sistema para mejorar la recarga natural en la comunidad de santa

SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA MEJORAR LA RECARGA NATURAL EN LA
COMUNIDAD DE SANTA CRUZ PAPALUTLA, OAX.
Manuel ARAGON, Tertuliano CABALLERO, Valentín MORALES
CIIDIR OAXACA, IPN, Hornos 1003, Sta. Cruz Xoxocotlán, Oax. maragon@ipn.mx
Palabras claves: recarga artificial, pantalla subterránea, geohidrología.
RESUMEN
Santa Cruz Papalutla, Oax., sufre problemas de escasez de agua, en algunos sitios el
agua subterránea es salobre producto de su geología, y el escurrimiento principal
(arroyo Grande) más cercano es intermitente con avenidas de picos muy altos en
tiempos cortos. El objetivo del trabajo consistió en contribuir al mejoramiento de la
recarga natural mediante la implantación de un sistema constructivo adecuado al
comportamiento del escurrimiento y con aguas provenientes de zonas con actividad
antropogénica nula. Los trabajos preliminares defineron las propiedades
geohidrológicas de la zona. Del método de Thornhtwaite (Blanco et al, 2001) se
determinó la recarga natural, se instalaron piezómetros y realizaron pruebas con
infiltrómetro, además de extracción de muestras de suelo, de lo anterior se definió el
sitio para la ubicación de la obra compuesta de una presa subterránea (Asano, 1985).
Esta obra se construyó de una pantalla curva de 4.4m enterrada y dos zonas de
recarga mediante canales de 175 m de longitud. Por los tiempos en el proceso de
recarga, se han notado recuperaciones del nivel freático, en especial las líneas
equipotenciales cercanas al arroyo, sin embargo se requiere un mayor tiempo de
evaluación de la obra para precisar el incremento en la recarga.
INTRODUCCIÓN
En la comunidad de Sta. Cruz Papalutla Oax., la disminución de la cubierta vegetal y la
erosión de suelo en la parte superior de la cuenca ha acelerado el régimen de flujo
superficial del arroyo San Juan y disminuyó la recarga natural en la cuenca, esto quedó
demostrado hace 15 años con la construcción de un retén de concreto, el cual fue
arrastrado con una avenida fuerte. Por lo anterior se planeó la construcción de una obra
para aprovechar el régimen subsuperficial y mejorar la recarga natural; la obra se
localiza a 2 km al suroeste de la población, en las coordenadas geográficas UTM X=
756831, Y=1875665 del Datum WSG84.
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N O RT E
Oaxaca
Fig. 1 Ubicación de la obra en Sta Cruz Papalutla, Oax.
Con el registro histórico de tres estaciones climatológicas de la Comisión Nacional del
Agua se determinó la precipitación media anual correspondiente a 587.71 mm por año,
sin embargo existe una marcada escasez en la zona por el régimen de los
escurrimientos, que tienen avenidas cortas con picos muy altos, no logrando
aprovecharse este flujo por su tránsito rápido. Aunado a los métodos exploratorios de
mecánica de suelos, geohidrología, hidrología superficial, así como de los métodos
constructivos, se propuso la construcción de una pantalla subterránea en el arroyo
mencionado.
El diseño de la estructura es novedosa, pues se compone de una pantalla en arco que
sobresale del fondo del arroyo 60 cm y se encuentra enterrada 2.5 m, para captar y
desviar el agua subsuperficial y tirantes superficiales hasta de 20 cm a través de unas
compuertas laterales y aprovechando la topografía, conducirlas a unos canales de
infiltración que están dispuestos en material areno-arcilloso.
CARACTERISTICAS DEL SITIO.
El objetivo de este proyecto es inducir la recarga del acuífero local durante la época de
lluvias; para esto se necesitó conocer las características geohidrológicas de la zona. Se
realizaron sondeos exploratorios con la finalidad de detectar la estratigrafía del sitio,
estos sondeos se llevaron a una profundidad cercana a los 8 m, empleando para esta
exploración, equipo de penetración estándar (figura 2).
Se perforaron pozos para instalar piezómetros y pozos de monitoreo, con tubería de
PVC de 3” de diámetro (figura 3) y se tomaron muestras del suelo a cada 1.5m de
profundidad para realizar una clasificación somera, detectándose suelos granulares de
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granulometría media a fina. Los monitoreos
de estos pozos se efectúan
periódicamente. Con los piezómetros instalados se realizaron pruebas de infiltración
para posteriormente aplicar los métodos de Hvorslev y Darcy y determinar la capacidad
de infiltración en la zona.
Con los datos de litología, mecánica de suelo y las observaciones del comportamiento
hidráulico del flujo, se ubicó el sitio para la construcción del prototipo a escala real
consistente de tres componentes:
La obra de captación
La obra de conducción y
La obra de inundación y recarga.
El diseño de la obra de captación consiste en una pantalla curva de concreto armado de
15 m de claro, 0.15 m de espesor, una altura total de 4.40 m, para dejar un vertedor
central de 7.00 x 1.60 m. y desplantado en una losa de cimentación de concreto armado
de 2.20 m de ancho. Esta pantalla sobresale 0.60 m del fondo del cauce y aguas arriba
de la pantalla tiene un muro trapezoidal de mampostería para darle peso; en cada
costado de la pantalla existe una caja de captación que funciona como tanque
sedimentador o arenero. La obra de conducción consiste en una línea enterrada de
tubos de concreto de 15” de diámetro conectados a las cajas de captación y en una
longitud de 75 m en la margen izquierda y 25 m en la margen derecha. La elevación de
la base de la tubería está a 40 cm más bajo que el nivel del vertedor de demasías. La
obra de inundación y recarga consiste en dos canales de 175 m de longitud en la
margen derecha y de 225 m en la margen izquierda, ambos con 3 m de ancho y 3.5 m
de profundidad.
Fig. 2 Realización de pruebas de penetración estándar en el sitio
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Fig. 3. Perforación de pozos de monitoreo y piezómetros.
El cauce del Río San Juan tiene una sección transversal en “U” de aproximadamente 6
m de ancho y 2.5 m de profundidad, con una pendiente aproximada de 7%. En el lecho
del cauce del río se encuentran arenas de grano medio y fino, lavadas y depositados
por los escurrimientos temporales de agua; estos depósitos de arena están
subyacentes por materiales mas firmes de suelos arcillo limosos. Las márgenes del
cauce están protegidas por abundantes carrizos que las estabilizan de
desbordamientos. La figura 4 muestra el diseño que se realizó de la obra.
En la figura 5 se muestra el proceso constructivo de la pantalla y de la obra de desvío,
en estas se pudo apreciar durante la excavación, las características litológicas del
subsuelo.
En cuanto a los canales que forman parte de la obra de inundación y recarga, en las
paredes de la excavación del canal de la margen izquierda, de 3.5 m de altura, se
observa a todo lo largo, una estratigrafía errática.
Fig 4. Diseño de la obra en planta
En la parte superior se aprecia una capa vegetal de los terrenos de cultivo y hacia abajo
se identifican estratos de arena media y fina, gravas, boleos e importantes estratos de
arcilla limosa en contacto con el fondo del canal.
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Fig 5. Proceso constructivo de la pantalla
Los estratos de arena que se aprecian son de espesor variable y en algunas partes con
geometrías que parecen ser cauces antiguos de pequeños escurrimientos (fig 6).
Fig Nº 6. Proceso constructivo de los canales, se puede observar la estratigrafía
heterogénea del lugar.
De forma similar se tiene la estratigrafía de las paredes del canal de la margen derecha;
en las figuras siguientes, puede observarse la textura de las paredes y la colocación de
una capa de 1.5 m de boleos, para aumentar la permeabilidad. Después de las
primeras avenidas se observo el funcionamiento de la obra y se realizaron
modificaciones por el gasto sólido que transportaba el flujo. Los arrastres de partículas
finas y basura orgánica, disminuyen la eficiencia del sistema, debido a que tapan
continuamente la rejilla metálica ubicada antes del pozo de sedimentación. Ello hace
necesaria la limpia después de cada avenida para permitir que el agua fluya por la
tubería hacia los canales.
CONCLUSIONES
Con la finalidad de aportar una alternativa de solución se propuso la construcción de un
sistema que permita captar el agua del arroyo San Juan e inducirla a canales para
infiltrarla. En una zona donde las características de permeabilidad del terreno lo
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permiten y para estas condiciones de cauce, topografía de la zona y características del
suelo. En los canales de inundación no se tiene uniformidad en la estratigrafía; se
aprecian estratos de arena, grava y boleos de espesor variable en contacto con estratos
de arcilla limosa también de espesor variable.
Es en tales discontinuidades rellenas de material grueso donde el agua puede fluir más
rápidamente a una mayor área de recarga y es en este material grueso donde se
almacena el agua. Aunado a lo anterior existe el compromiso de la comunidad de
proporcionar un mantenimiento a la obra que lo requiere por los taponamientos de
basura y materiales arrastrados por la corriente. Aún cuando el proceso de recarga es
lento se han notado variaciones de las piezometrías en el tiempo.
Fig. 7 Presa subterránea trabajando en época de lluvias.
BIBLIOGRAFÍA
Asano, T (1985) Artificial Recharge , Butterworth Publisher, USA, 767 pgs
.
Blanco. A., Martínez S. (2001) Aplicación de un modelo de balance hídrico en la cuenca
alta del Río Mixteco (Oaxaca). Capítulo I, Universidad Tecnológica de la Mixteca y
Universidad Politécnica de Madrid. México, pags 11-18
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