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Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y PecuariasCentro de Investigación Regional Pacífico SurCampo Experimental “Zacatepec”Folleto Técnico No. 76 Noviembre, 2013ISBN 978-607-37-0150-1
Tecnología para la estabilización de terraplenes de carreteras
en construcción Efraín CRUZ CRUZ, Horacio ESPINOZA PAZ, José R. CONTRERAS HINOJOSA,
Areli M. GUZMÁN POZOS, Martín GÓMEZ CÁRDENAS y Virginia V. ORTIZ TIMOTEO
SECRETARIA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLL0 RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN
LIC. ENRIQUE MARTÍNEZ Y MARTÍNEZ Secretario
LIC. JESÚS AGUILAR PADILLA Subsecretario de Agricultura
PROFR. ARTURO OSORNIO SÁNCHEZ Subsecretario de Desarrollo Rural
LIC. RICARDO AGUILAR CASTILLO Subsecretario de Alimentación y Competitividad
LIC. MARCOS BUCIO MÚJICA Oficial mayor
MC. RAFAEL AMBRIZ CERVANTES Delegado Estatal en Morelos
INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
DR. PEDRO BRAJCICH GALLEGOS Director General
DR. SALVADOR FERNÁNDEZ RIVERA Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación
MSc. ARTURO CRUZ VÁZQUEZ Coordinador de Planeación y Desarrollo
LIC. LUIS CARLOS GUTIÉRREZ JAIME Coordinador de Administración y Sistemas
CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL PACIFICO SUR
DR. RENÉ CAMACHO CASTRO Director Regional
DR. JUAN FRANCISCO CASTELLANOS BOLAÑOS Director de Investigación
DR. MIGUEL ÁNGEL CANO GARCÍA Director de Planeación y Desarrollo
LIC. JAIME ALFONSO HERNÁNDEZ PIMENTEL Director de Administración
DR. EFRAÍN CRUZ CRUZ Director de Coordinación y Vinculación en Morelos
SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN
INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL PACÍFICO SUR
CAMPO EXPERIMENTAL “ZACATEPEC”Zacatepec, Morelos, México.
Folleto para productores : No. 76 ISBN 978-607-37-0150-1
Tecnología para la estabilización de terraplenes de carreteras
en construcción
Efraín CRUZ CRUZ Horacio ESPINOZA PAZ,
José R. CONTRERAS HINOJOSA Areli M. GUZMÁN POZOS
Martín GÓMEZ CÁRDENAS Virginia V. ORTIZ TIMOTEO
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y PecuariasProgreso No. 5, Barrio de Santa Catarina,
Delegación Coyoacán, C.P. 04010, México, D.F.
Teléfono (55) 3871-8700
ISBN 978-607-37-0150-1
Primera Edición 2013
No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de la Institución.
La cita correcta de esta publicación es:Cruz C., E.; H. Espinoza P.; J. R. Contreras H.; A. M. Guzmán P.; M. Gómez C., Y V. V. Ortiz T. 2013. Tecnología para la estabilización de terraplenes de carreteras en construcción. INIFAP-CIRPAS Campo. Experimental Zacatepec. Folleto Técnico No. 76. Zacatepec, Mor. 36p.
TECNOLOGÍA PARA LA ESTABILIZACIÓN DE TERRAPLENES DE CARRETERAS
EN CONSTRUCCIÓN
Índice
Pag. I. Introducción ......................................................................................1
II. Problemas ocasionados por la construcción de carreteras ..............2
III. Fundamentos de la tecnología......................................................5
IV. Técnicas de conservación del suelo.....................................................7
V.- Componentes de la tecnología INIFAP ................................................7
VI. Establecimiento de la tecnología ......................................................11
VII. Resultados obtenidos en la aplicación de la tecnología ..................17
7.1. Escurrimientos y pérdidas de suelo .................................................17
7.2. Resultados de campo con la tecnología ..........................................21
7.3. Resultados de cobertura ..................................................................22
VIII. Conclusiones ....................................................................................29
IX.- Literatura citada ..............................................................................30
X.- Anexo .................................................................................................34
TECNOLOGÍA PARA LA ESTABILIZACIÓN DE TERRAPLENES DE CARRETERAS EN
CONSTRUCCIÓN
Introducción
Los terraplenes o taludes de relleno de las carreteras en construcción están expuestos a la erosión cuando se encuentran descubiertos; por ello, su estabilización es fundamental, ya que representan un riesgo en la ocurrencia de accidentes, en altos costos de mantenimiento de las obras y la contaminación aguas abajo de la cuenca. Ante este problema, la presencia de una cubierta sobre la superficie del sustrato, proporcionada por una práctica física o por la vegetación la disminuye o la evita. Sin embargo, las características de los materiales que componen a estas áreas tienen limitaciones para el establecimiento y crecimiento de las plantas; entre ellas, la baja capacidad de retención de humedad, ausencia de materia orgánica y cantidades muy bajas de nutrimentos (Cruz-Cruz et al., 2007b).
El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) inició una serie de trabajos experimentales desde 2005 en los terraplenes de la carretera en construcción Mitla-Tehuantepec, Oaxaca, con financiamiento de la Secretaría de Comunicaciones y Transporte (SCT) y generó una tecnología para la estabilización de terraplenes; la cual incluye la plantación de especies arbustivas nativas en combinación con gramíneas de crecimiento cespitoso y la incorporación de prácticas físicas al nivel de la superficie del terraplén.
Aun cuando la tecnología fue generada para la estabilización de los terraplenes de carreteras es posible su aplicación en los bancos de materiales formados por la misma construcción u otras actividades productivas, como la minería o en áreas degradadas que requieren de una conservación urgente y fundamental; por ejemplo,
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construidas en terrenos agrícolas para el control de la erosión del suelo, represas, aguajes, ollas de agua, entre otros. De esta forma, los usuarios potenciales son las instituciones de los gobiernos federal, estatal y municipal para la construcción de carreteras y caminos rurales y las empresas cementeras y mineras.
En el presente documento se incluyen los efectos de las carreteras en construcción, los fundamentos, la descripción y los resultados que se han obtenido con la aplicación de la tecnología desarrollada por el INIFAP para la estabilización de terraplenes. Los trabajos de campo se hicieron en distintas condiciones ambientales donde se localizaron los terraplenes de la carretera en construcción Mitla-Tehuantepec en el estado de Oaxaca.
II. Problemas ocasionados por la construcción de carreteras
La construcción de carreteras está ligada con actividades sociales y económicas; así como en brindar las facilidades de transporte a la población por el aumento demográfico. Actualmente se construyen carreteras sin considerar con detenimiento los impactos negativos directos e indirectos que puedan tener a largo plazo. Estas obras afectan los servicios ambientales, a la biodiversidad y a los corredores ecológicos; alteran las corrientes superficiales y subterráneas e infiltración del agua; contaminan el aire; acentúan la erosión del suelo; alteran el hábitat de la flora y fauna; y modifican la topografía y el paisaje (Martínez y Damián, 1999).
El atropellamiento de la fauna es el impacto directo más notable; además, se alteran ciertos patrones estacionales de conducta, como cortejo, migraciones, reproducción, apareamiento, abundancia de especies y búsqueda de alimentos (Arroyave et al., 2006). El efecto en la biodiversidad incluye los organismos que viven bajo y sobre la superficie, ya que al menos una cuarta parte de las especies del planeta vive en el suelo. Los microorganismos
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edáficos desempeñan un papel fundamental en la descomposición de la materia orgánica del suelo, en el reciclado de nutrimentos y, en último término, en el secuestro y almacenamiento de carbono (Potocnik, 2012).
Durante el proceso de construcción, el desmonte y el despalme son los que causan los mayores daños; por esto, es necesaria la implementación de medidas de mitigación factibles de llevarse a cabo, a fin de minimizar aquellos que resulten adversos (Martínez y Damián, 1999).
En relación con la erosión, los factores más importantes que la condicionan son: la precipitación, la pendiente, uso del suelo, cobertura vegetal y textura del suelo. La erosión ligera está asociada con texturas moderadamente finas, con alto porcentaje de arcilla y que junto con la materia orgánica contribuyen en la estabilidad de los agregados del suelo y, que a su vez, regulan la infiltración del agua (Castro y Aliga, 2010). Estudios diversos demuestran que los mayores valores de pérdida de suelo ocurren en áreas sin vegetación; por lo cual se considera que mantener una cobertura densa es la práctica más eficiente de conservación del suelo y del agua (Torrente, 2010) (Figura 1 y 2).
Por lo anterior, previo a la construcción de las carreteras se realizan estudios de impacto ambiental, con el objeto de identificar y valorar los efectos potenciales al ambiente (Martínez y Damián, 1999).
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Figura 1. Construcción de talud con alto contenido de material fino y susceptible a la erosión
Figura 2. Talud de carretera en construcción con efectos graves de erosión del sustrato causado
por el agua.
En áreas donde los materiales del sustrato son finos y sueltos, la presencia de fuertes corrientes de aire y la ausencia de la cubierta vegetal favorecen la erosión eólica (Figura 3).
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Figura 3. Erosión eólica en carreteras en construcción.
III. Fundamentos de la tecnología
La diversidad de especies es mayor en áreas donde se encuentra conservada la vegetación, a diferencia de superficies sin cubierta vegetal, perturbadas y fragmentadas, con suelos poco profundos (bajo contenido de materia orgánica y nutrimentos), pedregosos, poca disponibilidad de agua y degradados (Dupuy et al., 2012).
Para el restablecimiento de una capa vegetal en áreas degradadas es necesario implementar prácticas biológicas-forestales y de bioingeniería; para ello se requieren conocimientos sobre la asociación vegetal y biología reproductiva de las especies, la selección de las especies vegetales apropiadas para el lugar de siembra, conocimiento de las condiciones del suelo o sustrato del lugar de interés, la distribución del tamaño de las partículas del suelo, capacidad de retención del agua, la densidad del suelo y la disponibilidad de los elementos minerales (Rondón y Vidal, 2005).
Por otro lado, para disminuir las pérdidas de suelo se recomienda el establecimiento de una cubierta vegetal a
base de especies y de rápido crecimiento; debido a que estas especies tienen la capacidad de reducir la erosión y aportar materia orgánica y así lograr una mayor estabilidad del suelo (Bonilla et al., 2010).
En el control de la erosión, la vegetación cumple una inmejorable función, al fijar la tierra con las raíces y proteger la superficie del suelo del impacto de las gotas de lluvia, que pueden proyectar las partículas de suelo a más de un metro de altura y metro y medio de distancia. En este proceso, la plantación de especies arbustivas nativas juegan un papel importante en la estabilización de los terraplenes, donde los materiales que los componen son muy susceptibles a erosionarse (Borrajo, 1999). Además, que la cobertura vegetal se considera un sistema autorregulador abierto, formado por componentes abióticos, las cuales presentan una estructura vertical, horizontal y funcional del paisaje (Barragán, 2012).
La presencia de residuos de cultivo (rastrojo y materia orgánica) en la superficie no sólo aumenta la rugosidad de la misma y evita el impacto directo de las gotas de lluvia, sino que también produce una disminución en la velocidad del escurrimiento y arrastre de sedimentos cuando se presentan sitios con pendiente alta. Asimismo, los residuos generan pequeñas reservas de agua donde se infiltra a medida que lo permite el drenaje interno del suelo (Crespo et al., 2010).
La conservación del suelo con cobertura reduce en más de 80 % las pérdidas de materia orgánica y nitrógeno con valores de 22 kg/ha y de 6.5 kg/ha, respectivamente. En cambio, sin cobertura o protección del suelo las pérdidas son 137 kg/ha y 19.6 kg/ha (Tapia et al., 2002).
La cobertura proporcionada por las especies arbustivas y el mantillo permiten una disminución en la tasa de pérdida de suelo causada por la erosión hídrica. Estos dos estratos
nativas arbustivas y gramíneas asociadas
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son los más importantes para reducir la erosividad de la lluvia y el escurrimiento superficial (Pérez et al., 2012).
Los restos del cultivo (rastrojos), al incorporarse al suelo se descomponen por los microorganismos presentes y que a su vez causan efectos positivos en la estructura del mismo. Así se permite un aumento de la actividad microbiológica, la disponibilidad de nutrimentos, mantenimiento y mejoramiento de las características físicas del suelo como la estructura, porosidad, capacidad de infiltración del agua y la compactación del suelo (Sepúlveda y Ardiles, 2010).
IV. Técnicas de conservación del suelo
En relación con la conservación de suelo y agua, existen obras y prácticas que se establecen sobre las corrientes superficiales intermitentes, en terrenos agrícolas de laderas y en áreas deforestadas y degradadas; sin embargo, en los terraplenes es necesario incluir aquellas más eficientes con resultados inmediatos, en el mediano y largo plazo. Esto debido a los riesgos que implica a los usuarios, a los costos de mantenimiento de la obra y a los efectos colaterales (contaminación de agua y azolvamiento de obras hidráulicas).
Las obras más comunes son terrazas individuales, diques, presas de piedra acomodada o costales, presas de gaviones, presas filtrantes de ramas, terrazas, tinas ciegas, zanja bordo, entre otros; y en las prácticas se incluyen las barreras vivas, cultivo en franjas en curvas a nivel, labranza de conservación, plantaciones, cortinas rompevientos, abonos verdes y barreras muertas (Fernández et al., 2009).
V.- Componentes de la tecnología INIFAP
La tecnología que desarrolló el INIFAP para la estabilización de terraplenes incluye la colocación de una
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cubierta física al nivel de siembra de tres grupos de especies con diferentes hábitos de crecimiento: (a) arbustiva nativa de raíz densa y profunda (Cruz et al., 2013); (b) gramínea perenne de crecimiento cespitoso, raíz fibrosa y superficial. En los terraplenes ubicados en altitudes menores a los 1,600 m se recomienda la siembra de frijol terciopelo (Mocuna pruriens (L.) DC), leguminosa con gran capacidad de desarrollo y que alcanza a cubrir el 100 % de la superficie del sustrato; y (c) gramínea o leguminosa anual de rápido crecimiento.
Grupo 1. Las especies arbustivas deben tener las siguientes características: nativa, altura menor de 3 m, desarrollo de brotes al nivel del suelo, entre otros (Cruz et al., 2013). Los individuos de la especie seleccionada se trasplantan bajo un arreglo topológico apropiado (hileras en tres bolillo o en marco real) a una distancia que evite la competencia entre los individuos, facilite el crecimiento de las otras especies asociadas y favorezca la repoblación natural. El desarrollo de las raíces del arbusto a más de un metro permite la fijación del sustrato a mayor profundidad del perfil. En este grupo se recomienda la plantación de más de una especie para potencializar las ventajas en el control de la erosión de cada una de ellas, por sus características morfológicas particulares (Figura 4 y 5).
la superficie del sustrato y la
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Figura 4. Desarrollo de raíces de tlaxistle (Amelanchier denticulata (Kunth) K. Koch), arbusto con desarrollo de raíces a profundidades mayores de 1.2 m.
Figura 5. Tecnología del INIFAP para la estabilización de terraplenes de carreteras y validado en el banco de materiales en la localidad de Salina Cruz, Oaxaca.
Grupo 2. Las gramíneas perennes desarrollan una raíz fibrosa y superficial y retienen los materiales del sustrato en los primeros 20 cm. De preferencia las especies que se incluyen deben tener un crecimiento cespitoso, tales como el rhodes (Chloris gayana Kunth) para los zonas templadas subhúmedas y estrella africana (Cynodon plectostachium (K. Schum.) Pilg.) para las regiones tropicales; esta última tiene buen desarrollo en esas condiciones ambientales. Por otro lado, la estructura aérea creada por la combinación de las especies (arbustivas y herbáceas) amortigua el impacto de las gotas de lluvia por la presencia del dosel que se forma, favorece la infiltración de agua y reduce los escurrimientos superficiales. Además se crean hábitats para el crecimiento de otras especies nativas presentes en los alrededores.
Grupo 3. El tercer grupo de especies es de ciclo anual, tiene la ventaja de crecer rápidamente y se incluyen en la tecnología como cultivo nodriza para las gramíneas perennes. En este caso se consideran las siguientes: trigo, avena, cebada, sorgo, ajonjolí y frijol. Es posible incluir otro cultivo anual siempre y cuando no se convierta en una maleza en las áreas de cultivo aguas abajo de la cuenca.
La cubierta física se mantiene en estrecho contacto con la superficie del sustrato y contempla la aplicación de un material orgánico, como el rastrojo de cualquier cultivo o geoyute orgánico. Las propiedades que deben cubrir ambos casos para el control de la erosión son: la cubertura, la rugosidad, la capacidad de retención de humedad y favorecer la infiltración de agua (Bhattacharyya et al., 2010).
El material orgánico ejerce un efecto inmediato en la disminución de la erosión de los materiales del sustrato, mientras se desarrollan las especies vegetales. La aplicación del rastrojo en el 100 % de la superficie contribuye en los siguientes efectos: (a) al descomponerse, mejora las características físicas y químicas del sustrato debido a que se incrementan los
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contenidos de materia evita el impacto directo de las gotas de lluvia; (c) favorece la infiltración de agua; (d) conserva la humedad del suelo; y (e) evita los escurrimientos superficiales (Figura 6) y que, en su ausencia, se forman con facilidad y arrastran los materiales aguas abajo por las pendientes fuertes del terraplén.
orgánica y de nutrimentos; (b)
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Rastrojo
de maíz
Arbusto
Gramínea
perenne
Gramínea
anual
Figura 6. Tecnología INIFAP establecida en terraplenes para su estabilización: rastrojo de maíz al nivel del sustrato, asociación deespecies: arbustiva, gramínea perenne y gramínea anual.
VI. Establecimiento de la tecnología
La tecnología se establece en los terraplenes y para obtener mejores resultados el proceso contempla las siguientes prácticas:
Acondicionamiento del sustrato. Cuando la empresa constructora concluye la formación del terraplén, generalmente la superficie es heterogénea por los materiales que lo componen y desuniforme por las piedras y rocas dispersas de diferente tamaño. En muchos casos se favorece la formación de escurrimientos superficiales,
de descubierto y expuesto a los efectos de las lluvias. Las cárcavas se evitan cuando el agua de los escurrimientos del asfalto se conduce apropiadamente. Por ello, el acondicionamiento del terraplén es fundamental y consiste en remover las piedras y rocas; las cuales se acomodan en hileras (cercos) perpendiculares a la pendiente, esta práctica ayudará en retener los sedimentos que podrían acarrearse por el agua. Además, los canales y cárcavas, cuando son profundos, se rellenan con material disponible en los propios terraplenes o con nuevo material depositado.
Con la finalidad de tener éxito con las especies vegetales que se siembran en terraplenes donde existe material estéril (rocas, grava, arena) se requiere de la aplicación uniforme de una capa de suelo agrícola fértil de una profundidad de 5 cm. En este caso, el suelo se distribuye rápidamente para evitar el acarreo del material por la lluvia (Figura 7).
Construcción de guarniciones y lavaderos. La buena conducción del agua, que se acumula por el escurrimiento en el asfalto, lo determinan la guarnición o bordillo que se construye en las orillas del asfalto de la carretera, los lavaderos que se colocan en lugares estratégicos del terraplén y las cunetas. La ausencia de alguno de ellos ocasiona un riesgo, ya que el agua acumulada tiende a esparcirse en el terraplén y de esta forma la concentración del agua y la saturación del sustrato ocasionan que el material se remueva con facilidad formando los canales y cárcavas. De esta forma, aun cuando se tenga un buen establecimiento de la tecnología, la fuerza del agua es suficiente para remover el rastrojo y las plantas arraigadas (Figura 8).
canales e incluso cárcavas, cuando el terraplén está
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Figura 7. Aplicación de tierra fértil en sustrato infértil.
Figura 8. Formación de cárcava en terraplén aun cuando existe vegetación arbustiva nativa.
Distribución de la semilla. Después de uniformizar la superficie del terraplén, la semilla de las especies de gramíneas perennes y el cultivo nodriza se distribuye de manera uniforme, previa a la colocación del rastrojo. En algunas especies de pastos, la semilla es muy pequeña o ligera. En este caso se recomienda que la dispersión se realice en ausencia de corrientes de aire. Con la finalidad de tener una mezcla de especies se requiere incluir semillas de especies nativas de siembra directa, al mismo tiempo con las gramíneas, tales como el tabaquillo (Nicotiana glauca Graham) y Phytolacca octandra (Phoc). Para obtener una buena emergencia de las semillas, el sustrato del terraplén debe estar húmedo.
Distribución del rastrojo. El rastrojo del cultivo que se determine se distribuye de manera uniforme para cubrir el 100 % de la superficie. El espesor de este material orgánico debe ser menor a los 5 cm para facilitar la emergencia de las plántulas de las especies que se dispersaron previamente por semilla. Debido a que en algunos terraplenes el sustrato es muy suelto, el cuidado en el desplazamiento durante la dispersión de la semilla y el rastrojo es fundamental, de esta forma se evita la acumulación de la semilla o la alteración de la superficie.
Fijación del rastrojo. Con la finalidad de garantizar los menores efectos de la erosión del sustrato y el mantener la cubierta física se coloca una malla gallinera sobre el rastrojo. Los rollos se fijan en la parte superior de la pendiente del terraplén, lo más cercano a la orilla del asfalto, con varillas y cable acerado. Posteriormente, la malla se tiende de arriba hacia abajo, se tensan y se amarran unos con otros en los costados para formar una sola pieza. Para mantener la malla sobre el rastrojo se presiona con varillas distribuidas de manera sistemática en el área bajo tratamiento. Trasplante de arbustos. Los arbustos se trasplantan de dos formas: a) Marco real. La distancia entre plantas es de 3.0 x 3.0 m.
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b) Doble hilera. El primer par de hileras se coloca a un metro de la orilla del asfalto y perpendicular a la pendiente, a una distancia entre plantas de un metro y entre hileras de 50 cm en un arreglo en tres bolillo. El siguiente par de hileras se traza a tres metros del primero pendiente abajo. Con la finalidad de diversificar las especies se recomienda alternarlas y se sugieren las indicadas en el Cuadro 1 (Cruz et al., 2013).
Especies adicionales se encuentran en Cruz et al. (2013). Existe otro grupo de especies arbustivas nativas que pueden considerarse en el establecimiento de la tecnología; sin embargo, la distancia de siembra es mayor (4 x 4 m) por la corpulencia de los individuos. Entre ellos se encuentran: ramón (Cercocarpus fotergiloides) y yunuyaca (Eysenhartia polystachya).
El trasplante de los arbustos se realiza al concluir la fijación del rastrojo. Para ello se corta la malla a la distancia que se indicó con anterioridad. Las cepas se hacen con dimensiones de 20 x 20 x 20 cm. Cuando el sustrato es arenoso, baja capacidad de retención de humedad e infértil se recomienda la aplicación de tierra fértil (agrícola) en cada cepa, de esta forma se tiene una mayor probabilidad de prendimiento de los individuos. El tamaño de las plantas para el trasplante debe ser entre 30 y 40 cm, más grande o más pequeña disminuye el porcentaje de sobrevivencia.
En algunos casos donde el terraplén es muy grande (> 20 m de la orilla de la carretera al extremo del terraplén) se recomienda la siembra de árboles en la parte más alejada del asfalto, por el tamaño de los individuos. En las regiones templadas se incluyen especies de los siguientes géneros: encino (Quercus spp.) y pino (Pinus spp.), en el trópico seco las burseras (Buersera spp.), pochote (Ceiba aesculifolia (Humb., Bompl. & Kunth) Britton & Baker), guaje (Leucaena spp.), tepeguaje (Lysiloma divaricatum
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Cuadro 1. Especies arbustivas nativas que pueden incluirse en la tecnología para la estabilización de terraplenes.
Especies Características morfológicas Nombre
común Nombre científico
Tlaxistle Amelanchier denticulata
Desarrolla brotes al nivel del suelo, reproducción por semilla y vegetativa, alcanza una altura de 3 m. Se adapta en clima templado.
Hoja de baño Dodonaea viscosa Presenta brotes a nivel de la superficie del suelo. En 18 meses alcanza una altura de 2 m. Se recomienda para condiciones en clima templado.
Rabito Dalea lutea Desarrolla un solo tallo al nivel del suelo y alcanza una altura hasta 1.5 m. Se recomienda para condiciones en clima templado.
Guaje de rey Calliandra grandiflora
Generalmente presenta un solo tallo al nivel del suelo, se encuentran en manchones en su medio natural y alcanza una altura de 3 m. Se desarrolla en clima templado.
Garrapata Desmodium orbiculare
Alcanza una altura hasta de 3 m, muestra abundantes brotes (hasta 50) al nivel de la superficie del suelo. Se desarrolla en clima templado.
Ramonal Ceanothus coeruleus
Presenta brotes al nivel del suelo y alcanza una altura de 2.5 m. Se recomienda en clima templado.
Senna pallida Se recomienda en climas del trópico seco, desarrolla hasta seis brotes al nivel del suelo y alcanza una altura menor de 3 m en terraplenes.
(Jacq.) J. F. Macbr.), cuachalalate (Amphipterygium adstringens Schide ex Schlecht), especies del género Tabebuia , entre otros.
La tecnología se recomienda establecer en la temporada de lluvias. El establecimiento más tardío es a inicios del mes de septiembre, con la finalidad de aprovechar la humedad del temporal y que las especies desarrollen sus raíces y alcancen a sobrevivir la época seca del año. Establecimiento posterior a esta fecha es necesario la aplicación de riegos frecuentes y con ello se garantiza la germinación de la semilla y crecimiento de las plantas. Aunque, las heladas de invierno, en las regiones templadas y frías, son un riesgo.
VII. Resultados obtenidos en la aplicación de la tecnología
7.1. Escurrimientos y pérdidas de suelo
Con la finalidad de evaluar los escurrimientos y pérdidas de suelo, en la microcuenca “El Tigre,” en el tramo de la autopista Mitla – San Lorenzo Albarradas, Tlacolula, Oaxaca, se establecieron siete lotes de escurrimiento de
220 m , en cada condición de la superficie del suelo: a) suelo removido por la maquinaria (L1); b) suelo con vegetación natural de pino-encino (L2); c) terraplen (L3); d) pastizal inducido (L4); e) suelo con plantación de maguey (L5); f) terraplén con siembra de arbusto y pasto (L6); y g) terraplén y arbusto (L7). Las evaluaciones se hicieron por dos años, en 2006 y 2007.
La relación entre los escurrimientos y las pérdidas de suelo con la condición de la superficie se determinó con la estimación de la cobertura al nivel de la superficie, en cada uno de los lotes de escurrimiento, con tres líneas Canfield o de intersección de 2 m de largo ubicados en forma aleatoria y se registró: suelo desnudo, grava, piedra, especies anuales, especies perennes y materia
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orgánica (Canfield, 1941). En el caso de vegetación se contabilizó el área basal.
3Los resultados mostraron que los escurrimientos (m /ha) en cada condición de la superficie del suelo se presentaron en el siguiente orden: el lote ubicado en suelo removido por el paso de maquinaria > terraplén + arbusto > terraplén sin especies sembradas. Los menores valores se presentaron en la condición con vegetación original y cultivo (Cuadro 2).
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Cuadro 2. Escorrentía y pérdida de suelo por condición de la superficie del suelo.
Condición del suelo
Precipitación (mm)
Pendiente (%)
Erosión (t/ha)
Escorrentía (m
3/ha)
L1
630.8
10 8.82 909.1 L2 32 0.003 11.9 L3 25 0.32 106.7 L4 28 0.01 18.6 L5 32 0.00 7.5
L6 324.0 60 1.05 89.7 L7 58 0.20 124.2
L1: Suelo removido por el paso de la maquinaria; L2: Vegetación pino-encino; L3: Terraplén sin especies sembradas; L4: Pastizal inducido; L5: Cultivo de maguey; L6: Terraplén + arbusto + pasto; L7: Terraplén + arbusto.
En relación con las pérdidas de suelo, en las áreas con suelo removido donde se acondiciona para el paso de la maquinaria y equipo presentó los mayores valores (8.8 t/ha).
De acuerdo con estos resultados, en la construcción de carreteras, los escurrimientos y las pérdidas de suelo son más graves en aquellas áreas donde se abren brechas para facilitar el paso de la maquinaria y equipo que realizará la obra; en este caso, la exposición de los materiales más finos hace que sean acarreados con facilidad por la erosión del agua y que no se consideran como
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áreas prioritarias para el establecimiento de las prácticas de mitigación. En los terraplenes donde se establecieron especies vegetales se registraron valores altos por las mayores pendientes y el desarrollo aun limitado de las plantas en el primer año y que no alcanzaron a cubrir la superficie de manera significativa.
Los valores de pérdidas de sedimentos fueron relativamente bajos debido a que se observó que la proporción de materiales finos (< 20 % de limo y arcilla) en los componentes de los terraplenes donde se realizó el trabajo fueron menores a los materiales gruesos.
En el segundo año de evaluación, los resultados fueron similares. Los mayores valores de escurrimientos y pérdidas de suelo se registraron en las áreas acondicionadas para el paso de la maquinaria y de los terraplenes (Figura 9); en cambio, las cantidades fueron menores donde se tenía presencia de vegetación. En los terraplenes donde se sembraron los arbustos y los pastos, los valores fueron altos y se atribuye a las pendientes mayores de los terraplenes (Cuadro 2) y el limitado crecimiento de las plantas. Por esta razón se determinó la necesidad de colocar una cubierta física (material orgánico) al nivel de la superficie del terraplén para reducir los efectos de la erosión del agua.
Los resultados obtenidos con los lotes de escurrimiento confirmaron la relación a > cobertura al nivel de la superficie del suelo < escurrimientos y pérdidas de suelo. Cuando la cobertura a nivel del suelo fue mayor al 25 %, los escurrimientos y pérdidas de suelo fueron mínimos (Figura 9). Estos datos demostraron que la cobertura al nivel de la superficie del suelo es fundamental para evitar la erosión y los efectos secundarios aguas abajo de la cuenca. Las especies perennes tienen ventajas sobre las anuales por su presencia al inicio de la temporada de lluvias, que regularmente es cuando se presenta los mayores efectos del agua de lluvia.
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Figura 9. Escorrentía (A) y pérdidas de suelo (B) por condición de la superficie del suelo. L1: Suelo removido por el paso de la maquinaria; L2: Vegetación pino-encino; L3: Terraplén; L4: Pastizal inducido; L5: Cultivo de maguey; L6: Terraplén+arbusto+pasto; L7: Terraplén+arbusto.
SE
DIM
EN
TO
S (
t/h
a)
SE
DIM
EN
TO
S (
t/ha)
7.2. Resultados de campo con la tecnología
La tecnología se desarrolló con información de los resultados de una serie de trabajos experimentales de laboratorio y de campo, entre ellos: (a) identificación y selección de especies arbustivas (Cortez, 2011; Santiago, 2012); (b) evaluación de especies arbustivas nativas (Cruz et al., 2013); (c) evaluación de la tecnología en distintos ambientes (Cruz et al., 2007a; Cruz et al., 2007b; Cruz et al., 2008; Cruz-Cruz y Gómez-Cárdenas, 2009). Los trabajos de campo se realizaron entre los años 2006 y 2011.
Los resultados que se presentan a continuación incluyen los trabajos que se desarrollaron en tres taludes de la carretera en construcción Mitla-Tehuantepec, en el tramo Mitla-San Lorenzo Albarradas, Tlacolula, Oaxaca. Estos
o otaludes se ubicaron a los 16 56´00” LN y 96 13´24” LW a una altitud promedio de 1550 m. De acuerdo con los análisis químicos del sustrato, el pH varió de ligeramente ácido (6.5) a moderadamente alcalino (8.1); en todos los casos, la presencia de sales se encontró en niveles normales; el contenido de materia orgánica fue extremadamente pobre; bajo contenido de fósforo (<15 ppm); muy bajo contenido de potasio (<0.2 meq/100g); y alto contenido de Ca (>10 meq/100g) (Cruz et al., 2013).
La tecnología se estableció con base en la secuencia de las actividades mencionadas con anterioridad. Como cultivo nodriza se incluyó la avena (Avena sativa L.); las gramíneas perennes fueron el zacate rhodes (Chloris gayana Kunth) y pasto llorón (Eragrostis curvula (Schrader) Nees). La semilla de estas tres especies se distribuyó al voleo de manera uniforme en la superficie de los terraplenes. Como cubierta orgánica se incluyó el rastrojo de maíz y que se distribuyó de tal forma que cubriera el 100 % de la superficie. Este material se fijó con malla pollera al nivel de la superficie del talud, se tensó y
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fijó con varillas y alambre. Las especies arbustivas nativas, garrapata (Desmodium orbiculare Benth.) y hoja de baño (Dodonaea viscosa (L.) Jacq), se plantaron en doble hilera. Las líneas se trazaron perpendiculares a la pendiente y se determinaron las distancias entre plantas e hileras con un mecahilo previamente marcado. En el primer par de hileras se trasplantó la garrapata en tres bolillo, 1 m entre plantas y 50 cm entre hileras; en el siguiente par de hileras se ubicó la hoja de baño a los 3 m y a la misma distancia entre plantas e hileras. En cada punto se marcó la malla y se cortó en forma circular a un diámetro de 20 cm.
El trasplante de los arbustos se hizo al inicio del temporal en cepas de 20 x 20 cm de diámetro y profundidad, respectivamente. Para obtener la planta de buen tamaño (30 a 40 cm de alto), en vivero se multiplicaron y se mantuvieron por seis meses. Además de las especies señaladas se sembró higuerilla (Ricinus communis L.). A los 80 días después de establecida la tecnología se registraron las siguientes variables: cobertura aérea; cobertura al nivel de la superficie del suelo; altura de planta, cobertura, número y diámetro de tallos de los arbustos. Para estimar la cobertura aérea y el nivel de la superficie del suelo se utilizaron líneas de intersección de 5 m ubicadas aleatoriamente en todo el tramo del talud.
7.3. Resultados de cobertura
La cobertura aérea en los taludes estuvo compuesta por avena (39 %), arbustos (15 %), pastos (14 %), higuerilla (7 %) y especies nativas (5 %). La cobertura a nivel de la superficie del suelo, la proporcionó el rastrojo de maíz (56 %), las especies sembradas (19 %), las herbáceas (1 %), la piedra, grava y arena (14 %) y el suelo desnudo (11 %). La cobertura alcanzada, tanto en la parte aérea (> 80 %) como al nivel de la superficie del suelo (> 75 %), se logró en un tiempo relativamente corto (80 días) y que finalmente es el propósito de la tecnología.
Las especies que se sembraron como parte de la
tecnología presentaron distintas respuestas de
crecimiento, dependiendo de las condiciones del terraplén
(Cruz et al., 2013). En el Cuadro 3, se observa que la
especie Dodonaea viscosa presentó los mejores
resultados en altura, cobertura y diámetro de tallo. A los
80 días de establecida la tecnología, esta especie alcanzó
en promedio una altura de 42.4 cm, una cobertura aérea 2de 242.4 cm , un tallo y un diámetro de tallo de 4.1 mm.
Esta planta desarrolla rebrotes a nivel de la superficie del
suelo.
Cuadro 3. Altura, cobertura, número y diámetro de tallo en
Dodonaea viscosa.
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Especie
Variables
Talud Promedio
1 2 3
Dodonaea viscosa
Altura (cm) 54.5 ± 4.4 28.7± 2.1 44.0 ± 4.5 42.4 Cobertura (cm2)
341.2 ± 63.9
150.5 ± 21.4
235.5 ± 108.7 242.4
No. tallo 1.0 ± 0.03 1.0 ± 0.0 1.1 ± 0.08 1.0 Diámetro tallo (mm) 4.6 ± 0.3 3.4 ± 0.2 4.3 ± 0.4 4.1
La especie Desmodium orbiculare tuvo una altura promedio en los tres taludes de 51.3 cm, una cobertura aérea de 761.9 cm 2, dos tallos en promedio y un diámetro de tallo de 8.0 mm (Cuadro 4). Esta especie emite un mayor número de brotes al nivel de la superficie del suelo comprado con Dodonaea viscosa.
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La cobertura proporcionada por el dosel de la vegetación amortigua el impacto de las gotas de lluvia por los distintos estratos formados: el dosel alto proporcionado por los arbustos y la higuerilla y en el dosel bajo por los pastos y las herbáceas nativas. Al nivel de la superficie del terraplén, la cubierta física (rastrojo de maíz) proporciona un efecto inmediato al suelo y evita el golpeteo de las gotas de lluvia directamente en la superficie del terraplén, promueve la infiltración de agua y reduce los escurrimientos superficiales, disminuye la fluctuación de las temperaturas extremas y la evaporación del agua, de esta forma mantiene la humedad que favorece el establecimiento de las especies vegetales (Bhattacharyya et al., 2010). Adicionalmente, a través del tiempo, la descomposición de la materia orgánica mejora las condiciones de fertilidad del sustrato, favoreciendo el establecimiento y desarrollo de las especies, modifica positivamente las características físicas y la estabilidad de los agregados y que finalmente contribuye en la mitigación de los efectos erosivos del agua.
El crecimiento de los arbustos fue adecuado (Cuadro 5) ya que son especies nativas con las mayores posibilidades de adaptación en estos ambientes. Desmodium orbiculare (Deor) presentó un crecimiento más rápido que Dodonaea viscosa (Dovi) (Figura 10). Lo cual es una ventaja en la estabilización del terraplén, ya que Deor alcanzó una mayor cobertura aérea y un mayor número de tallos al nivel del suelo a los tres años de establecida la tecnología.
Especie Variables Talud
Promedio 1 2 3
Desmodium orbiculare
Altura (cm) 70.1 ± 7.5 33.8 ± 3.7 49.9 ± 5.4 51.3
Cobertura (cm
2) 1371.1±203.9 303.3± 55.8 611.3 ± 163.6 761.9
No. tallo 2.1 ± 0.4 2.2 ± 0.4 2.2 ± 0.4 2.2
Diámetro tallo (mm) 8.8 ± 1.0 7.2 ± 0.8 7.9 ± 0.9 8.0
Cuadro 4. Altura, cobertura, número y diámetro de tallo en Desmodium orbiculare
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Cuadro 5. Valores alcanzados de las variables registradas de dos especies arbustivas Dodonaea viscosa (Dovi) y Desmodium orbiculare (Deor), en terraplenes, a los tres años de plantación.
Especie
Variables Dovi Deor
Altura (cm) 180.9 ±9.1 221.7±5.6 Cobertura cm2 6068.2±1043.5 22770.62±2096.5 Número de tallos 1.0±.07 3.8±0.3 Diámetro de tallo (cm) 2.4±0.2 6.3±0.5
Figura 10. Crecimiento de las dos especies nativas: Dodonaea viscosa (Dovi) y Desmodium orbiculare (Deor), incluidas en las tecnologías. Intervalo de confianza al 95 % de probabilidad.
Una de las ventajas de D. viscosa es su capacidad de desarrollar en altitudes desde el nivel del mar, presencia en el Istmo de Tehuantepec hasta los 2400 m en la Mixteca, ambas regiones en el estado de Oaxaca. En la literatura se registra aun en altitudes de 4000 m. Esta especie es polimórfica, con una amplia distribución que va
o °de los 44 de LS (Nueva Zelanda) hasta los 33 de LN (California y Arizona), en diversos climas incluyendo los desérticos, áridos y templados.
En uno de los terraplenes donde se estableció la tecnología, después de tres años se hicieron los muestreos y se encontró que en el testigo sólo el 7 % estuvo cubierto por materia orgánica (MO) y vegetación nativa, el resto lo conformó la roca, piedra y suelo desnudo (Figura 11). En contraste, donde se estableció la tecnología, el 84 % lo cubrió la materia orgánica y solo el 16 % la roca, piedra y suelo desnudo (Figura 12). En relación con la cobertura aérea se alcanzó un valor de 159 % proporcionada por el arbusto trasplantado (Desmodium orbiculare) (59 %) y el pasto (Chloris gayana) (100 %). Inicialmente se sembró la higuerilla; sin embargo, el desarrollo de esta especie es muy rápido en el primer año y alcanza su máximo desarrollo en el segundo año y en el tercero decae.
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Figura 11. Cobertura del testigo (sin la tecnología), al nivel de la superficie del sustrato tres años después de haberse iniciado los trabajos.
Figura 12. Cobertura al nivel de la superficie del sustrato del terraplén tres años después de establecida la tecnología.
La aplicación de la cubierta física y la asociación de las especies herbáceas anuales y perennes con los arbustos proporcionan una sinergia que se refleja en la estabilidad del talud de relleno de las carreteras. Los efectos son inmediatos por la práctica física mientras se desarrollan las especies vegetales.
Con base en los resultados obtenidos se observa que tanto Dodonaea viscosa como Desmodium orbiculare, cuentan con características particulares para usarse en la estabilización de terraplenes.
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VIII. Conclusiones
Aun con las características de los terraplenes de las carreteras en construcción, la tecnología desarrollada por el INIFAP ha mostrado buenos resultados para la estabilización de estas áreas. En un lapso de 80 días se alcanza una cobertura aérea >80 % y a nivel de la superficie del suelo >70 %; en cambio, a los tres años los valores de cobertura son de 159 % y al nivel del suelo 84 %.
Para obtener mayor éxi to es necesar io e l acondicionamiento previo del terraplén, la incorporación de especies herbáceas anuales y perennes y arbustos nativos. Los efectos de cada componente de la tecnología presentan una sinergia con mejores resultados y al final las especies vegetales contribuyen en retener los componentes del sustrato.
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La tecnología que desarrolló el INIFAP para la estabilización de terraplenes de carreteras en construcción incluye la colocación de una cubierta física al nivel de la superficie del sustrato y la siembra de tres grupos de especies con diferentes hábitos de crecimiento; lo cual permite estabilizar estas áreas en el corto plazo, disminuir los impactos ambientales y los costos de mantenimiento de la obra así como los riesgos al usuario.
