USO DE AVIONES NO TRIPULADOS DE ALTA PRECISIÓN PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE LOS DESLIZAMIENTOS TIPO FLUJO EN EL APORTE DE SEDIMENTOS A LOS CAUCES.

Autores: 

Msc. Carlos Andrés Buenahora
Msc. Luz Stella Bravo Molina
Geol. Lizeth Paola Liévano
E.D. INGEOTECNIA S.A.S.

 

1.    PRESENTACIÓN Y ANTECEDENTES

El tema del siguiente trabajo de investigación consiste en presentar un análisis de un caso presentado en el año 2015 referente a un deslizamiento tipo flujos de gran extensión y longitud, el cual entrega miles de metros cúbicos de sedimentos al río Chitagá. De acuerdo a estudios de amenaza geotécnica realizada en la zona esta presenta un valor alto a muy alto a ocurrencia de fenómenos por remoción en masa, dadas las condiciones geológicas con materiales coluviales y suelos residuales sueltos de gran espesor los cuales al ser saturados en las épocas de lluvia, pierden su cohesión y tienden a fluir sobre las laderas de alta pendiente que conforman los valles de la corriente agua principal lo cual genera unas condiciones de represamiento y posible generación de una avalancha que afectaría cultivos, una vía primaria, afectación de predios, viviendas y redes de energía como luz y gas.   

La idea de esta investigación surgió de la necesidad de establecer una metodología  que permitiera monitorear las áreas afectadas por los movimientos tipo flujos ya que estas son de gran extensión y constituyen un riesgo alto para las comisiones en caso de realizarse con topografía convencional. Los avances de los movimientos son considerables en cada época de lluvia y se requiere establecer alertas tempranas que puedan afectar la población y las redes de energía regionales.

Particularmente este sitio fue escogido para la presentación de este trabajo, teniendo en cuenta la importancia por ser un problema de estabilidad de orden regional y por la magnitud de las afectaciones, la generación de estos sedimentos al rio y sus posibles consecuencias catastróficas. En cada época de lluvia, la dinámica de los movimientos del terreno se inicia con erosión y pérdida de la cobertura vegetal debido al arrastre de los flujos a través de la ladera, los cuales facilitan la infiltración a través de las grietas del suelo y generando la saturación y reactivación de los deslizamientos.

La problemática geotécnica afecta gran parte de la vereda Paramito del municipio de Labateca, del departamento de Norte de Santander – Colombia, así como las actividades agrícolas y ganaderas de la región, las vías de acceso veredales, acceso a una escuela, la estabilidad de las torres de energía eléctrica, la incidencia sobre una línea nacional de gas que surte a la ciudad de Bucaramanga y a la refinería de Ecopetrol en Barrancabermeja. Por otro lado, la afectación y contaminación del rio Chitagá por los sedimentos generados por la erosión y los flujos de tierra, podrían represar sus aguas y producir daños incalculables aguas abajo del cauce en cercanías de la población de San Bernardo de Bata y la vía que conduce a Saravena en los llanos orientales del país.

Como aprendizajes de esta investigación tenemos el conocimiento de una nueva metodología de monitoreo de la erosión y los deslizamientos de tipo flujos, en áreas de difícil acceso por su gran extensión y riesgo, así como la posibilidad de generar alertas tempranas ante la afectación de la población y las líneas vitales de energía. La aparición de nuevas grietas en el terreno pueden aumentar la velocidad de los movimientos los cuales son de alta probabilidad según el estudio de amenaza geotecnia realizado.

Teniendo en cuenta que los movimientos en las épocas de lluvias son muy grandes y la alta susceptibilidad que presentan los suelos a deslizarse y los demás resultados de estudios que muestran que estos suelos presentan espesores hasta de más de 20 metros, se considera que no es viable técnicamente su estabilización y por tal razón el gasoducto de la zona está adelantando los estudios construcción de una variante que permita eludir estos problemas. Lo relacionado con las viviendas es motivo de discusión de las entidades departamentales y los funcionarios de la oficina de atención de desastres. Como medida de mitigación, durante las lluvias se construyen obras de drenajes con maquinaria pesada para disminuir la posibilidad de estancamientos de agua que puedan aumentar las condiciones de inestabilidad.

 

2.    OBJETIVO

El objetivo de esta investigación pretende lograr identificar las áreas de generación de flujos, sus condiciones geomorfológicas y el seguimiento al avance de los flujos que aportan los sedimentos al rio Chitagá y que puedan generar esta posible avalancha de lodos, usando como método el análisis multitemporal y las condiciones geomorfológicas a través de imágenes aéreas y modelo de superficie tomadas mediante un avión no tripulado de alta precisión. Como resultado principal se determinará la amenaza geotécnica mediante el análisis de un modelo de flujo tridimensional para determinar la velocidad y volumen del flujo de sedimentos que aportan al rio Chitagá.

 

3.    MARCO TEORICO

Lo que se mueve

 

 

Los flujos son movimientos de masas de suelo, derrubios o bloques rocosos con abundante presencia de agua, donde el material está disgregado y se comporta como un fluido, sufriendo una deformación continua, sin presentar superficies de rotura definidas. Estos movimientos son poco profundos en relación a su extensión. Estos movimientos puede alcanzar varios kilómetros y su velocidad pueden alcanzar varios metros por segundo, siendo catastróficas cuando están cerca a poblaciones o ríos. Los flujos pueden ser consecuencias del deslizamiento o ser inducidos por desprendimientos. (Gonzalez, L).

Lo que lo hace mover

El agua es el principal agente desencadénate, por la pérdida de la resistencia a que da lugar a materiales poco cohesivos (Gonzalez, L). Las lluvias de larga duración y que han durado varios días genera un agente detonante en la generación de estos flujos, dada la alta infiltración y saturación la cual lleva a la pérdida de la resistencia.

 

Con que se mide

El monitoreo constituye un sistema de alarma ante la ocurrencia de un deslizamiento o el método de medir la magnitud y velocidad de los movimientos del terreno. Existen diferentes tipos de instrumentación para su medición,  entre los cuales se destacan: Uso de GPS, monitoreo topográfico con estación electrónica total, inclinómetros, piezómetros y extensómetros, con estaciones de medición de precipitaciones excesivas. Sin embargo, dados los avances tecnológicos en la era de los DRONES donde estos pueden generar imágenes aéreas y modelos de elevación con alta resolución de hasta un centímetro por pixel, se proyecta una nueva tendencia en el monitoreo de deslizamientos, forestales y ambientales. Estos equipos cuentan con GPS incluido de muy buena precisión la cual puede ser combinado con estaciones terrestres de georreferenciación para lograr superponer imágenes aéreas y modelos de elevación e identificar la variación de los parámetros geométricos de los deslizamientos, en cuanto a su longitud, ancho área e incluso velocidad entre vuelos. Los DRONES cuentan con potentes programas de computador que permiten simular y realizar vuelos programados, así como la generación de ortomosaicos bidimensionales georeferenciados y modelos de elevación usando procesos de interpolación, filtrado de ruido, modelado de borde y detección de errores., adicionalmente pueden volar entre 100 y 900 metros de altura abarcando hasta 12 km2 por vuelo de 45 minutos. Son ideales para lograr llegar a zonas de difícil acceso, resisten velocidades de viento de hasta 45 km/h.

Los equipos tipo multicopteros permiten la visualización en vivo y autonomía al momento de capturar las imágenes y videos del sector de estudio con alta definición.

Las imágenes aéreas obtenidas con aviones no tripulados están siendo usadas adicionalmente para obtención de topografía, identificación y clasificación de drenajes, infraestructura vial, urbanismo, levantamientos ya afectaciones prediales, estudios forestales, mapeo de usos del suelo, cobertura vegetal, geología, geomorfología y estudios de amenaza geotécnica y ambiental.

 

 

 

4.    ESTADO DE LA INVESTIGACIÓN

La implementación de nuevas tecnologías en el monitoreo de la erosión, deslizamientos y aportes de sedimentos a los cauces facilitan la toma de decisiones y el entendimiento de los fenómenos naturales los cuales son muy difíciles de calibrar y definir mediante la elaboración de modelos matemáticos, por otro lado nos muestra que hay un camino amplio por investigar que permita realizar mayores aportes a la ingeniería. Se requiere continuar con el avance de la investigación para contar con una escala temporal más completa que permita establecer un patrón del movimiento y ajustarlo a modelos matemáticos que permitan predecir la ocurrencia o avance de estos, mediante la toma de datos de campo mediante muestreo y ensayos de laboratorio. De igual manera, realizar la comparación con otros sistemas de monitoreo los cuales permitan establecer su precisión.

 

5.    METODOLOGÍA

La metodología para la elaboración del estudio que dio lugar a este artículo comprende las siguientes actividades:

1.    Análisis de la precipitación que conllevó a la ocurrencia de los deslizamientos.

2.    Análisis de la formación geológica y geomorfológica de los materiales que afloran el sitio donde ocurrieron los flujos de suelo.

3.    Análisis de la evolución de los flujos a través del tiempo mediante la interpretación de las fotografías aéreas tomadas con DRONE. Para lograr superponer las imágenes utilizadas en el análisis multitemporal se cuenta con imágenes georeferenciadas mediante el sistema de posicionamiento del DRONE, utilizando el mismo plan de vuelo y utilizando puntos de control de amarre.

4.    Modelación del flujo teniendo y el aporte de sedimentos al rio Chitagá.

 

Análisis de la precipitación

En relación con el registro de los años anteriores en el mes de  febrero de 2015 obtuvo la mayor relación con de días de lluvia desde 1972. Respecto a la lluvia acumulada, fue el registro más alto desde el año 2000.   El mes de Junio es el mes con más días de lluvia registrada para el año 2015 y el segundo desde Julio de 1988. Los meses de Mayo, Junio y Julio fueron los meses con mayor cantidad de lluvia acumulada en 2015 y estos valores estuvieron sobre el promedio registrado de años anteriores.

 

 

Teniendo en cuenta los registros pluviométricos se puede observar que la emergencia presentada en el sector de estudio en los últimos días del mes de mayo se presentó debido a:

 

·         La lluvia acumulada y días de lluvia para el mes de mayo de 2015 triplico su registro con respecto al año 2014.

·         El número de días de lluvia para mayo de 2014 fue el más alto en 43 años.

·         La lluvia acumulada para mayo de 2015 tuvo el registro más alto en 39 años.

·         La lluvia acumulada alcanzó un registro de 210 mm y en un total de 17 días.

·         Las variaciones morfológicas de la región están enmarcadas en la incidencia de agua lluvia que se infiltra en la roca altamente meteorizada.

·         Sobre el sector estudiado deslizamientos característicos son de tipo flujo, aunque en algunos sectores se presentan deslizamientos rotacionales de menor magnitud.

 

 

La alta susceptibilidad a la generación de los deslizamientos está relacionada con la alta infiltración del agua de escorrentía y la rapidez en la saturación de los suelos de acuerdo a los modelos realizados (ver imagen 5 y tabla 1).

 

 

 

Análisis de la geología y geomorfología

En un marco geológico regional el sector de interés geotécnico y geológico, se encuentran en la cordillera oriental, al Oeste de Bucaramanga y sur del municipio de Labateca. La litología existente corresponde a rocas sedimentarias compuestas por lodolita gris a gris-amarillenta micácea presenta materia carbonosa y nódulos ferruginosos, con intercalaciones de areniscas blanca grisácea a gris amarillenta, de grano fino a medio, ligeramente micácea, lodosa, carbonosa y capas de carbón hacia la parte inferior, se correlacionan con la Formación Carbonera.

 

En general la región genera una expresión Geomorfológica de origen denudacional – estructural de pendientes moderadas a fuertes en estratos cretácicos y en depósitos cuaternarios. Superficialmente se tienen suelos cubiertos por pastos y rastrojos.

La formación carbonera consta de una serie de arcillolitas intercaladas con areniscas y Algunos mantos de carbón en la parte Inferior y en el tope de la formación (carbón fijo de 30.2 a 46.6% con un promedio de 39.7%). Las arcillas son de color gris, comúnmente abigarradas y sideríticas; en la parte inferior y superior de la formación hay algunas arcillas Pizarrosas de color gris oscuro. Las areniscas son de color gris verdoso de grano fino a grueso y algo arcillosas; en las partes inferior y superior estas Areniscas son localmente glauconíticas; en estos mismos intervalos hay pequeñas capas de caliza. La formación carbonera reposa concordantemente sobre la formación Mirador y el límite está marcado por la presencia de las primeras areniscas de grano grueso de la formación Mirador. El espesor promedio es de 500 m, la edad de la formación va del Eoceno Superior al Oligoceno Inferior (Van der Hammen).

 

A nivel de la geología estructural El territorio nortesantandereano esta cruzado por numerosas fallas y pliegues. La naturaleza de las primeras y la magnitud de los segundos ha permitido diferenciar dos regiones: la occidental caracterizada por fallas de rumbo y la oriental caracterizada por fallas inversas y pliegues anticlinales y sinclinales amplios. Lo anterior determina dos estilos estructurales: de fallamiento en bloques en la región occidental y de fallamiento inverso y plegamiento en la oriental. Este último estilo estructural es que se encuentra estructuralmente conformando el área de estudio.

La condición geoestructural natural de Toledo se presenta con diferentes grados de complejidad estructural así como estratigráfica, debido a su historia geológica, la cual se encuentra enmarcada por procesos tectónicos violentos de escala regional y edad reciente, asociados al levantamiento de la cordillera oriental, la última glaciación, a la conformación de las respectivas vertientes occidental y oriental y al fallamiento activo del piedemonte y borde llanero.

Paralelamente a los múltiples trazos de varios sistemas de fallas geológicas y sus trazos satélites o asociados, también se presenta una gran cantidad de lineamientos estructurales (fotogeológicos), afectando indiferentemente la mayor cantidad de unidades roca en superficie. La Falla de Labateca es una de las estructuras de carácter regional y es las más importantes del sector; existen otras estructuras como la Falla Valegra, Tamara, San Ignacio, Anticlinales y Sinclinales.

 

La falla de Labateca Corresponde a una falla de trazo regional, posiblemente de cabalgamiento, presenta una dirección general SE-NW, afecta rocas del cuaternario, terciario, cretáceo, jurásico y paleozoico, desde Boyacá hasta la República Bolivariana de Venezuela, define un gran bloque estructural en todo el oriente del Norte de Santander, se localiza al occidente de Toledo en jurisdicción de Labateca de donde toma su nombre.

Los registros de los sondeos geotécnicos y las tomografías eléctricas (ver imágenes 6 y 7) muestran un perfil de depósitos y suelos residuales sueltos y movidos los cuales son susceptibles a la generación de deslizamientos de tipo rotacional y flujos de un espesor de hasta 10 metros de profundidad. Por debajo de este nivel aparecen intercalaciones de rocas de arenisca muy fracturadas y lodolitas muy meteorizadas y fisiles con un espesor de hasta 30 metros. Finalmente aparecen rocas fracturadas pero un poco más estables.

 

 

 

 Análisis de la evolución de los flujos

De acuerdo a los resultados de la superposición de las imágenes aéreas en cuatro fechas diferentes del año 2015 (imagen 8), se puede observar la evolución en área, longitud y ancho, adicionalmente se observan algunos aportes tributarios al flujo principal. Efectivamente se logró identificar que los principales movimientos corresponden a las épocas de lluvia y en el caso contrario, en épocas secas se observan pocos avances e

Incluso la aparición de vegetación que logra ocultar las evidencias de los movimientos ante inspecciones ligeras. Entre una época de lluvia y seca se evidencia la aparición de grandes grietas sobre el terreno las cuales favorecen la infiltración y ocurrencia de nuevos movimientos al constituirse bloques de suelos sueltos.

Los flujos se han desarrollado hacia el rio chitagá (imagen 9) en una longitud de hasta 400 metros, generando una invasión del cauce. El efecto del agua intenta removerlo y de esta manera se genera un desconfinamiento que acelera los movimientos en la parte media y extensión en la parte alta de la ladera. La amplitud del área del flujo de suelo aumenta considerablemente en la parte baja junto al rio para cada época de lluvias (imágenes 10 y 11). Se observan sitios de reposamiento del agua y afectaciones con aumento considerable en la vegetación afectando algunas zonas de bosque.

 

 

  

Modelación del flujo

Para la modelación del flujo se utilizó el programa DAN-W el cual permitió definir que la velocidad media del flujo es de 18.34 m/s, con una distancia de recorrido de 165 metros y un volumen posible de 3428 m3 asumiendo una profundidad de falla de 1.2 metros, lo cual representa un aporte de sedimentos muy importante al rio Chitagá, generando dificultades en el comportamiento del cauce y un posible represamiento y riesgo para la infraestructura, predios y habitantes. El tiempo para que ocurra este evento es de 40 segundos de acuerdo al modelo realizado. Es importante tener en cuenta que los mantos susceptibles a los flujos son de hasta 20.0 metros de espesor, lo que hace que los movimientos del terreno sean retrogresivos, con aumento en su ancho y profundidad generando cada vez mayores volúmenes de aporte de sedimentos.      

 

6.    CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

·         La zona estudiada presenta alta susceptibilidad a la generación de flujos de suelo de manera periódica teniendo en cuenta los eventos monitoreados y los resultados de los análisis realizados. Los sedimentos aportados en cada época de lluvia pueden generar un evento catastrófico y la afectación del ecosistema del rio Chitagá.

·         La tecnología del DRONE de alta resolución constituye una herramienta muy útil para el monitoreo de deslizamientos de gran extensión y la calibración de modelos de flujos dinámicos.

·         Es importante realizar mayor cantidad de monitoreos durante las épocas de lluvias a fin de generar una mejor calibración y pronóstico del comportamiento de la ladera.

 

7.    BIBLIOGRAFÍA

v  Notas de clase RODRIGUEZ P. CARLOS E. Clasificación y nomenclatura de deslizamientos. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá.

v  COLOMBIANO, S. G. (2012). DOCUMENTO METODOLÓGICO DE LA ZONIFICACIÓN DE SUSCEPTIBILIDAD Y AMENAZA RELATIVA POR MOVIMIENTOS EN MASA. Bogotá.

v  GONZALEZ, V. LUIS,. (2015). «INGENIERIA GEOLOGICA, España».

 

 

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