1.

FUNDAMENTOS SOBRE DESLIZAMIENTOS.

Basculamientos : rotación de uno o más elementos alrededor de un punto pivote (Fig. 1.3).

M. Sc. Rolando Mora Chinchilla Los movimientos en masa son procesos de la Geodinámica Externa, los cuales modifican las diferentes formas del terreno. Los deslizamientos, a su ves, son la principal manifestación de los movimientos en masa. Los deslizamientos, como todos los movimientos en masa, involucran el movimiento, pendiente abajo, de los materiales que componen la ladera (Fig. 1.1) bajo la influencia de la gravedad y pueden ser disparados por lluvias, sismos y actividad humana.

Fig. 1.3 Basculamiento de columnas de roca (Varnes, 1978) Separaciones laterales: movimiento de extensión lateral acompañado por fracturamiento cortante o tensional (Fig. 1.4).

Fig. 1.4 Separación lateral (Varnes, 1978)

Fig. 1.1 Deslizamiento Arancibia (1993) (foto R. Mora) 1.1 TIPOS DE MOVIMIENTOS. Los deslizamientos pueden ocurrir como: caídas, basculamientos, separaciones laterales, deslizamientos o flujos.

Deslizamientos : desplazan masas a lo largo de uno o más planos discretos. Pueden ser rotacionales o translacionales en su movimiento. El movimiento rotacional se da donde la superficie de ruptura es curva, la masa rota hacia atrás alrededor de un eje paralelo a la ladera (Fig. 1.5).

Caídas: masas desprendidas de pendientes muy fuertes o escarpes, que se mueven en caída libre, dando tumbos (saltos) o ruedan ladera abajo (Fig. 1.2).

Fig. 1.5 Deslizamiento rotacional (Skinner & Porter, 1992) Fig. 1.2 Caída de rocas (Varnes, 1978). El movimiento translacional se da cuando la superficie de ruptura es más o menos planar

o suavemente ondulante y la masa se mueve paralela a la superficie del terreno (Fig. 1.6).

(formado en el sitio) (Fig. 1.8) o material transportado. El suelo se puede describir como detritos (suelo de grano grueso) o suelo propiamente dicho (suelo de grano fino). El detrito es un suelo con un 20 a 80% de fragmentos mayores de 2 mm. Suelo fino es el que está compuesto de más del 80% de fragmentos menores de 2 mm.

Fig. 1.6 Deslizamiento translacional (Skinner & Porter, 1992) Flujos: masas que se mueven como unidades defor madas, viscosas, sin un plano discreto de ruptura (Fig. 1.7).

Zona A: arena, limo y arcilla sin estructura. Pueden encontrarse bloques en la superficie Zona B: material residual con bloques de roca. El porcentaje de roca es menor del 50%. Los bloques son redondeados y no se encuentran interconectados Zona C: Bloques de roca con material residual a lo largo de las discontinuidades. El porcentaje de roca es de 50-90% y los bloques son angulares y se encuentran interconectados Zona D: Más de 90% de roca. Poco material residual a lo largo de las discontinuidades, las que pueden encontrarse manchadas con óxidos de hierro

Fig. 1.8 Perfil idealizado de suelo residual (Ruxton & Berry, 1957) 1.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Fig. 1.7 Flujo de detritos (Skinner & Porter, 1992) Algunos deslizamientos pueden presentar más de un tipo de movimiento, en este caso se describen como complejos. 1.2 TIPOS DE MATERIALES. Los deslizamientos pueden involucrar desplazamientos en roca, suelo o una combinación de ambos. Roca se refiere a la roca dura o firme, la cual se encontraba intacta y en su sitio antes del movimiento Suelo se entiende como un conjunto de partículas sueltas, no consolidadas o roca pobremente cementada o agregados inorgánicos. El suelo puede ser residual

Ruxton, B.P. & Berry, L., 1957: Weathering of granite and associated erosional features in Hong Kong. Bulletin of the Geological Society of America, vol. 68, pp 1263-1291. Skinner, B.J. & Porter, S.C., 1992: The Dynamic Earth: an introduction to physical geology. II edition, John Wiley & Sons, Inc. New York. 570 p.p. Varnes, D.J., 1978: Slope Movement: Types and Proceses. In Scuster & Krizek, 1978: Landslides: Analysis and Control. Special report 176. Transportation Research Board, Comisión on Sociotechnical Systems, National Research Council. National Academy of Sciences, Washungton, D.C. 234 p.p.

2. LAS PARTES DE UN DESLIZAMIENTO. M.Sc. Rolando Mora Chinchilla 2.1 NOMENCLATURA DE LOS DESLIZAMIENTOS.

sector es definido por la superficie de separación subyacente, la cual separa el material desplazado del material estable, en el cual no se ha desarrollado ruptura alguna. En algunas ocasiones es mejor llamar a este sector área de depositación.

Debido a que un deslizamiento involucra una masa de suelo o roca moviéndose ladera abajo, este puede ser descrito con base en las diferencias entre la masa que forma el deslizamiento y la ladera que no ha fallado. La ladera que no ha fallado se puede definir como la superficie original de terreno. Esta es, a su vez, la superficie que existía antes de que el movimiento se diera (Fig. 2.1). Si esta es la superficie de un deslizamiento antiguo, el hecho debe resaltarse, pues se trata de una reactivación del deslizamiento.

Fig. 2.2 Material desplazado en estado deformado, deslizamiento Tapezco, Santa Ana, Costa Rica (Foto R. Mora).

Superficie original del terreno

Material desplazado Sector de pérdida Sector de acumulaci Fig. 2.1 Deslizamiento Quebradas, Santa Ana, Costa Rica, se aprecia la superficie original del terreno (Foto R. Mora).

Superficie de ruptura

Fig. 2.3 Nomenclatura de un deslizamiento (Varnes, 1978)

La masa que se ha movido se conoce como el material desplazado, es decir, es el material que se ha movido de su posición original en la ladera. El mismo pude encontrarse en un estado deformado o no deformado (Fig. 2.2).

2.2 PARTES DE UN DESLIZAMIENTO.

El material desplazado sobreyace dos sectores distintos. El sector de pérdida es el área dentro de la cual el material desplazado descansa bajo la superficie original del terreno y está definido por la superficie de ruptura (Fig. 2.3). En el caso de que no quede material sobre la superficie de ruptura o donde ha ocurrido flujo en vez de ruptura, es más conveniente utilizar el término área fuente. El sector de acumulación es el área donde el material desplazado descansa sobre la superficie del terreno (Fig. 2.3). Este

Escarpe principal: superficie de pendiente muy fuerte, localizada en el límite del deslizamiento y originada por el material desplazado de la ladera. Si este escarpe se proyecta bajo el material desplazado, se obtiene la superficie de ruptura.

Corona: sector de la ladera que no ha fallado y localizada arriba del deslizamiento. Puede presentar grietas, llamadas grietas de la corona.

Escarpe menor: superficie de pendiente muy fuerte en el material desplazado y producida por el movimiento diferencial dentro de este material.

Punta de la superficie de ruptura: la intersección (algunas veces cubierta) de la parte baja de la superficie de ruptura y la superficie original del terreno. Cabeza: la parte superior del material desplazado a lo largo de su contacto con el escarpe principal. Tope: el punto más alto de contacto entre el material desplazado y el escarpe principal.

Ruptura en avance: ampliación del deslizamiento en la dirección del movimiento. Donde la ampliación se da en ambas direcciones, se utiliza el término progresivo. Movimiento simple: movimiento rotacional o translacional de una masa individual a lo largo de una superficie de ruptura particular (Fig. 2.5).

Cuerpo principal: la parte del material desplazado que sobreyace la superficie de ruptura localizada entre el escarpe principal y la punta de la superficie de ruptura. Flanco: lado del deslizamiento Pie: la porción de material desplazado que descansa ladera abajo desde la punta de la superficie de ruptura

Fig. 2.5 Movimiento simple (Hutchinson, 1968).

Dedo: el margen del material desplazado más distante del escarpe principal.

Movimiento múltiple: una o más masas con el mismo tipo de movimiento a lo largo de dos o más superficies de ruptura distintas (Fig. 2.6).

Punta: el punto en el pie más distante del tope del deslizamiento.

Escarpe Escarp principal e

Coro na

Flanco Cuerpo principal

Tope

Cabeza

Fig. 2.6 Movimiento múltiple (Hutchinson, 1968).

Dedo Pie

Punta de la superficie de ruptura

Punta

Fig. 2.4 Partes (Varnes, 1978).

de

un

Si un movimiento múltiple se desarrolla a lo largo de un período de tiempo, se utiliza el término movimiento sucesivo (Fig. 2.7).

deslizamiento

2.3 OTRAS CARACTERÍSTICAS DE UN DESLIZAMIENTO. Algunas veces se torna necesario describir el crecimiento de un deslizamiento. Se sugieren algunos términos en función de cómo la ruptura se propaga en relación con la dirección de movimiento. Ruptura retrogresiva: ampliación del deslizamiento en la dirección opuesta a su movimiento.

Fig. 2.7 Movimiento sucesivo (Hutchinson, 1968). 2.4 TÉRMINOS RELACIONADOS CON EL CONTENIDO DE HUMEDAD. Seco: no hay humedad visible

Húmedo: contiene algo de agua pero no en estado libre, se comporta como un sólido plástico y no como un fluido. Mojado: contiene suficiente agua para comportarse como un fluido, el agua fluye del material o forma depósitos significativos (charcas, lagunas). Muy mojado: contiene suficiente agua para fluir como un líquido viscoso en pendientes bajas. 2.5 TÉRMINOS RELACIONADOS CON LA VELOCIDAD DE MOVIMIENTO. La velocidad de movimiento de los deslizamientos varía desde extremadamente lenta (menos de 0.06 m/año) a extremadamente rápida (3 m/s). 2.6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Hutchinson, J.N., 1968: Mass Movement. In The Enciclopedia of Geomorphology (Fairbridge, R.W., ed., Reinhold Book Corp., New York, pp. 688-696. Varnes, D.J., 1978: Slope Movement: Types and Proceses. In Scuster & Krizek, 1978: Landslides: Analysis and Control. Special report 176. Transportation Research Board, Comisión on Sociotechnical Systems, National Research Council. National Academy of Sciences, Washungton, D.C. 234 p.p.

3. CLASIFICACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS. M. Sc. Rolando Mora Chinchilla Los deslizamientos son clasificados con base en diferentes características de acuerdo a varios esquemas de clasificación. Los esquemas varían de acuerdo con el propósito de la clasificación. La aplicación de los términos de una clasificación aceptada, facilita la comunicación y contribuye al desarrollo de generalizaciones válidas sobre la ocurrencia de los diferentes tipos de deslizamientos.

Algunos investigadores cuestionan la utilidad de los esquemas de clasificación, debido a las variaciones entre deslizamientos individuales o a la falta de cuantificación a la hora de definir subcategorías discretas. Una de las clasificaciones más comúnmente utilizadas es la de Varnes (1978) (Cuadro 3.1), la cual utiliza el tipo de movimiento y la naturaleza del material. Posteriormente, la geometría, el movimiento y otras características son empleadas para definir subcategorías discretas.

Cuadro 3.1:Clasificación de los deslizamientos (Varnes, 1978). Tipo de movimiento Caídas Basculamientos Rotacionales Deslizamientos Translacionales Separaciones laterales Flujos Complejos

Tipo de material Suelo Roca De grano grueso De grano fino Caídas de rocas Caídas de detritos Caídas de suelos Basculamiento de Basculamiento de Basculamiento de rocas detritos suelos Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento rotacional de rotacional de rotacional de rocas detritos suelos Deslizamiento Deslizamiento Deslizamiento translacional de translacional de translacional de rocas detritos suelos Separación lateral Separación lateral Separación lateral en roca en detritos en suelos Flujo de rocas Flujo de detritos Flujo de suelos Combinación de dos o más tipos

3.1 CAÍDAS. Todas las caídas se inician con un desprendimiento de suelo o roca de una ladera muy empinada, a lo largo de una superficie en la que poco o ningún desplazamiento cortante se desarrolla (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.1). El material desciende en caída libre, saltando o rodando, el movimiento es de muy rápido a extremadamente rápido (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.1). Solo cuando la masa desplazada es socavada, las caídas son precedidas por pequeños deslizamientos o movimientos de basculamiento que separan el material de la masa no perturbada (Cruden & Varnes, 1996). Socavamiento ocurre típicamente en suelos cohesivos o rocas al pie de escarpes que sufren el ataque de las olas o debido a la erosión de márgenes de ríos.

Fig. 3.2 Basculamiento de columnas de roca (Cruden & Varnes, 1996)

Fig. 3.3 Basculamiento (Varnes, 1978).

Fig. 3.1 Caída de rocas (Varnes, 1978)

3.2 BASCULAMIENTOS. Un basculamiento es la rotación hacia adelante (afuera) de una masa de suelo o roca, alrededor de un punto o eje bajo el centro de gravedad de la masa desplazada (Cruden & Varnes, 1996) (Figs. 3.2 , 3.3 y 3.4).

de

detritos

El basculamiento algunas veces es causado por el empuje del material localizado ladera arriba y otras veces por el agua presente en las grietas del macizo (Cruden & Varnes, 1996). Los basculamientos producen caídas o deslizamientos del material desplazado, dependiendo de la geometría del material en movimiento, la geometría de la superficie de separación y la orientación y extensión de las discontinuidades cinemáticamente activas (Cruden & Varnes, 1996). Los basculamientos varían de extremadamente lentos a extremadamente rápidos, algunas veces acelerando con el avance del movimiento (Cruden & Varnes, 1996).

El material desplazado puede deslizarse más allá de la punta de la superficie de ruptura, cubriendo la superficie original del terreno, la cual, a su vez, se convierte en superficie de separación (Cruden & Varnes, 1996). 3.3.1 Deslizamientos rotacionales. Estos deslizamientos se mueven a lo largo de superficies de ruptura curvas y cóncavas, con poca deformación interna del material (Cruden & Varnes, 1996). La cabeza del material desplazado se mueve verticalmente hacia abajo, mientras que la parte superior del material desplazado se bascula hacia el escarpe (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.5).

Fig. 3.5 Deslizamiento rotacional (Skinner & Porter, 1992) Fig. 3.4 Basculamiento de detritos, embalse Cachí, Costa Rica (Foto R. Mora). 3.3 DESLIZAMIENTOS. Un deslizamiento es un movimiento ladera abajo de una masa de suelos o rocas, que ocurre predominantemente a lo largo de una superficie de ruptura o zonas relativamente delgadas de intensa deformación cortante (Cruden & Varnes, 1996).

El escarpe principal es prácticamente vertical y carente de soporte, por lo que se pueden esperar movimientos posteriores que causen retrogresión del deslizamiento a la altura de la corona (Cruden & Varnes, 1996) (Fig.3.6).

Inicialmente, el movimiento no ocurre simultáneamente a lo largo de lo que, eventualmente, será la superficie de ruptura; el volumen de material desplazado se incrementa a partir de un área de falla local (Cruden & Varnes, 1996). Muchas veces, los primeros signos de movimiento son grietas en la superficie original del terreno, a lo largo de lo que más tarde será el escarpe principal del deslizamiento (Cruden & Varnes, 1996).

Fig. 3.6 Escarpe principal, deslizamiento Tapezco, Costa Rica (Foto R. Mora). Ocasionalmente, los márgenes laterales de la superficie de ruptura pueden ser los suficientemente altos y empinados, como para producir deslizamientos hacia la zona

de pérdida (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.7).

transportados (Cruden & Varnes, 1996) (Figs. 3.8 y 3.9).

Fig. 3.7 Margen lateral con deslizamientos hacia la zona de pérdida, deslizamiento Tapezco, Costa Rica (Foto R. Mora). El agua de escorrentía o un nivel freático somero pueden causar el desarrollo de lagunas en las secciones basculadas de mat erial desplazado, lo que a su vez, mantiene el material saturado y perpetúa el movimiento hasta que se desarrolle una pendiente suficientemente baja (Cruden & Varnes, 1996). 3.3.2 Deslizamientos translacionales. La masa se desplaza a lo superficie de ruptura plana ondulada y superponiéndose original del terreno (Cruden & (Fig. 3.8).

largo de una o suavemente a la superficie Varnes, 1996)

Fig. 3.9 Deslizamiento translacional a lo largo de planos de estratificación (Skinner & Porter, 1992). En los deslizamientos translacionales la masa desplazada puede también fluir, convirtiéndose en un flujo de detritos ladera abajo (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.10).

3.4 SEPARACIONES LATERALES. La separación lateral se define como una extensión de una masa cohesiva de suelo o roca, combinada con la subsidencia del material fracturado en un material subyacente más blando (Cruden & Varnes, 1996) (Figs. 3.11 y 3.12).

Fig. 3.11 Separación lateral en roca (Varnes, 1978). Fig. 3.8 Deslizamiento translacional de detritos (Skinner & Porter, 1992). La superficie de ruptura usualmente se orienta a lo largo de discontinuidades como fallas, juntas, planos de estratificación o el contacto entre roca y suelos residuales o

La superficie de ruptura no es una superficie de corte intenso y el proceso es el producto de la licuefacción o flujo (extrusión) del material más blando (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.13). Claramente estos movimientos son complejos, pero debido a que son muy

comunes en ciertos materiales y situaciones geológicas, es mejor reconocerlos como un tipo separado de movimiento (Cruden & Varnes, 1996).

Fig. 3.12 Separación lateral en suelo (Varnes, 1978).

Fig. 3.14 Flujo de detritos (Skinner & Porter, 1992). El límite inferior de la masa desplazada puede ser una superficie, a lo largo de la cual se desarrolla un movimiento diferencial apreciable o una zona gruesa de corte distribuido (Cruden & Varnes, 1996). Es decir, existe una gradación desde deslizamientos a flujos, dependiendo del contenido de humedad, la movilidad y la evolución del movimiento (Cruden & Varnes, 1996). Los deslizamientos de detritos pueden convertirse en flujos de detritos extremadamente rápidos o avalanchas de detritos, en la medida en que el material desplazado pierde cohesión, aumenta de contenido de humedad o encuentra pendientes más fuertes (Cruden & Varnes, 1996) (Figs. 3.15, 3.16 y 3.17).

Fig. 3.13 Separación lateral por licuefacción durante el terremoto de Limón, Costa Rica (1991), carretera Limón-Cahuita (Foto R. Mora). 3.5 FLUJOS. Un flujo es un movimiento espacialmente continuo, en el que las superficies de corte son de corta duración, de espaciamiento corto y usualmente no se preservan; la distribución de velocidades en la masa que se desplaza se compara con la de un fluido viscoso (Cruden & Varnes, 1996) (Fig. 3.14).

Fig. 3.15 Flujo de lodo (Skinner & Porter, 1992).

247. Transportation Research Board, National Research Council. National Academy Press, Washington, D.C. 675 p.p. Skinner, B.J. & Porter, S.C., 1992: The Dynamic Earth: an introduction to physical geology. II edition, John Wiley & Sins, Inc. New York. 570 p.p. Varnes, D.J., 1978: Slope Mo vement: Types and Proceses. In Scuster & Krizek, 1978: Landslides: Analysis and Control. Special report 176. Transportation Research Board, Comisión on Sociotechnical Systems, National Research Council. National Academy of Sciences, Washungton, D.C. 234 p.p.

Fig. 3.16 Flujo de detritos, Arancibia, Costa Rica (Foto R. Mora).

Fig. 3.17 Avalancha de detritos (Skinner & Porter, 1992). 3.6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Cruden, D.M. & Varnes, D.J., 1996: Landslide Types and Processes. In Turner, A.K. & Schuster, R.L., 1996: Landslides: Investigation and Mitigation. Special Report

DESLIZAMIENTO BAJO GAMBOA, COSTA RICA: LA POSIBILIDAD DE UNA ESTABILIZACIÓN RENTABLE.

Nicaragua

COSTA RICA Mar Caribe

M. Sc. Rolando Mora Ch. Escuela Centroamericana de Geología

SAN JOSÉ

Universidad de Costa Rica San Pablo de León Cortés

E-mail: [email protected]

Océano Pacífico 0

50

100

150

Panamá

200

kilómetros

INTRODUCCIÓN. Este trabajo involucra el estudio de las propiedades físicas y mecánicas de un macizo rocoso, en el cual se ha desarrollado

189000

un deslizamiento circular en roca, disparado por un laboreo errado de la ladera, con el fin Sitio de estudio

de explotarla como cantera de materiales. Se ha realizado el análisis de la estabilidad de la ladera natural, así como el diseño de un talud seguro, basado en el movimiento estratégico de

tierras

y

el

manejo

de

las

aguas 529000

El sitio se localiza en el lugar conocido como

533000

185000

subterráneas.

Fig. 1 Localización del sitio de estudio.

Bajo Gamboa, a 4 km al noroeste de San Pablo de León Cortés, Distrito San Andrés, Cantón de León Cortés, Provincia de San José, entre las coordenadas Lambert Costa Rica Norte (187000-188000)N y (528000530000)E (Fig. 1).

El factor de seguridad se ha calculado para ruptura por las discontinuidades del macizo rocoso y por falla circular. Este último tipo de ruptura se ha considerado ya que se trata de un

macizo

intensamente

fracturado,

en

donde la superficie de ruptura puede ser Para el estudio de estabilidad se ha realizado una evaluación de campo del macizo rocoso, mediante la aplicación del método Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski, 1989), así como,

ensayos

de

laboratorio

para

determinación de las propiedades físicas.

la

definida por las discontinuidades, con la tendencia a seguir una trayectoria circular (Hoeck & Bray, 1981).

MARCO GEOLÓGICO. Según Denyer y Arias (1991) el área de

PROPIEDADES FÍSICAS, MECÁNICAS, Y

estudio se encuentra comprendida en la

CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO.

Formación Grifo Alto, la cual es una serie de rocas volcánicas andesíticas y piroclásticas,

Los resultados de las mediciones de las

en las que se incluyen los depósitos

propiedades físicas y mecánicas del material

ignimbríticos que afloran al este de la hoja

que compone el macizo rocoso, se resumen

topográfica Caraigres.

en

el

cuadro

1.

La

resistencia

a

la

compresión inconfinada indica que la roca En la figura 2 se aprecia la presencia de

intacta posee una resistencia alta, según la

fallas geológicas importantes, como la falla

clasificación de Bieniawski (1989). Por otro

Jaris y la falla de desplazamiento de rumbo

lado, el Índice de Calidad de la Roca (RQD)

que se localiza adyacente al área de estudio

es característico de macizos rocosos de

y que es la responsable del fracturamiento

calidad muy pobre, según Bieniawski (1989).

intenso que muestran las rocas silisificadas del sitio.

Utilizando la información del cuadro 1, se obtiene que el macizo rocoso es de calidad muy pobre (V), su cohesión es menor de 100 kPa y su ángulo de fricción interna es menor

Tm-pn

de 15º, de acuerdo con la clasificación

Tm-bvc

geomecánica de macizos rocosos RMR (Bieniawski, 1989). El criterio de ruptura empírico para macizos rocosos intensamente fracturados de Hoeck y Brown (1981) se ha Sitio de estudio

Tm -p

Qal

utilizado para definir los parámetros de resistencia al corte del material. En la figura

Tm-ca

3 se observa la relación entre el esfuerzo de ruptura axial (esfuerzo principal mayor) y la presión de confinamiento (esfuerzo principal menor) para el macizo rocoso intensamente fracturado del Bajo Gamboa, en esta figura la relación

con

la

constante

adimensional

m=0.017 es la que se considera válida, la otra relación se ha incluido para efecto de comparación. En la figura 4 se observa la Fig. 2 Geología del área de estudio (modificado de Arias & Denyer, 1990)

envolvente de Mohr para el mismo macizo rocoso, aquí la envolvente considerada como válida es la de constante igual a 0.03562, la

restante

se

ha

incluído

con

fines

de

Fig. 3 Criterio de ruptura empírico Macizo Rocoso Bajo Gamboa

comparación.

20

El macizo rocoso presenta cuatro sistemas discontinuidades,

con

espaciamientos

muy cortos y orientados desfavorablemente, lo cual lo torna sumamente susceptible a presentar

fenómenos

Cualquier

corte

de

vertical

en

15 Esfuerzo axial [MPa]

de

10

5

deslizamiento. este

macizo

0 0

producirá problemas de estabilidad, debido a

2

4

6 8 Esfuerzo confinante [MPa]

10

12

14

la orientación (a favor de la pendiente) y ángulo de buzamiento (58º) de uno de sus sistemas de discontinuidades. Fig. 4 Envolvente de Mohr

1:

y

6,0

mecánicas para la clasificación del macizo

5,0

rocoso,

Propiedades

deslizamiento

físicas

Bajo

Gamboa,

Costa Rica. Resistencia

Macizo Rocoso Bajo Gamboa

Esfuerzo cortante [MPa]

Cuadro

4,0

3,0

a

la

compresión

2,0

103 MPa

1,0

inconfinada RQD

0,0

20%

0,0

1,0

2,0

Espaciamiento

3,0 4,0 Esfuerzo normal [MPa]

5,0

6,0

de 20 mm

mínimo discontinuidades Condición

de

las

discontinuidades

Superficies poco ásperas, separación menor a 1 mm,

ANÁLISIS

DE

ESTABILIDAD

paredes muy meteorizadas

LADERA NATURAL.

DE

LA

Condiciones generales del agua

Completamente seca

subterránea Orientación

de

de la ladera natural se ha utilizado la base

la

topográfica presentada por Estrada (1993).

dirección estratigráfica

y Desfavorable

buzamiento de las Peso unitario de la roca Cohesión del macizo rocoso Ángulo de fricción

Se ha seleccionado un perfil topográfico perpendicular

discontinuidades

del macizo rocoso

Para la ejecución del análisis de estabilidad

a

la

orientación

de

las

discontinuidades más desfavorables y a las 3

26.5 kN/m

< 100 kPa

curvas de nivel del terreno. Debido a que no se conoce con certeza la ubicación de la superficie freática, se ha realiz ado el análisis

< 15º

considerando la condición de flujo de agua subterránea número 1 de Hoeck y Bray

(1981),

es

decir

una

ladera

natural

completamente drenada.

Ordinario o de Fellenius: se desprecian las fuerzas entre dovelas

Bajo esta condición el factor de seguridad de 1.096

la ladera natural, según el método de análisis, se puede observar en el cuadro 2 y la figura 5. Los tres factores de seguridad se encuentran muy cercanos a la unidad, lo cual indica que la ladera se encuentra en una condición

precaria

de

estabilidad,

esto

considerando la ladera como completamente drenada. Si se considera otra situación para el agua subterránea, con certeza los factores de

seguridad

pueden

alcanzar

valores

incluso inferiores a la unidad. Cuadro 2: Factores de seguridad de la ladera

natural

según

el

método

Simplificado de Bishop: las fuerzas resultantes entre dovelas son horizontales. No se consideran las fuerzas de corte entre dovelas

de

análisis.

Método de análisis

Factor de

1.016

sefuridad Ordinario o de Fellenius

1.033

Simplificado de Bishop

1.096

Simplificado de Jambu

1.016

1.033

Simplificado de Jambu: las fuerzas resultantes entre dovelas son horizontales. Se utiliza un factor de corrección empírico para considerar las fuerzas de corte entre dovelas Fig. 5 Análisis de estabilidad de la ladera natural, utilizando los métodos: Ordinario o de Fellenius, Simplificado de Bishop y Simplificado de Jambu. Escala vertical y horizontal: 1:2000. Perfi: N57ºE

Durante el trabajo de campo se encontraron evidencias de que la ladera se encuentra en un proceso de desestabilización acelerado, esto debido a la tala de la vegetación y a la extración

de

materiales

utilizando

cortes

verticales. Se observan grietas y escarpes de 0.5 a 1.0 m de altura y que establecen la posibilidad de un deslizamiento de grandes proporciones, el cual puede involucrar las propiedades vecinas y poner en peligro las

Fig. 6 Estabilidad del talud propuesto para explotación por Estrada (1993).

tomas del acueducto de la comunidad de San Se han realizado varios diseños para tratar

Antonio.

de

elevar

el

factor

de

seguridad,

considerando la remoción de material y el drenaje del agua subterránea. El diseño que presenta características aceptables desde el ESTABILIZACIÓN MEDIANTE MATERIAL

DE

LA

EXPLOTACIÓN Y

MANEJO

DEL

LADERA DEL AGUA

SUBTERRANEA.

punto de vista de su estabilidad es el de la figura 7, donde se ha tomado en cuenta que se trata de un talud para la explotación de materiales en una cantera y no representa una amenaza alta desde el punto de vista de

El talud propuesto por Estrada (1993) para la exlotación del material ha sido analizado, considerando rupturas por las diaclasas y por falla general. Este talud es de 10 m de altura, con un ángulo de inclinación de 60º y bermas de 20 m de ancho. Esta configuración es estable por sí sola, pues el factor de

pérdida de vidas y pérdidas económicas. El factor de seguridad es de 1.20, considerando que el agua subterránea se debe mantener, al menos, en la posición sugerida por el autor (Fig. 7). Factor de seguridad mínimo: 1.20 Método: Simplificado de Jambu

seguridad calculado para rupturas por las 1.93

diaclasas es de 2.356 y para ruptura general

considera el empleo de esta configuración para toda la ladera, se puede producir una falla generalizada del talud, pues el factor de seguridad sería inferior a 1.0.

1.91

Distancia vertical [m] (x 1000)

de 2.444 (Fig. 6). Por otra parte, si se

1.92

1.90 1.89 1.88 1.87 1.86 1.85 1.84 1.83 1.82 1.81 1.80 1.79 1.78 1.77 1.76 1.75 1.74 40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

Distancia horizontal [m]

Perfil: N57ºE. Factor de seguridad mínimo: 2.444 (Simplificado de Bishop)

24 23

Fig. 7 Perfil (N57ºE ) de estabilización propuesto

420

Para ejecutar esta obra de estabilización se

CONCLUSIONES.

debe considerar que los trabajos involucran, al menos, una distancia de 50 m en la

La falla de desplazamiento de rumbo, que se

propiedad colindante al suroeste y el estudio

localiza adyacente al área de estudio, es la

de las condiciones del agua subterránea para

responsable del fracturamiento intenso que

el diseño de las obras de drenaje apropiadas.

muestran las rocas silisificadas del sitio.

Dentro de las posibles soluciones para el drenaje se pueden contemplar las galerías de

La resistencia a la compresión inconfinada

infiltración, los drenajes subhorizontales y los

indica

pozos.

resistencia alta, mientras que el Índice de

que

la

roca

intacta

posee

una

Calidad de la Roca (RQD) es característico BENEFICIOS

DEL

PROCESO

DE

ESTABILIZACIÓN DE LA LADERA.

de macizos rocosos de calidad muy pobre. Lo anterior conduce a considerar que la cohesión del macizo es menor de 100 kPa y

La estabilización de la ladera estudiada

su ángulo de fricción interna es menor de

evitaría que el proceso involucre más área,

15

en los alrededores del sitio y además, se eliminaría la amenaza de destrucción de las

El macizo rocoso presenta cuatro sistemas

tomas del acueducto de la comunidad de San

de

Antonio. Por otro lado, si se considera la

muy cortos y orientados desfavorablemente,

resistencia a la compresión inconfinada del

lo cual lo torna sumamente susceptible a

material (104 MPa) y que el mismo se

presentar

encuentra intensamente fracturado, se habre

Cualquier

la posibilidad para que sea utilizado como

producirá problemas de estabilidad, debido a

material de construcción, o como agregado

la orientación (a favor de la pendiente) y

de concreto y asfalto.

ángulo de buzamiento (58 ) de uno de sus

discontinuidades,

con

fenómenos corte

vertical

de en

espaciamientos

deslizamiento. este

macizo

sistemas de discontinuidades. La modificación del perfil de la ladera involucra un área de 5300 m

2

por metro

El factor de seguridad de la ladera se

lineal. Si se considera que el tramo por

encuentra muy cercano a la unidad, lo cual

estabilizar tiene 250 m de largo, entoces se

indica que la misma posee una condición

puede

precaria de estabilidad, esto considerandola

hablar de un volumen explotable 3

aproximado de 1325000 m . Ahora bien, si el

ladera como completamente drenada. Si se

precio del material en banco se considera

toma en cuenta otra situación para el agua

como de ¢ 300 por metro cúbico, quiere decir

subterránea, con seguridad los factores de

que se cuenta potencialmente con ¢ 397.5

seguridad pueden alcanzar valores incluso

millones para ser extraídos.

inferiores a la unidad. Durante el trabajo de

campo se encontraron evidencias de que la

financieramente la ejecución de las obras de

ladera se encuentra en un proceso de

estabilización.

desestabilización acelerado, esto debido a la tala de la vegetación y a la extración de materiales

utilizando

cortes

BIBLIOGRAFIA.

verticales,

además se ha establecido la posibilidad de

Bieniawski, Z.T., 1989: Engineering Rock

un deslizamiento de grandes proporciones, el

Mass Classifications. John Wiley & Sons.

cual

New York. 251 p.p.

puede

involucrar

las

propiedades

vecinas y poner en peligro las tomas del acueducto de la comunidad de San Antonio.

El

factor

de

seguridad

de

la

Denyer, P. y Arias, O., 1991: Estratigrafía de la región central de Costa Rica. Revista Geológica de América Central, 12: 1-59 p.

ladera

modificada es de 1.20, considerando que el

Estrada,

agua subterránea se debe mantener en la

explotación,

posición sugerida por el autor. Para ejecutar

Geología-Evaluación,

esta

inédito. 16 p.

obra

de

estabilización

se

debe

E.,

1993:

Programa

informe Exp.

inicial

de

técnico-financiero. 2327.

Informe

considerar que los trabajos involucran, al menos, una distancia de 50 m en la

Hoek, E. & Bray, J.W., 1981: Rock Slope

propiedad colindante al suroeste y el estudio

Engineering. The Institution of Mining and

de las condiciones del agua subterránea para

Metallurgy. Revised third edition. London.

el diseño de las obras de drenaje apropiadas.

358 p.p.

La estabilización de la ladera evitaría que el proceso

involucre

más

área,

en

los

alrededores del sitio y se eliminaría la amenaza de destrucción de las tomas del acueducto de la comunidad de San Antonio. Por otro lado, se habre la posibilidad para que el sitio sea utilizado como fuente de materiales

para

la

construcción,

o

de

agregados de concreto y asfalto.

Se puede decir que el volumen de material explotable

comprende

1325000 m

3

aproximadamente

y si el precio del material en

banco se considera como de ¢ 300 por metro cúbico,

quiere

decir

que

se

cuenta

potencialmente con ¢ 397.5 millones para ser extraídos.

La

suma

anterior

justifica

ZONIFICACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD AL DESLIZAMIENTO: RESULTADOS

a deslizarse, mediante la combinación de la valoración

OBTENIDOS PARA LA PENÍNSULA DE

indicadores

y

peso

relativo

morfodinámicos,

de la

diversos cual

es

PAPAGAYO MEDIANTE LA

sencilla de implementar en un sistema de

MODIFICACIÓN DEL MÉTODO MORA-

información geográfica (SIG). Se pretende

VAHRSON (MORA, R. ET AL., 1992).

dividir el área estudiada en sectores de comportamiento similar y proveer una base

M. Sc. Rolando Mora Chinchilla

para entender las características de cada uno

Geól. Jeisson Chaves Gamboa

de estos sectores.

Geól. Mauricio Vásquez Fernández Sección Geotecnia e Hidrogeología Escuela Centroamericana de Geología Universidad de Costa Rica E-mail: [email protected] 1.

INTRODUCCIÓN.

La metodología para la determinación “a priori” de la amenaza de deslizamientos Mora-Vahrson (Mora, R. et al., 1992) se ha modificado con la inclusión del ángulo de la pendiente del terreno, en sustitución del índice de relieve relativo, y la consideración de los parámetros de resistencia al corte de suelos y la clasificación de macizos rocosos de Bieniawski (1989) en el parámetro de susceptibilidad litológica. También, se ha considerado

una

clasificación

más

simplificada del grado de amenaza, el cual se propone

se

denomine

Susceptibilidad

susceptibilidad denominado

para al

el

estudio

de

la

deslizamiento

se

ha

método

Los mapas generados con esta metodología se utilizan y aplican como instrumentos en la toma de decisiones para los procesos de planificación del uso del terreno, explotación de recursos naturales y el desarrollo de infraestructura, urbanismo y líneas vitales (Mora, R. et al., 1992). El resultado de su aplicación será una mejor comprensión de los fenómenos naturales en el área de estudio, lo cual incide en su desarrollo eficiente y duradero (Mora, R. et al., 1992).

al

Deslizamiento. De esta manera, la nueva metodología

La metodología es simple, fácilmente recordada y entendible; cada uno de sus factores es claro y la terminología utilizada es ampliamente aceptada; incluye los factores más significativos desde el punto de vista de la inestabilidad de laderas; se basa en parámetros que pueden determinarse de manera rápida y barata en el campo y en la oficina, así como, en valoraciones que incluyen el peso relativo de los parámetros.

Mora-Vahrson-Mora

(MVM).

La

metodología

permite

desarrollar

una

aproximación del grado de susceptibilidad al deslizamiento de la región estudiada y de los fenómenos que influencian mayormente esta condición (Mora, R. et al., 1992). Es valiosa en la identificación de áreas críticas y útil en

Esta

metodología

permite

obtener

una

zonificación de la susceptibilidad del terreno

la orientación de prioridades en cuanto al

destino de los recursos destinados hacia

lluvias intensas (elementos activos), actúan

estudios geotécnicos de detalle (Mora, R. et

como factores de disparo que perturban el

al., 1992).

equilibrio, la mayoría de las veces precario, que se mantiene en la ladera (Mora, R. et al.,

Bajo ninguna circunstancia, esta metodología

1992).

debe sustituir los estudios geotécnicos de campo y laboratorio, necesarios para el

Es así como se considera que el grado de

diseño y concepción de las obras civiles y

susceptibilidad

sus complementos de protección y mitigación

producto de los elementos pasivos y de la

correspondientes (Mora, R. et al., 1992).

acción de los factores de disparo (Mora, R. et

Adicionalmente,

al., 1992):

fuera

de

un

concepto

al

deslizamiento

es

el

general, la metodología tampoco es capaz de pronosticar el tipo de deslizamiento que podría presentarse.

H = EP * D donde: H: grado de susceptibilidad al deslizamiento,

2.

La

FACTORES Y PARÁMETROS

EP: valor producto de la combinación de los

UTILIZADOS POR LA

elementos pasivos, y

METODOLOGÍA MVM.

D: valor del factor de disparo.

metodología

se

aplica

mediante

la

Por su parte el valor de los elementos

combinación de varios factores y parámetros,

pasivos

se

compone

de

los

los cuales se obtienen de la observación y

parámetros (Mora, R. et al., 1992):

siguientes

medición de indicadores morfodinámicos y su distribución espacio-temporal. En este trabajo se utilizó una base topográfica 1:20000, con 2

EP = Sl * Sh * Sp donde:

una resolución de 100 m , es decir un

Sl : valor del parámetro de susceptibilidad

tamaño de píxel de 10x10 m.

litológica, Sh : valor del parámetro de humedad del

La combinación de los factores y parámetros

terreno, y

se

Sp : valor del parámetro de la pendiente.

realiza

deslizamientos ladera,

considerando ocurren

compuesta

que

cuando

por

una

en

los una

litología

determinada, con cierto grado de humedad y

El factor de disparo se compone de los siguientes parámetros (Mora, R. et al., 1992):

con cierta pendiente, se alcanza un grado de susceptibilidad (elementos pasivos) (Mora,

D = Ds + Dll

R., Vahrson, W. & Mora, S., 1992). Bajo

donde:

estas condiciones, los factores externos y

Ds : valor del parámetro de disparo por

dinámicos, como son la sismicidad y las

sismicidad, y

Dll : valor del parámetro de disparo por lluvia.

Clase

Calificativo de susceptibilidad al deslizamiento

Sectores estables, no se

Sustituyendo los parámetros apropiados, la

requieren medidas correctivas.

ecuación original se puede expresar como I

(Mora, R. et al., 1992):

Característica

Muy baja

Se debe considerar la influencia de los sectores aledaños con susceptibilidad de moderada a muy alta.

H = (Sl * Sh * Sp) * (Ds + Dll)

Sectores estables que requieren medidas correctivas menores,

De esta ecuación se pueden derivar las

solamente en casos especiales. II

relaciones (Mora, R. et al., 1992):

Baja

Se debe considerar la influencia de los sectores aledaños con susceptibilidad de moderada a

Hs = (S l * Sh * Sp) * (Ds )

muy alta.

Hll = (S l * Sh * Sp) * (Dll)

No se debe permitir la

donde:

III

Moderada

Hs : susceptibilidad al deslizamiento por

construcción de infraestructura si no se mejora la condición del sitio

sismicidad, y

Probabilidad de deslizamiento

Hll : susceptibilidad al deslizamiento por

alta en caso de sismos de

lluvias.

magnitud importante y lluvias de intensidad alta. Se deben

Para los resultados de la combinación de

IV

Alta

realizar estudios de detalle y medidas correctivas que

todos los factores no se puede establecer

aseguren la estabilidad del

una escala de valores úni ca, pues los

sector, en caso contrario, deben mantenerse como áreas de

mismos dependen de las condiciones de

protección.

cada área estudiada. Por este motivo, se

Probabilidad de deslizamiento

sugiere dividir el rango de valores obtenidos,

muy alta en caso de sismos de

para el área de estudio, en cinco clases de

magnitud importante y lluvias de intensidad alta. Se deben

susceptibilidad y asignar los calificativos que se presentan en el cuadro 1. El calificativo de susceptibilidad

es

una

V

Muy alta

representación

realizar estudios de detalle y medidas correctivas que aseguren la estabilidad del

cuantitativa de los diferentes niveles de

sector, en caso contrario, deben

amenaza, que muestra solamente el rango

mantenerse como áreas de protección.

de amenaza relativa en un sitio en particular y no la amenaza absoluta. Se sugiere que la asignación de rangos se efectúe con la utilización de un histograma de los resultados de la combinación de parámetros. Cuadro

1:

Clasificación

susceptibilidad al deslizamiento.

Se debe enfatizar en que esta clasificación relativa de la susceptibilidad, se basa en

de

la

influencia

que

tienen

las

diferentes

condiciones específica;

examinadas es

decir,

en

un

las

área

Clase de

de

pendiente

áreas

susceptibilidad determinadas para un sitio son válidas únicamente para este sitio.

[º]

Condiciones del terreno

0-2

denudación

Condiciones similares, encontradas fuera del

apreciable

sitio, pueden producir un resultado diferente

Pendiente muy

por una pequeña diferencia en alguno de los

2-4

2-7

de S p

baja, peligro de

Verde oscuro Verde claro

erosión

factores.

0

1

Pendiente baja, 4-8

3.

Valor

[%] Planicie, sin

0-2

Color

7-15

peligro severo de

Amarillo

2

Naranja

3

erosión

DESCRIPCIÓN DE LOS

Pendiente

PARÁMETROS DE LA

moderada,

METODOLOGÍA MVM. 8-16

15-30

deslizamientos ocasionales, peligro de erosión

3.1 PARÁMETRO DE LA PENDIENTE

severo

(Sp ).

Pendiente fuerte, procesos

Este

parámetro

utiliza

las

clases

de

pendiente de van Zuidam (1986), con las cuales

se

describen

característicos condiciones

y

del

los

así

30-70

y

las

como

una

claro

4

peligro extremo de erosión de suelos Pendiente muy

leyenda de colores sugerida por el mismo

fuerte,

autor (Cuadro 2). Las clases de pendientes

afloramientos

pueden coincidir con los sectores críticos,

Rojo

intensos (deslizamientos),

procesos

esperados,

terreno,

denudacionales 16-35

35-55 70-140

rocosos, procesos denudacionales

donde los procesos de deslizamiento son

intensos,

dominantes (van Zuidam, 1986).

reforestación

Rojo oscuro

5

posible Extremadamente

3.2 PARÁMETRO DE

fuerte,

SUSCEPTIBILIDAD LITOLÓGICA (Sl ).

afloramientos > 55

> 140

en

el

denudacionales

Morado

6

severos (caída de

Los tipos de suelos y rocas juegan un papel preponderante

rocosos, procesos

rocas), cobertura

comportamiento

vegetal limitada

dinámico de las laderas (Mora, R. et al., 1992). Cuadro

La composición mineralógica, la capacidad 2:

condiciones

Clases del

de terreno,

pendientes, colores

sugeridos y valoración del parámetro Sp.

de retención de humedad, los espesores y grado

de

meteorización,

el

estado

de

fracturamiento, el ángulo de buzamiento, la

[grados]

posición y variación de los niveles freáticos,

0-15

0-10

15-20 20-25 25-30 > 30

etc., influyen claramente en la estabilidad o inestabilidad de las laderas (Mora, R. et al., 1992).

La evaluación de este parámetro puede

Sl Muy bajo

5

10-15

Bajo

4

15-20

Medio

3

20-25

Alto

2

> 25

Muy alto

1

3.3 PARÁMETRO DE HUMEDAD DEL

realizarse según las sugerencias de Mora, R.

TERRENO (Sh ).

et al., (1992), sin embargo, si se cuenta con descripciones de los macizos rocosos y la

En este caso se recurre a los promedios

evaluación de propiedades geotécnicas de

mensuales de precipitación, efectuando con

suelos, se recomienda utilizar los cuadros 3 y

ellos un balance hídrico simplificado, en

4.

donde

se

asume

una

evapotranspiración

potencial de 125 mm/mes, por lo tanto, El cuadro 3 se ha confeccionado con la

precipitaciones mensuales inferiores a 125

utilización de la clasificación de macizos

mm no conducen a un aumento de la

rocosos RMR (Bieniawski, 1989), y el cuadro

humedad del terreno, mientras que una

4 con la modificación del cuadro propuesto

precipitación entre 125 y 250 mm si la

por Miles & Keafer (2002).

incrementa,

y

precipitaciones

mensuales

superiores a 250 mm conducen a una humedad del suelo muy alta (Mora, R. et al.,

Cuadro 3: Valoración del parámetro susceptibilidad litológica, caso macizos rocosos según RMR (Bieniawski, 1989). Valoración RMR

Número de clase RMR

1992).

Valoración Descripción

del

RMR

parámetro Sl

Seguidamente, a los promedios mensuales se les asignan los valores del cuadro 5 y se

I

Muy pobre

5

efectúa la suma de estos valores para los

21-40

II

Pobre

4

doce meses del año, con lo que se obtiene

41-60

III

Medio

3

un valor que puede oscilar entre 0 y 24

61-80

IV

Bueno

2

81-100

V

Muy Bueno

1

< 20

unidades. El resultado refleja los aspectos relacionados

con

la

saturación

y

la

distribución temporal de humedad en el terreno (Mora, R. et al., 1992). La valoración del parámetro se presenta en el cuadro 6. Cuadro 5: Valores asignados a los promedios mensuales de lluvia (Mora, R. et al., 1992).

Cuadro 4: Valoración del parámetro susceptibilidad litológica, caso suelos Ángulo de Cohesión fricción

efectiva

efectiva

[kPa]

Valoración Descripción

del parámetro S

Promedio de precipitación

Valor

mensual

asignado

[mm]

< 125

0

125-250

1

>250

2

MercalliModificada

valores asignados a

Descripción

cada mes

pico (%g)

del

(Trifunac &

parámetro

Brady, 1975)

Ds

I

0.3-0.6

1

II

0.6-1.1

2

Valoración

III

1.1-2.2

3

del

IV

2.2-4.5

4

parámetro

V

4.5-8.9

5

Cuadro 6: Valoración del parámetro humedad del terreno (S h) (Mora, R. et al., 1992). Suma de

Aceleración Valoración

Intensidad

Sh

VI

8.9-17.7

6

0-4

Muy bajo

1

VII

17.7-35.4

7

5-9

Bajo

2

VIII

35.4-70.5

8

10-14

Medio

3

IX

7.5-140.8

9

15-19

Alto

4

X

140.8-280.8

10

20-24

Muy alto

5

XI

280.8-560.4

11

XII

> 560.4

12

3.4 PARÁMETRO DE DISPARO POR 3.5 PARÁMETRO DE DISPARO POR

SISMICIDAD Ds.

LLUVIA Dll . La sismicidad es el evento natural que ha causado

la

mayor

destrucción

por

En

este

parámetro

las

intensidades

al., 1992). Se ha observado que el potencial

generadoras de deslizamientos, se utiliza la

de

por

lluvia máx ima en 24 horas con un período de

actividad sísmica puede correlacionarse con

retorno de 100 años, aplicando la distribución

la escala de intensidades Mercalli-Modificada

de

(Mora, R. et al., 1992).

LogPearson tipo III a series temporales con

de

deslizamientos

valores

lluvias

consideran

deslizamientos en Costa Rica (Mora, R. et generación

de

se

extremos

potencialmente

Gumbel

tipo

I

o

más de 10 años de registro (Mora, R. et al., En

caso

de

contar

con

datos

sobre

aceleraciones pico (PGA), se ha utilizado la

1992).

En

el

cuadro

8

se

aprecia

la

valoración del parámetro Dll.

relación de Trifunac y Brady (1975), para establecer los valores correspondientes del parámetro de disparo por sismicidad (Ds )

Cuadro 8: Valoración del parámetro de

(Cuadro 7). Existen otras relaciones entre

disparo por lluvias Dll (Mora, R. et al.,

intensidad y aceleración que pueden ser

1992).

utilizadas, a criterio de las personas que

Lluvia máxima

pongan en práctica esta metodología.

en 24 horas, período de retorno 100

Cuadro 7: Valoración del parámetro de

años

disparo por sismicidad Ds.

[mm]

Valor del Descripción

parámetro Dll.

< 100

Muy bajo

1

100-200

Bajo

2

200-300

Medio

3

300-400

Alto

4

> 400

Muy alto

5

La figura 2 muestra la clasificación de pendientes y su valoración de acuerdo con el método MVM. En el cuadro 9 se aprecia el porcentaje de área cubierta por cada clase

4.

de pendiente.

RESULTADOS PARA LA PENÍNSULA DE PAPAGAYO.

El área de estudio comprende la Península de

Papagayo,

en

la

Provincia

de

Guanacaste, Costa Rica (Fig. 1).

Cuadro 9: Porcentaje de área por clase de pendiente.

La Península de Papagayo se caracteriza por

Clase de pendiente

Área [km 2]

% de área

Planicie

2.21

16.05

Pendiente muy baja

1.35

9.80

Pendiente baja

1.88

13.65

Pendiente media

3.35

24.33

presentar una predominancia de pendientes

Pendiente fuerte

3.72

27.02

de fuertes a muy fuertes (51% del área),

Pendiente muy fuerte

1.17

8.50

según la clasificación de van Zuidam (1986),

Pendiente

0.09

0.65

las cuales se asocian con la forma del terreno

característica

del

lugar:

los

acantilados costeros. En un segundo plano aparecen las planicies y pendientes muy bajas (26% del área), asociadas a planicies ignimbríticas, sectores de manglar y playas.

extremadamente fuerte

La Geología de la península se caracteriza por

la

presencia

sedimentarias,

las

de

rocas cuales

ígneas se

y han

correlacionado con formaciones previamente descritas o se han descrito como unidades

informales. Cada unidad se ha clasificado de

En la península el desarrollo de suelos es

acuerdo al RMR (Bieniawski, 1989) y se le ha

sumamente

asignado su valoración de acuerdo con el

problemas de estabilidad están asociados a

parámetro de susceptibilidad litológica (Fig. 3

deslizamientos en roca, por lo cual no se han

y cuadro 10).

realizado estudios tendientes a determinar

limitado,

más

bien,

los

parámetros de resistencia al corte de suelos.

El parámetro de humedad del terreno se ha evaluado con los datos de la estación Playas del Coco, la cual pertenece al Servicio Nacional

de

Riego

y

Avenamiento

(SENARA). Esta estación cuenta con una longitud de registro de 21 años y es la más cerc ana a la Península de Papagayo. No se han considerado datos de otras estaciones, pues las mismas se encuentran bastante alejadas y no presentan la influencia del clima costero. En el cuadro 11 se resume la información correspondiente a los promedios mensuales Cuadro 10: Clasificación y valoración de las unidades litológicas. Unidad geológica

Litología

Depósitos

Coluvios, aluviones,

Recientes

arenas

Unidad Papagayo

Ignimbritas

Unidad Coyol

Areniscas, ignimbritas

Ignimbritas

Unidad Iguanita

Areniscas

Descartes Intrusivos Complejo de Nicoya

-

Calcilutitas Gabros y plagiogranitos Basaltos

Sl

mes. La clasificación final del parámetro de

Bajo

humedad es de 6, lo cual indica una

(4)

influencia baja del mismo en lo que respecta

Medio

Medio

(54)

(3)

a la susceptibilidad al deslizamiento. Este

Medio

Medio

valor se tomará como constante para toda la

conglomerados, tobas, (41-60)

Unidad Nacascolo

Formación

RMR

de la estación y los valores asignados a cada

(3)

península,

pues

como

se

menciona

Medio

Medio

(55-60)

(3)

Medio

Medio

(59)

(3)

Pobre

Bajo

(37)

(4)

Pobre

Bajo

(21-40)

(4)

Pobre

Bajo

es de VIII y corresponde con un evento

(35)

(4)

sísmico de magnitud 7.5, ocurrido en 1916 y

anteriormente, no se cuenta con datos de estaciones más cercanas.

El parámetro de disparo por sismo se ha evaluado considerando la intensidad (MM) máxima reportada para la península, la cual

localizado frente al Golfo de Papagayo (Barquero, 1994). Por lo anterior, el factor de

disparo por sismo conduce a una valoración

Los

resultados

de

la

aplicación

de

la

del parámetro Ds de 8.

metodología MVM, en el caso de disparo por lluvias de intensidad alta, se observan en la

Cuadro 11: Valoración del parámetro

figura 4.

humedad del terreno (S h) En esta misma figura se aprecia el uso

ENERO

Promedio mensual [mm] 0

FEBRERO

0

0

MARZO

0.9

0

ABRIL

4.5

0

alta, otros conceptos pueden y deben ser

MAYO

163.4

1

incluidos para restringir el uso del terreno.

JUNIO

246

1

JULIO

114.2

0

AGOSTO

160.9

1

SEPTIEMBRE

326.4

2

OCTUBRE

234.3

1

destinarse a desarrollo, el 25% a desarrollo

NOVIEMBRE

57.4

0

controlado

DICIEMBRE

8.2

0

deslizamientos) y el 24% a conservación.

Mes

Valor Asignado

recomendado del terreno, según el cuadro1, 0

considerando únicamente la susceptibilidad al deslizamiento en caso de lluvias intensidad

Bajo estas condiciones se puede decir que el 51%

Total : 6 Clasificación del parámetro de humedad: 2 (bajo)

Para evaluar el parámetro de disparo por lluvia (Dll) se utilizaron los datos de la estación Playas del Coco, tomando los valores extremos anuales de lluvia en 24 horas y aproximando las distribuciones de valores

extremos

LogPearson

tipo

III

y

Gumbel tipo I (Linsley et al., 1986). Los resultados son muy similares para las dos distribuciones, 187.7 mm y 188.4 mm respectivamente, con lo cual el parámetro Dll se establece en 2, es decir, la influencia del factor de disparo por lluvias es baja. 4.1. SUSCEPTIBILIDAD AL DESLIZAMIENTO POR INFLUENCIA DE LLUVIAS DE INTENSIDAD ALTA.

del

área

de

(sujeto

la a

península la

puede

prevención

de

4.2 SUSCEPTIBILIDAD AL DESLIZAMIENTO POR ACTIVIDAD SÍSMICA DE MAGNITUD IMPORTANTE. Los

resultados

de

la

aplicación

de

la

metodología MVM, en el caso de disparo por sismos, se observan en la figura 5.

En esta misma figura se aprecia el uso recomendado del terreno, según el cuadro1, considerando únicamente la susceptibilidad al deslizamiento en caso de sismos de magnitud

importante,

otros

conceptos

pueden y deben ser incluidos para restringir el uso del terreno. Bajo estas condiciones se puede decir que el 51%

del

área

de

la

península

puede 4.3 SUSCEPTIBILIDAD AL DESLIZAMIENTO POR CONJUGACIÓN DE SISMOS DE MAGNITUD IMPORTANTE Y LLUVIAS DE INTENSIDAD ALTA.

destinarse a desarrollo, el 25% a desarrollo controlado

(sujeto

a

la

prevención

de

deslizamientos) y el 24% a conservación.

Es decir, no existe diferencia significativa

Los

resultados

de

la

aplicación

de

la

entre los resultados del análisis si se

metodología MVM, en el caso de disparo por

considera la actividad sísmica o las lluvias

lluvias de intensidad alta y sismos de

intensas, básicamente las áreas susceptibles

magnitud importante se observan en la figura

son las mismas para cada factor de disparo.

6.

En esta misma figura se aprecia el uso recomendado del terreno, según el cuadro1, considerando únicamente la susceptibilidad al deslizamiento en caso de lluvias intensidad alta conjugada con sismos de magnitud importante, otros conceptos pueden y deben ser incluidos para restringir el uso del terreno.

Bajo estas condiciones se puede decir que el 51%

del

área

de

la

península

puede

destinarse a desarrollo, el 25% a desarrollo

controlado

(sujeto

a

la

prevención

de

deslizamientos) y el 24% a conservación.

Como se confirma al aplicar tres factores de disparo

individualmente,

los

sectores

de

diferente susceptibilidad coinciden para cada Es decir, el resultado coincide plenamente

uno de los análisis, con lo cual se verifica el

con los dos análisis realizados anteriormente,

potencial generador de deslizamientos de

lo cual confirma que los sectores se han

cada uno de ellos, el cual está regido,

clasificado adecuadamente.

principalmente, por la pendiente del terreno y el tipo de litología presente, considerando los factores de disparo como constantes para toda el área de estudio.

El resultado de esta investigación debe ser utilizado como una herramienta para el diseño y ubicación de las diferentes obras de infraestructura del proyecto, sin sustituir los estudios

geotécnicos

principalmente

en

de las

detalle,

áreas

de

susceptibilidad de media a muy alta. Debido a que la intensidad sísmica máxima es de VIII (MM), la cual se debe a un terremoto de magnitud 7.5 frente al Golfo de Papagayo en 1916, se hace necesaria la consideración del parámetro de ac eleración sísmica para el diseño de cualquier obra civil. 5. Los

CONCLUSIONES. resultados,

obtenidos

mediante

la

aplicación de la metodología para determinar la susceptibilidad de los terrenos a deslizarse MVM, indican que un 25% del área se clasifica como de susceptibilidad media y un 24% como de susceptibilidad de alta a muy

6. BIBLIOGRAFÍA Barquero, R. & Rojas, W., 1994: Catálogo de mapas

de

isosistas

de

temblores

y

terremotos de Costa Rica. Red Sismológica Nacional (ICE-UCR). San José, Costa Rica. (Informe inédito)

alta; el restante 51% se clasifica como de susceptibilidad de baja a muy baja.

Bieniawski, Z.T., 1989: Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley & Sins, New York. 251 p.p.

Linsley, R.K., Kohler, M.A. & Paulhus, J.L., 1986: Hidrología para Ingenieros. McGrawHill, México. 386 p.p. Miles, S.B. & Keafer, D.K., 2002: Seismic landslide hazard for the city of Berkeley, California. U.S. Department of The Interior, U.S.

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Survey.

(Documento no

editable en Internet)

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interpretation

R.A., in

1986:

terrain

Aerial analysis

photoand

geomorphologic mapping. Smits Publishers, The Hague. 442

ESTABILIDAD DE LAS MÁRGENES DE LA QUEBRADA IPÍS A SU PASO POR LA URBANIZACIÓN SETILLAL, IPÍS, GOICOECHEA, COSTA RICA. M. Sc Rolando Mora Ch. Escuela Centroamericana de Geología Universidad de Costa Rica E-mail: [email protected] 1.

INTRODUCCIÓN.

La urbanización Setillal se ubica en la margen derecha de la quebrada Ipís, en lugar conocido como Setillal (Fig 1), el cual pertenece al cantón de Guadalupe, provincia de San José. Esta margen ha presentado procesos de deslizamiento en algunos sectores cercanos a las viviendas, motivo por el cual la Asociación de Desarrollo Comunal del lugar se ha preocupado por conocer el origen y posibles consecuencia de estos deslizamientos.

la Universidad de Costa Rica, han apoyado el estudio mediante su participación en el Proyecto de Acción Social de la Escuela Centroamericana de Geología: Estabilidad de Taludes en Obras de Interés Social. También, se ha contado con el apoyo de la Asociación de Desarrollo Comunal de la localidad, la cual ha brindado un excelente soporte logístico al equipo de trabajo. 2. GEOLOGÍA. Según Denyer & Arias (1991) el sector de Setillal está formado por lahares y cenizas, provenientes de los edificios volcánicos de la Cordillera Volcánica Central. Estos materiales se acumularon en forma de avalanchas de lodo y ceniza (lahares) hacia finales del Pleistoceno-Holoceno (1.6 a 0.01 millones de años), rellenando una antigua topografía y dando origen a una nueva, bastante plana (Denyer & Arias, 1991). En el Valle Central los lahares tienen un espesor cercano a los 60 m, son muy heterogéneos, contienen fragmentos andesíticos angulares de más de 1 m y están inmersos en una matriz arenosa-arcillosa mal cementada (Denyer & Arias, 1991). Estos depósitos se encuentran interestratificados con aluviones y avalanchas volcánicas y son sobreyacidos por capas de ceniza, similares a las depositadas por las erupciones del volcán Irazú en 1963 (Denyer & Arias, 1991).

Fig. 1 Localización del sitio de estudio. Este estudio comprende: la identificación de los materiales geológicos que componen las márgenes de la quebrada Ipís, la determinación del espesor de estos materiales mediante sondeos de penetración dinámicos, su caracterización física y mecánica, la implementación de un modelo de estabilidad de taludes, utilizando un sistema de información geográfica (SIG) y la formulación de recomendaciones tendientes a mitigar los efectos adversos del proceso de deslizamiento. Durante trabajo de campo, los ensayos de laboratorio y la formulación de recomendaciones se ha contado con la colaboración de los estudiantes de Geología Jasón Chávez y Mauricio Vázquez, y los estudiantes de Ingeniería Civil Esteban Acón y Luis Javier Villalobos. Estos estudiantes de

Propiamente en el sitio de estudio, se ha identificado una capa de ceniza de un espesor cercano a los 3.2 m, la cual sobreyace a un lahar de 2.6 m de espesor y este a su ves se encuentra sobre un aluvión de espesor desconocido. Para determinar el espesor de la capa de ceniza y el lahar, se realizaron 4 sondeos dinámicos con la sonda DPL y se revisaron los archivos de perforaciones cercanas al sitio (Fig. 2). El resultado de los sondeos DPL se observa en la figura 3, y el cuadro 1 muestra un resumen de los espesores encontrados en las mismas perforaciones. La correlación entre las perforaciones se puede apreciar en la figura 4. En algunos sectores del sitio de estudio, es posible que el espesor de ceniza se encuentre sobreyacido por un relleno, mal compactado, de materiales removi dos durante la construcción de la urbanización.

el acuífero constituido por el aluvión. Los depósitos que sobreyacen al aluvi ón pueden encontrarse muy cercanos a la saturación completa durante la temporada lluviosa, pero sin alcanzar a desarrollar un acuífero, debido a la permeabilidad sensiblemente más elevada del mismo aluvión.

Fig. 2 Localización de las perforaciones y pozos, utilizados en la estimación del espesor de los depósitos de cenizas.

70

Por otro lado, la quebrada Ipís fluye sobre los materiales del aluvión y considerando que sus aguas presentan un contenido apreciablemente alto de detergentes y otras sustancias, así como depósitos de desechos sólidos, esta quebrada podría estar contribuyendo a deteriorar severamente la calidad del agua del acuífero.

# de gopes DPL10

60

3. PROPIEDADES FÍSICAS MECÁNICAS DE LAS CENIZAS.

50

Y

40

30

20

10

0 .0

0 .5

1 .0

1 .5

2 .0

2 .5

D P L1

3 .0 3 .5 4 .0 4 .5 P r o fu n d i d a d [ m ]

D PL 2

DPL 3

5 .0

5 .5

6 .0

6 .5

7 .0

D P L4

Fig. 3 Resultados de las perforaciones con el penetrómetro dinámico DPL.

El depósito de cenizas se ha caracterizado física y mecánicamente, pues se considera que el mismo es el que presenta el mayor potencial de desestabilizarse en caso de actividad sísmica. El espesor del depósito de ceniza (Fig.5) se ha modelado utilizando la información de las perforaciones antes descritas y con la ayuda del sistema de información geográfica ILWIS 3.0 (ITC, 2001).

Cuadro 1: Espesores de los depósitos geológicos. Perforación

DPL1 DPL2 DPL3 DPL4

Espesor Espesor de ceniza del lahar [m] [m] 3.2 3.3 3.3 3.1

2.9 2.4 2.7 2.5

Profundidad del aluvión [m] 6.1 5.7 6.0 5.6

Fig. 5 Espesor de los depósitos de cenizas.

Fig. 4 Interpretación de las perforaciones. En la figura 4 el nivel freático no aparece, debido a que no se detectó en ninguna de las perforaciones. Lo anterior se explica debido a que las capas de ceniza y el lahar se comportan como acuitardos, el agua que se infiltra, a través de estos materiales, recarga

Un resumen de estas propiedades se aprecia en el cuadro 2. Las mismas se han obtenido mediante la ejecución de ensayos con muestras inalteradas, en el Laboratorio de Geotecnia e Hidrogeología, de la Escuela Centroamericana de Geología, Universidad de Costa Rica.

Cuadro 2: Propiedades físicas mecánicas del depósito de cenizas. Propiedad Gravedad específica Peso unitario húmedo [kN/m3] Peso unitario saturado [kN/m3] Peso unitario seco [kN/m3] Peso unitario de los sólidos [kN/m3] Relación de vacíos Porosidad [%] Grado de saturación [%] Contenido de humedad [%] Cohesión [kPa] Angulo de fricción [grados]

y

Valor 2.69 15.3 16.0 9.8 26.4 1.68 63.0 90.0 56.0 6.0 29.0

2

FS= c + cos 2[(s (D-Dw)+((s-(w)Dw] tan Ν/(D(s sen2 cos 2)

Los ensayos de propiedades físicas se realizaron en octubre de 2001, lo cual se refleja en un contenido de humedad del 56%, con el que el material alcanza un grado de saturación del 90%. El valor del peso unitario húmedo es muy cercano al del peso unitario saturado, esto también se debe al elevado grado de saturación del material en el campo. Los ensayos de propiedades mecánicas se realizaron a contenidos de humedad mayores, llevando las muestras a saturaciones cercanas al 100%. El estado de saturación completa se alcanza cuando el contenido de humedad asciende a 74.3%. 4.

MODELO DETERMINÍSTICO ESTABILIDAD DE LADERAS.

respecto al factor de seguridad y que se utilizan para clasificar los resultados del modelo aplicado, este cuadro se ha elaborado con base en los trabajos de Pack et al. (2001) y GCO (1984). La fórmula para calcular el factor de seguridad en condiciones estáticas es la siguiente (modificada de Hammond et al., 1992):

DE

El modelo del talud infinito (Dunn, Andreson & Kiefer, 1980) se ha utilizado para calcular el factor de seguridad, bajo las siguientes condiciones: talud completamente saturado, pero sin desarrollar un acuífero de acuerdo con las condiciones hidrogeológicas previamente descritas; utilización de varios coeficientes de aceleración sísmica, los cuales varían de 0.1 de g a 0.3 de g, donde g 2 es la aceleración de la gravedad en m/s . El modelo del talud infinito es un modelo bidimensional, el cual utiliza un plano de ruptura infinitamente largo para describir la estabilidad de los taludes. La profundidad del plano de ruptura se ha establecido en el contacto del depósito de cenizas y el lahar. El grado de amenaza de deslizamiento se puede expresar con el factor de seguridad (FS), el cual es la relación entre las fuerzas que tienden a causar la falla del talud y aquellas que se oponen al mismo proceso. En el cuadro 3 se observan las consideraciones hechas con

donde: c: cohesión del suelo [kPa], 2: pendiente del terreno, 3 (s : peso unitario del terreno [kN/m ], 3 (w: peso unitario del agua [kN/m ], D: espesor vertical del material [m], Dw: altura vertical del nivel freático dentro de la capa de cenizas y Ν: ángulo de fricción interna del material. Cuadro 3: Consideraciones respecto al factor de seguridad y que se utilizan en la clasificación de los resultados del modelo. Necesidad Característica de medidas correctivas Probabilidad de desestabilizarse