Introducción

El deslizamiento Las Torres se localiza en el flanco oeste del Volcán Irazú (Fig. 1), en la Provincia de Cartago, Costa Rica. Este proceso de inestabilidad de laderas es de primordial importancia ya que involucra un sector del macizo del Volcán Irazú, donde se ha instalado una gran cantidad de torres de telecomunicaciones. El edificio volcánico del Irazú es un sitio estratégico para las telecomunicaciones, pues el mismo tiene una altura cercana a los 3500 m s.n.m, lo cual favorece la transmisión de señales hacia todo el territorio nacional.

Adicionalmente, el Volcán Irazú es un volcán activo, su último período eruptivo lo presentó de 1963 a 1965, y desde entonces se ha desarrollado un proceso de instalación de torres de telecomunicaciones en su cima. Desde la perspectiva de las amenazas naturales, el sitio donde se han instalado las torres se encuentra rodeado por sectores con procesos masivos de inestabilidad de laderas, además, a una distancia en línea recta de 10,5 km en dirección Noreste se encuentra otro volcán activo, el volcán Turrialba. Lo anterior claramente establece que el lugar no es el más afortunado si lo analizamos con un criterio estrictamente preventivo.

En el presente trabajo se ha realizado la definición del marco geomorfológico en que se ubica el deslizamiento estudiado y el modelamiento del proceso de deslizamiento, con la intención de definir en qué dirección se moverá en el futuro y cuál será el volumen de material que se desplace. Para alcanzar estos propósitos se ha recurrido a la implementación de un modelo de elementos finitos de la ladera oeste del volcán Irazú y a la aplicación de la técnica de reducción de la resistencia al esfuerzo cortante (SSR por sus siglas en inglés).

En la figura 2 se puede apreciar una vista satelital oblicua del sector donde se ha desarrollado esta investigación.

Marco Geomorfológico

A continuación se realiza una descripción de las formas/unidades geomorfológicas identificadas en el sector estudiado (Fig. 3), la cual se aborda desde el punto genético de las geoformas y siguiendo los principios básicos de la clasificación geomorfológica propuesta por van Zuidam (1986).

Formas/unidades de origen denudacional

Deslizamiento Activo Río Sucio Oeste (DA_RSO): Deslizamiento activo del tipo compuesto, que involucra desprendimientos traslacionales y flujos de lodo y rocas, el cual se ha desarrollado a través de rupturas retrogresivas de materiales de origen volcánico (cenizas, tobas, lavas), los cuales en ocasiones presentan una notoria alteración hidrotermal. Este deslizamiento se identificó como el único deslizamiento activo en el sector estudiado mediante la interpretación de imágenes satelitales de Google Earth, el mismo se desarrolla en la cabecera oeste del río Sucio (Figs. 4 y 5) y se le conoce como deslizamiento Las Torres.

Deslizamiento inactivo Río Sucio Norte (DI_RSN): Deslizamiento inactivo del tipo compuesto, localizado al norte del sector de Las Torres. Actualmente no muestra evidencias de movimiento y se encuentra cubierto por vegetación densa tipo páramo (Fig. 6).

Deslizamiento Inactivo Retes (DI_R): Deslizamiento inactivo del tipo compuesto, localizado al suroeste del sector Las Torres. De acuerdo con la interpretación de las imágenes satelitales, este deslizamiento no muestra evidencias de movimiento y se encuentra cubierto por vegetación tipo páramo y un bosque de ciprés, eucalipto y otras especies de árboles (Fig. 7). Sin embargo, luego de la inspección de campo se pudo constatar que el deslizamiento muestra evidencias de reactivación en el sector de su escarpe principal (Fig. 8).

Bloque Deslizado (D_BD): Esta forma del terreno presenta características muy particulares, pues está bordeada al sur y al oeste por escarpes de fuerte pendiente y de menor elevación que su sección interior, hacia el este aparece otro escarpe pero de elevaciones mayores que su sección interior (Fig. 3). La sección interior presenta una pendiente hacia el sur y se asemeja a una cicatriz de deslizamiento de acuerdo con la forma de las curvas de nivel obtenidas de Google Earth (Fig. 3). Existe la posibilidad de que se trate de un deslizamiento rotacional que desarrolló un flujo hacia el sur, el cual se canalizó posteriormente hacia el noroeste y el este, siguiendo el flujo de la cabecera oeste del río Sucio. También existe la posibilidad de que se trate de un bloque deslizado y basculado, que forma parte del Deslizamiento Activo Río Sucio Oeste (DARSO) y que sea la evidencia de la propagación retrogresiva del mismo deslizamiento (Figs. 9 y 10).

Sector en Proceso de Desestabilización (D_SPD): Este sector comprende desde el escarpe localizado en el límite con el Bloque Deslizado (DBD) al oeste, hasta donde aparecen grietas continuas en las cercanías de las torres de telecomunicaciones, las cuales indican el avance del proceso de desestabilización (Fig. 3). La incertidumbre que se genera alrededor de esta forma del terreno es hacia dónde se desplazará el material desestabilizado, pues el mismo puede orientarse hacia el Deslizamiento Inactivo Retes (DI_R) o hacia el Deslizamiento Activo Río Sucio Oeste (DA_RSO) (Figs. 3 y 7), esto en función del mecanismo de movimiento que se presente en el futuro. La dirección del movimiento de este sector es relevante desde la perspectiva de las implicaciones que pueda tener en materia de prevención del riesgo, pues si se desplaza hacia el Deslizamiento Activo Río Sucio Oeste (DA_RSO), el material podría ser manejado por la amplitud y capacidad hidráulica de la cuenca, dentro de la cual, a 24 km de distancia del sector estudiado, se ubica el puente sobre el río Sucio, de la Ruta Nacional 32, que representa la vía de comunicación principal entre el Valle Central y la Región Caribe. Esta obra civil merece ser estudiada con más detalle mediante investigaciones que conduzcan a establecer el tirante de una eventual avalancha de lodo y rocas, y las implicaciones que esta pueda tener en la seguridad del puente. Por otro lado, si el material se desplaza hacia el Deslizamiento Inactivo Retes (DI_R), el proceso de desarrollo de una avalancha o flujo de lodo y rocas por el cauce del río Reventado debería de abordarse como una situación sumamente delicada, debido a la ubicación de asentamientos humanos e importantes obras de infraestructura en el sector oeste de la ciudad de Cartago que podrían verse impactados por el evento, como se advierte en Pirulli y Mora (en prensa).

Formas/unidades de origen estructural

Faceta Triangular (S_FT): Esta forma del terreno de pendiente pronunciada, de forma triangular (Fig. 11), parece estar asociada a un alineamiento muy claro de dirección norte-sur, el cual debe estudiarse con mucho más detalle en el futuro, pues puede tratarse de fallamiento activo en el sector estudiado.

Formas/Unidades de origen volcánico

Campos de tefras (VCT): Este es el área tapizada por los depósitos de tefras de la última erupción del volcán Irazú (Fig. 3), la cual se dio de 1963 a 1965 y que se encuentra ampliamente descrita en Alvarado (2009). Las tefras en este sector no han sido afectadas por los procesos de deslizamiento, ni por erosión superficial significativa.

Formas/Unidades de origen fluvial

Cabeceras Fluviales Muy Disectadas (F_CFMD): Sectores superiores de las cuencas que drenan hacia el sur del edificio volcánico (Fig. 3), caracterizados por el desarrollo de una incisión vertical (disección) muy importante, con la presencia de deslizamientos de tamaño y volumen pequeño, los cuales se circunscriben a los depósitos superficiales de tefras. El drenaje típico de estos sectores es dendrítico, los deslizamientos son disparados por los eventos de precipitaciones intensas, sus productos son distribuidos por las corrientes fluviales hacia las partes bajas de la cuenca.

La técnica de elementos finitos conocida como reducción de la resistencia al corte (RRCEF) aplicada al análisis de la estabilidad del sector en proceso de desestabilización (DSPD)

Cuando se usa la técnica de elementos finitos RRC (SSR FE por sus siglas en inglés) se asume que los materiales que componen la ladera siguen un comportamiento elasto-plástico y sus parámetros de resistencia son progresivamente reducidos hasta que se produce un colapso (ROCSIENCE, 2004). En el caso de un material Mohr-Coulomb los parámetros efectivos de resistencia al corte se reducen utilizando un factor (de seguridad) F de la siguiente manera (ROCSIENCE, 2004):

c* = c´/F

ɸ* = arctan (tan ɸ´/F)

Los anteriores se conocen como los parámetro de resistencia al corte Mohr-Coulomb reducidos, los cuales son utilizados para alimentar los modelos de elementos finitos de las laderas (ROCSIENCE, 2004). Los pasos para la búsqueda sistemática del valor del factor crítico de seguridad, F, que conduce a una ladera previamente estable al borde del colapso, son los siguientes (ROCSIENCE, 2004):

El enfoque elasto-plástico RRC EF (SSR FE por sus siglas en inglés) ofrece una serie de ventajas significativas sobre el análisis tradicional de equilibrio límite, ya que elimina la necesidad de suposiciones a priori sobre los mecanismos de falla (el tipo, la forma y la ubicación de las superficies de falla), estableciendo automáticamente el mecanismo de falla crítico (ROCSIENCE, 2004). Al tratarse de un método de elementos finitos, el modelamiento se puede acoplar con modelos del flujo de aguas subterráneas y de cambios en el estado de esfuerzos.

Modelos de elementos finitos propuestos

Se han desarrollado dos modelos de elementos finitos para analizar la estabilidad de la geoforma D_SPD, considerando que el movimiento se desarrolle hacia el sector sur, es decir, hacia la subcuenca del río Reventado, o en su defecto hacia el oeste en dirección de la cuenca del río Sucio. Estas consideraciones son apropiadas ya que las curvas de nivel indican un gradiente topográfico en dirección suroeste, entonces se puede suponer que hay posibilidad de que la ruptura también se oriente en la misma dirección. Por otro lado, la actividad del deslizamiento DA_RSO, sugiere que el bloque D_BD y el sector D_SPD pueden ser la consecuencia de una propagación retrogresiva de ese deslizamiento activo y que se pueden deslizar en dirección noroeste. Los modelos se han planteado a lo largo de dos perfiles topográficos con orientación N30°E y N65°W respectivamente y se les han asignado los parámetros de resistencia y deformación del cuadro 1. Los parámetros asignados se han obtenido a partir de tres estudios geotécnicos realizados en la cima y el flanco sur del macizo, una gira de campo que concluyó visitando el pie del deslizamiento, así como mediante el uso del programa RocLab 1.033 (ROCSIENCE, 2007), con el que se procesaron todos los datos recolectados en campo. En el cuadro 2 se presentan los datos de entrada, obtenidos mediante investigaciones de campo y pruebas de laboratorio, así como, los resultados obtenidos para el macizo rocoso estudiado. La figura 12 muestra el criterio de ruptura de Hoeck y Brown (2002) y el ajuste de la envolvente de Mohr-Coulomb realizados con el programa RocLab 1.033 (ROCSIENCE, 2007) para el mismo macizo rocoso.

Análisis de estabilidad considerando un desprendimiento hacia el suroeste

Este primer modelamiento se ha ejecutado en dirección suroeste, para estudiar la posibilidad de deslizamiento de la geoforma D_SPD hacia la subcuenca del río Reventado. Los resultados se resumen en el cuadro 3.

Las deformaciones mostradas por el modelo se tornan significativas una vez que las propiedades de resistencia al corte se han reducido al menos a la mitad. El modelo no presenta convergencia a partir de un factor de reducción de 4,0, es decir este es el factor de seguridad de la ladera si consideramos una dirección de deslizamiento hacia el suroeste.

El factor de seguridad es muy alto y el mecanismo de falla tendería a desarrollar rupturas más o menos circulares en la sección de mayor pendiente del perfil analizado (Fig. 13). Por lo anterior, se descarta que esta sea la tendencia del movimiento de la geoforma D_SPD, es decir no se espera que la geoforma D_SPD presente un movimiento hacia el suroeste en el futuro.

Análisis de estabilidad considerando un desprendimiento hacia el noroeste

En este modelamiento se estudia la posibilidad de que el desprendimiento de la geoforma D_SPD se dé en dirección noroeste, es decir, se manifieste como una propagación retrogresiva del deslizamiento o geoforma DA_RSO. Los resultados se resumen en el cuadro 4.

Las deformaciones mostradas por el modelo se tornan significativas una vez que a las propiedades de resistencia al corte se les aplica un factor de reducción de 1,30. El modelo no presenta convergencia a partir de un factor de reducción de 1,31, desarrollándose el colapso de la ladera (Figs. 14 y 15), es decir, este valor del factor de reducción corresponde con el factor de seguridad de la ladera si consideramos una dirección de deslizamiento hacia el noroeste.

Si se considera que el factor de seguridad es entonces 1,31, se debe contar con un factor de disparo para que se desarrolle el deslizamiento. Los factores de disparo posibles pueden ser:

(Montero y Alvarado, 1995)

Una combinación de los dos factores antes mencionados

Volumen del Deslizamiento más Probable

Si se toma en consideración la superficie de ruptura definida en el apartado anterior y se miden las dimensiones del deslizamiento máximo posible, las cuales se introducen en la fórmula de Cruden y Varnes (1996), con la cual se estima el volumen de medio elipsoide de revolución ajustado a las dimensiones máximas (Cuadro 5). El volumen estimado es de 7 millones de metros cúbicos, el cual es un volumen que se puede considerar como normal o más bien creíble para este tipo de eventos.

Conclusiones

El Deslizamiento Activo Río Sucio Oeste (DARSO) se identificó, mediante la interpretación de imágenes satelitales, como el único deslizamiento activo en el sector estudiado.

De acuerdo con la interpretación de las imágenes satelitales el Deslizamiento Inactivo Retes (DI_R) no muestra evidencias de movimiento y se encuentra cubierto por vegetación tipo páramo y un bosque de ciprés, eucalipto y otras especies de árboles, sin embargo, luego de la inspección de campo se pudo constatar que este deslizamiento muestra evidencias de reactivación en el sector de su escarpe principal.

No se espera que la geoforma D_SPD presente un movimiento hacia el suroeste en el futuro, pues en ese sentido el factor de seguridad es muy alto y el mecanismo de falla tendería a desarrollar rupturas más o menos circulares en la sección de mayor pendiente del perfil analizado, por lo cual, se descarta que esta sea la tendencia del movimiento de la geoforma D_SPD.

Las deformaciones mostradas por el modelo de un desprendimiento hacia el noroeste se tornan significativas una vez que a las propiedades de resistencia al corte se les aplica un factor de reducción de 1,30. El modelo no presenta convergencia a partir de un factor de reducción de 1,31, desarrollándose el colapso de la ladera, es decir, este valor del factor de reducción corresponde con el factor de seguridad de la ladera si consideramos una dirección de deslizamiento hacia el noroeste. Si se considera que el factor de seguridad es de 1,31, se debe contar con un factor de disparo para que el deslizamiento se desarrolle.

El volumen estimado del deslizamiento sería de 7 millones de metros cúbicos, el cual es un volumen que se puede considerar como normal o más bien creíble para este tipo de eventos.

Es de suma importancia continuar investigando este caso de deslizamiento, en el sentido de mejorar el modelo geotécnico aquí presentado, así como, simular el tránsito de avalanchas de lodo y rocas a lo largo del cauce del río Sucio y determinar concretamente cual puede ser el sector afectado y qué implicaciones pueda tener en la Ruta 32 y el puente sobre el río antes mencionado.

Dentro de las mejoras que se deben realizar al modelo geotécnico está la definición de la red de flujo de las aguas subterráneas, con su respectivo acople mediante programas de elementos finitos, así como, incluir más investigaciones desde la perspectiva de la mecánica de suelos y rocas.

Referencias Bibliográficas

Fechas de Publicación

Histórico