Deslizamientos en cerro Tapezco

--María Fernanda Jarquín--

La formación de presas naturales se produce donde existen valles estrechos y empinados bordeados por montañas altas. Grandes volúmenes de tierra, roca o lodo se deslizan por altas pendientes que permiten que el material se acumule bloqueando el cauce antes de ser movilizado por el caudal del río. Estas presas están compuestas de una masa heterogénea que se encuentra pobremente consolidada o no consolidada, que no posee ningún tipo de filtro o zonas para controlar la presión de poros, por lo que la falla más probable será la de rebalse, seguida de una apertura que se forma como producto de la erosión del material a causa del flujo de agua. La falla también puede producirse por tubificación, que ocurre debido a la permeabilidad del material que forma la presa, por la cual el ascenso del nivel de agua detrás de la presa fuerza al agua a pasar a través de las partes permeables, guiando la erosión por tubificación (Costa y Schuster 1987). La duración de la falla de represas naturales tiene una gran variabilidad. Costa y Schuster llevaron a cabo un análisis a nivel mundial utilizando una muestra de 73 represas formadas por deslizamientos de gran variabilidad de volúmenes y tipos de materiales y concluyeron que el 27% fallaron en menos de un día desde su formación y alrededor del 50% fallaron durante los siguientes diez días. El tiempo de falla y la magnitud del flujo al romperse la presa dependen principalmente del tamaño y la geometría de la presa, de las características de los materiales que la forman, del caudal de llenado del embalse, de la geología que controla el flujo y de los controles ingenieriles que se le realicen a la presa.

La activación de un deslizamiento puede producirse, principalmente, debido a tres mecanismos: lluvias, sismos, la influencia del ser humano en el uso del suelo o la combinación de estos mecanismos. La mayoría de los deslizamientos ocurren después de periodos de lluvias fuertes o de periodos lluviosos, por lo que el agua es el factor que comúnmente se asocia con las fallas de taludes.

El deslizamiento de Tapezco es un movimiento compuesto, traslacional en la parte inferior y rotacional en la parte superior (Molina 1990). Su elevación máxima se encuentra en la corona, donde alcanza 1.760 msnm y se encuentra aproximadamente a 350 m sobre el nivel del río Uruca. El actual deslizamiento tiene un área aproximada de 25,8 ha y un volumen total estimado de 12,9 millones de metros. Sin embargo, es poco probable que todo el material presente un movimiento súbito y simultáneo; se estima un volumen de 9,05 millones de metros cúbicos con mayor probabilidad de deslizarse (López 1996). Es posible que el cerro Tapezco haya sido afectado por el terremoto de Orotina, en 1913, cuyo epicentro se encuentra ubicado a 30 km del cerro -pero no existe evidencia que correlacione una cosa con la otra debido a que el periodo de registro con información instrumental es muy pequeño para llevar a cabo los análisis (Molina 1990).

Al analizar eventos extremos, como deslizamientos, debe tenerse mucho cuidado con las simplificaciones (por ejemplo, no es recomendable el uso de promedios de lluvia debido a que los valores de altas intensidades también pueden producir el disparo de un deslizamiento). Debe analizarse factores como el nivel freático, la pendiente, el ángulo de fricción o los cambios de la densidad del suelo, donde el nivel freático es el parámetro al que el deslizamiento resulta más sensible. Sin embargo, debido al grado de complejidad del fenómeno y al gran número de variables involucradas, se recomienda la utilización de relaciones empíricas entre algunas de las variables más significativas. En el estudio del que da cuenta parcial este artículo se plantearon tres escenarios: 200, 100 y 50 años de periodo de retorno. Se analizaron cuatro escenarios asociados al volumen probable de presa y un 75%, 50% y 10% de este volumen, que son 6,75, 4,50 y 0,9 millones de m3, respectivamente. Una vez determinada la geometría de la presa, se obtiene la elevación para cada volumen de material deslizado (48,13, 44,13, 93,02 y 24,05 m, respectivamente) y se calcula el volumen del embalse para cada elevación de presa (914.000, 745.000, 559.000 y 161.000 m3).

Para llevar a cabo la modelación, se utiliza el FLDWAV (flood wave: onda de flujo), que es un sistema de modelación de flujos con la capacidad de modelar flujos irregulares no-newtonianos, fundamentado en los modelos DAMBRK y DWOPER (fue desarrollado por el National Weather Service de Estados Unidos). El modelo se basa en la solución implícita, iterativa, no lineal, de diferencia finita de las ecuaciones unidimensionales de Saint-Venant. Sus principales limitaciones son: las ecuaciones que gobiernan el ruteo son unidimensionales, no se analiza la socavación en el cauce, la imprecisión del valor de la n de Manning, los valores del ancho de ruptura de la presa y del tiempo de rompimiento son muy poco precisos y también es poca la precisión asociada a las pérdidas de volumen al propagarse el flujo en la presa.

Los datos de entrada para llevar a cabo la modelación son la altura de la presa (H), el tiempo de falla (?), el ancho de la apertura (b), el caudal de entrada (Qe) y los datos de distancia, ancho y altura de las secciones transversales del tramo en el que se llevará a cabo el ruteo. Los caudales de rompimiento alcanzan un valor máximo de 3.271 m3/s, valor que se presenta con 100% del volumen total del deslizamiento y alcanza una altura máxima de 48,13 m. Este caudal sobrepasa por amplio margen la capacidad del cauce, pero es también el que tiene mayor volumen de embalse, por lo que el tiempo de falla es menos crítico.

Es importante tener en cuenta que el deslizamiento no está necesariamente asociado a una lluvia muy intensa, por lo que el tiempo de falla de la presa puede durar varios días antes de llegar a sobrepasar el nivel de falla. Sin embargo, para efectos de seguridad la elección de un periodo de retorno alto y, por lo tanto, un menor tiempo de llenado es lo más acertado. La disipación de la onda de flujo a lo largo del cauce es muy poca, lo que se justifica principalmente porque las pendientes son muy altas y será a mayores distancias cuando pueda llegar a existir una disipación importante. Otro aspecto de importancia es que dentro de la modelación no se analizan pérdidas de volumen, por lo que la disipación de la onda depende principalmente de la geometría de las secciones; la energía disminuye conforme se ensanchan las secciones transversales. Este resultado parte de una modelación unidimensional de flujo de agua a lo largo del cauce, donde no se analiza el comportamiento viscoso ni las pérdidas laterales de volumen (véase mapa).

La probabilidad de que se produzca un deslizamiento y llegue a formar una presa en el cauce del río Uruca depende de gran número de parámetros; sin embargo, a partir de relaciones empíricas se puede aproximar en el rango entre los 50 y 200 años de periodo de retorno. Es importante tener en cuenta que las curvas empíricas a partir de las que se determina el periodo de retorno son producto de deslizamientos no activos, a diferencia del deslizamiento de Tapezco, que es activo. Los movimientos de materiales pueden ser asociados a un periodo de retorno de dos años, lo que concuerda con datos históricos del deslizamiento. Sin embargo, el periodo de retorno que se busca está asociado no solo a la posibilidad de que se produzca un deslizamiento, sino también a la formación de una presa a causa del deslizamiento.

El distrito de Santa Ana, con una población aproximada de 8.620 habitantes, se encuentra en el último tramo de la modelación y se ubica a una menor elevación que el cauce del río Uruca. Esta área se encuentra protegida únicamente por barreras topográficas, que en casos extremos no son suficientes para proteger la zona; Salitral sería la zona más afectada debido a que se ubica a lo largo del cauce viejo del Uruca, el cual éste utiliza cada vez que el cauce nuevo no tiene suficiente capacidad para transportar su flujo. Es necesaria la construcción de obras civiles para prevenir una catástrofe: la construcción de diques, en combinación con el dragado del río, sería una solución, pero para determinar su factibilidad habría que comparar los costos de las obras con la estabilización del cerro y el desalojo de las zonas de mayor peligro. Además, la Municipalidad de Santa Ana debiera respetar los debidos márgenes del río Uruca: las características de la cuenca de éste presentan un tiempo de concentración bastante corto (28 minutos), y las inundaciones y cabezas de agua derivadas producen anualmente daños a las estructuras que encuentran en su camino.

Referencias bibliográficas
Costa, J. y Schuster. 1987. The Formation and Failure of Natural Dams. Geological Survey. USA.
López, Johnny. 1996. Deslizamiento de Tapezco, Santa Ana, Costa Rica. Análisis de Estabilidad y Soluciones. Tesis de grado, Universidad de Costa Rica.
Molina, Fernando. 1990. Deslizamiento del Alto de Tapezco. Tesis de grado, Universidad de Costa Rica.