La geodinámica externa. E-Book

Sergio Mora Castro

• Herausgeber: Hipertexto
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2022

Seitenzahl: 444

Beschreibung

La mayoría de los países de América Latina, el Caribe y otras regiones del mundo como África, Asia y Oceanía, cuando poseen una con‐ figuración montañosa por lo general se encuentran bajo la influencia de la geodinámica externa. Su gestación y materialización se de‐ sarrolla directamente asociada con los procesos derivados de la sismicidad, tectónica, volcanismo, hidrometeorología y clima. De ahí, se derivan sus propios procesos: meteorización, erosión intensa de suelos, movimientos gravitatorios de masas de terrenos, aludes y se‐ dimentación torrencial. Al intensificarse pueden derivar en situaciones amenazantes. Debido a esto y en su conjunto, la geodinámica ex‐ terna, al combinarse con la vulnerabilidad humana, ha representado una de las causas más importantes del riesgo y de los daños y pérdidas económicas, humanas y ambientales. El calentamiento global antropogénico se presenta, en la actualidad, como un multipli‐ cador potencial de la problemática del riesgo. Por ello, se aprecia que el hecho de tomar en cuenta el origen, procesos y consecuencias de la geodinámica externa, contribuye sustan‐ cialmente con la orientación, apoyo y fundamento morfodinámico, geológico y geotécnico, al proceso de toma de decisiones políticas, ambientales, sociales, económicas, del reordenamiento territorial y la gestión del riesgo. A partir de la segunda mitad del siglo XX comenzaron a analizarse, con mayor detalle y rigurosidad, las causas y consecuencias, cada vez mayores de la vulnerabilidad creciente y ocasionada por el desorden territorial, la expansión galopante de las áreas urbanas, de la infraestructura vial y de las actividades productivas de bienes y servicios en las áreas expuestas a estos tipos de amenazas. Para contra‐ rrestar esta tendencia, el conocimiento de la geodinámica externa ha debido ampliarse y adaptarse constantemente, pues la necesidad de ocupar territorios, cada vez más extensos, parece irreversible. Es imperativo encontrar soluciones viables para la reducción de la vul‐ nerabilidad y amortiguar el incremento incesante de los efectos, impactos, daños y pérdidas.

Leseprobe

Mora Castro, Sergio

La Geodinámica externa : aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos y del riesgo / Sergio Mora Castro ; editado por Norberto Jorge Bejerman ; Marcela Alejandra Pérez ; María Paula Bunicontro. - la ed. - Córdoba : ASAGAI, 2022.

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ISBN 978-987-21766-8-6

1. Geología. 2. Ingeniería Geológica. 3. Análisis de Riesgo. I. Bejerman, Norberto Jorge, ed. II. Pérez, Marcela Alejandra, ed. III. Bunicontro, María Paula, ed. IV. Título.

CDD 551.01

© Mora Castro, Sergio. 2022. La geodinámica externa: Aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos y del riesgo. Editorial Asociación Argentina de Geología Aplicada a la Ingeniería ASAGAI. Buenos Aires, Argentina.

No está permitida la reproducción total o parcial de esta obra ni su tratamiento o transmisión por cualquier medio o método, sin autorización escrita de la Editorial.

ISBN en línea 978-987-21766-8-6

Queda hecho el depósito que establece la ley 11.723

TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS

Editorial: Asociación Argentina de Geología Aplicada a la Ingeniería (ASAGAI)

Contacto web de la editorial y venta online del libro:https://asagai.org.ar/

Editores:

MSc Geólogo Norberto Jorge Bejerman

Dra. Marcela Alejandra Pérez

Dra. María Paula Bunicontro

Correo de contacto: [email protected]

Diseño editorial: Paula Alejandra Paredes

Diseño epub:Hipertexto – Netizen Digital Solutions

El autor, DR. SERGIO MORA CASTRO:

Licenciado de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica. Doctor en Ingeniería Geológica, Escuela Nacional Superior de Ingeniería, Instituto Nacional Politécnico de Nancy, Francia. Durante más de 45 años ha trabajado como especialista en ingeniería geológica, gestión del riesgo, gestión del ambiente y los recursos naturales, en calidad de empleado y consultor, en proyectos con la empresa privada, instituciones públicas nacionales, multilaterales y académicas en Costa Rica, América del Norte y Sur, Caribe, África, Medio Oriente y Oceanía.

Correos electrónicos de contacto del autor:[email protected]; [email protected]

Fotografías de Portada:

Fondo: Barrio de Jalousie, Péttion-ville, Portau-Prince, Haití; mayo de 2010.

Frente:

Torres del Payne, Chile; diciembre de 2016. Cedida por MSc. Daniel Mora Castro.

Deslizamiento y flujo torrencial, Llano La Piedra, Tarrazú, Costa Rica; octubre de 1996.

Árbol de Piedra, Nor-Lípez, Uyuni, Bolivia; junio de 2006

Carretera nacional 27, Costa Rica; setiembre de 2020.

Agradecimientos y reconocimientos:

El autor desea dejar constancia de su agradecimiento especial a Rosalba Barrios Díaz, Daniel Salcedo, Paula Paredes, Daniel Mora Castro, Zaidett Barrientos, Félix Manuel Barrios, Guillermo Alvarado, Omar Darío Cardona, Javier Saborío Bejarano y a quienes participaron como evaluadores, por sus aportes, sugerencias y contribuciones a esta obra. Gracias a ellos, la calidad fue mejorada sustancialmente.

Advertencias:

El contenido, los materiales gráficos y fotografías son de la autoría y propiedad del autor, salvo cuando ha sido señalada una fuente diferente. Asimismo, las opiniones y comentarios vertidos son de su responsabilidad exclusiva y no representan las posiciones, criterios ni opiniones de ninguno de sus empleadores actuales ni anteriores, ni de ASAGAI.

Camila y Elena, ¡bienvenidas!

ÍNDICE

PRESENTACIÓN

PRÓLOGO

RESUMEN

IANÁLISIS DE LOS PROCESOS DE LA GEODINÁMICA EXTERNA

1.1Los factores preponderantes de la geodinámica externa

1.2Litología

1.3Relieve

1.4Erosión diferencial

1.5Laderas, taludes, cortes, rellenos

1.6Humedad prevalente del terreno

1.7Influencia de la actividad antropogénica

1.8Influencia de la sismicidad

1.9Influencia de la pluviosidad en el terreno

IILA METEORIZACIÓN

2.1Características generales

2.2Alteración hidrotermal (neumatoltica)

2.3La meteorización en las rocas

2.3.1Horizonte IA

2.3.2Horizonte IB

2.3.3Horizonte IC

2.3.4Zona de transición, Horizonte IIA

2.3.5Roca parcialmente meteorizada, Horizonte IIB

2.3.6Roca no meteorizada, Horizonte III

2.3.7Roca original

2.3.8Paleosuelos sepultados y paleosuelos “quemados”

IIILA EROSIÓN

3.1Aspectos generales

3.2Erosión eólica

3.2.1Movimiento y erosión eólica de las partículas

3.2.2Erodabilidad eólica del terreno

3.2.3Tormentas de polvo y arena

3.3Erosión mecánica

3.3.1Actividad biológica

3.3.2Hidroclastia

3.3.3Haloclastia

3.3.4Termoclastia

3.4Erosión glaciar

3.5Erosión causada por el impacto de las gotas de lluvia

3.6Erosión causada por la escorrentía superficial

3.6.1Erosión laminar

3.6.2Erosión concentrada

3.6.2.1Erosión por micro-canales

3.6.2.2Erosión por cárcavas o zanjas

3.6.2.3Erosión en cañadas.

3.6.2.4Tierras malas

3.6.2.5Erosión y socavación en márgenes fluviales

3.6.2.6Erosión y socavación en costas y acantilados litorales.

3.7Erosión interna en los suelos

3.7.1Flujo del agua en el subsuelo

3.7.1.1Hidráulica subterránea

3.7.1.2Gradiente hidráulico

3.7.1.3Ley de Darcy

3.7.1.4Red de flujo

3.7.1.5Presiones hidrodinámicas

3.7.2Erosión interna y regresiva en los suelos granulares

3.7.2.1Flujo hidrodinámico

3.7.2.2Tubificación y sifonamiento (sufusión).

3.7.2.3Licuefacción confinada

IVANÁLISIS MORFODINÁMICO DE LA INESTABILIDAD DE LAS LADERAS

4.1La inestabilidad de laderas

4.1.1Aspectos generales

4.1.2Los materiales

4.1.3Detritos, lodo, tierra, hielo, nieve, e influencia del agua

4.2Macrozonificación, clasificación y representación espacial de la inestabilidad de laderas

4.2.1Bases conceptuales

4.2.2Indicadores morfodinámicos y su combinación

VCLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE LA INESTABILIDAD DE LADERAS

5.1Movimientos en masas del terreno

5.1.1Aspectos generales

5.1.2Aspectos Dinámicos

5.2Procesos, tipos de ruptura y desplazamiento

5.2.1C. Caída libre, rebotes, fragmentación, rodamiento y propagación

5.2.1.1CR-1. Caída libre, rebotes, fragmentación y rodamiento de bloques de rocas

5.2.1.2CM-2. Caída de masas con mezclas de bloques rocosos, gravas y en ocasiones, con suelos, hielo y nieve.

5.2.1.3CS-3. Caída de masas con mezclas variables de suelos, biomasa y en ocasiones, hielo y nieve.

5.2.2Inclinación-basculación, volcamiento y caída, rebotes, fragmentación y propagación

5.2.2.1IR-1. Inclinación-basculación, volcamiento, caída y fragmentación de columnas y/o bloques de roca.

5.2.2.2IR-2. Inclinación-basculación, con flexura, caída, rebotes y fragmentación de columnas y/o prismas de rocas

5.2.2.3IRMS-3. Inclinación-basculación de masas con mezclas de rocas, suelos, biomasa, hielo y nieve.

5.2.3Deslizamiento por traslación, y/o rotación sobre superficies planas, prismáticas o curvas, cóncavas hacia arriba

5.2.3.1TR-1. Deslizamiento rotacional de masas de rocas

5.2.3.2TR-2. Deslizamiento y traslación de masas y bloques rocosos sobre superficies planas

5.2.3.3TR-3. Deslizamiento traslacional de masas rocosas con formas prismáticas, cuneiformes

5.2.3.4TR-4. Deslizamiento traslacional compuesto sobre superficies irregulares de masas rocosas

5.2.3.5TM-5. Deslizamiento rotacional de masas de bloques rocosos, suelos, biomasa, hielo y nieve

5.2.3.6TM-6. Deslizamientos traslacionales sobre superficies de ruptura planares y/o cóncavas, en terrenos con masas rocosas, paleosuelos intercalados y suelos superficiales.

5.2.3.7TM-7. Deslizamientos sobre superficies planas y compuestas, en masas con mezclas de bloques rocosos, suelos, hielo, nieve y biomasa.

5.2.3.8TMS-8. Deslizamiento traslacional, planar, con mezclas de suelos residuales y coluviales, regolitos, biomasa, hielo y nieve

i. Características morfodinámicas

ii. Influencia del agua subterránea en la inestabilidad de las laderas con suelos residuales

5.2.3.9TS-9. Deslizamiento rotacional de suelos predominantemente finos (arenas, arcillas y limos) y biomasa

5.2.3.10TS-10. Deslizamiento traslacional, sobre superficies planas, en suelos predominantemente finos.

5.2.3.11TS-11. Reptación de suelos

5.2.3.12TS-12. Solifluxión de suelos

5.2.4L Separación y desplazamiento lateral

5.2.4.1LR-1. Separación y desplazamiento lateral de bloques de roca

5.2.4.2LH-2. Deslizamiento y separación lateral de masas de hielo (glaciares)

5.2.4.3LMS-3. Separación y desplazamiento lateral de masas de suelos arenosos, con mezclas menores de gravas, limos y biomasa; frecuentemente activados por licuefacción sísmica.

5.2.4.4LS-4. Separación, deslizamiento, desplazamiento lateral y flujo de arcillas sensibles

5.2.5F-Flujo

5.2.5.1FR-1. Alud de rocas, con proporciones menores de agua, suelos y biomasa

5.2.5.2FM-2. Flujo de bloques rocosos con mezclas menores de humedad, suelo, biomasa y ocasionalmente con nieve

5.2.5.3FM-3. Alud torrencial, mezclas variables de bloques rocosos, suelos, proporciones elevadas de agua y cantidades menores de biomasa, hielo y nieve.

i. Características y contexto geodinámico de los aludes torenciales

ii. El caso de los aludes torrenciales en el estado Vargas, Venezuela, diciembre de 1999

5.2.5.4FM-4. Lahar. Alud torrencial en edificios volcánicos; mezcla de bloques rocosos y piroclastos con proporciones variables de agua, biomasa, hielo y nieve

i. Generalidades

ii. Los lahares del río Reventado, Costa Rica

iii. El Nevado del Ruiz y Armero, Colombia

5.2.5.5FM-5. Flujo hiperconcentrado y licuado, con bloques rocosos, gravas, arenas y suelos finos

5.2.5.6FMH-6. Aludes de hielo, con proporciones variables de nieve, fragmentos de rocas y suelos

5.2.5.7FMH-7. Avalancha de nieve, con alguna proporción de hielo

5.2.5.8FS-8. Flujo “en seco” de gravas, arenas y limo

5.2.5.9FS-9. Flujo de limos y arcillas plásticas.

5.2.5.10FS-10. Deslizamiento y flujo de arena, limo y proporciones menores de bloques rocosos y biomasa

5.2.5.11FS-11. Flujo de turbas

5.2.6K-Desplazamientos complejos de masas

5.2.6.1KR-1. Deslizamiento complejo-compuesto de masas con mezclas de rocas, suelos y biomasa

i. Aspectos generales

ii. Deslizamiento de Puriscal, Costa Rica

iii. Deslizamiento de Tapezco, Costa Rica

iv. Deslizamiento de Banderilla-San Blas, Costa Rica

v. Deslizamientos en La Paz, Bolivia

vi. Deslizamiento de Las Cazuelas, río Chiquito, Costa Rica

5.2.6.2KR-2. Colapso, subsidencia y hundimiento de masas rocosas con algún grado de solubilidad (e.g. karst)

5.2.6.3KR-3. Inestabilidad y socavación en casacadas y acantilados.

5.2.6.4KMS-4. Deformación, fluencia, abultamiento, subsidencia y hundimiento en terrenos extensos compuestos por rocas fisuradas, alteradas, depósitos coluviales de piedemonte y aluviones de fondo-valle

5.2.6.5KS-5. Colapso, asentamiento, sifón y tubificación de suelos granulares arenosos, loess, cenizas volcánicas y diatomitas.

5.2.7R. Represamiento de cauces fluviales

5.2.7.1R-1. Represamiento temporal de cauces fluviales por mezclas de materiales rocosos, suelos y biomasa.

i. Deslizamiento y represamiento, río Toro, Costa Rica

5.2.8A Depósitos antropogénicos

5.2.8.1AM-1. Deslizamiento y traslación de depósitos y apilamientos antropogénicos, con mezclas de fragmentos rocosos, suelos, escombros, basura y biomasa.

5.2.9D-Depósitos sedimentarios derivados de la inestabilidad de laderas

5.2.9.1DR-1. Conoides de deyección, predominantemente rocosos, con proporciones menores de suelos y biomasa.

5.2.9.2DM-2. Abanicos coluvio-aluviales de piedemonte

5.2.9.3DM-3. Depósitos coluviales en laderas, con mezclas variables de bloques rocosos, suelos y biomasa.

5.2.9.4DM-4. Mantos coluvio-aluviales coalescentes, extensos (glacís), con mezclas variables de bloques de rocas, suelos y biomasa

5.2.9.5DS-5. Depósitos fluvio-marinos, costeros y litorales, granulares y finos, y biomasa.

5.2.9.6DS-6. Depósitos eólicos, predominantemente finos y secos.

5.2.9.7DS-7. Depósitos glaciares y periglaciares, con mezclas variables de bloques rocosos, suelos, hielo y nieve.

VIAMENAZA DE LA INESTABILIDAD DE LADERAS, VULNERABILIDAD, RIESGO Y CALENTAMIENTO GLOBAL ANTROPOGÉNICO

6.1Antecedentes

6.2Análisis geotécnico para enfrentar los efectos potenciales del CGA

6.2.1Ingeniería geológica, GdR y CGA

6.2.2Riesgo

6.2.3Riesgo derivado de las amenazas naturales y antropogénicas.

6.2.4Calentamiento global antropogénico y amenaza de la inestabilidad de laderas.

6.3Evaluaciones y escenarios

6.3.1Análisis territorial de los factores y variables que influyen en la inestabilidad de laderas.

6.3.2Evaluación de la influencia del CGA sobre la inestabilidad de laderas

6.3.3Construcción de escenarios para evaluar la inestabilidad de laderas influenciada por CGA

6.3.4Cambios en la presión intersticial crítica derivada del CGA

6.3.5Evolución del factor de seguridad (FS) por influencia del aumento de la humedad del terreno, inducido por el CGA

6.4El desafío de la evaluación de la inestabilidad de laderas en áreas con datos insuficientes

6.5Macrozonificación de la amenaza de la inestabilidad de laderas bajo la influencia del CGA

6.5.1Distribución espaciotemporal de la amenaza de la inestabilidad de laderas

6.5.2Evolución de la amenaza de la inestabilidad de laderas influenciada por el CGA

6.5.3Incorporación de la "adaptación" al CGA en la gestión del riesgo para enfrentar la inestabilidad de laderas

6.6Alerta, alarma, advertencia y respuesta para enfrentar emergencias causadas por inestabilidad de laderas

6.6.1Aspectos generales

6.6.2Participación de la comunidad

6.7Perspectivas de la gestión del riesgo derivado de la amenaza de la inestabilidad de laderas

ANEXO

A.Macrozonificación heurística de la amenaza de la inestabilidad de laderas

A.1Factor de influencia de las pendientes (Sp)

A.2Factor de influencia del relieve relativo (Sr)

A.3Factor litológico (SL)

A.4Factor de susceptibilidad derivado de la humedad prevalente en el terreno

A.5Susceptibilidad intrínseca del terreno (i. e. combinación de Sp, Sh y Sl)

A.6Influencia del disparo (detonador) sísmico (Ds) sobre la inestabilidad de laderas

A.7Factor de disparo derivado de la intensidad de las lluvias (Dp)

A.8La amenaza de la inestabilidad de laderas (Ail)

i. Amenaza de la inestabilidad de laderas asociada con los sismos intensos (As)

ii. Amenaza de la inestabilidad de laderas asociada con las lluvias intensas (Ap)

iii. Amenaza “total” de la inestabilidad de laderas (Ail)

A.9Análisis del grado de exposición a la amenaza de la inestabilidad de laderas

BIBLIOGRAFÍA

NOTAS AL PIE

PATROCINIOS

PRESENTACIÓN

Para la Editorial de la Asociación Argentina de Geología Aplicada a la Ingeniería es una gran satisfacción presentar el libro “LA GEODINÁMICA EXTERNA, Aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos y del riesgo”, ya que constituye la primera obra de este tipo que publica esta editorial, tanto en formato digital como impreso.

Deseamos agradecer al Dr. Sergio Mora Castro por haber considerado a esta Editorial para ser la que tenga a cargo el proceso que deriva en la publicación de su libro.

Es precisamente el autor de la obra quien a lo largo de seis capítulos nos propone un recorrido por la geodinámica externa, por medio de un cuidadoso hilo conductor, abordando su vínculo con aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos, del riesgo relacionado a la inestabilidad de laderas. El texto presenta múltiples ejemplos y se encuentra ampliamente ilustrado con fotografías que denotan la dilatada trayectoria profesional del autor, cuya experiencia se expone, además, en el contenido cada sección.

El autor comienza describiendo los diversos componentes que son susceptibles de ser modificados por la geodinámica externa para luego, en los dos capítulos posteriores, hacer referencia a los procesos modificadores de dichos componentes. Tras ello, aborda la problemática de la inestabilidad de laderas para referirse al análisis morfodinámico y a la clasificación de los procesos que se vinculan con la misma.

A continuación, la obra trata un tema que, actualmente, es motivo de debate e interesante análisis, la amenaza de la inestabilidad de laderas, la vulnerabilidad, el riesgo y su relación con el calentamiento global antropogénico desde una perspectiva amplia.

Finalmente, mediante un anexo, aborda la amenaza de inestabilidad de laderas por medio del análisis detallado de diversos factores y aspectos vinculados con la misma.

Consideramos que este libro constituye un interesante y muy útil aporte al conocimiento respecto de los temas que incluye. Sabemos del esfuerzo, tiempo y dedicación que ha llevado lanzar esta edición, y ha sido el trabajo perseverante en conjunto, entre el autor, los revisores y el equipo editorial desde el comienzo de este proyecto, lo que nos permite presentar en esta oportunidad este libro con gran expectativa. Esperamos que el público pueda disfrutar y aprender de su contenido, deseando que en el futuro pueda esta Editorial ser una alternativa para todos aquellos que consideren la publicación de sus textos vinculados con temas de geología aplicada a la ingeniería y al ambiente.

MSc Geólogo Norberto Jorge BejermanDra. Marcela Alejandra PérezDra. María Paula Bunicontro

Editorial ASAGAI

PRÓLOGO

Realmente me siento muy honrado, y representa una especial distinción, escribir este prólogo para el presente libro. Tuve el placer de conocer al Dr. Sergio Mora Castro hace más de 35 años; luego de extensas conversaciones e intercambio de criterios técnicos, además de iniciar una especial amistad, pude apreciar su vasto conocimiento y dominio de las diversas disciplinas asociadas a nuestra fascinante especialidad. Desde entonces he leído, escuchado y estudiado con detenimiento sus múltiples publicaciones, artículos de prensa y entrevistas, las cuales evidencian una formación integral difícil de alcanzar en una disciplina tan compleja, que requiere conjugar entre otros, sólidos conocimientos de geología, hidrogeología, mecánica de suelos y rocas, hidrometeorología, ingeniería ambiental, y gestión del riesgo.

De igual manera tuve el privilegio de participar, con el Dr. Mora Castro, como instructor en varios cursos de gestión del riesgo en varios países de Latinoamérica. En dichos cursos pude apreciar su dedicación y entusiasmo por el tema, su énfasis en la necesidad de conocer los procesos y amenazas asociadas con la geodinámica externa y sus factores asociados. Su especial preocupación ha sido de aportar soluciones y medidas urgentes para la disminución de la creciente vulnerabilidad, cuya implantación contribuya a mitigar las pérdidas socioeconómicas, humanas y ambientales que tales procesos geodinámicos generan, principalmente debido al desorden territorial imperante en nuestra región y que, además ignora los temas y tópicos que el Dr. Mora Castro describe, evalúa y analiza ampliamente en este libro.

Esta nueva publicación del Dr. Sergio Mora Castro, concebida principalmente a partir de su larga experiencia en los países de América Latina y el Caribe, extensible a casi cualquier país del mundo que posea cadenas montañosas, contiene seis capítulos y un anexo. En los Capítulos I al III analiza los procesos de la geodinámica externa y describe, en forma muy detallada, la meteorización y erosión, cuyo entendimiento es de extrema importancia para comprender el desarrollo y mecanismo de inestabilidad que se originan en diferentes ambientes geológicos y condiciones climáticas distintas. Los Capítulos IV y V se circunscriben a la inestabilidad de laderas y, adicionalmente, a su análisis morfodinámico. Apoyándose en una revisión del estado del conocimiento, presenta una clasificación de los movimientos en masa según sus tipos de ruptura y desplazamiento, incorporando experiencias personales que facilitan su entendimiento y comprensión. En el Capítulo VI presenta una visión pormenorizada de la amenaza de la inestabilidad de laderas y su interrelación con los conceptos de vulnerabilidad y riesgo, en el contexto de lo que, en forma generalizada, muchas publicaciones denominan el “cambio climático”. Este último Capítulo puede catalogarse como novedoso y de especial interés, debido a que en el mismo se discute un tema de actualidad en el cual, lamentablemente, existen conflictos de criterios y mucha desinformación. Para ello, el autor aclara detalladamente las diferencias en terminología asociadas al tema y expone los posibles efectos del calentamiento global antropogénico en los mencionados procesos de inestabilidad. Por último, como un planteamiento inicial para estimar en el futuro la vulnerabilidad de los elementos expuestos y el riesgo derivado de la inestabilidad de laderas, en el Anexo se describen los factores asociados a la macrozonificación heurística de la referida amenaza, basándose en la conocida metodología de Mora y Vahrson (1994, 1999).

Considerando la visión integral del autor en las diferentes disciplinas, la rigurosidad en el uso de la terminología, la claridad y sencillez en la exposición de los conceptos, las excelentes ilustraciones y gráficos que facilitan la compresión de tan complejos procesos, y la incorporación de experiencias personales fundamentadas en casos de estudio, no cabe duda que el presente libro representa una extraordinaria contribución al conocimiento de los procesos de la geodinámica externa y de los aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos y del riesgo. En tal sentido, se puede predecir que el presente libro se convertirá, seguramente, en un material de apoyo recomendable para estudiantes de posgrado universitario, y una referencia esencial de consulta en el ejercicio de nuestra profesión.

Para mí, ha sido un placer y un honor la realización de un prólogo para presentar esta valiosa publicación..

Daniel Salcedo Rodríguez

Ingeniero Geólogo, MSc. en Ingeniería CivilIngeniero Consultor y Profesor de pregrado y postgrado en Geología Aplicada e Ingeniería de Rocas

Siglas, abreviaturas y acrónimos principales

Ad hoc:Adecuado, apropiado, dispuesto especialmente para un fin

AIL:Amenaza de la inestabilidad de laderas

ACC:Adaptación al cambio climático

ACGA:Adaptación al calentamiento global antropogénico

ASTER:Modelo numérico del terreno creado a partir de pares estereoscópicos y distribuido por la NASA y el Ministerio de Economía e Industria de Japón en 2009, de 30 m de resolución

CC:Cambio climático

CGA:Calentamiento global antropogénico

ca.:Circa; alrededor de…

CH:Arcilla de elevada compresibilidad (plasticidad), según la clasificación SUCS)

GdR:Gestión del riesgo

GOES:Geostationary Operational Environmental Satellite (Satélite geoestacionario ambiental operativo)

e.g.:exempli gratia (por ejemplo)

ENOS:El Niño Oscilación del Sur

ETP:Evapotranspiración potencial

EUPS:Ecuación universal de pérdida de suelos

IDF:Intensidad, duración y frecuencia. Referidas a las lluvias y caudales de los ríos.

IDFV:Intensidad, duración, frecuencia y volumen. Referidos a las lluvias y caudales de los ríos

i. e.:id est (es decir)

IMM:Intensidad en la escala de Mercalli-Modificada

IPCC:Intergovernmental Panel for Climate Change (Panel intergubernamental para el cambio climático)

Ma:Millones de años

MH:Limo de elevada compresibilidad (plasticidad), según la clasificación SUCS)

Nx:Diámetro de 54 mm del núcleo recuperado en una perforación

Onda S:Onda “secundaria”, “cortante” o de “cizallamiento”, en un tren de ondas sísmicas

ONU:Organización de las Naciones Unidas

PGA:Peak Ground Acceleration (Aceleración pico del terreno durante un sismo)

Q:Rock Quality Index (Índice de calidad de la roca)

RMR:Rock Mass Rating (Índice de calificación del macizo rocoso)

RQD:Rock Quality Designation (Calificación de la calidad de las rocas)

SIOVAR:Sistema de observación, vigilancia, alerta, alarma, advertencia y respuesta

SUCS:Sistema unificado de clasificación de suelos

UNESCO:United Nations, Science, and Culture Organization (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura)

VC:Variabilidad climática

LA GEODINÁMICA EXTERNA

Aspectos geomecánicos, hidrogeológicos, climáticos y del riesgo

Sergio Mora Castro

RESUMEN

La mayoría de los países de América Latina, el Caribe y otras regiones del mundo como África, Asia y Oceanía, cuando poseen una configuración montañosa por lo general se encuentran bajo la influencia de la geodinámica externa. Su gestación y materialización se desarrolla directamente asociada con los procesos derivados de la sismicidad, tectónica, volcanismo, hidrometeorología y clima. De ahí, se derivan sus propios procesos: meteorización, erosión intensa de suelos, movimientos gravitatorios de masas de terrenos, aludes y sedimentación torrencial. Al intensificarse pueden derivar en situaciones amenazantes. Debido a esto y en su conjunto, la geodinámica externa, al combinarse con la vulnerabilidad humana, ha representado una de las causas más importantes del riesgo y de los daños y pérdidas económicas, humanas y ambientales. El calentamiento global antropogénico se presenta, en la actualidad, como un multiplicador potencial de la problemática del riesgo.

Por ello, se aprecia que el hecho de tomar en cuenta el origen, procesos y consecuencias de la geodinámica externa, contribuye sustancialmente con la orientación, apoyo y fundamento morfodinámico, geológico y geotécnico, al proceso de toma de decisiones políticas, ambientales, sociales, económicas, del reordenamiento territorial y la gestión del riesgo.

A partir de la segunda mitad del siglo XX comenzaron a analizarse, con mayor detalle y rigurosidad, las causas y consecuencias, cada vez mayores de la vulnerabilidad creciente y ocasionada por el desorden territorial, la expansión galopante de las áreas urbanas, de la infraestructura vial y de las actividades productivas de bienes y servicios en las áreas expuestas a estos tipos de amenazas. Para contrarrestar esta tendencia, el conocimiento de la geodinámica externa ha debido ampliarse y adaptarse constantemente, pues la necesidad de ocupar territorios, cada vez más extensos, parece irreversible. Es imperativo encontrar soluciones viables para la reducción de la vulnerabilidad y amortiguar el incremento incesante de los efectos, impactos, daños y pérdidas.

La literatura técnica es muy extensa y dentro de ella, se pueden citar, entre muchos, a los autores pioneros y referenciales principales (los detalles y una lista más completa pueden encontrarse en la Bibliografía): Varnes (1978), International Geotechnical Society’s (1980, 1991, 1993a, 1993b, 1994, 1995), Hoek y Bray (1981), Schuster et al. (1986), Hutchison (1988), Cruden y Varnes (1996), Sassa et al. (1999 y 2018), Hungr et al. (2013) y otros. Una gran parte de los criterios y elementos descriptivos proviene de estas referencias.

Los procesos de degradación progresiva de la resistencia de los suelos y rocas a lo largo del tiempo, la erosión, ruptura y desagregación de las masas del terreno según los escenarios diversos de la geodinámica externa e inestabilidad de laderas, son complejos per se. Estos se complican todavía más a causa de los efectos inducidos por la interacción con los “disparadores” externos, como por ejemplo las lluvias y sismos intensos y por supuesto, la influencia de la actividad humana. Su análisis se ve limitado por la propia complejidad intrínseca, gran cantidad de variables que intervienen y porque en raras ocasiones se cuenta con datos e información suficientes y robustos para completar análisis geotécnicos precisos.

Es a veces temerario generar y aplicar clasificaciones, sobre todo porque los límites de sus rangos son casi siempre difusos y ambiguos. Pero bajo las condiciones actuales del estado del conocimiento, no queda más remedio que hacerlo como instrumento directo e intuitivo para comprender mejor sus aspectos y características. Debe recordarse que comúnmente se presentan límites, contextos particulares y variaciones sutiles que complican y diversifican las interpretaciones. Por ello, la caracterización correcta de la morfología y su dinámica es el primer paso fundamental para analizar la amenaza de la inestabilidad de laderas. Así se pueden orientar los modelos geoespaciales y geotécnicos, determinar y cuantificar la vulnerabilidad y, más allá el riesgo, es decir, la probabilidad de que se produzcan daños y pérdidas en determinado contexto espacial y temporal. Los criterios geotécnicos son pues las claves para orientar la gestión del riesgo, lo cual representa, al fin de cuentas, el objetivo final del proceso analítico. Se puede así orientar el marco legal que involucra el contexto de la zonificación de la amenaza con una mejor definición de la extensión espacial, predisposición natural del terreno, factores y mecanismos de disparo y recurrencia. Un procedimiento de este tipo, razonado y fundamentado en el mejor conocimiento geotécnico disponible, permite conducir hacia la generación de criterios robustos para orientar el uso adecuado de la tierra.

La comprensión de la influencia de los sismos y del agua —tanto de la lluvia como dentro del terreno— en la gestación de los escenarios, es igualmente imperativa. Otro de los puntos que se desarrolla en este texto se centra alrededor de la intención de actualizar las bases literarias para facilitar el avance del conocimiento de la distribución espaciotemporal de los mecanismos de ruptura, su nomenclatura, terminología y contexto en los países de América Latina y el Caribe, particularmente aquellos ubicados en las regiones tropicales, subtropicales y periglaciares.

Cabe destacar que la mayoría de los términos utilizados en este libro provienen de definiciones preexistentes, aunque dotadas de elementos propios y traducciones adaptadas, modificadas y actualizadas según el contexto y realidades locales. Se ha intentado utilizar, en la medida de lo posible, los términos originales más cercanos a su significado en el idioma español y se han evitado, también en la medida de lo posible, los anglicismos, galicismos, y las descripciones y denominaciones que el autor ha considerado incorrectas o desactualizadas. No obstante, es claro que esta es una propuesta que debe ser sometida al debate y a la búsqueda del consenso. Se trata de actualizar, comprender y gestar una clasificación racional, guiada por los avances en el conocimiento de su distribución espaciotemporal y de los mecanismos de ruptura, aparte de superar ciertos paradigmas que requieren de actualización.

La localización, área, atributos morfológicos y características generales de la geodinámica externa se expresan comúnmente en inventarios y mapas que involucran la sectorización del terreno en zonas definidas por su probabilidad espacial y temporal, intensidad y potencial destructivo, reflejados por su volumen, velocidad, profundidad, área, distancia a la zona de propagación y espesor de la masa. Deben, además y de manera objetiva, tomarse en cuenta y resolverse las fuentes de incertidumbre, sobre todo cuando están ligadas a la naturaleza discontinua, espacial y temporal de los procesos naturales y de la influencia antropogénica. Esta incertidumbre se incrementa por causa de la escasa confiabilidad y limitaciones de las fuentes históricas y prehistóricas de los datos. Aparte de todo ello se agregan las dificultades para identificar las causas y factores agravantes de cada evento y los errores de apreciación, juicio e interpretación. Sin embargo, gracias a los avances en el estado del conocimiento de la geotecnia es posible disponer de opciones fundamentadas en métodos de cálculo cada vez más complejos y precisos, como por ejemplo los de naturaleza heurística, determinística y probabilística. Estos métodos pueden ser aplicados e interpretados por medio de instrumentos geoespaciales que reducen, cada vez más eficientemente, la incertidumbre epistémica.

Esperamos que el libro contribuya a aclarar los conceptos y oriente a los estudiantes, profesores y profesionales, en la comprensión y práctica de esta fascinante rama de las ciencias de la tierra.

Palabras clave: Geodinámica externa, meteorización, erosión, inestabilidad de laderas, aludes torrenciales, sedimentación torrencial, deslizamientos, amenaza, vulnerabilidad, riesgo, geología, geomorfología, morfodinámica, geotecnia, regiones tropicales y subtropicales.

IANÁLISIS DE LOS PROCESOS DE LA GEODINÁMICA EXTERNA

1.1Los factores preponderantes de la geodinámica externa

Bajo los aspectos y preceptos con que serán analizados los conceptos, criterios y procedimientos para analizar los procesos de la geodinámica externa, deben tomarse en cuenta la complejidad y dificultades intrínsecas de las clasificaciones de los elementos naturales. Las clasificaciones deben ser interpretadas de acuerdo con su carácter empírico y determinístico. Siempre habrá zonas y límites difusos entre los rangos y por supuesto múltiples excepciones. Son muy numerosos y variados los factores que participan e influencian los procesos de la geodinámica externa y, particularmente dentro de ellos, los que se relacionan con la inestabilidad de las laderas. En este capítulo se presentarán, de manera sucinta, aquellos que se consideran más relevantes desde el punto de vista del análisis morfodinámico y geotécnico. En la bibliografía se ofrecen varias fuentes de información que pueden ser aprovechadas para profundizar en los temas que el lector considere más interesantes. En adelante, serán expuestos los factores fundamentales de la meteorización, erosión, desprendimiento gravitatorio y desplazamiento de las masas del terreno que conforman las laderas. Adicionalmente se ofrecerán, de manera resumida y simplificada algunos ejemplos ilustrativos y característicos. En su mayoría, las laderas están formadas por rocas, suelos residuales y transportados, coluvios, biomasa, hielo, nieve y sus mezclas. Se han identificado, al menos, once procesos geodinámicos principales que las afectan (Figura 1):

∙Erosión intensa, laminar o masiva, la cual incluye la socavación en la base de los acantilados.

∙Inclinación, caída libre, rebotes, fragmentación y propagación de bloques rocosos.

∙Extensión lateral y separación horizontal de bloques de suelos y rocas

∙Deslizamiento y desplazamiento, por traslación y/o rotación, sobre superficies planas, prismáticas, irregulares y curvas, usualmente cóncavas hacia arriba.

∙Flujo de detritos, con proporciones de agua y materiales sólidos de granulometría y composición variables; avalanchas, cuando predominan el hielo y la nieve.

∙Hundimiento y colapso, generalmente verticales o subverticales, del techo de cavidades subterráneas, los cuales producen depresiones (dolinas) y sumideros.

∙Represamiento de cauces fluviales, causados por la desestabilización de laderas y sus efectos consecuentes: embalsamiento, flujo de detritos, alud torrencial e inundación.

∙Inestabilidad de laderas naturales y cortes, taludes, apilamientos, terraplenes y rellenos, construidos o influenciados por la actividad humana.

∙Depositación torrencial, derivados de los materiales desprendidos mediante la inestabilidad de laderas y del transporte de sus materiales respectivos con contenido variable de agua.

∙Procesos complejos y compuestos, cuando se involucran o combinan dos o más de las formas anteriores.

Figura 1. Interrelación entre componentes y procesos de la geodinámica externa, sus factores pasivos, intrínsecos, activos, externos y disparadores. Elementos y variables más comunes en la materialización del desprendimiento y movilización de partículas y masas del terreno.

En la Figura 1 se ilustra la relación conceptual entre los procesos de la geodinámica externa, junto con sus factores pasivos, intrínsecos, activos, externos y disparadores. Estos son los elementos y variables más comunes que intervienen en la materialización del desprendimiento y movilización de las partículas y masas del terreno. Sin embargo y como se aprecia, no es fácil representar todos los elementos así como la complejidad de sus interrelaciones. Es evidente que debe aplicarse un nivel importante de simplificación para integrar todos los componentes en una sola representación gráfica bidimensional.

1.2Litología

El primero de los factores que condiciona la materialización de los procesos de la geodinámica externa, a partir de su estado natural y pasivo, es la constitución litológica del terreno. Hay litologías más susceptibles a la erosión que otras. Por ejemplo, las rocas son más resistentes a la erosión que los suelos. De la misma manera, las rocas, cuando están alteradas, fisuradas o meteorizadas, son más susceptibles a la inestabilidad de laderas que cuando están sanas. Lo mismo sucede con los suelos cuando se comparan en estados sueltos o compactos. Este es el principio de la denominada “erosión diferencial” y es la base fundamental para explicar el relieve y, en su conjunto, el paisaje. Los materiales más resistentes a la erosión desarrollarán su relieve con una topografía que sobresale sobre los menos resistentes a su alrededor. Adicionalmente, conviene recordar que la estructura interna de las rocas es la que rige, en mayor proporción, el comportamiento geomecánico y morfodinámico de las laderas, sobre todo sus discontinuidades: estratificación, foliación, diaclasas, fallas, alteración hidrotermal, etc. Las Figuras 2a y b muestran la variedad y diversidad de los procesos de la geodinámica externa sobre el paisaje, en este caso en el sector de Palca, en el Departamento de La Paz, al pie de la Cordillera Oriental y dentro del área periglaciar en la región andina de Bolivia. Aquí, las laderas se componen de un conjunto de estratos de lutitas, limotitas y cuarcitas, intercaladas con areniscas, conglomerados y margas del Terciario superior. Los materiales están cubiertos, parcialmente, por los propios productos de la meteorización, erosión fluvio-glaciar e inestabilidad de laderas: aluviones, coluvios, depósitos fluvio-lacustres y morrenas.

Figuras 2a y b. Procesos de la geodinámica externa que actúan sobre el paisaje, específicamente la erosión e inestabilidad de las laderas, característico del sector de Palca, Departamento de La Paz, al pie de la Cordillera Oriental y dentro del área periglaciar de la región andina de Bolivia. Fotografía tomada en noviembre de 2007.

1.3Relieve

El segundo factor es el relieve y define la geometría de las laderas. Para describirlo se utilizan la pendiente (i. e. gradiente topográfico, inclinación expresada en grados o porcentaje) y el relieve relativo (i. e. mayor desnivel por unidad de área, en m/km2 ó m/ha). El relieve también expresa el resultado, de largo plazo, de la relación cinemática del terreno con los agentes meteóricos, erosivos y dinámicos, lo cual ofrece, como producto, las tendencias predominantes de la morfodinámica sobre el paisaje. Ese resultado se materializa en la inclinación y características de la configuración superficial del terreno (Figura 3). Adecuadamente interpretado, el relieve permite detectar los aspectos morfológicos relevantes de la constitución del terreno, sus cambios y variantes espaciales.

Figura 3a. Resultado del proceso de erosión diferencial intensa en las laderas graníticas aledañas a la Ciudadela Machu-Picchu, Aguas Calientes, Perú; abril de 2014.

Figura 3b. Resultado del proceso de erosión diferencial en una ladera compuesta por el anticlinal formado por una secuencia areniscas y lutitas; las primeras son más resistentes, a la erosión, que las segundas. Potosí, Bolivia; abril de 2005.

Figura 3c. Erosión vertical y diferencial concentrada. Valle de la Luna, La Paz, Bolivia. Noviembre de 2007

Figura 3d. Erosión diferencial en una cañada del Parque Nacional del Bosque Petrificado, Sarmiento, provincia de Chubut, Patagonia, Argentina. Se aprecia la mayor susceptibilidad a la erosión de las areniscas y lutitas del Paleoceno, en comparación con los xilópalos de las coníferas petrificadas. Octubre de 2009.

Figuras 3e y f. Erosión diferencial en una toba pumítica. La capa inferior, un paleosuelo, se erosiona más rápidamente que la toba. Roca de los Piloncillos, Adjuntas, Estado Durango, México; junio de 2015.

Figuras 3g y h. Hipótesis acerca del proceso de erosión diferencial de la Roca de los Piloncitos, Adjuntas, Estado Durango, México.

g) Perfil estratigráfico, formado por vegetación y suelo húmico, subyacidos por dos capas de toba pumítica cruzadas por diaclasas sub-verticales de enfriamiento y contracción y un paleosuelo “quemado” entre ellas.

h) El estado actual de las rocas tobáceas, luego de la acción erosiva diferencial ejercida por el viento, agua y meteorización. Las fisuras debilitaron la toba y facilitaron su erosión. El horizonte basal de la capa tobácea superior, de menor resistencia mecánica que el resto del estrato, fue erosionado más fácil y rápidamente que el resto de la roca. Es sustrato consiste en una segunda capa de toba pumítica, sobreyacida por el paleosuelo formado por un suelo residual antiguo (actualmente casi desaparecido por la erosión pluvial) y quemado por las temperaturas elevadas (i. e. metamorfismo optálico) de la toba superficial. Esta circunstancia amplió todavía más el desgaste erosivo y produjo la apariencia actual del afloramiento.

1.4Erosión diferencial

Los paisajes pueden interpretarse como el resultado y expresión de la erosión diferencial, es decir, de la manera distintiva con la que los agentes externos modelan el paisaje y esto, en función de los grados distintos de resistencia de las litologías que forman el terreno. En la Figura 3a se aprecia el resultado de la erosión diferencial, materializada por la forma cómo se ha modelado el paisaje sobre las rocas graníticas del batolito de Vilcapampa (Pérmico superior, ca. 250 Ma; fotografía tomada en abril de 2014), en Perú, en los alrededores de la localidad de Machu Picchu (Carlotto et al. 2009). La Figura 3b ofrece la vista de una ladera compuesta por un anticlinal en una secuencia de areniscas y lutitas en Potosí, Bolivia; la fotografía fue tomada en abril de 2005. En la Figura 3c aparece el paisaje derivado de la erosión vertical y diferencial, concentrada y extrema (i. e. tierras malas), que se ha producido en los conglomerados, areniscas y limolitas plio-pleistocenas (ca. 1,5 a 3,5 millones de años) del Valle de la Luna, al sur de la ciudad de La Paz, Bolivia; la foto fue tomada en noviembre de 2007.

La fotografía de la Figura 3d muestra un ejemplo localizado de los efectos de la erosión diferencial en una cañada del Parque Nacional del Bosque Petrificado Sarmiento, en la Provincia de Chubut, Patagonia, Argentina. Se aprecia la mayor susceptibilidad a la erosión de las areniscas y lutitas, en comparación con los xilópalos de las coníferas petrificadas del Paleoceno (ca. 60 millones de años); la fotografía fue tomada en octubre de 2009.

Por su parte, las Figuras 3e y f ilustran un caso de erosión diferencial en una toba pumítica del Mioceno inferior (ca. 20 millones de años), en la Roca de los Piloncillos de la localidad de Adjuntas, Estado Durango, México, según se apreciaba en junio de 2015. El resultado del proceso geodinámico ofrece una idea de la resistencia de cada una de las capas de las tobas: la superior posee mayor resistencia a la erosión, con respecto a su horizonte basal y las capas del paleosuelo subyacente. La capa inferior, un paleosuelo, se erosionó más rápidamente que la toba. Las Figuras 3g y h ilustran una hipótesis esquemática que describe el proceso de avance de la erosión diferencial y de la meteorización en esas rocas de los Piloncitos. En la Figura 3g se muestra el perfil estratigráfico original, conformado por una capa superficial de vegetación y su suelo húmico, subyacidos por una capa somera de toba pumítica, cruzada por diaclasas subverticales, de enfriamiento y contracción, las cuales debilitaron estos sectores de la capa. En la Figura 3h aparece un esquema con el estado actual de las rocas tobáceas, luego de la acción erosiva del agua y de la meteorización. Las fisuras debilitaron la toba y facilitaron el proceso erosivo, en comparación con el resto de la roca, menos alterada y por lo tanto, más resistente. Igualmente, un horizonte basal del flujo tobáceo, con menor resistencia mecánica que el resto del estrato, fue erosionado más rápida y fácilmente, al igual que el paleosuelo –que sobreyace a una segunda capa de toba pumítica no visible, formado por los restos de un horizonte de suelo residual y humus–, quemado por las temperaturas elevadas (i. e. metamorfismo optálico) de la capa superficial de la toba. Este paleosuelo es aún más blando que la toba, lo que permitió ampliar más el desgaste erosivo y produjo la apariencia geométrica actual del afloramiento.

1.5Laderas, taludes, cortes, rellenos

Para cuando corresponda describir las formas que adquiere el relieve, particularmente sus flancos y pendientes, la Figura 4 ofrece cuatro de las denominaciones más comunes y elementales utilizadas. Tómese en cuenta que esta es solamente una propuesta de clasificación básica, sin menoscabo de los usos y costumbres implantados en algunas regiones y países. Aparte de ello y como siempre sucede, puede haber casos intermedios y con límites difusos que requieren algún sustantivo o adjetivo especial o diferente.

Figuras 4. Ejemplos de las denominaciones comunes utilizadas en este texto. a) Laderas: naturales, sin intervención humana mecánica, aunque pudiesen estar deforestadas o utilizadas para fines agropecuarios, pero sin movimientos de tierra. En la fotografía aparece una ladera natural en el Parque Nacional Volcán Rincón de la Vieja, Guanacaste, Costa Rica; marzo de 2012. b) Cortes, cuando han sido intervenidas mecánicamente por medio de movimientos de tierra; se les pueden agregar bermas y terrazas. En este caso, es un corte en “cajón” en tobas pumíticas, autopista Durango-Mazatlán, México; junio de 2015. c) Rellenos: producto de la acumulación o apilamiento, diseñado y construido técnicamente o no, de materiales sueltos (represas, diques, rellenos sanitarios, botaderos). En la fotografía se aprecia el talud del relleno sanitario de Río Azul, Curridabat, Costa Rica; febrero de 2018. d) Laderas reforzadas: cuando han sido intervenidas artificialmente para mejorar su estabilidad estática y dinámica por medio de muros, tirantes, anclajes, drenajes. Este es un corte reforzado en la margen derecha de la presa de Coca-Codo Sinclair, Napo, Ecuador; mayo 2017.

A las pendientes naturales del terreno se les denomina “laderas” (Figura 4a), es decir, aquellas sin intervención humana mecánica, sin movimientos de tierra, aunque pudiesen estar deforestadas o utilizadas para fines agropecuarios. A las artificiales, se les denomina “cortes” y “taludes”, cuando han sido intervenidas mecánicamente mediante movimientos de tierra, ya sean excavaciones, bermas o terrazas (Figura 4b).

Los “rellenos” son aquellos (Figura 4c) producidos por la acumulación o apilamiento, desordenado o diseñado, mediante procedimientos mecánicos o manuales, con materiales sueltos y/o desechos sólidos (represas, diques, rellenos sanitarios, botaderos, colas mineras, etc.). Las “laderas y cortes reforzados” (Figura 4d), son las que han sido intervenidas para mejorar su estabilidad estática y dinámica por medio de obras diversas de contención (muros, tirantes, anclajes, drenajes, etc.). Por otra parte, en cuanto a la palabra “talud”, esta se refiere a la inclinación de un corte o de un terreno. El vocablo proviene del latín (talutium)1 (Plinio El Viejo, 77)2 y del idioma germánico antiguo (talweg)3 y se refiere al gradiente del terreno o al de un cauce fluvial. Luego, al ser adoptado por el francés (talus), traducido al castellano, cambió su acepción para describir el gradiente topográfico medido a partir del punto de menor elevación, en un fondo-valle, hacia arriba4. Este libro se concentrará en el análisis de las laderas naturales, con la excepción de algunos casos y situaciones que servirán de ejemplos ilustrativos del manejo antropogénico de las laderas.

1.6Humedad prevalente del terreno

Es uno de los factores preponderantes que participa en la materialización de los procesos de la geodinámica externa. La presencia de la humedad, con carácter prevalente, dentro del terreno es, casi siempre, un factor predominante, tanto en los procesos de la inestabilidad como en los del transporte y depositación de los materiales desprendidos de las laderas. La humedad establece el punto de partida de la condición previa a la saturación, parcial o total, dentro de los intersticios (e.g. poros, fisuras, etc.) de la masa del terreno y que prevalecerán durante el tiempo en que la condición de estabilidad se acerque o se aleje del equilibrio límite. La humedad prevalente rige una proporción muy importante de la resistencia al corte del terreno, sobre todo cuando se encuentra en condición no-drenada. Debe recordarse que, al menos hasta cierto contenido específico, la humedad también contribuye con el desarrollo de la cohesión del suelo, es decir, es parte de su resistencia al corte. En las Figuras 5a y 5b se muestran una fotografía y el esquema, en planta y perfil, del deslizamiento y alud subsecuente en un suelo residual (regolito) limo-arcilloso (MH), de areniscas y brechas meteorizadas de la formación Pacacua (Mioceno) en el Cerro Tapezco, provincia de San José, Costa Rica y sucedido como consecuencia de las lluvias intensas asociadas con el huracán César, en setiembre de 1996. El material movilizado (alrededor de 250.000 m3) tuvo un contenido de agua cercano al 100% de su límite líquido.

Figuras 5. a) Deslizamiento y alud torrencial del suelo residual limo-arcilloso, desarrollado en areniscas y brechas meteorizadas de la Formación Pacacua, Mioceno; Cerro Tapezco, Costa Rica. El evento fue disparado por las lluvias intensas asociadas al huracán César; setiembre de 1996. b) Configuración esquemática de la corona del deslizamiento traslacional-rotacional y del alud torrencial y flujo resultantes, en planta y perfil.

En la Figura 6, por su parte, se observan los manantiales que surgen y brotan a lo largo del contacto entre dos capas de toba pumítica del Mioceno superior, cerca de la ciudad de El Salto, en el estado de Durango, México (foto tomada en julio de 2015). Los manantiales surgen en el contacto entre las dos capas de toba pumítica, sobre el paleosuelo que las separa, que actúa como un acuitardo y sobre el que cuelga un acuífero. Este acuífero aporta una cierta cantidad de humedad intersticial que reduce la resistencia al corte y favorece la inestabilidad de la ladera. Igualmente, el paleosuelo establece la posición del punto de pivote sobre el que se inclinan las columnas y bloques (0,5 a 1,5 m3) de las tobas y que luego caen sobre los coluvios.

Figuras 6. a) Manantiales en el contacto entre dos capas de toba pumítica del Mioceno superior, sobre el paleosuelo que los separa. b) El paleosuelo actúa como un acuitardo sobre el que se ha desarrollado un acuífero colgado y que aporta la humedad intersticial que favorece la inestabilidad de la ladera. Igualmente, establece la posición del punto de pivote sobre el que se inclinan las columnas de tobas. El Salto, Durango, México; julio de 2015.

1.7Influencia de la actividad antropogénica

Aunque en la mayoría de las circunstancias las condiciones más propicias para la inestabilidad se alcanzan cuando actúan los procesos disparadores (i. e. detonadores) externos naturales, sobre todo la sismicidad y la pluviosidad intensas, la actividad humana poco a poco se ha convertido en un factor adicional que expone a las obras civiles, a la población, actividades sociales y económicas y al ambiente y los recursos naturales, a la inestabilidad de laderas. Este es el caso cuando los cortes, rellenos, movimientos de tierras, cambios en el drenaje natural, vibraciones, explosiones, refuerzos, etc. no se realizan de manera adecuada, es decir, cuando los diseños geotécnicos e ingenieriles no han sido suficientemente adaptados a las exigencias de la naturaleza. La actividad antropogénica también se intensifica como consecuencia de la deforestación y la degradación de las tierras.

En las Figuras 7a y b se ilustra el caso de un deslizamiento traslacional, en parte rotacional, de alrededor de 30.000 m3 sucedido en la margen izquierda de la aproximación al vertedor de excedencias, durante la construcción de la represa de Sandillal, Guanacaste, Costa Rica, en 1992.

Figuras 7. a) Deslizamiento traslacional-rotacional, sucedido durante la excavación de un corte en toba pumítica del Plio-Pleistoceno y cuya superficie de ruptura se desarrolló a lo largo de un sistema de discontinuidades (fisuras y límites de horizontes de depositación) entre sus capas. Se trata de la margen izquierda de la aproximación del vertedor de excedencias, durante la construcción de la represa de Sandillal, Guanacaste, Costa Rica, setiembre de 1992. b), corte reparado y reforzado mediante movimientos de tierras, cambios en la geometría de la ladera, bermas y drenajes superficiales y subterráneos; junio de 1993. Hasta la fecha, el corte reforzado se mantiene estable.

Otro caso interesante se ha desarrollado en el cerro Nogalani, en el kilómetro 35-36 de la carretera Cotapata-Santa Bárbara, en el Departamento de La Paz, Bolivia. La carretera fue construida en condiciones topográficas, geológicas y geotécnicas adversas. La ladera está compuesta por areniscas, limolitas, cuarcitas y pizarras alteradas y meteorizadas, del Terciario inferior, en condición metaestable debido a la presencia de discontinuidades, cuyas pendientes están orientadas en la misma dirección del corte realizado. El mismo entró en una fase de inestabilidad durante el proceso de excavación, lo cual se intentó corregir por medio de medidas múltiples que ofrecieron resultados insuficientes, tal y como se aprecia en la Figura 8. Hasta la fecha, la inestabilidad continúa.

Figuras 8. Deslizamiento (a y b) en el cerro Nogalani, carretera Cotapata-Santa Bárbara, Departamento de La Paz, Bolivia. La carretera fue construida en condiciones topográficas, geológicas y geotécnicas adversas. La ladera está compuesta por areniscas, limolitas, cuarcitas y pizarras del Terciario inferior. La inestabilidad, aún activa, fue inducida durante la construcción de la carretera; se intentó corregir con la aplicación de medidas que ofrecieron resultados insuficientes (c y d). Las fotografías fueron tomadas en noviembre de 2006.

En la Figura 9 se aprecian varios casos de inestabilidad de laderas y cortes causados por la actividad humana. En la Figura 9a aparece un deslizamiento traslacional-planar, desarrollado en coluvios y suelos residuales limo-arenosos y limo-arcillosos en el sitio Carvimota, Santiago de los Caballeros, República Dominicana (abril de 2003). La realización de un corte de poco menos de 3 metros, al pie de una ladera en condición metaestable fue suficiente para disparar la ruptura y movimiento de la masa. Por su parte, en la Figura 9b se aprecia un afloramiento de estratos de areniscas y brechas tobáceas del Oligoceno, en Pánuco, estado de Sinaloa, México, cuyo buzamiento posee una pendiente de alrededor de 45°. El corte de la carretera redujo el soporte natural del material y generó el desprendimiento y deslizamiento traslacional-planar de una losa formada por un estrato de la roca. Las fotos de la Figura 9c y d ilustran un deslizamiento traslacional-planar en el corte de una toba areno-limosa (9c) del Plioceno en la localidad de Tamarindo, Turrúcares, provincia de Alajuela, Costa Rica. El movimiento de tierras eliminó el sustento de la masa, la cual se desplazó sobre una capa arcillosa de unos 8 cm de espesor y de resistencia al corte muy baja. En la Figura 9d se aprecia la presencia de esta capa en una excavación y atravesada por dos tubos “shelby”, hincados a presión para obtener una muestra, orientada a aproximadamente 40° entre el eje del tubo y la capa arcillosa, para luego someterla a un ensayo de resistencia al corte triaxial.

Figuras 9. a) Deslizamiento traslacional-planar en coluvios, humus y suelos residuales limo-arenosos y limo-arcillosos, Carvimota, Santiago de los Caballeros, República Dominicana; abril de 2003. Un corte al pie, de 3 metros, fue suficiente para disparar la ruptura y desplazamiento de la masa. b) Afloramiento de areniscas y brechas tobáceas del Oligoceno, en Pánuco, Sinaloa, México (junio, 2015). El corte de la carretera generó el desprendimiento y deslizamiento traslacional-planar de un estrato de la roca. c) y d); fotos tomadas en enero de 1986 del deslizamiento traslacional-planar, en un corte de la toba areno-limosa (Figura 9c) del Plioceno, Tamarindo, Turrúcares, provincia de Alajuela, Costa Rica. El movimiento de tierras, durante la construcción de una tubería de baja presión (planta hidroeléctrica, Ventanas-Garita), eliminó el sustento de la masa, la cual se desplazó sobre una capa arcillosa de 8 cm de espesor y con resistencia al corte muy baja. En la excavación (Figura 9d) se aprecia la capa, con bordes blancuzcos y en donde está insertado el objeto, cuasi-horizontal, atravesada por dos tubos “shelby” hincados a presión, para obtener una muestra orientada aproximadamente a 40° entre el eje del tubo y la capa del material débil, para luego someterla a un ensayo de resistencia al corte triaxial.

1.8Influencia de la sismicidad

La sismicidad actúa por medio de su influencia cinemática, la cual puede materializarse mediante la conjugación de su intensidad, aceleraciones, amplificaciones, frecuencias y espectros de respuesta dinámica del terreno. Las laderas reaccionan de acuerdo con sus características y parámetros propios, períodos de oscilación predominantes y la interacción de estos con las vibraciones sísmicas. Estos parámetros dependen de la constitución litológica del terreno (e.g. suelo blando, suelo compacto, roca blanda y fisurada, roca dura y compacta, posición del nivel freático, etc.). La geometría de las laderas, sobre todo en las áreas cercanas a las crestas montañosas y cuando las pendientes son muy empinadas, juega también un papel relevante en la reacción ante las vibraciones sísmicas. En las Figuras 10a y b se muestran escenas con los deslizamientos, caídas de rocas (areniscas, lutitas y margas del Oligoceno y Mioceno), suelos regolíticos (areno-limosos y limo-arcillosos) y los consiguientes aludes torrenciales en la cuenca del río Chirripó Atlántico, vertiente del Caribe de la Cordillera de Talamanca (Fila de Matama), Costa Rica. Estos procesos fueron disparados por el sismo de Limón-Telire, del 22 de abril de 1991 (Mw 7,6), en la provincia de Limón, Costa Rica.

Figuras 10. Inestabilidad de laderas disparada por el sismo (Mw 7,6), abril de 1991, Limón-Telire, provincia de Limón, Costa Rica. a) y b) Deslizamientos y caídas de rocas (areniscas, lutitas, margas del Oligoceno y Mioceno), suelos regolíticos (areno-limosos y limo-arcillosos) y aludes torrenciales; cuenca del río Chirripó Atlántico. c) Isosistas (escala de Mercalli Modificada) y epicentro del sismo. d) Efectos del sismo sobre la geodinámica externa en la vertiente del Caribe, Costa Rica (Mora y Mora, 1994; Mora y Yasuda, 1994). e) Clasificación y proporciones de los tipos de procesos de inestabilidad de laderas. f) Correlación entre la magnitud de los sismos y distancia epicentral, para varios terremotos, con respecto a la proporción de la cobertura de la inestabilidad de laderas (Mora y Mora, 1994).

En la Figura 10c se muestra el mapa de isosistas (escala de Mercalli Modificada) y el epicentro del sismo antes mencionado, mientras que en la Figura 10d aparece un mapa esquemático con la distribución espacial de sus efectos sobre la geodinámica externa en la vertiente del Caribe, provincia de Limón, Costa Rica. Es notoria la excentricidad de las áreas más afectadas por la inestabilidad de laderas con respecto a la posición del epicentro del sismo. Esto se debe, principalmente, a que los sectores con mayor relieve relativo (i. e. hasta aproximadamente 1.200 m/km2; pendientes de 120%, o sea 50° o más) en sus laderas, se encuentran entre 25 y 50 km del epicentro. La Figura 10e, por su parte, muestra la clasificación y proporciones de los diferentes tipos de procesos de inestabilidad de laderas producidos durante este evento, mientras que en la Figura 10f aparece la correlación entre la magnitud del sismo y distancia epicentral, para varios terremotos sucedidos en Costa Rica, según su proporción y extensión de la inestabilidad de laderas (Mora y Mora, 1994).

La Figura 11 compara el aspecto de una ladera en la localidad de Canapé Vert, Pettionville, Port-au-Prince, Haití; antes y después, Figura 11a (23 de diciembre de 2009) y Figura 11b (19 de enero de 2010) del terremoto del 12 de enero de 2010 y que afectó severamente a ese país. Fue notorio el efecto de la vibración sísmica en las laderas, de pendiente elevada y densamente pobladas de esta región, aparte y por supuesto del hecho que la calidad de la construcción de las viviendas era deficiente. También fue evidente la influencia del desorden de los drenajes pluviales y cloacales y de los movimientos de tierra localizados en y alrededor de las viviendas, casi todas pertenecientes a pobladores de muy bajos recursos económicos (Mora et al., 2011 y 2012).

Figuras 11. Ladera en Canapé Vert, Pettionville, cerca de l’École Nationale d’Administration et des Finances, Haití. A la izquierda a)