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. [email protected] 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. 1 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 2 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 3 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. 4 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 5 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 6