Flujos en la Quebrada Angulito, Giron, Febrero de

CARACTERIZACIÓN, ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO DE
LOS FLUJOS DE LODOS Y DETRITOS EN LA CUENCA
DE LA QUEBRADA ANGULITO EN GIRON,
SANTANDER
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
BUCARAMANGA - COLOMBIA
NESTOR RICARDO SUAREZ
JAVIER ALFONSO SUAREZ
DESCRIPCION DEL FENOMENO
El 12 de Febrero de 2005 se produjo una cat
ástrofe con
catástrofe
cerca de 996 hogares destruidos, m
ás de 20 muertos y
más
cuantiosas p
érdidas econ
ómicas producto del desbordamiento
pérdidas
económicas
del R
ío de Oro en Gir
ón, Santander, Colombia.
Río
Girón,
‰
Durante los eventos lluviosos de Febrero de 2005 se
activaron una gran cantidad de deslizamientos de tierra, flujos
de lodo y detritos y avalanchas. Uno de los principales
problemas se present
ó en la cuenca de la quebrada Angulito
presentó
(afluente del rrío
ío de Oro).
‰
Los valores de precipitaci
ón alcanzaron 285mm en 108
precipitación
horas, con intensidades superiores a 40mm/h.
‰
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
Efectuar un estudio de la patolog
ía desde el punto de vista
patología
geot
écnico,
geol
ógico
y
geomorfol
ógico
del
flujo
geotécnico,
geológico
geomorfológico
hiperconcentrado y de detritos en la cuenca.
‰
‰
Determinar las posibles causas y activadores del evento.
Realizar el modelo digital de los deslizamientos teniendo en
cuenta caracter
ísticas de los movimientos y sus posibles
características
causas.
‰
Mediante modelamientos hidrol
ógicos e hidr
áulicos estimar
hidrológicos
hidráulicos
las zonas de inundaci
ón y posibles factores que pueden afectar
inundación
el recorrido del flujo.
‰
CARACTERISTICAS DE LA CUENCA
Río de Oro
Anillo Vial
Barrio
Angulito
Barrio
Asocovigiró
n
Barrio
Portal de Castilla
Barrio
Villa
Campestre
Á
rea:
Área:
Quebrada
Angulito
Transejes
Clima:
81 Hect
áreas.
Hectáreas.
Seco.
Precipitaci
ón Anual Promedio:
Precipitación
950mm.
Elevaci
ón:
Elevación:
700 – 850 m.s.n.m.
PRINCIPALES VARIABLES ESTUDIADAS
CLIMA E HIDROLOGIA
GEOLOGIA Y GEOTECNIA
ESTRUCTURA Y GEOQUIMICA
DEL SUELO
Con estas variables se realiz
ó un
realizó
modelo conceptual del sistema de
falla y modelos digitales de los
deslizamientos y el flujo.
EVENTO FEBRERO 2005
El evento de precipitaci
ón de Febrero 2005 fue producto del choque
precipitación
de frentes fr
íos provenientes del Noroeste con clusters nubosos del
fríos
ZCI.
Al pasar los frentes fr
íos sobre el aire ccálido
álido se produjo su descenso,
fríos
provocando altas precipitaciones.
ESPACIALIZACION DE LA PRECIPITACION
Precipitación Horaria en la Cuenca de la Quebrada Angulito
0:00 horas del 8 de Febrero a las 12:00 horas del 12 de Febrero
35
30
27
26
Precipitación (mm)
25
20
20
19
18
16
15
13
13
11
11
10
9
10
8
77
7
6
5
5
3
33
2
3
3
3
2
3
2
2
1
0 00
4
2
1
1
0 00 00 00 00 0
01
0
11
0 00 00 00 00 00 00 00
1
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
11
1
1
1
0
0
1
1
00
00 00 00 00 00
0
0 :0 0
12 :0 0
0 :0 0
12 :0 0
0 :0 0
12 :0 0
Hora
0 :0 0
12 :0 0
0 :0 0
12 :0 0
GEOLOGIA Y GEOTECNIA
Formaci
ón Bucaramanga: Deposito sedimentario aluvial del
Formación
Cuaternario. Abanico Aluvial con desarrollo relacionado a activi
dad
actividad
tect
ónica y depositaci
ón.
tectónica
depositación.
Dentro de esta formaci
ón se encuentran miembros areno
-limosos con
formación
areno-limosos
alto contenido de gravas y peque
ños porcentajes (3
-5%) de smectita
pequeños
(3-5%)
ssódica
ódica (miembro Ó
rganos). Este miembro, donde se presenta la
Órganos).
smectita ssódica,
ódica, es muy erosionable y es donde se presentan los
deslizamientos..
CARACTERIZACION GEOTECNICA
GRANULOMETRIA: 55.89% Gravas, 32.58% Arenas, 12% Finos.
PLASTICIDAD: LL=22
.23% LP=15
.45% IP=6
.78% (Poco pl
ástico)
LL=22.23%
LP=15.45%
IP=6.78%
plástico)
POROSIDAD EFECTIVA: 0.37
PERMEABILIDAD: 3.92 E
-3 cm
/s
E-3
cm/s
RESISTENCIA AL CORTE (no saturado): Φ = 44.5
º C = 0.18 Kg
/cm2
44.5º
Kg/cm
EL MATERIAL EN SECO ES MUY DURO
¿
POR QUE AL SATURARSE FLUYE?
¿POR
ENSAYO DE DISPERSION
(ENSAYO VISUAL DAWA)
Dispersi
ón entre 60% y 80%.
Dispersión
DISPERSION
Los suelos dispersivos son aquellos donde sus part
ículas, ante la
partículas,
acci
ón del agua, pierden sus fuerzas de atracci
ón. La dispersi
ón
acción
atracción.
dispersión
facilita el lavado rrápido
ápido del material fino bajo la acci
ón del flujo
acción
subsuperficial.
La dispersi
ón destruye la estructura del suelo, se produce colapso y el
dispersión
material fluye. La p
érdida de la estructura y la disminuci
ón dr
ástica de
pérdida
disminución
drástica
la cohesi
ón inducen los numerosos deslizamientos.
cohesión
ENSAYOS DISPERSION
(DOBLE HIDROMETRO)
Dos ensayos de granulometr
ía por hidr
ómetro simult
áneos con
granulometría
hidrómetro
simultáneos
material pasante tamiz 200, con la ú
nica diferencia de la presencia o
única
no de la soluci
ón dispersante de hexametafosfato de sodio.
solución
En el ensayo las probetas conservan el mismo color y muestran
curvas granulom
étricas similares.
granulométricas
El suelo es tan dispersivo que no necesita dispersante
DISPERSION DE ENTRE EL 64% Y EL 95%
CAUSAS DE LA DISPERSION
PRESENCIA DE UN ALTO PORCENTAJE DE IONES SODIO EN RELACION
A OTROS CATIONES
ESP=Conc[Na+]/CEC
Se pueden presentar problemas de estabilidad estructural del sue
lo si
suelo
ESP>6%
En la cuenca se tienen valores de hasta 16%
CAUSAS DE LA DISPERSION
PRESENCIA DE SMECTITA SODICA
Pruebas de difracci
ón de rayos X muestran la presencia de peque
ños
difracción
pequeños
porcentajes de smectita en el suelo.
El clima á
rido del sector facilit
ó la precipitaci
ón del calcio y su
árido
facilitó
precipitación
reemplazo por iones de sodio en las part
ículas de arcilla.
partículas
Estos materiales muestran
intercambiable de la regi
ón.
región.
los
mayores
contenidos
de
sodio
CAUSAS DE LA DISPERSION
BAJA SALINIDAD DEL SUELO.
Relacionada a un bajo contenido de electrolitos en el agua de
soluci
ón, dificultando la floculaci
ón.
solución,
floculación.
BAJO CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA
El contenido de materia org
ánica tiende a brindar estabilidad al suelo
orgánica
ya que genera enlaces con las part
ículas de arcilla.
partículas
¿ PORQUE LOS SUELOS DE LA CUENCA
SON TAN DISPERSIVOS?
LOS SUELOS PRESENTAN:
‰
Elevado porcentaje de sodio intercambiable llegando a 16%.
‰
Peque
ños porcentajes de smectita ssódica.
ódica.
Pequeños
‰
Baja salinidad.
‰
Alta permeabilidad.
‰
Contenido de materia org
ánica pr
ácticamente nulo.
orgánica
prácticamente
MECANISMO DE LOS DESLIZAMIENTOS
‰
Infiltraci
ón del agua.
Infiltración
‰
Cambio en la estructura del suelo.
‰
Desaparici
ón de la cohesi
ón.
Desaparición
cohesión.
‰
Colapso del suelo.
‰
Flujo de lodos seguido por flujos hiperconcentrados y de detrit
os.
detritos.
POSIBLES TRATAMIENTOS DE LA DISPERSION
UTILIZACION DE ENMIENDAS CON SALES SOLUBLES DE CALCIO
(YESO O CLORURO DE CALCIO)
Efecto a corto plazo: aumento en la concentraci
ón de electrolitos
concentración
disueltos en soluci
ón.
solución.
Efecto a largo plazo: reemplazo de iones sodio intercambiables
presentes en la fase arcillosa por cationes calcio de doble val
encia,
valencia,
brindando mayor estabilidad.
TRATAMIENTO CON YESO
ENSAYO PINHOLE
La aplicaci
ón de un 1% de yeso mejora las
aplicación
propiedades del suelo.
MODELO DIGITAL DE DESLIZAMIENTOS
Se utilizo el Software Surfer v.8 ((Golden
Golden Software) para crear un
sistema Raster con celdas de 5x5m.
TIEMPO DE EQUILIBRIO Y
FACTOR DE SEGURIDAD
Tiempo de equilibrio es el tiempo necesario para que el agua
infiltrada en el punto m
ás lejano del á
rea de aporte logre drenar por
más
área
el punto analizado. t = a/(K tan
θ/η)
tanθ/η)
El plano muestra las zonas con FS<1 ante las peores condiciones
(suelo saturado y C=0
).
C=0).
Considerando los deslizamientos como traslacionales poco profund
os
profundos
(h
≈1m), el factor de seguridad puede ser hallado como:
(h≈1m),
FS = (C + cos
θ (1
-wr)tanΦ )/sin θ
cosθ
(1-wr)tanΦ
INTENSIDAD DE PRECIPITACION
NECESARIA PARA DESESTABILIZACION DEL SUELO
El flujo subsuperficial es modelado mediante la aproximaci
ón de onda
aproximación
θ
cinem
ática. q = K hw sin
sinθ
cinemática.
En el Miembro Ó
rganos Nivel Superior es com
ún la formaci
ón de
Órganos
común
formación
zonas saturadas subsuperficiales de entre 1m y 50cm de profundid
ad
profundidad
ante eventos de precipitaci
ón. hw = 1m
precipitación.
PLANO DE DESLIZAMIENTOS PARA EL EVENTO
AREA DE DESLIZAMIENTO SEGUN PRECIPITACION
600,000
Area de deslizamiento (m2)
500,000
400,000
300,000
200,000
100,000
2.8, 95225
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Precipitacion (mm)
9
10
11
12
13
14
Para el evento de Febrero se estima un á
rea de deslizamientos de
área
aprox. 95000m2, que equivale a 160000ton de material.
Para un evento de duraci
ón similar e intensidad 15% mayor, se
duración
estima un á
rea deslizada de 220000m2, que equivalen a 370000ton.
área
15
MODELO HIDROLOGICO
PRECIPITACION
-ESCORRENTIA
PRECIPITACION-ESCORRENTIA
Escorrentia Presentada en la Cuenca
0:00 horas del 8 de Febrero a las 16:00 horas del 12 de Febrero de 2005
0
7.5
7
6.5
6
10
5
4.5
4
3.5
3
20
2.5
2
1.5
1
0.5
30
0
0:00
12:00
0:00
12:00
Precipitacion
0:00
12:00
Tiempo (h)
Escorrentia HMS
0:00
12:00
0:00
12:00
Escorrentia NAM
El modelo se realiz
ó mediante NAM
-gph y HEC
-HMS. Se
realizó
NAM-gph
HEC-HMS.
calibraron utilizando dos secciones de control.
Precipitacion (mm)
Escorrentia (m3/s)
5.5
MODELO HIDROLOGICO
PRECIPITACION
-ESCORRENTIA
PRECIPITACION-ESCORRENTIA
Para el caso de HEC
-HMS la informaci
ón geom
étrica de la
HEC-HMS
información
geométrica
cuenca fue extra
ída a partir del MDE mediante HEC
-GeoHMS.
extraída
HEC-GeoHMS.
MODELO HIDRAULICO DEL FLUJO
Se estima una concentraci
ón de sedimentos cercana a 30%, por lo
concentración
que el flujo puede ser considerado como hiperconcentrado.
El modelo hidr
áulico se realiza mediante HEC
-RAS siguiendo la
hidráulico
HEC-RAS
ecuaci
ón de Manning. La informaci
ón geom
étrica del terreno es
ecuación
información
geométrica
extra
ída del MDE mediante HEC
-GeoRAS.
extraída
HEC-GeoRAS.
ZONAS DE INUNDACION ESTIMADAS PARA EL EVENTO
ZONAS DE INUNDACION ESTIMADAS PARA EL EVENTO
Se observa la invasi
ón del cauce de la quebrada por parte de las
invasión
viviendas localizadas en el sector. Esto ocasiona una reducci
ón
reducción
dr
ástica de la secci
ón, produciendo el represamiento de la quebrada.
drástica
sección,
CONCLUSIONES
Alta susceptibilidad a flujos debido a:
‰ La dispersión de los cementantes al saturarse.
‰ La alta permeabilidad.
‰ El bajo porcentaje de material fino.
‰ La pendiente fuerte del terreno.
‰ La falta de cobertura vegetal de raíz profunda.
‰ El clima seco característico de la zona .
CONCLUSIONES
‰ Más de un 47% de la cuenca presenta pendientes superiores al
57%, lo que ocasiona que más de un 72% de su área puede
llegar a deslizarse bajo condiciones de saturación.
‰ Las propiedades dispersivas del suelo se atribuyen a los niveles
elevados de sodio (ESP>15%), la presencia de pequeños
porcentajes de smectita, la baja concentración de calcio
intercambiable y la ausencia casi total de materia orgánica.
‰ Se estima que en el evento de precipitación de Febrero de 2005
se presentó un área de deslizamientos cercana a 95000m2, lo que
equivale a más de 160000ton de material.
‰ De haberse presentado un evento de similar duración pero con
intensidad un 15% superior, se estima que el área de
deslizamientos se habría incrementado en un 130%, lo que
produciría un total de 370000ton de material removido.
CONCLUSIONES
‰ Se estima que durante el evento de precipitación se obtuvo un
caudal máximo de agua y sedimentos de aproximadamente
5.9m3/s.
‰ Existen algunos lugares donde el cauce de la quebrada ha sido
reducido prácticamente en su totalidad, generando su
represamiento. Sobresale en esta clasificación el barrio Villa
Campestre.
‰ El sistema de piscinas implementado hasta el momento no se
muestra como una solución definitiva a los problemas
planteados.
‰ Se requiere la construcción de canales de transporte de agua y
sedimentos de anchos superiores a 20m.
CONCLUSIONES
Se considera que un plan de revegetalizaci
ón con especies nativas de
revegetalización
ra
íz profunda o la utilizaci
ón de enmiendas de yeso agr
ícola pueden ser
raíz
utilización
agrícola
estrategias aplicables para reducir la susceptibilidad a desliza
mientos de
deslizamientos
los suelo de la cuenca.
‰
Se requiere la instalaci
ón de un mayor n
úmero de estaciones
instalación
número
hidrometeorol
ógicas en la zona, con el fin de crear un sistema de alerta
hidrometeorológicas
temprana basado en la identificaci
ón de eventos cr
íticos de precipitaci
ón
identificación
críticos
precipitación
que puedan llegar a causar da
ños a la poblaci
ón.
daños
población.
‰
Considerando las caracter
ísticas de los suelos de la cuenca y la
características
probabilidad de ocurrencia de fen
ómenos de precipitaci
ón superiores al
fenómenos
precipitación
presentado en Febrero de 2005, se debe estudiar la implementaci
ón de
implementación
planes de reubicaci
ón para los sectores que pueden llegar a sufrir
reubicación
mayores da
ños.
daños.
‰
MUCHAS GRACIAS