ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA PRODUCTO 1 Marco Iván Rivera O. Geólogo Senior Luis Rios Ing. Msc. Civil - Hidrología Loja, Junio 2018 ÍNDICE I. II. III. IV. V. INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes 1.2 Objetivos 1.3 Alcance del Proyecto 1.4 Proceso Metodológico 1.5 Validación de la Información 01 02 02 03 06 GEOLOGÍA REGIONAL Y LOCAL 2.1 Cuencas Intramontanas Sedimentarias del Terciario 2.2 Geología Local 2.3 Tectónica Local y Estructuras Asociadas 11 13 25 HIDROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA 3.1 El Drenaje Natural de la Zona 3.2 El Clima 3.3 Balance Hídrico 3.4 Parámetros Climáticos Característicos para la Zona de Estudio 3.5 Caracterización Hidrológica 3.6 Visita Técnica 28 33 41 45 45 52 MOVIMIENTOS DE TERRENOS INESTABLES 4.1 Marco Conceptual 4.2 Tipos de Fenómenos de Remoción en Masa (FRM) 4.3 Clasificación de los FRM por Actividad 4.4 Factores que Influyen en la Generación de FRM 4.5 Inventario de los FRM en PROSURVI II 4.6 Zonificación Preliminar de la Amenaza por Terrenos Inestables 56 56 65 66 69 76 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones 5.2 Recomendaciones 78 81 BIBLIOGRAFÍA 82 ANEXO I: MAPAS TEMÁTICOS ANEXO II: HIDROLOGÍA ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Antecedentes Objetivos Alcance del Proyecto Proceso Metodológico Validación de la Información Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES Una de las mayores afectaciones en la zona austral del país (Cañar, Azuay y Loja) son aquellas producidas por los movimientos de terrenos inestables o Fenómenos de Remoción en Masa (FRM); que son eventos que se producen cada año durante la temporada de lluvias y han provocado la muerte de decenas de personas, destrucción de viviendas y afectaciones a las obras de infraestructura. Uno de los deslizamientos más importantes en el siglo pasado fue el evento de la Josefina generado en marzo de 1993 (Plaza G ‐ 1996, Sin Plazo Para Una Esperanza), las pérdidas estimadas fueron superiores a los 600’000.000,00 USD. En el aspecto local y en la zona de interés, durante la temporada de lluvias de los años 2011 y 2012, se generaron varios deslizamientos y otros se re‐activaron, afectando parte del Plan de Vivienda PROSURVI II, del Colegio de Ingenieros Civiles de Loja (CICL). La zona del proyecto de vivienda estaba catalogada como una zona de amenaza baja/media por terrenos inestables (Abad F, 2006); ello se debe a que estos procesos geológicos son fenómenos dinámicos que pueden ser disparados‐reactivados por lluvias, sismos e incluso la actividad humana (construcciones, rotura de represas). El Ing. Wilson Coronel hace un primer informe del deslizamiento en Noviembre 2011, luego hay otros trabajos de la Secretaría de Gestión de Riesgo – Loja (2013) sobre las afectaciones en APUL‐CICL‐Alegría donde ya se trata al deslizamiento como un evento de gran afectación en las urbanizaciones mencionadas. El proyecto urbanístico PROSURVI II del Colegio de Ingenieros Civiles de Loja, se encuentra ubicado en el extremo sur de la ciudad de Loja, sector Punzara del Cantón y provincia Loja, pertenece a la cuenca hidrográfica del Río Malacatos y 7Zamora. El PROSURVI II etapa abarca un área urbanizada de terreno de 7‐9 ha aproximadamente en la antigua Hda. Punzara. El proyecto urbanístico al año 2012 se encontraba un 95% ejecutado y por iniciarse el sorteo de 237 lotes a sus socios; sin embargo por asuntos de definición de ancho de vía y la construcción del respectivo tramo que pasa por la parte alta de la urbanización de la vía Lateral de Paso, hubo que esperar la definición del MTOP y Municipio de Loja, tiempo durante el cual se presentaron en parte del área urbanizada cambios morfológicos, corrimientos de suelo, agrietamientos en las calzadas de vías y aceras, afectaciones que obligaron al CICL a contratar estudios geológicos que determinaron problemas hidrogeológicos, cuyas acciones de mitigación y estabilización resultaron insuficientes para estabilizar el área afectada. Los problemas antes referidos también han sido evidenciados en las áreas de los proyectos urbanísticos colindantes hacia el oriente y occidente de la urbanización PROSURVI. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 1 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Adicionalmente, según el Código Orgánico de Organización Territorial Autonomía y Descentralización (COOTAD), para el desarrollo urbano de Parroquias, Cantones, Provincias, necesariamente, se tiene que elaborar o actualizar los mapas de Zonificación de Amenazas con la finalidad de evitar daños futuros a las viviendas, obras de infraestructura y servicios básicos. Por esta razón el Municipio de Loja debe intervenir y facilitar los estudios de amenazas y riesgos geológicos para cuantificar y caracterizar los mismos como es el caso que nos ocupa. 1.2 OBJETIVOS Objetivo General Generar las soluciones técnicas y de ingeniería para mitigar y estabilizar los terrenos de tal manera que sean aptos para la edificación de viviendas Objetivos Específicos - Realizar los estudios Hidrogeológicos necesarios que determinen las causas del cambio de la morfología del suelo de la urbanización. - Determinar el nivel de afectación del proyecto urbanístico. - Detallar: y presupuestar las obras de mitigación derivadas del resultado de los estudios, a través de planos, precios unitarios y especificaciones técnicas de materiales, procedimientos constructivos y otros necesarios para la correcta ejecución de dichas obras. - La presentación de los estudios y obras de control y mitigación al Municipio de Loja. - Determinar la factibilidad de construcción de viviendas en el sector, en relación directa con los resultados del presente estudio. 1.3 ALCANCE DEL PROYECTO El trabajo de consultoría tiene como meta estudiar el estado actual de los movimientos de terrenos inestables o FRM (como son deslizamientos ‐ reptación de suelos) en el Proyecto de vivienda PROSURVI II. Se deberá realizar un análisis de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo potencial que existe en cada sitio afectado por los mismos. Una vez que se han analizado y dimensionado (en forma general) los deslizamientos, se procederán a realizar estudios de hidrología, resistividad eléctrica – sondeos eléctricos verticales (SEV), perforaciones y/o trincheras para muestrear y analizar los suelos subyacentes. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 2 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Cuando se hayan identificado y estudiado los deslizamientos, se propondrán las medidas estructurales y no estructurales para reducir la amenaza y/o vulnerabilidad por FRM. Esta propuesta se hará en acuerdo con los miembros delegados del CICL para escoger las medidas de estabilización – monitoreo que se puedan implementar en el sector. 1.4 PROCESO METODOLÓGICO Para la realización del trabajo se contó con un equipo técnico conformado por profesionales de varias áreas, y el proceso metodológico usado para el trabajo se describe a continuación: 1.4.1 Equipo Técnico Para cumplir con los objetivos del Proyecto, se integró la siguiente nómina de profesionales: Nombre Título Profesional: Cargo: Nacionalidad: Marco Iván Rivera Geólogo ‐ Senior Consultor – Coordinador y Geólogo del Proyecto Ecuatoriana Nombre: Título Profesional: Cargo/Actividad: Nacionalidad: Antonio Magno Rivera Ingeniero Geólogo – Msc Geotecnia Ensayos de Resistividad Eléctrica (SEV) – Análisis Hidrogeológico Ecuatoriana Nombre: Título Profesional: Cargo/Actividad: Nacionalidad: Luis Ríos Ingeniero Civil – Msc. Hidrología Estudio Hidrológico – Medidas Estructurales Ecuatoriana 1.4.2 Metodología El trabajo de consultoría consiste en estudiar a detalle los deslizamientos presentes en la urbanización, para ello se ha realizado el mapeo geológico, análisis de terrenos inestables, estudios hidrológicos utilizando la información disponible en el INAMHI en una primera etapa, luego en una segunda etapa los ensayos geofísicos de resistividad eléctrica, estudios de suelos (ángulo de fricción – análisis de estabilidad); y finalmente la fase de diseño de medidas estructurales. En cuanto al mapeo detallado de los deslizamientos activos – relictos presentes en la zona, se ha caracterizado cada uno de ellos (dimensiones, profundidad aproximada, en lo posible la velocidad de movimiento, etc.). La metodología aplicada para estudiar y caracterizar la susceptibilidad por movimiento de terrenos inestables, involucra total o parcialmente los factores que son los causantes de la generación de FRM (precipitación, pendiente del terreno, litología, sismicidad y actividad humana), estos factores varían en cada deslizamiento. Existen Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 3 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA varias formas para integrar estos factores en un Sistema de Información Geográfica, aunque siempre primará el criterio de un experto para determinar el grado de amenaza de los terrenos inestables. Posteriormente se propondrá un método de monitoreo de los deslizamientos presentes con la finalidad de controlar el avance de los mismos. En base a la velocidad de los deslizamientos y si el volumen de los mismos no es muy grande se propondrán las medidas estructurales (obras civiles superficiales y subterráneas) y no estructurales (sistema de monitoreo, plan de uso de suelo, etc.) necesarias para frenar o reducir el avance del movimiento de los terrenos inestables. El conjunto de los resultados se presentará ante el Municipio de Loja y la MTOP con la finalidad de facilitar la obtención de los permisos de construcción en la urbanización PROVISURVI II. Se resume la descripción de la metodología a empleada en las siguientes fases de trabajo. Fase 1 Recopilación de la información básica (Geología, Hidrología, FRM, etc.); caracterización geológica, deslizamientos e hidrología del área de estudio. Fase 2 Estudios complementarios para caracterizar los deslizamientos (profundidades, tipo de suelos, presencia de arcillas, etc.) mediante estudios indirectos (geofísica) y semidirectos (perforaciones) de los movimientos de terrenos para el diseño de las medidas de intervención. Fase 3 En base a la información obtenida en la fase de trabajo anterior se procederá a hacer el diseño de las medidas estructurales y no estructurales con la finalidad de reducir‐detener el avance de los deslizamientos y/o monitorear los mismos para ver la evolución de los mismos. 1.4.3 Conceptos Generales Amenaza “Es el peligro latente asociado con un fenómeno físico de origen natural o tecnológico que puede presentarse en un sitio específico y en un tiempo determinado es capaz de producir efectos adversos en las personas, los bienes o el medio ambiente. Matemáticamente se expresa como la probabilidad de exceder un nivel de ocurrencia de un evento con una cierta intensidad en un cierto sitio y en cierto período de tiempo”1 Amenaza Natural “Es el peligro latente asociado con la posible manifestación de un fenómeno de origen natural como un terremoto, una erupción volcánica, un tsunami o un huracán cuya génesis se encuentra en los procesos naturales de transformación y modificación de la Tierra y el ambiente. Suelen clasificarse de acuerdo con sus orígenes terrestres o atmosféricos, 1 Dirección General de Protección Civil y Emergencias – Ministerio del Interior. España. 2011 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 4 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA permitiendo identificar entre otras, amenazas geológicas, geomorfológicas, climatológicas, hidrometeorológicas, oceánicas y bióticas”. 2 Amenaza Geológica Procesos o fenómenos naturales terrestres, que puedan causar pérdida de vida o daños materiales, interrupción de la actividad social y económica o degradación ambiental. La amenaza geológica incluye procesos terrestres internos (endógenos) o de origen tectónico, tales como terremotos, tsunamis, actividad de fallas geológicas, actividad y emisiones volcánicas; así como procesos externos (exógenos) tales como movimientos en masa: deslizamientos, caídas de rocas, avalanchas, colapsos superficiales, licuefacción, suelos expansivos, deslizamientos marinos y subsidencias. Las amenazas geológicas pueden ser de naturaleza simple, secuencial o combinada en su origen y efectos.3 Fenómenos de Remoción en Masa Los Fenómenos de Remoción en Masa, también conocidos como Fenómenos de Inestabilidad de Terrenos, son procesos de transporte de material definidos como procesos de “Movilización lenta o rápida de determinado volumen de suelo, roca o ambos, en diversas proporciones, generados por una serie de factores” (Hauser, 1993). Estos movimientos tienen carácter descendente ya que están fundamentalmente controlados por la gravedad (Cruden, 1991). Existen numerosas clasificaciones para los distintos tipos de eventos de remoción en masa, las cuales han sido proporcionadas, entre otros, por Varnes (1978), y Cruden & Varnes (1996). Vulnerabilidad El grado de probabilidad de pérdida de un determinado elemento o grupo de elementos dentro del área afectada por el deslizamiento (Tomado de Suárez, 1998). Se expresa en una escala que varía desde 0,0 (no pérdida) hasta 1,0 (pérdida total). Riesgo de Desastres Es una medida de la probabilidad y severidad de un efecto adverso a la vida, la salud, la propiedad o el ambiente. Se mide en vidas humanas y propiedades en riesgo. El riesgo generalmente se le estima como el producto de probabilidad X consecuencias. Se define como riesgo aceptable, al que para los propósitos de vida o trabajo nosotros estamos preparados a aceptar tal como es, sin preocupación de su manejo (Suárez, 1998). Mitigación del Riesgo El análisis del riesgo es a menudo interactivo con los efectos de las medidas de mitigación del riesgo que se valoren (Suárez, 1998). Esto puede influenciar la probabilidad o características de los deslizamientos (ejemplo reducir su volumen a velocidad), elementos en riesgo (ejemplo sistemas de alarma) o la vulnerabilidad. La efectividad de las medidas de mitigación del riesgo puede valorarse en un sentido económico o en una reducción potencial de muertes. 2 3 Cardona, 2000 CRID, 2008 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 5 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 1.5 VALIDACIÓN DE LA INFORMACIÓN 1.5.1 Fuentes de Información Técnica Las fuentes utilizadas para recopilar la información técnica fueron las siguientes: Base Cartográfica: Mapa Topográfico de las urbanizaciones PROSURVI II, APUL, AGEUL (formato CAD), los cuales fueron corregidos, georeferenciados y estandarizados en un sistema de ArcGis (Anexo 1: Mapas Temáticos ‐ Mapa 1); se trabaja a una escala 1:2500 Geología ‐ Geomorfología: Se hizo un levantamiento de campo, donde se describen las rocas aflorantes en PROSURVI II y en las zonas circundantes; también se hace una descripción de las formas del terreno en base a la topografía del sector y las imágenes de Google Earth. Se utiliza como referencia importante los mapas geológicos de la INIGEMM (2017), UTPL y Tesis de Abad F (2006). Estudios e Investigaciones sobre Movimientos de Terrenos: Se utiliza los informes de la Secretaría Técnica de Gestión de Riesgos (2013), Ing. Carlomagno Chamba (2013) y del Ing. Wilson Coronel (2011‐2012); nuevamente la tesis de grado de Abad F (2006), donde se cuantifica el grado de amenaza y susceptibilidad por FRM en la zona de estudio, a una escala 1:25.000 Uso del Suelo: La información fue levantada durante el trabajo de campo – descripción de FRM, y con las imágenes Google Earth se puede identificar que la zona será de uso urbano, por el momento tiene arbustos y pasto. Meteorología: Información proporcionada por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) se hacen los cálculos respectivos y se tiene un promedio de 945 mm de precipitaciones/año. 1.5.2 Validación y Análisis de la Información Para la validación de la información disponible se agrupó los documentos en tres tipos, acorde al uso que se haría del mismo. Las categorías definidas son: Base, Referencia, y Consulta. Existen otros documentos de consulta en papel y en la web, los cuales constan en la bibliografía general del proyecto. Los resultados de la validación se presentan en la Tabla 1.1. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 6 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 1.1. Validación de la Información Existente 7 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 1.4. Validación de la Información Existente (Continuación) 8 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Documento Base: En esta categoría están todos los informes, estudios, trabajos de investigación que tengan directa relación con la zona de estudio y que servirán de base para realizar la caracterización geológica‐amenazas por terrenos inestables en PROSURVI II. Documento de Referencia: En esta categoría están los documentos que pueden servir para sacar datos importantes, conceptos y/o definiciones para la zonificación o con información geológica de interés para el área de estudio. Documento de Consulta: Aquí agrupamos los documentos en los que se pueden sacar definición de términos, referencias bibliográficas, y otros datos relevantes para el proyecto. Los trabajos clasificados como Documentos Base que han sido utilizados en el trabajo son: Hoja Geológica Gonzanamá Editada por INIGEMM (2017), sirve como documento base para diferenciar la estratigrafía general de la zona; por la escala es muy difícil hacer una diferenciación real de los contactos geológicos a centenas de metros, por ello se utiliza como referencia en el mapeo geológico. No obstante, la secuencia estratigráfica está bien descrita y permite distinguir las relaciones geodinámicas entre las distintas formaciones. Estudio Geológico‐Geotécnico para las urbanizaciones AGEUL‐APUL Estudio realizado por el Ing. Carlomagno Chamba, describe la geología de las Urbs. APUL‐ AGEUL, que son colindantes con PROSURVI II; se hacen estudios de resistividad eléctrica y sísmica de refracción para determinar los niveles freáticos que pudieron haber generado los movimientos de terrenos, no se hace un mapeo de los deslizamientos. Se plantean medidas de intervención como la construcción de drenes para sacar el agua del terreno, se los coloca cerca de las zonas de afectación por FRM. Estudio Geológico‐Geotécnico para estabilización de asentamientos en la Urb. PROSURVI II del Colegio de Ingenieros Civiles de Loja. Estudio de la geología y geotecnia en PROSURVI II, realizado por el Ing. Wilson Coronel; se tiene una adecuada descripción y mapeo de las grietas y escarpes generados por los FRM; se presentan la estratigrafía levantada en las trincheras realizadas en los colapsos hacia la quebrada al E de PROSURVI II. En base al análisis de la información obtenida se plantea que el flujo de agua puede tener una profundidad mayor a 10 m en el límite con Urb. Ciudad Alegría. Se plantea como medida de intervención la construcción de drenes para evacuar el agua y estudios adicionales para dimensionar y caracterizar adecuadamente los FRM. Informe Técnico de Afectaciones y Daños en APUL‐CICL‐Alegría Informe de la visita de inspección de los funcionarios de la Secretaría de Gestión de Riesgos sobre los movimientos de terrenos en las Urb. APUL‐CICL‐Alegría; se georeferencia los escarpes‐fisuras del terreno y se plantea como hipótesis de trabajo que pueden tener relación con los tanques de agua ubicados en la parte alta y al cambio del uso del suelo, afectando los drenajes naturales que han sido taponados. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 9 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO II GEOLOGÍA REGIONAL Y LOCAL Cuencas Intramontanas Sedimentarias del Terciario Geología Local Tectónica Local y Estructuras Asociadas Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO II GEOLOGÍA REGIONAL Y LOCAL El Ecuador se halla ubicado en el Nor‐occidente del Continente Sudamericano, donde varios eventos tectónicos regionales han ocurrido desde el Mesozoico; los que determinan las características de geológicas y fisiográficas del país. 2.1 CUENCAS INTRAMONTANAS SEDIMENTARIAS DEL TERCIARIO Las cuencas intramontañosas del Sur del Ecuador (Figura 2.1) se caracterizan por presentar episodios de apertura donde se acumularon los sedimentos y episodios de cierre donde se deformaron y levantaron las fuentes de aporte. El ambiente de depositación puede alternar entre secuencias sedimentarias litorales y continentales que durante su formación tuvieron interacción con un volcanismo sincrónico, además de presentar evidencias de tectónica sinsedimentaria. La mayor parte de estas cuencas se asientan sobre un basamento metamórfico y/o volcánico que conforma la parte sur‐occidental de la Cordillera Real y parte del segmento sur‐oriental de la Cordillera Occidental. Contemporáneamente a la formación de estas cuencas intramontanas se presentó un continuum volcánico ácido, correspondiente a la Fm. Saraguro, que alimentó las cuencas australes; los depósitos volcánicos están caracterizados por brechas (facies proximales y distales), e incluso se pueden observar ignimbritas con flamas (Rivera et al, 1992). Localmente, la Cuenca de Loja (Figura 2.2) presenta características de una cuenca asentada sobre fallas inversas y de rumbo (Abad F, 2006): - Morfología elíptica, elongada N‐S, aproximadamente con 25 Km en el eje N‐S y 10 Km en el eje transversal. - Presenta relieves variados, con pendientes fuertes y abruptas; también pendientes suaves y colinadas. La evolución geodinámica de la cuenca de Loja es similar a la de las demás cuencas sedimentarias Miocénicas del Sur del Ecuador (Cuenca, Girón, Nabón, Malacatos ‐ Vilcabamba y Catamayo‐Gonzanamá) que presentan facies costeras marinas y sedimentarias continentales de edad Mioceno Medio a Tardío (Steinmann et al, 1999). La sedimentación desde 19 hasta 9 Ma (llamada Estado Pacífico Costero), fue dominantemente de tipo marino costero, extendiéndose sobre un área mucho mayor que los actuales perímetros de las cuencas. En esta etapa, la subsidencia extensional en la región interandina causó la formación de mares someros en las “bahías” de Loja y Cuenca, alimentadas desde las cuencas de Manabí y Progreso (Hungerbühler et al, 2002). Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 10 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA La fuente de la sedimentación en este período fue predominantemente la Cordillera Real; el proceso termina con una etapa de compresión Este‐Oeste hace aproximadamente 9.5‐8.0 Ma, la cual exhumó la región y, por tanto, la sedimentación se restringió a cuencas más pequeñas, remanentes de las cuencas extensivas más antiguas. Este período fue denominado Estado Intramontano (Steinmann et al, 1999); y su aporte principal provenía de la emergente Cordillera Occidental. Figura 2.1. Mapa Geológico simplificado del sur del Ecuador con la localización de las series sedimentarias del Mioceno (Hungerbühler et al, 2002) Cuenca de Loja La cuenca de Loja se localiza en las estribaciones occidentales de la Cordillera Real, que comprende un cinturón metamórfico de edad variada entre Paleozoico y Jurásico formada por divisiones litotectónicas separadas por fallas o suturas regionales con rumbos NNE. La división Loja corresponde al basamento de la cuenca de Loja; está representada por rocas sedimentarias metamorfizadas – semipelíticas; éstas tienen una edad Paleozoico (Unidades Chiguinda y Agoyán) intruídas por el granito Tres Lagunas del Triásico. También se incluyen en ella las anfibolitas y migmatitas Sabanilla. Las características generales de estas unidades son: Unidad Chiguinda (Paleozoico): Comprende esencialmente cuarcitas y filitas negras como una secuencia semipelítica; se halla en contacto tectónico con el granito Tres Lagunas hacia el Este y migmatita Sabanilla hacia el Oeste. La unidad Chiguinda fue Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 11 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA derivada de una fuente continental, probablemente en una cuenca intra‐cratónica o un ambiente de margen pasivo (Aspden & Litherland, 1994). Unidad Agoyán (Paleozoico?): Está formada de esquistos pelíticos y para‐gneises, en la zona de Loja afloran hacia el Nor‐Oeste y hacia el Sur de la ciudad; los contactos con las unidades adyacentes son tectónicos y relacionados con el granito Tres Lagunas (Aspden & Litherland, 1994). Unidad Sabanilla (Paleozoico‐Triásico): Comprende un grupo de gneises de grano medio‐alto, formando un cinturón de 10 Km de ancho. Los afloramientos más característicos se hallan en la carretera Loja‐Zamora (Localidad de Sabanilla). Los contactos con las Unidades Chiguinda e Isimanchi son tectónicos. Esta unidad es similar en geoquímica a la unidad Tres Lagunas (Granito tipo S) y posiblemente comparten el mismo origen (Litherland et al, 1994). Figura 2.2. Mapa Geológico parcial de la Cordillera Real, mostrando la zona de emplazamiento de la Cuenca Intramontana (Terciario) de Loja (Tomado de Abad, 2006) Sobre este basamento Mesozoico se emplazó la Cuenca de Loja; la cual presenta facies arenosas, lacustres y fluviátiles, un basamento metamórfico‐volcánico mixto, rocas de origen litoral y continental, tectónica sin‐sedimentaria; y un volcanismo Neógeno contemporáneo al desarrollo de la misma (Figura 2.2). Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 12 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 2.2 GEOLOGÍA LOCAL Se realizó la recopilación, análisis y validación de la información disponible, entre la que se contaba mapas geológicos a escala regional, Hoja Geológica Gonzanamá (esc. 1:100.000); esto unido a los trabajos de Steinmann (1999) y Hungerbühler (2002) han permitido definir claramente la secuencia estratigráfica local, así como la evolución geodinámica de la cuenca. Existen estudios de la geología y sismicidad de Loja (UTPL); estos estudios se ha definido la evolución de la apertura y relleno de la Cuenca de Loja, junto al volcanismo de características ácidas durante el Terciario. 2.2.1 GEOMORFOLOGÍA LOCAL La Cuenca de Loja está limitada al Oeste por la Cordillera Occidental y al Este por la Cordillera Real. La ciudad de Loja se halla dentro de la Cuenca de Loja que tiene una forma elíptica, elongada N‐S, con aproximadamente 25 Km en el eje N‐S 10 Km en el eje transversal (Abad F, 2006). Su morfología presenta relieves variados desde estados juveniles de desarrollo hasta etapas de madurez, que reflejan el proceso de evolución y relleno de la cuenca sedimentaria a lo largo de su historia geológica. La morfología general de la cuenca presenta las siguientes características: Una zona central, topográficamente baja (2.120‐2.200 msnm) que ocupa el eje principal de la cuenca, donde se asienta la ciudad, con un relieve casi plano y cubierta por material aluvial, el cual denota el curso de drenaje N‐S del río Malacatos, con un gradiente de 3‐6°. Una zona de pre montaña, rodeando la zona antes descrita, comprende los bordes sedimentarios que actúan como límites de la cuenca sedimentaria, cubre en parte los declives de las elevaciones circundantes compuestas por rocas metamórficas, con alturas promedio de 2400 msnm, que denotan un moderado relieve con suaves pendientes en el sentido de la depositación y muestran grandes y abruptas caídas o desfiladeros. Otra zona de montaña en los bordes occidental y oriental de la cuenca que constituye las estribaciones de las cordilleras y sus filos, compuesta exclusivamente por rocas metamórficas con alturas entre 2600‐3420 msnm. En la zona donde está ubicada PROSURVI II se puede observar una morfología colinada, inclinada suavemente; bajando desde el Norte y hacia el Sureste. Se observan pendientes bajas (<12°) inclinadas hacia el Este; en la quebrada se tienen pendientes medias (12‐25°), y en esta zona cercana a la quebrada es donde se tienen mayores problemas de terrenos inestables, todos los cuales buzan hacia el N80 y N90 (Figura 2.3). La divisoria de aguas tiene un rumbo aproximado N40, buzando hacia el Noreste; un poco más al Norte rota ligeramente hacia el Este a una dirección N60. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 13 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA DRENAJE OESTE PROSURVI II Microcuenca Antiguo FRM? DIVISORIA DE AGUAS Figura 2.3. DRENAJE ESTE Morfología de la zona de PROSURVI II. Colinas inclinadas hacia el N60 y pendientes bajas hacia el N80 – N90 (Modificado de Google Maps, 2018) 14 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Existen levantamientos de terreno hacia el límite de PROSURVI con la Urb. Ciudad Alegría, los cuales seguramente corresponden al pie de un deslizamiento rotacional. Analizando la topografía de las urbanizaciones APUL y PROSURVI II, se tiene una forma de herradura que puede corresponder a un antiguo deslizamiento que pudo haberse reactivada con la apertura del paso lateral de Loja; el pie del deslizamiento también aparentemente provocó la destrucción de las casas en Ciudad Alegría, las mismas están inclinadas hacia el Noreste, es decir con dirección a la quebrada (Foto 2.1). Foto 2.1. Urbanización Apul, ubicada hacia SW de PROSURVI II, se observa una morfología de herradura que puede corresponder a un antiguo deslizamiento 2.2.2 ESTRATIGRAFÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO La Cuenca de Loja como ya se mencionó tiene un basamento metamórfico de la Unidad Chiguinda; los sedimentos están tectónicamente divididos por una falla inversa importante (post‐deposicional buzando hacia el Oeste), en dos partes; una oriental y otra occidental (Figura 2.4). La litología‐estratigrafía resumida de la cuenca de Loja (Hungerbühler et al, 2002) es la siguiente: Metamórficos indiferenciados: Son esquistos pelíticos, filitas negras y cuarcitas en menor cantidad; afloran en la carretera antigua a Catamayo. Formación Trigal: Consiste de areniscas gruesas, capas conglomeráticas con clastos volcánicos y en menor cantidad limolitas de ambiente fluviátil (Hungerbühler et al, 2002). Las limolitas son poco consolidadas y tienen espesores menores a 0.3 m; los conglomerados y areniscas están intercalados en bancos de hasta 12 m. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 15 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 2.4. Mapa Geológico de la Cuenca de Loja, la zona de PROSURVI II se halla hacia el SW de la ciudad en la Fm. Quillollaco (UTPL, 2005) Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 16 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Formación La Banda: Yace concordantemente sobre la Fm. Trigal, y consiste en calizas blancas, lutitas margosas, cherts, brechas de calizas intra‐formacionales y areniscas de grano fino de color amarillento. Se tiene un espesor máximo de 20 m, el incremento de capas de areniscas marca la transición hacia arriba, de la Fm. La Banda a la Fm. El Belén. Formación El Belén: Tiene un espesor de 300 m, y se caracteriza por la presencia de gruesos canales de areniscas y depósitos conglomeráticos los cuales alternan con areniscas más finas con estratificación cruzada y en menor cantidad capas de lutitas (Hungerbühler et al, 2002). La variación de facies se interpreta como una transición de un ambiente lagunar (Fm. La Banda) a uno mixto fluvio‐ deltaico (Fm. El Belén). Formación San Cayetano: Es contemporánea con las formaciones La Banda y El Belén; aflora en el lado oriental de la cuenca. Está dividida en tres miembros separados por límites transicionales (Hungerbühler et al, 2002), y posiblemente alcanza un espesor máximo de 800 m. Planos de estratificación con buzamientos variables entre 35‐50°, hacia el NE y NNE. Se ven facies de areniscas y limos; las lutitas con un alto grado de meteorización (arcillas y argilitización), lo que ha formado suelos arcillosos plásticos. Formación Quillollaco: Se halla tanto al lado oriental como al occidental de la cuenca y sobreyace las formaciones más antiguas con discordancia angular. Alcanza un espesor máximo de 600 m hacia el Este de la ciudad de Loja y generalmente consiste en conglomerados con aporte metamórfico y areniscas en forma de lentes. La imbricación de los cantos implica que el aporte proviene del Este. Tiene una potencia superior a los 30 m y fuertes ángulos de buzamiento (30‐45°) hacia el eje de la cuenca. Hungerbühler et al (2002) considera estos depósitos como un antiguo cono aluvial, el cual puede tener facies finas que alternan con los conglomerados y micro‐conglomerados; así mismo el tamaño de los clastos se reducirá hacia el Oeste. Depósitos Recientes (Coluviales y Aluviales): Son depósitos de los ríos Malacatos y Zamora, ubicados en la parte central de la cuenca. Estos depósitos tienen una matriz areno‐arcillosa con líticos de tipo metamórfico con cuarcitas y filitas, y sedimentarios como conglomerados y lutitas. Los coluviales se presentan consolidados con matriz arenosa y una mezcla de clastos de aporte volcánico y metamórfico. La Columna estratigráfica modelo de la cuenca de Loja se encuentra en la Figura 2.5, donde vemos que hacia el Oeste de la cuenca que es donde se encuentra PROSURVI II, tiene menor potencia y se encuentra sobreyacida por volcánicos ácidos ignimbríticos; es importante notar que la Fm. Belén con arenas fluviales y lacustres pueden generar terrenos inestables; al igual que los lentes de limos y arenas que están descritos en la Fm. Quillollaco. En la zona de PROSURVI II aflora la6 Fm. Quillollaco, aparentemente en facies arenosas y de limos arenosos con alto aporte de arcillas. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 17 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 2.5. Columna estratigráfica modelo del Mioceno Medio‐Tardío, en la zona de Loja (Hungerbühler et al, 2002), se puede ver que la Fm. Quillollaco se halla casi al tope de la secuencia 2.2.3 AFLORAMIENTOS EN EL ÁREA DE ESTUDIO Las urbanizaciones PROSURVI y APUL se hallan totalmente en la Fm. Quillollaco (Figura 2.6); hacia el Este se ven los aluviales del río Malacatos‐Zamora, que pasan cerca de la Universidad de Loja; los cortes del carretero permiten ver un resumen de la secuencia local (Foto 2.2) donde se aprecian micro‐conglomerados a la base que gradan hacia arenas de grano medio‐ fino y limos y arcillas sobre las mismas; toda la secuencia con un alto contenido de arcillas. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 18 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 2.2. Fm Quillollaco hacia el NW de PROSURVI II, en la curva de la vía de circunvalación de Loja, se observan micro‐conglomerados a la base y arenas – limos arcillosos hacia el tope La descripción de los afloramientos de la zona de estudio, tanto en PROSURVI II, como en APUL, contribuye a obtener un mejor conocimiento de la columna estratigráfica local y las posibles causas de la inestabilidad de terrenos que ha provocado la destrucción de la infraestructura en la zona Este de PROSURVI II y las casas en la Urb. Ciudad Alegría; el mapa local de la geología está en el Anexo 1: Mapas Temáticos ‐ Mapa 3. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 19 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA LEYENDA PROSURVI II Figura 2.6. Mapa Geológico de la Zona de PROSURVI (Marcada en Azul), se puede observar que la misma está totalmente dentro del a Fm. Quillollaco y tiene buzamientos hacia el SEE y SE con ángulos entre 20‐35 grados (Modificado Hoja Geológica Gonzanamá ‐ INIGEMM, 2017). 20 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA UTM: 0699049 E / 9553746 N, h: 2158 PROSURVI II Arenas color gris con arcillas (Foto 2.3), tenemos agua corriente que seguramente proviene de un acuífero pequeño, lo cual favorece la saturación del terreno y los deslizamientos en la parte superior; esta secuencia tiene unos 2‐3 m de potencia y está estratigráficamente sobre los afloramientos del carretero, aunque topográficamente se halla bajo los mismos. Existen abundantes arcillas, las cuales se saturan fácilmente y se vuelven plásticas, lo que favorece la generación de nuevos colapsos y caídas hacia la quebrada al Este de PROSURVI II. Foto 2.3. Fm Quillollaco, lentes de arenas medias con clastos pequeños de metamórficos; también pueden ser un reservorio acuífero, lo que incrementa la inestabilidad del terreno. UTM: 0699045 E / 9553797 N, h: 2154 PROSURVI II Arenas color gris con arcillas y micro‐clastos de metamórficos (cuarcitas y filitas color café oscuro); granos de cuarzo se ven subredondeados (Foto 2.4). Se hallan sobre los niveles de arenas que están cerca de la quebrada, se estima una potencia de unos 4.0‐5.0 m para estos niveles; al ser ligeramente porosos favorecen la infiltración de agua hacia los niveles más bajos e igualmente ayudan a la saturación de suelos y generación de FRM. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 21 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 2.4. Fm Quillollaco, lentes de arenas medias con clastos pequeños de metamórficos; también pueden ser un reservorio acuífero, lo que incrementa la inestabilidad del terreno. UTM: 0699029 E / 9553980 N, h: 2166 PROSURVI II Se observan arcillas color café‐amarillo pálido; grano muy fino de limolita con muchas arcillas, por lo que pueden absorber fácilmente agua y generar deslizamientos (Foto 2.5); se estima una potencia entre 1.0‐2.0 m para este nivel, y se halla buzando hacia el E, igual que la pendiente del terreno. Foto 2.5. Fm Quillollaco, lentes de arenas y limolitas con alto contenido de arcillas; pueden generar inestabilidad de terrenos al saturarse fácilmente de agua Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 22 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA UTM: 0698683 E / 9553866 N, h: 2183 PASO LATERAL DE LOJA Aflora la Fm Quillollaco como una alternancia entre micro‐conglomerados y areniscas (Foto 2.2); se nota el aporte volcánico en la matriz de los micro‐conglomerados (feldespatos, cuarzo y pómez?) y el aporte metamórfico con gneises y cuarzo blanco. Los estratos son decimétricos, se toma una medida de estratificación N 90/28 S; estos niveles pueden saturarse de agua e incluso pueden almacenar agua en los espacios intergranulares del conglomerado. Se hallan sobre la secuencia que aflora en PROSURVI II y APUL. UTM: 0698666 E / 9553480 N, h: 2224 APUL Arcillas – limolitas (Foto 2.6) similares a las de la parte alta de PROSURVI II, alto contenido de arcillas, se puede tomar medida estratificación N 88/80 SE. Espesor aproximado 5 m Foto 2.6. Fm Quillollaco, lentes de arenas y limolitas con alto contenido de arcillas; similares a las de la parte alta de PROSURVI II UTM: 0698544 E / 9553467 N, h: 2232 APUL Arcillas con matriz arcillosa (Foto 2.7) se puede inferir la existencia de aporte volcánico por la presencia de feldespatos y cuarzo, niveles color claro ‐ crema, la medida de estratificación es N50/16 SE. Espesor aproximado 4.0‐6.0 m Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 23 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 2.7. Fm Quillollaco, lentes de arenas y limolitas con alto contenido de arcillas; iguales a las de la parte alta de PROSURVI II Trabajos de Coronel W (2012 & 2013) describen las trincheras realizadas en PROSURVI con limos arenosos a la base y limos arcillosos al tope; los dos niveles con muchas arcillas; también describe que los niveles con arenas tienen agua y la misma provoca la saturación de las rocas y los movimientos de terrenos. Otros trabajos de Chamba C (2013) en APUL también notan la presencia de los niveles de limos arcillosos y arenas limosas con arcillas, las cuales están como un lente dentro de la Fm. Quillollaco. Uniendo los datos de trabajos anteriores y el levantamiento de campo, la columna estratigráfica obtenida para PROSURVI II (Figura 2.7) inicia con arenas medias‐finas, las cuales aparentemente contienen agua que sale a la superficie por una vertiente cerca del límite con la Urb. Ciudad Alegría y la quebrada que drena la zona; sobre ella arenas más gruesas con aporte de cuarzo y metamórficos. Estos niveles pueden ser un reservorio pequeño de agua, este nivel puede venir desde la parte alta de APUL, por lo que las soluciones al deslizamiento se deben tomar en forma integral. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 24 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 2.7. Columna estratigráfica en PROSURVI II, predominan los niveles de arenas con arcillas intercalados con limos arcillosos saturados. 2.3 TECTÓNICA LOCAL Y ESTRUCTURAS ASOCIADAS El Ecuador está ubicado hacia Noroeste de Sudamérica y está influenciado por la interacción entre las placas tectónicas de Sudamérica, Nazca, Cocos y Caribe (Londsdale, 2005). Frente a las costas de Ecuador, entre las latitudes 1° N y 2° S, la subducción de la placa Nazca formó un slab (zona de Wadatti‐Beniof) con una inclinación de 25° y un azimut de 85° (Guillier et al, 2001) a una tasa de convergencia de 58 mm/a. Este proceso de subducción ha influido notablemente en la formación de los Andes ecuatorianos desde el Mioceno (Hall & Wood, 1985). Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 25 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 2.3.1 Tectónica de la Cuenca de Loja El desarrollo de la cuenca de Loja corresponde al levantamiento relativo de los relieves circundantes con la subsiguiente erosión, debido a la presencia de grandes fallas ligadas a una tectónica sinsedimentaria afectada por esfuerzos compresivos, que originan la repetición cíclica de facies y la generación de diversas estructuras, caracterizando una depositación general de evolución grano‐estrato creciente, representada por dos ciclos consecutivos de apertura y cierre de la cuenca. La Cuenca de Loja se halla limitada por fallas que ponen en contacto los sedimentos terciarios con las rocas metamórficas de la Un. Chiguinda (Figura 2.4); las capas de sedimentos situadas en al E están volcadas o inclinadas abruptamente respecto al borde Oeste de la falla inversa. Así mismo, la cuenca está cortada por otra falla inversa dirigida hacia el Oeste, la cual es paralela a la actual falla inversa de rumbo N‐S de la depresión de la cuenca. Esta falla divide la cuenca en dos subcuencas, en la que los sedimentos del labio hundido rompen uniformemente hacia el Este, mientras que los sedimentos del labio levantado fueron plegados intensamente (Guartan J, 2010). En la parte norte de la cuenca los pliegues tienen una tendencia a ser volcados con el plano axial rompiendo hacia el Este; tal relación geométrica muestra que ese fallamiento y plegamiento ocurrieron al mismo tiempo. El recubrimiento de granos clásticos de la Fm. Quillollaco descansa con una marcada discordancia angular sobre las rocas más antiguas de la cuenca, mostrando que esta formación fue solamente deformada con una rugosa tendencia N‐ S paralela al eje de la cuenca. La Falla inversa a lo largo del margen oriental causó la superposición de los sedimentos Miocénicos sobre las rocas metamórficas; esta falla del Mioceno tardío causa adicionalmente la disposición abrupta de la apertura de los pliegues de la Fm. Quillollaco. La falla inversa de borde ubicada al Este de la cuenca genera el sistema de pliegues se encuentra localizado en la parte oriental, salvo la interpretación del eje sinclinal del sector SW que tiene una orientación aproximada N15 –N176, lo que indica esfuerzos de acortamientos sobre la cuenca en direcciones perpendiculares Este‐Oeste (Guartan J, 2010). 2.3.2 Fallas y Estructuras en PROSURVI II La zona de PROSURVI II se encuentra totalmente en la Fm. Quillollaco, aparentemente está limitada por dos fallas N‐S; las cuales se han inferido en de los mapas geológicos disponibles de la zona (Figuras 2.4 y 2.6); éstas pueden marcar un contacto entre dos litologías, o pueden estar asociadas a la gran falla N‐S que corre por el centro de la cuenca; los cambios en el rumbo y buzamiento de la estratificación pueden estar asociados con estas fallas o con plegamientos menores. No se han detectado presencia de lineamientos, ni de fallamiento local, tampoco se observan rocas fracturadas, ni diaclasamiento asociado a esfuerzos tectónicos (se observan más bien grietas de desecación); por ello es poco probable que exista fallamiento oculto en la zona de estudio; lo cual favorece la estabilidad del terreno. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 26 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Las medidas de estratificación del mapa geológico indican rumbos N 40‐75/20‐35 SE; el mapeo geológico en PROSURVI Y APUL dio una estratificación N 80‐90 / 45‐80 S; por ello se puede asumir que la estratificación tiene ángulos entre 40‐75 grados y buza hacia SE (Figura 2.8). Esta estratificación favorece la generación de deslizamientos hacia el Sureste; esto se observa en los deslizamientos‐colapsos que caen hacia la quebrada al Este de PROSURVI II. PROSURVI II 28 16 80 Fallas Inferidas Figura 2.8. Zona de PROSURVI II, no se observan fallas locales; existen fallas N‐S cerca de la zona, posiblemente asociadas a la falla del centro de la Cuenca de Loja (Modificado INIGEMM, 2017) Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 27 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO III HIDROLOGÍA y CLIMATOLOGÍA El Drenaje Natural de la Zona El Clima Balance Hídrico Parámetros Climáticos Característicos para la Zona de Estudio Caracterización Hidrológico Visita Técnica Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO III CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA 3.1. EL DRENAJE NATURAL DE LA ZONA Revisada la cartografía, fotografías aéreas e imágenes satelitales, la zona de interés se enmarca dentro de lo que constituye la Hoya de Loja, ubicada en la provincia y cantón del mismo nombre y correspondiente a la zona urbana de la ciudad capital provincial, situándose a sus alrededores los barrios La Argelia y Punzara Grande. La zona de estudio es de corta extensión (predios Urbanización PROSURVI II) y se encuentra inscrita en el interior del drenaje de una quebrada S/N – ahora denominada Q. Cater, que posteriormente confluye al río Malacatos por margen izquierda. La sección de cierre y que define a la microcuenca en estudio se ubica en las siguientes coordenadas UTM WGS84: ‐ ‐ X: 699113 m E Y: 9553719 m N Esta sección de cierre define una microcuenca de drenaje que se desarrolla en sentido sur‐norte, cuyo cauce principal será denominado como quebrada Cater, para fines de este estudio. LA MICROCUENCA DE DRENAJE Y SUS CARACTERÍSTICAS La microcuenca de drenaje en estudio es tributaria por la margen izquierda del río Malacatos, el cual atraviesa de Sur a Norte a la ciudad de Loja y que luego al unirse con el Río Zamora así mismo en la parte urbana de la ciudad, adoptan este último nombre para continuar su curso a la región oriental. Para el análisis de las características físico – geográficas de la cuenca de drenaje, se utilizó la base cartográfica del Instituto Geográfico Militar en escala 1:50 000, con curvas de nivel cada 40 m; la microcuenca en estudio se ubica en la carta Loja Sur. Adicionalmente se utilizó imágenes Ráster EARTH EXPLORER USGS (ASTER), para una mejor visión de la orografía de la zona. Los parámetros físicos principales de la cuenca en estudio se determinaron en base a los siguientes conceptos y con metodologías grafoanalíticas referidas en la literatura técnica: Área de drenaje (A) Es el área plana (proyección horizontal) incluida entre su divisoria topográfica. Coeficiente de compacidad o Gravelious (kc) Es la relación que existe entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de área igual a la de la cuenca, es una característica adimensional. 𝑘 0.282 𝑃 √𝐴 28 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Donde: P: Perímetro de la cuenca (km); y, A: Área total de la cuenca (km2). Coeficiente de forma (kf) Es la relación entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca. 𝐴 𝑘 𝐿 Donde: A: Área total de la cuenca (km2); y, L: Longitud axial de la cuenca (km) Densidad de drenaje Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua dentro de la cuenca y su extensión total del drenaje. ∑𝐿 𝐷 𝐴 Donde: A: Área total de la cuenca (km2); y, ΣL: Sumatoria de la longitud de todos los cauces naturales perennes (km) Pendiente media de la cuenca (Scuenca) Esta característica incide en la velocidad con la que se concentra el escurrimiento superficial y afecta, por lo tanto, al tiempo de concentración del agua lluvia para concentrarse en los lechos fluviales que constituyen la red de drenaje de las cuencas. 𝑆 𝐷. 𝐿 ∗ 100 𝐴 Donde: D: Diferencia de cotas promedio entre las curvas de nivel interpoladas, representativas de la curva de nivel “i” (km); LL: Longitud total de todas las curvas de nivel en la cuenca (km); y, A: Área total de la cuenca (km²). Pendiente media del cauce principal (Scuenca) Es la pendiente longitudinal media ponderada, en el desarrollo del cauce principal hasta la sección de cierre. Elevación media de la cuenca (Emedia) Cota media ponderada de la cuenca en función del área, se la obtiene mediante la curva hipsométrica. La microcuenca de estudio tiene una corta extensión de 0.87 km2 (87 ha) y un perímetro de 4.4 km, definiendo un coeficiente de compacidad de 1.30. El cauce natural de la microcuenca tiene su origen en la cota 2270 msnm y desciende en una longitud aproximada de 1210 m hasta la cota 2160 msnm, en una sección cercana al lindero norte de los predios de PROSURVI II. El cauce principal refiere una pendiente media ponderada de 7.4%. La orografía de la zona de estudio presenta un desarrollo típico de una cuenca de inicio de pendiente fuerte en el tramo inicial, con su respectiva atenuación con el desarrollo del cauce principal de la microcuenca, asociando un valor promedio de 16.4% (Figuras 3.1 – 3.3). 29 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA En la siguiente Tabla 3.1 se presentan las características físicas principales de la cuenca en estudio: Tabla 3.1. Características físicas de la microcuenca Cater PARÁMETRO Área (km²) Perímetro (km) Coeficiente de compacidad Longitud del cauce (km) Densidad de drenaje Elevación media de la cuenca (msnm) Pendiente media cuenca (%) Pendiente media ponderada cauce (%) Coeficiente de forma Figura 3.1. VALOR 0.87 4.40 1.30 1.20 1.40 2253 16.40 7.40 0.60 Microcuenca Cater 30 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 3.2. Microcuenca Cater – Imagen Google Earth Figura 3.3. Microcuenca Cater – pendientes del terreno De acuerdo a información temática SIG‐AGRO escala 1:250 000, el área en estudio tiene un uso de suelo en donde se destaca la presencia de cultivos de ciclo corto, vegetación arbustiva y pastos. Se observa también que a futuro gran parte de esta área de drenaje cambiará su uso de suelo, ya que existe una tendencia a urbanizar la zona, por la presencia de la vía circunvalación de la ciudad de Loja (Figuras 3.4 – 3.6). Estas condiciones futuras generarán mayores condiciones de impermeabilidad y por ende la zona será proclive a generar caudales específicos de mayores magnitudes. El tipo de suelo GHS en toda la zona corresponde a un tipo C con suelos de textura franco ‐ arcillo ‐ arenosa, franco ‐ arcillosa y franco ‐ arcillo – limosa, superficiales o moderadamente profundos. La tasa de infiltración de este tipo de suelo cuando están muy húmedos varía entre 4 y 6 mm/h. 31 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA El drenaje natural de estos suelos se identifica con el rango de bien drenados a moderadamente bien drenados, y la movilidad del agua en el suelo varía de óptima a moderadamente lenta o lenta. Figura 3.4. Uso del suelo de la zona de drenaje en estudio – zona baja Figura 3.5. Uso del suelo de la zona de drenaje en estudio – zona media 32 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 3.6. 3.2. Uso del suelo de la zona de drenaje en estudio – zona alta EL CLIMA La caracterización climática para la zona de estudio se sustenta en los registros de la estación M033 La Argelia Loja, que se ubica 1 km al oriente en línea recta del sitio de la cuenca de estudio. Esta estación es de tipo Agrometeorológica (AP), fue instalada en el año 1963 y se ubica en una cota referencial de 2160 msnm. (Anexo II: Hidrología) Para la caracterización del clima se utiliza el periodo de análisis 1971‐2012 (42 años de registro). Se caracterizan los principales parámetros climáticos disponibles: precipitación, temperatura, humedad relativa y heliofanía. En función de los parámetros principales climáticos, se realiza un balance hídrico medio mensual con los datos puntuales de la estación climática M033, para posteriormente realizar una analogía y traspaso hacia la microcuenca de estudio y definir caudales de escurrimiento superficial y los volúmenes de agua subterránea bajo algunas restricciones. 3.2.1. Pluviosidad Media El análisis de variación interanual, estacional y mensual de la pluviosidad en la zona de estudio se sustenta en los registros de la estación M033 La Argelia Loja. La zona se caracterizan por tener un período lluvioso entre enero ‐ abril y un período de verano entre mayo – octubre, régimen típico de un drenaje occidental; muy a pesar que el drenaje es dirigido hacia una cuenca amazónica. Este comportamiento es típico en cuencas de montaña con drenaje amazónico, en donde todavía es preponderante el régimen influenciado por las masas húmedas del Océano Pacífico; por ejemplo el Río Matadero (cuenca alta del río Tomebamba) que drena al río Paute. 33 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Precipitación media mensual (mm) 350 300 250 200 150 100 50 0 Ene Feb Mar Abr May Pmedia Jun Jul Ago Pmín Sep Oct Nov Dic Pmáx Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Media 92 130 143 98 59 55 52 43 41 72 70 89 Min 40 45 46 9 18 9 8 6 7 20 12 17 Max 214 299 317 199 151 120 123 152 90 136 156 198 Figura 3.7. Dic Variación estacional de la precipitación – M033 La Argelia Loja Los valores máximos de precipitación mensual en esta estación oscilan entre 317 mm (marzo 1993) y 90 mm (septiembre 2011), en tanto que los valores mínimos fluctúan entre 46 mm (marzo 2010) y 6 mm (agosto 2002). La precipitación media mensual para la estación está referida por una lámina de 79 mm. Los meses con mayor presencia de pluviosidad son enero, febrero, marzo y abril con láminas medias mensuales que bordean los 116 mm; los meses con menores índices de precipitación son agosto y septiembre con una media de 42 mm. (Figura 3.7) La estación M033 La Argelia Loja define una lámina de precipitación media anual de 945 mm, con valores extremos que se ubican en el rango de 555 mm (año 1979) a 1380 mm (año 2008). La variación interanual de la precipitación en la estación La Argelia Loja delinea una tendencia creciente en el periodo 1971‐2012, tal como se observa en la siguiente Figura 3.8, donde se observa el rango de variación de la pluviosidad media anual: 34 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 1600.0 Precipitación media anual (mm) 1400.0 1200.0 1000.0 800.0 y = 4.0873x ‐ 7195 R² = 0.0843 600.0 400.0 200.0 0.0 1970 Figura 3.8. 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Variación cronológica de la precipitación – M033 La Argelia Loja En la siguiente Tabla 3.2 se muestran las precipitaciones características mensuales y anuales de la estación La Argelia Loja: Tabla 3.2. Precipitaciones históricas mensuales y anuales estación M033 (1971 – 2012) PRECIPITACIONES MENSUALES (mm) Media Mínima Máxima 79 6 317 PRECIPITACIONES ANUALES (mm) Media Mínima Máxima 945 555 1380 3.2.2. Lluvias Intensas Dada la importancia que tiene la información hidrometeorológica en obras hidráulicas como: drenaje vial (puentes, alcantarillas, cunetas, sumideros, resaltos, etc.), drenaje urbano, piscinas de tratamiento de vertidos en la industria petrolera y minera, piscinas camaroneras, vertederos de excesos en embalses y canales de conducción, etc., el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) consideró oportuno actualizar el Estudio de Intensidades elaborado en el año 1980; así, el “Estudio de Lluvias Intensas” realizado por el INAMHI en el año 1999, emplea la información de 65 estaciones pluviográficas y 113 pluviométricas, distribuidas en todo el territorio nacional. Este trabajo, cuyo objetivo es entregar información confiable y oportuna a todas las entidades, públicas y privadas, para la correcta estimación de las precipitaciones en el país, es un esfuerzo del INAMHI, particularmente del Departamento de Hidrometría, Diseño y Fiscalización. El trabajo en mención contiene información relacionada al cálculo y trazado de las curvas de intensidad, duración y frecuencia (curvas IDF) de las precipitaciones, con sus respectivas ecuaciones, ajuste estadístico para diferentes periodos de retorno, y definición de una ley que permita generar información en lugares donde únicamente se cuenta con información de pluviómetro. En el año 2015, el INAMHI actualiza este estudio de lluvias y lo publica con el título “Determinación de ecuaciones para el cálculo de intensidad máximas de precipitación”, con 35 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA información de los años consecutivos al trabajo realizado en 1999, de esta forma se han establecido las ecuaciones IDF y ciertas modificaciones en la zonificación de las lluvias intensas del país. La microcuenca de estudio se ubica en la Zona 17 (INAMHI, 2015), para esta zona se han establecido ecuaciones de tipo potencial en función de las intensidades máximas de precipitación de 24 horas. La Zona 17 está regida por las siguientes ecuaciones IDF: Para duraciones de lluvia (t) entre 5 y 44minutos: 𝐼 . 86.811 𝑡 𝐼𝑑 Para duraciones de lluvia (t) entre 44 y 1440 minutos: 𝐼 . 328.11 𝑡 𝐼𝑑 Donde: I: Intensidad de lluvia (mm/h); t: Duración de la lluvia (min); IdTr: Intensidades de lluvia máxima para 24 horas, con periodo de retorno asociado para la estación M033 La Argelia Loja (Tabla 3.3). Tabla 3.3. Intensidades de lluvia máxima de 24 h – estación La Argelia Loja PERIODO DE RETORNO 5 10 25 50 100 IdTr (mm/h) 2.17 2.41 2.68 2.86 3.04 En la siguiente Tabla 3.4 se muestran las intensidades y láminas de precipitación calculadas para periodos de retorno comprendidos entre 5 y 100 años, y varios tiempos de duración de lluvia. Tabla 3.4. Intensidades máximas de precipitación características para la zona de estudio INTENSIDADES (mm/h) PERIODO DE RETORNO 5 10 15 20 30 40 60 180 240 360 5 351.6 260.3 218.3 192.7 161.6 142.6 103.8 57.3 40.5 22.3 10 398.4 294.9 247.3 218.3 183.1 161.6 117.6 64.9 45.8 25.3 25 452.9 335.3 281.2 248.2 208.1 183.7 133.8 73.8 52.1 28.8 50 490.3 362.9 304.4 268.7 225.3 198.9 144.8 79.9 56.4 31.1 100 525.6 389.1 326.3 288.0 241.5 213.2 155.2 85.6 60.5 33.4 DURACION (min) 36 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 3.5. Láminas máximas de precipitación características para la zona de estudio LÁMINAS DE PRECIPITACIÓN (mm) PERIODO DE RETORNO 5 10 15 20 30 40 60 120 180 360 DURACION (min) 5 7.6 11.2 14.0 16.5 20.6 24.1 27.1 33.9 35.9 39.0 10 8.5 12.5 15.6 18.3 22.9 26.8 30.1 37.6 39.9 43.3 25 9.4 13.9 17.3 20.3 25.4 29.8 33.5 41.8 44.3 48.1 50 10.1 14.8 18.5 21.7 27.1 31.8 35.8 44.6 47.3 51.4 100 10.7 15.7 19.7 23.1 28.8 33.8 38.0 47.5 50.3 54.6 Figura 3.9. Curvas intensidad – duración – frecuencia (escala logarítmica) 3.2.3. Temperatura La temperatura media registrada en la estación M033 fluctúa entre 13.6 y 17.7 °C, con ligeras variaciones intranuales y presencia de valores mínimos en el mes de julio (15 °C). Los meses con mayores índices de temperatura corresponde al periodo lluvioso con un valor promedio de 16.3 °C (Figura 3.10). 37 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Temperatura media mensual (°C) 18.0 17.0 16.0 15.0 14.0 13.0 12.0 Ene Feb Mar Abr May Tmedia Jun Jul Ago Tmín Sep Oct Nov Dic Tmáx Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Media 15.9 16.0 16.1 16.3 16.1 15.5 15.0 15.3 15.9 16.2 16.3 16.2 Min 14.3 14.3 14.6 15.2 14.9 14.0 13.6 13.9 14.1 14.5 14.8 14.5 Max 17.2 17.6 17.5 17.7 17.2 16.4 16.3 16.5 17.1 17.6 17.3 17.3 Figura 3.10. Variación estacional de la temperatura media – estación La Argelia Loja La tendencia interanual de la temperatura media es creciente para el periodo en análisis (+1 °C). La temperatura media característica es de 15.9°C (Figura 3.11). 17.0 TEmperatura media (°C) 16.5 16.0 15.5 15.0 14.5 14.0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Figura 3.11. Variación interanual de la temperatura media – estación La Argelia Loja En cuanto se refiere a las temperaturas extremas, se observa una variación estacional con poca dispersión. La temperatura mínima minimórum fue registrada en noviembre 1985 con 8.3°C, en tanto que la máxima temperatura registrada en la estación M033 corresponde a diciembre 1991 con 24.4°C (Figura 3.12). 38 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Temperaturaas extremas abs. (°C) 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May Jun Tmáx Máx Mín Ene 23.7 10.0 Feb 22.8 10.8 Mar 22.6 11.5 Abr 22.8 11.6 May 23.9 10.3 Jul Ago Sep Oct Nov Dic Tmín Jun 22.6 11.0 Jul 21.0 10.6 Ago 21.8 10.4 Sep 23.1 10.7 Oct 23.9 10.2 Nov 24.3 8.3 Dic 24.4 9.4 Figura 3.12. Variación estacional de las temperaturas extremas – M033 La Argelia Loja En la siguiente Tabla 3.6 se muestran las temperaturas medias y absolutas correspondientes a la estación La Argelia Loja Tabla 3.6. Temperaturas medias y extremas estación M033 (1971 – 2012) Media 15.9 TEMPERATURA MEDIA (°C) Mínima Máxima 13.6 17.7 TEMPERATURAS EXTREMAS (°C) Mínima Máxima 8.3 24.4 3.2.4. Humedad Relativa La humedad relativa es la relación existente entre la tensión de vapor en un momento determinado y la tensión de vapor de saturación a una determinada temperatura para una zona. La variación estacional de la humedad relativa de la estación M033, presenta valores mínimos cercanos al 70% en los meses de verano (julio‐agosto), en tanto que, los mayores índices de humedad tienen lugar en el periodo lluvioso (marzo‐abril) con aproximadamente 78%. El valor medio anual de humedad relativa para la estación en análisis es de 75% (Figura 3.13). Los valores extremos de humedad relativa media han tenido lugar en: julio 1976 con 61% y febrero 1975 con 84%. 39 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 90.0 Humedad relativa (%) 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 60.0 55.0 50.0 Ene Feb Mar Abr May HRmedia Media Máx Mín Ene 77.0 83.0 72.0 Feb 77.8 84.0 69.0 Mar 77.8 82.0 73.0 Abr 77.2 81.0 72.0 Jun Jul Ago HRmáx May 75.7 79.0 71.0 Jun 74.6 82.0 66.0 Sep Oct Nov Dic HRmín Jul 72.4 77.0 61.0 Ago 70.7 79.0 66.0 Sep 71.5 76.0 66.0 Oct 73.1 78.0 61.0 Nov 73.7 80.0 63.0 Dic 75.7 81.0 71.0 Figura 3.13. Variación estacional de la humedad relativa – M033 La Argelia Loja 3.2.5. Heliofanía La heliofanía representa el número de horas de presencia de sol; en la zona de estudio se observa que los valores pico históricos de presencia de sol tienen lugar en los meses de diciembre con valores cercanos a 225 horas/mes, meses en los cuales las precipitaciones son relativamente bajas. El valor mínimo histórico de heliofanía mensual corresponde al mes de enero con 50 horas (Figura 3.14). 250.0 Horas de sol 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May Hmedia Media Jun Jul Hmín Ago Sep Oct Nov Dic Hmáx Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 117.3 98.2 110.5 118.1 136.8 133.7 141.0 152.9 144.5 150.7 157.2 146.2 Min 51.0 54.0 62.1 87.2 107.7 98.4 101.0 82.1 95.7 101.1 92.7 94.2 Max 183.1 145.0 149.3 153.4 184.8 188.1 180.1 206.1 192.2 188.4 218.5 223.5 Figura 3.14. Variación estacional de la heliofanía – M033 La Argelia Loja 40 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA En términos medios, la heliofanía se presenta en mayor magnitud en los meses con menores índices de pluviosidad y con valores que fluctúan entre 100 y 150 horas mensuales; la heliofanía característica anual para esta estación es de 1607 horas. 3.3. BALANCE HÍDRICO Se realiza un balance hídrico simplificado, representativo de la zona de estudio, en función de los registros meteorológicos de la estación La Argelia Loja (1971‐2012), que fueron descritos en los numerales precedentes. Este balance toma en consideración la siguiente relación: 𝐼 𝑂 ∆𝐸 Donde: I: ingresos al sistema (precipitación); O: salidas del sistema (evapotranspiración); y, ΔE: almacenamiento del sistema. Almacenamiento máximo del sistema de 100 mm. La evapotranspiración ha sido estimada en base a la ecuación de Turc para valores mensuales, en función de la temperatura media, radiación solar y humedad relativa. 𝐸𝑇𝑃 𝐶 ∗𝐾 ∗ 𝑅 𝑡 𝑡 𝑅𝑡𝑡 ∗ 0.18 15 ∗ 𝑅 0.62 ∗ 50 𝑛 𝑁 Donde: Ci: factor de corrección para zonas áridas. Si la humedad relativa es mayor a 50%, entonces Ci=1 aplica a M033 La Argelia Loja (HR=75%); Ki: factor de corrección mensual 0.40 para meses de 30 y 31 días, 0.37 para febrero; ti: temperatura media mensual (°C); Ri: radiación de onda corta que alcanza la superficie terrestre (cal/cm*día); Rtt: radiación solar extraterrestre (cal/cm/día); y, n/N: índice de insolación; y, i: subíndice de mes. A continuación, se presenta la variación estacional de la radiación solar y la evapotranspiración potencial calculada mediante el método de Turc (Figura 3.15). 41 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 Evapotranspiración potencial TURC (mm) ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May ETPmedia Jun Jul Ago ETPmín Sep Oct Nov Dic ETPmáx Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 82.7 71.8 81.3 80.1 79.7 74.3 76.1 85.0 89.5 94.8 96.1 91.9 Min 60.0 55.1 63.9 69.7 70.1 63.2 65.2 65.1 71.1 78.6 73.9 73.8 Max 107.1 88.1 94.6 91.4 91.4 90.8 87.9 100.1 105.6 107.8 116.8 117.2 Media Figura 3.15. Variación estacional de la evapotranspiración potencial– M033 La Argelia Loja La evapotranspiración se presenta en mayores magnitudes en los meses de noviembre, diciembre y enero (100 mm/mes), en tanto que en el mes de junio la tasa bordea los 75 mm; estas magnitudes están en función de la temperatura y precipitación de la zona. La evapotranspiración potencial media anual es de 1003 mm. A continuación se presenta el balance hídrico realizado en la Tabla 3.7: 42 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 3.7. Balance hídrico estación M033 La Argelia Loja PARÁMETRO P (mm) ETPp (mm) DELTA ALMACENAMIENTO VRU EXCEDENTE DEF. ETR Donde: P: ETPp: DELTA: ALMAC: VRU: EXC: DEF: ETR: ENE 92 83 9 100 0 9 0 83 FEB 130 72 58 100 0 58 0 72 MAR 143 81 62 100 0 62 0 81 ABR 98 80 18 100 0 18 0 80 MAY 59 80 ‐20 80 ‐20 0 0 80 JUN 55 74 ‐19 61 ‐19 0 0 74 JUL 52 76 ‐24 37 ‐24 0 0 76 AGO 43 85 ‐42 0 ‐37 0 5 80 SEP 41 90 ‐49 0 0 0 49 41 OCT 72 95 ‐23 0 0 0 23 72 NOV 70 96 ‐26 0 0 0 26 70 DIC 89 92 ‐3 0 0 0 3 89 SUMA 945 1003 ‐58 577 ‐100 148 106 897 lámina de precipitación mensual (mm); lámina de evapotranspiración potencial mensual calculada con la ecuación de Turc (mm); diferencia entre la lámina de precipitación y evapotranspiración potencial (mm); almacenamiento o reserva del suelo (mm); variación de la reserva en el suelo (mm); lámina de exceso (mm); lámina de déficits (mm); lámina de evapotranspiración real (mm). Nota: ‐ ‐ Balance hídrico toma en consideración valores medios mensuales 1971‐2012; Balance hídrico inicia en enero, condición de borde de almacenamiento máximo 100 mm (variación estacional de precipitación). 43 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tal como se observa en la Tabla anterior, en el periodo mayo – diciembre, el balance hídrico para la zona es negativo, donde la evapotranspiración excede a la precipitación ocurrente y el escurrimiento superficial tiende a ser nulo. En los meses de mayores precipitaciones (enero ‐ abril), la reserva del suelo está totalmente saturada y al existir un excedente de precipitación (Figura 3.16), es muy probable que exista escurrimiento superficial hacia los cauces naturales de la zona de estudio (quebrada Cater). La lámina de exceso mensual fluctúa entre 9 mm (enero) y 62 mm (marzo), con ausencia total en el periodo de verano y los meses de transición (Figura 3.17). 160 143 140 130 P, ETR (mm) 120 ETR 100 92 8989 83 80 P 98 81 80 80 59 60 76 74 72 80 55 7272 7070 52 43 4141 Ago Sep Oct Nov Dic 40 20 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Figura 3.16. Láminas de precipitación y evapotranspiración real mensual 70 62 58 60 Exceso (mm) 50 40 30 18 20 10 9 0 0 0 0 0 0 0 0 May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 0 Ene Feb Mar Abr Figura 3.17. Láminas de exceso del balance hídrico 44 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 3.4. PARÁMETROS CLIMÁTICOS CARACTERÍSTICOS PARA LA ZONA DE ESTUDIO El clima en la zona está caracterizado por las siguientes valoraciones (Tabla 3.8): Tabla 3.8. Características climáticas de la zona de estudio PARÁMETRO Precipitación media anual Precipitación máxima TR100 años T=10 min Temperatura media anual Heliofanía anual Humedad relativa Evapotranspiración anual 3.5. VALOR 945 UNIDAD mm 15.7 mm 15.9 °C Horas % mm 75 1003 CARACTERIZACIÓN HIDROLÓGICA Se realiza un análisis de la disponibilidad hídrica superficial en la microcuenca Cater, este análisis de la disponibilidad hídrica media mensual se fundamenta en el balance hídrico presentado en la sección 3.3, además se realiza una estimación muy somera del agua almacenada por la cuenca y el potencial caudal subsuperficial que puede brindar, bajo varias suposiciones. Adicionalmente, se estimaron los caudales máximos asociados a un periodo de retorno para la quebrada en estudio, aplicando el método por hidrogramas unitarios. 3.5.1. Disponibilidad Hídrica Superficial En función del balance hídrico y la estimación de la lámina de excesos del sistema, se establece una regla básica para repartir los excesos en escurrimiento superficial y caudal subterráneo (desagües del sistema). 𝐷𝑖 0.50 ∗ 𝐷𝑖 1 𝐸𝑋𝐶𝑖 Donde: Di: desagüe, lámina de escurrimiento superficial (mm); EXCi: lámina de exceso (mm); y, i: subíndice de mes. El 50% de la lámina de excesos se convertirá en escurrimiento superficial y el resto se infiltra hacia capas más profundas. A continuación se presenta el cálculo de la lámina de desagüe y el correspondiente caudal medio mensual asociando una lámina uniforme en toda el área de las microcuenca Cater cuya área de drenaje es 0.87 km2 (Tabla 3.9) Tabla 3.9. Cálculo de la disponibilidad hídrica superficial en microcuenca Cater PARÁMETRO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MEDIA EXCEDENTE (mm) 9 58 62 18 0 0 0 0 0 0 0 0 148 DESAGÜE (mm) 5 32 47 32 16 8 4 2 1 1 0 0 148 Q (l/s) 2 11 16 11 5 3 1 1 0 0 0 0 4 45 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Como se observa en la Tabla anterior, el escurrimiento superficial en la microcuenca de estudio es correspondiente al régimen de precipitaciones de la zona; mayores módulos de caudal para el periodo febrero – abril (15 l/s/km2), en tanto que para los meses con menor pluviosidad se estiman caudales casi nulos. Con la finalidad de obtener una base de datos más amplia, se generó una subrutina para el cálculo del balance hídrico utilizando todos los registros mensuales del periodo 1971‐2012 (504 elementos), de esta forma se pudo obtener mayor información de los caudales superficiales y definir de mejor manera su comportamiento cronológico. Basados en esta serie simulada de caudales superficiales se procedió a caracterizar su permanencia con la ayuda de la curva de duración general (CDG). Para determinar esta curva se recurre a una metodología estadística‐probabilística que consiste en una distribución de frecuencias acumuladas. La escala vertical representa los caudales y la escala horizontal contiene las probabilidades de que estos caudales puedan ser igualados o excedidos (Ríos, 2010). Estas curvas indican el porcentaje del tiempo en el que un caudal de un río es igual o mayor que un determinado valor, independientemente de la periodicidad interanual. El análisis de frecuencias empírica para la obtención de esta curva de caudales (probabilidades P(i)), se representa mediante un vector de m elementos y está dado por la siguiente fórmula para valores descendentes: 𝑃 𝑖 𝑖 ∗ 100 𝑚 Donde: P(i): vector probabilidad (%); i: posición del vector; m: número total de elementos del vector caudal. A continuación se presenta la duración general de caudales superficiales para la microcuenca Cater (Figuras 3.18 y 3.19) y la curva de variación estacional media: Caudal medio mensual (l/s) 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Probabilidad de excedencia (%) 100 P (%) 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 99 Media Qsuper (l/s) 29 17 12 5 2 1 0 0 0 0 0 0 0 3.2 Figura 3.18. Curva de duración general de caudales superficiales Cater 46 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 45.0 Caudal medio mensual l/s) 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May Jun Qmedio Jul Ago Qmín Sep Oct Nov Dic Qmáx \ Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Media 1.4 5.8 10.9 8.9 5.1 2.7 1.4 0.8 0.4 0.2 0.2 0.5 Min 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Max 24.0 32.1 40.8 28.7 15.2 8.4 5.1 3.4 1.7 0.9 2.7 15.3 Figura 3.19. Curva de variación estacional de caudales superficiales microcuenca Cater 3.5.2. Disponibilidad Hídrica Subsuperficial Basados en el procedimiento realizado en el balance hídrico, sobre todo en lo relacionado a la lámina de almacenamiento de la cuenca (100 mm), se estima un volumen muy aproximado para el aprovechamiento de las aguas subsuperficiales que afloran hasta la sección de salida Cater (área 0.87 km2). Es necesario realizar las siguiente puntualizaciones: ‐ El volumen calculado está ligada netamente al balance hídrica y la capacidad teórica de almacenamiento del suelo (100 mm); ‐ Se supone un almacenamiento uniforme en toda la cuenca; ‐ El caudal subsuperficial que se estima, es función de un desagüe continuo en el tiempo de análisis; y, ‐ No se toma en consideración las características particulares del acuífero, es decir no se ha evaluado ningún modelo basado en la teoría de medios porosos. Tabla 3.10. Cálculo de volumen de almacenamiento y caudal subterráneo en microcuenca Cater PARÁMETRO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ALMAC. (mm) 100 100 100 100 80 61 37 0 0 0 0 0 VOLUMEN (m3) 87000 87000 87000 87000 69258 52757 32016 0 0 0 0 0 34 34 34 34 27 20 12 0 0 0 0 0 39 39 39 39 31 23 14 0 0 0 0 0 CAUDAL SUB (l/s) q sub (l/s/km2) Los caudales estimados fluctúan en un rango entre 12 y 34 l/s; mayor magnitud de caudal para los meses con mayor pluviosidad; situación que es evidente ya que en ese temporal la cuenca se encuentra saturada a su máxima capacidad (Tabla 3.10). 47 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Al igual que con los caudales superficiales, se empleó la misma subrutina de cálculo del balance hídrico para obtener una serie extensa de volúmenes de almacenamiento de la cuenca y el potencial caudal que puede evacuar. El caudal específico subterráneo medio estimado es de 0.39 l/s/ha (Figura 3.20). P (%) 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 99 Media Caudal medio mensual (l/s) 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Probabilidad de excedencia (%) Qsub (l/s) 34 34 34 31 22 15 10 2 0 0 0 0 0 13.2 Figura 3.20. Curva de variación general de caudales subsuperficiales En la siguiente Figura 3.21 se presenta la variación estacional de estos caudales subsuperficiales: 40.0 Caudal medio mensual l/s) 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Ene Feb Mar Abr May Jun Qmedio Jul Ago Qmín Sep Oct Nov Dic Qmáx Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Media 12.3 22.3 27.2 26.7 19.7 15.3 10.4 5.5 2.5 3.6 4.8 Dic 8.3 Min 0.0 0.0 1.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Max 33.6 33.6 33.6 33.6 33.6 33.6 33.6 33.6 22.6 27.6 33.6 33.6 Figura 3.21. Curva de variación estacional de caudales subsuperficiales Cater El modelo para estimar los caudales subterráneos será afinado en una fase posterior, refiriendo de mejor forma la capacidad máxima de almacenamiento de la microcuenca y la distribución de los volúmenes en el tiempo. 48 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 3.5.3. Caudales Máximos Como parte complementaria al estudio de caracterización hidrológica se estiman los diferentes caudales máximos para la microcuenca Cater, basados en el método por hidrogramas unitarios. Con la información generada para la zona se preparó un modelo numérico precipitación – escurrimiento, en donde se pudo generar los hidrogramas de crecida para la microcuenca en estudio. Este modelo numérico se basa en los parámetros físicos de la cuenca, condiciones de drenaje y las lluvias intensas acaecidas en la zona. Las ecuaciones que se utiliza para transformar la lluvia de diseño en un hidrograma de salida se describen a continuación: De acuerdo al U.S. SCS se establece que el caudal pico y el tiempo al pico se relacionan a través de la ecuación: 𝐴 𝑞 2.08 𝑇 Donde: A: área de la cuenca (km2), Tp: tiempo al pico del hidrograma (h) El tiempo al pico se obtiene con la relación: 𝑇 Donde: Δt: duración de la lluvia (h) Tr: tiempo de retardo (h) ∆𝑡 2 𝑡𝑟 A continuación, se muestra esquemáticamente el hidrograma triangular del SCS, en donde (Tb) es el tiempo de la fase de descenso del hidrograma (Figura 3.22). Figura 3.22. Hidrograma unitario triangular SCS 49 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Se asume una precipitación total asociada a un tiempo de duración de 10 minutos y para periodos de retorno entre 5 y 100 años, en función de las ecuaciones IDF referidas en la caracterización del clima (Tabla 3.11). Tabla 3.11. Intensidades y láminas de precipitación – Td= 10 minutos INTENSIDAD MÁXIMA (mm/h) PERIODO DE RETORNO (AÑOS) 5 10 25 50 100 67.3 74.7 83.1 88.7 94.3 LÁMINA DE PRECIPITACIÓN (mm) 11.2 12.5 13.9 14.8 15.7 La precipitación efectiva, de acuerdo al U.S. SCS se determina con las siguientes relaciones: 𝑃 𝑃 𝐼 𝑃 𝐼 𝑆 Donde: Pe: precipitación efectiva acumulada al tiempo t (mm); P: altura de precipitación acumulada al tiempo t (mm); y, S: retención potencial máxima del suelo, que es una medida de la capacidad de una cuenca para almacenar la precipitación (mm). De los resultados de experiencias en cuencas pequeñas, el SCS desarrolló una relación empírica entre Ia y S. 𝐼 0,2 𝑆 Entonces la precipitación efectiva acumulada al tiempo t es: 𝑃 𝑃 0,2 𝑆 𝑃 0,8 𝑆 Esta última ecuación es válida para P > 0,2 S. Cuando P < 0,2 S, entonces se asume la relación de Pe = 0. La capacidad máxima de retención del suelo S, y las características físicas de las cuencas se relacionan por medio del factor número de curva ponderado (CN) a través de la siguiente expresión: 𝑆 25 400 𝐶𝑁 254 Se estimó un número de curva CN ponderado para la microcuenca de 85. A continuación se muestran un resumen de los parámetros utilizados en el modelo y los caudales pico calculados (Tablas 3.12 y 3.13 y Figura 3.23) para los diferentes periodos de retorno, con la respectiva forma gráfica de los hidrogramas: 50 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 3.12. Parámetros de ingreso modelo P‐Q VALOR UNIDAD 0.87 km2 Tiempo de duración de lluvia 10 min Número de curva CN 85 Intensidades de lluvia Varias PARÁMETRO Área de drenaje Tabla 3.13. Caudales máximos estimados para la microcuenca Cater CAUDALES MÁXIMOS (l/s) PERIODO DE RETORNO (AÑOS) QUEBRADA CATER 5 10 25 50 100 110 250 480 650 900 HIDROGRAMA DE CRECIDA TR 10 AÑOS 0.25 Caudal pico 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 TIEMPO (horas) HIDROGRAMA DE CRECIDA TR 25 AÑOS 0.5 HIDROGRAMA DE CRECIDA TR 50 AÑOS 0.7 Caudal pico Caudal pico 0.45 0.6 0.4 0.5 0.35 0.3 0.4 0.25 0.3 0.2 0.15 0.2 0.1 0.1 0.05 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0 0.2 TIEMPO (horas) 0.4 0.6 0.8 1 TIEMPO (horas) 51 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA HIDROGRAMA DE CRECIDA TR 100 AÑOS 0.9 Caudal pico 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 TIEMPO (horas) Figura 3.23. Hidrogramas de crecida microcuenca Cater 3.6. VISITA TÉCNICA El 25 de mayo de 2018 se realizó una visita al sitio del Proyecto, con la finalidad de recabar información respecto al drenaje: cobertura vegetal, tipo de suelo, infraestructura existente, condiciones para el escurrimiento (orografía). Actualmente el predio PROSURVI II presenta un movimiento en masa, que ha originado la destrucción de gran parte de la infraestructura de urbanización: bordillos y servicios básicos. La mayoría de la extensión del predio PROSURVI forma parte de la microcuenca que ha sido estudiada en este documento y cuyo cauce principal se desarrolla en la zona Este del predio. La zona de aportación de caudales superficiales y subterráneos hasta la sección de interés es de aproximadamente 87 ha, con un sentido de drenaje evidente de sur a norte, con altas pendientes de la zona alta (Ver Anexo Hidrología). La quebrada denominada Cater recibe las aportaciones superficiales y subsuperficiales de toda el área de drenaje, producto de aquello es la presencia de sitios de afloramiento de agua subsuperficial en los sitios cercanos al cauce principal. La presencia de agua en los estratos geológicos superficiales es importante, muy a pesar que el índice de pluviosidad en la zona es relativamente bajo; el almacenamiento y el movimiento del agua que tiene lugar en el subsuelo, es determinante para que los estratos que están inmersos el deslizamiento en el predio PROSURVI II, pierdan sus propiedades mecánicas por sobresaturación. El uso del suelo de la zona tiene una tendencia a urbanizarse de manera acelerada, tan solo en la zona de cabecera de la zona de aportación se observa la presencia de cultivos y vegetación arbustiva. La poca cobertura vegetal y las características del estrato superficial que se encuentra en el área de aportación (medianamente permeable), permite la infiltración y percolación de los volúmenes de agua, para posteriormente trasladarse hacia aguas abajo en función del gradiente hidráulico referido mayoritariamente por la pendiente del terreno; es decir, se intuye que todo el caudal subterráneo recolectado en toda la zona de recarga llega hasta el sitio del predio PROSURVI II. 52 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA De acuerdo a las referencias de los moradores de la zona, como parte de las obras de drenaje de la vía circunvalación de la ciudad de Loja, fue construido un dren de sección importante paralelo a esta vía, situación que ha permitido disminuir los caudales subsuperficiales en los predios ubicados debajo de esta vía; no obstante, el problema persiste y el dren no capta todo el volumen de agua subsuperficial. Se evidenció la presencia de agrietamientos en la calzada de la vía circunvalación, problema ligado muy posiblemente a la presencia de agua. Parte de las soluciones a este problema suscitado en el predio PROSURVI II, será el control del agua superficial y subsuperficial. A continuación un reporte fotográfico de la visita de campo (Figuras 3.24 – 3.30): Figura 3.24. Deterioro de la infraestructura de urbanización Figura 3.25. Cobertura vegetal de la microcuenca en la zona baja 53 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 3.26. Alcantarilla de cruce de quebrada Cater por circunvalación Figura 3.27. Circunvalación de la ciudad de Loja, agrietamiento de calzada 54 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 3.28. Predio PROSURVI vista desde circunvalación Figura 3.29. Sitios de afloramiento de agua hacia quebrada Figura 3.30. Casa afectada por deslizamiento en masa 55 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO IV MOVIMIENTOS DE TERRENOS INESTABLES Marco Conceptual Tipos de FRM Clasificación de los FRM por actividad Factores que influyen en la generación de FRM Inventario de los Fenómenos de Remoción en Masa en PROSURVI II Zonificación Preliminar de la Amenaza por Terrenos Inestables Ing. Marco Rivera - Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO IV MOVIMIENTOS DE TERRENOS INESTABLES o FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA (FRM) En este Capítulo se realiza una revisión de los conceptos generales de los Movimientos de Terrenos Inestables - Fenómenos de Remoción en Masa (FRM), su clasificación y principales factores que inciden directamente en la generación de los mismos. 4.1 MARCO CONCEPTUAL En la Guía Metodológica para la Zonificación de Amenazas por Fenómenos de Remoción en Masa (INGEOMINAS – Ojeda et al, 2001); se ha definido a estos eventos como todo movimiento ladera abajo de suelos y rocas debido a la fuerza de la gravedad, incluyendo dentro de ellos los flujos (de lodo y escombros) a lo largo de los cauces. Estos movimientos pueden ser lentos, rápidos o extremadamente rápidos; por ello pueden ser muy destructivos cuando alcanzan altas velocidades (Tabla 4. 1.) Tabla 4.1. Escala de velocidad de remociones en masa (Cruden & Varnes, 1996) 4.2 TIPOS DE FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA (FRM) Existen numerosas clasificaciones para los distintos tipos de eventos de Remoción en Masa, las cuales han sido proporcionadas, entre otros, por Varnes (1978) y Cruden & Varnes (1996). Los movimientos de terrenos han sido divididos por estos autores en las siguientes categorías principales: Ing. Marco Rivera - Consultor 56 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Desprendimientos o caídas Toppling o volcamientos Reptaciones - Extensiones laterales Deslizamientos (rotacionales y traslacionales) Flujos Movimientos Complejos Estas clasificaciones consideran diversos parámetros, como los tipos de materiales involucrados (suelo o roca), el mecanismo de ruptura, el grado de saturación que alcanza. Son frecuentes, además, los procesos combinados, como por ejemplo deslizamientos que derivan en flujos de lodos y escombros, o movimientos combinados de colapsos y deslizamientos rotacionales (Suárez J, 1998). 4.2.1 Desprendimientos o Caídas En este tipo de movimientos, una masa de cualquier tamaño se desprende de un talud de pendiente fuerte, a lo largo de una superficie, en la cual no ocurre ninguno o muy poco desplazamiento de corte y desciende principalmente, a través del aire por caída libre, a saltos o rodando. (Figuras 4.1 y Foto 4.1). Figura 4.1. Caída de bloques por gravedad en roca fracturada (Suárez J, 1998) Ing. Marco Rivera - Consultor 57 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 4.1. Caída de bloques en Vilcabamba (Loja web page), se ven rocas inestables que pueden caer El movimiento es muy rápido a extremadamente rápido y puede o no, ser precedido de movimientos menores que conduzcan a la separación progresiva o inclinación del bloque o masa de material. La observación muestra que los movimientos tienden a comportarse como una caída libre cuando la pendiente es mayor a 75°. En taludes de ángulo menor generalmente, los materiales rebotan y en los taludes de menos de 45° los materiales tienden a rodar (Suárez J, 1998). Las “caídas de roca” corresponden a bloques de roca relativamente sana, las caídas de residuos o flujo de detritos están compuestos por fragmentos de materiales pétreos y las caídas de tierra corresponden a materiales compuestos de partículas pequeñas de suelo o masas blandas. 4.2.2 Toppling o Volcamientos Este tipo de movimiento consiste en una rotación hacia adelante de una unidad o unidades de material rocoso o térreo con centro de giro por debajo del centro de gravedad de la unidad y generalmente, ocurren en las formaciones rocosas (Figura 4.2.). Las fuerzas que producen el volcamiento son generadas por las unidades adyacentes, el agua en las grietas, expansiones y movimientos sísmicos. La inclinación puede abarcar zonas muy pequeñas o volúmenes grandes de varios millones de metros cúbicos (Suárez J, 1998). Dependiendo de las características geométricas y de la estructura geológica, la inclinación puede o no terminar en caídas o en derrumbes. Las inclinaciones pueden variar de extremadamente lentas a extremadamente rápidas. Las características de la estructura de la formación geológica determinan la forma de ocurrencia de la inclinación. Ing. Marco Rivera - Consultor 58 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 4.2. Volteo o inclinación en materiales residuales (Suárez J, 1998). 4.2.3 Reptación - Extensiones Laterales La reptación consiste en movimientos muy lentos a extremadamente lentos del suelo subsuperficial sin una superficie de falla definida. Generalmente, el movimiento es de unos pocos centímetros al año y afecta a grandes áreas de terreno (Figura 4.3). El movimiento dominante en las expansiones laterales es la extrusión plástica acomodada por fracturas de cizalla o de tracción que en ocasiones pueden ser de difícil localización. Se les atribuye a las alteraciones climáticas relacionadas con los procesos de humedecimiento y secado en suelos, usualmente, muy blandos o alterados. La reptación puede preceder a movimientos más rápidos como los flujos o deslizamientos (Suárez J, 1998). Figura 4.3. Esquema de un proceso de reptación (Suárez J, 1998). Ing. Marco Rivera - Consultor 59 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 4.2.4 Deslizamientos (Rotacionales – Traslacionales) Este movimiento consiste en un desplazamiento de corte a lo largo de una o varias superficies, que pueden detectarse fácilmente o dentro de una zona relativamente delgada (Figura 4.4). El movimiento puede ser progresivo, o sea, que no se inicia simultáneamente a lo largo de toda la superficie de falla (zona de debilidad). Figura 4.4. Deslizamiento en suelos blandos (Suárez J, 1998). Los deslizamientos pueden ser de una sola masa que se mueve o comprender varias unidades, o masas semi-independientes; pueden originarse por procesos naturales o por la desestabilización del terreno debido al efecto de cortes, rellenos, deforestación, etc. Los deslizamientos se pueden a su vez dividir en dos subtipos denominados deslizamientos rotacionales y traslacionales – planares; la diferenciación es importante para definir el sistema de análisis y estabilización a emplearse (Suárez J, 1998). a) Deslizamiento Rotacional En este movimiento la superficie de falla es curva, y su centro de giro se encuentra por encima del centro de gravedad del cuerpo del movimiento (Figura 4.5 y Foto 4.2). Visto en planta el deslizamiento posee una serie de agrietamientos concéntricos y cóncavos en la dirección del movimiento que produce un área superior de hundimiento y otra inferior de empuje; son comunes flujos de materiales por debajo del pie del deslizamiento (Suárez J, 1998). En muchos deslizamientos rotacionales se forma una superficie cóncava similar a una “cuchara”. Generalmente, el escarpe debajo de la corona tiende a ser semi-vertical con muy poca rotación, lo que facilita la ocurrencia de movimientos regresivos (la superficie original del terreno gira en dirección de la corona del talud, aunque otros bloques pueden girar en la dirección opuesta). El movimiento es curvilíneo, lo cual es común en materiales residuales donde la resistencia al corte de éstos aumenta con la profundidad. Los deslizamientos estrictamente rotacionales ocurren generalmente, en suelos homogéneos, sean naturales o artificiales; sin embargo y debido a que las rocas rara vez son uniformes, el desplazamiento suele ocurrir a lo largo de discontinuidades pre-existentes (Cruden & Varnes, 1996). Ing. Marco Rivera - Consultor 60 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 4.5. Deslizamiento rotacional idealizado (Suárez J, 1998). Dentro del deslizamiento comúnmente, ocurren otros desplazamientos curvos que forman escarpes secundarios y ocasionalmente ocurren otros deslizamientos sucesivos en su origen pero que conforman una zona de deslizamientos rotacionales independientes. Un deslizamiento rotacional puede ocurrir lenta a rápidamente con velocidades menores a 1 m/s. Foto 4.2. Ilustración - Deslizamiento Rotacional en Cañar, se aprecian los escarpes secundarios y la zona de empuje al pie del movimiento Ing. Marco Rivera - Consultor 61 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA b) Deslizamiento Traslacional En el deslizamiento de traslación el movimiento de la masa se desplaza hacia fuera o hacia abajo, a lo largo de una superficie de discontinuidad entre rocas más o menos planas o ligeramente onduladas (Cruden & Varnes, 1996) y tiene muy poco o nada de movimiento de rotación o volteo (Figura 4.6). Los movimientos de traslación son comúnmente controlados por superficies de debilidad tales como fallas, juntas, fracturas, planos de estratificación y cambios de estado de meteorización que corresponden en términos cuantitativos a cambios en la resistencia al corte de los materiales o por el contacto entre la roca y materiales blandos o coluviones. La velocidad de estos movimientos varía desde rápida a extremadamente rápida. Figura 4.6. Deslizamiento Traslacional (Cruden & Varnes, 1996) 4.2.5 Flujos En un flujo existen movimientos relativos de las partículas o bloques pequeños dentro de una masa que se mueve o desliza sobre una superficie de falla. Los flujos pueden ser lentos o rápidos (Figura 4.7), así como secos o húmedos y compuestos de roca, de detritos o de suelo o tierra. La ocurrencia de flujos está generalmente, relacionada con la saturación de los materiales; algunos suelos absorben agua fácilmente si están alterados, fracturados o agrietados por un deslizamiento inicial y esta saturación conduce a la formación de un flujo. Ing. Marco Rivera - Consultor 62 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 4.7. Flujos de diferentes velocidades (Suárez J, 1998). Flujo de Residuos (Detritos) Generalmente un flujo de rocas termina en uno de residuos (Foto 4.3); los materiales se van triturando por el mismo proceso de flujo y se puede observar una diferencia importante de tamaños entre la cabeza y el pie del movimiento (Suárez J, 1998). El movimiento de los flujos de detritos puede ser disparado por lluvias intensas, debido a la pérdida de resistencia y cohesión del suelo por la disminución de la succión al saturarse el material y/o por el desarrollo de fuerzas internas originadas en el movimiento del agua intersticial (Ojeda et al, 2001). Flujos de Lodo (Escombros) Dentro de los flujos de tierra están los “Flujos de Lodo”, en los cuales los materiales de suelo son muy finos y las humedades muy altas y se puede hablar de viscosidad propiamente dicha, llegándose al punto de suelos suspendidos en agua. Un flujo de lodo posee tres unidades morfológicas: un origen que puede ser un deslizamiento, un camino o canal de flujo y finalmente una zona de acumulación. Ing. Marco Rivera - Consultor 63 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 4.3. Ilustración-Flujo de detritos en la microcuenca del Río Ulba. (Tungurahua) Estos flujos incorporan gran cantidad de material saturado mientras descienden al canal y finalmente los depositan en abanicos de detritos. Pueden iniciarse con uno o varios deslizamientos superficiales en las cabeceras o por inestabilidad de segmentos del cauce; los flujos pueden ser rápidos a extremadamente rápidos (Cruden & Varnes, 1996). 4.2.6 Movimientos Complejos Con mucha frecuencia los movimientos de un talud incluyen una combinación de dos o más tipos de movimientos; a este tipo de movimientos se les denomina “Complejos”. Adicionalmente, un tipo de FRM puede convertirse en otro a medida que progresa la desintegración; es así como un deslizamiento puede terminar como un flujo de escombros. Un ejemplo son los Colapsos de roca (PMA-GCA, 2004), que son deslizamientos que no son ni rotacionales ni traslacionales (Foto 4.4). Se requiere desarrollar deformación interna para que ocurra un deslizamiento y por tanto se desintegran rápidamente tan pronto como el movimiento se inicia. Ing. Marco Rivera - Consultor 64 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 4.4. Colapso de talud en la parte E de PROSURVI II, colapsos caen hacia la Q. Cater 4.3 CLASIFICACIÓN DE LOS FRM POR ACTIVIDAD Los FRM pueden ser catalogados también acorde a su actividad o antigüedad; es decir si se están moviendo todavía, o si ocurrieron hace muchos años. Activo: La masa de terreno se encuentra en movimiento, la vegetación es removida de su ubicación o se encuentra torcida - volteada o en algunos casos casi ha desaparecido (Figura 4.8). Se ven nuevos indicadores de movimientos en masa, como grietas de tensión o erosión del escarpe. Figura 4.8. FRM Activo (PMA - GCA, 2004). Ing. Marco Rivera - Consultor 65 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Latente: El movimiento en masa no se ha movido por más de un año, pero su efecto sobre la vegetación es evidente y la causa de la inestabilidad aún está presente (Figura 4.9). Se puede reactivar si cambian las condiciones. (Por ejemplo: lluvias fuertes). Figura 4.9. FRM Latente (PMA-GCA, 2004) Estabilizado: El movimiento en masa no se ha movido por varios años, pero su efecto en la vegetación persiste. La causa de inestabilidad no está presente, o el talud ha sido estabilizado (Figura 4.10). No hay indicios de movimiento como grietas de tensión o erosión del escarpe; suelo cubierto por matorrales. Figura 4.10. FRM Estabilizado (PMA - GCA, 2004) Relicto: La vegetación sobre el talud parece no estar afectada por el movimiento del mismo (Figura 4.11); el FRM se halla cubierto por matorrales y árboles; pudo haber ocurrido hace cientos o miles de años. Figura 4.11. FRM Relicto (PMA-GCA, 2004) 4.4 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA GENERACIÓN DE FRM La generación y amenaza por Movimientos de Terrenos Inestables depende de varios factores, que se pueden dividir en elementos condicionantes (que predisponen la formación de movimientos de terrenos) y elementos detonantes (que disparan los FRM). Los factores condicionantes son la litología, la pendiente, uso del suelo y presencia de FRM; los factores detonantes son la presencia de agua (lluvias y/o aguas hipodérmicas) y la sismicidad o fallas activas. Describiremos a continuación estos factores y cómo influyen en la generación de fenómenos de remoción en masa: Ing. Marco Rivera - Consultor 66 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Pendiente. Las zonas de pendiente media (20°- 45°), se vuelven potencialmente inestables dependiendo del tipo de roca (Foto 4.2), pueden generarse deslizamientos o intensos procesos de erosión. En pendientes fuertes (> 45°) las obras de infraestructura tales como caminos vecinales, canales de riego, represas, etc.; se vuelven más complejas de ejecutar; también es común ver procesos como caída de bloques y volcamientos (Foto 4.1). Litología. Es un factor condicionante importante, por ejemplo las rocas compactas como lavas, tobas soldadas, cuarcitas son menos susceptibles de sufrir procesos de inestabilidad y erosión, que los depósitos sedimentarios poco consolidados como areniscas no cementadas y depósitos con alteración-meteorización avanzada (Fotos 4.5) y además rocas como arenas finas-limolitas con menor resistencia al corte pueden ser fácilmente erosionables y generar flujos de lodo. Foto 4.5. Arenas finas – limolitas de la Fm. Quillollaco en PROSURVI II. Con agua las arenas y limos se transforman en arcilla totalmente plástica Deformación Tectónica. Este factor aumenta la inestabilidad de un talud por el fracturamiento de las rocas, por ello las zonas donde existen fallas activas o el cruce de dos fallas son zonas potencialmente inestables en gran parte por el alto diaclasamiento de las rocas. Adicionalmente un sismo puede actuar como detonante de los FRM como ocurrió en el sismo del Oriente en 1987. En regiones afectadas por intensos procesos tectónicos, como la zona de Loja la deformación tectónica puede ser “dúctil”, formando plegamientos y modificando el relieve; o puede ser “frágil” generando un intenso fracturamiento en formaciones rocosas, que favorecen la generación de movimientos en masa. Ing. Marco Rivera - Consultor 67 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Uso del Suelo - Actividad Humana. La explosión demográfica a nivel mundial ha ocasionado una fuerte presión por el uso de los recursos, así la construcción de acueductos, explotación de canteras (Foto 4.6), desbanques antitécnicos, apertura de carreteras, caminos vecinales, mal uso del suelo, entre otros, son elementos adicionales que incrementan el peligro de inestabilidad de terrenos (Brunori F, et al, 1.996), en el país la deforestación para cultivos de ciclo corto y pastizales, contribuye a la inestabilidad, principalmente cuando se ha cortado el bosque primario. Foto 4.6. Casa destruida parcialmente por efecto del movimiento del deslizamiento APUL-PROSURVI II; la construcción de viviendas pone un factor de vulnerabilidad en la zona Factores hidrológicos. Las continuas e intensas precipitaciones, que se producen durante los eventos “El Niño” y temporadas de lluvias pueden generar deslizamientos y colapsos. Esto se debe a que las lluvias saturan de agua al suelo, aumentando la presión intersticial y disminuyendo el esfuerzo efectivo lo que disminuye la resistencia al corte del mismo, volviéndose plástico y susceptible de deslizarse sobre un plano de debilidad (grietas, fracturas, superficie de estratificaciones, límite entre dos litologías, etc.). Un sistema de alerta temprana de FRM, debe incluir el monitoreo de las lluvias para saber cuándo se supera el límite de plasticidad en el suelo y se pueden generar deslizamientos. Inestabilidad de Terrenos - FRM. La presencia de Fenómenos de Remoción en Masa como deslizamientos activos, latentes o antiguos, escarpes, erosión fuerte y activa, entre otros; como un factor determinante para la generación de nuevos deslizamientos (Foto 4.2), así un deslizamiento y/o procesos erosivos intensos que ha comenzado difícilmente podrá detenerse, tal es el caso del deslizamiento regional en El Tambo – Prov. De Cañar. Ing. Marco Rivera - Consultor 68 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 4.5 INVENTARIO DE LOS FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA EN PROSURVI II El inventario de los FRM se realizó utilizando la información de la Secretaría de Gestión de Riesgos (SGR) de Loja luego de la activación del deslizamiento en el año 2012 y la información del Ing. Wilson Coronel que también hizo un levantamiento de campo de los movimientos de terrenos el año 2011 y 2012. Con esta información se analizó las imágenes de Google Earth 2014, 2016 y 2017 para determinar la evolución de los eventos; con esto se hizo un trazado preliminar de los deslizamientos. En el mes de mayo se hizo un levantamiento en el campo de los FRM (con una ficha modelo – Tablas 4.2 – 4.5) y se determina en los recorridos de campo que se trata de varios eventos, el principal ha sido catalogado en este trabajo como un deslizamiento rotacional que se inicia en Apul, cruza por PROSURVI y el pie del mismo ha afectado y destruido casas en Ciudad Alegría (Foto 4.6). Se trabajó con mapas topográficos a escala 1:2.500; por ello se levantaron movimientos de terrenos mayores a 10 m, aunque todos los eventos superan ampliamente este límite. Analizando la información disponible, sobre todo de los Documentos Base de la Secretaría de Gestión de Riesgos y Coronel Wilson (Capítulo I), se estudia la evolución de los terrenos inestables, las imágenes de la zona (Google Earth) sirvieron para hacer la delimitación preliminar de los deslizamientos, y finalmente con los trabajos de campo (recorridos y mapeo) se determina que no es un solo evento el que afecta a PROSURVI II. Existe un gran deslizamiento rotacional que arranca desde APUL-AGEUL, y que, por efecto del empuje del mismo, el pie de este FRM ha destruido 2 casas en la Urb. Alegría y la infraestructura (calles, aceras y alcantarillado) en la zona E de PROSURVI II, sobre todo en el límite con la quebrada Cater. En el Anexo 1: Mapas Temáticos, se representan todos los deslizamientos levantados en el Mapa 4: Mapa de deslizamientos. La parte baja de este deslizamiento está formando colapsos que caen hacia la quebrada y que son los que más afectaciones han causado; ello se debe a que por esta zona también circulan las aguas que se percolan desde la parte alta del deslizamiento, llegan a niveles impermeables y humedecen los terrenos subyacentes y al saturarse de agua desencadenan nuevos colapsos. Se describe a continuación los FRM que afectan a PROSURVI II, iniciando por el movimiento más antiguo y que posiblemente desencadena los otros eventos. ROTACIONAL 01 Deslizamiento rotacional que tiene su escarpe superior en la Urb. APUL; es el evento más grande del sector (Figura 4.12), por las características del mismo y el antecedente que este FRM habría iniciado luego de la construcción de una zanja y muro en el límite con la Urb. Ciudad Alegría, se piensa que puede corresponder a un antiguo evento que se reactiva por la intervención humana. Ing. Marco Rivera - Consultor 69 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 4.12. Deslizamiento rotacional en APUL – PROSURVI II, se puede observar cómo los levantamientos de los trabajos anteriores (puntos STGR y WC) delimitan el FRM. La ficha de este deslizamiento se encuentra en la Tabla 4.2, donde se describen las características principales del mismo. Tabla 4.2. Ficha Rotacional 01 Ing. Marco Rivera - Consultor 70 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Otro argumento para definir al Rotacional 01 como un movimiento re-activado es la imagen del año 1969 donde se puede notar levemente una estructura en forma herradura en la zona de APUL, y la misma corre hasta la Q. Cater (sin urbanizaciones en esa época) en dirección N70-80, que es donde está ahora ubicada la Urb. PROSURVI II (Figura 4.13). Figura 4.13. Imagen de la zona 1969, se ve a la izquierda una pequeña herradura que se resalta a la derecha, ésta correspondería al Rotacional 01. Se evidencia el pie del deslizamiento Rotacional 01 cerca del límite con Ciudad Alegría, donde está presente un levantamiento del terreno y la acera ha sido desplazada por los menos 1.1 m con dirección N80 (Foto 4.7). Foto 4.7. Levantamiento de la acera por efecto del pie del deslizamiento Rotacional 01 cerca del límite con Ciudad Alegría. El desplazamiento de la acera es de 1.1 m y tiene dirección N85. Ing. Marco Rivera - Consultor 71 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA COLAPSO 02 Como se explicó en la primera parte de este capítulo, los colapsos no tienen una geometría definida y caen por efecto de la gravedad; este es el caso de los movimientos hacia la Q. Cater que se originan por la desestabilización del terreno provocada por Rotacional 01. El más importante y antiguo está justo en el borde de la quebrada y ha generado la destrucción de la calle al E de PROSURVI (Figura 4.14); este movimiento continuo activo y persisten las caídas de bloques hacia la Q. Cater (Foto 4.8). Este evento tiene un área más pequeña (Tabla 4.3) y se circunscribe solo a PROSURVI; posiblemente tiene directa relación con la presencia de aguas hipodérmicas – vertiente que sale cerca de la Q. Cater y que demuestra que el suelo se halla saturado de humedad y por ende se intensifican los movimientos de terrenos; la dirección del mismo también cambia y cae directamente hacia la quebrada con un buzamiento N140. Figura 4.14. Colapso 02, se halla junto a la Q. Cater y afecta a PROSURVI II, ha generado la destrucción de la calle al Este de la urbanización, alcantarillado y aceras. Ing. Marco Rivera - Consultor 72 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 4.8. Colapso 02, afectaciones en el asfalto y aceras de la calle al Este de PROSURVI II. Tabla 4.3. Ficha Colapso 02 COLAPSO 03 Este movimiento se está formando alrededor de COLAPSO 02 (Figura 4.15); se ven afectaciones en las aceras y pequeños desniveles del terreno que denotan el movimiento hacia la Q. Cater; pero al ser las afectaciones menores se pueden tomar las medidas correctivas para evitar el avance del mismo (Tabla 4.4), no obstante, tiene un área mayor que Colapso 02. Ing. Marco Rivera - Consultor 73 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Figura 4.15. Colapso 03, indica un avance de Colapso 02; está empezando a afectar a calles y aceras de la parte más central de la urbanización. Tabla 4.4. Ficha Colapso 03 COLAPSO 04 Se encuentra en el límite de PROSURVI II y Ciudad Alegría, por ello tiene características de Colapso 04 y parte de Rotacional 01; se ven caídas hacia Ciudad Alegría y en el límite el movimiento del pie del deslizamiento rotacional (Foto 4.7). Ing. Marco Rivera - Consultor 74 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Es un FRM más pequeño, no obstante, su acción está destruyendo los muros al límite de las urbanizaciones y generando colapsos que pueden avanzar y generar mayores afectaciones en PROSURVI (Figura 4.16 y Foto 4.9) Figura 4.16. Colapso 04, al límite PROSURVI II y Ciudad Alegría (Rotacional 01 y Colapso 04). Para reducir el avance del deslizamiento, se ha construido un canal que sirve como cuneta de coronación; éste ayuda a evacuar las aguas que entraban al mismo; no obstante, el movimiento del Rotacional continua y ello genera colapsos pequeños hacia la Q. Cater (Foto 4.9). Las características de este evento se hallan resumidas en la Tabla 4.5. Foto 4.9. Colapso 04, pequeños eventos están cayendo hacia Ciudad Alegría y la quebrada; están asociados también con el movimiento de Rotacional 01. Ing. Marco Rivera - Consultor 75 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Tabla 4.5. Ficha Colapso 04 4.6 ZONIFICACIÓN PRELIMINAR DE LA AMENAZA POR TERRENOS INESTABLES Para realizar una zonificación de la amenaza-susceptibilidad por terrenos inestables/FRM, se va a utilizar una metodología de factores ponderados simplificada; esto es no se tomarán en cuenta todos los factores debido a que por ser un área muy pequeña no existe variación de parámetros como precipitaciones, presencia de FRM (toda la zona está afectada por los mismos) y sísmica; por ello quedan como factores la litología y la pendiente. Para caracterizar la litología se hizo un mapeo litológico, pero faltan los resultados del muestreo y análisis de suelos, por lo que en esta zonificación preliminar se utilizará solo el mapa de pendientes (Anexo 1: Mapas Temáticos - Mapa 2), en el cual se puede observar que casi la zona tiene una pendiente entre 0-12°, que tiene una amenaza baja por FRM, entre 12-25° tendríamos una amenaza media, entre 25-35° tendríamos la mayor amenaza que coincide con el escarpe superior del deslizamiento y también con los colapsos hacia la Q. Cater en PROSURVI (Foto 4.10). Pendientes mayores a 35° tienen mayores colapsos, pero no han generado mayores afectaciones por lo que podemos decir que tienen una amenaza media (Figura 4.17). Ing. Marco Rivera - Consultor 76 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Foto 4.10. Colapso 02 y Colapso 03, eventos pequeños caen hacia la Q. Cater, esta es la zona de mayor amenaza por terrenos inestables en PROSURVI. Figura 4.17. Zonificación de la amenaza en base al mapa topográfico, en amarillo están las zonas de mayor amenaza por terrenos inestables en PROSURVI II Ing. Marco Rivera - Consultor 77 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones Ing. Marco Rivera ‐ Consultor Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 CONCLUSIONES La ciudad de Loja (y por consecuencia PROSURVI II) se halla ubicado en la Cuenca de Loja, que es una de las Cuencas Intramontanas del Ecuador, las cuales se desarrollaron durante el Terciario. Estas Cuencas están formadas por rocas sedimentarias con aporte metamórfico proveniente de la Cordillera Real y productos volcánicos de un continuum volcánico del Terciario. Este tipo de rocas ha sido meteorizado y/o alterado y los feldespatos han generado arcillas, las cuales al saturarse de agua facilitan la generación de terrenos inestables. La zona de APUL – PROSURVI tienen en términos generales una pendiente baja, la cual no es favorable para la generación de terrenos inestables; no obstante, este tipo de eventos también es común en pendientes entre 25‐35°. La litología predominante en la zona son arenas limosas y limos con abundantes arcillas, las cuales se saturan fácilmente y generan deslizamientos y colapsos. Los niveles con arena fina y arena media con cantos metamórficos pueden ser un pequeño acuífero, éste se puede observar en la pequeña vertiente cerca de la quebrada en la urbanización En PROSURVI no existe un solo evento de inestabilidad de terrenos, se han identificado 4 movimientos importantes, siendo el principal el primero ‐ Rotacional 01, el que tiene su escarpe en APUL y baja con la pendiente y llega el pie de este deslizamiento a Ciudad Alegría donde ha destruido dos casas por efecto del empuje del pie del deslizamiento. El Rotacional 01 es un deslizamiento rotacional, y presenta una zona de escarpe en el nacimiento de la micro‐cuenca y un pie de deslizamiento que está levantándose y ha ocasionado afectaciones en PROSURVI y Ciudad Alegría; también se puede notar el movimiento en los flancos del deslizamiento, donde existe un desplazamiento entre 0.80‐ 1.20 m hacia el N80‐90 de las aceras en APUL y PROSURVI II. El Mapa topográfico generado confirma la presencia de un deslizamiento rotacional, el escarpe y el pie del mismo están en color amarillo y corresponden a una pendiente entre 25‐35°. El Rotacional 01 abarca los otros movimientos, aunque los Colapsos se mueven independientemente del primero. Las dimensiones estimadas del Rotacional 01 son Área: Potencia: Volumen: 13.3 Ha (133,000 m2) 04.0 m 532,000 m3 Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 78 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Los otros eventos son Colapsos (02, 03 y 04), y están asociados al movimiento e inestabilidad generada por Rotacional 01. Estos han generado la destrucción de la calle aledaña a la quebrada, así como las obras de infraestructura como electricidad, alcantarillado, agua potable, etc. La zona de estudio es de corta extensión (predios Urbanización PROSURVI II) y se encuentra inscrita en el interior del drenaje de la Q. Cater, que posteriormente confluye al río Malacatos por margen izquierda. La microcuenca de estudio tiene una corta extensión de 0.87 km2 (87 ha) y un perímetro de 4.4 km, definiendo un coeficiente de compacidad de 1.30. El cauce natural de la microcuenca tiene su origen en la cota 2270 msnm y desciende en una longitud aproximada de 1210 m hasta la cota 2160 msnm, en una sección cercana al lindero norte de los predios CICL. El cauce principal refiere una pendiente media ponderada de 7.4%. La orografía de la zona de estudio presenta un desarrollo típico de una cuenca de inicio con pendiente fuerte en el tramo inicial, con su respectiva atenuación con el desarrollo del cauce principal de la microcuenca, asociando un valor promedio de 16.4%. La caracterización climática para la zona de estudio se sustenta en los registros de la estación M033 La Argelia Loja, que se ubica 1 km al oriente en línea recta del sitio de la cuenca de estudio. Esta estación es de tipo Agrometeorológica (AP), fue instalada en el año 1963 y se ubica en una cota referencial de 2160 msnm. Para el periodo mayo – diciembre, el balance hídrico para la zona es negativo, donde la evapotranspiración excede a la precipitación ocurrente y el escurrimiento superficial tiende a ser nulo. En los meses de mayores precipitaciones (enero ‐ abril), la reserva del suelo está totalmente saturada y al existir un excedente de precipitación, es muy probable que exista escurrimiento superficial hacia los cauces naturales de la zona de estudio (quebrada CICL). La lámina de exceso mensual fluctúa entre 9 mm (enero) y 62 mm (marzo), con ausencia total en el periodo de verano y los meses de transición. Los parámetros característicos del clima para la zona de estudio son: PARÁMETRO Precipitación media anual Precipitación máxima TR100 años T=10 min Temperatura media anual Heliofanía anual Humedad relativa Evapotranspiración anual VALOR 945 UNIDAD mm 15.7 mm 15.9 °C Horas % mm 75 1003 El escurrimiento superficial en la microcuenca de estudio es correspondiente al régimen de precipitaciones de la zona; mayores módulos de caudal para el periodo febrero – abril (15 l/s/km2), en tanto que para los meses con menor pluviosidad se estiman caudales casi nulos. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 79 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA Los caudales subterráneos estimados fluctúan en un rango entre 12 y 34 l/s; mayor magnitud de caudal para los meses con mayor pluviosidad; situación que es evidente ya que en ese temporal la cuenca se encuentra saturada a su máxima capacidad. El caudal específico subterráneo medio estimado es de 0.39 l/s/ha. La mayoría de la extensión del predio PROSURVI forma parte de la microcuenca que ha sido estudiada en este documento y cuyo cauce principal se desarrolla en la zona oriental del predio. La zona de aportación de caudales superficiales y subterráneos hasta la sección de interés es de aproximadamente 87 ha, con un sentido de drenaje evidente de sur a norte, con altas pendientes de la zona alta. La presencia de agua en los estratos geológicos superficiales es importante, muy a pesar que el índice de pluviosidad en la zona es relativamente bajo; el almacenamiento y el movimiento del agua que tiene lugar en el subsuelo, es determinante para que los estratos que están inmersos el deslizamiento en el predio CICL, pierdan sus propiedades mecánicas por sobresaturación. De acuerdo a las referencias de los moradores de la zona, como parte de las obras de drenaje de la vía circunvalación de la ciudad de Loja, fue construido un dren de sección importante paralelo a esta vía, situación que ha permitido disminuir los caudales subsuperficiales en los predios ubicados debajo de esta vía; no obstante, el problema persiste y el dren no capta todo el volumen de agua subsuperficial. Se evidenció la presencia de agrietamientos en la calzada de la vía circunvalación, problema ligado muy posiblemente a la presencia de agua. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 80 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA 5.2 RECOMENDACIONES En la siguiente fase de estudios se debe tratar de definir los niveles que sirven de acuíferos o que están saturados de agua; esto se hará mediante ensayos de resistividad eléctrica (SEV) y perforaciones. Se debe considerar como un conjunto a todos los terrenos inestables, es decir se deben estudiar las medidas de intervención considerando a los cuatro deslizamientos; por ello es importante tomar las medidas de forma global abarcando el área de APUL y PROSURVI. Se deben socializar los resultados con la directiva de APUL, con la finalidad de aunar esfuerzos para tomar las medidas estructurales y no estructurales necesarias para mitigar la amenaza por terrenos inestables en ambas urbanizaciones. Las zonas que se han marcado inicialmente como de mayor amenaza por FRM deben ser utilizadas como áreas verdes y no es recomendable colocar terrenos para vivienda al lado de la quebrada, ya que se puede tener erosión intensa y colapsos. Se debe implementar un sistema de monitoreo de FRM en APUL y PROSURVI II, el cual debería contemplar tanto los movimientos de aceras, como también la instalación de piezómetros para medir los niveles de agua en los estratos arenosos – limosos que están saturados de agua, sobre los cuales se está moviendo el terreno Se debe instalar pluviómetros para tener datos locales de las precipitaciones en la zona, esto como primer paso para correlacionar los valores de las intensidades de precipitaciones con el movimiento de los deslizamientos, pero específicamente para la zona de APUL‐PROSURVI. El modelo para estimar los caudales subterráneos deberá ser afinado en una fase posterior, refiriendo de mejor forma la capacidad máxima de almacenamiento de la microcuenca y la distribución de los volúmenes en el tiempo. Ing. Marco Rivera ‐ Consultor 81 Tel: 02 2428002 / 0987263309 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TERRENOS DEL PROSURVI II ETAPA DEL COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE LOJA BIBLIOGRAFÍA Abad F (2006), Ensayo metodológico para la evaluación y zonificación de fenómenos de remoción en masa ‐ Cuenca de Loja, Tesis de Grado– EPN, 120 p. Aspden J, & Litherland M (1994); The Geology and the Mesozoic collisional history of the Cordillera Real, Ecuador; Tectonophysics (205), pp: 187‐204. Brunori F, Casagli N & Fisachi S (1996), Landslide hazard mapping in Tuscany, Italy: an example of automatic evaluation, Geomorphic Hazards, John Wiley, pp: 55‐67. Chamba C (2013), Estudio Geológico‐Geotécnico para las Urbanizaciones AGEUL‐APUL. Informe de Consultoría, 41 p. 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