe entre 2 y 5 m. Generalmente la separación entre tinas es igual al valor de la longitud l de la zanja tipo seleccionada, pero depende del escurrimiento

21 Recomendaciones para su uso En regiones áridas o semiáridas donde la precipitación no es muy alta. En suelos con alta permeabilidad relativa. En laderas despobladas de una cuenca hidrográfica en donde se proyecta hacer una reforestación. En zonas donde se pretenda rehabilitar y que la cobertura vegetal existente dificulte la construcción de zanjas trinchera, así como el uso de maquinaria pesada. Para el desarrollo de huertos en terrenos de ladera.

22 Diseño de Tinas Ciegas Se determina el escurrimiento medio para calcular el espaciamiento entre las líneas de las tinas ciegas. El diseño tipo propuesto, puede ser de 2 m de largo por 0.5 m de profundo y 0.5 m de ancho. 2.0 m 0.5 m 0.5 m

23 Procedimiento de diseño Con el uso y tipo de suelo, se obtienen el valor de la curva numéricas (CN). Las curvas numéricas se ajusta a las condiciones de humedad antecedente. Se calcula el potencial máximo de retención (S). EL escurrimiento medio (Q) se calcula para la lluvia máxima en 24 horas para un periodo de retorno de 5 años. Para el diseño de la tina ciega se considera al menos una captación del 50% del escurrimiento. Finalmente, se calcula el área tributaria de escurrimiento de la tina ciega.

24 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Datos para el diseño de tinas ciegas en el Pueblo de Santo Tomas Ajusco, D. F. Lluvia máxima en 24 horas 68.5 mm 290 ha de bosque con poca cobertura Condición hidrológica mala 271 ha de pastizales muy pastoreados Condición hidrológica regular Lluvia en los cinco días previos 42.5 mm Relacionando estas características se obtienen los valores de las curvas numéricas (CN) y se ajustan en función de la condición de humedad antecedente. Zona CN CHA CNA 1 66 III III 84.4 CN = Curva numérica CHA = Condición de humedad antecedente CNA = Curva numérica ajustada

25 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Con los valores ajustados de la curva numérica, se calcula el potencial máximo de retención (S) S = CNA S = Potencial máximo de retención CNA = Curva numérica ajustada y 254 son constantes. Los valores obtenidos para cada zona de CNA fueron 82.6 y 84.4, que al sustituirlos en la fórmula anterior resultan los dos siguientes datos de S: S1 = 53.5 mm S2 = mm

26 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Conociendo los valores del potencial máximo de retención y de la lluvia máxima en 24 horas, se calcula el escurrimiento medio (Q) con la ecuación: Q = (P 0.2 S) 2 P S Sustituyendo los valores para cada zona, se obtienen los siguientes resultados: Q1 = mm Q2 = mm Q = Escurrimiento medio P = Lluvia máxima en 24 horas S = Potencial máximo de retención

27 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Con estos valores se pondera el escurrimiento medio, tal como se muestra en el cuadro siguiente: Zona Area S PP Q AQ Q (ha) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) , ,384.7 Total ,087.6 Q ponderado = (17,087/561) = mm Como se empleó el dato de lluvia máxima en 24 hr para estimar el escurrimiento medio, se espera que las tinas ciega trabajen a su capacidad total la mitad de las veces, por lo que para su diseño se seleccionó la captación del 50% del escurrimiento a captar: Q/2 = (30,46/2) = mm

28 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Las dimensiones de tinas ciegas que han probado su efectividad en la zona de Santo Tomás Ajusco, DF, son de 2 m de largo, 0.5 m de ancho, 0.5. m de profundidad y 2 m entre tinas de la misma línea. La capacidad de cada tina es de 0.5 m 3, y con ello se puede calcular el área de escurrimiento para que trabajen al máximo. Volumen = Lámina de escurrimiento x área. Área = Volumen/ Lámina de escurrimiento Área tributaria = m 2 El ancho de la faja que cubre cada tina es de 2 m, por lo que el espaciamiento entre dos tinas que se encuentran en al misma dirección es: dt = Área tributaria /2.00 m dt = 31.98/2 = m

29 Ejemplo de diseño de Tinas Ciegas Por su colocación en el terreno la distancia entre líneas de tinas (dl) será igual a dt/2 8 m 4 m 4 m 2 m Bordo dl =15.99/2 = 7.99.m Para fines prácticos y económicos, se adoptó una distancia final entre línea de tinas de 8.0 m. 0.5 Zanja Para su aplicación rápida y sencilla se elaboró una hoja de cálculo en el programa excel. Distancia de acuerdo con el volumen medio Bordo

30 2. Terrazas de absorción y/o canal Las terrazas son terraplenes formados entre bordos de tierra o la combinación de bordos y canales, construidos en sentido perpendicular a la pendiente del terreno, que se construyen para restaurar o recuperar suelos degradados o para acondicionar suelos para fines forestales y agropecuarios, con maquinaria pesada realizando movimientos de tierra para conformar los terraplenes.

31 Recuperar suelos erosionados Romper capas duras de suelo Reducir la erosión del suelo, la producción de sedimentos y su arrastre hacia las partes bajas. Aumentar la infiltración del agua en el suelo para el desarrollo de la vegetación o para recargar acuíferos, así como disminuir la velocidad y el volumen de escurrimiento. Mejorar la superficie de los terrenos acondicionándola para labores de reforestación o agrícolas. Objetivos

32 Adaptabilidad El equipo que se debe utilizar depende del tipo de terraza a construir y de la pendiente. Si la pendiente es menor al 12% se pueden utilizar tractores agrícolas Para pendientes de hasta 15% se usan tractores de oruga con carriles equipado con angledozer y ripper con 1 y 2 zancos, con una potencia mínima de operación de 240 H.P., pudiéndose utilizar los D-4 Para pendientes mayores se utilizan los D-8

33 Determinación de los factores de construcción para terrazas de banco Dimensiones de la terraza (ancho y longitud) Áreas de la terraza (unitario y por hectárea). Determinación del espaciamiento Número de terrazas por hectárea y por zona. Volúmenes de corte (unitario, por terraza y por zona). Metros lineales de terraza.

34 1. Dimensiones de la terraza Pendiente (%) 1.1. ANCHO. Es en función de la pendiente, profundidad del suelo, dimensiones de la cuchilla del equipo a utilizar para ajustar el bancal 1). Para una pendiente de 25%, una profundidad del suelo de 80 cm y utlizando un D-7 cuya cuchilla mide 3.60 m. La profundidad de 0.60 que tiene un ancho de 3.80 y un volumen unitario de 0.57 m 3 /ml. Profundidad de corte (m) A V A V A V A V ) En el Manual de Conservación del CP se presentan los cuadros para obtener las especificaciones de las terrazas en función de la pendiente del terreno y la profundidad permisible de corte determinada por el espesor del suelo.

35 1.2. LONGITUD. Este concepto está en función de la microtopografía del terreno, recomendando un mínimo de 40 m y un máximo de 200. Espaciamiento entre terrazas. Si las terrazas de banco no son continuas se puede utilizar un espaciamiento de 12 metros. Este criterio se consideró al observar que en pendientes medias entre 15 y 30% los intervalos van de metros a metros aproximadamente y que el tramo donde se efectúa subsoleo directo debe ser un múltiplo de 2, debido a que las distancias entre líneas y árboles son 2 metros.

36 Ejemplo de diseño de Terrazas de absorción Para una zona cuyas características son: Pendiente (s) = % Uso actual del suelo = Agricultura con bosque de pino Textura del suelo = Arcillo-limoso (textura media) Coeficiente de escurrimiento = 0.65

37 Capacidad de almacenamiento Es el volumen de agua que una terraza de absorción puede retener, en función de las características de construcción de la terraza y se calcula mediante la siguiente ecuación: A = E x C x L x 10 A = Capacidad de almacenamiento (l/m); E = Espaciamiento o distancia entre terrazas (12 m) C = Coeficiente de escurrimiento (adimensional); L = Lluvia máxima en 24 horas (cm); 10 es el factor de ajuste de unidades. La lluvia máxima se puede obtener ubicando la zona de estudio e interpolando en el plano 1 del apéndice III del Manual de Conservación del CP. Para el ejemplo se tienen como datos: Lluvia máxima en 24 hr = 10 cm Coeficiente de escurrimiento = 0.65 Intervalo Horizontal = 12.00m A = 10 x 0.65 x x 10 = 780 l/m

38 Se calcula la capacidad de almacenamiento de la terraza tipo TERRAZA DE BANCO Corte ANCHO Relleno PENDIENTE = m 10 m Corte Relleno Terraza tipo: 3.60 m de ancho y 0.50 m de bordo en el terraplén. Se toman 0.30 m de altura máxima de retención del bordo de la terraza con objeto de tener un coeficiente de seguridad al rompimiento por p efectos del empuje cuando se compacta el suelo. La capacidad de almacenamiento de la terraza tipo será 3.60 x 0.30 x 1.00 = 1,080 l/m, lo que nos indica que la terraza de absorción tiene mayor capacidad de almacenamiento (1,080 l/m > 780 l/m). Para el caso de bancos continuos no habrá espacio entre terrazas

39 Criterios prácticos para el establecimiento y construcción de terrazas de absorción y/o canal El ancho de las terrazas que han funcionado para recuperar suelos en conjunto con prácticas vegetativas como la plantación de árboles forestales, es de 3.60 metros en pendientes entre un 15% y un 45%, que permite que no se realicen grandes movimientos de suelo, además de hacer eficiente los equipos de construcción. Se recomienda que la profundidad de corte no sea mayor de 60 cm. Dado el alto costo de este tipo de obra, es importante hacer un buen trazo de las terrazas recomendando se haga con auxilio de un nivel fijo o de mano y con el apoyo de dos estadaleros, para ir realizando cambios a lo largo del terreno cada 10 o 15 metros, señalándolo con estacas o con cal o yeso amarrado. Las terrazas a nivel no deberán tener ondulaciones mayores a 10 cm del piso y la misma cota o nivel en el principio y en el fin del terraplén, por lo que se deberá verificar los niveles finales de la terraza cuando se termine de construir.

40 La distribución de los tipos de terrazas que han presentado buenos resultados, son construir tres de absorción por cada una de canal. En los espacios entre terrazas se puede realizar subsoleo para aprovechar el área, efectuando plantaciones en las líneas roturadas con el ripper del bulldozer. Todas las terrazas de absorción deberán tener un pequeño bordo sobre el terraplén para su protección, que deberá ser mayor a 50 cm, sobre todo si se hizo relleno. El terraplén que se forme deberá de tener una contrapendiente del 5%.

41 No se deberán de dejar de trabajar las zonas con suelos duros por presencia de tepetates o cualquier otro tipo de cementantes. Cuando se encuentren tocones, piedras o árboles muertos o enfermos que puedan ser removidos por el tractor, deberán hacerlos a un lado del trazo de la terraza. Cuando los obstáculos sean verdaderamente difíciles de remover, se podrá suspender la terraza y continuar metros adelante inclusive en otro nivel que puede corresponder a otra terraza.

42 Cuando existan una cobertura de árboles o la presencia de renuevos que dificulte la construcción de las terrazas, éstas se podrán trazar espaciando las terrazas y ajustándose a las condiciones reales de cobertura del terreno, pero siempre siguiendo las curvas a nivel o inclusive con otro nivel.

43 La construcción de las terrazas se efectúa con la cuchilla frontal del buldózer, realizando los cortes en la línea estacada para rellenar e ir formando el terraplén y conformar el ancho deseado. Cuando el material sea duro como en el caso de algunos tepetates, se deberá excavar y cortar con el ripper efectuando los acarreos del material con la cuchilla. Deben considerarse las obras complementarias en los sistemas de terrazas tales como caminos y zanjas de desvío (si es el caso), con objeto de tener un funcionamiento correcto ya que los accesos son determinantes para el movimiento de brigadas de trazo, vehículos, equipo, supervisión y distribución y plantación de planta.

44 SUBSOLEO A NIVEL Consiste en realizar roturaciones en suelos con presencia de capas duras con aditamentos o implementos integrados a máquinaria pesada o agrícola, con objeto de romperlas y poder plantar especies forestales, frutales o de otros propósitos.

45 OBJETIVOS Romper capas duras en suelos erosionados con presencia de tepetates Acondicionar este tipo de terrenos para poder plantar especies forestales, frutales o de otros propósitos. Infiltrar el agua de lluvia y de escurrimiento Controlar la velocidad del agua Disminuir la producción de sedimentos Detener el proceso erosivo hacia grados mas avanzados, como la presencia de cárcavas.

46 VENTAJAS Es una práctica sencilla y de bajo costo que permite recuperar áreas sin uso. Dependiendo de la dureza del suelo se adapta a diferentes capacidades de equipos teniendo un uso más eficiente y económico En las plantaciones facilita la penetración de las herramientas para la excavación de cepas para depositar los árboles. Fomenta en gran medida la recarga de los acuíferos por la facilidad de infiltración del agua.

47 CONDICIONES Se puede establecer en pendientes desde 1% hasta un 15% en suelos con presencia de tepetates. Se puede acompañar de bordos o terrazas colocadas a distancias de 30 o 40 metros. Se deberá tener cuidado con la textura y estructura de los suelos para no provocar erosión. Se puede aplicar en zonas con escasa cobertura vegetal que no sea mayor de un 30%, particularmente si esta cobertura corresponde a árboles de mas de 1.00 metro. En relación a la cobertura de piedra superficial, esta no debe ser mayor de un 30% y con piedras que no excedan los 40 centímetros de diámetro.

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