09 Erosión eólica

Erosión Eólica
Es la remoción del suelo por acción del viento; es mayor a medida que disminuye
la cubierta vegetal, por haber menor resistencia para que se inicie el movimiento.
Medir la erosión eólica es difícil, pero puede realizarse usando el túnel del viento.
Se ha estimado que tormentas de aire (polvo) que cubren una superficie de 13,000
kilómetros cuadrados con una altura de 3,050 metros pueden llevar en suspensión
hasta 7,000,000 toneladas de suelo; lo que corresponde a una densidad de
partículas sólidas en el aire de 0.17 gr/m3
13,000,000,000 m2 * 3,050 m = 3.96 * 1013 m3
3.96 * 1013 m3 * 0.17 / 106 (m/m3) = 6.74 * 106 toneladas.
Factores que afectan la erosión eólica.
Los factores que afectan a la erosión eólica son clima, suelo y vegetación. La
topografía parece ser no muy importante, aunque la longitud de la superficie
erosionable tiene gran influencia en el movimiento del suelo.
Clima.- Los factores climáticos que tienen influencia en la erosión eólica son
precipitación pluvial, temperatura y viento (humedad, viscosidad y densidad del
aire). La distribución de la lluvia y su efecto en la humedad del suelo son de
importancia básica en el movimiento. La evaporación y la transpiración son
influenciadas por viento, humedad relativa y temperatura. Estos procesos
disminuyen la humedad del suelo y que al secarse resulta más propenso a la
erosión eólica. Las características del viento que afectan a la erosión eólica son:
velocidad, duración, dirección y turbulencia.
Suelo.- Los factores del suelo que son afectados por erosión eólica son textura,
estructura y densidad de partículas, densidad aparente, materia orgánica,
contenido de humedad y coeficiente de rugosidad. La rugosidad cambia en los
sistemas de labranza y la formación de costras disminuye la rugosidad, pero
tiende a reducirse el movimiento del suelo debido al viento.
Vegetación.- Los factores de la vegetación que influyen en el proceso erosivo son
altura y densidad de la cobertura, tipo de vegetación y distribución en el año. La
presencia de raíces y residuos de cosecha son muy efectivos para reducir la
erosión.
Considerando que el viento es el agente que causa la erosión es necesario definir
como se mueve el viento para tratar de definir su poder erosivo.
Remolinos.- Se presenta cuando el movimiento del viento es como un embudo
giratorio (tolva) inducido sobre el terreno. Este puede tener corrientes o
direcciones.
Dirección general del viento.
Vientos intensos.
Variaciones intermitentes de aire.- Son variaciones repentinas de mayor o
menor intensidad.
Torbellino.- Es un choque de masas de aire en un remolino formando agitación
dentro del mismo.
Dirección del viento. Velocidades = 45 m/s
= 162 km/h
Tipos de movimiento.- Estos son saltación, suspensión y rodamiento.
Saltación.- La saltación son pequeños saltos de las partículas en suspensión
sobre la superficie del suelo. Al aumentar la fuerza del viento, existe más presión
sobre la partícula y genera una velocidad horizontal que hace que la partícula se
desplaza y después tienda a caer.
La altura de los saltos depende de la densidad de las partículas, del relieve y de la
velocidad del viento. Se alcanzan alturas de 30 a 45 cm y con desplazamientos de
30 a 200 cm.
Este tipo de movimiento se presenta en partículas de diámetro entre 0.05 y 0.5
mm siendo más vulnerables de 0.1 a 0.15 mm.
Suspensión.- Se considera como las partículas que son removidas del suelo y
permanecen sobre el aire ya que debido a su tamaño y densidad no son capaces
de bajar puesto que la velocidad del viento contrarresta la fuerza de la gravedad y
las partículas son transportadas a largas distancias como nubes de polvo. Las
partículas que se mueven por suspensión tienen un diámetro inferior de 0.1 mm.
Rodamiento.- Es el arrastre de las partículas sobre la superficie del suelo,
impulsadas por el viento u otras partículas en movimiento.
Estudios realizados sobre el movimiento del suelo por aire indican que el proceso
de saltación transporta del 55 al 72 % del suelo. De 3 a 38 % del suelo es
transportado por suspensión y de 6 al 25 % por rodamiento.
Asimismo se encontró que la mayor parte del movimiento del suelo se lleva a cabo
a meno de 1 metro de altura.
Procesos para el movimiento de partículas.
Los procesos que se siguen para el movimiento de partículas por erosión eólica
serían:
a) iniciación del movimiento.- El movimiento es resultado de la turbulencia y
velocidad del viento. Existe una velocidad lenta que se define como la velocidad
mínima requerida para producir movimiento como producto de la succión del
viento.
Para iniciar el movimiento es necesario vencer la resistencia expuesta por la
partícula.
0.05 mm
0.1
0.15
0.5
1.0
Suspensión
Saltación
Zona más
Vulnerable
Rodamiento
2.0
Vt = ½ d 4/9 (G – 1)1/2
Donde: Vt = velocidad mínima para causar el movimiento
d = diámetro de la partícula, mm
G = densidad real de las partículas
Esto es funcional para partículas separadas con diámetros de 0.35 a 0.57 mm y
densidades reales de 1.83 -2.64 g/cm3
Para iniciar el movimiento será necesario que la velocidad del viento sea mayor a
la resistencia de la partícula que será removida.
b) Transporte.- La cantidad del suelo movido se ve influenciado por el tamaño de
las partículas, la velocidad del viento y la distancia por recorrer. La separación
entre el tamaño de agregados es importante para el proceso de transporte.
c) Depositación.- Ocurre cuando la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza
que sostiene a las partículas en el aire.
V caída = d 2 r2
g (dp - d aire) t 9 n
Donde : V caída = velocidad de caída, cm/min.
d = distancia de caída.
t = tiempo de caída.
r = radio de las partículas.
n = viscosidad del aire, g/s * cm
dp = densidad de las partículas.
Da = densidad del aire.
g = aceleración de la gravedad (980 cm/s2 )
Calculo de la erosión eólica
S = (V - V0 )3 * d0.5
Donde: S = cantidad de suelo removido.
V = velocidad del viento.
V0 = velocidad mínima para el movimiento de partículas.
d = diámetro de partículas.
Predicción de la erosión eólica.
La predicción de erosión eólica se puede llevar a cabo por la ecuación
desarrollada por Chepil (1963) similar a la propuesta por Wischmeier (1968).
X a = f (F, G, R, W, V)
Donde
X a = Promedio potencial de erosión anual.
F = Erodabilidad del suelo
G = Factor local geográfico para la erosión por viento.
R = Rugosidad de la superficie del suelo.
W = Ancho equivalente del campo.
V = Cantidad equivalente de cubierta vegetal.
Factores considerados.
Clima.- La agresividad del clima es estimada usando un índice desarrollado por
Chepil (1962).
C=
.
V3
2.9 (PE)2
Donde: V = Velocidad del viento.
PE = Efectividad de la precipitación.
La velocidad del viento es calculada con la suposición de que la velocidad es
superior a la necesaria para mover una partícula del suelo. La humedad del suelo
es considerada tratando de encontrar que la erodabilidad del suelo por viento es
una función de las fuerzas de cohesión del agua alrededor de las partículas. La
máxima erosividad por viento se presenta en suelos que contienen menos de 1/3
de la humedad al punto de marchitamiento permanente (PMP), se considera como
un suelo secado al aire) sobre este contenido de humedad la erodabilidad decrece
hasta el contenido de PMP, hasta cierto punto en donde la erodabilidad decrece al
máximo.
La ecuación usa agregados mayores a 0.84 mm obtenidos por tamizado en suelo
seco.
Factor climático G.
C = 1/100
12
i=1∑
(Ve3 / 100) (( (PET - P) / PET ) * n )
Donde: G = Promedio de la erosión eólica anual.
V = Velocidad media mensual a 2 metros de altura, m/s.
P = Precipitación pluvial, mm.
PET = Evapotranspiración potencial, mm.
n = Número de días erosivos por mes.
El número de días sobre el cual la erosión ocurre es asumida que sea proporcional
a (PET - P) / PET por el número de días total al mes.
PET, puede ser estimado por Penman, Thornthwaite, Blanney, etc.
Control de la erosión eólica.
Los métodos más usados son prácticas vegetativas y prácticas mecánicas. El
grado de protección está influenciado por la altura y el espaciamiento de la
obstrucción y la resistencia del suelo al movimiento.
Cultivos
La vegetación es más efectiva para el control de la erosión por viento. Los cultivos
reducen la velocidad del viento y sostienen al suelo contra las fuerzas de tracción
del viento.
Entre más cerrado sean los cultivos más efectivos son para el control de la
erosión; la efectividad depende de etapas de desarrollo, densidad de la cubierta,
dirección del surcado, ancho del surco, clase del cultivo y condiciones climáticas,
los pastos tienden a acumular suelo si hay buen desarrollo de vegetación. Por
razones obvias, los cultivos se colocan en dirección perpendicular a la del viento.
Cortinas Rompevientos
La cortina rompevientos es definida como cualquier tipo de barrera para protección
por viento y esta asociado con barreras vivas de diferentes especies o cualquier
otra. Esta barrera reduce la velocidad del viento.
Algunos estudios reportan que la barrera deberá ser 19 veces más larga que su
altura, la velocidad del viento es afectada por una distancia de cerca de 8 veces la
altura de la cortina y la velocidad del viento es reducida de 5 a 10 veces la altura
del árbol de la protección.
La distancia entre cortinas puede ser definida como:
d = 17 h ( Vm / V ) cos Φ
Donde: d = Distancia de protección.
h = Altura de la barrera en cualquier unidad.
Vm = Mínima velocidad del viento a 10 m de altura requerida para mover
la fracción del suelo más erodable. 35 km/hora.
V = Velocidad actual del viento a 10 m de altura.
Φ = El ángulo de desviación de la dirección del viento prevaleciente de la
perpendicular a la cortina.
En el caso de que la velocidad del viento sea perpendicular a la cortina la
ecuación se reduce a:
d = 395 h / V
48 km/h
16
42 60
km / hora
22
24
90
120
150
metros
38
210
La altura de la cortina rompevientos es de 10.5 metros
Las especies usadas en las cortinas rompevientos son del tipo del álamo, sauce,
sauce llorón, cedro blanco, enebro, tamarix, pirul, pino halepensis, encino rojo,
roble, fresno, jacaranda, y otros similares..
Fajas al contorno
Consiste en alternar fajas de cultivos de escarda y cultivos de cobertera en el
mismo campo; las fajas son construidas paralelas a la cerca o al contorno.
Las ventajas de las fajas al contorno son:
1.- Protección física contra la remoción.
2.- Limita la erosión para una distancia igual al ancho de la faja.
3.- Se conserva humedad del suelo.
Para encontrar la máxima separación entre fajas Chepil (1960) desarrolló la
siguiente ecuación:
FX = 400 I F (RK) –1.26
Donde: F = Factor de tablas.
X = Erodabilidad del viento, ton / acre.
I = Porcentaje por peso del suelo en agregados secos mayores de 0.84
mm (tamizado en seco).
K = Rugosidad del campo (pulgadas) tamaño del terrón.
R = Residuos de cosecha sobre la superficie, libras / acre.
Factor F
Arena fina
Migajón areno limoso
Migajón arenoso fino y arcilla
Migajón limoso
6
4
2
1
800
100
10
10
20
30
Distancia limitante en dirección del viento, pies:
100
10000
d t = 360 pies
Wt = d t cos Φ
Donde:
Wt = Ancho de la faja.
Φ = Angulo entre la línea normal de la faja y la dirección del viento.
Ejemplo:
Determine el ancho de faja en un campo donde el % de agregados
mayores de 0.84 mm es de 15 %, los residuos de cosecha son 500 libras/acre y el
tamaño de agregados es de 2 pulgadas.
FX = 400 * 15 * 4 (500*2)-1.26
FX = 3.98
Sistema de Labranza
El objetivo de la labranza es aumentar la producción de rugosidad y terrones. Para
tener terrones el terreno debiera cultivarse después de una lluvia, terrones
grandes son el resultado de grandes agregados.
Pequeños bordos perpendiculares a la dirección prevaleciente del viento son
efectivos para el control de la erosión.
Altura en
Pulgadas.
8
6 pulgadas hay influencia de los bordos.
6
4
2
0
Los residuos de cosecha expuestos sobre la superficie del área son efectivos
especialmente con material rugoso. Algunos resultados experimentales muestran
lo siguiente:
Altura sobre
la
superficie
8
4
6
3
4
2
2
1
0
10
14
18
Velocidad del viento, mph.
1)
2)
3)
4)
Suelo desnudo
1 a 0.5 ton
1.25 pulgadas de alto y 7 pulgadas de ancho (bordo)
3.5 ton cobertura
22
Métodos Mecánicos
Barreras mecánicas como cortinas rompevientos u otro tipo de materiales que
pueden ser semipermeables o impermeables.
Las terrazas también tienen efecto sobre el proceso erosivo ya que son bordos
que reducen la velocidad del viento en tanto estén perpendiculares a la dirección
de este.
La conservación de humedad es básica para el control de la erosión eólica en
zonas áridas o semiáridas. Los métodos usados consisten en incrementar la
infiltración, reducir evaporación y prevenir el innecesario crecimiento de las
plantas. Los residuos de cosecha tienen efectos sobre la conservación de
humedad y ello se muestra a continuación:
Rastrojo
2 ton / acre
Rastrojo 2 ton / acre rastreado
Rastrojo 2 ton / acre barbechado
Barbechado
Lluvia total = 17.9 pulgadas
Rastreado
0
10
20
30
40
50
Porcentaje de la lluvia conservada (abril a septiembre)
Cortinas Rompevientos
Una cortina rompevientos es la alineación de una o más hileras de árboles o
arbustos para formar una barrera lo suficientemente alta y densa que se constituya
en un obstáculo al paso de viento y del polvo.
Las cortinas rompevientos también reciben el nombre de barreras rompevientos,
setos vivos o fajas de albergue, por servir de refugio a cierto tipo de fauna.
Las cortinas rompevientos constituyen una práctica de tipo generalizada para el
control de la erosión eólica, esto es, puede igualmente utilizarse en áreas
agrícolas, de pastizales, desprovistas de vegetación y en zonas urbanas.
Los beneficios obtenidos con las cortinas, son de tres tipos:
1.- Reducen la velocidad del viento.
2.- Detienen la carga de material acarreado.
3.- Protegen al suelo de la acción erosiva del viento.
Para que los objetivos puedan ser logrados, es indispensable que la cortina
funcione al máximo de su eficiencia, requiriéndose considerar las siguientes
características:
a) Forma.
b) Altura.
c) Densidad.
La separación entre hileras y entre plantas depende del desarrollo vegetativo de
las especies utilizadas y de la porosidad que se desee. Las separaciones más
usuales para cortinas son de 1 a 2 metros, entre arbustos y de 2 a 3 metros, entre
árboles.
Especies utilizables en las cortinas rompevientos.
Las especies que constituyen una cortina rompevientos, de acuerdo a su función
particular, se clasifican en tres tipos:
Principales: especies que proporcionan la altura efectiva de la cortina (las de
mayor porte).
Secundarias: Especies que se colocan a los lados de las principales y son de
menor altura.
Accesorias: Especies arbustivas o matorrales que se establecen en los bordes y
entre las filas de las anteriores, con la finalidad de disminuir la porosidad y evitar
infiltraciones del aire.
El empleo de cortinas rompevientos para el control de la erosión eólica tiene varias
limitaciones, como son:
a) El espaciamiento relativamente pequeño exigido para una defensa eficaz,
reduce el área cultivable.
b) La competencia que presenta para los cultivos adyacentes en cuanto a
humedad y elementos nutritivos.
c) En condiciones de aridez extrema en donde la erosión eólica alcanza mayor
peligro, pueden no desarrollarse bien, a menos que cuenten con un riego
suplementario.
d) Pueden ser hospederas de plagas de difícil control.
Las especies que habrán de utilizarse en las cortinas rompevientos deben reunir
una serie de requisitos para que cumplan eficientemente con sus objetivos; los
principales se enumeran a continuación:
1.- Especies adaptadas al clima de la zona.
2.- Resistentes a la sequía y con un sistema radicular de desarrollo vigoroso
vertical y horizontal, de manera que se aproveche mejor la humedad del
suelo.
3.- De crecimiento rápido y morfológicamente uniformes.
4.- De gran densidad en las copas.
5.- De preferencia utilizar en las alineaciones exteriores de la cortina, especies no
apetecibles por el ganado o espinosas que restrinjan al ramoneo.
6.- Que conserven, por lo menos, parte del follaje todo el año.
Las principales especies utilizadas como cortinas rompevientos se presentan a
continuación:
Nombre científico
Populus nigra
Salix. alba
S. babilonica
S. humboldtiana
Cupressus arizonica
C. sempervivens
C. macrocarpa
Juniperus virginiana
Tamariz articulata
Schinus molle
Pinus halepensis
P. canariensis
Prunus virginiana
Quercus robur
Robinia pseudocacia
Ulmus americana
U. parvifolia
Casuarina equisetifolia
Eucalyiptus camaldulensis
Fraxinus viridis
Prosopis alba
Grevillea robusta
Jacaranda mimosifolia
Delonix regia
Nombre común
Álamo
Sauce
Sauce llorón
Sauce tropical
Cedro blanco
Cedro
Cedro
Enebro de Virginia
Tamarix
Pirul
Pino alepo
Encino rojo
Robinia
Olmo
Casuarina
Eucalipto
Fresno
Huizache
Grevillea
Jacaranda
Framboyán