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Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

Susceptibilidad a remociones en masa en el escarpe

costero entre Iquique y Antofagasta

Valeska Farías*, Sergio Sepúlveda y Sofía Rebolledo

Departamento de Geología Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile

* email: vale.f.s@gmail.com

Resumen La persistente amenaza sísmica del norte de Chile representa daños potenciales sobre la escarpada morfología del acantilado costero, por lo que es necesario caracterizar su susceptibilidad a remociones en masa gatilladas por sismicidad. Mediante la superposición de mapas ponderados, se identificaron las zonas costerasmás susceptibles entre Iquique y Antofagasta, ubicándose en general al norte de Tocopilla. La metodología fue validada con observaciones post-terremoto de Iquique (2014), las cuales coincidieron con zonas de susceptibilidad clasificadas como “alta” o “muy alta”.

Palabras Claves: Susceptibilidad, Remociones en masa, Terremoto, Norte de Chile.

1 Introducción

La susceptibilidad a generar remociones en masa se puede definir como la predisposición del terreno a sufrir una remoción en masa en función de ciertos factores condicionantes; tales como geomorfología, geología y geotecnia, hidrología e hidrogeología y por último clima y vegetación (Hauser, 1993; Lara, 2007).

La realización de inventarios y caracterización de remociones en masa es de crucial importancia debido a las pérdidas económicas y/o humanas asociadas a su ocurrencia (e.g. Guzzeti, 2003). En reconocidas zonas sísmicas, como lo es el norte de Chile, es imprescindible contar con mapas que permitan reconocer (por lo menos) de forma cualitativa las zonas más susceptibles a generar remociones en masa asociadas a sismicidad.

El objetivo de este estudio es evaluar la susceptibilidad a remociones en masa (en términos de Aleotti y Chowdhury 1999), sujeta a condiciones de sismicidad, en el talud costero de la zona de amenaza sísmica entre Iquique y Antofagasta (Hayes et al., 2014). El resultado quedará plasmado en un mapa de intensidad a escala 1:100.000.

2 Metodología

Consiste en la superposición de pesos de factores ponderados (e.g. Lara, 2007; Nadim et al. 2006) integrada en una plataforma SIG, en la cual se consideran los distintos factores condicionantes de la inestabilidad del acantilado costero identificados tanto en terreno como mediante fotointerpretación de imágenes satelitales.

2.1 Mapa inventario

Este se realiza a escala de decenas de metros, con el fin de caracterizar la evidencia de inestabilidad a remociones en masa incorpora: (1) todas las remociones en masa (actuales y antiguas) observadas en terreno, (2) las zonas con características asociadas a estos procesos, y (3) daños por remoción en masa durante los sismos de Tocopilla 2007 y Tarapacá 2005 (información proporcionada por el MOP).

2.2 Definición de unidades morfológicas

El área de estudio fue subdividida en unidades morfológicas de acuerdo a los dos factores condicionantes más determinantes del comportamiento en esta zona: litología y pendientes. De este modo la zona quedó dividida en dos grandes grupos litológicos: roca y suelo.

Dada la escala de trabajo, las condiciones geológicas y geomorfológicas presentes, y el tipo de remociones en masa a estudiar, se estimó el índice de susceptibilidad a partir de la evaluación de cuatro variables que fueron consideradas críticas en el control de la ocurrencia de remociones en masa: (1) pendiente, (2) cercanía a estructuras geológicas, (3) tipo de material involucrado y por último (4) un factor calibrador, basado en los antecedentes resumidos en el mapa inventario. A cada uno de estos parámetros se les asignó un peso numérico ponderado de acuerdo a su incidencia en la generación de remociones en masa (Tabla 1).

Tabla 1: Puntaje máximo ponderado para cada categoría.Factor Condicionante Roca Suelo Pendiente Promedio (PP) 40 % 50 % Litología (L) 40 % 40 % Evidencia de Inestabilidad (EI) 10 % 10 % Cercanía a Estructuras Geológicas (EG) 10 % 0 %

Cada una de estas categorías (factores condicionantes) fue subdividida en un número de casos relevantes o clases, a las cuales se les atribuyó un valor dentro el rango asignado para ese parámetro, tal como se explica en los siguientes ítems.

(L) Litología: Categorización de litología de acuerdo a la presencia o evidencia de algún tipo de remociones en masa, según el mapa inventario, para cada una de las unidades de roca y suelo. Se define DL (porcentaje de unidades morfológicas dañadas según litología) como:

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DL = n° de polígonos de cada litología ∗ 100n° de polígonos con remociones en masa para cada litología

Posteriormente fue asignado un puntaje a L para cada rango de DL, como muestra la Tabla 2.

Tabla 2: Ponderación máxima para cada clase de la categoría L, según su rango DL.

DL % Puntaje L Roca Puntaje L Suelo ( 0-15 ] 10 % 10 %

( 15-30 ] 20 % 20 % ( 30-50 ] 30 % 30 %

( 50-100 ] 40 % 40 %

(PP) Pendiente promedio: se extrajo la pendiente promedio asociada a cada unidad geológica de un modelo de elevación digital (ASTER GDEM V2, de Earth Explorer), mediante las herramientas de ArcGis. Las clases se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3: Ponderación para clase Pendiente Promedio. [*]Rangos de pendiente basados en Nadim et al. (2006).

Pendiente Promedio* [°]

Puntaje PP Roca

Puntaje PP Suelo

0 - 1 0 % 0 % 1 - 8 10 % 12,5 %

8 - 16 20 % 25 % 16 - 32 30 % 37,5 % 32 - 90 40 % 50 %

(EI) Evidencia de inestabilidad: Este factor indica si hay una o más características indicadoras de remociones en masa dentro del polígono evaluado (Tabla 4). Esta puntuación se basa en el Mapa Inventario realizado con anterioridad.

Tabla 4: Ponderación para cada clase del factor EI.Hay evidencia Puntaje EI Roca Puntaje EI Suelo

Sí 10 % 10 % No 0 % 0 %

(EG) Cercanía a estructuras geológicas: Se consideraque la presencia de cualquier tipo de estructura favorece la ocurrencia de remociones en masa, puesto que implican un deterioro por fracturamiento y meteorización en los afloramientos que afectan. Se creó un buffer de 300 m para las estructuras de carácter regional definidas en las Cartas Geológicas a escala 1:100.000 y 1:250.000 disponibles en el Servicio Nacional de Geología y Minería. La distribución de puntaje según la posición respecto a las estructuras se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5: Cercanía a estructura geológica Distancia

estructura/polígono Puntaje EG

Roca Puntaje EG

Suelo >300 m 0 % - ≤ 300 m 5 % -

Corta al polígono 10 % -

2.3 Índice de Susceptibilidad (IS)

Finalmente sumando cada factor porcentual se obtiene el índice de susceptibilidad a remociones en masa para cada

polígono de unidad geomorfológica con un máximo de 100, de acuerdo a las ecuaciones:

IS Roca = PP + L + EI+ EG

IS Suelo = PP + L + EI

Este índice de susceptibilidad (IS) fue dividido en cuatro clases y cartografiado en escala de colores como se muestra en la Tabla 6.

Tabla 6: Categorías de puntajes ponderados para ISIS Clase Color en mapa Alcances

< 40 Baja Verde

Poco propensa, no se esperaría que ocurrieran RM. por causas naturales o antrópicas no intencionales, salvo excepciones bajo condiciones sísmicas o de lluvias intensas.

40 - 60 Media Amarillo

Favorabilidad baja a moderada a ocurrencia de RM ante condiciones de sismicidad fuerte

60 - 80 Alta Naranjo

Zona propensa a RM bajo condiciones naturales

80 - 100 Muy Alta Rojo

Ocurrencia esperable de RM, sobre todo ante sismicidad

3 Resultados

Se observa que la zona de mayor susceptibilidad (Figura 1) se encuentra desde Iquique hasta Punta Chipana, donde tanto en roca como en suelo se puede observar rangos de susceptibilidad que van desde “alta” a “muy alta”. Este tramo está caracterizado por desprendimientos en cortes formando taludes abruptos, caídas de rocas desde los taludes secundarios (bolones >1m), zonas de avalanchas de gran dimensión (mega-remociones en masa), y sectores alterados por la actividad antrópica. En este tramo se exceptúan algunos trechos de poca extensión en donde la Ruta 1 pasa un poco más alejada del talud principal, pero cercana a abanicos aluviales que reposan en bajas pendientes. Otro sector de susceptibilidad “alta” tanto para roca como suelo se extiende entre los sectores de Caleta Loa y Punta Arenas en donde no se ha identificado ninguna característica que evidencie la ocurrencia procesos de remoción en masa actuales o antiguos. Esta misma condición de susceptibilidad “alta” se encuentra en el segmento entre el norte de Tocopilla y el sector del Túnel Pedro Galleguillos, caracterizada por la predisposición del talud a generar remociones en masa del tipo caída de rocas.El último tramo de susceptibilidad “media a alta” se encuentra entre Punta Bandurrias del Norte y PuntaMichilla, corresponde a un sector de caída de rocas, y fracturamiento y diaclasamiento de un intrusivo

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

(monzonita cuarcífera, Jscc) que lo mantiene en condiciones de inestabilidad y por ende peligrosidad asociada a la Ruta-1. (Farías, en prep.)

4 Discusión

Una de las grandes ventajas de esta metodología es que mediante el uso apropiado de una base de datos en GIS y actualizaciones periódicas, es posible una casi total automatización de su uso, aunque la precisión de esta dependerá de la capacidad de observación y análisis del técnico o profesional a cargo. Otra ventaja es que es una metodología económica, y fácil de aplicar y reproducir en regiones de características similares.

La aplicabilidad de esta metodología en otras regiones se debe evaluar. En primera instancia se debería observar si se cuenta con características morfológicas y geológicas similares; y posteriormente si se deben conservar los mismos factores condicionantes, y si tienen el mismo grado de participación, lo cual obviamente queda sujeto a las condiciones locales de cada región de estudio. Sin embargo sigue siendo una metodología económica yreproducible al menos para una porción mayor del acantilado costero del norte de Chile.

Con posterioridad al sismo de subducción con epicentro en Pisagua (Mw 8.2, 1 abril 2014) fue realizada la validación del mapa de susceptibilidad, mostrando una buena correlación entre las zonas que sufrieron distintos daños por remoción en masa, y las zonas señaladas como muyaltamente o altamente susceptibles (en rojo o naranjo). Con respecto a la factibilidad predictiva de este mapa se obtuvo un único caso de caída de rocas, para el que no se conocíanevidencias de desarrollo de remociones en masa (y que había sido caracterizado como de susceptibilidad alta).Para todos los demás sectores con daño en el talud (durante el terremoto de Iquique) ya se contaba con este tipo de antecedentes.

Las zonas expuestas a remociones en masa, corresponden a las que están en las cercanías de la zona de despliegue de remociones en masa y también su área de alcance, por lo que los tramos más riesgosos serían aquellos en donde el talud se encuentra más cercano al camino. Entonces, se debe considerar que para fines de evaluación de riesgo la susceptibilidad no es suficiente, ya que no entrega un alcance de las remociones que este talud podría generar. Así por ejemplo, no es lo mismo (en términos de riesgo) tener una zona demarcada como de "muy alta susceptibilidad a remociones en masa" que se encuentre junto al camino, como tenerla a más de 200 metros hacia el acantilado (al este del camino). Por lo que es necesario desarrollar un mapa de riesgo con aplicabilidad al camino, el cual podría generarse a partir de este trabajo.

Se observa que la zona costera más susceptible se encuentra desde Tocopilla hasta Iquique, lo cual podría

estar relacionado con la ausencia de sismicidad de subducción del último período, de casi 150 años.

Para la interpretación de este mapa es sustancial comprender que de acuerdo a la extensión del área de estudio (cercana a 400 km), la metodología desarrollada y la escala de trabajo (1:100.000), la susceptibilidad estimada para las distintas unidades tiene cierta variabilidad. Es decir, en algunos casos puede no haber sido posible representar las particularidades expresadas en zonas locales, de unos pocos metros de extensión, contenidas en las unidades geomorfológicas definidas, que en general son mayores a 1 km de largo. Un ejemplo de esto podría ser el sector de Punta Arenas, en el cual a pesar de haberse observado caída de bloques de alto alcance,esto no quedó caracterizado en la susceptibilidad total del polígono (IS “media”).

Otro problema relacionado a la metodología es la asignación dual de peso al deterioro de los afloramientos (sobre todo los rocosos); contenido dentro de los factores “EG” y “EI”, ya que para ambos casos la clase en la cual se clasifique cada unidad geomorfológica, puede estar ligada a la calidad de los afloramientos, lo cual ya se ve reflejado en la categoría L mediante el ranking de DL.

Agradecimientos

Doy mis formales agradecimientos al Proyecto FONDEF D10I1027 por financiar parcialmente las campañas de terreno muy necesarias para concluir este trabajo.

Referencias

Aleotti, P. y Chowdhury, R. (1999). "Landslide hazard asessment: summary review and new perspectives". Bull. Eng. Geol. Env., Vol. 58, 21-44.

Farías, V., in prep. Remociones en masa en el norte de Chile: análisis multiescala en dos ambientes geomorfológicos distintos. Tesis para optar al grado de Magíster, Departamento de Geología, Universidad de Chile.

Guzzetti, F.; Mondini, A. C.; Cardinali, M.; Fiorucci, F.; Santangelo, M. Y Chang, K.-T. (2012). «Landslide inventory maps: New tools for an old problem». Earth-Science Reviews, 112(1-2), pp. 42–66. ISSN 00128252. doi: 10.1016/j.earscirev.2012.02.001.

Hauser, A., 1993. Remociones en masa en Chile. Servicio Nacional de Geología y Minería, Santiago. Boletín No. 45, p. 7-29.

Hayes, G. P.; Herman, M. W.; Barnhart, W. D.; Furlong, K. P.; Riquelme, S.; Benz, H. M.; Bergman, E.; Barrientos, S.; Earle, P. S. y Samsonov, S. (2014). «Continuing megathrust earthquake potential in Chile after the 2014 Iquique earthquake». Nature. ISSN 0028-0836. doi: 10.1038/nature13677.

Lara, M., 2007. Metodología para la evaluación y zonificación de peligro de remociones en masa con aplicación en quebrada San Ramón, Santiago Oriente, Región Metropolitana. Tesis para optar a Título de Geóloga, Universidad de Chile. Santiago de Chile.

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ST 11 TERREMOTOS, VOLCANES Y OTROS PELIGROS GEOLÓGICOS

Nadim, F., Kjekstad, O., Domaas, U., Rafat, R., Peduzzi, P., 2006. Global landslides risk case study. In: Arnold, M. et al. (eds), Natural Disaster Hotspots, Case Studies. The World Bank

Disaster Risk Management Series, Nº6, pp 21-78.

Figura 1: Tramo del mapa de susceptibilidad obtenido en los tramos entre Iquique y Caleta Loa. Se presenta la superposición del mapa catastro (ver detalle para simbología numérica en Farías, en prep.) con la validación para comparar los casos en los cuales ya se había obtenido remociones en masa y presentar el caso en que se logró predecir. Las estrellas muestran sectores (polígono a la derecha) en donde hubo algún tipo de remoción en masa post terremoto 2014.