Movimientos de ladera en la vertiente meridional de Sierra Nevada (Granada, España): identificación, análisis y cartografía de susceptibilidad y peligrosidad mediante SIG

Abstract

La presente tesis doctoral aborda la cartografía de la susceptibilidad y la peligrosidad a los movimientos de ladera en la vertiente meridional de Sierra Nevada, Granada. Previamente se desarrolla una aplicación SIG para el análisis y la validación automática de la susceptibilidad del terreno a los movimientos de ladera mediante el Método de la Matriz. La aplicación se ha desarrollado meditante el ModelBuilder- de ArcGIS y se presenta en dos modelos, (susceptibility_model y validation_model) contenidos en la caja de herramientas (ArcToolbox): landslide_susceptibility_models. Esta aplicación está disponible para su descarga directa y gratuita en el vínculo: http://www.ugr.es/local/ren03366/susc_model.rar, y su utilidad se puede consultar en la Web: http://www.ugr.es/local/cgl03332/MB/model.htm. La aplicación está también disponible en los lenguajes de programación Python, Java y Visual Basic.

El modelo de análisis de la susceptibilidad (susceptibility_model) obtiene, del Modelo Digital de Elevaciones (MDE), una serie características morfológicas y morfométricas del terreno que derivan en Modelos Digitales del Terreno (MDT), los cuales se utilizan como factores determinantes en el análisis de la inestabilidad. Además, considera otro factor determinante, como es la litología, independiente del MDE. Posteriormente, mediante las funciones de geoprocesamiento de ArcGIS, se obtienen todas las combinaciones entre las clases de los factores utilizados. El siguiente paso en la elaboración del modelo de susceptibilidad consiste en obtener la matriz de movimientos de ladera, en la que se determina el área afectada por movimientos de ladera para cada una de las combinaciones entre las clases de los factores determinantes. Para ello, previamente se elabora una base de datos georrefenciada de movimientos de ladera clasificados en dos clases: con y sin movimientos. La última etapa del modelo de susceptibilidad consiste en calcular el porcentaje de área afectada por movimientos de ladera para cada una de las combinaciones de factores determinantes. Por tanto, a partir de tres datos de entrada (MDE, litología e inventario de movimientos), se obtiene un mapa que expresa la mayor o menor tendencia del terreno a la generación de movimientos de ladera. El modelo de validación del mapa de susceptibilidad (validation_model) utiliza las herramientas básicas de geoprocesamiento para evaluar el grado de ajuste entre un inventario de movimientos de ladera (no usado en el análisis de la susceptibilidad) y el mapa de susceptibilidad, expresando el resultado final (dato de salida) en forma de tabla.

La aplicación presentada permite reducir el tiempo empleado en el análisis y validación de los mapas de susceptibilidad a los movimientos de ladera. Así, estos mapas, se pueden actualizar rápidamente a partir de bases de datos o inventarios actualizados después de cada evento, lluvias o terremotos, activador de nuevos movimientos. Los modelos se pueden editar y modificar fácilmente para seleccionar los factores determinantes adecuados según la singularidad de cada zona. Los resultados obtenidos son indicativos de la calidad de los mapas de susceptibilidad elaborados mediante el Método de la Matriz en comparación con otros elaborados con otras técnicas de análisis estadístico bivariante.

Una vez la aplicación se ha desarrollado, se estima la susceptibilidad a los movimientos de ladera en un entorno de montaña semiárida, en la vertiente meridional de Sierra Nevada. En un área de estudio de 460 km2, se realiza un inventario de 252 movimientos de ladera, que afectan a un 3.2% de la superficie total. Estos movimientos son principalmente deslizamientos y flujos de derrubios en filitas, esquistos y mármoles de la Zonas Internas de la Cordillera Bética. Los factores más importantes que determinan la susceptibilidad son la elevación, pendiente, orientación de la pendiente y la litología. Los factores desencadenantes incluyen la generación, principalmente a corto plazo, de movimientos de ladera durante fuertes lluvias o terremotos esporádicos, o largo plazo con los cambios en el uso del suelo, sobre-excavación fluvial, etc. A pesar de que la susceptibilidad a los movimientos, evaluada por el método de la matriz en SIG, es predominantemente baja, un 15% del área de estudio muestra una susceptibilidad de moderada a muy alta, coincidiendo con lugares donde se encuentran la mayoría de las infraestructuras públicas de la región. El mapa elaborado fue validado mediante el grado de ajuste, registrando valores por encima de 83.2% para las zonas de susceptibilidad alta y muy alta.

También se desarrolla una metodología para el análisis de la estabilidad en taludes rocosos según un análisis cinemático de los diferentes tipos de rotura (planar, cuña y vuelco) mediante el uso del SIG. Posteriormente se realiza un análisis probabilístico basado en el equilibrio límite en los taludes que satisfacen las condiciones para la rotura por criterios cinemáticos. Los resultados se verifican mediante la comparación de las inestabilidades observadas en 40 taludes a lo largo de 4 km de la carretera nacional N-340, al sur de la provincia de Granada (sur de España). El análisis de la validación muestra que en alrededor del 90% de los taludes hay un ajuste razonable entre la estabilidad observada y la evaluada, lo que indica la metodología propuesta es adecuada para el análisis preliminar de las condiciones de estabilidad taludes rocosos.

Finalmente se presenta un análisis de la peligrosidad a los movimientos de ladera en las zonas de la vertiente meridional de Sierra Nevada que, tras el análisis previo, presentan un grado mayor de susceptibilidad. Se describen al detalle los movimientos de ladera más importantes del área, y se presentan los datos relativos a la actividad de los movimientos de ladera en la zona según los datos extraídos de documentación en prensa y documentación científica (DInSAR, fotogrametría aérea y LIDAR, TLS). Además, a tal efecto, se ha realizado un análisis dendrogeomorfológico de árboles en movimientos de ladera y se ha revisado la ortofotografía aérea histórica de la zona de estudio.

La estimación de la peligrosidad se realiza de una forma indirecta, asociando los resultados obtenidos de la actividad de los movimientos a periodos de precipitaciones intensas, estableciendo un periodo de retorno y extrapolando los resultados a la zona de estudio, con la asunción de que los grandes deslizamientos se generan o reactivan, conjuntamente con movimientos superficiales, tras periodos lluviosos intensos y prolongados, y que las lluvias torrenciales generan movimientos de ladera superficiales tipo flujo y desprendimientos. La frecuencia con la que se generan los movimientos es de 5 años para los flujos superficiales y desprendimientos (F=0.2), y de 18 años para los deslizamientos y movimientos complejos (F=0.06). La zona en términos generales presenta determinados sectores con susceptibilidad muy alta, sin embargo la peligrosidad a los movimientos de ladera es de moderada a baja.