XIV Reunión Nacional de Cuaternario, Granada 2015

EL FACTOR ANTRÓPICO EN LAS INESTABILIDADES DE LADERA. LA CARRETERA A-348 (LAS ALPUJARRAS, GRANADA)

D. Notti

(1,3), F. Fernández Chacón

(1,3), J.P. Galve

(1), J. Vicente Pérez

(1), J.M. Azañón

(1), R.M. Mateos

(2), F. Lamas-Fernández

(3), F.

J. Roldán(2), J. L. Pérez

(4), C. M. Colomo

(4), J.M. Gómez-López

(4)

(1) Departamento de Geodinámica, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada, Campus Universitario Fuentenueva, 18071-Granada, España. e-mails: davidenotti@gmail.com, paquifchacon@ugr.es, jpgalve@gmail.com, jazanon@ugr.es, vperez@ugr.es

(2) Instituto Geológico y Minero de España. Urbanización Alcázar del Genil. Edificio Zulema, bajos. E.mail: rm.mateos@igme.es; fj.roldan@igme.es

(3) Departamento de Ingeniería Civil, ETSI Caminos y Puertos, Universidad de Granada, C/ Dr. Severo Ochoa s/n, 18001-Granada, España. e-mails: flamas@ugr.es

(4) Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría, Universidad de Jaén. Campus de las Lagunillas, Edif. A-3 - 23071 Jaén, España. e-mails: jlperez@ujaen.es, cmcj0002@red.ujaen.es, jmgl0003@red.ujaen.es

Abstract (The anthropic role in the slope stability, the case of the A-348 Road, Granada, Spain): Landslides are geological processes in which the man action could greatly influence the slope equilibrium, in a positive or negative way. In the present work, changes in the safety factor (FS) of numerous road cuttings in the A-348 road, located in a mountainous region, have been analysed, taking into account important restoration works carried out in 2005-2008. The work is supported by the analysis of multi-temporal aerial and detailed DTM-LIDAR data, field survey and rainfall information. Numerical modelling performed in some road cuttings, before and after the restoration measures, have been developed in order to quantify the effect of human interventions in the slope equilibrium. Results show that restoration measures caused severe increase in slope gradients and most of the road cuttings tended to unstable conditions (FS < 1). The extreme rainfall episode during the winter 2009-2010 triggered more than 100 landslides along the road, in a stretch of only 15 km, which caused numerous traffic interruptions. This work points out the importance of a thorough geological - technical assessment prior to any road intervention. Palabras clave: Acción antròpica, deslizamientos, carretera, modelos numéricos Key words: Anthropic action, landslides, road, modelling

INTRODUCCIÓN El Cuaternario se caracteriza por la enorme influencia del Homo Sapiens en los procesos geológicos, geomorfológicos y ambientales, no sólo a pequeña escala, sino también a escala global (Hoek, 2000). Paralelamente, los procesos geológicos y riesgos asociados tienen a su vez un papel fundamental en el desarrollo humano (Smith 2013). En el campo de los movimientos de ladera, la acción del hombre tiene una doble vertiente: por un lado, puede incrementar los factores que condicionan la inestabilidad (modificación del relieve, alteración de la red de drenaje, cambios en el uso del suelo, etc...) (Barnard et al, 2001; Tarolli et al.

2013) y, por otro lado, puede ejercer un papel reparador llevando a cabo medidas de contención y sujeción. El presente trabajo se focaliza en los efectos antrópicos sobre la estabilidad de numerosos taludes de carretera. Se ha seleccionado un tramo de la carretera autonómica A-348, que une los pueblos de Cádiar y Torvizcón de la Alpujarra Granadina. Durante los años 2005-2008 la carretera se amplió y mejoró, con la consecuente apertura de nuevos taludes. El invierno 2009-2010 fue excepcionalmente lluvioso (Vicente-Serrano et al, 2011) y se desencadenaron más de 100 deslizamientos en el tramo de carretera considerado. Para el presente trabajo se han analizado modelos

Fig. 1: Localización de la zona de estudio. Inventario de movimientos de ladera en el tramo de carretera Torvizcón- Cádiar, A-

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digitales del terreno (MDTs) obtenidos mediante fotogrametría y LIDAR, así como fotografías aéreas de los años 2001-2014. Para 11 taludes de carretera se han aplicado modelos numéricos, con la finalidad de obtener el factor de seguridad en diferentes momentos (años 2001, 2008, 2010 y 2014), y teniendo en cuenta diferentes condiciones de saturación. El objetivo perseguido es cuantificar el papel desestabilizador de las obras llevadas a cabo y cómo determinaron un descenso significativo de los factores de seguridad de los taludes.

SITUACIÓN La zona de estudio se centra en la carretera A-348, concretamente en un tramo de 14 km comprendido entre las poblaciones de Torvizcón y Cádiar. (Fig. 1). Desde el punto de vista geológico la zona se ubica en el dominio Alpujárride de las Zonas Internas de la cordillera Bética. Los materiales que atraviesa la carretera son de naturaleza metamórfica, filitas, esquistos grafitosos y cuarcitas, principalmente, presentando un elevado grado de fracturación, lo que determina un comportamiento geotécnico del material más cercano a un suelo que a un macizo rocoso. La carretera A-348 (145 km) conecta las provincias de Granada y Almería a través del denominado "Corredor de la Alpujarra", delimitado por los relieves de Sierra Nevada y la Sierra de la Contraviesa. La carretera circula por la margen izquierda del río Guadalfeo, a lo largo de una ladera con elevada pendiente, fruto de la erosión fluvial. Desde el punto de vista climático en la cuenca del río Guadalfeo predomina una gran heterogeneidad de fenómenos atmosféricos, consecuencia de la abrupta orografía y de la interacción de un clima mediterráneo semiárido con un clima de alta montaña. Por tanto, Esta zona se caracteriza por presentar prolongadas sequías y eventuales episodios de lluvias intensas que suelen tener un periodo de recurrencia de 10 / 15 años (Alcántara-Ayala, 1996; Irigaray et al, 2000). En cuanto al uso del suelo destacan los cultivos de secano, almendros y olivos principalmente, con predominio de matorral xerófilo. El tramo de carretera piloto, comprendido entre las localidades de Cádiar y Torvizcón (PK 37- 47) sufrió dos fases de reforma, una entre los años 1997 y 2000, y otra entre los años 2005 y 2008. METODOLOGÍA Y DATOS En la zona de estudio se ha recopilado numerosa información fotogramétrica. La serie de ortofotos comprendida entre 1956- 2014 ha permitido reconstruir la evolución de la carretera y las transformaciones que han tenido lugar en el uso del suelo. Para el inventario de taludes se ha utilizado la fotografía aérea del año 2008 (Junta de Andalucía), ya que refleja el estado de la carretera una vez finalizadas las obras de acondicionamiento. El inventario de los deslizamientos se ha realizado mediante el análisis morfológico de la foto aérea de 2010, a través de una serie de vuelos de alta resolución llevados a cabo en 2014, y validando el inventario con las imágenes de Google Streetview de enero 2009.

Con la finalidad de cuantificar el volumen de material excavado y movilizado por los deslizamientos, así como establecer los perfiles para el análisis mediante métodos numéricos (de equilibrio límite y de elementos finitos), se han utilizado: - Los Modelos Digitales del Terreno (MDTs) obtenidos de la fotogrametría de los años 2001, 2008, 2010 y 2013, con resoluciones espaciales de 2 m y sin filtro de vegetación. - Los MDTs derivados de datos LIDAR obtenidos mediante plataforma aérea para los años 2008, 2010, con resolución espacial re-muestreo de 1 m y con vegetación. - El MDT LIDAR del 2014 obtenido desde helicóptero, con resolución espacial de 1 m y vegetación filtrada. La información ha sido completada con trabajo de campo (realizados en 2014-2015). Los macizos rocosos han sido caracterizados mediante estaciones geomecánicas, con la finalidad de obtener los parámetros geotécnicos necesarios en la modelización numérica. El análisis cinemático de los datos de campo Para el análisis con métodos numéricos se ha partido del perfil del talud antes y después de las labores de acondicionamiento. Se han utilizado los softwares Phase2 v.6 y Slide v.5, y se ha partido del método de Hoek Brown, en el cual las propiedades mecánicas del macizo rocoso se basan en el GSI específico del talud y donde la cohesión y ángulo de rozamiento interno varían en función de la altura de cada talud. La modelización se ha realizado tanto en condiciones secas como saturadas. Los datos de lluvia diaria utilizados proceden de la estación meteorológica que el AEMET tiene en Cádiar (con código 6225). INTERPRETACIÓN Y RESULTADOS El tramo de carretera objeto de estudio fue reformado en dos etapas diferentes: - Entre los años 1997-2000 se realizaron trabajos de acondicionamiento entre los Pk 34–37, estos consistieron en la ampliación del carril, eliminando las curvas pronunciadas. Las pendientes medias de los taludes excavados fueron de 38°. - Entre los años 2005-2009 se realizaron reformas entre los PK 37 – 47. En este caso se llevaron a cabo importantes excavaciones de la ladera (Fig. 2 A Y 2 B). El ángulo medio de los taludes se incrementó pasando de 36° hasta 50°. El material excavado (en torno a los 100,000 m3) se utilizó para el relleno de firmes y terraplenes. En la figura 3A y en el perfil de figura 4 A se muestran los taludes excavados en el PK 39. El inventario de deslizamientos pone de manifiesto una clara concentración de movimientos de ladera en el tramo que fue reformado durante el periodo 2005-2008. El número total de deslizamientos en este tramo asciende a 88 (8 por km), lo que denota que el 75 % de los taludes han sufrido inestabilidades. Sin embargo, en el tramo no reformado tan solo se han inventariado 13 deslizamientos (4 por km); lo que indica que tan soloel 35 % de los taludes han sufrido inestabilidades. La tipología de rotura predominantes es la de un deslizamiento roto-traslacional con desprendimiento de bloques (fig 1). En menor medida se han

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inventariado movimientos muy superficiales tipo flujo. Ambas tipologías afectaron seriamente a la carretera interrumpiendo, en ocasiones, el tráfico. Las medidas de contención instaladas (principal-mente mallas) han demostrado su ineficacia. Además, se ha analizado la evolución temporal de la frecuencia de deslizamientos, considerando: las lluvias, las imágenes de Google Streetwiev y la recopilación de noticias de hemeroteca. Los primeros deslizamientos tuvieron lugar durante el invierno 2008-2009, como respuesta a un importante pico de lluvia. Estos movimientos, de pequeñas dimensiones, afectaron principalmente a los taludes de mayor pendiente. El mayor número de inestabilidades se registró entre los meses de Enero-Marzo de 2010, tras un periodo muy lluvioso, con precipitaciones acumuladas en 3 meses del orden de 1000 mm, frente a valores medios de 300 mm para el mismo periodo. En años posteriores tan solo se han registrado algunas reactivaciones menores. La resta de los MDTs LIDAR 2010- 2008 permitió obtener el volumen de masa deslizada para cada evento. La mayoría son pequeños movimientos, con volúmenes < 1,000 m3. El mayor número se registró en los materiales correspondientes a los rellenos antrópicos, con volúmenes movilizados de hasta 9,000 m3. La suma de todos los volúmenes asciende a unos 120,000 m3. En la figura 3 B se representa el talud del PK 39, que fue afectado por un deslizamiento en el año 2010. En azul se observa la zona de erosión y en marrón la

zona de acumulación o depósito. Los valores de pendiente y orientación, obtenidos a partir de los MDTs, permiten establecer que las inestabilidades dependen, en gran medida, de la pendiente y altura del talud, mientras que la orientación del mismo es irrelevante. Por otro lado los deslizamientos del 2010 han generado un cierto equilibrio en los taludes, al reducirse la pendiente en torno a 10º de media. En la figura 4A se observan los cambios ocurridos en el perfil del talud del Pk 39. Las estaciones geomecánicas han puesto de manifiesto la existencia de macizos rocosos muy fracturados y triturados, sin que existan planos preferenciales. Las filitas y esquistos grafitosos presentan una resistencia reducida, mientras que los taludes con niveles cuarcíticos son más consistentes y estables. Para la modelización de los taludes (con PHASE y SLIDE) se han utilizado los parámetros geotécnicos obtenidos en las estaciones geomecánicas y validados con back-análisis. Se ha trabajado con el supuesto de un FS= 1 para el perfil 2014. En la Fig. 4 B se muestra un ejemplo del talud del PK 39. Para el perfil correspondiente al 2008 se han considerado condiciones saturadas y se obtiene una superficie de rotura y deformaciones en congruencia con lo

realmente ocurrido en 2010 (FS< 1). La figura 5 compara el factor se seguridad obtenido en condiciones no saturadas para 11 taludes, a lo

Fig. 2: Ortofoto del Pk 39 de la carretera. A) 2001: el antiguo trazado del carretera; B) 2008: tras el trabajo de reforma; C) 2010, tras los deslizamientos del inverno 2009-2010. La línea azul representa el trazado del perfil

modelizado

Fig. 3: Resta de MDTs para el talud del Pk 39 A) 2008-2001. Se observa el material excavado para ampliar los carriles, hay ruido por la vegetación; B) 2010-2008: se identifica la zona de erosión y de acumulación en el deslizamiento; La línea azul es la traza del perfil utilizado

en la modelización (véase Fig. 4)

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largo del periodo 2001-2008, considerando de nuevo el perfil del 2014 con un FS= 1.

Los taludes ubicados en el tramo que fue reformado, durante el periodo 2005-2008, muestran una reducción del FS de hasta un 20%. Si en 2001 casi todo los taludes tenían un FS>1, en condiciones no saturadas, en el año 2008 únicamente 3 de ellos ofrecían condiciones de estabilidad FS >1. En el caso del Pk 39, el talud pasó de tener un FS= 1,6 en 2001 a un FS= 0,8 en 2008. En condiciones

saturadas la disminución del FS entre 2001 y 2008 presenta rangos parecidos, siendo en casi todos los casos modelizados el FS en 2008 menor que 1. CONCLUSIONES El tramo de la carretera A-348, entre las localidades de Torvizcón y Cádiar en la Alpujarra granadina, es un claro ejemplo de cómo puede alterar la acción antrópica la estabilidad de los taludes de carretera y laderas adyacentes. Las obras de reparación y adecuación de la carretera, realizadas entre 2005 y 2008, llevaron aparejadas un incremento de la pendiente de los taludes en torno a 15º, como valor medio, y una reducción del Factor de Seguridad (FS) en torno al 20%. Esta disminución del FS se confirma durante el evento lluvioso del invierno 2009-2010, cuando el tramo reformado registró una densidad de deslizamientos por kilómetro lineal de carretera algo más del doble que el tramo no reformado. Los resultados ponen de manifiesto la necesidad de llevar a cabo estudios de detalle encaminados al conocimiento de la estabilidad de las laderas, antes del diseño de cualquier obra de reforma y acondicionamiento de infraestructuras lineales. Agradecimientos: Los autores quieren dar las gracias al Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) por el apoyo financiero a través del proyecto “G-GI3002/IDIG. NUEVAS METODOLO-GÍAS PARA EL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN INFRAESTRUCTURAS LINEALES” del “Programa Operativo FEDER de Andalucía”. También quieren dar las gracias a la Agencia de Obras Públicas de la Junta de Andalucía y a los investigadores. Referencias bibliográficas Alcántara-Ayala, I. (1999). The Torvizcón, Spain, landslide

of February 1996: the role of lithology in a semi-arid climate. Geofisica Internacional-Mexico-, 38, 175-184.

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Hooke, R. L. (2000). On the history of humans as geomorphic agents. Geology,28(9), 843-846.

Hoek, E., Brown, E. T. (1997). Practical estimates of rock mass strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34(8), 1165-1186.

Irigaray, C., Lamas, F., El Hamdouni, R., Fernández, T., & Chacón, J. (2000). The importance of the precipitation and the susceptibility of the slopes for the triggering of landslides along the roads. Natural Hazards, 21(1), 65-81.

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Vicente-Serrano SM, Trigo RM, López-Moreno JI, Liberato ML, Lorenzo-Lacruz J, Beguería S, El Kenawy AM (2011) Extreme winter precipitation in the Iberian Peninsula in 2010: anomalies, driving mechanisms and future projections. Climate Research, 46, 51-65.

Fig. 5: Evoluciones del Factor de Seguridad (FS) en condiciones no saturadas, entre el 2001 y el 2008, para los 11 perfiles analizados. El perfil actual (2014 no

saturado) es el perfil de referencia, con un FS=1

Fig. 4: Perfil Pk 39. Fotos del talud tanto en 2008 como en 2014. A) Evoluciones del perfil desde 2001 hasta 2010; B) Modelos numéricos de desplazamiento en base al perfil 2008 modelizado en PHASE en condiciones de saturación

2014 2009