Reconocimiento geofísico del deslizamiento de Rosiana (depresión de Tirajana, Gran Canaria)

SCIENTIA gerundensis, 25: 35-50 (2001) RECONOCIMIENTO GEOF~SICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA (DEPRESION DE TIRAJANA, GRAN CANARIA) Rogelio Linares,* Alejandro Lomoschitz,** Lluís Pallí,* Carles Roqué,* David Brusi* y Aitor Quintana** (*) Área de Geodinámica Externa. Universitat de Girona, 17071 Girona. (**)Departamento de Ingenieria Civil. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, 35017 Las Palmas de G.C. RESUMEN El deslizamiento de Rosiana es considerado el movimiento de ladlera mis importante de 10s conocidos en épocas históricas en Gran Canaria (Islas Canarias). Activado al menos cuatro veces durante el siglo pasado, el movimiento que tuvo lugar en 1956 involucró unos 3 x 106 m3 de materiales, provocó la evacuación de unas 250 personas y destruyó numerosas construcciones. El riesgo geológico actualmente existente ha sido motivo suficiente para llevar a cabo estudios específicos del fenómeno que, una vez caracterizado, pueda servir de pauta para trabajos, tanto científicos como técnicos, en ésta o en otras zonas similares. En este articulo se profundiza en el conocimiento de la masa inestahilizada de Rosiana mediante la aplicación de técnicas geofísicas basadas en el método de sísmica por refracción. Las mediciones geofísicas han sido interpretadas a partir de 10s datos geomorfológicos disponibles, obteniéndose, de esta forma, una primera aproximación a la geometria de 10s movimientos de ladera. Palabras clave: Deslizamientos, terrenos volcánicos, métodos geofísicos, Gran Canaria ABSTRACT The landslide of Rosiana is considered the largest slope movement amongst those known in historical times in Gran Canana, Canary Islands. It has been activated at least 4 times in the last century, and in the movement of 1956, when about 3.106 m3 of materials were involved, 250 people had to be evacuated and many buildings were destroyed. The present geological hazard has lead to specific studies of the phenomenon which, once characterised, can be used as a guide for the scientific and technical works that are to be made in this or similar areas. This paper wants to increase the knowledge about the unstable mass of Rosiana by using geophysical techniques based on the method of seismic by refraction. The geophysical measues have been interpreted with the aid of the available geomorphologic data, thus obtaining a first approximation to the geometry of the slope movements. Key words: landslides, volcanic terrains, geophysical methods, Gran Canaria RECONOCIMIENTO GEOFÍSICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA. La investigación del subsuelo a través de la prospección geofísica constituye un método de trabajo de frecuente empleo entre 10s profesionales de la geotecnia, de la mineria o de la geologia ambiental. Comprende un conjunt0 de técnicas que se fundamentan en la medición, desde la superficie del terreno, de alguna propiedad física de 10s materiales en profundidad. En determinados casos, el conocimiento de la variación en vertical o en horizontal del parámetro físico medido puede ser suficiente para resolver el problema planteado. No obstante, en la mayoria de las ocasiones, suele ser imprescindible llevar a cabo un análisis o interpretación de 10s datos geofisicos de acuerdo con la información geológica disponible. Habitualmente, la obtención de 10s datos de campo y su análisis posterior constituyen 10s dos elementos básicos del estudio geofisico. Asi, el resultado final de la investigación dependerá en gran medida del grado de conocimiento del medio y de la capacidad de integrar esa información con la obtenida mediante la técnica de prospección geofísica utilizada. En este trabajo se presenta un ejemplo de integración de datos geofisicos de tip0 sismico y de una información geomorfológica previa. En la zona estudiada, el problema planteado radica en conocer la geometria de unas masas de terreno inestables. Su caracterización resultará fundamental para el correcto diseño de las medidas preventivas o correctivas que se considere oportuno llevar a cabo para la minimización del riesgo que comporta. EL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA Generalidades En la actualidad la localidad de Rosiana (t.m. de Santa Lucia de Tirajana, Gran Canaria) consta de unas doscientas construcciones, dispuestas a ambos lados de la carretera C-815 (krn 52-53) que une 10s pueblos de San Bartolomé de Tirajana y Santa Lucia (figura 1). Su situación, en el centro-sur de la isla de Gran Canaria, es peculiar, tanto geográfica como geológicamente. Se encuentra en la parte baja de la gran depresión de Tirajana que, con una extensión en planta de 35 km2, presenta desniveles de más de 900 m. Numerosos científicos que han estudiado la geologia y geomorfologia de Gran Canaria consideran el deslizamiento de Rosiana como uno más de 10s movimientos de gran envergadura que se han producido en la depresión de Tirajana, desde épocas geológicas pasadas. No obstante, su carácter dinámico en una escala temporal humana y el riesgo geológico que comporta para la zona, 10 convierten en uno de 10s movimientos de ladera mis importantes de 10s conocidos en la isla. Se tiene conocimiento de que este deslizamiento se ha reactivado en varias ocasiones (1879, 1921, 1923, 1956 y posiblemente 1991). El que tuvo lugar en febrero de RECONOCIMIENTO GEOFÍSICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA ... 37 118 11 7 I16 11s 114 113 LANZAROTE ISLAS CANARIAS I Figura 1. Plano de situación del deslizamiento de Rosiana. 38 RECONOCIMIENTO GEOFÍSICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA ... 1956 se desencadenó como consecuencia de precipitaciones excepcionales que alcanzaron 10s 272 rnm en 24 h y se mantuvo en movimiento nueve días. La inestabilidad afectó a un tramo de carretera de 600 m y a numerosas construcciones, las cuales quedaron destruidas y desplazadas de su posición original. Se movilizaron unos 3 x 106m3 de materiales, afectando a una superficie de 330.000 m2 y provocando la evacuación de unas 250 personas. Los datos obtenidos de 10s desplazamientos relativos entre 10s estribos del antiguo puente de Rosiana permiten concluir que, con posterioridad al importante deslizamiento de 1956, las masas de terreno se han seguido moviendo (9,3 cm hasta 1990 y 11,8 cm entre 1990 y 1996). Las sucesivas reactivaciones -por 10 menos cuatro en 10s Últimos 100 añosdemuestran el carácter dinámico del deslizamiento, por 10 que la zona constituye un área de riesgo elevado. Características geomorfológicas De acuerdo con 10s trabajos realizados por Lomoschitz y Corominas (1996, 1997 a y b), la zona inestabilizada de Rosiana corresponde al pie de un conjunt0 de deslizamientos de grandes dimensiones, movilizados con anterioridad, que se extienden desde el fondo del barranco hasta la base de 10s escarpes superiores (figura 2). El movimiento dominante se identifica como un deslizamiento traslacional en sue10s. La superficie principal de rotura es plana y paralela a la ladera, y se sitda a una profundidad comprendida entre 12 y 25 m respecto a la rasante topográfica. Por debajo de las cicatrices superiores y hasta la carretera, la topografia es irregular y muestra escalones naturales que corresponden a planos de rotura que limitan una sucesión de cuerpos deslizados (rellanos) cuyo espesor disminuye en sentido descendente. En esta zona de cabecera del deslizamiento la pendiente general es de 20 a 35". La franja central de la masa deslizada, situada por encima y por debajo de la carretera, tiene pendientes elevadas (unos 25" de media) pero se suaviza algo más abajo (ángulos de 8 a IQ), en 10s denominados Llanos de Rosiana. Allí 10s limites laterales del deslizamiento son claros. El curso actual del barranco de Tirajana ha erosionado lateralmente la masa deslizada y ha dejado márgenes verticales de hasta 3 m de altura. El límite inferior del deslizamiento est6 igualmente marcado por su morfologia, ya que éste avanzó, a modo de lengua, invadiendo bancales de cultivo. Su forma lobulada y la ruptura de pendiente frontal son 10s mejores indicadores del borde más avanzado del pie. Existen otros signos externos, además de 10s morfológicos, que tienen su origen en 10s movimientos de 1956. Se trata de construcciones rotas o agrietadas, palmeras inclinadas a favor y en contra del movimiento y construcciones no afectadas que indican su posición ajena al movimiento. Los materiales involucrados en el deslizamiento son depósitos de estructura interna caótica, constituidos por fragmentos muy heterométricos, de tamaño grava a gran- RECONOCIMIENTO GEOFÍSICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA ... 39 I CTRA. Y PUENTE - ACTUAL PUENTE ANTIGUO ROTO Cicatriz superior Cicatriz secundaria Masa deslizada y direcci6n de avance Direccion de movimiento Corte geologico Carretera Carretera Figura 2. Esquema general de las cicatrices y cuerpos deslizados del sector de Pajonales-Rosiana. Detalle de la disposición en planta de 10s limites y de las formas principales del deslizamiento de Rosiana de 1956. 40 RECONOCIMIENTO GEOF~SICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA ... des bloques, incluidos en una matriz arcillo-arenosa que representa por término medio el 40% del volumen total, aunque en ciertas zonas 10s fragmentos de roca son casi exclusivos. En sentido amplio, se pueden considerar coluviones con una intensa meteorización mecánica y química de sus componentes; si bien se han encontrado también depósitos aluviales en el interior de las masas deslizadas. En tkrminos geotécnicos, corresponden al tip0 GC segun el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS). La composición de 10s fragmentos es variada: lavas fonolíticas, ignimbritas, tobas volcánicas, lavas basálticas y brechas volcánicas, estas Últimas en pequeña proporción. En conjunt0 las rocas originales son todas volcánicas y corresponden a formaciones de composición traquítica-riolitica y fonolitica, atribuidas al Mioceno medio-superior y al Plioceno, respectivamente. La elección del método geofísic0 para llevar a cabo el reconocimiento preliminar del subsuelo del deslizamiento de Rosiana ha venido condicionada por varios factores. Por un lado, 10s dependientes de las caracteristicas de la zona, tales como las condiciones orográficas y, especialmente, las previsibles geometrias de 10s depósitos gravitacionales. Y por otro lado han influido 10s factores (potencialidades y limitaciones) condicionantes relativos a 10s distintos métodos geofísicos aplicables en el contexto geológico de la zona. A éstos se suma el objetivo genérico de la prospección geofísica que es contribuir a obtener la máxima información a un coste reducido. Teniendo en cuenta estos factores, se decidió emplear el método de sísmica de refracción por ser el procedimiento más idóneo para alcanzar 10s objetivos marcados. Generalidades del método sismico de refracción Son numerosos 10s tratados que describen las caracteristicas y principios básicos del método sismico de refracción (Griffiths & King 1965; Redpath 1973; Dobrin 1976 y Mooney 1981). A grandes rasgos el método consiste en producir un pequeño sismo artificial por medio, generalmente, de la detonación de una carga explosiva enterrada en el subsuelo, o bien por el golpeo de una maza sobre una placa metálica situada sobre el terreno. Las velocidades de las ondas producidas se miden a partir de 10s tiempos de llegada registrados por unos detectores o geófonos convenientemente situados en la superficie del terreno (figura 3). Conocida la ley de propagación de la velocidad de las ondas sismicas en el subsuelo, en función de 10s tiempos y distancias medidos, se detecta la posición de 10s niveles o capas geofísicas en profundidad. Las ondas producidas por la explosión se propagan en todas direcciones, y cuando cambian las condiciones del medio, es decir, cuando la onda sísmica en su recorrido RECONOCIMIENTO GEOFÍSICO DEL DESLIZAMIENTO DE ROSIANA ... 4 1 Figura 3. Esquema de la aplicación del método sísmico de la refiacción y gráfica dromocrónica resultante, modificado de Redpath (1973). 80 - 60 : - o 8 40 2 e 20 ,, en profundidad encuentra un medio de propagación distinto al anterior y de mayor resistencia, parte de la energia se refleja volviendo a la superficie y parte se refracta siguiendo su viaje bajo tierra. Dentro de la energia refractada hay una parte que experimenta refracción total, propagándose entonces a 10 largo del contacto entre 10s diferentes medios y volviendo asimismo a la superficie. El método sismico de refracción se basa en la medida, desde la superficie del terreno, de 10s tiempos de llegada de las ondas de cornpresión (P) que sufren la refracción total o critica, según la ley de Snell y el principio de Huygens. A partir del conocimiento de 10s tiempos de la primera llegada de la onda P a cada uno de 10s geófonos y de las distancias que les separan del punto de disparo (gráfico tiempo-distancia conocido como dromocrónica), 10s diferentes modelos sismicos permiten calcular las profundidades y velocidades de cada uno de 10s refractores o niveles sismicos que componen la sección estudiada. Estos modelos de cálculo se basan en 10s principios básicos de la propagación de las ondas compresivas (P), anteriormente citados. Al igual que sucede con 10s métodos geofísicos eléctricos de tipo resistivo y electromagnético, 10s métodos sismicos han sido muy utilizados en la investigación de movimientos de ladera. Son numerosos 10s ejemplos que aparecen Dromocrónj~~~. - - - -" -*.---- - ..-- .---- - *** -,-.-' T~empo de llegada .o-* -, del prlmer - ---o*-,- impulso 1 : - ,o- - /,*' , , , , , , , , , , O 10 20 30 40 50 Dlstanc~a (m) documentados en la literatura especializada. Los presentados por Trantina (1963), Carroll et al. (1972) y Brooke (1973) abarcan contextos geológicos diversos. Los métodos sísmicos clasifican el terreno según la velocidad de propagación de las ondas elásticas, la cua1 se relaciona con las propiedades elásticas y con la densidad del material. La aplicación del método de prospección geofísica de sísmica de refracción al estudio de masas inestabilizadas se basa en el hecho de que 10s terrenos desplazados, rotos o fragmentados, presentan velocidades de propagación más bajas que 10s rnismos materiales in situ. Las relaciones entre estados de compactación, dureza o cementación del terreno y el valor de la velocidad de propagación de las ondas han sido ampliamente aplicadas al estudio del grado de excavabilidad o ripabilidad de terrenos. La información aportada por estas técnicas geofísicas puede, según 10s casos, simplificar de manera notoria 10s problemas de correlación litológica en zonas intensamente fracturadas por procesos gravitatorios. La velocidad de propagación de las ondas compresivas (P) que caracteriza un nivel sismico es un valor que se obtiene del promedio de estados tensionales existentes en la sección investigada. En ocasiones estos valores promedios aportan más información que la colección de datos puntuales. Por otro lado, puede darse el caso de que el deslizamiento cause cambios erráticos en la densidad de 10s materiales y en consecuencia la transmisión de las ondas tenga lugar en un medio demasiado complejo para su determinación cuantitativa. Bbtención de datos geofísicos de campo Las mediciones geofísicas se han realizado con un sismógrafo multicanal tip0 EG&G1225 GEOMETRICS. Se han investigado en total nueve secciones o perfiles. El dispositivo utilizado ha sido el mismo en todas ellas (figura 4). Su longitud total es de 55 m, con una implantación de geófonos equidistantes 2,5 m en las zonas más próximas a 10s puntos de disparo y de 5 m para el resto de la línea sísmica. Aparte de 10s puntos de disparo directo (a), inverso (b) e intermedi0 (c), y siempre que 10s registros obtenidos 10 han permitido (relaciones señal/ruido adecuadas), se han realizado disparos lejanos (e) y (d) situados a 27,5 m de 10s tiros directo e inverso, respectivamente. La distribución de cada uno de 10s perfiles o secciones geofísicas es consecuencia, principalmente, del análisis preliminar efectuado de 10s datos geológicos y geomorfológicos disponibles (figura 5). Los sismogramas obtenidos se han interpretado a partir de procedimientos basados en el análisis de las primeras señales de onda. En concreto se ha utilizado el método reciproco generalizado y el de tiempos de retardo, con la ayuda de 10s programas GREMIX y SESVIEW. Figura 4. Dispositivo de medida utilizado en las secciones sísmicas de tiros mliltiples. Cortes interpretativos Perfil sísmica con indicación I - ~ine8-I de la posición de las disparos directo (a) e inversa (b) Figura 5. Situacidn de las secciones sísmicas y de 10s cortes interpretativos de lasfiguras 7, 8 y 9. DOBRIN, M.B. (1976): Introduction to geophysical prospecting (3er ed.). New York, McGraw-Hill, 630 p. LOMOSCHITZ, A. & COROMINAS, J. (1996): Los depósitos de deslizamientos gravitacionales del centro-sur de Gran Canaria. Geogaceta, 20(6), pp. 1346-1348. LOMOSCHITZ, A. & COROMINAS, J. (1997a): La depresión de Tirajana, Gran Canaria. Una macroforma erosiva producida por grandes deslizarnientos. 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