METODOLOGÍA DE DISEÑO DE OBRAS DE

CONSERVACIÓN DE SUELO

(Manual y Software MAUCO)

MAUCO

Versión Actualizada

Mauricio Lemus Vera

Escuela Latinoamericana de Física de Suelos. Manejo Sustentable de Cuencas Hidrográfica
Física de Suelos y el Manejo de la Tierra y el Agua en Zonas de Ladera
ANTECEDENTES GENERALES

Tendencias en la plantación de árboles en Chile

(En hectáreas por año)
Marco Jurídico Período Plantación de árboles
Hasta 1930 150
Ley Forestal 1931 - 1973 16.000
Decreto Ley 701 1974 - 1995 90.000 (a)
Ley 19.561 (Nuevo D.L. 701) 1996 - 2004 91.000 (b)
(a) Principalmente forestación
(b) Principalmente reforestación
Fuente: Corporación Chilena de la Madera (CORMA) en CEPAL/OCDE
Evaluación del desempeño ambiental CHILE, 2005
 ANTECEDENTES GENERALES

D.L. 701 (1974)

Objetivo:
Fomentar la forestación y preservar los bosques
existentes.
Medios:
• Bonificaciones directas, exenciones tributarias, inexpropiabilidad
de terrenos forestales.
• Obligatoriedad de la reforestación
Ley 19.561 (1998) (Nuevo D.L. 701)

Esta Ley tiene por Objeto regular la actividad forestal en suelos de aptitud
preferentemente Forestal y en suelo degradados e incentivar la forestación, en
especial por parte de pequeños propietarios forestales y aquella necesaria para
la prevención de la degradación protección y recuperación del territorio
nacional
 Obras de Conservación Bonificadas (D.L. 701)

1.- Zanja de Infiltración 9.- Muro de Contención de Neumáticos

2.- Canal de Desviación 10-Microterraza Manual
3 .Diques de postes 11.- Microterraza con Escarificado
4.- Gaviones 12.- Biotecnias
5.- Empalizada 13.- Subsolado con camellom
6.- Murestes de sacos
7.- Muretes de piedras

Empalizada Zanja de Infiltración

Diques
Muretes de sacosde Postes
Canal de Desviación Gaviones

MicroTerraza Forestal
 ANALISIS : Obras de Conservación Bonificadas (D.L. 701)
Obras desarrolladas Provincia Colchagua, VI Región (Hasta el año 2002)

Sistemas de Obras Ha
Subs, Zanjas 9.20 400
Subs, Zanjas y Canales 151.90 350
Subs.camellón y Zanjas 48.16
300
Subs.Zanjas y microterrazas 8.00
250
Zanjas 26.44
200
Zanjas y Canales 369.95
Zanjas y microterrazas 32.56 150
Zanjas, canales y microterrazas 21.98 100
Zanjas, Canales,Diques 2.20 50
Zanjas, Canales,Diques y Empalizadas 1.20 0
Total 671.59

Obras más utilizadas

Zanja de Infiltración
Canal de Desviación
Objetivo: Obras de Conservación

Canal de Desviación

-Disminuir el escurrimiento superficial del área con cárcavas activas

-Disipar el agua retenida hacia las laderas estabilizadas
Fuente : CONAF, 1999
Objetivo: Obras de Conservación

Zanja de Infiltración

-Disminuir la velocidad de las aguas lluvias. - Cosechar Agua

-Aumentar la infiltración del agua en el suelo - Recolectar suelo y nutrientes
-Reducir la escorrentia superficial - Mejorar las condiciones de Humedad del Suelo
-Retener los sedimentos removidos por el flujo - Permitir el desarrollo de una vegetación forestal
hídrico. - Revertir el proceso de Desertificación por Aridez
-Acumular el agua de las lluvias para el riego edáfica : OASIFICAR

Fuente : CONAF, 1999 Fuente : Martínez de Azagra, 2005

 OASIFICACIÓN

OASIFICACIÓN: como antónimo de desertificación por aridez edáfica. Se trata de

densificar y lignificar la cubierta vegetal, o lo que es lo mismo, revertir el proceso de
degradación hídrica, edáfica y botánica que padece una ladera, mediante una correcta
preparación del suelo e introduciendo las especies vegetales adecuadas.
(Martínez de Azagra, 1999; 2002 – WWW.OASIFICACION.COM)
¿Que Indicaciones Técnicas
para el Diseño de Zanjas de
Infiltración y Canales de
Desviación, entrega la Ley?
 Zanja de Infiltración y Canal de desviación
ZANJA DE INFILTRACION: Obra de recuperación de suelos, manual o
mecanizada, diseñada y construida para capturar y almacenar la escorrentía
procedente de las cotas superiores. Se construye transversalmente a la pendiente,
en la curva de nivel. La obra comprende un conjunto de zanjas continuas o
individuales en tresbolillo. Presenta una sección con un ancho mínimo en la base
de 0,2 metros, una altura efectiva mínima en la cara inferior de 0,2 metros.. Al
construirse zanjas individuales en tresbolillo el largo fluctúa entre 3 y 8 metros y la
separación o tabique entre zanjas, en la curva de nivel, varía entre 0,7 y 7 metros,
según la altura y largo de ellas. Si las zanjas son continuas, en un rango de 5 a 15
metros se deberá dejar un tabique de 0,3 metros sin construir. Aguas abajo ,
adyacente a la excavación, se construye un camellón de altura y ancho similares a
la profundidad de la zanja y a la anchura superior de la obra, respectivamente. Se
excluye la construcción de zanjas en suelos no estructurados.
 Zanja de Infiltración y Canal de desviación

CANAL DE DESVIACION: Obra de recuperación

de suelos, manual o mecanizada, que se sitúa
preferentemente en la parte superior o media de
la ladera para capturar la escorrentía procedente
de las cotas superiores. Se construye
transversalmente a la pendiente con un ligero
desnivel (1%) para transportar el agua a una
salida estabilizada. Presenta una sección con un
ancho mínimo en la base de 0,2 metros y una
altura efectiva mínima de 0,2 metros. Las
dimensiones deben permitir evacuar un volumen
de agua según la precipitación de diseño. Aguas
abajo, adyacente a la excavación, se construye
un camellón de altura y ancho similares a la
profundidad del canal y a la anchura superior de
la obra respectivamente. El largo máximo es de
100 metros. Las aguas del canal siempre deben
evacuar en un área receptora estabilizada.
Chile País de Contrastes

- Clima ( Tº- Pp) ¿ Que criterio debe

- Suelos aplicarse en el Diseño
- Relieve de las Obras de
- Vegetación Conservación?
 Dificultad en el Diseño de Zanjas y Canales

- Para la realización de las obras según D.L 701, hace falta de una
metodología técnica para el diseño de las obras (zanjas , canales)

- No existía bibliografía que reuniera en solo libro, de un modo

directo una metodología para el diseño de canales y zanjas
- Escasa información pluviométrica disponible
- La necesidad de entregar de manera sistemática a los consultores
el desarrollo de una metodología de diseño
 Dificultad en el Diseño de Zanjas de Infiltración

- Determinación de Coeficiente de Escorrentía

OBJETIVO

Canal de Desviación Zanjas de Infiltración

Agua que se va Agua que se INFILTRA

 Dificultad en el Diseño de Zanjas de Infiltración

- Determinación de Coeficiente de Escorrentía

_ (P − P )(
· P + 23·P )
C=
Es
=
(P − P )
0
2

C=
>
0 0

(P + 11·P ) 0
2
P P 2 + 4·P·P0

(MOPU, 1987) (Martínez de Azagra, 2006)

_
C (en vez de a C).

Método Racional Sistemas de Recolección de agua

para repoblación Forestal
PROGRAMA Y MANUAL DE
DISEÑO OBRAS DE CONSERVACIÓN
PROGRAMA :
MAUCO “Aguas Lluvias”

Programa para el diseño de obras de Conservación de Suelo

Diseño de Canales de desviación y Sistema de Zanjas de infiltración
 OBJETIVOS
"Desarrollar una metodología para profesionales del sector forestal,
en la aplicación de técnicas de conservación de suelo (zanjas –
canalesFalta elem tecn
de desviación), en terrenos susceptibles de acogerse a
subsidios que otorga el D.L. 701 "

1. Entregar una metodología para el manejo de la información

pluviométrica

2. Entregar una metodología para el diseño de canales de desviación

3. Entregar una metodología para el diseño de zanjas de desviación

METODOLOGÍA PROPUESTA

Determinar la magnitud de precipitación para

Análisis de Falta elem tecn
Precipitaciones un periodo de retorno dado

Calculo de Magnitudes e Intensidades para

duraciones del tiempo de diseño

Calculo de Escorrentia crítica

Diseño de Canales de (Caudal)
Desviación Diseño y dimensionamiento de canal de
desviación

Determinar Volumen de Zanja

Diseño de Zanjas de
Infiltración Diseño y dimensionamiento de zanjas de
infiltración
INFORMACIÓN NECESARIA MAUCO

Información Pluviometrica
- Precipitación máximas 24 Hrs.
Datos Terreno
- Textura - Permeabilidad

- Pendiente

- Cobertura Vegetal

- Caracterización del área de trabajo

Canal de desviación
Zanja de Infiltración
- Area de Impluvio
- Area de Impluvio
- Largo Canal
-Precipitación de Diseño
- Distancia mas lejana del canal
 Datos de Terreno
Datos estación agroclimatica
Lolol
AÑO Ppmax en
24 Horas
1989 109.3
1991 80.1
1992 50.2
1993 103
19 94 66.6
1995 52.5
1989 65.3
Promedio 75.29
Desviación standard 23.35

Textura : Franco Arcilloso

Cobertura Vegetal : Pastizal
Suelo Muy Erosionado Pendiente : 15 %

Canal de desviación
Zanja de Infiltración
Largo Canal : 60 m.
Area Impluvio : 0.6 Ha Dist entre Zanja : 8 m.
Distancia mas lejana : 200m
Programa Mauco
PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN PLUVIOMETRICA
1. Análisis de
Precipitaciones

Calculo de Máximas Precipitaciones en 24 horas

2.
Registro Histórico Anual de Precipitaciones
Máximas en 24 horas (X1, X2,, X3 …... Xn)

con Periodo de Retorno asociado

utilizando función de Gumbel
3. Cálculo de Estadístico
X : Promedio de Pp
S : Desviación estándar Pp

4. Obtención de parámetros de
Función de Gumbel, según n-1
años (datos precipitaciones),
υy, σy (Tabla Nº1)

5. Cálculo de Parámetros α, β
de la función de Gumbel
(Ecuación Nº 1 y 2)
Tiempo de
6. Concentración
Calculo de Precipitación
Máxima P max. en 24 Horas (Se calcula de
con un periodo de retorno Ecuación Nº7 u 8;
asociado ver diagrama de
Canal de desviación )
(Ecuación Nº 3)

7.a 7.b
Calculo de magnitud de Calculo de Intensidad de
pequeño, menor a 24 horas según Metodologia de Espildora

Precipitación en 1 hora Precipitación en un Tiempo t

Calculo de Magnitudes e Intensidades en periodo de tiempo

8.a Ingresar Precipitación Máxima en 24 8.b Ingresar Precipitación Máxima en 24

Hrs con periodo de retorno asociado Hrs con periodo de retorno asociado
(Valor calculado en punto 6) (Valor calculado en punto 6)

9.a 9.b Ingresar Tiempo t

Obtención de Coeficiente (en diseño de canal es igual a
de duración para 1 Hora Tiempo de Concentración Tc)
(Ver Tabla Nº2; Cdt = 1)

10.a 10
Cálculo de Magnitud en 1 hora con
si
un periodo de retorno asociado T < 5min
(Ver Ecuación Nº4) 10.b.1 Asumir
No
Tiempo 5 min
11.a Dato
CDt = 0.26 10.b.2
Zanja de Infiltración Calculo de CDT
(Según Fig. Nº1)

11.bCálculo de Intensidad en t min

con Periodo de retorno asociado
(Ver Ecuación Nº5)

12.b Dato
Canal de Desviación
Máximas Precipitaciones en 24 horas con Periodo de Retorno (Gumbel)
1. Aná
Análisis de
Precipitaciones
Información básica
2.
AÑO Ppmax en Registro Histórico Anual de Precipitaciones
24 Horas Máximas en 24 horas (X1, X2,, X3 …... Xn)
1989 109.3
3. Cálculo de Estadístico
1991 80.1
1992 50.2 X : Promedio de Pp

1993 103 S : Desviación estándar Pp

19 94 66.6
4.
1995 52.5 Obtención de parámetros de
Función de Gumbel, según n-1
1989 65.3 años (datos precipitaciones),
Promedio 75.29 υy, σy (Tabla Nº1)
Desviación standard 23.35
5. Cálculo de Parámetros α, β
de la función de Gumbel
(Ecuación Nº 1 y 2)
n-1 año s σy µy n-1 año s µy σy
2 0 .4 0 4 3 0 .4 9 8 4 9 0 .4 9 0 2 0 .9 2 8 8 6.
3 0 .4 2 8 6 0 .6 4 3 5 10 0 .4 9 5 2 0 .9 4 9 7 Calculo de Precipitación
4 0 .4 4 5 8 0 .7 3 1 5 11 0 .4 9 9 6 0 .9 6 7 6 Máxima P max. en 24 Horas
5 0 .4 5 8 8 0 .7 9 2 8 12 0 .5 0 3 5 0 .9 8 3 3 con un periodo de retorno
asociado
6 0 .4 6 9 0 .8 3 8 8 13 0 .5 0 7 0 .9 9 7 2
7 0 .4 7 7 4 0 .8 7 4 9 14 0 .5 1 1 .0 0 9 5 (Ecuación Nº 3)
8 0 .4 8 4 3 0 .9 0 4 3 15 0 .5 1 2 8 1 .0 2 0 6

σy µy
α= β = x− Periodo de retorno 24 Horas
s α 2 79.68
5 114.39
 R  10 137.37
Pmax = β − ( α ) * ln ln( )
1 15 150.33

 R −1  20 159.41
Magnitudes e Intensidades de Precipitación en Tiempos Pequeños
7.a 7.b
Calculo de magnitud de Calculo de Intensidad de
Precipitación en 1 hora Precipitación en un Tiempo t
Duración t Coeficiente CDt
5 min. 0.26 8.a Ingresar Precipitación Máxima en 24 8.b Ingresar Precipitación Máxima en 24
Hrs con periodo de retorno asociado Hrs con periodo de retorno asociado
10 min. 0.4 (Valor calculado en punto 6) (Valor calculado en punto 6)
15 min. 0.53
30 min. 0.7
45 min. 0.86
9.a
Obtención de Coeficiente
9.b Ingresar Tiempo t
(en diseño de canal es igual a
Tc
de duración para 1 Hora Tiempo de Concentración Tc)
60 min. 1 (Ver Tabla Nº2; Cdt = 1)
120 min. 1.4
24 hrs. 4.04 10.a
si
10
Cálculo de Magnitud en 1 hora con
un periodo de retorno asociado T < 5min
(Ver Ecuación Nº4) 10.b.1 Asumir
No
Tiempo 5 min
11.a Dato
CDt = 0.26 10.b.2
Zanja de Infiltración Calculo de CDT
(Según Fig. Nº1)

11.bCálculo de Intensidad en t min

con Periodo de retorno asociado
(Ver Ecuación Nº5)

1  CDt   CDt  12.b Dato

I t = x  xPmax Pt =   xPmax Canal de Desviación

t  CD24   CD24 
90 Tiempo 5 10 15 30 45 60 120 24 Horas
80 Coef. De Duración 0.26 0.4 0.53 0.7 0.86 1 1.41 4.9
Int 70
Periodo de retorno
en 60
sid 2 4.23 6.50 8.62 11.38 13.98 16.26 22.93 79.68
50
ad 5 6.07 9.34 12.37 16.34 20.08 23.34 32.91 114.39
(m 40
m/ 2 años 10 7.29 11.21 14.86 19.62 24.11 28.03 39.53 137.37
30
hr 5 años
15 7.98 12.27 16.26 21.48 26.38 30.68 43.26 150.33
) 20
10 años
15 años 20 8.46 13.01 17.24 22.77 27.98 32.53 45.87 159.41
20 años
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Minutos
MAUCO : ANALISIS DE LAS PRECIPITACIONES

Análisis de Frecuencia : Función de Gumbel

Análisis de de magnitudes e intensidades : Método Espildora
DISEÑO DE CANAL DE DESVIACIÓN
1. CANAL DE DESVIACIÓN

2. Ingresar
Textura;Cobertura
1. Vegetal; Pendiente;
Area de impluvio,
1.distancia del punto
mas lejano del area de imluvio al canal
(ver Fig. Nº2)

3.Obtención de Coeficiente de Escorrentia

(según Tabla Nº3)

4.Calculo del Tiempo de Concentración Tc

(Ver Ecuación Nº6 o 7)
Ir a :Análisis de
5. Ingresar Intensidad en tiempo precipitación
de concentración tc, con periodo de
Calculo retorno asociado
Cálculo de Intensidad de
precipitación en el tiempo de
Escorrentia Crítica concentración tc ( Ecuación
Nº5, diagrama Análisis de
6. Calculo Escorrentia Crítica Qesc precipitaciones)

(Ver Ecuación Nº8)

7.
-Obtención de Rugosidad de Canal
(según tabla Nº6)
-Obtener Máxima Velocidad
Diseño del canal Prermisible (según tabla Nº5)

8. Calculo Area Mínima para Canal

(Ver EcuaciónNº9)

9. Ingresar
- Diseño Sección Transversal
- Pendiente del canal

10.Calculo Caudal para 11.Calculo Velocidad para

Sección de Canal Diseño, Canal Diseñado,

REDISEÑO
según Manning. según Manning.
(Ver EcuaciónNº10) (Ver EcuaciónNº11)

12.
Esc Crítica Qesc < Esc del Canal
Vel Max. Permitida > Vel. del Canal
Area Min. de diseño < Area del Canal

13.
DISEÑO FINAL
 Calculo de la Escorrentia Superficial
1. CANAL DE DESVIACIÓN
Esquema Canal de Desviación

Zona de evacuación 2. Ingresar

Canal de Area de del canal Textura;Cobertura
1. Vegetal; Pendiente;

L
desviación Impluvio Area de impluvio,
Quebrada 1.distancia del punto
mas lejano del area de imluvio al canal
(ver Fig. Nº2)
L
3.Obtención de Coeficiente de Escorrentia
M (según Tabla Nº3)
Zona Estable
Zona erosionada
L : Distancia mas lejana de el área de impluvio al canal 4.Calculo del Tiempo de Concentración Tc
M : Largo del Canal (Ver Ecuación Nº6 o 7)

5. Ir a :Análisis de
Ingresar Intensidad en tiempo precipitación

CxIxA de concentración tc, con periodo de

retorno asociado

Q esc =
360
6. Calculo Escorrentia Crítica Qesc
(Ver Ecuación Nº8)

C : Coeficiente de Escorrentia (Descripción de terreno)

I : Intensidad máxima (Curva IDF)
A: Area (Medición de terreno)
Dimensionamiento de Canal de Desviación
7.
-Obtención de Rugosidad de Canal
(según tabla Nº6)
-Obtener Máxima Velocidad

Vmax
Prermisible (según tabla Nº5)

Amin = 8. Calculo Area Mínima para Canal

(Ver EcuaciónNº9)

Qesc 9. Ingresar
- Diseño Sección Transversal
- Pendiente del canal

2 1
1 3 2
Q = ar s = 10.Calculo Caudal para
Sección de Canal Diseño,
11.Calculo Velocidad para
Canal Diseñado,

REDISEÑO
según Manning. según Manning.
(Ver EcuaciónNº10) (Ver EcuaciónNº11)

12.
2 1
1 Esc Crítica Qesc < Esc del Canal

V = r s =
3 2 Vel Max. Permitida > Vel. del Canal
Area Min. de diseño < Area del Canal
n
13.
DISEÑO FINAL
MAUCO : CANAL DE DESVIACIÓN

Verificación cumplimiento especificaciones técnicas

Dimensionamiento de canal de desviación

Ingreso de Información
DISEÑO DE SISTEMA DE ZANJAS DE INFILTRACIÓN

ZANJA DE DESVIACION

Ingresar
Tipo Vegetación; Tratamiento; Condición
Hidrológica; Tipo de Suelo; Precipitación
de Diseño

Distanciamien to D
Are a d e
impluvio
Obtención de Coeficiente Escorrentía:
Área de Impluvio; Área de Recepción

Área de Recepción V olumen V z

Determinaci
(ver Ecuación Nº12) Largo L

Diseño de Sistema
Distanciamiento predeterminado

Ingresar Área de Impluvio ;

Área de Recepción
H
Calculo Dimensiones de Zanja y
V

Tal rior
Inf
diseño

Su alud
r
rio
ud
e

T
pe
Base
DISEÑO FINAL
SISTEMA DE ZANJAS
DE INFILTRACIÓN
Determinación Coeficiente de Escorrentía : CI : Coeficiente Área Impluvio
CR : Coeficiente Área de Recepción

Martínez de Azagra, A. 2006 Método de los coeficiente de escorrentía:

Mauco Generalizado. Documento inedito. 29 p. Universidad de Valladolid. España.

Es
Coeficiente de Escorrentía C=
P
( P − Po ) 2
Escorrentía Superficial Es =
P + 4 * Po
P0 (es función del  25400 − 254 * N  5080 − 50.8 * N
P0 = 0.2 *  =
numero de curva)  N  N

2
 5080 − 50.8 * N 
P − 
Coeficiente de Escorrentía (P − Po )  N 
C= 2 =
(en función del numero de curva) P + 4 * P * P0  20320 − 203.2 * N 
P2 + P * 
 N 
si Pd >P0
Determinación Coeficiente de Escorrentía : CI : Coeficiente Área Impluvio
CR : Coeficiente Área de Recepción

Martínez de Azagra, A. 2006 Método de los coeficiente de escorrentía:

Mauco Generalizado. Documento inedito. 29 p. Universidad de Valladolid. España.

SeCR
basa en una combinación
:Barbecho
Cubierta de residuos de
factores que afectan a la al menos
Tipo de Vegetación vegetales
Cultivos Alineados
que ocupe
infiltración
5 %: de la superficie en el
elPastizales
Tratamiento Densidad y fracción de cubierta
año
Matorrales
vegetal
R : SiBosques....
las labores de la tierra se
Condición Hidrológica Gradorealizan
de cubierta vegetal
en línea recta
Porcentajes de residuos vegetales
C : Si el cultivo se realiza por
Tipo de Suelo Gradocurvas
de rugosidad
de nivel
T : si se trata de terrenos
aterrazados
Dimensionamiento de Sistema de Zanjas de Infiltración

Diseño de Sistema
Distanciamiento predeterminado

Ingresar Área de Impluvio ;

Área de Recepción

Calculo Dimensiones de Zanja y

diseño

DISEÑO FINAL
Vz = Pd * (CI * S1 + CR * S 2 )
SISTEMA DE ZANJAS
DE INFILTRACIÓN

Az = Pd * (CI * d + CR * a s )
H

V
Tal rior
Inf

Su alud
r
rio
ud
e

T
pe

Base
MAUCO : ZANJAS DE INFILTRACIÓN
Determinación de Coeficiente de Escorrentía
MAUCO : ZANJAS DE INFILTRACIÓN
Diseño de Zanjas de Infiltración

Ingreso
Diseño de Información
de Zanja de Infiltración
 Observación Final

A través de las modificaciones al programa subsana las falencias de utilizar tablas de

coeficientes de escorrentía generadas para la estimación de caudales máximos a
través del método racional, el diseño de sistema de Zanjas de Infiltración requiere de
valores medios globales de coeficientes de escorrentía que considere todo un
aguacero en su conjunto (Mauco Generalizado, Martínez de Azagra, 2006)

Para dicho efecto se recurrió al una estimación de coeficientes de escorrentía a

partir del método de curva(Mauco Generalizado, Martínez de Azagra, 2006)

Es (P − P ) 2
_
C=
(P − P )(
· P + 23·P )
0 0
C= =
(P + 11·P )
0

P P 2 + 4·P·P0 < 0
2

(Martínez de Azagra, 2006) (MOPU, 1987)

MODIPÉ es un modelo hidrológico sobre recolección de agua basado en
el método del número de curva, y permite el Diseño de Sistemas de
Recolección de Agua para la Repoblación Forestal (Zanjas Bordos,
Microterrazas, Negarin, entre otros...
MODIPÉ estima la infiltración (o disponibilidad hídrica) en una ladera
degradada antes y después de la intervención proyectada.

www.oasificacion.com
MUCHAS GRACIAS

Programa y Manuel disponible en:

www.oasificacion.com

mlemus@conaf.tie.cl
MUCHAS GRACIAS