UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES CARRERA DE INGENIERÍA GEOLÓGICA TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL GRADO ACADÉMICO DE INGENIERO GEÓLOGO TEMA: ANÁLISIS GEOMECÁNICO Y SUSCEPTIBILIDAD POR MOVIMIENTO DE MASAS EN EL CERRITO DE LOS MORREÑOS, GOLFO DE GUAYAQUIL, PROVINCIA DEL GUAYAS. AUTOR: Jonathan Luis Castro Aucanshala TUTOR: Glgo. César Oswaldo Fuentes Campuzano M.Sc. Guayaquil, septiembre 2021
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
CARRERA DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL GRADO
ACADÉMICO DE INGENIERO GEÓLOGO
TEMA:
ANÁLISIS GEOMECÁNICO Y SUSCEPTIBILIDAD POR MOVIMIENTO DE
MASAS EN EL CERRITO DE LOS MORREÑOS, GOLFO DE GUAYAQUIL,
ANEXO XI.- FICHA DE REGISTRO DE TRABAJO DE TITULACIÓN
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERÍA GEOLÓGICA UNIDAD DE TITULACIÓN
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO:
ANÁLISIS GEOMECÁNICO Y SUSCEPTIBILIDAD POR MOVIMIENTO DE
MASAS EN EL CERRITO DE LOS MORREÑOS, GOLFO DE GUAYAQUIL,
PROVINCIA DEL GUAYAS.
AUTOR(ES) JONATHAN LUIS CASTRO AUCANSHALA
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
DR. RICHARD BANDA GAVILANES PH.D. GEOL. CÉSAR OSWALDO FUENTES
CAMPUZANO MSC.
INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
UNIDAD/FACULTAD: CIENCIAS NATURALES
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: INGENIERIA GEOLÓGICA
GRADO OBTENIDO: INGENIERO GEOLOGO
FECHA DE PUBLICACIÓN: Octubre No. DE PÁGINAS: 110
ÁREAS TEMÁTICAS: CIENCIAS GEOLOGICAS
PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:
Geomecánica, susceptibilidad,
movimientos de masas. Geomechanics, susceptibility, mass movements.
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras):
Resumen
El presente estudio investigativo tuvo como objetivo determinar la susceptibilidad a
movimientos de masas en la comuna cerritos de los Morreños del estuario central del Golfo de Guayaquil, provincia del Guayas. A través de la recopilación de información y reconocimiento en campo, se efectuó la selección de sitios donde se desarrolló el
levantamiento geomecánico por medio de la clasificación del RMR de Bieniawski 1989, calculando que los taludes presentan una calidad Media. Se realizó el análisis cinemático
VII
estructural de los taludes con ayuda del software Dips 7.0 permitiendo definir que el tipo de
rotura con mayor probabilidad a generarse es el cuneiforme con un 27.2%. Además con el software ArcGis se elaboraron mapas temáticos de pendientes, geología, cobertura vegetal, geomecánica y precipitación con el fin de aplicar el cálculo modificado de Mora Vahrson
(1933), obteniendo como resultado final el mapa de susceptibilidad a movimientos de masas del área de estudio que consta de cinco categorías: Muy Baja, Baja, Media, Alta y Muy Alta,
en la que sobresalen la categoría de susceptibilidad Muy Baja con un 28.5% y la categoría Alta con un 25.40%.
Abstract
The objective of this research study was to determine the susceptibility to mass movements in the Cerritos de los Morreños community of the central estuary of the Gulf of Guayaquil,
Guayas province. Through the collection of information and field reconnaissance, the selection of sites where the geomechanical survey was developed was carried out by means
of the RMR classification of Bieniawski 1989, calculating that the slopes present a Medium quality. The structural kinematic analysis of the slopes was carried out with the help of Dips 7.0 software, allowing to define that the type of rupture with the highest probability of being
generated is the wedge-shaped with 27.2%. In addition, thematic maps of slopes, geology, vegetation cover, geomechanics and precipitation were prepared with ArcGis software in
order to apply the modified calculation of Mora Vahrson (1933), obtaining as a final result the map of susceptibility to mass movements of the study area, which consists of five categories: Very Low, Low, Medium, High and Very High, in which the Very Low
susceptibility category stands out with 28.5% and the High category with 25.40%.
El presente estudio investigativo tuvo como objetivo determinar la susceptibilidad a movimientos de masas en la comuna cerritos de los Morreños del estuario
central del Golfo de Guayaquil, provincia del Guayas. A través de la recopilación de información y reconocimiento en campo, se efectuó la selección de sitios donde se desarrolló el levantamiento geomecánico por medio de la clasificación
del RMR de Bieniawski 1989, calculando que los taludes presentan una calidad Media. Se realizó el análisis cinemático estructural de los taludes con ayuda del
software Dips 7.0 permitiendo definir que el tipo de rotura con mayor probabilidad a generarse es el cuneiforme con un 27.2%. Además con el software ArcGis se elaboraron mapas temáticos de pendientes, geología, cobertura vegetal,
geomecánica y precipitación con el fin de aplicar el cálculo modificado de Mora Vahrson (1933), obteniendo como resultado final el mapa de susceptibilidad a
movimientos de masas del área de estudio que consta de cinco categorías: Muy Baja, Baja, Media, Alta y Muy Alta, en la que sobresalen la categoría de susceptibilidad Muy Baja con un 28.5% y la categoría Alta con un 25.40%.
Palabras Claves: Geomecánica, susceptibilidad, movimientos de masas.
XII
ANEXO XIV.- RESUMEN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN (INGLES)
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD CIENCIAS NATURALES CARRERA INGENIERÍA GEOLÓGICA
The objective of this research study was to determine the susceptibility to mass movements in the Cerritos de los Morreños community of the central estuary of
the Gulf of Guayaquil, Guayas province. Through the collection of information and field reconnaissance, the selection of sites where the geomechanical survey was developed was carried out by means of the RMR classification of Bieniawski
1989, calculating that the slopes present a Medium quality. The structural kinematic analysis of the slopes was carried out with the help of Dips 7.0
software, allowing to define that the type of rupture with the highest probability of being generated is the wedge-shaped with 27.2%. In addition, thematic maps of slopes, geology, vegetation cover, geomechanics and precipitation were
prepared with ArcGis software in order to apply the modified calculation of Mora Vahrson (1933), obtaining as a final result the map of susceptibility to mass
movements of the study area, which consists of five categories: Very Low, Low, Medium, High and Very High, in which the Very Low susceptibility category stands out with 28.5% and the High category with 25.40%.
Keywords: geomechanics, susceptibility, mass movements.
XIII
INDICE GENERAL
CAPITULO I .............................................................................................................. 20
En la presente investigación se realizó un análisis de susceptibilidad a
movimientos de masas en la comuna cerritos de los Morreños, que se encuentra
ubicado en una pequeña isla en el sistema estuarino del golfo de Guayaquil
provincia del Guayas, con el fin de definir las zonas más previsibles a ocurrir este
fenómeno aportando información para el correcto uso de suelo y ordenamiento
territorial.
Según Cruden & Varnes 1996 menciona que los deslizamientos de masas de
suelo o roca se originan a partir de un plano de ruptura que se encuentra a lo
largo del terreno. Estos movimientos pueden provocar una variedad de daños
hacia los poblados, infraestructuras y vías cercanas afectando a la actividad
normal de los habitantes de la zona.
La superficie de ruptura no se origina sola esta dependerá de la intensidad e
influencia de otros agentes como la geomorfología y clima que provocan la
ocurrencia del fenómeno.
Para determinar la probabilidad de generarse el movimientos de masas se usó
la metodología de CLIRSEN y SIGAPRO (2011) en el proyecto de “Generación
De Geoinformación Para La Gestión Del Territorio Nivel Nacional Escala 1:2500”
que se origina de la modificación de la metodología planteado por Mora-Vahrson
en 1993, la cual presenta en el cálculo factores condicionantes y
desencadenante que determinan las zonas más y menos propensas a
movimientos. Además se adjuntó el factor geomecánico como un factor
condicionante debido a la consideración de la calidad del macizo rocoso que nos
facilita la clasificación RMR de Bieniawski 1989.
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1.1 JUSTIFICACIÓN
Durante la visita previa a la zona de estudio se observaron problemas como:
caída y desprendimiento de rocas, problemas que podría tener graves
afectaciones a la población que se asienta a la base del talud.
El trabajo consistirá en la evaluación de susceptibilidad de remoción de masas
con ayuda de un análisis geomecánico de los afloramientos rocosos del cerro.
La importancia del presente estudio tiene como finalidad contribuir al sistema
nacional de gestión de riesgo y emergencia (SNGRE) y a la junta directiva de la
comunidad, brindando información técnica sobre la dinámica de los factores
geológicos, geomecánicos y geomorfológicos, que podría presentar el cerro,
reduciendo así los problemas en el área de estudio.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo General
Determinar el análisis geomecánico y susceptibilidad por movimientos de
masa y análisis geomecánico en el Cerrito de los Morreños, Golfo de
Guayaquil, provincia del Guayas.
1.2.2 Objetivos Específicos
Identificar los principales factores condicionantes que generan este
tipo de fenómeno en la zona de estudio, teniendo en cuenta aspectos
geológicos, geomorfológicos, hidrogeológicos, tectónicos y los tipos
de suelos.
Identificar los principales factores desencadenantes o detonantes de
movimientos en masas más frecuente en el área de estudio.
Caracterizar y evaluar la calidad de los macizos rocosos mediante el
método geomecánico RMR de Bieniawski (1989)
Elaborar un mapa de susceptibilidad por movimiento en masa, en el
área de estudio.
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1.3 Ubicación del área de estudio
El área de estudio se localiza en la isla Cerrito de los Morreños en el estuario
interior central del golfo de Guayaquil de la provincia del Guayas. En el Ecuador
es conocido por poseer la concesión de manglar más grande del país 10.869,53
hectáreas. El área de estudio abarca 8,5 Hectáreas cuadradas
aproximadamente (Ver Figura 1).
La siguiente tabla presenta las coordenadas proyectadas UTM zona 17 S con
Datum WGS 84 de los puntos que dan forma al área de estudio.
Tabla 1. Coordenadas del área de estudio.
X Y
621359.00 9726609.00
621371.00 9726545.00
621501.00 9726484.00
621685.00 9726562.00
621708.00 9726714.00
621626.00 9726818.00
621528.00 9726795.00
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Figura 1. Mapa de ubicación del área de estudio.
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1.5 Actividad de la población
La comuna Cerritos de los Morreños por estar localizado en un sistema de
estuario la convierte en una zona enormemente productiva y sustancial para la
pesca artesanal e industrial albergando la unidad de manglar más grande el
Ecuador. Los habitantes del sector se dedican a la obtención de cangrejo de
manglar, y concha, pelágicos pequeños como el chuhueco y Pinchagua.
1.6 Clima
En el golfo de Guayaquil al estar ubicado en la zona ecuatorial se exhibe 2
definidas variaciones estacionales: el semitropical y el tropical. Presentando
temperaturas cálidas que oscila entre los 25 y 28 º C.
En la estación de verano (junio a noviembre) los vientos del sur son más enérgico
comparado con los del norte llegando la corriente de Humboldt con aguas ricas
en sales y nutrientes con una temperatura media del aire de 23 º C.
En estación de invierno (enero a abril) los vientos del norte son más fuerte
acarreando las Aguas de Panamá y Aguas superficiales Ecuatoriales teniendo
como resultado lluvias.
1.7 Vegetación
La concentrada vegetación es debido sobre todo a las familias de manglar (rojo,
blanco, negro, botón) que se puede encontrar entre las familias más exuberante
están el Rhizophoraceae (Mangle rojo) y Combretaceae (Mangle blanco).
1.8 Relieve
En el golfo de Guayaquil es un conjunto de islas y canales que tienen conexión
con el mar. Por ser una subsidencia gran parte de las islas que la conforman
tienen alturas menores casi al nivel del mar. En el área cercana a Guayaquil y
Posorja presentan relieves sedimentarios litorales, la isla que presenta una
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mayor extensión de área es la isla Puna formada por colinas con una altura
aproximada de 200 msnm y terrazas marinas levantadas de 10 a 20 msnm.
1.9 Hidrografía
El Golfo de Guayaquil, según la Comisión Asesora Ambiental de la presidencia
(CAAM) recepta grandes cantidades de agua proveniente de 23 cuencas
hidrográficas, de las cuales se la puede dividir en 3 grupos:
Vertiente sur-oriental: esta zona se constituye por 16 cuencas
hidrográficas que tienen origen en la cordillera occidental. Los principales
caudales que desembocan son los ríos Jubones y Cañar.
Vertiente sur-occidental: en esta zona desaguan los ríos que se originan
en la península de Santa Elena y la Cordillera Chongón Colonche que
aparecen solamente durante la estación lluviosa. Los principales afluentes
son los ríos Zapotal, Chongón y Daular.
Rio Guayas: es la principal y más extensa cuenca hidrográfica que tiene
vastos aportes hacia el Golfo con un área de 32130 km2. La cuenca del
rio Guayas es abastecido por grandes volúmenes de agua proveniente de
seis subcuenca:
Río Daule – 12050 km2 37%
Río Babahoyo – 7830 km2 24%
Río Vinces – 6420 km2 20%
Río Chimbo – 4400 km2 13%
Río Taura – 1600 km2 5%
Río Churute – 300 km2 1%
Al golfo de Guayaquil además se lo conoce como un gran sistema estuarino
dividido en dos debido a sus rasgos fisiográficos y oceanográficos
característicos.
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CAPÍTULO II
MARCO GEOLÓGICO REGIONAL
El Ecuador se localiza en la conexión entre los Andes Septentrionales y
Centrales influenciados por una convergencia de placas oceánica-continental, la
placa oceánica Nazca converge a un promedio de 5 cm/año debajo de la placa
sudamericana (Keer et al., 2002). Sin embargo para Pennigton (1981), en el
Ecuador existen tres placas tectónicas: Nazca, Sudamericana y el Bloque Nor-
Andino que interactúan entre sí (Figura 2). La placa Nazca se subduce con un
ángulo que dependiendo de la zona oscila de los 25º a 35º a una profundidad
próxima a los 200 Km.
Figura 2. Mapa del marco tectónico de placas de la región de los Andes del Norte y el Caribe tomado de Vallejo et al., (2019).
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La subducción fue suspendida debido al arribo del Plateu Oceánico Caribe-
Colombiano (CCOP) y arco de isla con dirección hacia el este que colisionaron
al continente sudamericano, en la actualidad el antearco ecuatoriana y la
cordillera occidental forman parte del bloque Nor-andino que se desplaza hacia
el noreste a través de la Mega falla Guayaquil- Dolores descrito por Gustsher
(1999), el cual están compuesta por terrenos o bloques tectónicos con un
basamento máfico cubiertos por rocas sedimentarias (Figura 3) (Vallejo et al.,
2006).
Figura 3. Entorno tectónico del bloque Norandino en el Ecuador señalando la dirección de los movimientos de las placas, las principales fallas y volcanes activos Fuente: Gutscher et al.,
(1999).
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2.1 GEOLOGÍA REGIONAL
La Costa del Ecuador está fragmentada desde el norte de la provincia de
Esmeraldas hasta la Península de Santa Elena por bloques litotectonicos que se
encuentran limitados por fallas. Estos bloques presentan una litología máfica de
basalto tipo MORB de edad Cretácica (Figura 4).
Figura 4. Mapa de las unidades tectonoestratigráficas de la Cordillera Occidental y de la costa
Ecuatoriana. Fuente: Luzieux, (2007)
Bloque Santa Elena (SEB)
El Bloque Santa Elena está situada en el extremo sur del Boque Nor-andino
separada del bloque Piñón por la Falla Colonche. Se estima que el Bloque Piñón
es semejante al basamento del SEB donde presenta un extenso grosor de roca
volcánica máfica.
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Bloque Piñón (PIB)
El Bloque Piñón se encuentra limitada al norte por la Cuenca Manabí, al sur la
Falla Colonche que lo divide del Bloque Santa Elena y al oeste la Falla Puerto
Cayo que lo separa del Bloque San Lorenzo. Luzieux (2007), indica que el PIB
colisiono al continente sudamericano durante el Cretácico Tardío.
Bloque San Lorenzo (SLB)
El Bloque San Lorenzo está separada del PIB por la Falla Puerto Cayo, el norte
por la Falla Canandé que lo limita del Bloque Pedernales. Presenta basaltos,
gabros y rocas volcánicas de arco de isla (Reynaud, 1999 y Kerr, 2002). Además
se considera que la edad y origen del basamento es igual al del Bloque Piñón.
Bloque Pedernales (PB)
El Bloque Perdenales (PB) está limitado al norte por la Cuenca Borbón y al sur
por la Falla Canandé. Se estima una edad de aproximadamente 90 ma y que su
acreción al continente ocurrió en el Eoceno (Kerr y Tamey, 2015).
Bloque Esmeraldas (EB)
El Bloque Esmeralda se localiza al Norte del antepais ecuatoriano limitada por
la Falla Esmeralda y por rocas pertenecientes a la Cuenca Borbón. La edad y la
naturaleza del basamento volcánico se correlacionan igual que a la de los
Bloques del antearco. (Luzieux, 2007).
2.2 GEOLOGÍA LOCAL
En el área de estudio se definieron dos litologías por observación macroscópica
y microscópica de rocas obteniendo: rocas consolidadas (basalto) y arcillas de
estuario. En el mapa geológico de la Margen Costera Ecuatoriana realizado por
Reyes y Michaud (2012), no describe información cartográfica detallada
mencionando que es parte de los sedimentos cuaternarios.
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Figura 5. Columna estratigráfica del bloque Piñón, señalando la formación Piñón. Fuente:
Luzieux et al. , (2006).
2.2.2 Formación Piñón
Las secuencias volcánicas máficas del antearco del Ecuador fueron designada
con la expresión “Piñón” por Tschopp (1949). Aflora en casi todos los bloques
tectónicos de la costa salvo el Bloque Santa Elena donde se considera que es
parte de su basamento.
La Formación o basamento Piñón la conforman rocas máficas como: gabros,
wehrlitas, flujos de lava, basaltos almohadillados, columnares (Figura 5)
(Reynaud et al., 1999) y doleritas intrusivas (Benítez, 1995). Para Goosens y
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Rose (1973), señalo una edad del Aptiense-Albiense Superior (110 Ma y 104 Ma)
pero Jaillard et al (1995), señala una edad que varía entre Jurásico-Albiense.
2.2.3 Depósitos Cuaternarios
Conformada por arcillas y arenas de estuario, que se encuentran depositadas en
la parte baja de la isla lo cuales presentan una tonalidad gris a negra con una
muy baja consolidación.
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CAPITULO III
METODOLOGIA
El trabajo de investigación consistió en cuatro etapas la cual se usó diferentes
métodos para cada objetivo planteado.
3.1 Recopilación bibliográfica
En esta etapa se realizó la búsqueda, recopilación de información bibliográfica
de interés general y especifico de la zona de estudio, información relacionada a
la geología, geomorfología, información meteorológica de trabajos,
publicaciones y artículos científicos obtenida de diferentes fuentes disponibles
en la web: el Sistema Nacional de Información (SNI), El Instituto De Investigación
Geológico y Energético (IIGE), entre otros, repositorios y bibliotecas.
3.2 Etapa de campo
3.2.1 Equipos y materiales empleados en campo
GPS
Libreta de campo
Martillo geológico
Brújula Brunton
Lápiz y bolígrafos
Mapa base
Cinta métrica o flexómetro
Celular (cámara)
Calculadora
3.3 ETAPA DE OFICINA
3.3.1 Equipos y materiales empleados en oficina.
Computadora
Software ArcGis 10.6
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Programa DIPS
Mapa geológico.
3.3.2 Elaboración de mapa base
Para la elaboración del mapa base de los Cerritos de los Morreños, primero se
delimito el área de estudio con el software ArcGis 10.6, donde se usó referencia
el modelo digital de elevación (DEM) con el sistema de proyección WGS 84 17S
(Figura 6).
3.4 TOMA DE DATOS EN CAMPO
3.4.1 Reconocimiento del área
La etapa en campo se llevó a cabo con el mapeo de la zona a través de los
caminos principales de la comuna usando el mapa base elaborado para
Figura 6. Mapa base del área de estudio.
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recolectar información in situ geológica, litológica, geomorfología y además de
los datos obtenidos por la medición del índice RMR.
3.4.2 Ficha para la descripción en campo
Para el levantamiento de los datos estructurales en campo se usó una ficha para
las estaciones de geomecánica con el fin de determinar el macizo rocoso con
cualidades del RMR de Bieniawski 1989 (Figura 7).
Figura 7. Ficha de campo para las estaciones geomecánicas realizada por Borja, 2019.
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3.4.3 Mecánica de Roca
La mecánica de roca es una disciplina que se encarga del estudio teórico-
práctico del comportamiento mecánico y deformacional del macizo rocoso,
además de pronosticar su respuesta a la interacción de las fuerzas internas y
externas que actúan en su entorno (González de Vallejo et al., 2002).
La aplicación de la mecánica roca se realiza en obras ingenieriles, explotación
minera; teniendo conexión con otras disciplinas como la geología estructural y la
mecánica de suelo.
3.4.3.1 Macizo Rocoso
Bieniawski (1993) considera que el macizo rocoso está formado por la
agrupación de bloques de matriz rocosa que están separadas por
discontinuidades sobre todo juntas, diaclasas, planos de estratificación, etc.
(Figura 8).
Figura 8. Representación del macizo rocoso y su estructura. Fuente: Ramírez, P., Alejano, L., (2008).
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Las discontinuidades y los bloques de matriz rocosa controlan principalmente el
comportamiento mecánico del macizo rocoso, aunque existen otras
particularidades como las estructuras tectónicas y sedimentarias (pliegues), las
tensiones naturales, las condiciones hidrogeológicas y los factores
geoambientales que afectan al comportamiento del macizo.
3.4.3.2 Características de los macizos rocosos
El macizo rocoso presenta una variación en sus propiedades físicas, mecánicas
debido a las distintas génesis, fabrica, alteración y composición mineralógica que
lo componen; la influenciada por los factores que afectan a su comportamiento.
Propiedades de la matriz rocosa son consecuencia de la génesis, procesos
geológicos y tectónicos a causa del tiempo, entre las cuales tenemos:
Petrografía. - es la definición de la roca mediante la observación
macroscópica y microscópica para determinar su nombre, composición,
textura, etc.
Estructura. - se la conoce a la agrupación de juntas o discontinuidades
que cruzan por la roca
Porosidad. - es la relación existente entre el volumen ocupado por los
huecos de la roca y el volumen total de la roca.
Permeabilidad. - es la capacidad que tiene una roca de filtrar agua o
soluciones a través de los huecos interconectados.
Dureza. - es la solidez que dispone la roca en presencia de los procesos
de disgregación y alteración.
Las discontinuidades que se presentan en las rocas son superficie de debilidad
de origen tectónico, sedimentario y metamórfico, las cuales condicionan la
conducta geomecánico de deformación y rotura del material rocoso.
Las principales discontinuidades tenemos:
Diaclasas. - son roturas en las rocas que no presentan desplazamiento y
pueden ser de origen tectónico asociadas a fallas o por enfriamiento
relacionado a los basaltos columnares.
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Fallas geológicas. - son planos de origen tectónico local o regional que
presentan movimiento entre los bloques que la limitan.
Planos de esquistosidad o foliación. - son planos exclusivos de las rocas
metamórficas como los esquistos y gneis que están formadas por
minerales laminados y por bandeamiento que les da debilidad.
Planos de estratificación. - son las zonas de debilidad debido a la
depositación de sedimento en las rocas sedimentarias.
3.4.3.3 Clasificaciones de los macizos rocosos
Bieniawski (1989) menciona que la clasificación de los macizos rocosos es una
técnica para describir las características del material rocoso y poder agruparlos
de acuerdo con la similitud de sus características y Oyanguren (2004) sostiene
que los sistemas de clasificación geomecánica tienen como objetivo el estudio
los parámetros del material rocoso, para definir de manera cuantitativa la calidad.
El origen de los sistemas geomecánico se dio en obras subterráneas
especialmente en el sostenimiento de túneles y en la actualidad tiene otras
aplicaciones como en la minería y estabilidad de taludes (Oyanguren, 2004).
Los sistemas de clasificación pueden ser cuantitativo como el GSI (índice de
resistencia geológica), cualitativo que son los más usados hoy en día como el
sistema Q de Barton (1974) y el RMR (Rock Mass Rating) de Bieniaswski (1973)
(tabla 2).
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Tabla 2. Sistema de clasificación de los macizos rocosos. Fuente: Cosar, (2004).
Clasificación de la masa rocosa Sistema
Originado por País de origen
Áreas de aplicación
Carga de rocas Terzaghi, 1946 EE.UU. Túneles con soporte de acero
Tiempo de permanencia Lauffer, 1958 Australia Túnel
Nuevo método austriaco de construcción de túneles (NATM)
Pacher y otros, 1964 Austria Túnel
Designación de la calidad de la roca (RQD)
Deere y otros, 1967 EE.UU. Registro de núcleos, tunelización
Clasificación de la estructura de la roca (RSR)
Wickham y otros, 1972 EE.UU. Túnel
Clasificación de la masa de la roca (RMR)
Bieniawski, 1973 (última modificación 1989-USA)
Sudáfrica Túneles, minas, (taludes, cimientos)
Clasificación de la masa de la roca modificada (M-RMR)
Ünal y Özkan, 1990 Turquía Minería
Calidad de la masa de la roca (Q)
Barton et al., 1974 (última modificación 2002)
Noruega Túneles, minas, cimientos
Fuerza-Tamaño del bloque Franklin, 1975 Canadá Túnel
Clasificación geotécnica básica ISRM, 1981 Internacional General
Resistencia de la masa de la roca (RMS)
Stille y otros, 1982 Suecia Minería metálica
Masa de roca unificada Sistema de clasificación (URCS)
Williamson, 1984 EE.UU. General
Sistema de Coeficiente de Debilitamiento de la Comunicación (WCS)
Singh, 1986 India Minería del carbón
Índice de masa de la roca (RMi) Palmström, 1996 Suecia Túnel
Índice de resistencia geológica (GSI)
Hoek y Brown, 1997 Canadá Todas las excavaciones subterráneas
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3.4.3.3.1 Clasificación Geomecánica de Bieniawski R.M.R (Rock Mass
Rating)
El sistema Rock Mass Rating fue diseñado con el fin de estimar la firmeza del
macizo rocoso en túneles por Bieniawski en 1973. Esta clasificación
geomecánica tuvo sus mejoras a través de los años debido a su continua práctica
en varios casos, su última actualización fue en 1989 presentando un total de seis
factores: Resistencia a la compresión simple, R.Q.D, Condición de las
discontinuidades, Espaciamiento de las discontinuidades, Flujo de agua y
Orientación de las discontinuidades.
Parámetro 1: Resistencia a la compresión uniaxial
La resistencia a la comprensión simple o resistencia uniaxial puede ser estimada
mediante pruebas realizada en laboratorio o en campo con el esclerómetro
(martillo de Schmidt), además con una navaja o un martillo geológico así como
lo establece la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (Tabla 3)
(Oyanguren, 2004)..
Tabla 3. Índice de Resistencia a la comprensión simple para rocas en campo. (ISRM, 1981).
Descripción Identificación de campo Resistencia a comprensión simple (MPa)
Calificación
Roca extremadamente blanda
Se puede marcar con la uña. 0.25 – 1.0 0
Roca muy blanda
La roca se desmenuza al golpear con la punta del martillo. Con una navaja se talla fácilmente.
1.0 – 5.0 1
Roca blanda
Se talla con dificultad con una navaja. Al golpear con la punta del martillo se producen pequeñas marcas.
5.0 - 25 2
Roca moderadamente dura
No puede tallarse con la navaja. Puede fracturarse con un golpe fuerte del martillo.
25 - 50 4
Roca dura Se requiere más de un golpe con el martillo para fracturarla.
50 – 100 7
40
Roca muy dura Se requieren muchos golpes con el martillo para fracturarlas.
100 – 250 12
Roca extremadamente dura
Al golpearlo con el martillo sólo saltan esquirlas.
>250 15
Parámetro 2: RQD (Rock Quality Designation)
Deer en 1967 presento el índice RQD como un diseño de sostenimiento para
túneles. Este parámetro evalúa el grado de fracturación del macizo rocoso a
partir del porcentaje de fragmentos mayores a 10 cm de un testigo de perforación
(Figura 9).
𝑅𝑄𝐷 =𝑓𝑟𝑎𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 ≥ 10 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎∗ 100
Además, el RQD se puede estimar en los afloramientos tomando en cuenta la
cantidad de discontinuidades que exhibe una unidad de volumen de roca
(Palmström, 1982).
𝑅𝑄𝐷 = 115 − (3,3) ∗ 𝐽𝑣
Figura 9. Medición y cálculo de la RQD (según Deere, 1967).
41
Tabla 4. R.Q.D. (Rock Quality Designation) según Bieniawski (1989).
Parámetro 3: Espaciado de discontinuidades.
El espacio entre los planos de discontinuidad se define como la distancia
perpendicular entre dos discontinuidades perteneciente a un mismo sistema. La
naturaleza del volumen de la matriz rocosa es afectada principalmente por el
espaciado de las juntas controlando el comportamiento mecánico del macizo
rocoso. (González de Vallejo et al., 2002).
Tabla 5. Espaciamiento de las discontinuidades según Bieniawski (1989)
Espaciamiento en metros (m)
Descripción Calificación
< 0.06 Muy juntas 5
0.06 – 0.2 Juntas 8
0.2 – 0.6 Moderadamente juntas 10
0.6 – 2.0 Separadas 15
>2 Muy separadas 20
Parámetro 4: Condición de las discontinuidades
La condición de las discontinuidades está definida por parámetros físicos y
geométricos que establecen el comportamiento resistente, hidráulico y
deformacional de los macizos rocosos. (González de Vallejo et al., 2002). Los
parámetros a ser estudiado en campo son los siguientes:
(RQD) Calidad de Roca Calificación
100 – 90% Muy Buena 20
90 – 75% Buena 17
75 – 50% Normal 13
50 – 25% Pobre 8
25 – 0% Muy pobre 3
42
Continuidad
La continuidad se define como la persistencia de un plano de discontinuidad a lo
largo de la extensión del afloramiento tomando en cuenta la dirección y
buzamiento del plano.
Tabla 6.- Persistencia de las discontinuidades según Bieniawski (1989).
Persistencia
en m Descripción Calificación
< 1 Muy baja 6
1 – 3 Baja 4
3 – 10 Media 2
10 – 20 Alta 1
> 20 Muy alta 0
Abertura
Se define como la distancia perpendicular entre las paredes de los bloques de
las discontinuidades con o sin relleno. Las aberturas de las discontinuidades
pueden ser abiertas o cerradas.
Tabla 7. Abertura de las discontinuidades según Bieniawski (1989).
Apertura en mm Descripción Calificación
0 Ninguna 6
< 0.1 Muy cerrada 5
0.1 - 1 Cerrada 3
1 - 5 Moderadamente abierta 1
> 5 Abierta 0
Rugosidad
La rugosidad de una discontinuidad se caracteriza por las ondulaciones,
irregularidades y asperezas que presenta las superficies de discontinuidad
(Figura 10). Este parámetro tiene una relación creciente con la resistencia al
corte, que disminuye con el aumento de otros parámetros como la abertura y
espesor del relleno.
43
Tabla 8. Indicé de rugosidad según Bieniawski (1989).
JRC Descripción Calificación
20 – 16 Muy rugosa 6
16 – 12 Rugosa 5
12 – 8 Ligeramente rugosa 3
8 – 4 Suave 1
4 – 0 Estriada 0
Relleno
El relleno es considerado como el material distinto a la matriz rocosa que se
encuentra entre los planos de discontinuidad. Tiene influencia en el
comportamiento de la discontinuidad debido a las propiedades físicas y
mecánicas de cada material (Tabla 9).
Figura 10. Perfil de rugosidad de Barton (1977).
44
Tabla 9.- Relleno de las discontinuidades según Bieniawski (1989).
Descripción Calificación
Ninguno 6
Duro < 5 mm 4
Duro > 5 mm 2
Blando < 5 mm 2
Blando > 5 mm 0
Meteorización
La meteorización de las discontinuidades es la alteración o desintegración por
medio de agentes físicos o químicos que afecta a las propiedades mecánica de
las discontinuidades y de la masa rocosa decreciendo la resistencia y
aumentando la porosidad, permeabilidad y deformabilidad (Tabla 10) (González
de Vallejo et al., 2002).
Tabla 10.- Meteorización de las discontinuidades según Bieniawski (1989).
Descripción Calificación
Inalterada 6
Ligeramente alterada 5
Moderadamente alterada 3
Muy alterada 1
Descompuesta 0
Parámetro 5: Flujo de agua
La presencia de agua en la masa rocosa dependerá de su permeabilidad
primaria que está en función de los poros de la roca o de su permeabilidad
secundaria en función de los planos de discontinuidad. El flujo del agua altera el
comportamiento mecánico de la matriz rocosa y las discontinuidades disminuyen
la resistencia al afloramiento en conjunto (Tabla 11) (González de Vallejo et al.,
2002).
45
Tabla 11.- las condiciones de flujo de agua en las discontinuidades según Bieniawski (1989).
La clasificación se desarrolla con el procesamiento de la información obtenida
de los parámetros que se exponen en las estaciones geomecánicas
correspondiente a cada talud, para lograr así el cálculo de la Clasificación del
RMR de Bieniawski 1989 y obtener su valoración que va de 0 a 100 asignándole
su respectiva clase (Tabla 12).
Tabla 12. Clasificación de la calidad del macizo rocoso según Bieniawski (1989).
Clases Calidad Valoración RMR
I Muy buena 100 - 81
II Buena 80 – 61
III Media 60 – 41
IV Mala 40 – 21
V Muy mala < 20
Además, los datos estructurales de las estaciones geomecánicas fueron
proyectados en el software DIPS 7.0 para tener una visualización de las familias
de discontinuidades en una red estereográfica y definir el tipo de rotura que
presenta cada estación (Figura 11).
Descripción Calificación
Seco 15
Ligeramente húmedo 10
Húmedo 7
Goteando 4
Fluyendo 0
46
3.5 SUSCEPTIBILIDAD POR MOVIMIENTOS DE MASA
Navarro (2012) indica que la susceptibilidad se define como la tendencia de la
masa de tierra o superficie propensa a deslizarse en un tiempo indefinido y que
está relacionado a la geología, pendiente, geomorfología, usos de suelo, etc.,
Vargas (2004) citado en Chaverri (2016) la define, como la posibilidad natural o
potencialidad de que ocurra el fenómeno de deslizamiento de masas y que una
zona influenciada por agentes tales como las altas precipitaciones, sismos,
cortes naturales y/o artificiales.
Los movimientos de masas o remoción de masas son considerados como un
fenómeno natural o antrópico controlado por factores intrínsecos a los propios
materiales afectados o externos que influyen en el proceso de deslizamiento.
Este suceso se expresa de forma cualitativa, relativa y en forma de mapa de
susceptibilidad para el estudio de su comportamiento (Geoquantics, 2017).
Figura 11. Software Dips 7.0.
47
3.5.1 Factores de los movimientos en masa
González de Vallejo et al., (2002) indican que la estabilidad de un talud está
influenciado por la combinación de múltiples características geológicas,
hidrogeológicos, geotécnicos, etc., agrupándolos en: factores condicionantes o
internos y factores desencadenantes o detonantes.
Factores condicionantes
Los factores condicionantes o pasivos son aquellos que actúan en los materiales
naturales relacionándolos con los factores geológicos, hidrogeológicos y
geotécnicos (González de Vallejo et al., 2002). Dentro de los principales factores
condicionantes tenemos:
Relieve. - es el factor más influyente en la inestabilidad del talud. Las
zonas con alto grado de pendiente son las áreas más susceptibles a
deslizamiento.
Litología. - controla la estabilidad del talud en dependencia de las
propiedades (porosidad, permeabilidad, grado de alteración, grado de
fracturación, etc.) de cada litología.
La estructura geológica. - las familias de discontinuidades con sus
elementos estructurales (orientación e inclinación) advierten a la
presencia de un tipo de rotura en el talud.
Condiciones hidrogeológicas. - el agua es un factor importante para
considerar en la inestabilidad del talud, generando y abriendo grietas en
el material rocoso debido a la presión intersticial que ejerce.
Factores desencadenantes
Los factores desencadenantes o detonantes son aquellos que activan el
desplazamiento después que se cumpla una secuencia de condiciones
modificando las características, propiedades y equilibrio del talud (Geoquantics,
2017) en los que se destacan los siguientes:
48
Precipitaciones y cambios climáticos. - la intensidad y volumen de las
lluvias originan flujos superficiales y subterráneos que desencadenan los
deslizamientos en el terreno.
Procesos erosivos. - las laderas pueden ser erosionadas por la acción de
varios agentes como el agua, viento y sol, que modifican la resistencia de
las laderas causando mayor inestabilidad.
Terremotos. - la magnitud y el epicentro del evento sísmico afectan a los
materiales de terreno provocando deslizamiento.
Acciones antrópicas. - las acciones humanas (obras ingenieriles,
infraestructuras, etc.) Cambian las condiciones del terreno causando
inestabilidad en las laderas.
3.5.2. Clasificación De Susceptibilidad por movimiento de Masa
La variedad de clasificaciones de los movimientos de masa es debido a los
diferentes autores que acogen diversos factores y criterios como: pendiente,
ubicación geográfica, clima, la actividad del movimiento y su velocidad (Olarte,
2017).
Varnes en 1958 desarrollo una clasificación de movimiento de masas muy
famosa, definida por criterios de mecanismo de falla y tipos de materiales
afectados. En 1978 propone una clasificación con cinco tipos de movimiento que
son caída, deslizamiento, volcamiento, flujo, propagación lateral y avalancha
(Figura 12) (Olarte, 2017).
Caída libre: es el desplome del material rocoso muy rápido y repentino
que se da en taludes de pendiente pronunciadas a causa de la erosión de
los bloques de apoyo, sismos, discontinuidades, etc., (González de
Vallejo et al., 2002).
Rodadura: es el descenso de fragmentos de roca rodando y rebotando
en taludes que tienen un ángulo menor a los 75º (Suarez, 1998).
Volcamiento: es la rotación de estratos o material rocoso hacia adelante
del talud debido a un pivote en su base. Este tipo de desprendimiento es
característico de taludes con estratos verticales que buzan en sentido
contrario al talud (González de Vallejo et al., 2002).
49
Reptación: son desplazamientos de grandes áreas de suelo (blandos o
alterados) muy lentos de unos cuantos centímetros al año sin la presencia
de una superficie de ruptura (Suarez, 1998).
Deslizamiento: se lo define como el movimiento progresivo de masa a lo
largo de una o varias superficies de ruptura que pueden ser causado por
procesos naturales o antrópicos como deforestación, relleno, etc.,
(Suarez, 1998).
Flujos: conocidos también como coladas de barros, son movimientos de
masas de suelo, derrubios o fragmento de rocas que no presenta una
superficie de rotura en cambio tiene un agente como el agua que es el
factor desencadenante del movimiento (González de Vallejo et al., 2002).
Desplazamiento lateral: se lo define como la dilatación de una masa de
roca blanda en bloques provocando la extrusión de los bloques a través
de las fracturas del material (Olarte, 2017).
Figura 12. Clasificación de los movimientos de masas.
50
3.5.3 Elaboración y Cálculo de susceptibilidad a movimientos de masas
por método de Mora-Vahrson
Primeramente para la elaboración del mapa de susceptibilidad se realizó la
valoración de los parámetros condicionantes y desencadenantes, por lo cual se
crearon mapas temáticos en el software ArcGIS 10.6 empleando las
ponderaciones aceptadas del método Mora – Vahrson (1993) modificado.
Mapa de pendientes
Mapa de geología
Mapa de cobertura de suelo
Mapa geomecánico
Mapa de precipitaciones
El método Mora – Vahrson (1993) desarrollado en Costa Rica, es un modelo de
tipo explicito semianalítico desarrollado para el cálculo de susceptibilidad por
movimientos de masas. En este método se toman en cuenta cinco factores de
los cuales tres se lo consideran como elementos condicionantes: relieve,
humedad del suelo y litología; los otros dos se lo consideran como elementos
desencadenantes o de disparo: la sismicidad y las lluvias intensas (CLIRSEN,
SIGAGRO, 2011).
La metodología aplicada en el presente estudio es la de Mora – Vahrson (1993)
modificado, que se usó en el trabajo de CLIRSEN y SIGAPRO (2011) para la
gestión del territorio a escala 1:25.000 en el Ecuador, con el fin de obtener planes
de desarrollo locales y planes de ordenamiento territorial. A continuación se
presenta la fórmula:
𝐇=(𝐒𝐦∗𝐒𝐜∗𝐒𝐥)∗(𝐓𝐬+𝐓𝐩)
Donde sus variables son:
H = Grado de amenaza de las unidades geomorfológicas.
Sm = Factor morfométrico
Sc = Factor cobertura vegetal.
Sl = Factor litológico.
Ts = Factor de disparo por sismos.
51
Tp = Factor de disparo por lluvias.
Teniendo en cuenta de los datos disponibles se replanteo la formula adjuntando
el factor geomecánico como un parámetro de susceptibilidad y se sustrajo el
factor de sismo destacando el factor de precipitaciones como único parámetro
de disparo, obteniendo la siguiente formula:
𝐇=(𝐒𝐦∗𝐒𝐜∗𝐒𝐥∗𝐒𝐠)∗(𝐓𝐩)
Donde sus variables son:
H = Grado de amenaza en la zona de estudio.
Sm = Factor morfométrico
Sc = Factor cobertura vegetal.
Sl = Factor litológico.
Sg = Factor geomecánico.
Tp = Factor de disparo por lluvias.
3.5.3.1 Factor morfométrico
El factor morfométrico (Sm) se refiere a la pendiente del terreno expresado en
porcentaje como un parámetro condicionante en los movimientos de masas
(Chaverri, 2016).
Tabla 13. Categorización del factor morfométrico (CLIRSEN, SIGAGRO, 2011).
Rango (%) Valoración
Sm Descripción
0 – 12; NA 1
Correspondiente a relieves completamente planos y ligeramente ondulados. Además de todas las áreas que no son suelo como: centros poblados, ríos dobles o similares a estas al representar o cartografiarlas
> 12 – 25 2 Correspondiente a relieves medianamente ondulados a moderadamente disectados.
> 25 – 40 3 Corresponde principalmente a relieves mediana a fuertemente disectados.
52
> 40 – 70 4 Corresponde principalmente a relieves fuertemente disectados
> 70 – 100 5 Corresponden principalmente a relieves muy fuertemente disectados
> 100 – 150 6 Corresponden principalmente a relieves escarpados
> 150 – 200 7 Corresponden principalmente a relieves muy escarpados
> 200 8 Corresponden a zonas reconocidas como mayores a 200% en el mapa de pendientes
3.5.3.2 Factor cobertura vegetal
El factor de cobertura vegetal (Sc) se refiere al impacto de estabilización que
genera los tipos de vegetación en el terreno, considerando que las zonas con
cultivos son más inestables en comparación con los bosques. Se establecieron
cuatro grupos de cobertura vegetal:
Tabla 14. Categorización del factor cobertura.
Categoría Descripción Calificación Valoración
Sc
Cuerpos de agua
Cuerpos de Agua: Áreas
que presenten masas de
agua, de origen artificial o natural
Cobertura
exenta 0
Bosques Cultivos
permanentes
Bosque: Ecosistema
arbóreo, primario o
secundario, regenerado por sucesión natural, con
presencia de árboles de
distintas especies nativas, edades y portes. Cultivos: Comprenden
tierras dedicadas a cultivos con ciclo vegetativo mayor
a tres años y ofrece varias cosechas
Alta cobertura
1
53
Infraestructuras
Establecimiento de un
grupo de personas en un área determinada,
incluyendo la
infraestructura civil que lo complementa.
Mediana
cobertura 2
Vegetación
arbustiva
Vegetación herbácea
Cultivos
semipermanentes
Cultivos anuales
Reforestación
Vegetación arbustiva:
Áreas con una componente
substancial de especies leñosas sin estructura de
bosque. Vegetación herbácea:
Constituida por especies
nativas con crecimiento
espontáneo, sin cuidado espacial, con fines de
pastoreo, vida silvestre o
protección. Cultivos: Tierras
dedicadas a cultivos agrícolas con
Baja
cobertura 3
3.5.3.3 Factor litológico
El factor litológico se relaciona con la composición de las formaciones
geológicas expuestas en el área de estudio, donde se adquirió información
bibliográfica que después fue verificada en campo.
Tabla 15. Formaciones geológicas del área de estudio
Formación geológica
Símbolo Descripción
Formación Piñón
Kp Basalto meteorizado a muy meteorizado
arcillas Q Arcillas de estuario
Rellenos y desmonte de
talud
Material de relleno proveniente de otros lugares y del cerro
54
Para la valoración se tomó en consideración la categorización litológica hecha
por Mora – Varhson (1993) relacionándolas con las formaciones geológicas que
presenta el área de estudio.
Tabla 16. Categorización del factor litológico Mora - Vahrson (1993) Fuente: SIGAGRO
3.5.3.4 Factor geomecánico
El factor geomecánico (Sg) se refiere a la calidad de estabilidad del macizo
rocoso calculado por el índice de clasificación RMR de Bieniawski 1994. Las
valoraciones del RMR de cada estación geomecánica fueron promediadas para
cada formación geológica asignándole su debida calidad y categorización (Tabla