Susceptibilidad y amenaza a los movimientos en masa de suelos de laderas en zonas cafeteras colombianas

Los movimientos en masa (MM) son procesos geológicos destructivos responsables al nivel mundial de miles de muertes y pérdidas económicas directas anuales. De la misma manera, en la región Andina de Colombia, los MM detonados por lluvias causan grandes pérdidas económicas. Es así que los sistemas tr...

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Autores:: Salazar Gutiérrez, Luis Fernando

Tipo de recurso:: Doctoral thesis

Fecha de publicación:: 2018

Institución:: Universidad Nacional de Colombia

Repositorio:: Universidad Nacional de Colombia

Idioma:: spa

Description
Summary:	Los movimientos en masa (MM) son procesos geológicos destructivos responsables al nivel mundial de miles de muertes y pérdidas económicas directas anuales. De la misma manera, en la región Andina de Colombia, los MM detonados por lluvias causan grandes pérdidas económicas. Es así que los sistemas tropicales húmedos de montaña, se caracterizan por su complejidad y fragilidad, de allí surge la necesidad de generar conocimiento propio de ese ambiente con el fin de conceptualizar y buscar la interrelación de sus componentes para un adecuado ordenamiento del territorio y el direccionamiento hacia el desarrollo sostenible. En estas áreas, cultivadas en café en Colombia, al nivel de cuenca hidrográfica donde la información es escasa o está en diferentes escalas y formatos, se desconoce de manera objetiva cuáles son las áreas más susceptibles a estos fenómenos y en mayor detalle los factores que condicionan los diferentes tipos de MM. Por lo anterior el objetivo de esta investigación fue determinar la susceptibilidad y amenaza a los MM superficiales detonados por lluvias en zonas cafeteras colombianas al nivel de cuenca hidrográfica. Por lo anterior en la cuenca hidrográfica cafetera La Mica del municipio de Pácora, Caldas con un área de 12,6 km² se llevó a cabo el estudio donde inicialmente se caracterizaron factores involucrados en la susceptibilidad a los MM, para lo cual se reunió información geoambiental de la misma (suelos, clima, geomorfología, geología, hidrología), la información fue georeferenciada y procesada por capas en el sistema de información geográfica (GIS) mediante el programa ArcGIS 10.3.1 con resolución espacial (tamaño de celda) de 10 m x 10 m. A partir de información secundaria y primaria se obtuvieron los siguientes mapas: complejos cartográficos de suelos (Escala 1:100.000), unidades geológicas (Escala 1:25.000), modelo de elevación digital (DEM) con resolución espacial de 10 m x 10 m, inventario de los MM, vías y propiedades de los suelos, para éste último se realizó el levantamiento de la información de propiedades físicas y químicas para ello se realizaron 21 calicatas mediante un muestreo aleatorio estratificado de acuerdo al área de ocupación del complejo cartográfico de suelo. En cada calicata, en el horizonte A y en un monolito de 0,25 m x 0,30 m x 0,30 m ubicado sobre el potencial plano de deslizamiento, se analizaron variables químicas, físicas y mecánicas. En cada monolito de suelo se determinó la resistencia al corte del suelo mediante el método de corte directo consolidado y drenado bajo cargas normales de 19 kPa hasta 111 kPa a una velocidad de corte de 0,08 mm min-1. Posteriormente se realizó el análisis de la distribución de deslizamientos en función de los factores condicionantes por medio del índice de relación de frecuencias (RF) y se determinaron los factores de mayor influencia en la ocurrencia de deslizamientos por el método de regresión logística múltiple (RLM). Se estudiaron dos modelos para la evaluación de la susceptibilidad a MM así: modelo RLM y modelo probabilístico conceptual basado en procesos físicos SHIA-Landslide. En el primero, se estimó un modelo funcional y la asignación de valores de importancia relativa a los factores que intervienen con mayor significancia estadística mediante los coeficientes de regresión obtenidos. Estos coeficientes sirvieron como valores de importancia relativa en un algoritmo que fue usado en la base de datos de SIG para producir un mapa que representó la probabilidad de ocurrencia espacial de deslizamientos. En el segundo, por el modelo SHIA-Landslide, para cada celda se calculó la probabilidad de ruptura espacial (factor de seguridad -FS 1) sin efecto de la lluvia, esto basado en el método del talud infinito, modelo de Simulación Hidrológica Distribuida Abierta (SHIA) y método probabilístico de Primer Orden Segundo Momento (FOSM) incluido en el paquete computacional RiskLab soportado en MATLAB. En la determinación de la amenaza por movimientos en masa se calculó la probabilidad de ruptura anual por el modelo SHIA-Landslide probabilístico al simular un año influenciado por el periodo de La Niña del año 1999 -2000 de 3460 mm de lluvia anual, lluvia máxima de 120 mm/día y un periodo de retorno de 7 años. La validación del modelo RLM se hizo al separar aleatoriamente el 50% de las celdas para la calibración y el 50% para validación y en SHIA-Landslde se hizo con el 50% de las celdas de validación, ambos se realizaron por la técnica ROC. El análisis del inventario de deslizamientos mostró un número total de deslizamientos (NLT) de 356, con un área promedio de ((A_L ) ̃ ) 1387,7 m2, el área afectada de la cuenca por deslizamientos fue el 3,91%, con una concentración de deslizamientos (LC) de 29,4 km-2, la distribución de frecuencias del área de deslizamientos se asimiló a la distribución teórica Gamma Inversa usada por autores reconocidos, y presentó mejor ajuste para las áreas mayores a 450 m2 y un aumento en la frecuencia para las áreas menores a este valor, asociado a la generación de nuevos deslizamientos producto de la acción antrópica. La cuenca está conformada por cuatro complejos de suelos Chinchiná, Pácora (CH-PA-I-1bc) con valores de cohesión efectiva entre 9,5 kN m-²– 33,7 kN m-² y de ángulo de fricción interna entre 23,7° a 40,6°. Chinchiná, Pácora (CH-PA-II-2bc) con cohesiones efectivas entre 0,51 kN m-² a 27,9 kN m-² y valores de ángulo de fricción interna entre 33,2° y 44,3°, Tablazo, Chuscal, Maiba, Pácora (TB-CHU-MA-PA I2cde) y Tablazo Chuscal (TB-CHU), presentaron valores muy similares entre sí, de cohesión y ángulo de fricción interna que oscilaron entre 11,2 kN m-² a 23,1 kN m-² y 31° a 40° respectivamente. El peso unitario seco γseco y saturado γsat del suelo fue bajo entre 5,3 kN m-3 a 15,8 kN m-3 y 12,4 kN m-3 a 22,8 kN m-3 respectivamente. La cuenca se conforma por el Complejo Quebradagrande en su constitución sedimentaria (Kqs) en el 57,4% y en su constitución de volcanitas básicas (Kqv) en el 23,0%, además del complejo ofiolítico de Pácora en la constitución gabros isotrópicos (Kog) y basalto (Kob) en 10,3% y 9,2% respectivamente, se presenta además alta influencia de la falla geológica de Salamina en dirección N-S. .De acuerdo con el modelo de elevación digital (DEM) la cuenca presenta pendientes entre 0° y 65°, con promedio de 29,2°, además está influenciada por lluvias máximas hasta de 148 mm/día con un periodo de retorno (TR) de 25 años. El análisis de RF mostró alta relación de los deslizamientos (índice RF1) con la pendiente entre 26,6° a 65,05°, la altitud entre 2100 m a 2420 m, distancia a drenajes naturales entre 0 m a 40 m, distancia a las fallas geológicas .entre 0 a 200 m, distancia a las vías entre 20 m a 400 m, unidades geológicas Kog y Kob, complejo de suelos CH-PA II 1bc, capacidad de almacenamiento máximo entre 165,6 mm a 210 mm, capacidad máxima de agua gravitacional entre 463 mm a 1320 mm, profundidad de falla entre 2,22 m a 4,81 m, aspecto de la pendiente N, SE, S, SO, W., Índice topográfico de humedad (TWI) entre 8,3 a 11,6, curvatura plana cóncava y convexa. El modelo RLM mostró relación de máxima verisimilitud de los factores geología, geoformas, pendiente, altitud, dirección de flujo, curvatura plana y distancia a los drenajes naturales, fallas y vías con la probabilidad de ocurrencia de deslizamientos. El modelo de susceptibilidad a deslizamientos obtenido por RLM obtuvo un área bajo la curva (AUC) del análisis ROC de 0,732, tasa de verdaderos positivos (tpr) de 67% y tasa de falsos positivos (fpr) de 33% en tanto, el modelo de susceptibilidad SHIA-Landslide alcanzó una tpr de 62% y una fpr de 50%. El modelo de amenaza por el mismo modelo obtuvo un tpr de 73% y un fpr de 59%. Los modelos RLM y SHIA-Landslide probabilístico permitieron predecir la susceptibilidad a los deslizamientos con una probabilidad del 73,2% y un valor de acierto del 62% respectivamente. El modelo SHIA-Landslide-probabilístico puede llegar a predecir hasta el 73% de la probabilidad anual de deslizamientos bajo escenario de eventos La Niña. El área descrita como inestable que no falló con esta simulación (fpr) indica que se deben tomar medidas de prevención en estas áreas ya que el inventario de MM fue incompleto.

Susceptibilidad y amenaza a los movimientos en masa de suelos de laderas en zonas cafeteras colombianas

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