1. INTRODUCCION

En el periodo 1979 a 1986 se construyó el proyecto hidroeléctrico Peñitas, el cual forma parte del sistema Hidroeléctrico del Grijalva. Sobre cuyo cauce, aguas arriba, están en operación las presas Malpaso, La Angostura y Chicoasén. El cierre definitivo del río y la formación del embalse de Peñitas se realizó en julio de 1986.

El domingo 4 de noviembre de 2007 cerca de las 20:00 hrs se produjo el deslizamiento de una ladera del embalse en Juan de Grijalva (ver fig. 1) que formó una represa en el río, obstruyendo su cauce. En pocos segundos más de 55 millones de m3 de roca y suelo se deslizaron hacia al río una distancia del orden de 500 m, provocando una gran ola que destrozó el poblado de Juan de Grijalva y causó la muerte de más de 30 personas.

En este artículo se describen las causas del deslizamiento, así como las soluciones adoptadas para eliminar la obstrucción del río.

2. Descripción del sitio

La ladera en la que ocurrió el deslizamiento no se encuentra en el embalse abierto de Peñitas, sino en una zona de meandros del río Grijalva (fig. 1) con lomeríos suaves (pendientes del orden de 10°), pero en cuyas márgenes se aprecian cortes casi verticales que pueden llegar a más 100 m de altura.

El nivel del cauce en el sitio era aproximadamente la +60.0 msnm. El terreno se elevaba inmediatamente hasta alcanzar la elev. +175.0, para posteriormente ascender con una pendiente suave (cercana a los 8°) hasta alcanzar una elevación cercana a +300.0 para inmediatamente bajar (fig.3).

La zona deslizada tiene dimensiones de 1000 x 700 m, y estaba delimitada por fallas preexistentes al sur y al norte, de echado casi vertical y rumbo prácticamente perpendicular al río (fig. 3), así como una falla al NE, lo que explica sus dimensiones tan regulares (casi un rectángulo perfecto).

El deslizamiento de Juan de Grijalva, Chis., desde una perspectiva geotécnica

J D Alemán Velásquez,

Resumen: El domingo 4 de octubre de 2007, cerca de las 20:00 hrs, después de 4 días de lluvias intensas, ocurrió un deslizamiento de tierra en el cerro cercano al poblado de Juan de Grijalva, Chis. que bloqueó en un instante el cauce del río Grijalva, uno de los más caudalosos del país. En este artículo se describen las condiciones geológica-geotécnicas del sitio y se explican las causas del fenómeno.

Fig.1 Localización del deslizamiento Juan de Grijalva Fig. 3 Detalle de la zona deslizada

Fig. 3 Sección de la zona deslizada

Se verificó que en general el deslizamiento se dió a través de un plano de debilidad muy continuo (fig. 3) asociado a la estratificación existente (secuencia de lutitas y areniscas), la cual presentaba diferentes grados de alteración. En efecto, en laderas aledañas se pudo apreciar la presencia de estratos de arcilla producto de la alteración de las lutitas.

3. Geología del sitio (tomada de Davila et al , 2008)

El río Grijalva corre de sur a norte desde la presa Malpaso hasta la de Peñitas, cortando diferentes tipos de rocas principalmente areniscas, conglomerados y lutitas, en edades que van del Eoceno al Mioceno. Las diferentes direcciones que toma el río se deben a estructuras geológicas existentes como fallas y fracturas, dejando escarpes verticales en sus laderas. A partir de la presa Peñitas toma una dirección al NW.

3.1  Estratigrafía  

Desde la presa Malpaso hasta la presa Peñitas la columna estratigráfica que aflora es la siguiente: a unos 25 km al este de la presa Malpaso Afloran rocas calizas de plataforma de alta energía: grainstone packestone biógenos parcialmente dolomitizados de la formación Angostura pertenecientes al Cretácico Tardío que forman grandes cantiles (Dávila et al , 2008). Le sobreyace la Formación Soyaló, del Terciario superior (paleoceno) localizada a unos 20 km al este de Malpaso, está constituida por terrígenos correspondientes a las

Falla Norte (preexistente)

Falla sur (preexistente)

Falla Norte

Falla Sur

Falla

NW

Juan de Grijalva

Zona

Obstruida

facies turbiditicas y comprende a una alternancia de areniscas, conglomerados, lutitas y limolitas de color gris en estratos medianos. El Eoceno está representado por la formación El Bosque constituida en esta región por limolitas, areniscas y conglomerados de color pardo rojizo. En el oligoceno se depositaron lutitas de aguas profundas de la formación La Laja. El mioceno se compone de una secuencia alternante de conglomerados polimícticos, areniscas de grano medio a grueso, limolitas y lutitas con areniscas de grano fino depositados en un ambiente de turbiditas.

Las estructuras primarias presentes son: estratificación cruzada, estratificación gradada, huellas de oleaje, así como clastos flotados en las lutitas y limolitas. De acuerdo con los reportes de Pemex esta secuencia de rocas representan a la formación Depósito.

En el área del deslizamiento hay limolitas, lutitas de color gris oscuro y areniscas de grano fino de color gris claro interestratificadas, con estratificación cruzada. En algunos estratos la lutita original se ha alterado para convertirse nuevamente en arcillas.

4. Descripción de las causas del deslizamiento

En general, los estudios realizados indicaron que el deslizamiento fue provocado por al menos 3 factores:

a) Lluvias intensas durante cuatro días con precipitaciones acumuladas de entre 400 y 700 mm en la zona del embalse de Peñitas que provocaron un incremento considerable del nivel freático tanto a nivel regional como local en la ladera.

b) Presencia de estratos continuos de arcillas de baja resistencia al corte, con echados del orden de 8° grados hacia el río, producto de la alteración de las lutitas, con resistencia residual bastante menor que la resistencia pico

c) Fallas preexistentes que delimitaron perfectamente el bloque deslizado

En los que sigue se comentan con mayor detalle estos factores.

4.1 Incremento de los niveles freáticos debidos a la lluvia

De acuerdo a Alberro (Alberro y Gaziev, 2000), Si consideramos la hipótesis de la cuasiverticalidad de las equipotenciales durante el flujo transitorio, la ecuación diferencial que rige el equilibrio de los gastos de entrada y salida en un prisma de paredes verticales (fig. 4), está dada por:

Donde,

k, permeabilidad del medio, en m/día

e, intensidad de la lluvia, en m/día

n, Porosidad del medio

Fig. 4 Modelo para cálculo de incremento del NAF por precipitación pluvial

La ecuación 1 se puede escribir:

Esta ecuación diferencial es de 2do. Grado y no lineal. Siguiendo a Alberro (Alberro y Gaziev, 2000), se lineariza tomando como incógnita la ecuación :

G = h2

La ecuación se transforma, por tanto en:

Proponiendo:

Se obtiene la ecuación diferencial básica del problema:

Alberro (Alberro y Gaziev, 2000) demuestran que la solución de esta ecuación está dada

por:

Con los valores numéricos de las funciones 2ierfc y 4i2erfc dados en la tabla siguiente:

De acuerdo a esto, para las condiciones del problema con:

h1 = 290 m, h2 = 110 m; L = 950 m ; e= 0.175 m/día; k = 6.91 x 10-3 m/día

n = 0.10; t = 4 días

Para estos valores se tendría un incremento del nivel freático en la ladera de entre 5 m (en las zonas altas) a 15 m (cerca del cauce del río) sólo por efectos locales de la lluvia. Adicionalmente, debe considerarse que en la zona la posición del nivel freático se eleva del orden de 10-15 m durante la temporada de lluvias.

4.2 Presencia de planos débiles de arcilla

Una serie de sondeos realizados en la zona reveló la presencia de delgados estratos de arcilla producto de la alteración de las lutitas. Estos estratos son en realidad planos continuos de debilidad sobre el cual se “deslizó” la ladera.

Se obtuvieron muestras cúbicas de estos estratos en las laderas cercanas (ver fig.5) y se les determinó su resistencia pico y residual en pruebas de corte directo.

Fig. 5 Sitio de obtención de muestras cúbicas de la arcilla y vista del estrato probado

Figura 6. Resultados de las pruebas de corte en la arcilla

Los resultados explicaron el porqué el deslizamiento ocurrió de manera tan súbita. En efecto, en las pruebas puede observarse que la arcilla posee un ángulo de fricción pico del orden de 16°, mientras que su ángulo de fricción residual es del orden de 11.5°, es decir presenta una reducción en su resistencia del orden de 30%.

GRÁFICA: ESFUERZO CORTANTE (MPa) Vs. ESFUERZO NORMAL (MPa)(DIAGRAMA DE MOHR)

y = 0.2029xR2 = 0.9693

y = 0.2938xR2 = 0.9172

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

ESFUERZO NORMAL

ESFU

ERZO

CO

RTA

NTE

-

Esfuerzo residual Esfuerzo resistente máximo

0.150.200.640.240.49

0.17

0.50

11.5 0.0M2-2° cicloM3-2° ciclo

16.0M3-1er cicloM2-1er ciclo

Ángulo de fricción

resid.

(grados)

Cohesión cresd

(MPa)

Resistencia máxima

Cohesión cmáx

(MPa)

T A B L A R E S U M E N

0.43

Muestra

M1-1er ciclo

Esfuerzo Cortante residual

resd

(MPa)

Ángulo de fricción

máx

(grados)

Esfuerzo Cortante máximo

máx

(MPa)

Resistencia residual

0.41

Esfuerzo Normal σ

n

(MPa)

0.01.002.00

1.002.00

0.120.18

4.3 Presencia de fallas preexistentes delimitando el bloque deslizado

Otro aspecto que influyó en la ocurrencia del deslizamiento fue la presencia de fallas con echado casi vertical en los límites norte y sur del bloque, así como una falla de tipo normal en su límite NE. Esto explica la forma rectangular del bloque deslizado.

5. Análisis realizados

5.1 Análisis retrospectivo

Con la información de la geometría del plano de falla determinado en el sitio y la información topográfica histórica de que se disponía se realizó un análisis retrospectivo para evaluar los parámetros de resistencia al corte de la arcilla del plano de falla, así como la posible ubicación del NAF en el momento del deslizamiento. En la fig. 7 se muestra la sección analizada.

Fig. 7 Sección analizada en el análisis retrospectivo

Los resultados indicaron un ángulo de fricción pico de 14.7° para la arcilla del plano de falla, considerando un nivel freático prácticamente en la superficie del terreno, valores bastante cercanos a los definidos posteriormente a través de las pruebas de laboratorio. 5.2 Análisis de las soluciones propuestas para la reapertura del río Grijalva

La obstrucción del cauce río Grijalva con más de 15 millones de m3 de roca y suelo que se elevaban entre 33 y 80 m por arriba del nivel del embalse, en una distancia de 800 m (ver fig. 8), implicaba un riesgo serio, ya que de continuar las lluvias la obstrucción podría ser rebasada y erosionada, lo que provocaría una gran avenida que podría afectar la presa de Peñitas.

Por ello era urgente tomar la decisión de una solución que evitara este riesgo. Se evaluaron varias opciones y finalmente se optó por construir un canal a través de la obstrucción y con una trayectoria que seguía el cauce del río. El canal se construiría en dos etapas, la primera buscaría alcanzar la cota +100.0 con una sección reducida, con el fin de evitar que se continuara elevando el embalse aguas arriba de la obstrucción. La segunda etapa se llevaría hasta la elev. +85.0 con una sección que permitiera manejar un gasto del orden de 3000 m3/s (ver fig. 9).

Esta solución de corto plazo presentaba el riesgo de reactivación del deslizamiento ya que se removería material en el cauce que en ese momento contribuía a la estabilidad de los 45 millones de m3 de material deslizado que aún permanecían en la ladera.

Por lo anterior, se realizaron análisis de estabilidad de las secciones críticas del canal (ver figs. 9 y 10).

1

2

34

56

7

1.004

Plano de fallaBloque deslizado

NAF

Propiedades geomecánicas de la arcilla del plano de falla definidos en el Análisis retrospectivo

Phi = 14.7°C = 5 kPapeso vol. 21.30kN/m3

Distancia horizontal, en m (x 1000)0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Elev

ació

n, e

n m

0255075

100125150175200225250275300

Fig. 8 Vistas de la zona del deslizamiento en planta y perfil

Fig. 9 Secciones tipos del canal para diferentes etapas Fig. 10 Vista del canal desde aguas abajo

Los resultados indicaron (ver fig. 11) que si se sobrelevaban de manera importante los niveles freáticos en el material que aún permanecía en las laderas o si la socavación del piso del canal se profundizaba por debajo de la elev. +75.0, el riesgo de reactivación del deslizamiento era alto.

Para eliminar el riesgo de niveles freáticos altos se decidió construir una galería de drenaje en la ladera, por abajo del plano de falla, así como trincheras de drenaje en la periferia del área deslizada. Puesto que el riesgo de la socavación del canal ante una avenida mayor que 3500 m3/s aún persiste, se ha decidido como solución definitiva la construcción de dos túneles de sección portal de 14 x 14 m. La ubicación de estos túneles aparece en la fig. 12 6. Conclusiones

a) El deslizamiento de Juan de Grijalva ocurrió debido a la combinación de los siguiente factores: Una precipitación inusual en la zona que elevó los niveles freáticos en la ladera; la presencia de estratos continuos de arcilla de muy baja resistencia al corte con echados del orden de 8° hacia el río; y la presencia de fallas preexistentes que eliminaron la resistencia lateral en el bloque deslizado.

b) El deslizamiento se presentó de manera súbita debido a que al alcanzarse la resistencia pico del plano arcilloso, esta disminuyó a su resistencia residual (del orden de 30% de la pico), lo que redujo el factor de seguridad desde valores cercanos a 1.0 a valores probablemente cercanos a 0.7. Esto provocó que el bloque se deslizara en unos cuantos segundos una distancia de más de 500 m.

c) La solución actual de un canal con ancho de plantilla de 70 m y piso a la elevación +80.0 es sólo temporal ya que presenta riesgos de reactivación del deslizamiento si este se socavara por la ocurrencia de una avenida con un gasto mayor que 3500 m3/s

d) Por lo anterior se ha decidido construir dos túneles de sección portal de 14 x 14 m como solución definitiva.

Fig. 11 Gráfica de FS vs. Carga hidráulica sobre plano de Fig. 12 Ubicación de los túneles definitivos falla

7. REFERENCIAS Alberro J, Gaziev E, 2000, Análisis de la estabilidad del talud de aguas debajo de la presa Tenango, Instituto de Ingenie-

ría, UNAM. Dávila M, et al (2008) Deslizamiento en la comunidad de Juan de Grijalva, Chiapas. Estudios para la recanalización del

río. CFE, informe interno