REVENCYT-RedidiCiencia.Análisis preliminar de la amenaza ...
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Noguera Gómez Douglas José Análisis preliminar de la amenaza de movimientos de masa en el sector Mesa de los Indios del estado Mérida, considerando un evento sísmico como posible detonante, utilizando la simulación computarizada basada en elementos finitos parte 1 Universidad de Los Andes-Facultad de Ingeniería-Postgrado en Matemática Aplicada a la Ingeniería. 2006. p. 67 Venezuela Disponible en: http://bdigital.ula.ve/RediCiencia/busquedas/DocumentoRedi.jsp?file=33780&type=ArchivoDocumento &view=pdf&docu=26999&col=5 ¿Cómo citar?
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Noguera Gómez Douglas José
Análisis preliminar de la amenaza de movimientos de masa en el sector Mesa de los Indios del
estado Mérida, considerando un evento sísmico como posible detonante, utilizando la simulación
computarizada basada en elementos finitos parte 1
Universidad de Los Andes-Facultad de Ingeniería-Postgrado en Matemática Aplicada a la
Ingeniería. 2006. p. 67
Venezuela
Disponible en:
http://bdigital.ula.ve/RediCiencia/busquedas/DocumentoRedi.jsp?file=33780&type=ArchivoDocumento
&view=pdf&docu=26999&col=5
¿Cómo citar?
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
QE6ql '6@; V4-NG
POSTGRADO DE MATEMÁTICA APLICADA A LA INGENIERÍA
ANÁLISIS PRELIMINAR DE LA AMENAZA DE MOVIMIENTOS
DE MASA EN EL SECTOR MESA DE LOS INDIOS DEL ESTADO
MÉRlDA, CONSIDERANDO UN EVENTO SÍSMICO COMO
POSIBLE DETONANTE, UTILIZANDO LA SIMULACIÓN
COMPUTARIZADA BASADA EN ELEMENTOS FINITOS.
Tutor: P.rof. Jaime Laffaille Co-Tutor: Prof. Carlos Ferrer
AUTOR:
lng. Geólogo Douglas José Noguera Gómez
D~G~TAliZADO http://tesis. u la. ve
MÉRIDA JUNIO DE 2086
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
POSTGRADO DE MATEMÁTICA APLICADA A LA INGENIERÍA
ANÁLISIS PRELIMINAR DE LA AMENAZA DE MOVIMIENTOS DE MASA EN EL SECTOR MESA DE LOS INDIOS DEL ESTADO
MÉRIDA, CONSIDERANDO UN EVENTO SiSMICO COMO POSIBLE DE1UNANTE, UTILIZANDO LA SIMULACIÓN COMPUTARIZADA BASADA EN ELEMENTOS FINITOS.
Trabajo final de grado para optar el titulo de Magister Scientiae en
Matemátiea Aplieada a la lngenieria.
Tutor: Prof. Jaime Laffaille Co-Tutor: Prof. Carlos Ferrer
AGRADECIMIENTOS
A Dios todo poderoso.
A mis padres Arvin y Belkys.
A FUNDAPRIS, ente que financió en su totalidad esta línea de investigación.
A mi Tutor Jaime Laffaille.
A la Sra. Haydde Camacho.
A las Ingenieros Ana Quintero y Maria Laura Monsalve.
Al Geógrafo Juan Cristóbal Rineón.
A la población de La Mesa de Los Indios.
Parecía imposible •••• pero con paciencia, dedicación, sacrificios y el apoyo de mis colegas altora es un lleello!
lng. Douglas Noguera .2006
DEDICATORIA
Le dedico este trabajo a mi Hermano Emmanuel Pineda, para que te sirva eomo ejemplo en tu vida.
lng. Douglas Noguera 2006
INDICE GENERAL
JI~Jl1fJ\J[tJ\............................................................................. i
AGRA.DECIMI.ENTO............................................................... W
INDICE GENERA.L.................................................................. V
LISTA DE FIGURAS................................................................. i:x.-
LISTA DE FOTOS................................................................... xi
~~---········································································~ ]ji
"INTRODUCCIÓN •...••.•....••••.....•....•..•.•..•....••...•...•.....•.••.•.••........... 1
CAPITULO l. MARCO GEOGRÁ.FICO ............................... .............. A
1.1.- Justificación ................................................................... 4
12.- Objetivos ...................................................................... .5
12.1.- Objetivo PrincipaL .............................................. .5
1.2.2. • Objetivos Específicos ........................................•..• . 5
13.- Alcances y Limitaciones ..................................................... 6
l. 4.- Antecedentes .................................................................. 6
1.4.1.- Antecedentes Históricos .......................................... 6
1.5.- Localización del área de estudio ............................................ 7
1.6.- Acces1"bilidad •.........•..•..........•............•..••........•....•..•...•... 8
l. 7.- Sismicidad en Mérida y Venezuela ......................................... 8
CAPITULO D. MAR.CO UÓRI.CO ................................................... ll
2.1.- Deslizatnientos .............................................................. .11
22.- Deslizamientos Inducidos por Sismos ................................... 12
2.3.- Factores asociados con la actividad de Desli7~mientos de Tierra .... 14
2.4.- Causas del Movimiento .................................................... .18
2.5.- Geomecánica Computacional ............................................. 19
2.6.- Simulación Geomecánica ............................................... ... 20
2.7.- Método de los Elementos Finitos (MEF) ................................ 20
2. 7 .I . - Conceptos Generales del Método .............................. 21
2.8.- Fuerzas y Deformaciones ............................................... ... 23
2.9.- Deformaciones ......................................................... ..... 24
2.1 O.- Esfuerzos ................................................................. .. 25
2.11.- Módulo de Young (E) ..................................................... 25
2.12.- Relación de Poisson (u) ................................................... 27
2.13.- Ecuaciones y leyes fundamentales en las que se basa el cálculo en el
programa ABAQUS ...................................................... 27
2.13.1.- Método de Galerkin ....................................... ..... 29
2.13.2.- Programación del MEF ....................................... .32
2.13.3.- La "RECETA" del MEF ....................................... 33
2.13.4.- Cálculos por el MEF datos y resultados .................... .38
CAPITUW DI. METODOLOGiA V LEVANTAMIENTO DEL SITIO
E'VIDENCIAS DE MOVIMIENT0 ....................................................... 41
3.1- Metodología en Campo y Laboratorio ................................... .41
3.1.1.- Estudio Preliminar ................................................ 42
3.12.- Estudio e Interpretación de Fotografías aéreas e Imágenes
Satelitales ......................................................... 42
3.1.3.- Reconocimientos generales de la zona ....................... .45
3.1.4.- Relieve ............................................................. 45
3 .1.5.- Drenaje en la zona ................................................ 46
3.1.6.- Vegetación, Clima y Suelos de la zona ........................ 46
3 .l. 7.- Levantamiento Topográfico ................................... .48
3. I. 7 .l.- Obtención de datos geográficos con tecnología
GPS ..................................................... 48
3 .1.8.- Evidencias e ldentiñeació:n de Movimientos en la zoma .... 49
3.L9.- Caracterización del Tipo de Movimiento ..................... 50
3.2.- Dinámica de los Deslizamientos .......................................... 52
33.- Posibles factores predominantes en los Deslizamientos ............... 53
3.4.- Descripción de los daños y efectos producidos por los movimientos
de masa. .....................•..............•...•.•...•......•......•.......... 54
3.4.1.- Características de la Construcción ............................ .54
3.4.2.- Daños Estimados ................................................. 55
3.5.- Dirección de las fracturas observadas en eJ área urbana ............... 64
3.6.- Geología Local .............................................................•. 65
3.6.1.- Fonnación LaQuinta ............................................ 65
3. 7.- Geología Estructural ........................................................ 66
CAPITULO IV. SIMULACIÓN GEOMECÁNICA •••••• _._ ..................... 69
4.1.- ABAQUS (versión 6.4) ..................................................... 69
4.1.1.- Metodología para Simular en ABAQUS ...................... 69
4.1.1.1- Pre-procesamíento en ABAQUS (CAE) ............ 69
4.1.12.- Simulación ABAQUS (STANDARD) ............ 71
4.1.1.3.- Post-Procesamiento ABAQUS (VlEWER) ........ 71
4.1.2.- Componentes de un modelo de análisis en ABAQUS ...... 71
4.1.3.- Extensiones de archivo utilizadas por ABAQUS ............ 73
42.- Simulación Geomecánica ................................................... 74
4.3.- Metodología para. el ensamblaje del Modelo en las distintas
Herramientas Computacionales ........................................... 7 5
4.4.- Evaluación de los Modelos en ABAQUS ............................... 78
4.4.1- Módulo Part. ....................................................... 78
4.4.2.- Módulo Property ................................................. 78
4.4.3.- Módulo Assembly ................................................ 78
4.4.4.- Módulo Step ...................................................... 79
4.4.5.- Módulo I..oad ...................................................... 80
4.4.6.- Módulo Mesh ..................................................... 82
4.4.7.- Módulo Job ........................................................ 85
4.4.8.- Módulo Visualización ........................................... 85
CAPITULO V. ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................... 86
5.1.- Primer Modelo (Estático) ..................................................• 88
52.- Segundo Modelo (Dinámico) .............................................. 91
5.3.- Esfuerzos Principales y Desplazamientos en los Modelos
Simulados .................................................................... 94
5.4.- Evaluación General .••...........•..........••..••.••••.••..•..•.•.•.••..... 94
5.5.- Análisis Elástico •.........•...••.....•..•••...•.........••••...•..•.....•..•. 95
CAPITUW VI. CONCLUSIONES V RECOMENDACIONES ••••••••••••••• 97
BIBLIOGRAFiA ........................................................................ l 00
ANEXOS .................................................................................. 1 04
LISTA DE FIGURAS
Figura l. Localización del área de estudio ................................................ 7
Figura 2. Mapa de zonificación sísmica de Venezuela COVENIN 1756 (2001) .. 10
Figura 3. Discretización con elementos finitos ......................................... 20
Figura 4. Condiciones de contorno ...................................................... 21
Figura 5. Nodos y elementos ........................................................... . 22
Figura 6. Relación entre el esfuerzo aplicado a: y la defonnación unitaria& ....• . 26
Figura 7. Imagen Satelital Landsat de la zona. Resolución 15 metros .............. 44
Figura 8. Imagen Satelital Landsat 3D de la zona. Resolución 15 metros .......... 44
Figura 9. Mapa topográfico del área en estudio ...............•........................ 48
Figura lO. Mapa Topográfico en 3D del deslizamiento ............................... 76
Figura 11. Geometría o perfil del deslizamiento hecha en Surfer 8 .................. 76
Figura 12. Geometría del talud hecha en AutoCad 2006 .............................. 77
Figura 13. Geometria del talud montada en ABAQUS 6.4-1 ........................ 77
Figura 14. Gráfica simplificada del acelerogmma de Loma Prieta, California ..... 80
Figura 15. Carga litostática o peso propio (gravedad) ................................. 80
Figura 16. Empotramiento del modelo ................................................... 81
Figura 17. Acelerograma aplicado al talud ...........................................•. 82
Figura 18. MaiJado con un elemento Cuadrático, Modelo Estátioo .................. 83
Figura 19. Mallado con un elemento Triangular, Modelo Estático .................. 83
Figura 20. Mallado con un elemento Cuadrático, Modelo Dinámico ......•........ 84
Figura 21. Mallado con un elemento Triatlf:,Jldar, Modelo Dinámico ............... 84
Figura 22. Esfuerzos en el plano S l 1 .................................................... 88
Figura 23. Esfuerzos en el plano 822 .................................................... 89
Figura 24. Desplazamientos en el plano l. ............................................. 90
Figura 25. Esfuerzos en el plano SIL ................................................... 91
Figura 26. Esfuerzos en el plano 822 .................................................... 92
Figura 27. Desplazamientos en el plano 1 .............................................. 93
LISTA DE FOTOS
Foto l. Fotografía aérea de la zona. Escala 1 :5000 ..................................... .
Foto 2. Hundimiento o subsidencia en una de las viviendas .......................... .
Foto 3. Vivienda del Sr. José Oregorio (Bodega) ...................................... .
Foto 4. Perfil del movimiento de masa {Geometría) .................................. .
Foto 5. Vista aérea de parte de la zona en donde se va a realizar el Levantamiento con tecnología Satelital (GPS) .................................................... .
Foto 6. Observe los cambios de pendiente en La Mesa de Los Indios ............... .
Foto 7. Calle Bolívar ....................................................................... ..
Foto 8. Calle Bolívar ......................................................................... .
Foto 9. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto 1 O. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto I l. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto 12. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto 13. Calle Bolívar ................................................................. ..
Foto 14. Observe 1a inclinación de los postes .....................•..........•.....
Foto 15. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto 16. Calle Bolívar .................................................................. .
Foto 17. Vivienda ubicada en la calle Bolívar ................................... .
Foto 18. Vivienda no habitada en la calle Bolívar ............................... .
Foto 19. Vivienda no habitada en la calle Bolívar ............................ .
Foto 20. Vivienda del Sr. José Gregorio (Bodega) ................................ .
Foto 21. Vivienda ubicada en la parte superior de la Av. Bolívar .............. .
Foto 22. Vivienda ubicada en la Av. Sucre .................................... .
Foto 23. Vivienda ubicada en la Av. Bolívar (parte alta) ................... .
Foto 24. Aflornmiento de Lutitas ............................................... .
Foto 25. Fotografia Georeferenciada en Oziexplorer del aérea de estudio ........ .
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
POSTGRADO DE MATEMÁTICA APLICADA A LA INGENIEIÚA
ANÁLISIS PRELIMINAR DE LA AMENAZA DE MOVIMIENTOS DE MASA EN EL SECTOR MESA DE WS INDIOS DEL ESTADO MÉRIDA, CONSIDERANDO UN EVENTO StSMICO COMO POSmLE DETONAN1'E, tYfiLIZANDO LA SIMULACIÓN COMPU'l'ARIZADA BASADA EN ELEMNTOD flNITOS.
Autor: lng. Ooqlas Noguera Año2006
RESUMEN
El presente trabajo demostró el comportamiento de los movimientos de masa, mediante la simulación sísmica computacional sobre la base de un sismo magnitud 7° en la (i..'Scala de Ri~b.tcr con un incremento de tiempo de 0.02 segundos con una duración de 1 O segundos~ con el uso del progrmna comercial ABAQUS, y así aclarar la hipótesis de que se pudi'-'SC generar un deslil'mniento que afectaría directamente a la población de La Mesa de Los Indios en el Estado Mérida, causando dafios irreparabl~ a los habitantes e infraestructura de Ia :t.ona. Para dicha demostrciCió~ se obtuvieron 200 puntos con tecnología GPS a fin de obtener una geometría aprox:in.tada de los modelos a simular, así como también la medición de grietas y fracturas en estructuras de la zona a fin de obtener un mapa de dilección de fracturas. Para la simulación se generaron 4 modelos elásticos, dos estáticos y dos dinámicos con diferente mallado~ de ros cuales se tomaron dos como definitivos debido a la homogeneidad en la malla de los mismos. Los resultados obtenidos po.r dichos modelos oorroboraron las obsenraciones obtenidas en campo, ya que arrojaron desplazmnientos de l1:asta 6.45 cm. y esfuerzos de tracción de 2. 716E+03 Kg:t7cm2
•
INTRODUCCIÓN
Resulta especialmente evidente al visitar La Mesa de Los Indios del
Municipio Campo Elías del Estado Mérida, que este lugar ha sido afectado en
diversas oportunidades por la amenaza de los movimientos de masa y
particularmente de los deslizmnicntos. No hay manera de saber en el presente cual
fue su origen, pero es claro que hay tres factores principales que han ocasionado la
reactivación parcial de algunos de ellos: la sobresaturación del material del suelo,
los cortes en el terreno con la fmalidad de realizar obras de ingemeria (canes,
viviendas, urbanismos o avenidas). El tercer factor que pudiera reactivar
deslizamientos en la zona pudiesen ser los sismos, pero por su importancia será
tmtado de manera especial en este trabajo. Seria muy largo e infructuoso discutir
aquí las posibles razones por las que no se han tomado las res:pediws
oonsideraeiones para prevenir o mitigar los efectos de la reactivación de estos
deslizamientos al momento de realilar estas obras, pero sin du~ 'Wtla de esas
razones ha sido el desconocimiento del problema.
Como se mencionó anteriormente,. uno de los factores que activan los
deslizamientos en La Mesa es la presencia de agua subtemínea en la masa
deslizada. EJ problema es normalmente agrttvado por el hecho de que el mismo
fenómeno del deslizamiento genera una topografia favorable a la infiltración de
agua: grietas, depresiones, ?.onas planas que se toman pantanosas y, en algunos
casos, microcuencas que se forman entre la corona y la parte superficial de los
flancos. Por otro lado, los canales, acequias y tuberías que transportan agua suelen
ser rotos por el movimiento casi imperceptible de la :masa deslizada, favoreciendo
aún más la infiltración en el terom.o. Por otro lado, actualmente no hay duda de
que los terremotos han sido una de las causas de gnmdes deslizamientos de
terreno, algunos de los cuales han tenido oonsecuencias desastrosas tanto para la
gente como para sus propiedades. (Laf:faiUe, Jaime 2006)
La selección del tema se originó a partir de una necesidad presentada por
FUNDAPRlS en atención a una serie de eventos fisicos naturales de carácter
negativo que atentan contra el desarrollo urbano e inclusive que ponen en peligro
vidas humanas en la población de la Mesa de Los Indios y que se manifiestan
fundamentalmente en deslizamientos de material detrítico~ debido a una serie de
factores capaces de desprender este material y hacerlo descender en forma de
arrugas convexas cuyo proceso lo hemos definido como reptació~ constituyendo
de esta manera una de las zonas más vulnerables del Estado Mérida.
El área de estudio se localiza en coordenadas UTM 19P 0: 24 7880 ;
N: 0945279 aproximadamente a 1425 m.s.n.~ y a 13 Kilómetros de la
población de Ejido por carretera asfaltada.
El estudio se estructuró en seis capítulos. El primer capítulo trata lo
referente a la descripción generdl de la zona; el segundo comprende un marco
teórico general; el tercero, investigaciones de áreas inestables en la zona; un
cuarto capitulo plasma una simulación numérica computarizada basada en el
método de los elementos finitos; el quinto capítulo presenta los análisis y
resultados y finalmente un sexto capitulo referente a las conclusiones y
recomendaciones.
La etapa de campo se hizo en un lapso de 5 meses y medio en la compañía
del Geógrafo Juan Cristóbal Rincón asignado por FUNDAPRIS, en la que se
levantaron mas de 200 puntos geográficos y un reconocimiento exhaustivo de
daños en el área urbana, utilizándose como heuamientas un sistema de
posicionamiento global (GPS GARMIN 76CS), brújula, piqueta, cámara
fotográfica, mapas, fotografias ai:reas de Ja 7..ona del año 96~ imágenes satelitales
del año 2000. Los puntos GPS nos permitieron realizar la geometria aproximada
del deslizamiento a simular en el capítulo 4, mientras que el reconocimiento de los
daños nos permitió crear un patrón de movimientos en Ja zona
2
Para la simulación computarizada se utilizaron dos modelos. con
características estáticas y dinámicas. Para el modelo dinámico se aplico un sismo
de gran magnitud (7 grados en la escala de Ritcher) esto con la finalidad de
evaluar la vulnerabilidad de la zona
3
..
CAPITULOL
MARCO GEOGRÁFICO
1.1.- .JUSTIFICACJÓN
El diseño de una estrategia para mitigar situaciones de emergencia en una
determinada locali~ pasa necesariamente por dos fdSCS preliminares.
a) Estudiar la clase y características de los eventos naturales que pueden
afectar el lugar de interés. Estos eventos serán mencionados en lo que sigue con el
término de "Amenazas Naturales'7 •
b) Evaluar el nivel de vulnerabilidad del sitio de estudio. El estudio de
vulnerabilidad comprende generalmente dos aspectos: vulnerabilidad social y
vulnerabilidad fisica. En este tntbajo se evaluará ptincipalmcntc la vulnerabilidad
fisica del lugar y solo se considerará algún aspecto de la vulnerabilidad social en
caso de que sea necesario pam establecer algún punto de interés.
Con relación al punto (a) una evaluación preliminar de las posibles
amenazas naturales locales conduce a la conclusión de que los movimientos de
masa y los sismos son los principales fenómenos naturales que pueden golpear el
lugar. En particular se pudo constatar con vecinos entrevistados que los
movimientos de ma..;;a (específicamente los deslizamientos) son fenómenos de
carácter casi cotidiano. En cuanto a Ja vulnerabilidad se pudo establecer casi de
manera inmediata que en el área de estudio no existen instituciones orientadas a la
atención de emergencias, a pesar de qu.e los habitantes del lugar tienen una
percepción muy buena del nivel de amenaza bajo el qw se encuen1ria su
comunidad, su capacidad de respuesta organizada es muy bajo y sus viviendas no
fueron pensadas parn brindar seguridad a sus habitantes ame las amenazas
natumles locales, de hecho, varias familias habitan viviendas ya arectadas por
eventos anteriores
4
1.2.- OBJETIVOS
1.2.1.- Objetivo Principal
Realizar una evaluación de las amena;ms de tipo natural en la población
Mesa de Los Indios realizando una simuladón computarizada que comprende la
aplicación un sismo de gran magnitud, con la finalidad de obrener de manera
aproximada los esfuerzos y desplazamientos ocmridos en ]a zona..
1.22· Objetivos Especificos
(1) Análisis de fotogm.fias aéreas e imágenes satelliales.
(2) Levantamiento y reconocimiento del área de estudio utilizando
tecnología satelital GPS.
(3) Simulación numérica mediante el Software comercial ABAQUS, en
donde estudiaremos el efecto de un sismo aplicado en la zona de estudio.
(4) Visualización y análisis de resultados.
5
1.3.- ALCANCES Y LIMJTACIONES
Se pretende realizar una simulación numérica de la masa en movimiento
aplicando un sismo con ca.racteristicas reales de magnitud 7 en la escala de
Ritcher, con la finalidad de observar el comportamiento de la masa ante éste
evento, considerando un modelo elástico, con material homogéneo e isotrópico.
1.4.- ANTECEDENTES
1.4.1.- Antecedentes Histórieos.
La fundación de La Mesa de los Indios de Ejido se remonta al 16 de
Agosto de 1693, pero sobre la misma se dilucidan dos vcrttioncs: Una a nombre
del Capitán Alonso Ruiz Valera y Gavidia, y otra por mandato del Teniente
General Juan Pérez Escnoano, con eJ nombre de Santiago de la Mesa de los
Munundúes. Para el año de 1770, Doña Isabel de Nava y Salas, ocupante de estas
ti~ pemmtó con algunos indios de las sabanas (hoy aldea del Municipio
Lagunillas) el terreno donde fue fundado el pueblo, lo que les penmtió
establecerse en comunidades primitivas, y que posteriormente identificaran al
sector como La Mesa de los Indios.
En épocas remo~ estas tierras fueron habitadas por las tribus de indios
Tocuos, que la identificalY.m como La Mesa de los Salazar (denominada
oficialmente La Mesa de Ejido para distinguirla de otros sitios que llevan el
mismo nombre). Posteriormente, la real cédula decretó "resguardo de indígenas"
las tierras ocupadas por estas comunidades hasta que en el año 1897 fue concedida
la repartición de dichos resguardos. (Salas, Marcos 1993)
6
1.5.- LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO.
El área donde se desru:mlló J.a investigación está ubicada en los Andes
venezolanos, al occidente de la dudad de Mérida, Municipio Campo Elias del
Estado Mérida - Venezuela.
Figura l - Localización del área de estudio
7
Su altura promedio es aproximadamente de 1425 m.s.n.m,. En la actualidad
cuenta con una población de 3.877 habitantes (Censo 2001). Está localizada de
acuerdo a las coordenadas geográficas N 08°32'41.6"; W 71°11"25.2'" que en
coordenadas UTM corresponde a l9P E 0247880; N 0945279 (Plaza Bolívar de
la zona). El área en estudio pertenece a la Población de La Mesa de Los Indios y
tiene una superficie aproximada de 4 km2•
1.6.- ACCESIBILIDAD
Para tener acceso a la zona en estudio existen 2 vías: Una troncal
principal que comunica a la ciudad de Ejido con toda el área
(aproximadamente 13 Kms.) en estudio y una vía secundaria que comunica
La Mesa de Los Indios con la Ciudad de Mérida y Ia población de Jají.
1.7.- SJSMICIDAD EN MÉRJDA V VENEZUELA
Los registros históricos de la sismicidad en nucstr0 país comienzan~
aproximadamente, \.>fl 1590, lw..-go de la llegada de los primeros colonizadores
españoles. En la z~na andina se puede hablar de que esta historia oomicn:t..a en el
año de 1.599, con el reporte de un terremoto que sacudió a la población de La
Grita y otros pueblos de Mérida. El siguiente evento de que se tiene noti~ias
ocurrió en 1.610, cuando los cronista.<.; reportaron detalles de un tmemoto
desastroso al cual se le asignó, de acuerdo con estudios recientes de la distribución
de daños e intensidades sismíeas de ese sismo, WJa magnitud de 7.3 grados en la
escala de Richter. Desde ese entonces hasta la presente fecha han ocurrido en la
zona al menos otros 1 eventos sísmicos de camcteristicas destmeroras (por
ejemplo los eventos de los ailos 1.644, 1.775, 1.812, 1.834~ 1.845, 1.894, 1.932),
entre los que destaca el ocwrido m el airo de l.SJ2, en plena gesta
independentista de Venezuela. Sin embargo~ debido a la escasa población
8
..
existente hasta épocas relativamente reciente~ la historia sísmica del país es
bastante incompleta, ya que sólo alcanzaron a registrarse los eventos más grandes.
El mayor terremoto (magnitud Richter promedio 8) registrado en
Venezuela ocmrió eJ 26 de Mmzo de 1812. Este evento destroyó fas cimfades más
importantes situadas a lo largo de la Zona de Fallas de Boconó, desde Mérida
hasta Caracas, cubriendo una distancia de a¡uoximadamente 600 km. Ahededor
de 26.000 personas murieron, lo que representaba entre 5% y el 10% de la
población total de Venezuela para la época. La eoneenuae:ión de los daños a lo
largo de un corredor paralelo al eje de los Andes Venezolanos y su prolongación
por la costa del Caribe,. claramente sugiere que este terremoto O'-'Ufrió en un
segmento de la zona de fallas de Boconó. A partir del daño r.eportado,
especialmente en las ciudades de Mérida, San Felipe·Barquisimcto y Caracas,
inicialmente se pensó que éste fue un evento multifocal con epicentros cerca de
esas ciudades. (tomado y editado de celeste.ciens.ma.ve/preve/sismi.htm)
El último gran terremoto registrado en los Andes Venezolanos fue el
evento de magnitud 7 ocurrido el 26 de Abril de 1894, con un epicentro también
cercano y al sur<,cstc de Mérida. En esta oportunidad murieron unas 350 personas
y varias poblaciones y aldeas fueron destruidas dentro de una amplia región
comprendida entre Tovar y Mérida por el sureste y la zona sur del Lago de
Maracaibo por el noroeste. En esa oportunidad fueron destruidas Jas poblaciones
de Tovar, Santa Cruz de Mora, Mesa Bolívar, Chigmuá y Mérida, por mentionar
sólo las más importantes. El área de daños de este evento fue .calculada por
Centeno Grau (1 .940) en unos siete mil kilómetros cuadrado~ abarcando desde
Trujillo en Venezuela, donde se demunbó la torre de la iglesia de San Francisco,
hasta cerea de Pamplona (en Colombia), siendo especialmente intenso en 1a región
comprendida entre Bailadores y 'fabay (en ambas pueblos se derrumbaron las
iglesias). (tomado y editado de celeste.eiens.wa.ve/preve/sismi.htm)
En el occidente de Venezuela, se han ubicado los sismos más
significativos (M>5.7) registrados entre 1600 y 1980. En el presente, toda la j'_.ona
9
de fallas de Boconó, desde la depresión del Táchira en su extremo suroeste hasta
el Mar Caribe al noreste, es sísmicamente activa (Ver Figura 1). La mayoría de los
eventos más grandes se alinean bien con la traza ptincipal de la Falla de Boconó,
mientras que los más pequeños, así como unos pocos grandes, están dispersos.
dentro de tm corredor de varias decenas de kilómetros de ancho, adyacente a esta
traza, lo que indica que muchas de sus fallas subsidiarias son igualmente activas.
La mayoria de los: terremotos registrados a lo largo de la t¡¡aza principal de la falla
son eventos superficiales (profundidad promedio de unos 15 km). Las
profundidades tienden a crecer para los. eventos. más grandes. hacia el noroeste
(cuenca del Lago de Maracaioo) y hacia el sureste (cuenca de Barin.as) de la zona
de fallas de Boconó, akaJilZando pm:funmdades. que llegan a supernr kos 40 Km.
La Falla de Boconó dctine una región donde podría esperarse un gran terremoto
en .el futuro, y el occidente de Venezuela debe ser considerado como una zona de
alto ries~o sísmico {tomado y edii:ado de celeste.ciens.uia.ve/preve/siismi .. btm)
Zona Sísmica Ao
c=J 7 0,40
e::;:] 6 0,35
r=::J 5 0,30
4 0,25
c=J 3 0,20
c::::::::J 2 0,15
¡-"' 1 1 0,10
l _ _j o
\\.a ~ o a D
MAR CARIBE
Figura 2 - Mapa de zonifkacíón sismiea de Venezuela COVENIN 1756 {2001}.l.a l~yenda nos imlic? 'a~ ~Q!13$ ~í~"'jcas de acuerdo a sus aceleraciones.
10
CAPITULO H.
MARCO TEÓRICO
2.1.- DESLIZAMIENTOS
Un deslizamiento es un movimiento ladera abajo de una masa de suelos o
rocas, que ocurre pr~dominantcmcntc a lo largo de una superficie de ruptura o
zonas relativamente delgadas de intensa defonnación cortante. Inicialmente,. c1
movimiento no ocurre simultáneamente a lo largo de lo que, eventualmente, será
la superficie de ntptura; el volumen de material desplaz,ado se incrementa a partir
de un área de falla local. Muchas veces, los primeros signos de' movimiento son
grietas en la superficie original del terreno, a lo largo de lo que más talde será el
escarpe principal del deslizamiento-. El material desplazado puede desfizarse más
allá de la punta de la superficie de ruptuta, cubriendo la superficie original del
temmo,. la cual~ a su vez~ se convierte en superficie de separación. (Oonzáles de
Vallejo, et al. 2002)
La experiencia del pasado ha demostrado que varios tipos de
deslizamientos ocurren junto con un terremoto. Los tipos más frecuentes de
desli7~icntos asociados con terremotos son las caídas de rocas~ y dcslizamien:tos
de peda7,os de roca provenientes de pendientes inclinadas. También ocurren, pero
con menos frecuencia, deslit.amientos de escombros en pendientes inclinadas,
abultamientos (deslizamientos de roca, suelo ó una mezcla de ambos, a Io largo de
superficies curvas, que producen una acumulación de material en la base del
deslizm:niento, caracteristi.ca del mismo) de suelo y de roca y deslizamientos de
grandes bloques de rooa. (Gonzáles de Vallejo~ et al2002)
El deslizamiento del ár<Ca Mesa de Los indios, es de tipo rotaciona4 ya que
los desplazamientos ocurren o tienen lugar a. lo largo de una superficie de ruptura
11
de forma curva o c6ncava. Este afecta de manera directa a dicho poblado
provocando rupturas y gritas en vivicn~ calles y avenidas.
2.2.- DESLIZAMIENTOS INDUCIDOS POR SISMOS
Se prevé que sismos de mediana magnitud (5.0° grados en la escala de
Richter), podrían re-activar el desli:t.amicnto de la población La Mesa de Los
Indios el cual presenta una pendiente aproximada de 20 gr<ldos, lo que la hace
susceptible a dichos fenómenos. Por lo tanto un sismo de mayor magnitud podría
generar el movimientos de unos cientos de metros cúbicos de sedimento~
provocando un verdadero desastre en la zona.
Los deslizamientos inducidos por sismos son de diferentes tipos y ocurren
en un amplio rango de materiales y cardCtcrlsticas.
Podemos identificar 8 tipos de movimientos sobre desiW.nnientos
producidos por sismo: Caídas, Superficies de ruptura, Avalanchas oomplejas,
Deslizamientos de bloque~ Fluidos lentos, Despanamamiento y Flujos torrenciales
(Keefer, D. 1984). En cuanto a ]as ~eristieas del material seglÍn Keefer, son
rocas y suelos con la designación basada en el estado del material principal en el
momento de la iniciación del movimienta.
Los derrumbes, superficies de ruptu:ta y avalanchas son agrupados como
deslizamientos por rupturt4 ya que estos dcsli:rAll'lientos son desag1·egados en un
amplio grado durante fu iniciación del movimiento, estos dcsliz.amicntos son
también similares en su origen sobre pendientes escarpadas, se mueven a altas
velocidades y pueden transportar material a largas distancias. En derrumbes, el
movimiento toma lugar por rodamient.o o caída libre. En superficies de ruptura. el
movimiento toma lugar por deslizamiento translacional acompañado de una
deformación interna. Las avalanchas se mueven por un complejo mecanismo
implicando componentes de deslizamiento, flujo y en algunos (:(lSOS, caída libre.
(Keefer, D. 1984).
12
Las caídas de rocas y deslizamientos de rocas son los más abundantes
deslizamientos inducidos por sismos. Estos se originan sobre pendientes abruptas
de aproximadamente 40° (Keefer, D. 1984).
La mayoría de los derrumbes activados por sismos históricos tienen
volúmenes menores a 10.000 m3, micntrdS que el más grande reportado tiene un
volumen de 20 millones de m3• (Costa y Schuster 1991).
En el caso de los dcsparr&namientos y tlujos han sido reportados sólo en
materiales de tierra y detritos. Desparramamientos y flujos son relativos a que el
movimiento so genera primcram.cn.tc pol' movimientos de flujo y expansiones
laterales en las 7Álnas basales de un material fluido, mientras que Jos fluidos de
tierra y los flujos de detritos son más fluidos. Estos flujos son generados por
terremotos en números moderados. Ellos pueden viajar por dist.an~ias de mas de 1
Km. sobre pendientes de unos pocos grados, transportando cientos de toneladas de
bloques. Estos deslizamientos virtualmente siempre envuelven materiales
satwados y los terremotos han sido generados en eUos en pendientes de 23°
(Keefer~ D. 1984).
13
2.3.· FACTORES ASO<.'lADOS CON LA ACI1VIDAD DE
DESLIZAMIENTOS DE TIERRA
La distribución de deslizamientos anteriores dentto de! ~ el tipo de roca
fume y la calidad de la pendiente ~~ respectivamente, los factores
geomórlicos, geológieos y topográficos (V ames~ 1935,. y USG, 1982). Cada uno
de estos factores se describe en mayor detalle más adelante, para dar al
planificador un mayor conocimiento de su oontribueión a los deslizamientos. La
sección final, "C. Cartogratia de fuctores flsioos y preparación de un mapa de
peligro de deslizamiento'\ proporciona información sobre la cartografia. (tomado
del Manual sobre el trumcjo de peligros naturales en la planificación para el
desarrollo regional integrado, 1993)
a. Deslizamientos del pasado y su distribueión
A fm de interpretar la probabilidad de futuros dcslizmnientos se requiere
comprender las condiciones y procesos que controlal'On los desllir.amientos
anteriores en el área de interés. Esto se puede lograr cxruninando y cartografiando
los anteriores deslizamientos. J,as circunstancias geológicas, topográficas, e
hidrológicas asociadas con anteriores desli7.amientos indican ruales circunstancias
naturales~ o artificialmente creadast son las más probables a producir
deslizamientos en el futuro.
Una consideración primaria del planificador es el efecto del uso actual de
tiems sobre los desli:r.amicntos. Ciertos tipos de dcslizanúwtos pueden estar
asociados con ciertos usos de tierra. Por ejemplo. cict'tos dcsliz.amicntos sólo
pueden ocurrir en cortes de carreteras o excavaciones. Podría haber una relación
critica de altura con inclinación de taludes, inferior a la cual no ocurrirán
deslizamientos. Los estudios de campo pueden dar luces sobre tos diferentes
factores que han contribuido a las fallas..
14
b. Roea firme
La roca fmne tiene influencia sobre la ocurrencia de deslizamientos de
varias maneras. Una roca débil, incompetente, probablemente ha de fallar más que
roca fuerte y competente. En pendientes donde queda expuesta roca débil cubierta
por roca fuerte, la diferencia de resistencia también aumenta el potencial de
deslizamiento de la roca más fuerte, dado que la roca débil tiende a erosionar y
socavar la roca más :fuerte.
La resistencia de una masa rocosa depende del tipo de roca y de la
presencia y naturalC'.til de discontinuidades tales como uniones u otras fracturas.
Cuantas más discontinuidades se encuentren en Ia roca fume, mayor será la
probabilidad de inestabilidad de la roca. El tipo de roca puede ejercer control
sobre deslizamientos por su influencia sobre la resistencia del material de
superficie en el área. Por ~jempJo, los suelos (en términos de ingeniería, no de la
agricultura) derivados de esquistos o pizanas, contendrán mayores porcentajes de
arcilla. Estos suelos tendrán características de resistencia diferentes a los suelos de
granos gruesos tales como aqueUos derivados de mea granítica. Hay muchas
fonnas, entonces, según las cuales el tipo de roca o su estructura contribuyen a la
inestabilidad, !o cual puede ser presentado en un mapa.
e. Calidad de pendientes o mdinaeión
La influencia de la calidad de pendiente sobre la ocurren"ia de
deslil.amicntos es el factor más fácil de comprender. Generalmente, la.'5 pendientes
más pronunciadas tienen mayor probabilidad de dcsli?.amientos. Esto no impide
que ocurran deslizamientos en pendientes suaves. Otros factores pueden contribuir
a que una pendiente suave sea especialmente propensa a faUar y a.~í, en esta
situación. se podrla determinar que tiene tm potencial relativamente alto de
peligro. Por ejemplo, en condiciones de aguas subterráneas cercanas a la
superficie y suelos arenosos, podría ocurrir licuefacción durante un terremoto.
Esto puede causar desli2amientos en pendientes tan pequeñas como del 5% a
15
10%. A la inversa, las pendientes más pronunciadas pueden no ser siempre las
más peligrosas. Las pendientes pronunciada."j son menos proclives a acumular una
gruesa capa de material en superficie. la cual estaría sujeta a ciertos tipos de
desli7..a.micntos. La calidad de la pendiente puede ser cartografiada usando mapas
topográficos generalmente dispomllles.
d. Futer hidrológico
El agua se reconoce como factor import.antc '-'11 la estabilidad de las
pendientes - casi tan importante como la grav{..~. I,a información sobre nivel de
la napa frcática y sus fluctuaciones~ raramente se encuentra disponible. Para
representar el factor hidrológico en las evaluaciones de peligro de deslizamiento~
se pueden usar medidas indirectas que pueden ser cartografiadas para mostrar la
influencia de la hidrología del área, tal como la vegetación, la orientación de las
pendientes (aspecto)~ o zonas de p:te4.ipitación.
El tipo y densidad de vegetación frecuentemente reflejarán las variaciones
en las aguas subterráneas de un área dcwrminada; ciertas especies b-uscan el agua
(fteatofilicas). f,a presencia de estas especies sugiere urul napa freática cerca de la
superficie y presencia de manantiales. En las regiones montañosas los diferentes
microclimas producen diversas condiciones hidrológicas que, a su vez, producen
comunidades de plantas que varían de acuerdo con la cantidad de humedad
disponible a la pendiente y su distribución dma.nte el año.
La orientación de las pendientes (aspecto) se refiere a la dirección hacia la
cual da cara a la pendiente. Puede ser una medida indirecta de la influencia
climática sobre las características hidrológicas del paisaje. Algunas características
imPQrtantcs asociadas con los deslizamientos están relacionadas con factores tales
como la recarga de aguas subterráneas resultante de los vientos dominantes y su
influencia sobre la<; tonnentas locales frontales o de la nieve acumulada. En otros
casos, una pendiente puede experimentar un mayor número de ciclos
hielo/deshielo o húmedo/seco, Io cual puede reducir Ia resistmida del suelo y
16
hacer más susceptible a deslizamientos al área. En general, debido a la
complejidad de estos factores y las actividades de dcsattoUo existentes,
usualmente no hay una correlación directamente observable entre la orientación
de la pendiente y el peligro de deslizamiento.
e. Efectos inieiados por el ser humano
Además de los fenómenos naturale~ las actividades humanas pueden
aumentar la tendencia naturdl para que ocwra W1 dcsliz,amíento. Los
deslizamientos que resultan de las actividades de desarrollo~ usualmente ~
originan por el aumento de humedad en los suelos o el cambio de forma en la
pendiente. Las actividades de desarrollo tales oomo cortes y rellenos a lo largo de
los caminos y la supresión de toda vegetación, pueden alterar enormemente la
fo:nna de la pendiente y las condiciones de las aguas subtewáneas (Swanson y
Dymess~ 1975). Así alteradas, éstas pueden aumentar significativamente el actual
nivel de deslizamientos. Por ejemplo, ~nvmr un área de bosques en pastizal, o
en terreno de cultivo~ puede amnentar tanto la humedad en el suelo como para
causar problemas de deslizamiento. Construir un camino que oorta la base de una
pendiente pronunciada puede aumentar la ~bilidad a deslizamientos.
Considerando estos efectos muy al inicio del estudio, es posible reducir el impacto
potencial de la actividad natural de dcsli?.amiento~ y limitar la oemrencia de los
iniciados por el desarroU.o (tomado del Manual sobre el manejo de peligros
naturales en la planificación para el dcsarroU(} regional i11teg1'ado, 1 993)
17
2.4.- CAUSAS DEL MOVIMIENTO
Las principales causas de los movimientos de masa se presentan cuando la
resistencia al ·esfuerzo cortante es excedida por las tensiones cortantes, en una
detenninada superficie. (Gonzáles de Vallejo, et al 2002).
Faetores Coadieionantes o Pasivos;
Dependen de la propia natmaleza.
- Relieve (pendientes, geometría).
- Litología {composición, textura).
- Estructura geológica y estado tensionaL
- Propiedades geométricas de los materiales.
- Deforestación.
- Meteorización.
Faetores Deseneadenantes o Activos;
Pueden ser considerados romo factores externos que
provocan o desencadenan las inestabilidades y son responsables, por lo gene~ de
la magnitud y velocidad de los movimientos. (Gonzáles de Vallejo, ct al. 2002).
- Precipitaciones y aportes de agua.
- Cambio en las condiciones hidrológicas.
- Aplicación de cargas estáticas o dinámicas.
- Cambios morfológicos y de geometría.
- Erosión y socavación del pie.
- Sismos (evaluado en términos de aceleración de la
gravedad)
18
2.5.- GEOMECÁNJCA COMPUTACIONAL
La geomecánica computacional como campo de estudio, tiene sus inicios
en 1699 cuando en la ciudad de Lisboa se realizó el primer congreso internacional
exclusivamente dedicado a la misma.
En un principio su área de acción estaba dedicada al análisis de las
deformaciones y fallas en las rocas.
Se.gún el departamento de Ciencias de la Tieaa de la Facultad de Ciencias
y Tecnología de la Univemdad Nova Lisboa de Portugal, puede definirse
geomecáni~ como la mma de la geología que basándose en la aplicación de
principios y conocimientos de la física y la mecánica, da interpretaciones diversas
a fenómenos geológicos.
Dado el espectacular avance que se ha registrado en los últimos años en el
campo científico y tt."Cnológico~ espe;.-cialmcntc en el área de las matemáticas y la
informática, la geomecánica ha buscado apoyo en estas para hacer más confiable y
rentable sus procedimientos y modelos probables de problema.<> ingenicriles,
haciendo así que la Geomecánica Computacional pudiese defmirse de fa siguiente
manera:
La Geomccánica computacional es un campo de la ingeniería que integra
conocimientos provenientes de áreas diferentes de la geología y otras ciencias,
tales como, gcotecnia, mecánica de suelos~ gcomorfología, geología :fisica,
ciencias matemáticas (análisis numéricos}, informática y sistemas, para así
suministrar parámetros necesarios que sustenten los cálculos de riesgo sísmico de
grandes obras civiles; asi como para las normas de seguridad destinadas a prevenir
y mitigar en la población !os riesgos y efectos destructivos de tipo natural en
especial los de sismicidad y otros de origen geológico.
19
2.6.- SIMULACIÓN GEOMECÁNlCA
La simulación representa diversas metodologías que permiten describir
eventos de diversas índoles, tales como económicas, humanísticas, naturales y
tecnológicas.
En el caso de la simulación goomccánica consiste en calcular parámetros
asociados a la deformación sufrida por w1 cuerpo, partiendo de un modelo que
simplifica las condiciones reales, con geometrías relativamente sencillas, las
cuales son sometidas a unas condiciones de esfuerzo. Todo esto mediante métodos
matemáticos., en éste caso el método de los elementos finitos.
En este estudio pretende someter Wl talud a fuerzas sísmicas con el objeto
de obtener esfuer.t.os y desplazamientos y su posible colapso.
2.7.- MÉTODO DE WS ELEMENTOS FINITOS (MEF)
El Método de los Elementos Finitos es una de esas herramientas .. que
permite modelar el comportamiento de complejos sistemas fisicos, de manera tal
que es posible prcd.c""ir su comportamiento, sin ncccsidad de recurrir a la
construcción de prototipos. Permite realizar un modelo matemático de cálculo del
sistema real, sin embargo no deja de ser un método aproximado de cálculo debido
a las hipótesis básicas del método. tos prototipos. por lo tanto, siguen siendo
necesarios, pero en menor número~ ya que el primero puede aceroarse bastante
más aJ diseño óptimo.
Figura 3- Diseretizaei6n con elementos finitos.
20
2.7.1.- CONCEPTOS GENERALES DEL MÉTODO
La idea general del método de los elementos finitos es la división de un
continuo en un conjunto de pequeños elementos intercone<.,1ados por una serie de
puntos llamados nodos. Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo
regjrán también el del elemento. De esta fonna se consigue pasar de un sistema
continuo (infinitos grados de libertad), que es regido por una ecuación diferencial
o un sistema de ecuaciones diferenciales, a un sistema con un número de grados
de libertad finito cuyo comportamiento se modela por un sistema de ecuaciones,
lineales o no.
En cualquier sistema a analizar podemos distinguir entre:
Dominio. Espacio geom,1rico donde se va ha analizar el si&'tcma.
- Condiciones de contorno. V ariablcs conocidas y que condicionan el
cambio del sistema: cargas, dcsp1a?..amicntos, temperaturas, voltaje,
focos de calor (Figura 16).
Incógnitas. Variables del sistema que deseamos conocer después de
que las condiciones de contorno han actuados sobre el sistema:
desplazamiento~ tensione~ tempemtmas.
condiciones de contorno
Figura 4 -Condiciones de eontorno. Esta ftgura representa una serie de fuer.t:aS que aetúan
en un sólido.
21
El mC1odo de los elementos finitos supone,. para solucionar el probl~ el
dominio discretiz.ado en subdominios denominados elementos. El dominio se
divide mediante puntos (en el caso lineal), mediante líneas (en el caso
bidimensional) o superficies (en el tridimensional) imaginarias, de forma que el
dominio total en estudio se aproxime mediante el co~.itmto de porciones
(elementos) en que se subdivide. l.os elementos se definen por un número discreto
de puntos, llamados nodos, que conectan entre si los elementos (Figura 17). Sobre
estos nodos se materializan las incógnitas fundamentales del ptoblema.
En el caso de elementos estructurales estas incógnitas son los
desplazamientos nodales, ya que a partir de (-stos podemos calcular el resto de
incógnitas que nos interesen: t:cnsiones, dcfurmacioncs. A cst.:'lS incógni.ta."l se les
denomina grados de libertad de cada nodo del modelo. Los grados de libertad de
un nodo son las variables que nos determinan el estado y/o posición del nodo.
L elementos
Figura S- Nodos y elementos. En ligua obsenamos que el tipo de elemento es lineal donde
un segmento se eneuentm panicionado por una serie de nodos.
Los grados de libertad de cada nodo serán:
- Despla7mniento en dirección x.
Desplazamiento en dirección y.
22
Giro según z.
- Temperatura.
El sistema, debido a las condiciones de contorno: empotramiento, fuerza
pwrtual y temperatura, evoluciona hasta un estado final. Hn este estado final,
conocidos los valores de los gmdos de libertad de los nodos del sistema podemos
determinar cualquier otra incógnita deseada: tensiones~ deformaciones. También
seria posible obtener la evolución temporal de cualquiera de los grados de
libertad.
Planteando la ecuación diferencial que rige el comportamiento del
continuo para el elemento, se llega a fórmulas que relacionan el comportamiento
en el interior del mismo con el valor que tomen los grados de libertad nodales.
Este paso se rcaliY..a por medio de unas funciones llamadas de interpolación, ya
que éstas '1nterpolan'' el valor de la variable nodal dentro del elemento·.
El problema se tormula en forma matricial debido a la facilidad de
manipulación de las matrices mediante ordenador. Conocidas las matri~ que
definen el comportamiento del elemento (en el ca.~ cstt'Uctut-al serán la.~ llamadas
matrices de rigidC7, amortiguamiento y masa, aunque esta tcnninología ha sido
aceptada en otros campos de conocimiento) se ensamblan y se fonna un conjunto
de ecuaciones algebraicas, lineales o no, que resolviéndolas nos proporcionan los
valores de los grados de libertad en los nodos del sistema (A. Carnicero!> 2002).
1.8.- FUERZAS Y DEFORMACIONES
Las fucr¡;as existentes sobre los cuerpos pueden ser de superficie que como
su nombre indica cjct:ccn su acción sobre la superficie de los cuerpos, tales como:
la presión hidrostátic~ la presión del viento~ etc.~ y de volumen como la. acción de
23
la gravedad,. las fuerzas magnéticas,. las fuerzas de inercia de cuerpos animados de
movimiento acelerado,. etc.
Algunas fucu.as se distribuyen sobre superficies tan reducidas que reciben
el nombre de fuerzas o cargas puntuales como las ejercidas por las ruedas de los
vehículos ferroviarios y de carretera considerándose por simplificación aplicadas
sobre un punto. En general en las estructuras suelen diferenciarse las acciones
constantes,. que actúan o pueden actuar en todo momento o durante largos
períodos de tiempo tales como,.
• El peso propio
• La carga permanente (pavimentos,. muros de fachadas,. etc.)
• El peso y el empuje del terreno.
De las acciones variables que pueden actuar o no y que son:
• La sobrecarga de uso (personas, vehículos,. presión de un líquido sobre las
paredes de un depósito,. etc.)
• Las acciones de viento.
• Las acciones sísmicas.
Determinadas acciones tales como las térmicas y los asientos de las
cimentaciones no son fuerzas externas, pero no obstante provocan, al igual que
éstas, tensiones, o fuer-LaS internas al obligar a las estructuras a que realicen
determinados desplazamientos.
2.9.- DEFORMACIONES
La deformación es, en sentido generalizado, el cambio geométrico que
experimenta un cuerpo no rígido b~o la acción de las fuel7.as externas y de
volumen o de :inercia que a él se aplican.
24
2.16.- ESFUERZOS
A la fuerza por unidad de superficie se deoom.ina Esfuerzo {Stress) y nos
da una medida de la intensidad de la reacción del material que se apoya sobre un
lado de la superficie o del que se apoya sobre el otro. Est.'lS superficies de
esfuerzos surgen generalmente a partir de fuerzas aplicadas externamente, pero
pueden desarrollarse a partir de fuerzas másicas si las partes componentes del
cuerpo están en equilibrio (Ramsay,. 1917).
2.11.- MÓDULO DE YOUNG (E)
Conocido tambK"ll como módulo de elasticidad, es un parámetro
importante en la evaluación de la deformación de las rocas bajo diferentes
condiciones de esfucri.o. El módulo de elasticidad de las rocas varía de una región
geológica a otra, debido a la existencia de diversos tipos de deformaciones. Este
parámetro relaciona el esfuerzo aplicado entre la deformación producida, es decir,
la pendiente de la curva esfuerzo-deformación (Figura t 8) en el dominio elástico.
Se expresa de 1a siguiente manera:
E= a e (1)
En esta ecuación (1 ), o representa el esfuerzo aplicado~ perpendicular al
eje axial de deformación y & representa la deformación unitaria.
25
a O m
Opr ·
Límite Elástico ---------------------~-------
rupttu·a
Pronorcionalidad
r, deformación
Figura Ci - Relación entre el .esfuerzo aplk!ado G y Ja deformación unitaria t:. Cuando se
sobrepasa el límite elástieo, y se suprime el esfuerzo aplieado, el material queda
permanentemente defo~ este heehose indica eD d grafko por medio de ras ffecbas.. El
valorEe. indiea la magnittul de la deformación penmmente. Hasta el limite de
proporcionalidad ~<ter.
Al calcular el módulo de Young o módulo de elasticidad, se tienen dos
puntos tomados de la curva esfuerzo-deformación (Figura 18), correspondientes al
dominio elástico~ los cuales se relacionan mediante m siguiente expresión:
(2)
Generalmente el módulo de Young de las rocas es afectado por la
composición mineralógica, porosidad, tamaño del grano y contenido de humedad.
Además las condiciones de litogénesis afectan las propiedades mecánicas de las
rocas, reacomodando su estructura intraatómica y empaquetamiento de los granos
que la confo:n:naa
La variación en los ·valores del módulo de Young o elasticidad es más
pronunciada en lutitas y arcillas que en areniscas.
26
El módulo de elasticidad es mayor en el sentido perpendicular a los planos
de estratificación y fJ.Suras que en sentido paralelo a dichos planos.
2.12.- RELACIÓN DE POISSON (u)
Es la relación entre la tensión normal al esfuerzo que se aplica y la tensión
paralela a dicho esfuerzo.
2.13 ... I~CUACIONES V Lf!~VI~S FUNDAMEN'l'ALES EN LAS QUE
SE BASA EL CÁLCULO EN EL PROGRAMA ABAQUS
lntrodueeión
Desde el punto de vi~1a matemático, el Método de los Elementos finitos
(MEF) puede entenderse como un procedimiento par,a resolver numéricamente
problemas planteados mediante ecuaciones diferenciales. En esto es similar a
otros procedimientos, como el Método de Diferencias Finitas (MDF) o el Método
de los Elementos de Contorno (MEC).
El MEF puede consider.:trse como un procedimiento de residuos
ponderados de tipo G-alerkin y, por otro lado, puede ser entendido como un medio
de obtener una solución aproximada a un problema de campo formulado de
manera débil
El MEF puede también interpretarse como un caso de aplicación del
método de
Ritz, es decir, como una ñ>rma aproxitnada de obtener la solución de problemas
de campo que responden a un principio variacional. Este enfoque es muy
importante dentro de las técnicas acmales de desarrollo de elementos finitos.
27
La forma más elegante de explicar los fundamentos matemáticos del MEF
parte de la teoría de espacios normados y utili:t.a los conceptos del análisis
funcional. Este es el marco en el que hay que situarse si se quieren estudiar con
rigor las bases del MEF e investigar sobre sus propiedades matemáticas.
Sin embargo, desde el punto de vista pedagógico, iniciar el .estudio del
MEF situándose en este marco pura.mentc matemático tiene serios inconvenientes
para los técnicos. Entre ellos se pueden mencionar los siguientes:
Para la mayoría de los ingenieros la teoría de espacios nonnados y el
análisis funcional resultan demasiado generales, abstractas y alejadas de las
aplicaciones prácticas en las que están interesados.
Se requiere un tiempo y esfuerzo considerable para manejar con soltura los
conceptos del análisis funcional. Se OOl'l'C cl riesgo de desanimar a los estudiantes
que se acercan por primera vez al MEF y de fomentar entre ellos la idea de que el
método es solo una gran teoría matemática, dificil de entender, y sin relación
aparente con la fo:rma en que luego se resuelven los problemas reales.
El iniciar el estudio del MEF desde un marco puramente matemático no se
oonesponde con la evolución histórica del mé1odo, el cual fue concebido por
ingenieros con la idea de rcsolv.(.>r problema..~ concretos~ y en cuyo desarrollo las
aplicaciones han ido siempre por delante de las justificaciones matemáticas
genemles y elegantes.
Por otro lado, la mayoría de los estudiantes no tienen necesidad de conocer
oon toda generalidad las bases matemáticas del MEF, ya que en su vida
profesional se limitamn a ser usuarios de programas comeEcial.cs de E;;álculo.
28
Estos alumnos solo necesitan tener claros los conceptos matemáticos
indispensables para hacer W1 uso práctico correcto de las técnicas numéricas, ya
probadas, que incorporan los progmmas comerciales.
Por las razones anteriores, y por limitaciones de espacio, se ha decidido
buscar una solución de compromiso pard explicar los fundamentos matemátioos
del MEF, sin cargar el peso en la generalidad y la elegancia matemática. Se ha
elegido una aproximación que muestre la base matemática del MEF en un
lenguaje lo menos oscuro posible para el estudiante medio y poniendo énfasis en
la línea ingenieril de desarrollo del método.
El objetivo es transmitir ideas y conceptos, mas que desarroUos y
fonnulaciones. Las ideas pennitirán luego al estudioso penetrar en aparatos
matemáticos mas complicados, que lo único que hacen es generalizar estas ideas y
presentarlas de manera más elegante.
En este .capitulo va a introducirse el MEF desde el punto de vista
matemático como un caso particular del método de residuos ponderados de
Galerkin y, también, como un procedimiento de obt-ener una solución aproximada
a un problema planteado de forma débil. (Beltran,. Fiallcisco 1999)
2.13.1.- MÉTODO DE GALERKIN
El método de (Bubnov) Galerkin es el método de residuos ponderados que
corresponde a la fonnulación mas clásica del MEF. Según este método, siguiendo
el razonamiento de la sección anterimr, la aproximación ub se construye como:
" 1.l =u"+')' c¡.'V1-..._. . i=l (3)
Donde;
e, E ~ Son coeficientes incógnita,
29
ti' = ñ - ~ Es una función que cumple la condición de contorno !.! :1:: = g e E :R
u"'~l)=o,
"'".i = ñ- 'lit Son funciones que cumplen Nj(l.} = 6·
Las funciones de ponderación W,~; : 'fr - ~. se elijen iguales a las -~·_,: W.i = Nj. j = l .... , n.
Nótese que (1) puede interpretarse como que uh pertenece a un espacio de
funciones sh, el espacio de las funciones de aproximación, construido por
traslación de otro espacio P' cuya base son las funciones Nj. Entonces, el método
de Galerkin se caracteriza porque utiliza como espacio de funciones de
ponderación el mismo espacio pt. Las ecuaciones
k-=l ..... n (4)
de residuos ponderados quedan entonces:
k=l .... ,n
(5)
las cuales, integrando por partes y teniendo en cuenta que .Vr,(l) =o. dan lugar a:
k =l .... ,n (6)
y, sustituyendo (1):
,';;=l ..... n
(7)
30
donde los segundos miembros son cmrocidos.
Es decir, se obtiene un sistema de n ecuaciones lineales con n incógnitas que
permite determinar los coeficientes cj de (3).
El método de Galcrkin data de 1915 y constituye una primera manera de
justificar el MEF desde el punto de vista matemático. l.a aportación del MEF
moderno al método de Galerkin consiste en una forma sistemática, fácilmente
automatizable~ de construir las funciones Nj y gb a partir de funciones definidas
localmente.
A modo de ejemplo, la sistemática anterior se aplica a oontinuación a la
resolución aproximada del problema modelo. El proceso seria el siguiente:
l. Se divide el dominio [O,.IJ en subimen-alos o "elementos"
; l 1 11~ o 1 i•l u
2. Dentro de cada elemento se definen dos funciones locales a y b,. por
ejemplo:
3. Las funciones Nj se definen combinando estas dos funciones
elementales:
31
Nótese que ~·¡pn = G 'O y que los coeficientes cj cobran el sentido del
V alo:r de rf en los puntos o "nodos'r que se han utilizado para definir los
subdominios o "elementos".
Una vez definidas las funciones clementalc~ las funciones de
aproximación quedan definidas automáticamente.
4. Las integrales que aparecen en (7) se hacen elemento a elemento, lo
cual facilita también la automatización. Los dominios de definición de las
funciones Nj son locales. En este caso se extiende~ como mucho, a dos
elementos.
5. Los coeficientes ej, que defmen la solución aproximada, se obtienen
resolviendo el sistema (7)
1.13.2.- PROGRAMACIÓN DEL MEF
El MEF moderno no es un procedimiento novedoso desde el punto de vista
matemático. P·uede asimilarse al procedimiento de residuos ponderados de
Galerkin, método numérico publicado medio siglo antes de que aparecieran los
elementos finitos.
Lo innovador del MEF '-'S la forma sistemática y general que se da a estos
procedimientos nwnéricos, de manerc1 que resultan fácilmente automatizables
empleando Wl ordenador digital.
32
El uso práctico del MEF es impensable sin la ayuda de los ordenadores..
Todos los desarrollos teóricos y sus justificaciones matemáticas acaban
convertidos en líneas de un programa de ordenador. Una de Jas mejores formas de
estudiar el MEF es analizar y tratar de entender la estructura interna de un
programa de cálculo basado en el mismo. O~ mejor todavía, prognunar de
principio aún un programa que resuelva un problema sencillo. Esto proporciona
una visión practica del método~ de como se hacen en realidad las cosas, que es
casi imposible conseguir de otro modo.
Como primer paso, se proporciona la sistemática básica o "receta" del
MEF, que fue previa a cualquiera de sus justificaciones matemáticas.
2.13.3.- LA "RECETA" DEL MEF
La sistemática básica o receta del MEF se explica aquí utili.7.ando como
vehlculo el problema elástico definido en el capitulo anterior.
El problema elástico se plantea de forma débil como enccn.tmr una :función
u E s de manera que:
(8)
siendo
y
33
La receta es la siguiente:
l. Dividir el dominio de cálculo n en subdominios o elementos:
2. Dentro de cada elemento n¡. aproximar los campos incógnita que
intervienen en la ecuación integral (8)
u=Na. óu=Nó~
e" =L:Sa.=Ba.
z" =DBa. (9)
donde N es una matriz de funciones conocidas (funciones de forma); éa~ y a. son
vectores de coeficientes incógni~ cuyo valor se hace coincidir normalmente con
el valor de los despla7.amientos de ciertos puntos del elemento llamados nodos; L
es una matriz de operadores (derivadas) y D es una matriz de coeficientes
elásticos.
Cada coeficiente incógnita o movimiento nodal en a. es un grado de
libertad para el campo aproximado ü. El número de componentes de a. es el
numero de grados de libertad del elemento.
3. Las integrales que aparecen en (8) se hacen sumando las contribuciones de
los distintos elementos~ es decir, ..,..,ü E V:
4. La contribución de cada elemento a la suma anterior es~ sustituyendo (9):
34
donde ~. = (B'DBh es la matriz de rigidez del elemento i: Y f~. = (~b)n,:N-i]s., es el vector de cargas del elemento i.
5. La suma de las contribuciones de los distintos elementos se hace a través
del llamado proceso de ensamblaje.
Nótese que algunos de los coeficientes incógnita a. definidos a nivel
de cada elemento serán normalmente compartidos por los elementos
adyacentes, ya que existirán nodos comunes. Podrá entonces establecerse una
numeración de carácter global para estos oocficientcs. Llamaremos a al vector de
los coeficientes incógnita definidos para todos los elementos. Así~ un mismo
coeficiente tendrá una única numeración global, como componente del
vector~ y una o varias numeraciones locales, como componente de uno o
varios vectores locales ile •
El pr~ceso de ,ensamblaje consiste en ir acumulando las contribuciones de
cada elemento en matrices y V'-"Ctores de carácter global, esto es, ordenados según
la num.eración global de grados de libertad. La forma discrem de ES) queda:
(lO)
donde K es la matriz de rigidez global y fes el vectOE global de cargas.
6. Como la relación anterior ha de cumplirse ':! óa. se llega finalmente al
sistema de ecuaciones lineales:
Ka-f=O
35
el cual pennite determinar los coeficientes incógnita a. El número de
oomponentes de a es el número total de grados de libertad del problema
7. De acuerdo con el paso 2,los coeficientes a definen la solución dentro de
todos los dominios elementales y. por agregación, definen la solución buscada
en todo el dominio de cálculo n..
De todos los puntos anteriores, quizás el mas dificil de ver para el novicio
es el del ensamblaje (paso S). El concepto se visuali:~..a fácilmente con un ejemplo.
Sea un problema unidimensional en el que se utilizan los tres elementos ftnitos de
dos nodos representados en la figura. y supongamos que solo se tiene un grado de
libertad por nodo.
1 2
• • • •
La numeración global de nodos y elementos es la que se muestra en la
figura. En el elemento 1 la matriz de rigidez es:
el vector de cargas
y el vector de grados de hllertad o incógnitas nodales:
36
Y análogamente para los elementos 2 y 3. La relación entre grados de libertad
local y global es:
at¡ =: a¡ a:¡~ =: a: a:r1 =: <:13
a¡! =: C:! •z% 2 =: a3 a~: S a4
La suma de contribuciones de los elementos que se escn"be en (10) es:
la cual puede ponerse como
K:.u K1u +li::.:.
Ii2u o
o K2¡:
Kz22+K:J~::. K:l'u
E1 proceso mediante el cual se construyen directamente la matriz de
rigidez global K y el vector global de cargas f es el proceso de ensamblaje. La
numemción global de grados de h"bertad sirve para saber en que posición de la
matriz K y el vector f hay que acumular los elementos de las matrices y vectores
correspondientes a los elementos.
37
2.13.4.- CÁLCULOS POR EL MEF DATOS Y RESlJLTAOOS
Los datos básicos que se requieren para llevar a cabo un cálculo por el
MEF son los siguientes:
1. Definición de la geometría del dominio de cálculo y discretización del
mismo.
Esto se hace dando una lista de nodos y de elementos. Cada nodo es un
punto dentro del dominio de calculo y se define mediante un nwnero de orden o
etiqueta identificativa (numero de nodo) y sus coordenadas en el sistema de
referencia elegido.
Cada elemento corresponde a uno de los subdominios en que se divide el
dominio de cálculo. Se define mediante un numero de orden o etiqueta
identificativa (numero de element-o) y una lista de números de nodo~ la cual se
conoce también con el nombre de conectividad del elemento. Como se vera mas
adelante, la geometría del elemento queda completamente definida a partir de la
formulación interna del elemento y de las coordenadas de sus nodos.
El conjunto de nodos y elementos constituye lo que se conoce como
mallado o malla de elementos finitos.
2. Atributos o propiedades de los elementos.
Estas propiedades dependen de la clase de elemento finito que se este
utilizando. Así como en todos los casos hay que identificar el material que
constituye el subdominio o ,;Icmcnto, existen otros atributos que necesitan o no
ser especificados en función del problema y el tipo de elemento. Ejemplos típicos
son: el espesor, la sección transversal y su orientación en el espacio, las
direcciones de anisotropía.
38
3. Propiedades de los materiales.
Cada material se identifica mediante un número o etiqueta. A cada
material se le asocia un modelo matemático para representar su comportamiento
(elasticidad, plasticidad, hipcrclasticidad) y se definen en cada caso los
parámetros numéricos del modelo matemático elegido (p.ej. modulo de
elasticidad, coeficiente de Poisson, tensión de tluencia). El modelo matemático de
comportamiento del material se conoce muchas veces con el nombre de modelo
constitutivo o ley de comportamiento.
4. Condiciones de contorno.
En problemas mecánicos se distint,JUcn dos clases de condiciones de
contorno: las condiciones de contorno en dcsplazanlientos y las condiciones de
contorno en fucr.as.
Las primeras son restricciones de tipo cinemático y corresponden
nonnalmente
a las condiciones de contorno que hemos llamado esenciales en el planteamiento
variacional.
En los manuales de usuario de los progr&nas de elementos finitos estas
restricciones se conocen como condiciones de contorno propiamente dichas.
Se caracterizan porque afectan directamente a la variable de campo del
problema. Ejemplos típicos son los despla7mnientos restringidos o los
despl~ientos impuestos. Estas condiciones se aplican directamente sobre los
nodos, limitando o anulando sllS desplazamientos, y se dan mediante una lista de
nodos a los que se asocia un código que ootreSponde a la condición de contomo
que se desea aplicar.
39
Las condiciones de contorno en fuerzas son las que normalmente se
conoce como acciones en los manuales de usuario de los programas de elementos
finitos. Se trata de fuerzas aplicadas sobre nodos {cargas puntuales), presiones
sobre la superficie de los elementos o fue17..as distribuidas por unidad de volumen
en los elementos.
En otro tipo de proble~ no mecánicos, también puede hacerse la
distinción entre estas dos clases de condidones de contorno. Por ejemplo, en
problemas de transferencia de calor, las condiciones de contorno en
desplazamientos corresponden a temperaturas impuestas; y las condiciones de
comomo en fuelzas o acciones corresponden a flujos o fuentes de calor.
5. Otros datos.
Los datos que se mencionan en los puntos anteriores son imprescindibles
en (:Wllquier cálculo por elementos fmitos. Existen otrd8 clases de datos que
pueden no ser necesarios en función del tipo de problema que se trate de resolver.
Se puede pensar~ por ejemplo, en datos de condiciones iniciales del
dominio (tensión, velod~ temperara), en relaciones impuestas entre el
movimiento de diferentes nodos (vínculos cinemátioos)
40
CAPITULO ID.
METODOLOGÍA Y LEV ANTAM.IENTO DEL SiTIO EVIDENCIAS DE MOVIMIENTO
3.1- METODOLOGÍA EN CAMPO Y LABORATORIO
Sim11l~ción Numérica
4.1
3.1.1.- ESTUDIO PRELIMINAR
En esta etapa se hace una revisión exhaustiva de las referencias
bibliov.ificas y cartografía, que de una u otra manera abordan el tema de estudio.
También se pudo definir todo el marco teórico del trabajo. En este caso se revisó
el trabajo realizado por Noguera Doug)as y Patada José en el año 2601.
3.1.%.- ESTUDIO E INTERPRETACIÓN DE FOTOGRAFÍAS
AÉREAS E IMÁGENES SATELIT ALES
Revisión e interpretación de fotografías aéreas del vuelo correspondiente
al año 1996, a escala 1 :5000. Para ello fue utilizado el estereoscopio y
herramientas computacionales.
Revisión e interpretación de Imágenes Satelitales del Satélite l.andsat
correspondiente al afio 2000~ a resolución de 15 metros el pixel, a 3 Bandas
(RGB). Para dicha revisión fueron utilizadas herramientas computacionales
(paquetes).
La información obtenida durante el análisis describe:
a) El sistema vial
b) El sistema de drenaje
e) El relieve
d) La litología
e) La vegetación
42
,. ·,
g) La Geología Estructural
En los pares fotográficos así como en la imagen satelital se identificaron 2
vías prindpales, una que comunica la población de La Mesa con Ejido y la
segunda que comurúca con Mérida y Jají, así como también un drenaje
representado por el cauce de la quebrada "El Quebradón" con un rumbo
aproximado de NE ~ SW. Existen drenajes secundarios los cuales se activan con
las precipitaciones. Este drenaje presenta baja densidad, con pendientes suaves
que nos sugieren un control litológico.
Se pudo observar un relieve de tipo montañoso con alturas mínimas
del200 m.s.n.m y máximas de 1550 m.s.n.m. El tipo de litología es la
perteneciente a las facies no mja de la Formación La Quinta. Se pudieron aprecias
algunos rasgos geológicos estructurales, tales como, la traza de falla,
perteneciente al sistema de falla de Boconó (Figura 7). En cuanto a la vegetación
se observó que la mayor parte de ella es herbácea y arbustiva, haciendo notar que
en las cuencas y cercanas a ellas ésta es más densa y arbórea baja. (Foto 1 ).
Foto l - Fotograraa aérea de la zona. Escala 1:5000
41
Figura 7 - Imagen Satelitali Landsat de la zona. Resolución 15 metros el piXel
Figura 8 - Imagen satelital Landsat 3D de Ia zona. Resolución 15 metros el pilr;el
44
3.1.3.- RECONOCIMIENTOS GENERALES DE LA ZONA
Los reconocimientos a nivel regional incluyen la identificación o
evaluación de los siguientes a&-pcctos:
- Relieve~ gcomorfología y pendientes.
- Aspectos hidrogeológicos, cursos de agua naturales, sistemas de
drenaje, fuentes.
- Vegetación presente en las laderas y usos del suelo.
- Litología y disposición estratigráfica del teneoo
3.1.4.- RELIEVE
El relieve del área de estudio es tipico de montaña., ya que éste alcanza en
grandes extensiones un conjunto de sierras y valles con alturas que incluso
superan los 1500 m.s.n.m. Está car,actcrizado por la presencia de profundos y
estrechos valles que han sido aprovechados por los cursos de aguas y por el
hombre. La mayoría de ellos presenta una forma de ''V".
Entre Gtros rasgos podemos mencionar: conos de deyección que
represt.'lltan la parte terminal de los torrentes que se 01iginan en las fuertes
vertientes, así como también extensiones de tcrr.a?.as aluviales que constituyen las
áreas planas de los valles cuyo origen se asocia a la dinámica fluvial la cual
determina un potencial agrológico siendo aptos para la producción agrloola ..
La acción geológica de la lluvia reviste verdadera importancia cuando el
agua se reúne en pequeños hilos en máxitna pendiente sin cauces fijos, dando
lugar a las cárcavas y pequeños barrancos que se desarrollan en los tom."D.tes
arcillosos y desprovistos de vegetación.
45
Las pendientes que identifican a la zona de estudio tienen rango de
moderddo a abrupto y el sector montaftoso que circunda la localidad posee
pendientes con desniveles estimados entre 45 y 65% (N~ D. ct al2001).
3.1.5.- DRENAJE EN LA ZONA
En el área de estudio las quebradas y cauces tluviale~ en general,. siguen
las zonas de debilidad del terreno. Ésta pertenece a la hoya hidrográfica del lago
de Maracaibo,. sus ríos y qu.cbrddas sun de carácter permanente~ siendo las más
importantes ''"l.as Gon7Mez",. "El Quebradón'' y "leAl Enfadosa'',. ésta última con
poco caudal que separa a la Mesa de la población de Ejido, nace en el partido de
Mucusari y muere en el Chama; esta quebrada ha modelado un gran cauce
producto de las abundantes precipitaciones en algunas épocas del ato.
La quebrada Las Gon?..ále-z nace de una laguna Uamada A1barregas y
desciende del páramo de los Conejos, corre de Norte a Sur y desemboca en el
Chama.
La Quebrada El Quebradón tiene su origen en la población de Jají donde
recibe las aguas de la Mucubauga y Naranjos. Esta quebrada separa la Mesa de la
población de San J~ Municipio Sucre (Nogu~ D. ct al. 2001 ).
3.1.6.- VEGETACIÓN, CUMA Y SUELOS DE LA ZONA
El bioclima característico de la zona en estudio es bosque seco pre
montano (bs·pm) en d cual se identifican tres sectores principalmente: Un primer
sector que se encuentm por los 1000 m.s.n.m,. con tempcmtwa media anual de
23.2 oc donde se encuentra emplazada la localidad de Las González, presentando
una densidad de vegetación herbácea y a:bustiv'4 y en las orillas de los rios donde
la humedad lo pennitc. la vegetación es arbórea baja.
46
Un segundo sector que se extiende basta el sitio denominado Las Rosas
Nuevas a 2000 m.s.n.m y con 19 OC; En este sector se ubica La Mesa de los
Indios, ron vegetación relativamente baja, excepto algunos valles con vegetación
de tipo arbórea con plantas de considerable altura y represen.tantes de vegetación
arbustivo-herbácea.
Un último sector que supera los 2500 m-s.n.m que corresponde a la parte
más alta del Municipio, posee temperaturas que descienden con.~iderablemente
(15 °C). Su vegetación predominante la conforma la vegetación arbórea y en
menor propor~ión especies de gramíneas dispersas que cubren las partes menos
empinadas.
Los suelos están en correlación directa con otros elementos fisicos
naturales, entre ellos el cJima, la topografia y Ja vegetación se constituyen como
las variables principales. Por las características litológicas y la baja fertilidad que
los carncteriza se limita su utilización. Actualmente una parte de ellos se
encuentm cubiertos por plan.taeiones de café, caña de azúcar y en menor cuantía
por hortalizas.
En relación a las características climáticas, la Mesa presenta una
tempemtma media anual de 19.1 °C alcanzando wta máxima de 26.7 oc y una
mínima de 12.4 °C. La precipitación media anual es de 995 mm, distribuida a lo
largo de todo el año~ con un periodo de precipitación mínima entre los meses de
Diciembre y Marzo. Las características climatológicas están in.fluenciadas por los
factores fisicos como: orientación del relieve, altitud~ etc., las cuales introducen
modificaciones ambientales en el área de estudio. fm este sentido, la temperatura
es variable debido a la notable influencia que ejercen sobre ella las diferencias de
altitud.
En síntesis, se puede decir que la Mesa de los Indios, desde el punto de
vista fisico natural, cuenta con una variedad de ambientes naturales~ entre los
47
cuales se puede distinguir zonas: de alta montaña entre los 2000 y 3000 m.s.n.m,
zonas de montafias medias entre los 1300 y 2000 m..s.n.m y las zonas bajas con
alturas entre 800 y 1300 m.s.n.m. (Nogue~ D. et al. 2001).
3.1.7.- LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO
3.1.7.1.- Obtenc:ión de datos geogrificos c:on tec:nologfa GPS
Para obtener una geometría aproximada de la zona en estudio, se
utilizó una herramienta de última generación conocida como GPS {Global
Positional System~)- EI equipo utili?.ado fue un navegador de la marca Garmin,
modelo GPSMAP 76CS, con el cual se obtuvieron mas de 21 O puntos geográficos
(latitud, longitud y cota. Figura 8). Con precisiones de hasta 3 metros en latitud y
Longitud, y de 2 metros en ahma.
945000
944800
944600
94«110
944200
241800 24Siltlll 248200 248400 248&00
d 2&í 4ud Edo edo
Figm'a 9-Mapa topográfico del área en estwtio
48
·"'·
3.1.8.- EVIDENCIAS E IDENTIFICACIÓN DE MOVIMIENTOS EN
LA ZONA
Características más importantes a la hora de observar las evidencias
de movimiento en una zona:
o Rupturas de pendientes.
o Cicatrices de ruptura.
o Hundimientos o subsidencia. (Foto 2)
o Reptación.
o Árboles: inclinados.
o Grietas en casas y carreteras. (de Vallejo-~ et aL 2002). (Foto 3)
Foto 2 - Hundimiento~ subsidencia ,en una de las viviendas. Orientación de ta foto N
Identificación de Movimientos en el área:
Los métodos y técnicas para identificar movimientos de masa
activos o antiguos y para el reconocimiento de zonas inestables consisten,
básicamente, en la identificación de rasgos propios de estos procesos,
evidencias de movimientos y otros signos asociados a su aparició~ como
son:
4<)
. •
o Formas erosivas y de acumulación (anomalías en la pendiente
de las laderas) .
o Depósitos deslizados.
o Daños en construcciones o estructuras, conducciones, obras
lineales, etc.
o Desvío de cauces, depósitos de masas deslizadas en llanuras de
inundación, etc. (Gom:áles de Vallejo, et aL 2002).
Foto 3 - Vivienda del Sr. José Gregorio (Bodega}. Fijese la grieta en la pared. Obs~rvese fractura. la cual nos muestra la dirección det desplazamientO> SW (Repta~ión:}. Orientación
de la foto NE.
3.1.9'.- CARACTERIZACIÓN DEL TIPO DE MOViMIENTO
Las clasificaciones de los movimientos de masa suelen referirse a
los tipos de materiales involucrados, distinguiendo entre materiales
rocosos, como la lutita de la Formación La Quinta, derrubios, suelos, y
con deslizamiento en dirección del plano de buzamiento de los estratos de
lutita, considerando también otros aspectos,. como el contenido de agua del
:)0
terreno, velocidad, magnitud y pendiente del terreno (Foto 4). En el caso
de la Mesa de Los Indios, nos encontramos con la presencia de un
deslizamiento de tipo Rotacional (los desplazamientos ocurren o tienen
lugar a lo largo de una superficie de ruptura de forma cmva o. cóncava).
Foto 4 - Perfil del movimiento de masa (Geometría). Observe la pendiente Ol•ient<Jción de la
foto NE
Foto 5- Vista aérea -de parle rle la zona .en donde se va a realizar el Levantamiento con
tecnología Satelital (GPS)
3.2- DINÁMICA DE LOS DESLIZAMIENTOS
En localizaciones favorable~ los :fragmentos de roca de este gran depósito,
han desarrollado un lento movimiento de descenso del suelo denominado
reptación, que producen curiosas acumulaciones en fonna de lengua que. vista en
planta, es observada como una fonnación arrugada cuyas líneas se curvan en
dirección del movimiento.
Aproximadamente el 70 % del área está afuctada por este tipo de
acumulacionc.~ concéntricas que dibujan una superficie que h"mos llamado
anugada y cuyo mt>Vimiento puede ser identificado como un típico flujo de tierra,
esto debido a la abundante presencia de agua, con Ja cual el material sólido es
saturado y convertido en un tluido. En la parte superior de esta estructura se
desarrolla un sistema de pequeños desplazamientos Q deslizamientos en forma
convexa y ligeramente lobulares,. alargados en dirección del movimiento.
El desplazamiento de material ha dejado al descubierto una nueva
superficie de corte, co11 una ligera in.clinación hacia la masa movida.
Esta superficie se observa como muy inestable, por lo que tienden a
originarse nuevas grietas de coronamiento, las cuales permiten el paso de
escorrenti~ aumentando tanto eJ peso de la masa desequilibrada como el
socavamiento intenso respectivo. Esto es posible a las fuer.tas de roce originadas
entre la masa en movimiento y las paredes circundantes, pr~amente estables,
lo que hace que el movimiento se presente como una sola~ mas~ a veces
escalonada, hacia abajo y hacia delante, evidenciándose una pérdida de resistencia
al corte de las arenas arcillosas funosas ~y plásticamente defcnnahl~
donde el material ba sido sobrepasado por las tensiones oortantes próduciéndose el
deslizamiento.
52
La baja calidad geotécnica del material que aflora en la base y los
movimientos laterales producto de este desplatT.amiento han inducido el desarrollo
de una serie de agrietamientos en la..~ estructuras. dcslil'..amientos e inestabilidad
general.
3.3... POSIBLES FAC'I'OIU~S PREDOMINANTF;S EN LOS
DESLIZAMIENTOS
En los deslizamientos ocurridos en el ár~ con repercusión directa en el
poblado Mesa de Los Indios, se ha observado que hay factores predominantes, los
cuales han actuado y continúan actuando simultáneamente y en forma inter
relacio~ haciendo imposible una consideración y un estudio aislado para cada
uno de dichos factores en forma separada.
La pronunciada pendiente variable, determina un retroceso controlado de
deslizamiento en }Yc:tquetes lo que se encuentra íntirnamcutc relacionado oon la
baja calidad gootC'tlica del material (Coluvioncs sueltos e incoherentes) y la
presencia de sistemas de redes bídricas, podrian ser las causas principales de la
inestabilidad y posterior colapso de las emucturns evidenciadas en numerosas
grietas de corte y desplazamientos. indicativo obviamente de un acelerado
descenso en retroceso del material.
La elevada pendiente acentúa el gradiente hidráulico. De esta forma se
generan presiones de pot~s .anonnales lo que incrcn:wnta el desarrollo de redes
conectadas por lo que el material pierde estabilidad pr<,duciéndose estos
fenómenos. (Fotos 4 y 6).
53
Foto 6 -Observe los c-,unbios de pendiente en La Mt.>sa de Los ludios. Ot·ientación de la foto
SE.
También las caractetisticas litológicas, topográficas e hídricas facilitan
enormemente la acción mecánica y química del agua: "desintegración" y
"descomposición" respectivamente de las propiedades fisicas y químicas del
material: La capacidad de absorción de agua del material fino; la facilidad de
disolución del poco carbonato de calcio allí presente; la acción oxidante del agua
en minerales ferro magnesianos y ]a. posibilidad de una mayor y más profunda
infiltración del agua gracias a los desplazamientos de la masa, aunado a las
condiciones climáticas allí existentes tales como: alto grado de humedad,
intensidad de las precipitaciones (en épocas y periodos de lluvia) y temperaturas
medias, las cuales cooperan en la desccmposición y posterior deslizamiento del
suelo.
3.4.- DESCRIPCIÓN DE WS DAÑOS Y EFECTOS PRODUCIDOS
POR LOS MOVIMIENTOS DE MASA
3.4.1.- CARACTERÍSTiCAS DE LA CONSTRUCCIÓN
En general la Población de La Mesa de Los Indios se caracteriza por
construcciones sencillas y pequeñas, alguna,_¡;¡ de ellas edificadas con paredes de
tapia y techo de teja. La mayoría son hechas de paredes de blüque de cemento~
piso del mismo material y los techos varian desde ei zinc, pa..l)ando por el acerolit
hasta la madera y teja; otras, en porcentaje bajo. son construidas con techo de
cemento (placas),. y se ubican en la A venida Bolívar y Suere.
54
