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218 RESUMEN Muchos fenómenos naturales de origen geológico, hidrológico representan un peligro latente que puede considerarse como una amenaza para el desarrollo social y económico de una región o un país. Entre estos, lo movimientos en masa son los que afectan con mayor frecuencia a zonas montañosas, especialmente cuando se construyen obras que por su naturaleza afectan la estabilidad inicial de un talud. En el presente trabajo se plantea una metodología simple para la evaluación e identificación de zonas susceptibles a los movimientos en masa en función de considerar cuatro factores condicionantes, dos factores desencadenantes y cuatro clases distintas de deslizamientos identificados a lo largo de la longitud total de la línea de conducción principal de un proyecto de abastecimiento de agua de singular importancia para la región sur de la república del Ecuador. La integración y análisis de la información recopilada fue llevada a cabo mediante un sistema de información geográfica, aplicándose un modelo cartográfico para la evaluación, identificación y posterior cartografía de zonas sujetas a cuatro niveles de amenaza por movimientos en masa. Palabras Clave: Deslizamientos, amenaza, suceptibilidad, SIG ABSTRACT Many geological, hydrological and another natural phenomena, represent a latent danger that may be considered a threat to social and economic development of a region or country. Among these, the mass movements are the most commonly involved in mountain areas, especially when building works which by their nature affect the initial stability of a slope. In this paper poses a simple methodology for the assessment and identification of areas susceptible to lands- lides based on four determining factors, two triggers factors and four different kinds of landslides identified along the entire length of the line main driving a water supply project of particular importance to the southern region of the Republic of Ecuador. The integration and analysis of information collected was carried out using a geographic infor- mation system applied a mapping model for the assessment, identification and subsequent mapping of areas subject to four levels of threat from mass movements. Keywords: Landslides, threat, susceptibility, GIS Aplicación de un SIG en la evaluación, identificación y cartografía de amenazas por movimientos en masa en una zona montañosa en el sur del Ecuador FERNANDO OÑATE-VALDIVIESO, PABLO TORRES Unidad de Ingeniería Civil, Geología y Minas, Universidad Técnica Particular de Loja. C/. Marcelino Champagnat s/n, 1101608, Loja, Ecuador. [email protected] 1. INTRODUCCIÓN La Amenaza puede definirse como un peligro latente asociado con un fenómeno físico de origen natural o tecnológico que puede presentarse en un sitio específico y en un tiempo determinado produciendo efectos adversos en las personas, los bienes y/o el medio ambiente, matemáticamente expresado como la probabi- lidad de exceder un nivel de ocurrencia de un evento con una cierta intensidad en un cierto sitio y en cierto período de tiempo (Cardona, 1993). Los movimientos en masa ocurridos en zonas de ladera, son producto de cambios súbitos y graduales en su geometría, composición, estructura, hidrología y vegetación; dichos cambios pueden ser ocasionados por cortes a media ladera realizados con fines constructivos, pérdida de vegetación estabilizadora, procesos de erosión, incremento en los niveles del agua en el suelo, entre otros. Existen diversos métodos de evaluación de la susceptibilidad a los deslizamientos a través de SIG descritos detalladamente en la literatura (Guzzetti et al.,1999, Soeters y van Westen, 1996), los mismos que presentan enfoques de índole estadístico, determinístico, de indexación y de evaluación directa de la susceptibili- dad. La determinación de las amenazas por movi- mientos en masa, requiere de la determinación de los factores condicionantes de los deslizamientos, es decir aquellos que se relacionan con las características topográficas, geomorfológicas, geológicas, de uso y tipo de suelo, cuya interrelación definirá la susceptibilidad que presenta la zona de estudio a los deslizamientos; y, Revista Postgrados UNAH No. 4 Vol. II Diciembre 2010 ISSN 2071 - 8470
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RESUMENMuchos fenómenos naturales de origen geológico, hidrológico representan un peligro latente que puede considerarse como una amenaza para el desarrollo social y económico de una región o un país. Entre estos, lo movimientos en masa son los que afectan con mayor frecuencia a zonas montañosas, especialmente cuando se construyen obras que por su naturaleza afectan la estabilidad inicial de un talud. En el presente trabajo se plantea una metodología simple para la evaluación e identificación de zonas susceptibles a los movimientos en masa en función de considerar cuatro factores condicionantes, dos factores desencadenantes y cuatro clases distintas de deslizamientos identificados a lo largo de la longitud total de la línea de conducción principal de un proyecto de abastecimiento de agua de singular importancia para la región sur de la república del Ecuador. La integración y análisis de la información recopilada fue llevada a cabo mediante un sistema de información geográfica, aplicándose un modelo cartográfico para la evaluación, identificación y posterior cartografía de zonas sujetas a cuatro niveles de amenaza por movimientos en masa. Palabras Clave: Deslizamientos, amenaza, suceptibilidad, SIG
ABSTRACTMany geological, hydrological and another natural phenomena, represent a latent danger that may be considered a threat to social and economic development of a region or country. Among these, the mass movements are the most commonly involved in mountain areas, especially when building works which by their nature affect the initial stability of a slope. In this paper poses a simple methodology for the assessment and identification of areas susceptible to lands-lides based on four determining factors, two triggers factors and four different kinds of landslides identified along the entire length of the line main driving a water supply project of particular importance to the southern region of the Republic of Ecuador. The integration and analysis of information collected was carried out using a geographic infor-mation system applied a mapping model for the assessment, identification and subsequent mapping of areas subject to four levels of threat from mass movements.Keywords: Landslides, threat, susceptibility, GIS
Aplicación de un SIG en la evaluación, identificación y cartografía de amenazas por
movimientos en masa en una zona montañosa en el sur del Ecuador
FERNANDO OÑATE-VALDIVIESO, PABLO TORRES
Unidad de Ingeniería Civil, Geología y Minas, Universidad Técnica Particular de Loja. C/. Marcelino Champagnat s/n, 1101608, Loja, Ecuador. [email protected]
1. INTRODUCCIÓN
La Amenaza puede definirse como un peligro latente asociado con un fenómeno físico de origen natural o tecnológico que puede presentarse en un sitio específico y en un tiempo determinado produciendo efectos adversos en las personas, los bienes y/o el medio ambiente, matemáticamente expresado como la probabi-lidad de exceder un nivel de ocurrencia de un evento con una cierta intensidad en un cierto sitio y en cierto período de tiempo (Cardona, 1993).
Los movimientos en masa ocurridos en zonas de ladera, son producto de cambios súbitos y graduales en su geometría, composición, estructura, hidrología y vegetación; dichos cambios pueden ser ocasionados por cortes a media ladera realizados con fines constructivos, pérdida de vegetación estabilizadora, procesos de
erosión, incremento en los niveles del agua en el suelo, entre otros.
Existen diversos métodos de evaluación de la susceptibilidad a los deslizamientos a través de SIG descritos detalladamente en la literatura (Guzzetti et al.,1999, Soeters y van Westen, 1996), los mismos que presentan enfoques de índole estadístico, determinístico, de indexación y de evaluación directa de la susceptibili-dad.
La determinación de las amenazas por movi-mientos en masa, requiere de la determinación de los factores condicionantes de los deslizamientos, es decir aquellos que se relacionan con las características topográficas, geomorfológicas, geológicas, de uso y tipo de suelo, cuya interrelación definirá la susceptibilidad que presenta la zona de estudio a los deslizamientos; y,
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de los factores desencadenantes, es decir de aquellos que poseen la capacidad de iniciar el deslizamiento.
En el presente trabajo se plantea una metodolo-gía simple para la evaluación e identificación de zonas susceptibles a los movimientos en masa en función de considerar factores condicionantes, factores desencade-nantes y la ocurrencia de diferentes clases de desliza-mientos, convenientemente cartografiados. Toda la información es procesada mediante un SIG.
2. METODOLOGÍA
2.1. Zona de estudio
La ciudad de Loja es la capital de la provincia del mismo nombre, ubicada al sur de la República del Ecuador, a 4° latitud sur y 79° longitud oeste. Cuenta con una pobla-ción de 180 000 habitantes que en gran medida es abastecida de líquido vital, a través del denominado Plan Maestro de Agua Potable. La línea de conducción de este proyecto atraviesa sectores montañosos, geoló-gicamente inestables, con taludes desestabilizados durante el proceso de construcción. El presente trabajo se centra en el estudio en los 17 Km iniciales de la línea de conducción. La ubicación del área de estudio se presenta en la figura 1.
2.2. Factores condicionantes
En el estudio de amenazas por movimientos en masa de la conducción del Plan Maestro de Agua Potable de Loja, se consideraron cuatro factores condi-cionantes de la ocurrencia de deslizamientos: pendiente, geología, ocupación de suelo y tipo de suelo. El mapa de pendientes fue derivado de un modelo de elevación
Figura 1. Ubicación de la zona de estudio
digital construido en función de un mapa de curvas de nivel levantado topográficamente a escala 1: 1000. El mapa de ocupación de suelo se lo obtuvo mediante la clasificación supervisada de una imagen LANDSAT TM del 3 de noviembre de 2001, la misma que fue validada con observaciones de campo referenciadas mediante GPS. El mapa geológico fue elaborado mediante el levantamiento de información en campo que permitió además realizar el inventario de desliza-mientos. El mapa de tipo de suelo se realizó mediante muestreo en campo y clasificaciones realizadas en laboratorio aplicando el método SUCS.
2.3 Factores desencadenantes
Se consideraron dos factores desencadenantes: la preci-pitación y la sismicidad.
Para analizar los factores desencadenantes es necesario conocer la fecha del inicio de cada uno de los deslizamientos presentes en la zona de estudio; a fin de poder analizar la magnitud de los eventos desencade-nantes previos al evento de deslizamiento y su relación con éste. Lamentablemente dicha información es inexistente en el caso de la conducción del Plan Maes-tro de Agua Potable de Loja, por lo que se optó por analizar las variables desencadenantes de la manera que se describe en los párrafos siguientes.
El primer factor desencadenante analizado fue la precipitación, considerándoselo en dos niveles: a) La precipitación total media anual que se calculó mediante curvas Isoyetas elaboradas en función de los registros en estaciones de la red del Instituto Nacional de Hidro-logía y Meteorología y b) La intensidad máxima para un
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período de retorno de 5 años y una duración de 30 minutos. La intensidad máxima para una duración de 30 minutos es considerada como la de mayor energía erosi-va, siendo la más representativa para el estudio de la pérdida de suelos y deslizamientos. Las intensidades se determinaron mediante las ecuaciones y la zonificación propuesta por Rodríguez (1999).
El segundo factor desencadenante analizado es la sismicidad. Para ello se consideró el mapa de zonifi-cación sísmica del Ecuador que se incluye en el Código Ecuatoriano de la Construcción (INEN, 2002).
Con estos análisis se pretende dividir la zona de estudio en porciones según las características que presenten los factores desencadenantes.
2.4. Mapas de Suceptibilidad
Para determinar la susceptibilidad de que se produzca cada uno de los tipos de deslizamientos consi-derados, según cada factor condicionante, se procedió a realizar la unión entre el mapa de deslizamientos y cada uno de los mapas de las variables condicionantes anali-zadas, en forma individual, utilizando ArcView 3.2. Los valores de susceptibilidad se calcularon en función del área ocupada por el deslizamiento en cada una de las categorías temáticas en las que se subdividió cada uno de los factores condicionantes.
La susceptibilidad fue asignada aplicando la ecuación:
En la que es la susceptibilidad asignada a la categoría temática j, Ad es el área total del deslizamiento tipo i en la categoría temática j, es el área total de la categoría temática j.
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Los valores obtenidos de se normaliza-ron mediante una relación lineal, a fin de que se ajusten a la escala comprendida entre 1 (bajo) y 4 (muy alto).
Al aplicar la ecuación 1, es posible reclasificar los mapas de los factores condicionantes en cuatro categorías: bajo, medio, alto y muy alto, obteniéndose un mapa de susceptibilidad para cada uno de los tipos de deslizamiento considerados según el factor condicio-nante analizado. La sumatoria de dichos mapas permite obtener el mapa general de susceptibilidad según cada factor condicionante, es decir, por geología, pendientes, ocupación del suelo y tipo de suelo.La sumatoria de los mapas de susceptibilidad según los factores condicio-nantes, proporciona el mapa de susceptibilidad general de la zona de estudio.
Mapa de amenazas
La unión del mapa de susceptibilidad general con los mapas de los factores desencadenantes proporciona el mapa de amenazas que posee los mismos valores de escala que el de susceptibilidad.
El modelo cartográfico empleado para la generación del mapa de amenazas se presenta en la figura 2.
La validación de resultados se realizó con visitas de campo en las que se evaluó las relaciones entre la los niveles de amenaza cartografiados y las características que presenta la conducción y su entorno.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
El detalle de los factores condicionantes considerados y sus correspondientes categorías temáticas se presentan en la tabla 1.
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Figura 2. Modelo cartográfico para la generación del mapa de amenazas
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Las áreas totales correspondientes a cada categoría temática y el cálculo de las susceptibilidades de cada variable condicionante a cada tipo de deslizamiento se presentan en las tablas 2, 3, 4 y 5. En éstas puede obser-var que el deslizamiento tipo reptación–flujo es el que mayor superficie abarca según cada uno de los rangos de
Tabla 1. Factores condicionantes y categorías temáticas utilizadas como información base.
pendiente establecidos. Si se considera el tipo de unidad geológica, el tipo de suelo y su ocupación, los movimientos en masa que ocupan mayor superficie son el tipo reptación-flujo y flujo. En todos los casos es el deslizamiento tipo caída el de menor ocurrencia.
Factor condicionante Categorías temáticas Mapa geológico Metamórfico
Metamórfico alterado Coluvial Intrusivo alterado
Mapa de Pendientes > 5 (%)5 - 1515 - 3030 - 4545 - 6060 - 100>100
Mapa de ocupación de suelo Formación arbustiva Llashipa Matorral Pajonal Pastizal Pastos cultivados Remanente boscoso
Mapa de tipo de suelo R (Roca) SM (Arenas limosas) CL-ML-SM (Estratos variables de arcillas de bajaplasticidad, limos de baja plasticidad y arenas limosas) ML-SM (Estratos variables de limos de bajaplasticidad y arenas limosas)
Mapa de deslizamientos Reptación – Flujo Flujo Traslacional-Flujo Traslacional Caída
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FERNANDO OÑATE-VALDIVIESO, PABLO TORRES
En la figura 3 se presenta el mapa de isoyetas elaborado para la zona de estudio. Al analizar los totales anuales de precipitación se pudo determinar que la precipitación total anual varía entre los 1250 y 1750 mm (INAMHI, 2000). Si se considera que la mayor parte del territorio nacional posee una precipitación que fluctúa entre 0 mm y los 4000 mm anuales podemos considerar que la zona de estudio, en su totalidad, se encuentra en una zona con un nivel medio de precipitación.
Al analizar las intensidades de precipitación para un período de retorno de 5 años y 30 minutos de duración (Rodríguez, 1999), se obtuvo valores quefluctúan entre 25.27 y 26.35 mm/h por lo que se puede
FIGURA 3. Isoyetas anuales en la zona de estudio (adaptado de INAMHI, 2000)
concluir que toda la conducción se encuentra en una zona con la misma intensidad. Los valores de intensidad de precipitación pueden observarse en la figura 4.
Al no existir zonas con marcadas diferencias de precipitación e intensidad se concluye que toda la conducción se encuentra en una zona afectada por valores de precipitación con una capacidad media para desencadenar movimientos en masa.
Según el mapa de Zonificación Sísmica del Ecuador (INEN, 2002), la región sur del Ecuador es una zona estable con niveles de sismicidad baja, que en promedio presenta un evento por año con epicentros
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Aplicación de un SIG en la evaluación, identificación y cartografía de amenazas por
movimientos en masa en una zona montañosa en el sur del Ecuador
localizados predominantemente al SE de la provincia de Loja, con intensidades que oscilan alrededor de los 4.6° en la escala de Ritcher. De manera similar al caso de la precipitación, la zona de estudio es homogénea en térmi-nos de sismicidad.
Figura 4. Valores de intensidad para Tr = 5 años y d = 30 min. (INAMHI, 1999)
Los factores desencadenantes considerados, presentan un valor único para toda la conducción del Plan Maestro de Agua Potable de Loja, por lo que en el cálculo de las amenazas poseerían un valor constante en toda la zona de estudio.
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FERNANDO OÑATE-VALDIVIESO, PABLO TORRES
En la figura 5 se puede apreciar parte del mapa de amena-zas elaborado con la metodología descrita. La figura 5 abarca la conducción principal entre las abscisas 0+000.00 y 4+500.00.
La validación en campo del mapa de amenazas permitió identificar que los entre las abscisas 0+000.00 y 10+000.00 de la conducción se presenta una amenaza alta a los movimientos en masa, debido al buzamiento de la foliación de las rocas metamórficas, la cual se encuen-tra dispuesta a favor de la pendiente, siendo muy propen-
sos a provocar deslizamientos en la pendiente que ocupan.
En otros lugares la conducción se encuentra apoyada sobre rocas meteorizadas, existiendo depósitos de material coluvial y la presencia de una gran cantidad de deslizamientos de magnitudes considerables. En este mismo tramo existen sectores muy puntuales que presentan una amenaza muy alta a los movimientos en masa debido a la presencia de depósitos coluviales y pendientes considerables.
Figura 5. Mapa de amenazas de la línea de conducción del plan maestro de AguaPotable de Loja abscisas 0+000.00 a 4 + 500.00
Entre las abscisas 10+000.00 y 11+000.00 no se evaluó la amenaza a deslizamientos ya que la conducción se realiza a través de un túnel que atraviesa la cordillera oriental de los Andes.
Finalmente entre las abscisas 11+000.00 y 16+900.24 la amenaza es muy alta, debido a intensa meteorización de la roca intrusiva presente en el sector,
la misma que es muy fácilmente erosionable, lo que ha incrementado la inestabilidad y se han producido gran cantidad de deslizamientos.
En todos los casos, la evaluación realizada en campo coincidió con los resultados de la aplicación de la metodología planteada.
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4. CONCLUSIONES
La metodología propuesta se considera eficaz para la evaluación de las amenazas a los deslizamientos, aunque su aplicación requiere de información geológica, de ocupación y climática, y si bien esto puede llegar a ser un limitante, la exactitud de los resultados fue muy satisfac-toria.
La subjetividad implícita en otros métodos de evaluación se reduce al asignar el factor de ponderación
5. BIBLIOGRAFÍA
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INAMHI (2000). “Anuarios meteorológicos”. Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología INAMHI, Quito Ecuador.
en función del área ocupada por el deslizamiento y su relación a cada uno de los factores condicionantes anali-zados.
La conducción del Plan Maestro de Agua Potable de Loja está sujeto amenazas a los movimientos en masa de nivel alto y muy alto. La importancia del mismo para el desarrollo del país obliga a que los entes competentes tomen las medidas pertinentes para asegu-rar la vida útil del proyecto.
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