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ESTIMACIÓN DE UMBRALES DE LLUVIA DETONANTE DE DESLIZAMIENTOS EN LAS MICROCUENCAS DE LOS CORREGIMIENTOS DE VILLA RESTREPO Y
JUNTAS DE LA CUENCA COMBEIMA IBAGUÉ – TOLIMA
SANDRA PATRICIA GRACIANO
Trabajo de grado como requisito parcial para optar al título de Magíster en Planificación y Manejo Ambiental de Cuencas Hidrográficas
Director
MIGUEL IGNACIO BARRIOS PEÑA
Doctor en Ingeniería del Agua y Medio Ambiente
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA FACULTAD DE INGENIERIA FORESTAL
MAESTRÍA EN PLANIFICACIÓN Y MANEJO AMBIENTAL DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS
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AGRADECIMIENTOS
A Dios y mi Familia que desde lejos siempre me ha acompañado y apoyado en todas las facetas de mi vida.
Al mi Asesor Miguel Ignacio Barrios Peña, por su constante orientación, apoyo paciencia y confianza en la realización de esta investigación.
A la Ingeniera y amiga Angela Adelia Castañeda y familia por la acogida y confianza brindada durante mi estadía en Ibagué, al igual de señora Ana por sus cuidados y doña Roselia por brindarme su amistad y apoyo.
A mi amiga Mercedes Maturana Peña, por su apoyo incondicional tanto a nivel académico como emocional.
A la Oficina del Crepad, por su colaboración en la suministración de la información de datos climáticos y los datos de los fenómenos de remoción en masa.
A mis compañeros de la maestría que me acompañaron y apoyaron en este proceso, de los cuales quedan algunos amigos.
A los docentes de la Maestría en Planificación y Manejo Ambiental de Cuencas Hidrográficas por compartir su conocimiento.
4 GLOSARIO
DURACIÓN: es el tiempo transcurrido entre la iniciación y el término de un evento de la precipitación, generalmente se expresa en minutos. (Mayorga, 2003)
DESLIZAMIENTO: Movimiento de una masa de roca, escombros o tierra ladera abajo. (Cruden, 1991)
INTENSIDAD: es la cantidad de precipitación caída en un intervalo de tiempo dado. Se expresa como mm/día, mm/h. (Mayorga, 2003)
LLUVIA: precipitación de partículas de agua líquida en forma de gotas. (www.repsol.com/se/elTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/laatmosfera.aspx, 2011)
LLUVIA ACUMULADA: cantidad de precipitación que ha caído en un periodo de tiempo determinado
LLUVIA CRÍTICA: es el volumen de la precipitación acumulada o el valor límite para que se presente un deslizamiento. (Castellanos, 1996)
LLUVIA DEL EVENTO: precipitación que ha caído durante un evento de tormenta
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PRECIPITACIÓN BIMODAL: zona que posee dos temporadas secas y dos temporadas lluviosas. (Suarez, s.f)
6 CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 20
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 22
2. OBJETIVOS 25
2.1 OBJETIVO GENERAL 25
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 25
3. MARCO TEÒRICO 26
3.1 ELEMENTO CLIMÀTOLOGICO 26
3.1.1 La precipitación 26
3.1.2 Formas de precipitación 27
3.1.3 Procesos que generan la precipitación 27
3.1.4 Tipos de precipitación 28
3.1.5 Medición de la precipitación 29
3.1.6 Precipitación en Colombia 29
3.1.7 Distribución de la precipitación en Colombia 31
3.2 FACTOR CLIMÁTICO 32
3.2.1 Relación de la precipitación con la altitud 32 3.3 SISTEMAS METEOROLÓGICOS LOCALES Y REGIONALES DEL
TERRITORIO COLOMBIANO 34
3.3.1 Los sistemas locales 35
3.3.2 Los sistemas de mesoescala 35
3.3.3 Los sistemas de escala sinóptica 36
3.3.4 Los sistemas de escala global 38
4. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DE LOS
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4.1 FACTORES INHERENTES O INTRÍNSECOS 41
4.1.1 Parámetros Geológicos 41
4.1.2 Parámetros Geomorfológicos 42
4.1.3 Parámetros Geotécnicos 42
4.1.4 La Erosionabilidad 42
4.2 FACTORES ACTIVOS O EXTRÍNSECOS 42
4.2.1 Las precipitaciones 43
4.2.2 Sismos 43
4.3 LA LLUVIA COMO FACTOR DETONANTE 43
4.3.1 Evaluación de la lluvia como elemento detonante de deslizamientos 44 4.3.2 Lluvia acumulada como detonante de los deslizamientos 46 4.3.3 Lluvia del evento como factor desencadenante de los deslizamientos 47
5. MOVIMIENTOS EN MASA 48
5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA 48
5.1.1 Flujos 50
5.1.2 Deslizamientos 50
5.1.3 Deslizamiento rotacional 51
5.1.4 Deslizamiento de traslación 52
5.1.5 Caídas 53
5.1.6 Basculamientos 54
5.1.7 Propagación lateral o separaciones laterales 54
5.1.8 Reptación 54
5.1.9 Avalanchas 54
5.2 RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE LOS MOVIMIENTOS EN MASA
Y LAS LLUVIAS 57
5.2.1 Métodos utilizados para la predicción de deslizamientos activados
por lluvias 58
6 ÁREA DE ESTUDIO 61
8
6.2 MICROCUENCAS DEL CORREGIMIENTO DE JUNTAS 63
6.2.1 Susceptibilidad a remociones en masa en las microcuencas del área
de estudio 64
6.2.2 Estaciones meteorológicas en el área de estudio 65
7. METODOLOGÍA 67
7.1 ETAPA 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y SELECCIÓN DE EVENTOS 67 7.2 ETAPA 2. PREPROCESAMIENTO DE DATOS DE PRECIPITACIÓN 67
7.2.1 Análisis de doble masa 67
7.2.2 Estimación de datos faltantes 68
7.2.3 Análisis de estacionariedad e independencia 69 7.2.4 Análisis de correlación serial (autocorrelación) 72 7.3 ETAPA 3. INTERPOLACIÓN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIÓN 72
7.3.1 Método de polígonos de Thiessen 73
7.3.2 Método del Inverso de la distancia ponderada (IDW) 74 7.3.3 Método IDW con corrección por la altura sobre el nivel del mar (IDWc) 76
7.3.4 Generación de mapas de lluvia 77
7.4 ETAPA 4. CÁLCULO DE LOS UMBRALES DE LLUVIA O LLUVIA CRÍTICA 78 7.4.1Cálculo de la lluvia acumulada para los eventos del estudio 78
7.4.2 Determinación del período de retorno 78
7.4.3 Determinación de los umbrales de lluvia detonante de deslizamientos 79 7.5 ETAPA 5. RELACIÓN DE LLUVIA DIARIA ACUMULADA CON
VARIABLES TOPOGRÁFICAS DEL TERRENO 81
7.5.1 Altitud 81
7.5.2 Derivadas parciales de la elevación 81
7.5.3 Pendiente 83
7.5.4 Orientación de pendiente 83
7.5.5 Curvatura 83
7.5.6 Índice Topográfico de Humedad 83
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8.1 SELECCIÓN DE EVENTOS 85
8.2 PREPROCESAMIENTO DE DATOS DE PRECIPITACIÓN 87
8.2.1 Análisis de consistencia 87
8.2.2 Análisis de tendencia e independencia 89
8.3 INTERPOLACIÓN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIÓN 92
8.3.1 Validación cruzada 92
8.3.2 Ajustes a funciones de distribución de valores extremos 93 8.4 ANÁLISIS DE LOS UMBRALES DE LLUVIA DETONANTE 93 8.4.1 Lluvia antecedente o lluvia del día del evento 93 8.4.2 Probabilidad de ocurrencia de deslizamientos 95 8.4.3 Comparación de lluvias detonantes por los tres métodos de interpolación 101 8.5 RELACIÓN DE LA LLUVIA ACUMULADA CON ATRIBUTOS
TOPOGRÁFICOS DEL TERRENO 107
9. DISCUSIÓN 114
10. CONCLUSIONES 115
RECOMENDACIONES 116
REFERENCIAS 117
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de los movimientos en masa……….48
Tabla 2. Ubicación geográfica de las microcuencas González,
El Salto y La Sierra……….62
Tabla 3. Microcuencas del corregimiento de Villa Restrepo y sus
Respectivas áreas………..62
Tabla 4. Microcuencas del corregimiento de Juntas y sus respectivas áreas………….64
Tabla 5. Estaciones representativas del área de estudio………65
Tabla 6. Eventos seleccionados para el área de estudio
(Juntas y Villa Restrepo)………...85
Tabla 7. Resultados estadístico Mann-Kendall (Z) en cada estación………..90
Tabla 8. Resultados validación cruzada ………92
Tabla 9. Precipitación total de día de la ocurrencia a los fenómenos de remoción en masa ocurridos en las áreas de estudio Villa Restrepo y Juntas………...94
Tabla 10. Lluvias acumuladas que igualan o superan un periodo de retorno de 2 años. obtenidas con los tres métodos de interpolación………..101
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Mapa de precipitación media total anual. Promedio multianual del periodo
1981-2010………29
Figura 2. Modelo de circulación general de la atmósfera………...30
Figura 3. Relación de la precipitación media con la altura……….32
Figura 4. Partes de un deslizamiento……….50
Figura 5. Deslizamiento rotacional………...50
Figura 6. Deslizamiento traslacional………..52
Figura 7 Mapa de localización del área de estudio……….60
Figura 8. Trazado de los polígonos de Thiessen……….72
Figura 9. Interpolación por IDW………..74
Figura 10: Relación de la precipitación con la altura en la cuenca Combeima………..76
Figura 11.Ubicación espacial de eventos y estaciones meteorológicas……….85
Figura 12. Análisis de consistencia de grupo 1: Juntas, Placer, Esmeralda, Darien, Palmar, Cajamarca, San juan, santa Isabel………86
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Figura 14 Análisis de consistencia de grupo 3: Aeropuerto perales
y perales hato………..88
Figura 15. Autocorrelación de las series de lluvia diaria para las 12 estaciones y 20 desfases diarios………..90
Figura 16. Máxima lluvia diaria acumulada con una probabilidad de excedencia de 0.5 en los sitios de ocurrencia de los 12 deslizamientos (los ajustes las funciones de distribución de valores extremos fueron realizados con las series diarias de lluvia interpoladas por el método IDW)...96
Figura 17. Lluvia diaria acumulada antecedente a la ocurrencia de los deslizamientos y lluvia diaria acumulada con una probabilidad de excedencia de 0.5 (Tr = 2 años) en los sitios de ocurrencia...97
Figura 18. Probabilidades de ocurrencia de deslizamientos condicionadas a la ocurrencia de lluvias acumuladas con diferentes probabilidades de excedencia. Arriba: usando series interpoladas por IDW, Centro: usando series interpoladas por IDWc, Abajo: usando series interpoladas por Thiessen………..99
Figura 19 Mapas de propiedades topográficas del terreno………..108
Figura 20. Matrices de correlación de las propiedades topográficas del terreno con la lluvia acumulada interpolada por el método de Thiessen. Izquierda: Spearman, Centro: Kendall, Derecha: Pearson……….110
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14 RESUMEN
En las microcuencas de los Corregimientos de Juntas y Villa Restrepo, localizadas en la Cuenca del río Combeima, se han presentado históricamente eventos de avenidas torrenciales producidas por movimientos en masa, los cuales han afectado los centros poblados de dichos Corregimientos.
Para el desarrollo del estudio se empleó una metodología conformada por cinco fases: la primera consistió en la revisión bibliografía y la selección de los eventos de deslizamiento con ubicación geográfica y fecha de ocurrencia conocidos, la segunda etapa es el preprocesamiento de los registros diarios de precipitación, la tercera etapa consistió en el análisis espacial de la precipitación en la cual se emplearon tres métodos de interpolación espacial (Polígonos de Thiessen, Inveso de la distancia al cuadrado (IDW) e inverso de la distancia al cuadrado corregido con la altura sobre el nivel del mar (IDWc), en la cuarta etapa se realizaron los cálculos de umbrales de lluvia critica, trabajando con los tres métodos anteriores, y en la quinta y última etapa se determinó la relación entre la lluvia acumulada y once propiedades morfológicas del terreno, utilizando como índice de similaridad la correlación de Spearman, Kendall y Pearson.
Una vez empleados los tres métodos de interpolación (IDW e IDWc y polígonos de Thiessen) para la obtención de los umbrales de precipitación que generan deslizamientos, los resultados obtenidos indicaron que los valores obtenidos por los métodos IDW e IDWc son prácticamente iguales, no obstante entre estos y el método de polígonos de Thiessen se presenta una leve diferencia, aunque no es notable.
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esta lluvia fue de (0 milímetros) y en otros casos la lluvia fue poco significativa pues no superaban los 8 milímetros de precipitación.
Finalmente al analizar la relación entre la lluvia acumulada y las propiedades morfológicas del terreno se puede evidenciar que aunque no se muestra una relación directa con todos los parámetros analizados, hay que tener en cuenta que para que se de estas relaciones hay otros variables que tienen gran influencia en las propiedades morfológicas como es la geología, geomorfología, humedad inicial del suelo entre otro, las cuales pueden influir en los resultados de los atributos topográficos del terreno.
16 ABSTRACT
In the micro -municipalities of Boards and Villa Restrepo, located in Combeima River Basin , have historically presented torrential flood events produced by mass movements , which have affected the towns of these Villages .
To develop the study methodology consists of five phases was used : the first consisted of literature review and selection events with geographical location and sliding date known occurrence , the second stage is the preprocessing of the daily rainfall records the third stage consisted of the spatial analysis of precipitation in which three spatial interpolation methods ( Thiessen polygons , Inveso distance squared ( IDW ) and inverse distance squared corrected with height above the level used sea ( IDWc ) , in the fourth stage calculate thresholds rain criticism, working with the above three methods , and the fifth and final stage the relationship between accumulated rainfall and eleven morphological soil properties determined were performed using similarity index as Spearman's correlation , Kendall and Pearson.
Once employed the three interpolation methods ( IDW and IDWc and Thiessen polygons ) for obtaining precipitation thresholds that generate landslides, the results indicated that the values obtained by IDW and IDWc methods are virtually identical , however between these and the method of Thiessen polygons presents a slight difference , but not remarkable.
With respect to rain the day of the event and the cumulative rainfall, it was determined that the latter is responsible for the occurrence of these phenomena of landslides in the study area since the day of the event in some of the this event was rain (0 mm) and in other cases the rain was not significant because did not exceed 8 mm of precipitation.
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all the parameters analyzed are displayed, keep in mind that to which these relationships are other variables that have great influence on the morphological properties such as geology, geomorphology, initial soil moisture among others, which may influence the results of topographic terrain attributes.
Keywords: landslides, interpolation methods, thresholds precipitation, soil
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INTRODUCCIÓN
La cuenca del Combeima ha sido escenario de múltiples eventos de deslizamientos que han ocasionado pérdidas humanas y cuantiosas pérdidas económicas. Un informe más detallado del desarrollo histórico de emergencias y desastres en la cuenca del Rio Combeima deja ver el grado y nivel de afectación de algunas de estas microcuencas en los Corregimientos de Villa Restrepo y Juntas en el periodo de (1956 – 1995) y finalmente la Dirección General para la Prevención y Atención de Desastres reporta un número significativo de emergencias ocurridos en la cuenca para un periodo comprendido entre (2000 - 2007) en donde los deslizamientos son los causantes del mayor número de muertos, heridos y afectación de infraestructuras y cultivos como los ocurridos el 22 de junio del 2006 que dejó un saldo de 3 muertos, 325 heridos y 44 viviendas destruidas, y posteriormente los ocurridos el 26 de abril del 2007que dejó 3 muertos y 28 heridos; recientemente se encuentran los ocurridos en agosto de 2009 el cual afectó principalmente al Corregimiento de Villa Restrepo (Conpes, 2009).
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El propósito del presente trabajo es explorar la influencia de la precipitación diaria analizando la lluvia acumulada como factor desencadenante de los movimientos en masa, como un primer acercamiento para el entendimiento de estos fenómenos complejos y aportar información al sistema de alerta temprana ante la probabilidad de ocurrencia de un evento de deslizamiento, y así poder informar y evacuar a la población para evitar tanto pérdidas humanas como económicas.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el Departamento del Tolima debido a la alta densidad poblacional, la ampliación de la frontera agrícola, la presión antrópica, los factores geológicos, topográficos, climatológicos y el inadecuado uso y aprovechamiento de los recursos naturales, se ha desencadenado un gran impacto sobre el ambiente natural de la Región. La Cuenca del rio Combeima en Ibagué no ha sido ajena a todas estas problemáticas, en particular a las que tienen que ver con las condiciones geomorfológicas, hidrológicas, topográficas y climatológicas que hoy por hoy están caracterizando las diferentes amenazas y los respectivos aspectos de vulnerabilidad que configuran el riesgo.
Las múltiples amenazas presentes en la cuenca del Combeima, deben ser analizadas individualmente para tratar de comprender el comportamiento de cada una de ellas, pero, sin duda, es necesario también extrapolar la interrelación en la ocurrencia de eventos originados en amenazas múltiples. Así por ejemplo, la presencia de una lluvia intensa puede producir inundaciones por desbordamiento del cauce principal del rio, así como avalanchas en las microcuencas, debido al material específico en la microcuencas y a la pendiente de la misma. Igualmente, con la ocurrencia de un evento sísmico pueden presentarse deslizamientos en las laderas de la cuenca, las cuales, a su vez, producirán obstrucciones en el cauce principal, convirtiéndose en una gran amenaza y trayendo como consecuencia una fuerte carga de sedimentos para la parte baja del rio. Lo mismo sucede con una erupción volcánica que puede llegar a producir rompimientos del bloque de hielo del nevado, produciendo un efecto similar al de movimientos en masa complejos. (CREPAD, INGEOMINAS, UNIVERSIDAD DE ZURICH, COSUDE, 2009)
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generado un incremento en la actividad geodinámica de la cuenca, expresada a través de la ocurrencia de frecuentes flujos torrenciales. Lo que eleva el nivel de riesgo, teniendo en cuenta el grado de vulnerabilidad física y social en la que se encuentran los habitantes de la cuenca. Lo que ha llevado a situaciones de emergencia con pérdida de vidas, desplazamientos de la población asentada en las riberas, daños materiales afectación de la infraestructura vial en la ciudad de Ibagué y destrucción de poblaciones como Juntas, Pastales, Villa Restrepo, parte de Llanitos y numerosos barrios ribereños de Ibagué ubicados en zonas inundables (Conpes 3570, 2009). Aunado a las condiciones de susceptibilidad a la ocurrencia de deslizamientos existentes en la cuenca, los factores climatológicos (dentro de ellos la precipitación) han traído consigo una intensificación de la ocurrencia de estos fenómenos, que se manifiesta en la producción, arrastre y transporte de sedimentos y lodos, afectando así la infraestructura de abastecimiento de agua del Municipio, principalmente a los tanques de almacenamiento, las bocatomas del acueducto de Ibagué sobre el río Combeima y a la infraestructura de conducción del agua.
Con respecto a lo anterior se puede afirmar que en la cuenca del río Combeima y particularmente en los corregimientos de Villa Restrepo y Juntas, la principal amenaza está dada por los movimientos en masa y dentro de ellos los deslizamientos, debido a que las microcuencas El Salto, La Sierra, Gonzales, Quebradas, Las Perlas y la Honda, presentan características de susceptibilidad a la generación de deslizamientos.
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deslizamientos?, ¿Cuál es la relación de la lluvia acumulada antecedente a los deslizamientos con diferentes variables topográficas del terreno?
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2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Estudiar la relación de la lluvia diaria acumulada con la ocurrencia de deslizamiento y con propiedades topográficas en las microcuencas de los corregimientos de Villa Restrepo y Juntas de la cuenca del río Combeima.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar espacial y temporalmente los deslizamientos que se han presentado a lo largo de la historia de las Microcuencas de los centros poblados de Villa Restrepo y Juntas.
Estimar la distribución espacial de la lluvia con base en información puntual
Determinar la probabilidad de ocurrencia de deslizamientos y probabilidad de excedencia de lluvias diarias acumuladas
Calcular umbrales de lluvia diaria acumulada detonante de deslizamientos con un enfoque bayesiano.
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3. MARCO TEÓRICO
3.1. ELEMENTO CLIMÁTOLOGICO
Se entiende por elemento climatológico: “toda propiedad o condición de la atmósfera cuyo conjunto define el estado físico del tiempo o del clima de un lugar determinado, para un momento o un periodo de tiempo dados (Lowry, 1973” en Eslava 1.993, p. 509). Entre esas propiedades se encuentran: la temperatura, presión, humedad, nubosidad, precipitación y evaporación, entre otras.
Cuando definimos el conjunto de condiciones o estado de la atmosfera para un momento dado (día, hora) estamos hablando del estado del tiempo. Este fenómeno tiene que ver diariamente con las actividades humanas desarrolladas sobre un territorio ejemplo, helada, vendavales, lluvias intensas, tormentas etc.
Por otra parte cuando definimos el conjunto de propiedades predominantes durante un periodo largo de tiempo (30 años) sobre un lugar de la tierra, estamos hablando de clima. (Eslava, 1993)
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La precipitación, es uno de los elementos meteorológicos principales que caracteriza el estado del tiempo en nuestro medio. Su variabilidad afecta, adversa o benéficamente, la mayoría de las actividades del ser humano y repercute en el desarrollo social y económico del país. En primer lugar, las pérdidas de vidas humanas, seguidos por daños en infraestructuras y alteración de los ecosistemas, generándose los deslizamientos en épocas lluvias, han sido tan significativas que estos fenómenos constituyen un serio condicionamiento al desarrollo territorial del país. Debido a lo anterior es de suma importancia conocer las variaciones regulares, el comportamiento y distribución tanto espacial como temporal de la precipitación (Castellanos, 1.996).
3.1.2. Formas de precipitación. Dentro de las formas de precipitación que se dan tenemos:
Lluvia (forma de gotas)
Nieve (estado cristalino)
Granizo (granos de hielo)
3.1.3. Procesos que generan la precipitación. Comúnmente en la formación de la precipitación ocurren los siguientes procesos:
•Movimientos ascendentes de masas de aire húmedo.
• Enfriamiento por ascenso del aire.
• Condensación del vapor de agua.
• Formación de nubes.
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Dentro de las nubes, los procesos de condensación y agregación generan partículas de tamaño cada vez más grandes. La precipitación sucede cuando esas partículas consiguen caer fuera de la nube o adquieren un peso suficiente que superen la capacidad de sustentación de las corrientes ascendentes, se produce la precipitación y cae a la tierra (Mayorga, 2003).
3.1.4. Tipos de precipitación. Según estudios de Labbé; Monsalve; y Wiesner (como se cita en Rivano, 2004) la precipitación puede ser clasificada de acuerdo al mecanismo responsable del levantamiento de aire que produce la condensación y agregación:
Precipitación convectiva: es causada por el ascenso de aire cálido más liviano que el aire frío de los alrededores, las lluvias son generalmente de tipo tormentoso que cae en un tiempo relativamente corto en un área determinada, es propia de regiones cálidas y húmedas.
Precipitación orográfica: resulta del ascenso mecánico sobre una cadena de Montañas (barlovento) el aire se enfría adiabáticamente, condensa y precipita, en el sotavento el aire desciende y se calienta adiabáticamente generando un viento cálido y seco.
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3.1.5. Medición de la precipitación. Las técnicas de valoración y medición de la precipitación del agua se conocen con el nombre de pluviometría.
Según Monsalve (1999), la cantidad de precipitación se expresa en unidades de lámina caída y acumulada sobre una superficie plana y horizontal. Para dichas mediciones se utilizan pluviómetros, los cuales miden la cantidad de lluvia en un determinado lugar y los pluviógrafos que son un instrumento por medio del cual se conoce la cantidad de lluvia a través del tiempo y también su intensidad.
Wiesner (como se cita en Rivano, 2004) las principales fuentes de error que surgen al usar instrumentos para evaluar la precipitación de una cuenca son:
Errores accidentales que pueden ser por deficiencias en el instrumento. Falta de representatividad o exposición de la estación en la cuenca
Redes de estaciones insuficientes para el área de la cuenca, que permita una mayor resolución que logre captar la variabilidad espacial.
3.1.6. Precipitación en Colombia. La precipitación en cada área de Colombia, al igual que el clima, está determinada por la situación de la mayor parte del país, es decir, al norte del Ecuador climático. La variabilidad espacial de la precipitación esta influencia por varios factores como su situación tropical configuración fisiográfica, la latitud, altitud, la vegetación, la distribución de tierras y mares y los efectos producidos por la circulación general de la atmósfera, entre otros.
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Figura 1. Mapa de precipitación media total anual. Promedio multianual del periodo 1981-2010.
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3.1.7. Distribución de la precipitación en Colombia. El conocimiento de la distribución espacial y temporal de la lluvia, así como su cantidad, intensidad y duración son factores importantes para conocer la magnitud y localización de un deslizamiento.
Los países ubicados en la zona tropical, como Colombia, desde el punto de vista temporal, están influenciados por la migración de la Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT), los vientos alisios y otros factores climáticos como el fenómeno del Niño/Oscilación del sur, la oscilación cuasi bienal, la oscilación Madden-Julian y las ondas de este. (Ver Figura 2). Mayorga, 2003).
Figura 2. Modelo de circulación general de la atmósfera. Se observa la circulación de los Alisios y la ubicación de la ZCIT.
Fuente: www.google/imágenes/ Modelo de circulación general de la atmósfera
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Existen ciertas condiciones que originan fuertes precipitaciones que llegan a afectar el litoral pacífico, sectores de la Cordillera Central y aún de la Cordillera Oriental, entre estos factores tenemos, la ZCIT, el océano pacifico y atlántico, y la cuenca del Amazonas.
Las masas de aire húmedo provenientes de la cuenca del Amazonas en su recorrido hacia el Oeste se encuentra con la cordillera de los Andes, lo cual hace que este aire ascienda por la orografía, la humedad se condensa, genera nubosidad de desarrollo vertical que favorece el desarrollo de precipitaciones abundantes (Mayorga, 2003).
3.2. FACTOR CLIMÁTICO
Se define como factor climático a “ciertas condiciones físicas, distintas de los elementos climatológicos, que habitualmente influyen sobre el clima; entre éstas cabe mencionar la latitud, altitud, distribución de tierras y mares, continentalidad, distancia al litoral, topografía y corrientes oceánicas entre otras (Lowry, en Eslava 1.993, p. 509).
3.2.1. Relación de la precipitación con la altitud. Cuanto mayor sea la altitud se presenta cada vez menos masa de aire sobre un sitio, como consecuencia se genera un descenso de la presión atmosférica con el incremento de la altitud.
Otra forma de relación de la precipitación con la altitud se da con la temperatura, ya que ésta disminuye con la altura por ello la diferencia de temperatura entre el día y la noche es mayor en áreas de altitudes grandes que cerca del nivel del mar (Eslava, 1993)
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variación de la precipitación con la altura en regiones montañosas varía según la cuenca (ver Figura 3).
Figura 3. Relación de la precipitación media con la altura.
Fuente: Stanescu, en Mayorga, 2003.
Mejía et. al. (1.999), Hablan de la existencia de un óptimo pluviométrico como uno de los rasgos más conocidos de la distribución de la precipitación con la altitud en Colombia. Estos autores explican: “tal óptimo corresponde a una elevación aproximadamente de 1.500 msnm para la cual la precipitación es máxima entre la base y la cima de la cordillera”, la ubicación altitudinal de tal óptimo es muy variable, teniendo en cuenta variabilidad de la humedad absoluta, la altitud del valle y las circulaciones locales. “
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Mesa, Poveda & Carvajal, 1.997 (en Narváez & León, 2.001) opinan al referirse a la existencia de tal óptimo pluviométrico al establecer que la máxima precipitación en las zonas de vertiente y Piedemonte Andino-amazónico y orinoquense, ocurre a una altitud no mayor a 1.500 msnm. Además, Narváez & León (2.001), dicen que la mayor parte de la precipitación se presenta en las laderas como ocurre en la Cordillera Oriental, donde las lluvias suelen ser superiores a los 4.000 mm/año. Mesa et. al., 1.993 (en Narváez & León, 2.001), refiriéndose a los valles cálidos semihúmedos del Magdalena y Cauca, explica que la “lluvia derivada de las intrusiones de aire húmedo hacia la cordillera, ocurre principalmente en las laderas y no en el fondo del valle” (p.125) que es lo que Mejía y otros (1.999) se refiere al decir que “las zonas bajas reciben menos lluvias porque se benefician menos del ascenso orográfico”. (p.8)
Teniendo en cuenta lo anterior se presenta una relación entre el relieve (diferentes altitudes, y pendientes de las laderas) con la circulación local de viento (brisas valle-montaña y ascenso orográfico forzado), para describir la precipitación de las zonas andinas”.
3.3. SISTEMAS METEOROLÓGICOS LOCALES Y REGIONALES DEL TERRITORIO COLOMBIANO
Debido a la interacción de procesos atmosféricos de diversas escalas espacial y temporal los cuales son los generadores de la precipitación en Colombia y tienen particularidades regionales asociadas a la localización de las zonas se hace necesario comprender dichos fenómenos meteorológicos.
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La ZCIT se caracteriza por ser una zona de baja presión ecuatorial, en ella se hallan los dos sistemas de vientos los vientos Alisios (del noreste y sureste) y en la cual se registran altas temperaturas en la superficie del mar, con alta convergencia de aire tropical que genera una extensa banda de nubes convectivas (ver Fig. 2) León, (2.001) citado en (Mayorga, 2003)
La ZCIT es la que fija el mecanismo general del clima en Colombia, debido a su desplazamiento por el país pasando por el centro dos veces al año, la primera vez pasa entre Abril y Mayo la cual va hacia el norte generando el primera temporada de lluvias, la segunda vez pasa en los meses de Septiembre a Octubre que es cuando regresa de su localización norte hacia el sur originando así la segunda temporada de lluvias que es la más fuerte. (Eslava, 1993)
A continuación se describen de manera resumida los sistemas meteorológicos que determinan el clima en una región o área particular:
3.3.1. Los sistemas locales. En la escala local el cubrimiento es menor a 10 kilómetros y duración de horas, generándose fenómenos como las tormentas eléctricas, los vendavales y el granizo.
Convección local. Estos procesos se producen en las zonas planas del país como la Región Caribe, el oriente del país, en los altiplanos y en los valles interandinos. Se originados por ascensos verticales de aire, rápidos y localizados, los cuales se generan por el calentamiento de la superficie de la Tierra. Como resultado de lo anterior, los núcleos convectivos comienzan a desarrollarse hacia la media mañana o en horas de la tarde, produciendo la precipitación en las horas de la tarde o de la noche (Hurtado, 2.000) citado en (Mayorga, 2003).
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asociadas a la existencia de grandes centros urbanos, con un cubrimiento de 10 a 100 kilómetros y duración de cerca de un día. (Oviedo, 2012)
Brisa de mar y tierra. Estos procesos de circulación son comunes en las regiones aledañas a los litorales. Este fenómeno es común en la costa pacífica y refuerzan o debilitan los efectos que pueden producir las circulaciones de macroescala predominante. Estas brisas se deben a la diferencia de temperatura del aire, entre el aire que está sobre el mar y el que está sobre la tierra y “se presentan especialmente a lo largo de las costas ecuatoriales y tropicales, en donde alcanzan velocidades máximas entre los 17 y 21 m/s, se extienden hasta 160 Km al interior del continente y afectan una capa de unos 1.200 msnm” (Eslava, 1.993 p. 519).
Circulación valle-montaña. Esta circulación es la causante de las lluvias orográficas, las cuales se presentan rutinariamente en toda la región Andina, Eslava, (1.993) dice que se dan como resultado de las diferencias de temperatura entre el aire que se encuentra situado sobre las pendientes y el que se halla sobre el centro del valle a la misma altura, son corrientes superficiales estas se mueven hacia las montañas en el día y en la noche hacia el valle.
3.3.3. Los sistemas de escala sinóptica. Estos sistemas tienen un cubrimiento de 1000-2000 kilómetros en sentido longitudinal y sobre el área de su influencia generan condiciones particulares de tiempo atmosférico, entre esta categoría encontramos ondas del Este, ciclones tropicales, perturbaciones ondulares de la ZCIT, sistemas sinópticos de la Amazonía, la Baja Anclada de Panamá y las vaguadas de las latitudes medias del hemisferio norte (Oviedo, 2012).
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longitud aproximadamente (aumenta la nubosidad y las precipitaciones acompañadas de tormentas eléctricas) y cuando se intensifican pueden dar origen a huracanes, una vez la onda ha cruzado hacia el oeste las condiciones del tiempo vuelven a la normalidad, primando nuevamente los vientos alisios (León,Zea, & Eslava 2001).
Los ciclones tropicales. Los ciclones tropicales son sistemas de baja presión que se observan en la zona donde actúan los alisios del noreste o del sureste; se destacan no solo por los valores bajos que puede alcanzar la presión atmosférica, sino que también tiene particularidades en cuanto a la intensidad de los vientos, la nubosidad de tipo convectivo y las abundantes lluvias (León, Zea, & Eslava, 2001).
La baja anclada de panamá. Una configuración particular de la circulación atmosférica de gran escala que se observa de marzo a junio en el norte del Pacífico, entre Colombia y Panamá, propicia el desarrollo de un sistema ciclónico en esa región al cual se le ha dado el nombre de Baja Anclada de Panamá (en Panamá se le conoce como la Baja de Colombia). Este es un sistema de baja presión casi permanente en esa época del año (por eso la palabra anclada) con intensos procesos convectivos que propician el desarrollo de grandes conglomerados de nubes productoras de abundantes lluvias en la región. La Baja Anclada de Panamá presenta intensificaciones y debilitamientos a manera de pulsaciones de escala sinóptica (2-3 días), con las cuales extiende su influencia al occidente del territorio continental colombiano generando variaciones del tiempo atmosférico en esta región del país (Ideam, 1998).
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desarrollan una ondulación en los Estes y en la ZCIT de tal manera que sobre el territorio colombiano aumenta temporalmente (dos tres días) la nubosidad y las lluvias (Ideam, 1998).
Los sistemas sinópticos de la Amazonía. Los sistemas sinópticos de la Amazonia, “juegan un papel importante en las condiciones de tiempo atmosférico en una amplia región del país, en particular de la Amazonia colombiana y la parte sur de la región Andina en donde son causa de crecientes súbitas, inundaciones, deslizamientos” (Pabón & Correa, 2005, pág. 66)
3.3.4. Los sistemas de escala global. Son fenómenos climáticos denominados de gran escala ya que corresponden habitualmente a una expresión numérica que envuelve la complejidad de una serie de procesos físicos que se generan en la atmosfera y en el océano y dentro de cada capa propia de su interacción permitiendo cuantificar las relaciones entre las diferentes variables climáticas y los fenómenos de variabilidad climática (Oviedo, 2012).
Oscilación del sur (fenómeno del niño/ la niña). El término Oscilación del Sur se usa dentro del contexto de variaciones climáticas a escala global. Los vientos corren superficie océano pacifico, se conocen como vientos alisios corren de este a oeste, de ecuador y Perú a Indonesia y Australia, en lo alto de la atmosfera el viento se mueve en dirección opuesta, creando un sistema de circulación de aire (llamado célula de Walker).
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con temperaturas frías Indonesia y el norte de Australia reciben más calor (clima cálido y lluvioso) que determinan el clima tropical.
El fenómeno del niño puede cambiar esto radicalmente, este comienza con una fuerte caída en la fuerza de los vientos alisios que corren por la superficie del océano, entonces el sistema de circulación de aire se detiene, las aguas de la superficie del océano ya no son desplazadas de este a oeste, y por tanto empiezan a moverse de américa del sur esas aguas templadas empiezan acumularse en las costas de Suramérica el aire caliente y húmedo se eleva y comienza a caer precipitaciones en Perú y Ecuador, mientras en Indonesia y Australia la temperatura de las aguas ha bajado dando paso a un clima más frío y seco incluso sequía.
El Fenómeno de la niña; esta hace que los vientos alisios soplen con una fuerza mucho mayor una masa de aire mucho más grande es desplazada hacia el oeste y por tanto hay un acumulación mayor de agua caliente en las costas de Indonesia y norte de Australia, esto resulta en una mayor cantidad y frecuencia de precipitaciones, en contraste Perú y Ecuador experimentan un climas mucho más seco e incluso hasta sequía (Mayorga, 2003).
Oscilación Madden y Julian. Según varios estudios, esta Oscilación se define como una célula zonal de la circulación que se el Océano Indico y viaja por el Océano Pacífico en dirección este, tiene un clico que varía entre 40 y 60 días. La fase convectiva de la oscilación favorece la intensificación de las lluvias sobre el océano Indico y luego sobre el océano Pacífico, cuando se traslada hacia el oriente (Poveda, et al 2002).
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4. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA FORMACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS
Una descripción sobre los agentes que actúan en la formación de los deslizamientos, es la establecida por Terzaghi (1.950) y Siddle, Jones, & Payne, (1991) en la que determinan la intervención de un conjunto de factores, variables o parámetros que contribuyen a la formación de deslizamientos.
4.1. FACTORES INHERENTES O INTRÍNSECOS.
Estos están relacionados con las condiciones intrínsecas del terreno, los cuales contribuyen a la inestabilidad de la ladera, estos pueden cambiar en una amplia escala de tiempo, algunos de estos factores son: geología, geomorfología (pendiente, morfología, morfodinámica), geotécnicos (propiedades del suelo) y cobertura vegetal (Therzaghi, 1950) y Siddle, et al; (1991).
4.1.1. Parámetros Geológicos. La Geología es un componente muy importante, pues generalmente define las características o propiedades del suelo o roca. La formación geológica determina la presencia de materiales duros o de baja resistencia, su densidad, humedad, permeabilidad y las discontinuidades pueden facilitar la ocurrencia de movimientos a lo largo de ciertos planos de debilidad (Narváez, 2007).
Los principales elementos geológicos a considerar son los siguientes:
Formación geológica. Las rocas se dividen en materiales de origen
ígneo-metamórfico o sedimentario, cada una poseen un comportamiento diferente, es por ello que es muy importante caracteriza la geológica de la zona.
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corrientes de agua subterránea y las características de estas pueden facilitar los movimientos” (Narváez, 2007 p. 61).
Meteorización. “La descomposición física o química produce alteraciones en la roca o suelo, las cuales modifican substancialmente los parámetros de resistencia y permeabilidad, facilitando la ocurrencia de deslizamientos” (Narváez, 2007 p.61).
4.1.2. Parámetros Geomorfológicos. Los rasgos geomorfológicos que condicionan eventos de remoción en masa son principalmente la topografía, pendientes de las laderas, cambios fuertes de pendientes de las laderas y la extensión y altura de las laderas. Estas características inciden en la velocidad, energía y volumen de las remociones que puedan originarse. Así también, cualquier modificación de ellos puede transformar una ladera estable en inestable y generar remociones (Popescu, 2012).
4.1.3. Parámetros Geotécnicos. Uno de los principales parámetros geotécnicos corresponde al efecto de la degradación de la resistencia al corte, el cual representa la modelación física del fenómeno de deslizamiento. Además los parámetros de ángulo de fricción y cohesión determinan el factor de seguridad al deslizamiento de una determinada superficie dentro del terreno. (Narváez, 2007).
4.1.4. La Erosionabilidad. Se refiere a la facilidad con la cual el suelo puede ser desprendido y transportado en este caso por acción del agua. Existen varios tipos de erosión:
4.2. FACTORES ACTIVOS O EXTRÍNSECOS.
Conocidos también como variables detonantes, representan un estímulo externo que puede generar una respuesta casi inmediata de movilizar los materiales que conforman la pendiente (Wang & Sassa, 2003). Dentro de las principales tenemos:
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4.2.1. Las precipitaciones. “La ocurrencia de períodos lluviosos intensos produce ascensos en los niveles piezométricos y la saturación generada implica una disminución de las tensiones capilares en los materiales que constituyen el terreno, facilitando la ocurrencia de deslizamientos” (Narváez, 2007 p. 61).
González et al. (2002) destacan que las lluvias como factores desencadenantes de remociones en masa se encuentran relacionadas con su intensidad, duración y distribución. Precipitaciones de poca intensidad en periodos prolongados de tiempo y precipitaciones de gran intensidad en periodos cortos de tiempo podrían desencadenar eventos de remociones en masa en zonas donde el escenario sea favorable para ello.
4.2.2. Sismos. Según (Suarez, 1998) Los movimientos sísmicos:
Pueden activar deslizamientos, es este caso existe el triple efecto de aumento de esfuerzo cortante, disminución de resistencia por aumento de presión de poros y deformaciones asociados con la onda sísmica; pudiéndose llegar a la falla al cortante y hasta la licuación, en el caso de suelos granulares saturados (p. 303).
4.3. LA LLUVIA COMO FACTOR DETONANTE
Los deslizamientos son el resultado de múltiples causas internas como son: la geología, geomorfología, aspectos físicos y antrópicos. Sin embargo, factores como la lluvia o un sismo son denominados como factores detonantes, los cuales son estímulos externos que generan una respuesta casi inmediata de movilizar los materiales que conforman la ladera. En el caso de la lluvia, puede deberse al rápido incremento de los esfuerzos o por la reducción de la resistencia producto de la reducción de la presión de poros negativa (Aristizabal, 2008).
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han estudiado el rol de la lluvia como factor detonante (Arango, 2000; Echeverri y Valencia, 2004; Gómez, 1990; Mayorga, 2003; Moreno et al., 2006; Paz y Torres, 1989; Suárez, 2008; Terlien, 1997).
A nivel mundial también se reportan estudios, los cuales analizan la lluvia como factor detonante (Caine, 1980; Crosta, 1998; Crozier, 1999; Iverson, 2000; Larsen, 2008; Montgomery y Dietrich, 1994; Terlien, 1998)
La CRED (2010) en (Aristizábal, et al., 2011) presenta las estadísticas del año 2009 en el cual se presentaron 335 desastres de origen natural alrededor del mundo, que afectaron 119 millones de personas y dejaron pérdidas económicas superiores a 41.300 millones de dólares. Del total de desastres ocurridos, el 53 % corresponden a eventos de origen hidrometeorológicos que aportaron 57,3 millones de víctimas, lo cual significa un incremento del 27,4 % comparado con el año 2008. Del total de eventos hidrometeorológicos las inundaciones corresponden al 82,8 % y los movimientos en masa detonados por lluvias al 17,2 %
4.3.1. Evaluación de la lluvia como elemento detonante de deslizamientos. Para evaluar la precipitación, como factor detonante de los deslizamientos, se pueden emplear variables como intensidad y/o duración.
Intensidad. Es la cantidad de precipitación caída en un intervalo de tiempo dado. Se expresa como mm/día, mm/h.
Duración. El tiempo transcurrido entre la iniciación y el término de la precipitación, generalmente se expresa en minutos o días.
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Estos límites según Castellanos (1996) son conocidos como:
Lluvia crítica. Es el volumen de la precipitación acumulada o el valor límite para que se presente un deslizamiento.
Duración crítica. Es el tiempo de duración necesario para que la precipitación alcance el valor crítico.
En aplicación de la metodología para determinar la relación que hay entre la precipitación y los deslizamientos, se tienen en cuenta dos tipos de efectos principales de la precipitación: “El efecto acumulativo de la lluvia o precipitación de largo plazo y el efecto inmediato de la lluvia o precipitación de corto plazo, la cual se presenta justo antes de la ocurrencia del deslizamiento” (Mayorga, 2003 p. 57).
Brand et. al. (1984), en (Mayorga, 2003).concluyeron que la lluvia en veinticuatro horas refleja por lo general los aguaceros de corta duración y alta intensidad en Hong Kong, por lo que puede ser utilizada como uno de los parámetros de la lluvia como detonante de los deslizamientos.
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Según Jaramillo y Gómez, 1.975 (en Castellanos, 1.996), aun cuando no se tengan relaciones fijas entre la intensidad, duración y frecuencia de las lluvias, se han podido establecer las siguientes reglas de tipo empírico:
Las lluvias con alta intensidad cubren áreas relativamente pequeñas y son de corta duración.
Las lluvias de larga duración cubren áreas relativamente grandes y caen con una baja intensidad.
En el presente estudio se realizó la investigación de la relación de la lluvia acumulada con la ocurrencia de deslizamientos en la zona, definida dicha lluvia acumulada o de larga duración como la precipitación acumulada entre uno y noventa días anteriores a la ocurrencia del deslizamiento.
4.3.2. Lluvia acumulada como detonante de los deslizamientos. El método la lluvia crítica sirve para determinar el valor de un umbral de lluvia detonante, este consiste en analizar la lluvia acumulada para cada evento el cual debe ser aplicado de manera individual ya que las condiciones locales del suelo y el régimen de lluvias varían.(Narváez, 2007).
Para ello se realiza un análisis en el cual se establecen relaciones estadísticas de los periodos asociados con lluvias y el desarrollo de deslizamientos, se cuantifica la intensidad y duración, el propósito es pronosticar los deslizamientos una vez se presentan ciertos límites de lluvia conocidos como “umbrales”.
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La cantidad de lluvia necesaria para que se genere un deslizamiento suele ser mucho mayor en las zonas donde la precipitación anual es alta, mientras que en las regiones en las cuales la precipitación anual es baja, el volumen de precipitación es menor.
Se podría decir que la lluvia acumulada está relacionada con la lluvia anual en forma lineal. Mientras que la relación entre la duración y la lluvia acumulada es exponencial.
4.3.3. Lluvia de evento como factor desencadenador de los deslizamientos. La lluvia de evento es considerada como la precipitación durante el día de la ocurrencia del deslizamiento, en esta lluvia se analizan los datos de lluvia total en veinticuatro horas ya que es de fácil disponibilidad en las estaciones de Colombia.
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5. MOVIMIENTOS EN MASA
Al reconocer la lluvia como un factor desencadenante de los deslizamientos que se manifiestan en movimientos en masa es muy propicio hablar un poco de los mismos.
Esta movilización de grandes volúmenes de materiales, hacia niveles inferiores, se realiza bajo la acción directa de la fuerza de gravedad (Juvenal, 1993). La definición más simple, bastante conocida y utilizada es la de Cruden (1991) quien define el término como el movimiento de una masa de roca, escombros o tierra ladera abajo.
Los movimientos en masa son el resultado de las condiciones naturales del terreno, tales como la geomorfología e hidrología, y las modificaciones de estas condiciones por procesos geodinámicas y actividades humanas. Dichas modificaciones activan movimientos lentos, y factores como la lluvia o un sismo detonan movimientos rápidos (Soeters y Van Westen, 1996).
5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA
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Tabla 1. Clasificación de los movimientos en masa
Tipo de movimiento Tipo de materia
Roca Suelo Suelo de grano grueso Suelo de grano fino
Caídas Caídas de
roca Basculamiento Basculamien
to de roca
Basculamie nto de detritos Basculamie nto de suelos Deslizamiento
Rotacional Deslizamient o rotacional de roca
Deslizamien to rotacional de detritos
Deslizamien to rotacional de suelo Traslacional Deslizamient
o translacional de roca Deslizamien to translaciona l de detritos
Deslizamien to
translacional de suelos Separaciones laterales Separación
lateral de roca
Separación lateral de detritos
Separación lateral de detritos
Flujos Flujos de
roca
Flujos de detritos
Flujos de detritos complejos Combinación de dos o más tipos
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5.1.1. Flujos. El desarrollo de estos movimientos se ve favorecido por abundante agua, material no consolidado que se torna deslizable al saturarse, taludes de altas pendientes y una desprotección forestal del terreno. La gran mayoría de éstos, se inician por los deslizamientos que ocurren debido tanto a los aguaceros intensos como a una topografía de pendiente alta. En general, los Flujos son movimientos de material litológico de textura fina y gruesa que se desplaza a lo largo de una superficie de falla bien definida. Aunque comúnmente éstos se caracterizan por movimientos rápidos y compuestos por lodos, también pueden ser lentos y compuestos por rocas y suelos no saturados (Varnes, 1.978 en Mora, s.f).
5.1.2. Deslizamientos. De acuerdo con (Suarez, 1998)
49 Figura 4 Partes de un deslizamiento.
Fuente: Varnes, 1978en Mora, s.f.
Los deslizamientos se pueden a su vez dividir en dos subtipos denominados deslizamientos rotacionales y translacionales o planares. Esta diferenciación es importante porque puede definir el sistema de análisis y estabilización a emplearse.
5.1.3. Deslizamiento rotacional. En un deslizamiento rotacional la superficie de falla es formada por una curva cuyo centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento (Figura 5).
Figura 5. Deslizamiento rotacional.
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Visto en planta el deslizamiento posee una serie de agrietamientos concéntricos y cóncavos en la dirección del movimiento. El movimiento produce un área superior de hundimiento y otra inferior de deslizamiento generándose comúnmente, flujos de materiales por debajo del pie del deslizamiento. En muchos deslizamientos rotacionales se forma una superficie cóncava en forma vertical, lo cual facilita la ocurrencia de movimientos retrogresivos. El movimiento aunque es curvilíneo no es necesariamente circular, lo cual es común en materiales residuales donde la resistencia al corte de los materiales aumenta con la profundidad. En la cabeza del movimiento, el desplazamiento es aparentemente semi-vertical y tiene muy poca rotación, sin embargo se puede observar que generalmente, la superficie original del terreno gira en dirección de la corona del talud, aunque otros bloques giren en dirección opuesta. (Suarez, 1998, p. 16-17).
5.1.4. Deslizamiento de traslación. En el deslizamiento de traslación el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o hacia abajo, a lo largo de una superficie más o menos plana o ligeramente ondulada y tiene muy poco o nada de movimiento de rotación o volteo (figura 6).
Es importante diferenciar entre los deslizamientos rotacionales y los translacionales sobretodo a la hora de aplicar o no los diversos sistemas de estabilización.
Figura 6. Deslizamiento traslacional
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Sin embargo, un movimiento de rotación trata de autoestabilizarse, mientras uno de traslación puede progresar indefinidamente a lo largo de la ladera hacia abajo. Los movimientos de traslación son comúnmente controlados por superficies de debilidad tales como fallas, juntas, fracturas, planos de estratificación y zonas de cambio de estado de meteorización que corresponden en términos cuantitativos a cambios en la resistencia al corte de los materiales por el contacto entre la roca y materiales blandos o coluviones. En muchos deslizamientos de traslación la masa se deforma y/o rompe y puede convertirse en flujo. Los deslizamientos sobre discontinuidades sencillas en roca se les denomina deslizamientos de bloque, cuando ocurren a lo largo de dos discontinuidades se le conoce como deslizamiento de cuña y cuando se presentan sobre varios niveles de una familia de discontinuidades se le puede denominar falla en escalera. (Suarez, 1998 p. 18).
5.1.5. Caídas. Todas las caídas se inician con un desprendimiento de suelo o roca de una ladera muy inclinada, “a lo largo de una superficie en la que poco o ningún desplazamiento contante se desarrolla, el material desciende en caída libre, saltando o rodando, el movimiento es muy rápido” (Cruden y Varnes, 1996 en Mora, s.f).
5.1.6. Basculamientos. Es el volteo hacia adelante (afuera) de una masa de roca o suelo, “alrededor de un punto o eje bajo el centro de gravedad de la masa desplazada, este a veces es causado por el empuje de material localizado ladera arriba y otras veces por el agua presente en las grietas del macizo” (Cruden & Varnes, 1996 en Mora, s.f)
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5.1.8. Reptación. Movimiento superficial de suelos, lento y continuo, de materiales de baja cohesión, favorecido por el agua. Según (Vargas, 1.999 en Mayorga, 2003):
Este movimiento no presenta superficie de ruptura pero sobre el terreno se desarrollan varias geoformas o características que permiten su detección, como son las rugosidades del suelo, efectos de geotropismo en los árboles, desplazamientos de cercas y morfología suavemente ondulosa con abombamientos locales. Una variedad de este movimiento es la solifluxión ( p. 51).
5.1.9. Avalanchas. Movimiento muy rápido de masas de materiales gruesos (grandes bloques de roca y arena, con cantidades de suelo más fino como limo y arcilla, junto con agua y aire atrapado). Una amenaza grave asociada con deslizamientos y avalanchas es la formación de represas por deslizamientos, aquí se embalsa los ríos o quebradas y cuando este adquiere el volumen y energía suficiente sobrepasa y rompe el taponamiento originando el flujo de detritos o de lodo, que con frecuencia se forma en avalancha. (Mayorga, 2003 p. 52).
El efecto del agua sobre la ladera, para producir movimientos en masa, difiere según las condiciones locales de los suelos y de los procesos que originan la precipitación de cada sitio. Los diversos tipos de movimiento en masa ocurren por lluvias de diferentes características, esta investigación enfoca su análisis en los deslizamientos, aunque se presentan algunos casos de otros tipos de movimientos en masa. Con el análisis de la lluvia, asociada a los eventos históricamente ocurridos, se puede observar la diferencia entre el comportamiento de los deslizamientos y otros movimientos en masa detonados por lluvia como son por ejemplo los flujos de tierra y las reptaciones. (Mayorga, 2003 p. 52).
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podrían incluirse en ninguna de las categorías descritas anteriormente ya que son un conjunto de varias de ellas. (Suarez, 1998).
Los movimientos en masa pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de material, en los que puede involucrarse desplazamientos en roca, suelo, tierra, o residuos.
a. Roca. “Se refiere a la roca dura o firme, la cual se encontraba intacta y en su sitio antes del inicio del movimiento”. (Suarez, 1998 p. 24).
b. Suelo. Se entiende como un conjunto de partículas sueltas, no consolidadas o roca pobremente cementada o agregados inorgánicos. El suelo puede ser residual o detritus.
c. Residuos. Se designa con el nombre “Detritos” (o suelo de grado grueso) al suelo que contiene más del 20% de su material en peso con diámetro equivalente mayor a 2 mm (Suarez, 1998).
d. Tierra. Se denomina tierra o suelo fino (suelo de grado fino) al material que contiene más del 80% de las partículas con diámetro equivalente menores de 2 mm. Se incluyen los materiales desde arenas a arcillas muy plásticas (Suarez, 1998).
Un ejemplo de su clasificación por el material litológico involucrado en los movimientos tipo flujo es el siguiente: flujos de lodo, de tierras o roca, de detritos y de escombros:
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empinadas (más de 45º). Su ocurrencia es mayor en rocas ígneas y metamórficas muy fracturadas y pueden estar precedidos por fenómenos de inclinación. Estos flujos tienden a ser ligeramente húmedos y su velocidad tiende a ser rápida a muy rápida (p. 20).
Flujo de residuos (Detritos). Por lo general, un flujo de rocas termina en uno de residuos. Los materiales se van triturando por el mismo proceso de flujo y se puede observar una diferencia importante de tamaños entre la cabeza y el pie del movimiento. El movimiento de los flujos de detritos puede ser activado por las lluvias, debido a la pérdida de resistencia por la disminución de la succión al saturarse el material o por el desarrollo de fuerzas debidas al movimiento del agua subterránea (Collins y Znidarcic, 1997 en Suarez, 1998 p. 20).
Flujos de Suelo. Estos “pueden ser secos y más lentos de acuerdo a la humedad y pendiente de la zona de ocurrencia. En zonas de alta montaña y desérticas ocurren flujos muy secos, por lo general pequeños pero de velocidades altas” (Suarez, 1998 p. 22).
Flujos de lodo. Según (Suarez, 1998):
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un área de menor pendiente en la cual el flujo pierde velocidad y forma un abanico de depositación (p. 22).
5.2. RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE LOS MOVIMIENTOS EN MASA Y LAS LLUVIAS
En las últimas décadas han cobrado gran importancia las investigación es orientadas hacia la predicción de movimientos en masa. Las labores de control y recuperación de áreas afectadas por deslizamientos han pasado a un segundo lugar, dando paso a metodologías y procedimientos de prevención, las cuales tienen grandes ventajas en el orden social, ya que se impide o disminuye el impacto que la ocurrencia de un desastre puede ocasionar a la población directamente afectada y desde luego considerables beneficios en el orden económico porque se ha comprobado en múltiples casos que los mecanismos de predicción son mucho menos costosos que las obras y procedimientos de corrección (Narváez, 2007).
Según Narváez (2007), el efecto contraproducente de la precipitación en la estabilidad de taludes es reconocido desde hace muchos siglos. Una de las primeras reacciones directas de la precipitación es la infiltración, esta incrementa el nivel de la superficie freática y, como consecuencia, las presiones intersticiales y el peso unitario total de la masa de suelo también aumentan. El incremento de las presiones neutras en el suelo, disminuye su resistencia al corte permitiendo las condiciones para que la masa de suelo se desestabilice; a la par, las lluvias y la consecuente infiltración, reducen la tensión capilar de manera considerable en los estratos superficiales del perfil estratigráfico y, muy posiblemente, dependiendo de la permeabilidad que presente los diferentes estratos del suelo, este condiciona la formación de niveles de agua temporales (“niveles colgados”), que simplemente se constituyen en sitios favorables para que se presenten claras superficies de falla de procesos de remoción en masa.
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evaluación de la susceptibilidad y amenaza por movimientos en masa (Dai y Lee, 2001; Guzzetti et al., 1999; Varnes, 1984) Todas estas metodologías las podemos agrupar de la siguiente manera:
Métodos Heurísticos. Cimentados en el entendimiento de expertos de los procesos geomorfológicos que actúan sobre el terreno, Clerici et. al. (2002) en (Aristizábal y Yokota 2006).resumen estos métodos de la siguiente manera: (1) mapeo de los deslizamientos, (2) mapeo de los factores ambientales de los cuales se suponen afectan directamente e indirectamente la inestabilidad de las laderas, (3) estimación de las relaciones entre los factores y los fenómenos de inestabilidad y (4) clasificación del terreno en dominios de diferente grado de susceptibilidad de acuerdo con las relaciones detectadas anteriormente.
Estos métodos pueden presentar restricciones cuando el conocimiento del investigador sobre el área de estudio es insuficiente, lo cual puede conducir a dudosas generalizaciones. Además, se corre el riesgo de una sobrecarga de subjetividad al momento de asignar pesos a los parámetros utilizados.
Métodos Determinísticos. Habitualmente para explicar la ocurrencia de los movimientos en masa se utiliza la combinación del análisis geotécnico para determinar las presiones de poro críticas y análisis hidrológicos para evaluar la cantidad de lluvia que es requerida para aumentar tales presiones de poco criticas (Terlien, 1998).
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duración sobre un nivel de intensidad predefinido, (4) la lluvia acumulada en un cierto periodo, (5) la relación entre lluvia antecedente y lluvia diaria, (6) la relación entre la lluvia del evento y la lluvia anual promedia, (7) la relación entre lluvia acumulada y ocurrencia de deslizamientos (Guzzetti et al., 2005 en Aristizábal et al, 2010).
Las primeros acercamientos para cálculos de umbrales críticos de lluvia como detonantes de movimientos en masa fueron presentadas por Campbell (1975) y (Starkel, 1979) pero fue Caine (1980) el primero en utilizar relaciones empíricas entre la ocurrencia de movimientos en masa y las características de precipitaciones (intensidad y duración de lluvia), proponiendo umbrales de intensidad y duración a nivel mundial, (Guzzetti et al. (2008).
En la actualidad existen varias técnicas que permiten estudiar y analizar la distribución espacial de las áreas propensas a movimientos en masa y con ello la prevención de dicha ocurrencia, todas estas técnicas pueden modelarse con el apoyo de los sistemas de información geográfica (SIG) ya que son una herramienta alternativa para el análisis de áreas propensas a la inestabilidad del terreno.
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6. ÁREA DE ESTUDIO
6.1. MICROCUENCAS DEL CORREGIMIENTO DE VILLA RESTREPO
De acuerdo con (Barrios y Olaya, 2007 )
Las microcuencas de las quebradas González, El Salto y La Sierra se localizan en zona rural del municipio de Ibagué, capital del departamento del Tolima, corregimiento de Villa Restrepo (Figura 7. Ubicación general del área de estudio) y drenan un área de 853,72 hectáreas sobre los abanicos de deyección de estas quebradas, cuyas aguas confluyen al río Combeima. El centro poblado de Villa Restrepo se encuentra sobre los 1.650 msnm con una población aproximada de 200 personas (p. 58).
Figura 7. Mapa de localización del área de estudio
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La actividad económica de Villa Restrepo se basa principalmente en la producción agropecuaria y la actividad turística, importante por su capacidad abastecedora de servicios, infraestructura y equipamientos básicos. “Es el principal centro poblado del cañón del río Combeima y se destaca por tener influencia directa sobre el eje turístico que conduce al volcán nevado del Tolima y sus fuentes termales” (Barrios y Olaya, 2007).
De acuerdo con información suministrada por la alcaldía municipal de Ibagué, “funcionalmente este asentamiento cumple el papel de centro polarizador por ser cabecera de corregimiento y por ser un sitio estratégico de encuentro entre los pobladores de las veredas vecinas” (Barrios y Olaya, 2007 p. 58).
El territorio drenado por las microcuencas González, El Salto y La Sierra, se localiza entre las siguientes coordenadas planas, con origen Bogotá tabla 2:
Tabla 2. Ubicación geográfica de las Microcuencas González, El Salto y La Sierra.
Coordenas X Coordenas Y 861.209,04 993.276,62 859.679,31 990.515,15 861.566,64 989.528,44 863.394,37 991.554,84
