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ÍNDICE
PRESENTACIÓN ----------------------------------------------------------------------------------------------- 1
INTRODUCCIÓN ---------------------------------------------------------------------------------------------- 2
Principales categorías de suelos en México -------------------------------------------------------------------- 3
JUSTIFICACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
HIPÓTESIS ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6
OBJETIVO------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
ZONA DE ESTUDIO ------------------------------------------------------------------------------------------- 7
FISIOGRAFÍA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7
TOPOGRAFÍA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
HIDROGRAFÍA -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
CLIMA -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
FLORA -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
FAUNA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
RECURSOS NATURALES ----------------------------------------------------------------------------------------- 10
CARACTERÍSTICAS Y USO DE SUELO ----------------------------------------------------------------------- 10
CONCEPTOS -------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
MECANISMOS DE RETENCION DEL AGUA POR PARTE DEL SUELO ---------------------------- 10
POTENCIAL HIDRICO -------------------------------------------------------------------------------------------- 13
MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO ------------------------------------------------------------------- 14
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN ------------------------------------------------------------------------------ 14
FORMAS DE PERDIDA DE AGUA DE LOS SUELOS ------------------------------------------------------ 15
FLUJO LAMINAR ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 15
METODOLOGIA ---------------------------------------------------------------------------------------------- 17
ESTIMACIÓN DE LA PÉRDIDA DE SUELO POR EROSIÓN HÍDRICA ----------------------------- 17
El factor de erosividad de lluvia, R ---------------------------------------------------------------------------------------- 18
Cálculos de la erosionabilidad de los suelos, K ----------------------------------------------------------------------- 21
Factor por longitud e inclinación de la pendiente, LS -------------------------------------------------------------- 23
MÉTODO DE BOUYOUCOS -------------------------------------------------------------------------------------- 24
Leyes de sedimentación ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 25
Fuentes de error ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25
REPORTE DE ACTIVIDADES ------------------------------------------------------------------------------- 29
REPORTE DE RESULTADOS -------------------------------------------------------------------------------- 32
DISCUSIÓN DE RESULTADOS ----------------------------------------------------------------------------- 38
CONCLUSIONES ---------------------------------------------------------------------------------------------- 42
BIBLIOGRAFÍA ------------------------------------------------------------------------------------------------ 43
Ilustración 1. Zona Ecológica de Zumpango de Ocampo, Estado de México. -------------------------------------------- 1
Ilustración 2. Principales tipos de suelos de la República Mexicana. ------------------------------------------------------- 3
Ilustración 3. Erosión hídrica en México. ------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Ilustración 4. Erosión eólica en México. -------------------------------------------------------------------------------------------- 4
Ilustración 5. Suelo Cerro de la Estrella. -------------------------------------------------------------------------------------------- 6
Ilustración 6. Ubicación de zona de estudio. -------------------------------------------------------------------------------------- 7
Ilustración 7. El Cerro de la Estrella ------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
Ilustración 8. Laguna de Zumpango ------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
Ilustración 9. Repulsión de partículas ---------------------------------------------------------------------------------------------- 11
Ilustración 10. Movimiento de agua a medida que transcurre el tiempo ------------------------------------------------ 11
Ilustración 11. Grafica que muestra el Potencial matricial ------------------------------------------------------------------- 12
Ilustración 12. Efecto capilar. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
Ilustración 13. Tensiómetro ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
Ilustración 14. Perdida de agua de los suelos. ----------------------------------------------------------------------------------- 15
Ilustración 15. Mapa de isoerosividad para la República Mexicana. Manual de predicción de pérdidas de
suelo por erosión hídrica -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19
Ilustración 16. Mapa de regiones de erosividad de la lluvia en México.Manual de predicción de pérdidas de
suelo por erosión hídrica -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20
Ilustración 17. Nomograma para evaluar el factor K de erosionabilidad del suelo. Manual de predicción de
pérdidas de suelo por erosión hídrica. --------------------------------------------------------------------------------------------- 22
Ilustración 18. Diagrama del proceso para determinar textura (Método Bouyoucos) ------------------------------- 27
Ilustración 19. Guía para determinar los nombres texturales del suelo. (Porcentaje de Arcilla, Limo y Arena en
las clases texturales básicas). -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28
Ilustración 20. Localización de Puntos muestreados--------------------------------------------------------------------------- 29
Ilustración 21. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Cerro de la Estrella ---------------------------------------- 30
Ilustración 22. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Cerro de la Estrella bajo ---------------------------------- 30
Ilustración 23. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Buje ------------------------------------------------------------ 31
Ilustración 24. Puntos de corcholatas colocadas en Punto San Luis Zumpango ---------------------------------------- 31
Ilustración 25. Relieve zona de estudio Zumpango de Ocampo, Estado de México ----------------------------------- 32
Ilustración 26. Grafica que muestra el comportamiento del análisis de las muestras. ------------------------------- 32
Ilustración 27. Triangulo de Textura ----------------------------------------------------------------------------------------------- 33
Ilustración 28. Corcholatas encontradas a varios metros del Punto 4. --------------------------------------------------- 34
Ilustración 29. Corcholatas encontradas a varios metros del Punto 3. --------------------------------------------------- 35
Ilustración 30. Calculo L (USLE) ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 35
Ilustración 31. Calculo K (USLE) ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 36
Ilustración 32.Calculo de Pendiente (USLE) menores y mayores a 9% ---------------------------------------------------- 36
Ilustración 33.Calculo de USLE par pendientes menores a 9% -------------------------------------------------------------- 37
Ilustración 34. Calculo de USLE par pendientes mayores a 9% ------------------------------------------------------------- 38
Ilustración 35. Grafica que muestra la erosión con pendientes menores al 9 % --------------------------------------- 39
Ilustración 36. Grafica que muestra la erosión con pendientes mayores al 9% ---------------------------------------- 39
Ilustración 37. Erosión total para pendientes menores a 9 % respecto al cálculo de USLE -------------------------- 40
Ilustración 38. Calibración con datos de vernier obtenidos en zona de estudio ---------------------------------------- 41
Ilustración 39. Erosión total en lamina comparando s<9% y calibración de vernier con datos de campo ------ 41
Tabla 1. Principales categorías de suelos en México .......................................................................................... 3
Tabla 2. Ecuaciones que estiman el valor de . Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión
hídrica ............................................................................................................................................................... 20
Tabla 3. Códigos de estructura para su uso en el nomograma de Wischmeier y colaboradores (Wischmeier y
Smith, 1978).Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica. ................................................ 22
Tabla 4. Códigos y permeabilidad para su uso en el nomograma de Wischmeier y colaboradores (Wischmeier
y Smith, 1978).Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica. ............................................. 22
Tabla 5. Información recabada en sitio. ........................................................................................................... 29
Tabla 6. Porcentajes de Suelos analizados. ...................................................................................................... 33
Tabla 7. Puntos de corcholatas encontradas después de varios meses ........................................................... 34
Tabla 8. Puntos de corcholatas encontradas después de varios meses en Punto 3. ........................................ 34
Tabla 9. R para un periodo de retorno de 1 año ............................................................................................... 36
Tabla 10. R para un periodo de retorno de 2 años ........................................................................................... 37
Tabla 11. R para un periodo de retorno de 5 años ........................................................................................... 37
Tabla 12. Erosión/Tr <9% de acuerdo al área de estudio ................................................................................. 38
Tabla 13. Erosión/Tr >9% de acuerdo al área de estudio ................................................................................. 39
1
PRESENTACIÓN El propósito de este Estudio es definir cuál es el proceso de erosión-arrastre de suelo en la
periférica de Zumpango de Ocampo, Estado de México.Este estudio se realiza en la Zona Ecológica
de Zumpango, que comprende la localidad de San Juan Zitlaltepec, donde se encuentra el Cerro de
Zitlaltepec Cerro de la Estrella, el cual es de gran importancia para el Estudio ya que es la zona
donde se realizara el análisis de erosión, vegetación y calidad del agua.Como parte importante
esta el resultado del análisis de información recabado por varios meses en la localidad, así como
las características del suelo y las estrategias para su mejoramiento.
Finalmente se obtiene una conclusión de propuesta para el Gobierno Municipal con el propósito
de que la Zona Ecológica tenga un buen uso y el pequeño bosque que da aire y vida a gran parte
de la comunidad del Municipio de Zumpango sea reforestado y muestre una imagen de vida al
país.
Ilustración 1. Zona Ecológica de Zumpango de Ocampo, Estado de México.
2
INTRODUCCIÓN El suelo es la parte superficial de la corteza terrestre que ha estado sujeta al intemperismo, cuyos
límites laterales son las nieves eternas, los océanos y lagos; cuyo límite superior es la atmosfera,
límite inferior los materiales no intemperizados y que soporta plantas, es el resultado de la
interacción de varios factores ambientales, tanto geológicos, fisiográficos, climáticos, biológicos y
el material parental que proviene de la roca madre.
Existen varios factores de formación de los suelos como el material madre, el clima, el relieve, la
biota y el tiempo. Aun cuando pudieran separarse las propiedades y características de los suelos
en físicos, químicos y biológicos, no deja de ser un tanto complejo su estudio. Por ejemplo desde
el punto de vista físico, el suelo está compuesto por las fases sólida, líquida y gaseosa; pero incluye
también en la parte sólida, las partes minerales y orgánicas. En condiciones generales el suelo está
compuesto en un 50% de solido, un 20% de la fase liquida y otro 30% de la fase gaseosa. El
tamaño de las partículas solidas, puede variar desde fracciones coloidales, hasta fragmentos
rocosos y de cuyo arreglo depende la porosidad, la estructura y consecuentemente la densidad
aparente. Las partículas grandes como gravas, arenas y limos gruesos y agregados, constituyen la
armazón o esqueleto del suelo. Las partículas pequeñas como los limos finos, arcillas y humus
tienen una gran actividad, debido a su gran superficie específica (área superficial por unidad de
peso); consecuentemente tienen una gran actividad física y química que está en razón inversa al
tamaño de las partículas. Así las arcillas tienen mayor superficie específica que los limos.
Los suelos son considerados recursos naturales agotables, mantenibles sin embargo cuando sufren
deterioro su recuperación tiene fuertes limitantes sobre todo económicos. En nuestro país, la
utilización y manejo de los suelos está fuertemente limitada por nuestra topografía irregular, lo
que dificulta la generalización de estudios y recomendaciones.
La erosión provoca un desprendimiento y arrastre de materiales del suelo por los agentes del
intemperismo. El agua es el agente más importante en la erosión. Los materiales arrastrados por la
erosión son transportados y depositados en otros lugares, resultando así el ciclo deerosión, que
comprende erosión, transporte y sedimentación.
México es considerado uno de los 5 países con mayor biodiversidad del mundo, sin embargo el
empobrecimiento y perdida de los suelos es uno de sus problemas alarmantes. El suelo es
necesario para la captación de aguas subterráneas, la reproducción de la vida silvestre y la
obtención en el país. El 97% de los suelos en México tienen algún grado de erosión, por
fenómenos como la deforestación, la agricultura intensiva o la urbanización, entre otros.
La interacción de los factores mencionados en el actual texto han repercutido en la gran
diversidad de suelos que existen en México, ya que 23 de las 25 categorías de suelos reconocidas
en el mundo están presentes en nuestro país y 10 de ellos conforman el 74% de la superficie
nacional (figura 2).
3
Ilustración 2. Principales tipos de suelos de la República Mexicana.
Principales categorías de suelos en México
Tabla 1. Principales categorías de suelos en México
La erosión de los suelos puede originarse también por fenómenos naturales, en cuyo casi se
denomina hídrica, cuando el factor es el agua esta representa el principal proceso de deterioro y
afecta a 85% de la superficie nacional en diferentes grados. Las entidades que presentan mayor
avance de erosión hídrica son Aguascalientes, Guanajuato, Coahuila, Michoacán, Zacatecas,
Jalisco, Nuevo León y San Luis Potosí con más de 45% de su territorio afectado en forma severa a
extrema.
4
Ilustración 3. Erosión hídrica en México.
Otro fenómeno natural, el viento, provoca la erosión eólica, las entidades que muestran mayor
avance son San Luis Potosí, Morelos, Hidalgo, Nuevo León, Baja California, Querétaro y Zacatecas.
Si se considera que por lo menos 85% del territorio, es decir, 166.4 millones de hectáreas están
siendo erosionadas, la pérdida anual es de casi 460 millones de toneladas al año. Estos sedimentos
son transportados en una proporción de 69% hacia los océanos y 31% a presas y lagos ya sea
natural o artificial reduciendo su capacidad de almacenamiento.
Ilustración 4. Erosión eólica en México.
5
En la zona ecológica de Zumpango Estado de México el agua de lluvia se desliza por las pendientes
del declive orográfico donde es absorbida por la tierra y la que no alcanza a filtrarse corre por el
cauce del antiguo arroyo de las avenidas de Pachuca, convertido hoy en conductor de aguas
negras teniendo su destino final el Gran Canal de desagüe de Valle de México.
Con respecto al tipo de suelos, la región está constituida por suelos aluviales y lacustres que han
sido ocupados por asentamientos humanos. Los suelos de tipo feozem se caracterizan por ser
aptos para la agricultura, el uso forestal y el habitacional. Se localizan principalmente en los Valles
de Cuautitlán y de Texcoco, y al norponiente y oriente del Distrito Federal.
Los suelos Solonchak tienen un uso tanto agrícola como urbano limitado, debido a su alta
salinidad. Se localizan principalmente en los ex lagos de Texcoco y Chalco. Los suelos de tipo
cambisol son fértiles para el uso forestal y agrícola. Se localizan principalmente en Texcoco.
Los suelos de tipo regosol, formados por materiales sueltos diferentes del aluvial, con depósitos
pluviales de dunas o cenizas volcánicas, con frecuencia son someros y pedregosos, su aptitud para
la agricultura es moderada y se encuentran en zonas de montaña y lomeríos, como es el caso de
las zonas al sur de la Región de Texcoco. Este tipo de suelo al igual que los andosoles, también son
colapsables.
Los vertisoles son suelos expansivos y aptos para la agricultura mecanizada y bajo riego; estos se
distribuyen en las zonas bajas y en los lomeríos suaves del Valle Cuautitlán-Texcoco.
JUSTIFICACIÓN Los usos urbanos, incompatibles con la vocación natural de la Zona Metropolitana del Valle de
México, han generado graves problemas de erosión, cuyas razones fundamentales son:
Su localización en suelos altamente vulnerables para el desarrollo urbano por su
pertenencia a cuencas lacustres y aluviales, zonas sísmicas y formaciones montañosas.
El sobrepastoreo por las actividades pecuarias
La destrucción de la flora endémica y su sustitución con plantaciones agrícolas o su
desaparición definitiva.
Las prácticas agrícolas inadecuadas.
La tala inmoderada de los bosques y el arrastre de la cubierta vegetal hacia los ríos.
Por ello, la superficie promedio de vegetación y bosque que se pierde en la Región se estima en
mil 151 hectáreas anuales. Este agudo proceso de deforestación, erosión y pérdida de áreas de
infiltración acentúa el desequilibrio Geohidrológico.
Por tal motivo en este proyecto se busca comparar el arrastre en varios sistemas y hacer un
análisis en puntos específicos para poder saber el grado de erosión que hay en la zona.
6
HIPÓTESIS La erodabilidad del suelo es un índice que indica la vulnerabilidad o susceptibilidad a la erosión y
que depende de las propiedades intrínsecas de cada suelo. Cuanto mayor sea la erodabilidad
mayor porcentaje de erosión.
Algunos suelos se erosionan con mayor facilidad que otros, aunque la cantidad de lluvia caída, la
pendiente, la cobertura vegetal y las prácticas de manejo sean las mismas.
Las propiedades del suelo que influencian en la erodabilidad por el agua son:
Las que afectan la velocidad de infiltración del agua en el suelo
Las fuerzas que producen la resistencia del suelo a la dispersión, salpicamiento y fuerzas
de transporte por el raudal.
OBJETIVO El objetivo de este Estudio es que por medio de varios métodos de erosión, se identifique que tipo
de suelo se localiza en la zona ecológica y con esto hacer un análisis de que áreas se pueden
reforestar de acuerdo al tipo de suelo y vegetación.
Ilustración 5. Suelo Cerro de la Estrella.
7
ZONA DE ESTUDIO El municipio de Zumpango se localiza en la parte noroeste del Estado de México, en las
coordenadas 19° 43’ 10” y los 19° 54’ 52” de latitud norte y los 19°58’12” y los 99° 11’ 36” de
longitud oeste del meridiano de Greenwich.
Zumpango es uno de los 125 municipios del Estado de México y uno de los 7 municipios que
integran la Región Zumpango, la sede de esta región mexiquense se ubica en la cabecera
municipal del municipio homónimo; limita al norte con Tequixquiac y Hueypoxtla, al oeste con el
Teoloyucan, al sur con Jaltenco, Nextlalpan y Tecámac, al este con Tizayuca, Estado de Hidalgo, y al
oeste con el Huehuetoca y Melchor Ocampo.
El municipio ocupa una superficie de 244.08 kilómetros cuadrados.
Ilustración 6. Ubicación de zona de estudio.
FISIOGRAFÍA
El territorio geológico se caracteriza por tener 50% de superficie plana hacia el sur y por el norte se
clasifican varios lomeríos y cerros, estos últimos se ven por el noroeste. Las altitudes oscilan entre
1245, 1260, 1300 y la más alta 1650 (Cerro del Zitlaltepec), todas referidas sobre el novel del mar.
8
TOPOGRAFÍA
Ilustración 7. El Cerro de la Estrella
Es el punto más elevado del municipio de Zumpango.Al norte se encuentra el cerro del Zitlaltepec
o Cerro de la Estrella de aproximadamente 2.650 msnm siendo el punto más alto del municipio en
colindancia con el pueblo de Tequizquiac y está situado en la Sierra de Xalpa; al noreste se forman
las Lomas de España que sobresalen por su aridez en colindancia con el pueblo de Jilotzingo, el
centro, occidente y sur del municipio se compone de una planicie que formada al desecar gran
parte de las aguas salitrosas del vaso que se conectaba con el gran lago de Texcoco y que hoy en
día son zonas urbanas y agrícolas en colindancia con los pueblos de Teoloyucan, Jaltenco,
Visitación y Reyes Acozac, y el sureste del municipio también se compone por lomas bajas hacia
los pueblos de Xolox y Tizayuca, donde el suelo tiene bancos subterráneos de tezontle que
determinan su origen volcánico.
Ilustración 8. Laguna de Zumpango
9
La Laguna de Zumpango es un cuerpo de agua ubicado al norte de la cuenca del Valle de México,
en el municipio mexiquense de Zumpango, en el Estado de México.
Anteriormente formaba parte de las cinco lagunas que se ubicaban en la cuenca del Valle de
México. El lago sufrió un proceso de degradación que se vio afectado por la presencia de
asentamientos humanos. Actualmente el gobierno local y estatal ha creado programas para su
recuperación ya que represente un alto valor ecológico para la cuenca como para la cantidad de
especies migratorias que se refugian en sus aguas que están siendo contaminadas por la
población. El cual se está contaminando por la basura de los turistas.
HIDROGRAFÍA
El agua de lluvia se desliza por las pendientes del declive orográfico donde es absorbida por la
tierra y la que no alcanza a filtrarse corre por el cauce del antiguo arroyo de las avenidas de
Pachuca, convertido hoy en un conductor de aguas negras teniendo su destino final el gran canal
de desagüe del valle de México.
CLIMA
El clima predominante es templado subhúmedo, con una temperatura anual promedio de 17º y
436 mm de precipitación anual media, con una estación de lluvias entre mayo y septiembre. Las
heladas se presentan entre octubre y marzo descendiendo la temperatura en sus días más crudos
hasta un grado bajo cero.
La flora nativa está integrada por magueyes, nopales, mezquites, huizaches, pirúles, pinos, sauces,
sabinos o ahuehuetes, árboles frutales como tejocote, capulín y ciruelo y platas medicinales como
gordolobo, cedrón etc. La fauna nativa la podemos apreciar en zonas despobladas y la componen
zarigüeyas o tlacuaches, conejos, ratas de campo, zorrillos, onzas, tuzas o topos, tejones, ardillas,
búhos, zopilotes, garzas, patos, gallinas de agua (en periodo invernal), colibríes, golondrinas,
verdines, pichones, alicantes, víbora de cascabel, ajolotes, camaleones, lagartijas, sapos, ranas y
variedades de insectos como arañas, colmenas, abejas, saltamontes, grillos, mariposas y
escarabajos.
FLORA
Las plantas típicas son el nopal, maguey, órgano, cardón, huizache, cholla, cacto de pipa, abrojo,
biznaga, carrizo, xoconochitli, colorín, tepozán, palmera y el pirul, pero hay también arboles como:
el ciprés, fresno, encino, alcanfores y eucaliptos; también hay frutales como el capulín, el tejocote
y el manzano; asimismo, plantas o yerbas silvestres y de ornato.
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FAUNA
La fauna se integra de ratas, ratones, tlacuaches, coyotes, lagartijas, gorriones, primaveras,
golondrinas salta pared, palomas, gavilán, colibrí, lechuza, halcón, águila. Garzas, y patos, además
de gran cantidad de insectos. Una gran variedad de fauna domestica como perros, gatos, vacas,
cerdos, aves de corral, etc.
RECURSOS NATURALES
El mayor recurso natural es el agua, tanto la que se deposita en la laguna de Zumpango, como la
que se extrae de mantos acuíferos subterráneos y del sistema del gran canal y túneles del desagüe
del valle de México.
CARACTERÍSTICAS Y USO DE SUELO
El 80% del territorio del municipio es del periodo cuaternario, con sedimentos de aluvión y
depósitos lacustres, por el norte del municipio hay dos tipos de rocas del periodo terciario y hacia
la parte poniente de la laguna de Zumpango se halla una zona de basaltos colorados, también del
periodo terciario.
La superficie del municipio tiene una constitución litológica que se refiere a la composición de la
roca madre resultando diferentes tipos de suelo.
CONCEPTOS
MECANISMOS DE RETENCION DEL AGUA POR PARTE DEL SUELO
Higroscopicidad (agua higroscópica): Debido al carácter dipolar del agua, su extremo es
atraído por las cargas negativas del coloide, por lo cual se forma una nueva capa
superficial negativa que orienta y retiene otra capa de agua, llegando a 3 o 4 capas.
Coeficiente higroscópico: Máxima proporción de agua que retiene un suelo en forma
higroscópica y es igual al H% que un suelo es capaz de adsorber a partir de una atmosfera
con 100% de humedad.
Capilaridad: Debido a su pequeño tamaño algunos poros del suelo retienen agua por
capilaridad y la fuerza con que la retienen es inversamente proporcional a su tamaño. Es
fenómeno de adhesión.
Repulsión de partículas: En el suelo la concentración de cationes cerca de los coloides
(doble capa difusa) es mayor que en el seno de la solución, aumentando el potencial
11
osmótico entre las micelas tendiendo el agua a fluir a esa zona, separándose las laminas
de arcillas y así el sistema se hincha.
Ilustración 9. Repulsión de partículas
En el esquema adjunto se puede observar el movimiento del agua a medida que transcurre el
tiempo.
Ilustración 10. Movimiento de agua a medida que transcurre el tiempo
El grafico muestra el agua disponible y no disponible para las plantas dependiendo de la textura
del suelo.
12
El Potencial matricial es debido a dos fuerzas, adsorción y capilaridad. La atracción por adsorción
se origina como consecuencia de que en la superficie de las partículas solidas existe una
descompensación eléctrica. De esta forma las moléculas de agua actúan como dipolos y son
atraídas por fuerzas electrostáticas.
Ilustración 11. Grafica que muestra el Potencial matricial
También el agua queda retenida por capilaridad en los microporos.
Ilustración 12. Efecto capilar.
13
POTENCIAL HIDRICO
El potencial hídrico está definido por:
= potencial hídrico = potencial gravitacional (infiltración del agua de lluvia por gravedad) = potencial de matriz (fuerza de retención del agua por el suelo) = potencial osmótico (en suelos salinos)
Potencial: diferencia de energía que se expresa en bar o atmosferas (1atm=1.013bar) Se
mide a través de un tensiómetro.
Ilustración 13. Tensiómetro
Potencial del agua del suelo: es la diferencia de energía libre por CC, que existe entre el
agua en un punto bajo consideración en el suelo y el agua libre, pura, ubicada a la misma
altura, sometida a la misma presión y a la misma temperatura.
Potencial de matriz: es la diferencia de energía libre por CC, que existe entre el agua en un
punto bajo consideración en el suelo y la de una solución idéntica a la solución del suelo
ubicada a la misma altura, sometida a la misma presión ya a la misma temperatura.
Define la fuerza de retención del agua por el suelo.
Potencial osmótico: es la diferencia de energía libre por cc., que existe entre el agua de
una solución idéntica a la solución del suelo y el agua libre, pura, ubicada a la misma
altura, sometida a la misma presión y a la misma temperatura.
Es considerado en los suelos salinos.
14
Potencial gravitacional: es la diferencia de energía potencial por cc., que existe entre el
agua del suelo en un sitio bajo consideración y el agua a una altura de referencia.
Infiltración del agua de lluvia por efecto de la gravedad.
MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO
Se realiza a través del espacio poroso y ocurre como consecuencia de diferencias en el potencial
del agua.
- Por acción de la gravedad.
- Por diferencia del potencial de matriz
- Por combinación de ambas
El movimiento se puede dividir en:
Flujo saturado: por poroso grandes (porosidad no capilar) bajo la acción de la gravedad y
el suelo está saturado.
Flujo no saturado (movimiento capilar): por poros más pequeños y por diferencia de
potencial de matriz.
El movimiento del agua en el suelo está regido por la Ley de Darcy.
Expresa la relación entre la velocidad de flujo y el gradiente de potencial.
V (cm/día)= -k. dt / dz
V= velocidad de flujo. K= constante de proporcionalidad (conductividad hidráulica). dt/dz= gradiente de potencial
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN
Es la velocidad con que el agua pasa del exterior al interior del perfil. Es importante en la relación
suelo-planta.
Si es pequeña: bajo porcentaje penetra al suelo, y escurre superficialmente favoreciendo procesos
de erosión.
Si es grande: se pueden originar problemas de exceso en presencia de horizontes impermeables.
15
La cantidad de agua que se mueve en el perfil depende de: la cantidad de agua que recibe el suelo,
de la capacidad de infiltración del suelo, de la cantidad de agua que el perfil pueda retener, de la
textura y de la estructura del suelo.
Las plantas se proveen de agua del total del agua que llega a la superficie del suelo, solo una
pequeña parte que queda en la vecindad de la superficie de adsorción de las raíces.
El agua llega a las raíces por dos fenómenos:
Movimiento capilar: las raíces van tomando el agua y esta se mueve por diferencia
potencial.
Extensión radicular: elongación de raíces.
FORMAS DE PERDIDA DE AGUA DE LOS SUELOS
Ilustración 14. Perdida de agua de los suelos.
Las pérdidas de la lluvia en el suelo pueden ser por: pérdidas de agua por escurrimiento
superficial, por drenaje profundo, por lixiviación, erosión hídrica.
El agua es el recurso que define los límites de desarrollo sostenible. Recodando que es un recuso
limitado, es importante, en su manejo, desde el punto de vista edafológico, tender a optimizar las
entradas y minimizar las salidas.
FLUJO LAMINAR
Las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto capas o
láminas de ahí su nombre, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de
fluido vecinas. Este flujo se rige por la ley que relaciona la tensión cortante con la velocidad de
deformación angular
16
La viscosidad del fluido es la magnitud física predominante y su acción amortigua cualquier
tendencia a ser turbulento.
El flujo puede depender del tiempo de forma significativa, como indica la salida de una sonda de
velocidad que se observa en la figura a), o puede ser estable como en b)
V (t)
t
(a) flujo inestable
V (t)
t
(b) flujo estable
La razón por la que un flujo puede ser laminar o turbulento tiene que ver con lo que pasa a partir
de una pequeña alteración del flujo, una perturbación de los componentes de velocidad. Dicha
alteración puede aumentar o disminuir. Cuando la perturbación en un flujo laminar aumenta,
cuando el flujo es inestable, este puede cambiar a turbulento y si dicha perturbación disminuye el
flujo continua laminar.
Existen tres parámetros físicos que describen las condiciones de flujo, estos son:
Escala de longitud del campo de flujo. Si es bastante grande, una perturbación del flujo
podría aumentar y el flujo podría volverse turbulento.
Escala de velocidad. Si es bastante grande podría se turbulento el flujo.
Viscosidad cinemática. Si es pequeña el flujo puede ser turbulento.
Los parámetros se combinan en un parámetro llamado número de Reynolds
Re = VL/
V = Velocidad L = Longitud
= Viscosidad cinemática
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Un flujo puede ser también laminar y turbulento intermitentemente, esto puede ocurrir cuando
Re se aproxima a un número de Re crítico, por ejemplo e un tubo el Re crítico es 2000, puesto que
Re menores que este son todos para flujos laminares.
Flujo intermitente
METODOLOGIA
ESTIMACIÓN DE LA PÉRDIDA DE SUELO POR EROSIÓN HÍDRICA
La estimación de pérdida de suelo debido a erosión laminar y en canalillos puede ser calculada
utilizando modelos matemáticos, entre estos, la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (EUPS) es
el modelo matemático más utilizado para esta predicción.
La ecuación básica es:
Donde:
A= promedio anual de pérdida de suelo (ton/ha) R= factor de erosividad de la lluvia (MJ mm/ha hr) K= factor de erosionabilidad de suelo (ton ha hr/MJ mm ha) L= factor de longitud de la pendiente (Adimensional) C= factor de manejo de cultivos (Adimensional) P= factor de prácticas mecánicas de control de erosión (Adimensional)
La EUPS puede usarse para los siguientes fines:
Predecir pérdida anual de suelo promedio de un terreno con pendiente bajo un uso
específico del suelo.
Seleccionar sistemas de manejo y cultivos y prácticas de conservación para pendientes y
suelos específicos.
18
Predecir los cambios en pérdida de suelo que ocurrieron al darse un cambio en prácticas
de cultivo o conservación para un terreno dado.
Determinar cómo se pueden aplicar o modificar prácticas de conservación para que se
tenga un uso más intensivo del terreno.
Estimar las pérdidas de suelo para terrenos diferentes a los agrícolas.
Dar estimaciones de pérdidas de suelo a los conservacionistas para determinar
necesidades de conservación.
El factor de erosividad de lluvia, R
La erosividad de la lluvia, definida como la capacidad potencial de esta para causar erosión, es
medida por medio de los índices de erosividad. Los índices más importantes y de aplicación
geográfica más amplia, son EL30, KE>25, Alm, Ram y Fournier (Wischmeier, 1959, Hudson, 1981;
Lal, 1979; Roose, 1979; Arnoldus, 1980, respectivamente) aunque existen varios mas con
aplicaciones locales más exitosas.
El fue propuesto por Wischmeier (1959) y es definido como el producto de la energía cinética
total de la lluvia (E) por la intensidad máxima en 30 minutos (I30). Mide el efecto en que la erosión
por salpicamiento y la turbulencia del flujo se combinan con el escurrimiento para remover del
terreno las partículas del suelo separadas de este. Este proceso es conocido como erosión laminar.
Su cálculo se realiza con la siguiente ecuación:
( )( )
Donde:
El30= índice de erosividad para un evento [MJ mm /ha* hr] E = energía cinética total de la lluvia [MJ/ha]
L30= intensidad máxima de la lluvia en 30 minutos [mm/hr]
La energía cinética de la lluvia se obtiene con la ecuación:
∑
= energía cinética para el intervalo de tiempo j [MJ/ha*mm]
= lluvia en el intervalo de tiempo j [mm] N= intervalos con diferente intensidad, durante un mismo evento.
El cálculo de en unidades del sistema internacional se hace usando la ecuación (Wischmeier y
Smith, 1978; Foster et al. 1981).
19
Donde
= intensidad de la lluvia en el intervalo j [mm/hr]
(
)
= tiempo del intervalo j [minutos]
La multiplicación por (60) convierte los datos a unidades hora. El valor se vuelve constante para
, pues se considera que a intensidades mayores, el tamaño de las gotas ya no se
incrementa ecuación (Wischmeier y Smith, 1978).
La expresión algebraica de R es entonces:
∑( )
Donde
R= factor de erosividad de la lluvia o índice de erosividad anual [MJ*mm/ha*hr*año] M= número de eventos durante el año.
Cortés (1991) preparó un mapa de isoerosividad que se muestra en la Figura xx. Este mapa se
desarrollo con datos de 53 estaciones meteorológicas con periodos que variaron de cuatro a once
años. Los promedios anuales encontrados para el índice van de 800 a 16,800 MJ mm/hr año,
para el noroeste y sureste del país, respectivamente.
Ilustración 15. Mapa de isoerosividad para la República Mexicana. Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica
20
De esta manera, Cortés formo 14 regiones diferentes para la república, con referencia a la
erosividad de la lluvia figura xx. Además, se generaron mediante análisis de regresión ecuaciones
que permiten la estimación del factor R de la EUPS en función de la lluvia anual para cada una de
las regiones. Las ecuaciones se presentan en la tabla xx.
Ilustración 16. Mapa de regiones de erosividad de la lluvia en México.Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica
REGIÓN ECUACIÓN R2
I Y=1.2078X+0.002276X2 0.92
II Y=3.4555X+0.006470X2 0.93
III Y=3.6752X-0.001720X2 0.94
IV Y=2.8959X+0.002983X2 0.92
V Y=3.4880X-0.000188X2 0.94
VI Y=16.6847X+0.001680X2 0.90
VII Y=-0.0334X+0.006661X2 0.98
VIII Y=1.9967X+0.003270X2 0.98
IX Y=7.0458X-0.002096X2 0.97
X Y=6.8938X+0.000442X2 0.95
XI Y=3.7745X+0.004540X2 0.98
XII Y=2.4619X+0.006067X2 0.96
XIII Y=10.7427X-0.001008X2 0.97
XIV Y=1.5005X+0.002640X2 0.95 Tabla 2. Ecuaciones que estiman el valor de . Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica
Y= anual (MJ mm/ha hr) X= Lluvia anual en mm.
21
Cálculos de la erosionabilidad de los suelos, K
La erosión hídrica es un fenómeno complejo que incluye el desprendimiento, transporte y
deposición de las partículas del suelo. El termino partícula de suelo usado en esta definición
incluye partículas primarias y agregados del suelo. La cantidad de suelo erosionado por el agua en
un lugar dado depende del potencial relativo de dos fuerzas contrarias: (a) los agentes erosivos,
lluvia y escorrentía, que actúan en el suelo y (b) la habilidad del suelo para resistir a dichos
agentes. Como regla general puede decirse que si se mantienen las fuerzas del agente erosivo
constantes la cantidad de suelo erosionado varía dependiendo de las características inherentes del
suelo y del manejo a que este sometido dicho suelo (modificaciones al terreno y a la cobertura
superficial).
K se define como la tasa de pérdida de suelo por cada unidad adicional de cuando L, S, C y P
permanecen constantes y son iguales a 1. K se expresa en t.ha.h/ha. MJ. Mm. El factor de
erosionabilidad K se puede evaluar en lotes experimentales si se resuelve la ecuación.
O
Donde:
A= Perdida del suelo por unidad de área [ton/h] R= Factor de erosividad de la lluvia [MJ*mm/ha*hr*año] K= Factor de erosionabilidad [ton*ha*h/ha*MJ*mm] L= Factor de longitud de pendiente [adimensional] S= Factor por inclinación de la pendiente [adimensional] C= Factor por manejo de cultivos [adimensional] P= Factor por prácticas de manejo de los cultivos [adimensional] Las condiciones estándar son: inclinación de la pendiente 9%, longitud de la pendiente 22.13 m y
bajo cultivo continuo se aplica a terrenos que han sido cultivados y mantenidos libres de
vegetación por más de dos años.
Wischmeieret.al 1971, elaboraron un nomograma que permite evaluar el factor K usando cinco
parámetros del suelo: (i) % de limos +arenas muy finas;(ii) % de arena; (iii) % de materia
orgánica;(iv) estructura; y (v) permeabilidad. El nomograma se presenta en la figura xx. Para
evaluaciones de erosionabilidad, el % de limos ´arenas muy finas se define como: 0.002 mm-0.10
mm y el porciento de arenas como 0.10 mm- 2.0 mm.
22
Ilustración 17. Nomograma para evaluar el factor K de erosionabilidad del suelo. Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica.
La estructura se codifica usando la tabla 3.
CODIGO CLASE DE ESTRUCTURA TAMAÑO
1 Granular muy fina y grumosa muy
fina <1 mm
2 Granular fina y grumosa fina 1-2 mm
3 Granular media, grumosa media y
granular gruesa 5-10 mm
4 Laminar, prismática, columna, masiva
y granular muy gruesa >10 mm
Tabla 3. Códigos de estructura para su uso en el nomograma de Wischmeier y colaboradores (Wischmeier y Smith, 1978).Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica.
Los valores de: % de limos+arena muy finas, % arenas, % de materia orgánica y estructura son
valores promedio para los 15-20 cm superiores.
El valor de permeabilidad se refiere a todo el perfil. La codificación para permeabilidad se da en la Tabla 4.
TEXTURA CODIGO CLASIFICACIÓN CONDUCTIVIDAD
HIDRAULICA (mm/hr)
Arenosa 1 Rápida a muy rápida <60
Franco arenosa 2 Moderadamente rápida 20-60
Arena francosa
Franco, franco limosa 3 Moderada 5-20
Franco arcillo arenosa 4 Moderadamente lenta 2-5
Franco arcillosa
Franco limo arcillosa 5 Lenta 1-2
Arcillo arenosa
Arcillo limosa, arcillosa 6 Muy lenta <1
Tabla 4. Códigos y permeabilidad para su uso en el nomograma de Wischmeier y colaboradores (Wischmeier y Smith, 1978).Manual de predicción de pérdidas de suelo por erosión hídrica.
23
El procedimiento para evaluar el factor K con el uso del nomograma es el siguiente:
1. Entre a él nomograma en la escala vertical de la izquierda con el valor apropiado de %
limos + arenas muy finas (0.002 mm-0.1 mm).
2. Continúe horizontalmente hasta interceptar la curva correspondiente para % arenas (0.1
mm-0.2 mm), interceptando al % más cercano.
3. Continúe verticalmente hasta interceptar la curva correspondiente al contenido de
materia orgánica.
4. Continúe horizontalmente hacia la derecha.
5. Para aquellos suelos con una estructura granular fina o grumosa fina y con permeabilidad
moderada, el valor de K se puede obtener directamente de la primera aproximación de la
escala de K localizada en la margen derecha de la primera sección del nomograma.
6. Para los demás suelos: continúe horizontalmente hasta interceptar la curva de estructura
adecuada.
7. Continúe horizontalmente hasta interceptar la escala de erosionabilidades del suelo
localizada en la margen izquierda de la segunda sección del nomograma y obtenga el valor
de K.
Factor por longitud e inclinación de la pendiente, LS
El efecto de la topografía en la erosión se representa por el factor LS. La erosión aumenta
conforme la longitud del terreno en el sentido de la pendiente aumenta (factor L) y la inclinación
de la superficie se hace mayor (factor S).
La longitud de la pendiente se define como la distancia desde el punto de origen del flujo
superficial a cualquiera de los siguientes puntos: (i) punto donde la pendiente decrece de tal
manera que empieza a existir sedimentación o (ii) punto donde el agua de escorrentía entra a un
canal bien definido que puede ser parte de una red de drenaje o un canal construido tal y como el
de una terraza o zanja de desviación.
El factor L se define como:
(
)
Donde:
= longitud de la pendiente en m. Esta es la proyección horizontal y no la distancia paralela a la superficie del terreno. m= exponente. Este valor está influenciado por interacciones de la longitud de la pendiente con la inclinación y también por las propiedades del suelo, el tipo de vegetación, y las prácticas de conservación.
24
El valor del exponente m varía dependiendo de la relación β entre la erosión entre canalillos
(debida al impacto de las gotas de lluvia) y en canalillos (causado por el flujo superficial) de
acuerdo a la relación reportada por Foster et al. (1977), y que es:
( )
Los valores de la relación β para condiciones donde los suelos son moderadamente susceptibles a
la erosión entre canalillos y en canalillos, fueron calculados por McCool et al. (1989), utilizando la
relación:
(
) [ ( ) ]
Donde:
θ= ángulo de la pendiente. Dado un valor de β se calcula el valor del exponente m, utilizando la
relación de Foster et al. (1977).
La pérdida de suelo aumenta más rápidamente con la inclinación de la pendiente que con la
longitud y se evalúa utilizando la relación de McCool, et al (1987):
Estas relaciones se basan en la suposición de que el escurrimiento no es función de la inclinación
de la pendiente. Para pendientes con una longitud menor de 4.5 m, McCool et al. (1987),
utilizando la ecuación:
( )
Esta ecuación se aplica a condiciones en las que exista drenaje libre del agua en el extremo final de
la pendiente.
MÉTODO DE BOUYOUCOS
En forma general se basa en la velocidad diferencial de sedimentación de las partículas, con base
en su tamaño, peso y medio en que sedimentan. Se emplea un hidrómetro “especialmente
calibrado”, en lugar de pipeta. La calibración especial se requiere porque conforme las partículas
sedimentan, el hidrómetro cambia “su línea de flotación” y no flota a una profundidad fija. El
tamaño del hidrómetro también implica que no da un punto específico de medida como lo da la
pipeta. El hidrómetro mide los gramos de sólidos en suspensión por litro de agua, en una escala de
0-60 g L-1, con intervalos numerados de 5 en 5 g por litro, e intervalos no numerados; pero que se
indican mediante rayas horizontales, de 1 g por litro.
25
En el método de Bouyoucus la sedimentación de las partículas de arena con diferentes tamaños,
como arena fina y arena media; limo y arcilla; ocurre diferencialmente a tiempos t1, t2, t3,… etc.
Durante el proceso se mide la cantidad de sólidos en suspensión, con el hidrómetro. La escala del
hidrómetro indica la cantidad de gramos en suspensión por litro de agua, a una temperatura
especifica de 19.4° C. Las variaciones en temperatura afectan la viscosidad del agua, lo que influye
en la velocidad de sedimentación. Por esto es que existen tablas de corrección por temperatura
cuando hay diferencias entre la temperatura obtenida en el laboratorio con la temperatura
especifica de 19.4°C.
En la determinación con el método de Bouyoucus se requiere tamizar la muestra en un tamiz No.
10 ASTM con abertura de 2 mm. Luego se procede a pretratar la muestra para garantizar su
dispersión. Como las partículas texturales se mantienen unidas por interacción electrostática, más
un conjunto de sustancias que las mantienen juntas, como compuestos orgánicos e inorgánicos,
carbonatos, yeso y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio; se utilizan tratamientos químicos para
remover o reducir estas uniones cohesivas y garantizar que las partículas se comporten
individualmente, esto es, se dispersen.
Leyes de sedimentación
Para las fracciones de limo y arcilla se usan técnicas basadas en las relaciones de la Ley de Stokes
entre el diámetro de una partícula en suspensión y su velocidad de sedimentación en un líquido, a
una temperatura constante.
( )
V= Velocidad de sedimentación X= diámetro de la partícula g= constante gravitacional =Densidad del líquido = Viscosidad del líquido.
En la ecuación se asumen partículas rígidas, de forma esferoidallisa y no alargadas en un plano,
como son muchos coloidales del suelo, por ejemplo las arcillas caolinitas.
El ámbito normal en densidad de partículas es de 2.65 g cm-3.
Fuentes de error
Existen varias fuentes de error al ejecutar el procedimiento para determinar porcentajes de arena
limo y arcilla. El siguiente es un listado de fuentes de error. El origen de las fuentes de error puede
constituir preguntas en exámenes cortos. No se incluyen todas las fuentes de error posibles.
Peso incorrecto de la muestra de suelos: se recomienda 40 g.
Existencia de más de 0.5% de materia orgánica en la muestra, sin realizar oxidación o
destrucción de M.O.
Perdida de la fracción limo de la muestra total; durante el análisis.
26
Lecturas incorrectas del hidrómetro desfasadas, del tiempo correcto de lectura: 40
segundos y 2 horas.
Lecturas incorrectas de la temperatura
Perdida de muestra, sin fracción especifica, al transvasar.
Aplicar el método a suelos salinos, o de origen volcánico sin realizar las correcciones
pertinentes.
Mover el cilindro de Bouyoucos entre los intervalos de lectura o agitar nuevamente la
muestra a las 2 horas.
Perdida de arcilla durante el trasvase de muestra.
No efectuar las correcciones especificas por cambios en la temperatura.
El análisis textual puede realizarse en grupos de 2 o de 3 alumnos. Las variaciones pueden estar
constituidas por suelos de origen diferente que incluye: procedencia de los suelos de regiones
fisiográficamente definidas como abanicos coluvio-aluviales; aluviales o regiones montañosas con
materiales parentales sedimentos. Otra variable incluye la determinación textual de cada
horizonte, en un perfil de suelos muestreado previamente.
Los materiales para el trabajo de todos los grupos en laboratorio, incluye balanzas con exactitud
de 0.1 gramos, licuadoras de alta velocidad, y los reactivos correspondientes. Los materiales son:
Muestra de suelos, identificadas por origen, numero de perfil del suelo y
nomenclatura de horizontes.
Un hidrómetro ASTM No. 152H O CL-277ª, Soil Test Inc. Con 0-60 g L-1.
(ASTM=American society of test and materials). CL277A son siglas utilizadas por la
casa Soil Test Inc. De Evanston, Illinois.
Un tamiz No. 10 ASTM, con abertura de 2.0 mm.
Uno o dos cilindros de sedimentación graduados (cilindros de Bouyoucos), con
capacidad de un litro y con un diámetro tal que la marca de 1000 cm3, que indica la
marca con el hidrómetro dentro del cilindro.
Un termómetro en escala Celsius
Alcohol amílico
Pizeta para lavar con capacidad de 125 o 250 ml.
“Beakers” o recipientes con capacidad d 400 a 600 m ml.
Latas de aluminio, papel aluminio, o latón.
Tapones de hule No. 12 ó 13, o un agitador manual que está formado por un cilindro
de metal de 22 mm de grosor, acoplado en su centro a una varilla de metal de 50 cm
de longitud y 5 cm de diámetro.
Pese 40 g de suelo seco (PM), tamizado en tamiz ASTM No. 10, seco al aire o en estufa a 105 °C,
durante 12-24 horas. Colóquelos en la copa dispersadora. Agregue 15 ml de hexametafosfato de
sodio 10 % m/v y alrededor de 400 ml de agua. Espere 10 min. El contenido de materia orgánica
en la muestra de suelo, pudo o no, haber sido oxidada.
27
Coloque la copa en el dispersor eléctrico y agite en velocidad lenta (low), a 2400 rpm, durante
cinco minutos.
Transfiera a un cilindro de Bouyoucos, el contenido de la copa dispersadora, utilizando la pizeta
para garantizar el trasvase total de los sedimentos. Luego llene el cilindro hasta la marca inferior,
marca de 1000 ml. Si hay espuma, agregue dos gotas de alcohol amílico.
Coloque el hidrómetro dentro y compruebe que indica la marca de 1130 ml.
Saque el hidrómetro. Coloque en el cilindro un tapón de hule No. 12 ó 13, y agite la suspensión
vigorosamente. Luego coloque el cilindro en la mesa de trabajo. Este es tiempo t0. La primera
lectura se realiza a los 40 segundos: t1. Para poder realizar una lectura, sin que se presenten
oscilaciones inconvenientes del hidrómetro, insértelo cuidadosamente de tal manera que a los 40
segundos este equilibrado. En ese momento haga la primera lectura del hidrómetro en el punto de
coincidencia entre el menisco de la disolución y la escala del hidrómetro. Anote la lectura en su
libreta de laboratorio como LH40S (lectura del hidrómetro a 40 segundos). Inmediatamente tome la
temperatura con un termómetro en grados Celsius, introduciéndolo durante 3-4 minutos en la
disolución. Anote la temperatura en su libreta de registro. Esta es la temperatura a los 40
segundos.
Deje el cilindro de Bouyoucos, sin disturbar externa ni internamente su contenido durante las
siguientes dos horas. Cuando se cumplan dos horas; t2, introduzca el hidrómetro, previo a cumplir
dos horas, y realice la lectura a las dos horas. Anote la lectura en su libreta de laboratorio como
LH2hr. De inmediato introduzca el termómetro en la disolución y anote la temperatura.
Correcciones por temperatura: por cada grado por encima de 19.4°C sume 0.3 a la lectura LH40s o
LH2hr para la corrección. Por cada grado por debajo de 19.4°C, reste 0.3, a la lectura LH40s o a la
lectura LH2hr, según corresponda. Hecha la corrección indíquela como LHc40s, o lectura del
hidrómetro corregida a los 40 segundos y LHc2hr, o lectura del hidrómetro corregida a las dos
horas. Se presenta un diagrama general, del procedimiento en la siguiente figura. Se incluye luego
el triangulo de texturas para la definición del nombre textual.
Ilustración 18. Diagrama del proceso para determinar textura (Método Bouyoucos)
28
1. Porcentaje de arena. El hidrómetro esta calibrado para dar la lectura de los gramos de
sólidos en suspensión por litro de agua. La arena, por su diámetro y peso, sedimenta
en los primeros 40 segundos. Lo que mide el hidrómetro a t1 (LHc40s), debe de
corregirse a los 40 segundos por el factor de temperatura y es la cantidad de gramos
de limo y arcilla en suspensión por litro de agua a los 40 segundos.
Material en suspensión, MS(%)=LH40segundos*100/PM.
Arena total en la muestra en %=100-MS (%)
2. Porcentaje de arcilla a las dos horas: =LH2hr*100/PM
3. Porcentaje de limo: =100-(Arena en %+ arcilla en %)
Determinación del nombre textual: use el triangulo de texturas (USDA, 1975, FAO, 1977), que
tiene escalas de 0 a 100 en sus tres vértices, separados 10 unidades. Tome el porcentaje de arcilla
y trace una línea paralela a la línea de arenas. Luego tome el porcentaje de arena y trace una línea
paralela a la línea de la fracción de limo. El punto en que ambas líneas se interceptan, cae dentro
de una casilla que indica el nombre textual de la muestra.
Ilustración 19. Guía para determinar los nombres texturales del suelo. (Porcentaje de Arcilla, Limo y Arena en las clases texturales básicas).
29
REPORTE DE ACTIVIDADES El área ecológica de Zumpango fue nuestro campo experimental para este proyecto, por lo que
primero se localizaron los puntos analizados en cuanto al fenómeno de erosión.
Ilustración 20. Localización de Puntos muestreados
Datos recolectados de los puntos muestreados, donde se analiza a mayor detalle el tipo de
textura, color y fase de la muestra.
Fecha 04/10/2010 04/10/2010 04/10/2010
No. Muestras 2 1 1 2
Punto Cerro de la Estrella
Cerro de la Estrella (bajo)
Buje San Luis Zumpango
Latitud 485048 484691 485267 485044
Longitud 2194485 2194415 2194757 2193565
Altitud 2542 2448 7945 2409
Parcela Ejido Jagüey Buje Cerro
Materia Orgánica Alta-Media Baja <1% Media-Alta Baja
Agregado (cm) 15-20 s/agregado s/agregado s/agregado
Textura Limo arcilloso Pedregosa-gravas Arenosa Arenoso húmedo
Color Negro pardo Pardo claro Negro pardo Gris pardo
Fase Lítica baja Lítica alta,
pedregosidad>85%, roca madre aflorando
Lítica alta Lítica alta
Observaciones
No se identifican Horizontes son depósitos de sedimentos.
Es una ladera con perfil de suelo muy delgado.
Aflora la roca o material parental la
lítica es muy alta con φ >20 cm.
Suelo en proceso de formación, el proceso de erosión es más alto, roca
ígnea, cuarzo con ferremagnesiano y
silicato.
En su mayoría hay piedra y vegetación
escasa debido al clima y a la estación del año, alrededor hay árboles
de dosel medio.
Tabla 5. Información recabada en sitio.
30
En los sitios antes mencionados se obtuvieron muestras del tipo de suelo que se localiza en esa
zona para posteriormente ser analizados por el Método de Bouyoucos.
Los siguientes gráficos muestran la distribución de los sitios en la zona a estudiar.
Ilustración 21. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Cerro de la Estrella
Ilustración 22. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Cerro de la Estrella bajo
2194676
2194678
2194680
2194682
2194684
2194686
2194688
484004 484008 484012 484016 484020
Lon
gitu
d
Latitud
Cerro de la Estrella
2194402
2194404
2194406
2194408
2194410
2194412
2194414
2194416
484688 484690 484692 484694 484696 484698 484700 484702
Lon
gitu
d
Latitud
Cerro de la Estrella (bajo)
31
Ilustración 23. Puntos de corcholatas colocadas en Punto Buje
Ilustración 24. Puntos de corcholatas colocadas en Punto San Luis Zumpango
2193400
2193600
2193800
2194000
2194200
2194400
2194600
2194800
2195000
485256 485258 485260 485262 485264 485266 485268 485270
Lon
gitu
d
Latitud
Buje
2193534
2193536
2193538
2193540
2193542
2193544
2193546
2193548
2193550
485010 485012 485014 485016 485018 485020 485022
Lon
gitu
d
Latitud
San Luis Zumpango
32
REPORTE DE RESULTADOS Mediante el SIG ARCVIEW 3.2 y con ayuda de los datos recabados en campo se aplicara el modelo
de Estimación de la pérdida de suelo por erosión hídrica y el Método de Bouyoucus.
Ilustración 25. Relieve zona de estudio Zumpango de Ocampo, Estado de México
La Ilustración 26 Muestra el Relieve de la zona de estudio con su zona de muestreo, en la cual se
realizo el Método de Bouyoucus con muestras de suelo que se tomaron en excavaciones de 1 m
de ancho por 1 m de lago y 1 m de profundidad.
Ilustración 26. Grafica que muestra el comportamiento del análisis de las muestras.
0
5
10
15
20
25
12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19
Alt
ura
de
hid
rom
etr
o (
de
nsi
dad
)
Hora
Análisis de suelo
CESJC-01-C
CESJC-01-N
33
El análisis se obtuvo por el Método Bouyoucus, se muestra que mientras más transcurre el tiempo
las partículas tardan más en descender por lo que a simple vista se observa que hay mayoría de
partículas pequeñas o arcillas.
Se hace el análisis de porcentaje tomando en cuenta el Triangulo de Clasificación de los Suelos
(Triangulo de Textura).
Ilustración 27. Triangulo de Textura
Arena % Limo % Arcilla%
CESJC-01-C
15.38 55.77 28.85 FRANCO ARCILLOSO LIMOSO
CESJC-01-N
6.82 59.1 34.08 FRANCO ARCILLOSO LIMOSO
Tabla 6. Porcentajes de Suelos analizados.
Por lo que tomando en consideración el Triangulo de Suelos se llega a la conclusión de que el suelo
es Arcilloso.
Para hacer el análisis de erosión se ocupo el Método de las Corcholatas, el cual se realiza
colocando corcholatas en dirección de la pendiente donde se cree que va a erosionar, se pusieron
9 corcholatas y al paso de varios meses se mide con el vernier los cm que erosionan y con esto dar
una conclusión.
CESJC-01-N
CESJC-01-C
34
Corcholatas localizadas después de la erosión, se encontraron a varios metros de donde se
colocaron inicialmente.
Punto 4 San Luis Zumpango
Latitud Longitud Vernier (cm)
485134 2193493 0.9
485152 2193469 2.705
485157 2193460 0.64
485167 2193444 sin clavo
485175 2193435 1.05
485164 2193441 3.45
Tabla 7. Puntos de corcholatas encontradas después de varios meses
Ilustración 28. Corcholatas encontradas a varios metros del Punto 4.
Latitud Longitud Vernier (cm)
485263 2194763 0.7
485261 2194762 0.6
Tabla 8. Puntos de corcholatas encontradas después de varios meses en Punto 3.
2193430
2193440
2193450
2193460
2193470
2193480
2193490
2193500
485130 485135 485140 485145 485150 485155 485160 485165 485170 485175 485180
Lon
gitu
d
Latitud
San Luis Zumpango
35
Ilustración 29. Corcholatas encontradas a varios metros del Punto 3.
De acuerdo con el Método de Estimación de pérdida de suelo por erosión hídrica (USLE), se
hicieron los cálculos pertinentes para obtener las variables de la formula USLE y se obtuvo lo
siguiente.
Ilustración 30. Calculo L (USLE)
2194761.8
2194762
2194762.2
2194762.4
2194762.6
2194762.8
2194763
2194763.2
480000 482000 484000 486000
Lon
gitu
d
Latitud
Buje
36
Ilustración 31. Calculo K (USLE)
Ilustración 32.Calculo de Pendiente (USLE) menores y mayores a 9%
Con datos de precipitación de las estaciones 13036, 13084, 15024 y 15028 durante el periodo
comprendido de Octubre a Diciembre se hicieron los cálculos pertinentes para obtener periodos
de retorno de 1, 2, y 5 años, con los cuales se obtuvo la R que es el factor de erosividad de la lluvia.
Estación Latitud Longitud R(octubre) R(Noviembre) R(Diciembre)
13036 501754.1667 2188708.33 1.99997 5.6163968 2.4007488
13084 466670.8333 2200987.5 20.294 14.13713 34.88893
15024 478950 2193970.83 5.0121875 4.00648 10.06525
15028 485966.667 2197479.17 28.59472 14.13713 18.23517 Tabla 9. R para un periodo de retorno de 1 año
37
Estación Latitud Longitud R(octubre) R(Noviembre) R(Diciembre)
13036 501754.167 2188708.33 16.18288 45.9383268 12.7089963
13084 466670.833 2200987.5 80.59648 46.5811875 34.88893
15024 478950 2193970.83 116.183008 11.0807675 45.51008
15028 485966.667 2197479.17 146.512119 31.7344675 26.50973 Tabla 10. R para un periodo de retorno de 2 años
Estación Latitud Longitud R(octubre) R(Noviembre) R(Diciembre)
13036 501754.167 2188708.33 62.844 45.9383268 21.3258675
13084 466670.833 2200987.5 80.59648 46.5811875 34.88893
15024 478950 2193970.83 116.183008 34.88893 45.51008
15028 485966.667 2197479.17 146.512119 31.7344675 26.50973 Tabla 11. R para un periodo de retorno de 5 años
Con todas las variables calculadas se procedió a calcular USLE en dos partes para pendientes
menores a 9% y pendientes mayores a 9%.
Ilustración 33.Calculo de USLE par pendientes menores a 9%
38
Ilustración 34. Calculo de USLE par pendientes mayores a 9%
DISCUSIÓN DE RESULTADOS Con el Modelo de estimación de pérdida de suelo por erosión hídrica (USLE) y el método de
medición en campo (Corcholatas) se hace una comparación de resultados donde se toman en
cuenta el área de zona de estudio y la erosión de acuerdo a la pendiente (mayor y/o menor al
9%). Los resultados se muestran en las tablas siguientes:
Erosión/Tr<9%
Mes 1 2 5
Octubre 21277.32 94507.02 94507.02
Noviembre 11090.69 14742.37 23328.86
Diciembre 10388.17 23832.20 36996.87
Erosión total 42756.18 133081.60 154832.76
Tabla 12. Erosión/Tr <9% de acuerdo al área de estudio
39
Ilustración 35. Grafica que muestra la erosión con pendientes menores al 9 %
Erosión/Tr>9%
Mes 1 2 5
Octubre 13567.45 148460.09 148576.49
Noviembre 7140.25 25678.95 35856.76
Diciembre 16390.21 36996.87 23832.20
Erosión total 37097.92 211135.92 208265.45
Tabla 13. Erosión/Tr >9% de acuerdo al área de estudio
Ilustración 36. Grafica que muestra la erosión con pendientes mayores al 9%
Observando las Tablas 12 y 13, se tiene que la erosión total para el caso de las pendientes mayores
al 9% presenta volúmenes menores que para el caso de pendientes menores al 9% y periodo de
retorno igual a 1 año; en una comparación numérica, se tiene que la diferencia se vuelve negativa,
que en términos de análisis del modelo es una incompatibilidad física, esto es: lo que refleja el
0
20000
40000
60000
80000
100000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Ton
/me
s
Tr
Erosión/Tr<9%
Tr=1
Tr=2
Tr=5
0
50000
100000
150000
200000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Ton
/me
s
Tr
Erosión/Tr>9%
Tr=1
Tr=2
Tr=5
40
modelo numéricamente no es congruente con la realidad física. Para el caso de los periodos de
retorno de 2 y 5 años, se estabiliza el modelo numéricamente, sin embargo, las tasas estimadas se
consideran sobrevaluadas; de otra forma, se esperaría que los datos estimados para periodos de
retorno de 1 y 2 años sean similares, mientras que para 5 años sea mucho más alto, situación que
no se presenta. Como se observa, las estimaciones asociadas a 2 y 5 años prácticamente son
iguales, lo que representa una sobre estimación por parte del modelo.
Por otro lado, observando el Plano de pendientes (ilustración 31), tenemos que la totalidad del
área de trabajo presenta pendientes menores al 9%. Por lo anterior discutido, se determinó que el
modelo no presenta un buen ajuste con pendientes mayores al 9%, por tanto, la calibración y el
proceso de evaluación restante se realiza solo para el caso de pendientes menores al 9%.
La siguiente grafica muestra la erosión total en toneladas por ciclo para las diferentes pendientes
de acuerdo a su periodo de retorno.
Ilustración 37. Erosión total para pendientes menores a 9 % respecto al cálculo de USLE
Para obtener la calibración de los Modelos se utilizan los datos obtenidos en campo al medir con
el vernier; con esta información se estimó la lámina de erosión para la totalidad del área de
trabajo (Ilustración 37).
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
0 1 2 3 4 5 6
Ero
sió
n (
ton
/cic
lo)
Periodo de Retorno (años)
Erosión Total
Erosión Total <9
41
Ilustración 38. Calibración con datos de vernier obtenidos en zona de estudio
El mapa nos muestra que en la zona de estudio se midieron datos desde 0.6 a 3.5 cm, al hacer la
calibración entre el modelo y el método se toma en cuenta la erosión total en lamina para una
pendiente menor a 9% y resulta la siguiente grafica.
Ilustración 39. Erosión total en lamina comparando s<9% y calibración de vernier con datos de campo
Los datos obtenidos de la calibración generan un valor de 0.5 cm, que comparados con la grafica
de erosión en lámina (ilustración 38), se observa que la lámina medida corresponde a un periodo
de retorno de 1.5 años.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3 4 5 6
Ero
sió
n (
cm)
Periodo de Retorno (años)
Erosión total (lámina)
S<9%
Calibración
42
CONCLUSIONES La República Mexicana se ha caracterizado por presentar fuertes problemas de erosión, derivados
de su conformación fisiográfica, edafológica y distribución de lluvias; el hecho de que más del 85%
de los suelos del territorio nacional sean de origen volcánico, relativamente jóvenes y en laderas,
provoca que cualquier evento de lluvia tenga un potencial erosivo importante. Puede asegurarse
que donde hay cultivos de temporal con relieve quebrado, hay problemas de erosión.
En particular, la zona de Zumpango pertenece al Eje Neo volcánico transversal, que es una de las cadenas montañosas del continente de última evolución, con suelos de origen basáltico, de diámetro de grano arenoso, poca presencia de materia orgánica, muy delgados y alta pedregosidad, todo lo cual es condicionante de erodabilidad; aunado a esto, la distribución de lluvias en la zona presenta evento de moderados a bajos, con una erosividad moderada-baja. Finalmente, las condiciones de la vegetación son pobres (EVALUACIÓN VEGETATIVA DE LA ZONA ECOLÓGICA ZUMPANGO DE OCAMPO, ESTADO DE MÉXICO, 2012), por lo que la eficiencia en la cobertura es baja a nula. La combinación de estas características genera un escenario de erosión más tendiente a lo alto que a lo moderado. Es de hacer notar que los eventos de lluvia son bajos y asociados a periodos de retorno de 1.5
años, esto es, que para cualquier evento, existirá alta erosión, y que para los eventos extremos es
de esperar deslaves donde aún existe suelo.
También es importante señalar que el modelo es consistente entre los datos estimados y los
medidos, al partir del análisis de calibración se concluye que es consistente puesto que cuando se
introducen los parámetros que no corresponden el sistema lo nota y no lo dice como en el caso de
la pendiente mayor al 9%.
Como recomendaciones, se puede menciona que la mejor opción para la conservación y
rehabilitación del suelo es la reforestación, sin embargo debido a la constante presión socio-
económica por disponer de tierras de cultivo, vivienda e industrias y comunicaciones, dicha
solución sólo puede emplearse en pocos casos, o terrenos muy alejados de las concentraciones
humanas.
Después de la reforestación, las cubiertas naturales o artificiales es la técnica mas recomendada
para el control d la erosión laminar. Existe una gran variedad de tipos de cubiertas para suelos,
tales como: pastos, composta, estiércol, paja de arroz, residuos del cultivo anterior, y productos
sintéticos (polietileno, emulsiones asfálticas y polisacáridos), entre otros. El uso de cada cubierta
dependerá de sus disponibilidad, costo y práctica de cultivo.
Por último, la construcción de terrazas es una opción para reducir la longitud de las laderas y
disminuir la pendiente del terreno para regular los escurrimientos superficiales, ya que son
estructuras de defensa.
43
BIBLIOGRAFÍA 1. SARH. Manual De Predicción de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica, México
Pág. 72-112.
2. Manual de Laboratorio de Edafología. Jorge Núñez Solís. (1996), México
3. Mecánica de Suelos. Eulalio Juárez Badillo. (1998), México
4. Introducción a la ciencia de los suelos. Fitzpatrick Ewart Adsil.
5. Tratado de edafología de México. Aguilera Herrera Nicolás. México
6. Gobierno del Estado de México, Secretaría de Ecología (1999) programa de
ordenamiento ecológico del territorio del estado de México. México, 430 pp.
7. Gobierno del Estado de México, Diagnostico Ambiental de la Región II, Zumpango.
México.
8. Gobierno del Estado de México, Programa de Desarrollo Regional, Macro Región
III Oriente, Región XVI Zumpango (2011).
9. Evaluación Vegetativa de la Zona Ecológica Zumpango de Ocampo, Estado de
México, Proyecto Terminal. Carmelo Javier Ramírez Martínez (2012)
10. Fernández Bono, Juan Fco y Marco Segura, Juan B. Apuntes de Hidráulica
Técnica. Universidad Politécnica de Valencia. Servicio de Publicaciones. 1992.
Pág. 8
11. GILES, Ronald V. Mecánica de los fluidos e Hidráulica. McGraw-Hill. 1967. Pág.
96-98, 160.
12. POTTER, Merle C y WIGGERT, David C. Mecánica de los fluidos. Prentice Hall.
1998. México. Pág. 97, 261- 262, 269-270, 276-278.
