Geomecánica de las laderas de Manizales

 

Manizales: Latitud 5º 4' N; Longitud 75º 31' W; Altitud 2150 msnm; Temperatura 18ºC; Fundación 1849.

Por:
Gonzalo Duque Escobar *
&
Eugenio Duque Escobar*



Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales

Manizales, Mayo 30 de 2007


Manizales y Villamaría están ubicadas en una zona de alto riesgo sísmico y geotécnico, específicamente las laderas superiores que resultan inestables y aparecen afectadas con actividades antrópicas intensas. Este es el medio ambiente del trópico andino, donde el clima y la particular circunstancia de los suelos residuales le imponen condiciones a cualquier proyecto de desarrollo urbano, máxime si se trata de expandir el área de la ciudad a estos escenarios que deben mantenerse como zonas de interés ecológica vitales para el drenaje y el paisaje.

Sismos como el del Quindío 1999; lluvias torrenciales y prolongadas como las de marzo, junio y noviembre del año 2003; deslizamientos como el de la Sultana en el 2003 y el de La Carola en 1994; flujos como el de la quebrada Gallinazo afectando la planta de tratamiento de Gallinazo e inundaciones como la de la Quebrada Minitas en el Barrio La Toscana, ambos casos en el segundo quinquenio de los 80, son eventos que han dejado lecciones para la ciudad.

Este documento incorpora textos preparados por Gonzalo y Eugenio Duque para INGESAM Ltda., en el proyecto de Saneamiento Ambiental del Río Chinchiná, contratado por Aguas Manizales en 2006, y que se referencian en la bibliografía.

Manizales es una ciudad de laderas que, a diferencia de Medellín, ocupa el territorio de arriba hacia abajo y empieza a generar presión sobre los bosques andinos y drenajes de la vecindad. La densidad urbana en Manizales es el 55% de la densidad de Medellín; además el crecimiento demográfico permite estimar que la población de la ciudad crecerá cerca de un 15% en los próximos 30 años, lo que permite contemplar la posibilidad de acometer medidas oportunas para hacer viable ese crecimiento urbano moderado en las siguientes décadas, mediante la redensificación del área ya construida, y para restarle presión al medio ecosistémico y facilitar los procesos de estabilización del territorio ocupado.

A pesar de su crecimiento acelerado en los umbrales del siglo XX y a su protagonismo económico y político ocurrido en la década de 1920, el futuro de Manizales se perfilaba como el de una ciudad intermedia de pequeño tamaño, cuya dinámica quedará supeditada al proceso de conurbación del Eje Cafetero. El trazado urbano reticulado, la arquitectura del bahareque y las grandes empresas de arriería fueron los aspectos dominantes del modelado del suelo en las décadas de finales del S XIX y principios del S XX; luego con el café llega a la ciudad el impacto del ferrocarril y los cables aéreos, y al tiempo una apertura cultural que transforma la arquitectura en ecléctica y un nuevo trazo urbano curvilíneo ajustado a las curvas de nivel y contornos del relieve. En 1929 se construye la vía a occidente que cruzará el Río Cauca en el corregimiento de Arauca, para llegar a Anserma. Posiblemente de fecha no muy posterior a ese año sea la vía al Norte, puesto que en 1929 se construyó el Cable Aéreo Manizales - Aranzazu que funciona interrumpidamente por 14 años, lo que significa que esa ruta no debía existir para entonces, y que debe ser de fecha cercana a 1940. Después de la crisis de 1929, el protagonismo del transporte es el medio carretero que se despliega a las veredas y pequeños poblados de la geografía caldense; entonces Manizales aprende la construcción racional de llenos.



Fig. 1- Laderas de Manizales: sur de la ciudad en El Carmen (Izq), y norte de Manizales en la Olivares (Der).

La actual expansión urbana descontrolada de Manizales presionando las laderas a partir de 1970, es consecuencia de la revolución verde, que permitió transformar un país de prósperos campesinos propietarios, en un país urbano de asalariados e informales. Ya a partir de la década de 1970 aparecen los asentamientos que le dan a la estructura urbana que hasta entonces era la de una “cometa” cuya “cola” la conformaba la Avenida Santander, una configuración alargada con múltiples satélites periféricos constituidos en mayor medida por los barrios populares. La vía que sale de Villamaría a Rioclaro, utiliza la antigua banca del FF CC de Caldas construido entre 1924 y 1927. Fue en el año 1926 que esta vía llegó a Villamaría por la margen izquierda del río Chinchiná, y en 1959 que se levantan los rieles. Es evidente la necesidad de controlar mediante la planeación del territorio y la elaboración de planes maestros el uso adecuado del suelo y el agua, en Villamaría, para afianzar el buen comportamiento de las laderas.


GEOLOGÍA


Las unidades geológicas comprometidas en estas laderas, son de dos clases: unidades estratigráficas y cuerpos de rocas ígneas. Según Naranjo y Ríos, en su obra "La geología de Manizales y sus alrededores", estas son las unidades y cuerpos:



Fig. 2 a- Planta de la geología del entorno urbano de Manizales y Villamaría en la zona de estudio, con las Unidades geológicas así: Gabros de Chinchiná y Olivares en rojo fuerte (Kgch y Kgol); Complejo Cretácico Quebradagrande en verde (Kqd); Formación Manizales del Terciario superior en amarillo (Tsmz); Formación Quebradagrande del Terciario superior en rosado (Tscb); Cubierta piroclástica del Cuaternarias en gris (Qcp); Lavas basálticas del domo de Sancancio en rojo claro (Qdsc). En negro, además de la retícula urbana de Manizales y Villamaría, curvas de nivel, contornos y drenaje, los lineamientos estructurales ciertos (__) e inferidos (…). Fuente: Naranjo y Ríos. 1989.



Fig. 2 b- Perfil idealizado de la Geología de Manizales de occidente a oriente. En verde el basamento cretácico intruido por el domo Sancancio (rojo); más arriba, en amarillo la Formación Manizales y en rosado la Formación Casabianca que son del Terciario; y por último, en gris la cobertura de Cenizas Volcánicas más reciente y en blanco flujos de lodo cuaternarios. En azul se anuncia la presencia de una unidad del basamento metamórfico cristalino de la Cordillera Central de edad Paleozoica. Fuente: Naranjo y Ríos. 1989.

Complejo Quebradagrande.

  




Fig. 3 a- Complejo Quebradagrande en la entrada a Sinaí (Izq) y en La Sultana (Cen y Der).

El Complejo Quebradagrande es una unidad Cretácica constituida por dos miembros: uno volcánico y otro metasedimentario. El primero de lavas basálticas y el segundo –ver Fig.3 a- de areniscas líticas, brechas sedimentarias, conglomerados con clastos volcánicos, además cuarzo lechoso, fragmentos de anfibolitas, chert, lutitas, lentes de calizas y grauvacas; todo el paquete con fuerte buzamiento. Desde la óptica de la estabilidad es necesario subrayar la presencia en el segundo miembro, de rocas carbonosas altamente susceptibles a alteración, por meteorización. Es el caso de las inestabilidades en la Quiebra del Billar, la Siria, la Cárcava del Tablazo y el sector de Java, lugares afectados en principio por actividad tectónica.

Formación Manizales.

   



Fig. 3 b- Formación Manizales en la Panamericana (Izq y Cen) y en la banca del FFCC de Villamaría (Der).

Para Naranjo y Ríos esta Formación es del Terciario y su edad de 4 a 8 millones de años, ver Fig. 3 b. Suprayace a Quebradagrande y es a la vez suprayacida por la Formación Casabianca o por la secuencia volcaniclástico de Manizales. Está constituida por un conjunto de rocas sedimentarias vulcanogénicas con clastos del complejo volcánico Ruiz–Tolima. Los afloramientos de la Formación Manizales según Naranjo y Ríos, aparecen entre otros lugares, al occidente de Manizales, donde la unidad presenta un escarpe de falla de más de treinta metros de altura asociado con la Falla de Romeral, la misma que define el límite con rocas de ambiente oceánico.

Para Naranjo, en el escarpe de Chipre, La Formación Manizales se muestra con "conglomerados bloquesoportados, conglomerados lodosos matriz soportados, areniscas con estratificación cruzada de ángulo bajo, areniscas y conglomerados tobáceos. Los niveles conglomeráticos están mal seleccionados, pobremente sorteados y poseen fragmentos de filitas, pizarras, cuarzodioritas, andesitas basálticas, neiss biotíticos, andesitas y cuarzo lechoso". Esta Formación presenta bloques de centímetros hasta los primeros metros, de subangulares a subredondeadas y algo cementados en una matriz limosa de color café oscuro, Según el investigador, la potencia de la formación que exhibe 140 m en Chipre y 80 m en el río Chinchiná, alcanza un promedio de 260 m.

Formación Casabianca.

  


Fig. 3 c- Formación Casabianca: en La Autónoma (Izq), en Villa Carmenza (Der) y en San Rafael (Der).

Esta segunda unidad conglomerática del Terciario Superior, Fig.3 c, al igual que la anterior, con las Cenizas de cobertura constituye el supraterreno de Manizales. Espacialmente, reposa sobre la Formación Manizales o sobre el Complejo Quebradagrande. Es fácil su reconocimiento debido a su color rojizo característico y alto grado de meteorización. Para Naranjo y Ríos el espesor promedio de esta secuencia volcaniclástica en el área de Manizales es de 50 m y su estructura muestra flujos individuales cuyo espesor varía de 0,5 m hasta 15 m. Para Naranjo y Ríos los clastos de los flujos de escombros son fundamentalmente de andesitas, con un 65 - 80% de más de 2 cm de tamaño. La matriz de Casabianca es arcillolimosa y por lo tanto plástica e impermeable. Incluso ha podido formar suelos blancos altamente expansivos y fácilmente identificables (ver Fig.3c Der).

Lavas Basálticas.

A lo largo de la falla Manizales - Termales del Ruiz y de su fracturamiento asociado, afloran domos volcánicos cuaternarios que aparecen alineados. Entre estas construcciones merece mención la del Cerro Sancancio, por su valor estético y paisajístico. Se trata de un vulcanismo fisural con una edad cercana a los dos millones de años y donde la cota de Sancancio alcanza 2222 msnm.
Al examinar la altura de Sancancio sobrepasando los 200 m sobre el nivel de su base e igualando la del escarpe de Chipre, Fig. 6b, debe considerarse la posibilidad de que esa presión hidro-litostática, la misma que se requiere para extruir un cuerpo en estado viscoso o semisólido, es la requerida para el levantamiento del escarpe de Chipre. Las lavas de Sancancio son basálticas.

Piroclastos:

Estos materiales de la cobertura del territorio comprenden dos unidades cuaternarias de piroclastos: la más antigua, es una capa de tobas volcánicas afectadas por la última glaciación, que debido a procesos diagenéticos ha modificado sus rasgos estructurales y texturales. La segunda, son tefras donde alternan lapilli, arena volcánica y ceniza; permeables y que facilitan la infiltración, y que en su base encuentran a diferentes profundidades y como contraste de permeabilidad, la matriz arcillolimosa de Casabianca en el área de Manizales. La presencia de las tefras le da al relieve de las laderas no intervenidas y estables, una textura aterciopelada, ondulada y suave, la misma que se constituye en poderosa herramienta para la interpretación y diagnóstico de las zonas inestables, y por lo tanto para identificar procesos erosivos, movimientos en masa y actividad neotectónica. La pérdida de esa particular textura, sumada a la presencia de cicatrices de deslizamientos y cárcavas y surcos de erosión, permitirá establecer una variable denominada rugosidad en este estudio.





Fig. 3 d- Capas de cenizas volcánicas en sectores de la ciudad: en Sinai (Izq), en La Enea (Cen) y en Colseguros (Der).

Al observar las tefras en la imagen del centro de la Fig 3 d, el lapilli y la arena que se observan son capas no plásticas que no presentan capilaridad; esto afecta no solamente la estabilidad del suelo sino también la calidad del suelo como recurso agrícola. El lapilli remoldeado pierde la sinterización intergranular y la capa pierde toda su integridad.

Gabros de Chinchiná.

Los gabros de Chinchiná, rocas básicas plutónicas que afloran en la ladera del canal de la Planta Municipal aguas abajo de La Uribe, aflorando como plutón asociado a Quebradagrande en El Tablazo, El Rosario, La Floresta y Tejares.
Otros gabros afloran en el lecho de la quebrada Olivares y en las paredes de los macizos, aguas abajo del viejo puente colgante.


TECTÓNICA


Es evidente el levantamiento compresivo que muestra la ciudad en el costado occidental y que se anuncia con el escarpe de Chipre. Los flujos de lodo que afloran en los taludes de San Jorge, La Autónoma, Olivares, La Avanzada, Chipre, La Francia, Santa Sofía, Villa Kempis, Estambul, Marmato y La Panamericana, anuncian el levantamiento del Centro de la ciudad y no el hundimiento de la Francia, en el Cuaternario. De ahí la presencia de los conglomerados, en los taludes y en sus coronas, de estos lugares. Es como si Manizales en el pasado reciente hubiera estado a nivel de Morrogacho y Villamaría, sin haber entrado el Cuaternario.




Fig. 4 - Las salientes de las laderas marcan un contraste de estabilidad. Sector de Olivares (Izq) y sector de La Uribe (Der).

Las zonas vecinas al fallamiento compresivo ofrecen problemas de inestabilidad, a causa de su intenso fracturamiento: esto en vecindades de los escarpes tectónicos como es el caso de la Uribe, Tejares y La Linda, resulta importante para valorar como deficiente la estabilidad de las laderas, y para entender la problemática a lo largo de las microcuencas de las quebradas El Mico y Marmato, que son la expresión de la falla Manizales-Aranzazu.

Para el sector occidental de la ciudad, hacia el Rosario, habrá que considerar como potenciales corredores de inestabilidad los lineamientos del Sistema de Fallas Romeral, a la luz de los trabajos de Naranjo & Ríos y de Hermelín & Velásquez.

Para el perímetro del área urbana de Manizales, los rasgos estructurales a utilizar serán fundamentalmente los identificados en la cartografía suministrada por Aguas de Manizales. De éstos, y como se ha señalado en el trabajo de los túneles de INGESAM señalado en la bibliografía, las fallas con actividad reciente, según estudios de neotectónica local y mediciones de radón, parecen ser Villamaría-Termales del Ruiz, Manizales-Aranzazu, Palogrande y San Esteban.

Debe recordarse el trabajo efectuado por investigadores del Departamento de Geociencias de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, quienes hallaron dos estados de esfuerzo regionales con actividad neotectónica: El asociado con estructuras norte - sur del Sistema de Fallas de Romeral (SFR) y el relacionado con el sistema de fallas transversales al SFR, representado en esta región por el Sistema de Fallas Villamaría-Termales.



Fig. 5- Lineamientos y fallas en Manizales (naranja).

Según lo anterior, las silletas de falla, escarpes de falla, y trazos de falla, que en este mismo orden de intensidad generan conflictos de estabilidad en sectores como La Uribe y La Linda para el primer caso ; el de Tejares, La Linda y La Francia para el segundo caso; y los de las quebradas Del Batallón, La Camelia, La Textil, La Marmato, La Uribe, la Del Mico, la de Castilla y Villajulia, además de la que controla la quebrada Olivares y el Río Chinchiná, para el tercero.

Hacia el sector del occidente, en Morrogacho, el Tablazo, El Rosario y La Linda, entran en juego los trazos de las fallas del Sistema de Fallas Romeral (SFR) que discurren de norte a sur, al occidente de la ciudad, entre Chipre y la Troncal de Occidente. Son ellos los que delimitan las unidades mayores que representan los dos miembros del Complejo Quebradagrande, el Metasedimentario y el Volcánico. El primero de estos trazos es el que explica el levantamiento del Alto Tablazo respecto al Bajo Tablazo y que pasa cercano al sector de ISA; el segundo, la falla que va por Aguabonita, entre Java y El Alto del Caballo; el tercero y el cuarto, los contactos que delimitan el cuerpo lábil de naturaleza ígnea básica, extruido en medio de metasedimentitas entre la Siria y La Violeta, e interpretado por Naranjo y Ríos como un graben, y cuyo trazo luego avanza hacia las quiebras del Billar y de Vélez apareciendo en ambos lugares como silleta de falla; finalmente la Falla Chinchiná cuyo trazo cruza por el puente de Cenicafé para avanzar hacia El Rosario.


MORFOLOGÍA Y GEOTECNIA


Las Formaciones Manizales y Casabianca asimilables a un Conjunto Conglomerático, y en especial la primera de ellas, le imprimen al paisaje de Manizales ciertas características.

El Conjunto Conglomerático se extiende como un depósito de gran potencia sobre una gran depresión con características de escalamiento tectónico, a modo de valle localizado donde el drenaje principal modifica su régimen torrencial en fluvial. De ahí que el conjunto sea un abanico aluvial, de características similares a los de Pereira y Armenia. El territorio urbano está tectonizado y levantado hacia el occidente.



Fig. 6 a- Modelo de estructural en la cuenca Norte o de la Olivares. Fuente: Eugenio Duque y Gonzalo Duque.



Fig. 6 b- Modelo estructural en la cuenca Sur o del Chinchiná. Fuente: Eugenio Duque y Gonzalo Duque.

Yendo de oriente a occidente, gradualmente va cambiando cada vez más, hacia formas verticalizadas en medio de un drenaje que se estrecha en medio de laderas en V con salientes visibles y cauces más entallados a medida que se incrementa el potencial gravitacional. Mientras descienden los cauces de la quebrada Olivares y el río Chinchiná el territorio urbano de Manizales no lo hace, y los de Chipre y Villa Kempis se levantan aún más.

Las cuestas elementales de Manizales pueden quedar ubicadas en laderas de cualquiera de las unidades geológicas señaladas:

Las localizadas en la Formación Manizales más verticales a causa de la mayor competencia de la roca, rara vez presentan caída de bloques y en caso de lluvia intensa, deslizamiento traslacional o de tipo planar.

Las asociadas a la Formación Casabianca, que están sobre la saliente del terreno (Fig. 4),  los presentan con mayor frecuencia y del tipo rotacional, en especial cuando aparecen los suelos blancos o cuando se saturan las vaguadas más cóncavas en las dos direcciones, arriba de la saliente.

Las inestabilidades en el Complejo Quebradagrande surgen por el deterioro de las laderas a partir de afloramientos de naturaleza carbonosa o grafitosa ubicados en su base o en los niveles inferiores del basamento, cuando estos se saturan o cuando aparecen saturados y expuestos; además aparecen en las zonas de mayor fracturamiento tectónico de esa unidad litológica, identificable por su color negro, aspecto pizarroso y presencia de azufre.

Las Cenizas Volcánicas -tefras y tobas de la cobertura-, ofrecen estabilidad a las laderas, salvo cuando su basamento falla o cuando se les expone a factores de erosión por sobrepastoreo, caminos de arriería y entrega deficiente de aguas desde las vías o concentración de escorrentías. Estos fragmentos piroclásticos eruptivos que suavizan la topografía al depositarse en capas que siguen las irregularidades y ondulaciones del terreno, y le dan un especial aspecto aterciopelado cuando las laderas son pasturas, con las eventuales irregularidades, escarpes o rizos que muestren, sirven en el diagnóstico de las áreas erosionadas y las zonas inestables.

Para las conducciones viales, las capas de cenizas en laderas de fuerte pendiente son más delgadas y susceptibles a deslizamientos por lluvias, cuando ha avanzado el invierno.

La Formación Manizales, presenta zonas con distinta capacidad mecánica por variaciones de consolidación, alteración, naturaleza y fábrica textural de sus clastos. La cementación de la matriz, aunque más incipiente, suele añadirle propiedades casi impermeables al material. Esto unido al tectonismo local, explica las variaciones de estabilidad entre laderas y taludes, como también la presencia de zonas más degradables que otras a escala urbana, desde donde suelen caer bloques.

El ambiente torrencial y eventualmente catastrófico de los eventos, explica el buen empaquetamiento y alta densidad de bloques de esta Formación con propensión a conformar un macizo clastosoportado, salvo cuando abundan los finos. Para el anclaje de estructuras de contención este macizo resulta competente.

De otro lado, la Formación Casabianca, en profundidad presenta bloques aislados y alterados, y por lo tanto es una unidad matrosoportada en un suelo duro y que hacia la superficie se va modificando, hasta alcanzar las características de suelo blando y cohesivo que admite taludes casi verticales de mediana altura o de mayor desarrollo cuando el suelo es más profundo. Como evidencia, en la banca del ferrocarril aquellos, con 80 años de excavados, llegan hasta los 20 m e incluso a los 30 m de altura de forma muy ocasional.

Para las construcciones y vías las laderas asociadas a ciertos suelos expansivos de esta unidad, son inestables. Estos conducen a situaciones como las que aparecen en la Avenida Kevin Ángel entre Aguas de Manizales y San Rafael.

Los parámetros geotécnicos suministrados por la prestigiosa empresa Aquaterra Ingenieros Consultores SA, correspondientes a muestras de la Formación Casabianca obtenidas en el estudio del Teatro Fundadores, y para el Complejo Quebradagrande, del estudio de la ladera sur de La Sultana, y que son de dos lugares diferentes de la ciudad, se presentan en la Tabla siguiente.

Complejo Quebradagrande. Observaciones en La Sultana según Aquaterra.
Ensayo
Promedio
Mínimo
Máximo
Humedad natural -%
34,13
10,70
176,6
Límite Líquido -%
39,68
17,6
178,1
Límite Plástico -%
27,02
13,9
67,8
Índice Plástico -%
12,65
3,1
110,3
Compresión Inconfinada -t/m2
9,94
5,54
18,28
Peso Unitario Húmedo -t/m3
1,738
1,06
2,15
Cohesión t/m2
2,98
0,30
4,90
Ángulo de Fricción -grados
31,92
28,16
35,67
Fuente: Estudio Geológico, Geotécnico e Hidráulico de la Ladera Sur del Barrio La Sultana, Manizales. Aquaterra Ingenieros Consultores SA. Manizales 2004.
Formación Casabianca. Observaciones en Fundadores según Aquaterra.
Ensayo
Promedio
Mínimo
Máximo
Humedad natural -%
88,3
51,9
128,9
Límite Líquido -%
86,0
65,2
135,4
Límite Plástico -%
40,9
37,2
45,0
Índice Plástico -%
45,0
19,0
90,4
Índice de Liquidez -%
0,9
0,8
0,9
Peso Unitario Húmedo -t/m3
1,715
1,609
1,821
Peso Unitario Seco -t/m3
1,036
0,874
1,198
Compresión Inconfinada -t/m2
21,22
13,86
28,57
Penetración Estándar -Golpes /pie
17,0
15,0
19,0

Fuente: Estudio de Suelos para la Rehabilitación Estructural del Teatro Fundadores. Aquaterra Ingenieros Consultores SA. Manizales 2003.

Tablas 1 a y 1 b. Características Geotécnicas en muestras del Complejo Quebradagrande obtenidas en la Sultana y de Casabianca en Fundadores, por Aquaterra Ingenieros Consultores S.A.

Los parámetros geotécnicos de los Suelos Residuales de Depósitos Conglomeráticos, en el sector de la Comuna 2 de Manizales hoy denominada Olivares -que son suelos de las Formaciones Casabianca y Manizales-, y también los parámetros de las cenizas volcánicas consolidadas y no consolidadas -que en su orden son las tobas y tefras de la cobertura-, se presentan en la Tabla siguiente, y han sido tomados todos ellos de un artículo de Corpocaldas presentado el 2004 en la Revista de los 48 años de la SCIA en Manizales, firmado por la Dirección de la entidad ambiental.

Parámetros geotécnicos para el rango de valores

Cenizas Volcánicas Unidad No Consolidada

Cenizas Volcánicas Unidad Consolidada

Suelos residuales de depósitos conglomeráticos

Peso Unitario Húmedo (t/m3)

1,5-1,7

1,33

1,5-1,9

Humedad Natural (%)

25-65

>80

30-80

Pasa 200 (%)

25-50

>70

5->90

Límite líquido (%)

30-70

>100

NP->80

Límite plástico (%)

20-50

>60

NP->50

Índice plástico (%)

5-30

>40

NP->40

SUCS

SM

MH

MH-ML-SM-SP

Cohesión (t/m2)

1-3

>4

1->4

Ángulo de fricción interna(º)

30-36

25-30

20-35

Permeabilidad
(cm/día)

15-85

2-14

>20

Tabla 1 c. Tomada de Francisco José Cruz Prada. Relaciones Lluvias Deslizamientos en la Ciudad de Manizales- Revista SCIA 48 años. Manizales 2004.

El Complejo Quebradagrande es el basamento de Manizales y está compuesto por dos miembros: el miembro metasedimentario y el de origen volcánico.

El miembro metasedimentario presenta propiedades geomorfológicas y geotécnicas de un doble carácter, las afines a las sedimentitas y las propias de las metamorfitas de bajo grado. Por la vía sedimentaria, los estratos de este primer miembro presentan fuerte inclinación, plegamiento y fracturamiento. Los contactos estratigráficos de limolitas, arcillolitas y lutitas, son difícilmente identificables. Esta unidad metasedimentaria presenta capas plásticas como las tres anteriores, que son las predominantes, y otras rígidas como los chert y algunas lutitas de composición silícea. Además, entre estas capas aparecen otras rápidamente alterables de composición carbonosa, y unas más de características frágiles: las de cuarzo lechoso asociado a magmatismo residual. La permeabilidad de la unidad sedimentaria varía localmente y está condicionada por la porosidad secundaria.

El otro componente del Complejo Quebradagrande, el miembro de origen volcánico, está constituido por lavas básicas de ambiente oceánico. Estas lavas afloran en el cauce de la Quebrada Olivares y en la vía a Neira, y sus propiedades son las mejores cuando el macizo está sano como en el primer caso; pero en zonas con tectonismo se afecta notablemente tal como se observa en la cantera de la salida a Neira, ubicada pocos km abajo del viejo Puente Olivares.

Finalmente, para una mejor caracterización geotécnica, de conformidad con los resultados del trabajo de túneles que se efectuó en el marco del trabajo de INGESAM para Aguas Manizales, en 2006, los macizos ya clasificados presentan las siguientes características generales:

Clasificación de de los macizos rocosos de tres de las unidades geológicas de de Manizales

RQD estimado
Q de Barton
Valoración de Bieniawski - Categoría
Denominación
F. Manizales
60%
0,825
(60) – III (frontera con II)
De regular a buena
F. Casabianca
6%
0,002
(10) – V
Muy mala
C. Quebradagrande
30%
0,011
(22)– IV (de rango inferior)
Mala cercana a muy mala

Tabla 2. Resultados obtenidos para clasificar las rocas de los macizos estudiados: Índice de calidad de roca RQD, Índice de Calidad de Túneles Q del NGI y clasificación del CSIR según Bieniawski. G. Duque y E. Duque, 2006.

Los parámetros que influyen en la inestabilidad del suelo se relacionan con el agua, el material, la geometría del terreno, y las situaciones del ambiente (fuerzas, procesos, etc). Los parámetros son:

- Tipo de material: roca, capa alterada y cobertura.

- Pendiente: gradiente, forma y longitud.

- Condiciones hidrológicas: infiltración, permeabilidad, NAF, cantidad de agua.

- Procesos morfológicos: erosión fluvial e hídrica, movimientos masales.

- Parámetros externos: distribución de la pluviosidad, es decir, relación (intensidad/período), sismicidad, vulcanismo.

Pero también es verdad que las laderas (cuestas naturales) han sido transformadas en taludes por los modelados de la actividad antrópica y que con la expansión de la frontera agrícola, por prácticas deficientes en el uso y manejo del suelo, se han producido el descontrol hídrico y pluviométrico, la erosión y la deserfiticación de los suelos andinos.

El movimiento de masas ocurre cuando el esfuerzo cortante supera la resistencia al corte del suelo, lo que se da cuando ocurre al menos una de estas situaciones:

a) Al incrementarse el esfuerzo cortante (sismos). Aquí se incrementan las fuerzas actuantes.

b) Al caer la resistencia al corte del suelo (saturación). Esto reduce las fuerzas resistentes del suelo.

Para evaluar acertadamente un evento de movimiento de suelos, deben responderse las preguntas básicas.

¿Qué pasó?... Mecanismo

¿Qué lo causó?... Causa

¿Continuará?... Estabilidad actual

¿Qué hacer?... Prevención y corrección

¿Ocurrirá en otro lado?... Predicción espacial

¿Cuándo ocurrirá?... Predicción temporal

¿Es evitable?... Causa

Para lograr una evaluación exitosa, que conduzca a resultados concretos y útiles.

1º Secuencia de eventos: testigos, instrumentos, mecanismos, volumen, energía, causas, signos.

2º Condiciones ambientales: averiguar las causas y hacer estimativos espacio-temporales sobre la ocurrencia y extensión de los eventos. Utilizar datos meteorológicos, sismológicos y registrar si se dieron cambios previos en áreas aledañas como construcciones, riegos, explosiones, deforestación, roturas de líneas con líquidos, sobre cargas, interrupción de drenajes o cultivos.

3º Inspección detallada de morfología y estado de áreas aledañas y del deslizamiento: grietas, flujos de agua, obras, edificaciones, cultivos.

4º Análisis adicional.

5º Plan de manejo y control e instrumentación, , según obras decididas.

6º Evaluación de las consecuencias y Abandono del sitio.

Si bien la causa real de un movimiento de masas es casi un problema que se resuelve a posteriori, los factores contribuyentes pueden ser más visibles que la causa real o que el detonante del problema.

- Causas intrínsecas: suelen ser naturales y se relacionan con el agua subterránea, material, tectónica, topografía abrupta, etc.

- Causas detonantes: pueden ser naturales como la lluvia, el sismo, la erosión, o artificiales como cortes, deforestación, etc.

- Causas contribuyentes: similares a las causas detonantes pero que simplemente anticipan el evento.

- Las medidas: pueden ser preventivas o correctivas, según prevengan la ocurrencia del evento o corrijan los efectos por él ocasionados

Los detonantes:

Como detonantes de los deslizamientos se asumirán dos fenómenos: Las lluvias y los sismos.

Los sismos actuarán con mayor acierto afectando por amplificación los depósitos de cenizas volcánicas de potencia significativa -mayores de 10 m-, mientras las lluvias lo harán sobre las capas de ese suelo donde el espesor es escaso -menores de 10 m-.

Pero para la ocurrencia de los deslizamientos de las capas de ceniza la pendiente será un factor decisivo, y también una condicionante. En caso de sismos, la topografía interviene incrementando la frecuencia o el período de las excitaciones.

Para el caso de lluvias, en las laderas empinadas, cóncavas y extensas, sin vegetación arbórea densa, la saturación favorecida por la geometría de la ladera después de intensas lluvias y la falta de sistemas radicales profundos que interfieran la superficie de falla ubicada en el inferior del depósito permeable saturado, favorecen la ocurrencia de los deslizamientos.

Sismos

En cuanto a la amenaza sísmica, el Eje Cafetero posee dos fuentes de singular importancia, las fallas y la zona de subducción.

El Sistema de Fallas Romeral y otras Fallas, como la Palestina y el sistema Cauca-Patía, generan sismos superficiales como los del Huila 1997, Popayán 1983 y Quindío 1999. Romeral es la fuente cercana y de más relevancia, con eventos de magnitud 6 e intensidades VII a VIII.

La Zona de Subducción y el Plano de Benioff generan sismos profundos como los del Eje Cafetero en los años 1962, 1979 y 1995. El alcance es del orden regional y los sismos son de magnitud 7 e intensidad VI a VII.

La base histórica de la amenaza sísmica muestra que el 65 % de los eventos son de Romeral, el 28% de Benioff y la Zona de Subducción, y el 7% de otras fallas como la de Palestina, asociada al Complejo Volcánico del Ruiz.

En virtud de la historia sísmica registrada en el país, en el Código Colombiano de Construcciones Sismorresistentes CCCS, Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998, se ha considerado la región en alto riesgo y se le ha asignado una aceleración de 0,25g para efectos de diseño,cuyo espectro es el de la Zona C en la Fig. 7 c.

Respecto a la amplificación, se tiene esta comparación a 112 km del foco y en tres lugares de Manizales, establecida a partir de registros de aceleración máxima para la componente EW durante el Sismo de Risaralda de 1995:

· En dos suelos de topografía semiplana los valores fueron 206 y 117 cm/seg2.

· En una roca de la planta de Gallinazo, 17 cm/seg2.

Esto es, la fuerza medida se redujo varias veces como consecuencia de la calidad del piso.

Otro ejemplo; en el sismo del Quindío 1999, la aceleración medida en Armenia a 20 km y en dos lugares diferentes:

· En suelos blandos y en topografía plana de Armenia, la aceleración ha alcanzado 0,59g.

· En el conglomerado de una bocatoma de Armenia, la aceleración registrada fue 0,09g.

Esto es, respecto a un depósito blando de 30 m de espesor, en el suelo rocoso las fuerzas sísmicas fueron seis veces menores, componente por componente. Entonces, en caso de sismos, las capas potentes de suelo a diferencia de lo que ocurre sobre una roca, presentan problemas de amplificación severa. Las aceleraciones que se han observado en los sismos de Manizales no son tan elevadas como las que se obtendrías en caso de un sismo con las características del sismo del Quindío, y los lugares más afectados serían los construidos con normas deficientes y sobre suelos saturados y de gran potencia, lo que tiene a su vez relación con las normas vigentes en época de cada construcción, y los mapas de la Fig. 7 a (Der) y 7b.



Fig. 7 a- Magnitud de la fuerza sísmica por amplificación del suelo en caso de terremoto, y Espesores de suelos en la ciudad. CIMOC.

Los datos para ambos ejemplos, al igual que estas imágenes y otros conceptos dados en este documento, se han obtenido del estudio Microzonificación Sísmica de la Ciudad de Manizales, CIMOC -Alcaldía de Manizales. 2002.

El sismo de trabajo depende del período de retorno, y éste a su turno se relaciona con la vida útil de las obras, la cual depende también de su naturaleza, función social y nivel de desarrollo económico de la comunidad.

Se recuerda que los investigadores del anterior estudio del CIMOC han sugerido diseñar las obras regulares de la Ciudad para una vida útil de 50 años, y recomendado un período de retorno de 475 años para la amenaza sísmica, y que entre ellos participaron expertos como O. D. Cardona, J. E. Hurtado, S. D. Prieto, W. L. Estrada y J. D. Arango, todos conocedores del medio ecosistémico y del contexto de Manizales.

Ahora bien: el asunto trae implicaciones donde la amplificación es severa, para prevenir el diseño de estructuras vulnerables o limitar su uso, y en consecuencia esto sobre suelos blandos y en lo alto de las laderas a causa del efecto topográfico.

Con el evento de trabajo que se asume, el de 475 años, la aceleración máxima esperada en un punto del basamento de la ciudad, varía de acuerdo a la fuente que lo produce y su distancia a ella; pero esa fuerza se amplificará, reduciéndose la frecuencia e incrementándose la amplitud de la excitación, según la topografía, geometría y rigidez del suelo depositado o formado sobre el basamento del lugar considerado, quien le transmite las oscilaciones profundas.

El estudio del CIMOC estimó además de la fuerza máxima, la duración de la fase intensa de la excitación en el basamento, así:

· Fuente Romeral, para una distancia de 20km y una magnitud de 6,2: la aceleración máxima 0,18g y duración de la fase intensa 15 seg.

· Fuentes regionales, más lejanas y profundas y con sismos magnitud 7,0: aceleración máxima 0,15g y duración de la fase intensa 45 seg.

Ahora, el espectro de la roca base es uno y el de los suelos otro, lo que supone ajustar los diseños a las variaciones locales de la amenaza, usando los criterios de la zonificación del CIMOC, previniendo la resonancia entre estructura y suelo, y atendiendo la topografía del lugar.

La velocidad de la onda en el basamento, Vs, se asume de 1500 m/seg, valor que interesa para el módulo de cortante Gs=ρVs2 donde ρ es la densidad del medio rocoso.

Multiplicada ésta por la gravedad, se obtiene el peso unitario PU. Los PU en t/m3, para el CIMOC, varían así:

· En cenizas 1,3 a 1,9.

· En la F. Casabianca de 1,5 a 1,9.

· En la F. Manizales de 1,8 a 2,2.

Entonces, con el máximo módulo de cortante, el Gs máx obtenido midiendo las velocidades de la onda de corte Vs, los valores medios de los períodos fundamentales de los suelos según las diferentes fuentes sísmicas están entre 0,47 y 0,56 seg.

Para suelos arcillosos, la degradación del módulo de cortante Gs va de la mano con el Índice de Liquidez (relación agua-plasticidad) cuya variación en profundidad se da conforme cambia el origen del depósito; aquí los períodos fundamentales obtenidos para el conjunto de fuentes sísmicas, variaron entre 0,47 y 0,6 seg.

También se consideró por CIMOC el espesor del depósito de suelo blando considerando espesores de 5, 10, 20 y 30 m; para estos, los períodos fundamentales promedios, en segundos, con eventos de las fuentes sísmicas, varían así en cada caso para el orden de los espesores dados: 0,11, 0,26, 0,51 y 0,76seg.



Fig. 7 b- Zonificación de Manizales según CIMOC. Verde para cenizas; Amarillo para llenos. Mostaza para Casabianca; Marrón para la F. Manizales; Rojo para el C Quebradagrande; y Negro para los aluviones cuaternarios del Chinchiná y el drenaje mayor de la Olivares. Con números algunos sitios de interés. Fuente: Microzonificación de Manizales. CIMOC. 2002 (Adaptado)

La microzonificación de la ciudad concluye identificando 6 zonas, quedando:

Las Cenizas volcánicas como la Zona I.

Los Rellenos como la Zona II.

La F. Manizales como la Zona III.

La F. Casabianca como la Zona IV.

El C Quebradagrande como la Zona V.

Depósitos competentes aislados Zona VI.
Luego por razones prácticas éstas se simplifican y únicamente se definen 3 Zonas, así:

Zona A para Cenizas que eran la Zona I

Zona B para llenos que eran la Zona II

Zona C, para las Zonas III, IV, V, y VI



Fig. 7 c - Espectros de diseño para Manizales, según CIMOC. Los tres espectros son: el superior para la Zona A, el intermedio para la Zona B y el inferior para la Zona C.

Finalmente, para pasar de las superficies planas y horizontales a las laderas, el factor de amplificación por efectos geométricos y topográficos (F Top), que procede en las zonas cercanas a los taludes ubicadas a menos de 2 veces el espesor H del depósito de suelo blando, o a menos de 60m de su borde; está dado por las siguientes expresiones:

Para F Top = 1,5 T*
Y
Para T> T* se aplica F Top = 1+0,5 (T*/T) 1,5

Siendo T* = 4H/Vs

Donde se ha considerado, H en metros; Vs = 250 m/seg; y T en segundos.

En general, según las consideraciones aquí presentadas que son del CIMOC, el período de la onda sísmica en lo alto laderas y cerca de sus coronas, sufre una amplificación adicional del 50%.

Lluvias

Según Andrés Eduardo Rubio y Juan Pablo Trujillo, al evaluar la relación lluvia -deslizamiento en el área de Manizales, aparecen dos trabajos de interés: uno, el de Juan David Arango Gartner, titulado "Relaciones Lluvias – Deslizamientos y Zonificación Geotécnica en la comuna dos de la ciudad de Manizales", y otro el de Mark T. Terlien titulado Modeling spatial and temporal variations in rainfall triggered landslides".

Los valores de precipitación asociada a deslizamientos en Manizales, según Arango (2000), se da para un periodo de lluvias acumulado de 30 días, con una precipitación igual o mayor a 175.4 mm. Y según Terlien (1996) el valor de la precipitación que se relaciona directamente con la generación de deslizamientos es de 200 mm para un periodo acumulado de 25 días.

Rubio y Trujillo estudiaron la serie histórica de precipitaciones desde el año 1956 hasta el 2003 con el fin de determinar el número eventos de esta magnitud con capacidad de afectación. De acuerdo a lo sugerido por Arango, de un total de 17503 periodos acumulados de 30 días, se encontraron 6180 intervalos de recurrencia que exceden 175.4 mm. Luego, el periodo de retorno de precipitaciones acumuladas de 30 días que son superiores a 175.4 mm en la ciudad de Manizales, es aproximadamente de 2.83 días, y los 6180 periodos acumulados de 30 días que han superado el valor de 175.4 mm representan el 35.31% de los casos. Para la tesis de Terlien, encontraron 2977 intervalos de recurrencia entre los 17508 periodos acumulados de 25 días, cuya excedencia de precipitación supera 200 mm; estos intervalos representan el 17.00% de los períodos acumulados. Entonces el periodo de retorno de precipitaciones acumuladas de 25 días superiores a 200 mm en la ciudad de Manizales, es aproximadamente 5.88 días.




Fig. 8- Isoyetas en mm mensuales, para Octubre (Izq) y Julio (Der), en la cuenca del río Chinchiná. Los valores: azul claro 270 mm; verde oscuro 250 mm habano 170mm amarillo 150 mm, rosado 90 mm y rojo 70 mm. Fundación Profesional para el Manejo Integral del Agua, Proagua (2005).

Las isoyetas mensuales de la cuenca media del río Chinchiná, como las de figura anterior, muestran que la precipitación media en el sector de Chipre es superior a la de Sancancio. Para los meses más lluviosos, el promedio alcanza valores entre 270 y 210 mm; para los meses más secos, el promedio varía desde 140 mm hasta 80 mm. Se recuerda que en caso de “El Niño”, las temporadas de invierno y verano resultan más secas y en caso de “La Niña”, ambas resultan más húmedas.


Enero
Abril
Julio
Octubre
Chipre
140 mm
230 mm
100 mm
270 mm
Sancancio
100 mm
210 mm
80 mm
220 mm

Tabla. 3 Precipitación en los meses más húmedos y más secos, en dos lugares de Manizales. Fuente Proagua.

Lo anterior se ha transformado en una herramienta que se aplica en la ciudad, gracias al establecimiento de una red de monitoreo de lluvias. Después de Octubre y de Abril que son los meses más lluviosos del año, cuando las lluvias acumuladas de los últimos 30 días alcanzan los niveles críticos de 200 y 300 mm, las autoridades decretan la alerta amarilla y roja en la ciudad. Los deslizamientos suelen darse en Noviembre y Mayo, en especial durante los años de “La Niña”, ya que es la temperatura media del Océano Pacífico la que condiciona el clima en la región. La susceptibilidad de un sector a los deslizamientos y flujos se determinará a partir de la zonificación de la amenaza en términos de su susceptibilidad, para luego examinar la vulnerabilidad del sistema urbano en su conjunto. Esta evaluación facilita comparar alternativas de ocupación, diseñar obras de protección, adecuar diseños y establecer planes para manejo y mitigación de riesgos.

Debe advertirse que si bien resulta factible determinar la extensión espacial de la amenaza por deslizamientos, no resulta fácil evaluar la probabilidad de ocurrencia de un evento con determinadas características y en un determinado período de tiempo.

De ahí que la amenaza de deslizamiento frecuentemente se presente como la susceptibilidad a deslizamientos (Brabb, 1985).

En este caso, para un estudio de la amenaza, de manera similar a como se maneja el concepto de áreas inundables, la susceptibilidad a deslizamientos sólo identifica las áreas potencialmente afectables, sin aludir a un período de tiempo durante el cual podría ocurrir un evento con una magnitud dada.

Pero los deslizamientos también pueden tener como evento detonante los sismos. Mientras las capas delgadas de cenizas sobre el basamento impermeable resultan más afectadas por las lluvias intensas que las capas de mayor potencia; ocurre lo contrario con los sismos, a causa de la amplificación.

También se puede considerar el efecto de la lluvia y los sismos, simultáneamente, sobre la estabilidad de las cenizas: las pumitas pueden almacenar agua en su estructura intergranular e intragranular. Las capas de tefra de la región cuentan horizontes importantes de lapilli con baja sinterización causada por el calor de deposición. Cuando el material se satura y sobreviene el sismo, en zonas inclinadas, la resistencia al cortante puede ser superada a nivel de la superficie de falla. La masa colapsa y se destruye su fábrica textural originándose un flujo donde la proporción de agua y sólidos varía entre el 40% y 60%, dependiendo de la pendiente del canal.

Según Fernando Sánchez en comunicación verbal (Sep. 2006), al examinar la estabilidad de los depósitos de las cenizas volcánicas sobre la Formación Casabianca, utilizando métodos determinísticos y probabilísticos, se encuentra una baja estabilidad de los llenos no confinados, especialmente en las zonas de alta pendiente donde aparecen cicatrices de deslizamiento. El investigador subraya cómo en los años 94, 95 y 96 se desencadenó fuertes precipitaciones donde la situación involucra el comportamiento de la Formación Casabianca. Considera también, al examinar los hundimientos en la microcuenca de la quebrada San Luís, el control estructural causado por el sistema de fallas locales (Ver Fig. 5) y la vulnerabilidad de la cubierta piroclástica a los procesos denudativos, es decir a la erosión y a los movimientos en masa. Menciona la socavación de los piroclastos en los bordes de la quebrada y los movimientos rotacionales sobre esa cubierta y sobre la Formación Casabianca; además observa la presencia de fallas planares en depósitos piroclásticos, Casabianca, y la Formación Manizales.

Ahora, durante las lluvias torrenciales de marzo de 2003, los eventos dominantes fueron deslizamientos superficiales planares en laderas de fuerte pendiente, casi siempre desprovistas de vegetación arbórea e incluso arbustiva. Esto ocurrió en las laderas del sector occidental desde El Carmen, continuando por Chipre y llegando hasta Villapilar por el costado norte.

Proagua en su estudio para Corpocaldas, titulado "Caracterización climatológica, hidrológica e hidráulica de la cuenca del río Chinchiná describe la cuenca media de este cauce, la que coincide con la zona de interés para este estudio.

Al respecto dice "Zona media de la cuenca: Esta zona de estudio inicia consecutivamente donde termina la zona alta en la bocatoma de Sancancio y termina en la bocatoma Montevideo (CHEC), tiene un área de 299.87 km2. En esta parte de la cuenca se encuentran las microcuencas de las quebradas San Juan, San Miguel, El Arroyo, La Floresta, El Molino y la cuenca de su principal tributario el río Claro…”; y añade que existen unas cuencas de quebradas que considera “descoles de aguas residuales de los municipio de Manizales y Villamaría y pequeños afluentes directos los cuales tienen un área de drenaje de 18.87 km2” ; además dice que “ la longitud del cauce del río Chinchiná en la zona media de la cuenca es aproximadamente 25.33 km”. INGESAM y Proagua observan que el cauce del Chinchiná en su cuenca media y en los meses secos, resulta particular afectado porque su caudal es captado por las bocatomas de las plantas intermedias y de Montevideo. Esta zona tiene una estación hidrométrica al cierre de la misma 500 m aguas arriba de la bocatoma".

Al calcular caudales máximos y mínimos, Proagua observa que la tendencia en los caudales mínimos contra el período de retorno es decreciente, contraria de lo que sucede para los caudales máximos.

Aplica el método de Gumbel para estimar los caudales máximos y mínimos en las estaciones hidrométricas Chupaderos, Sancancio, Montevideo y El Retiro, todas sobre el río Chinchiná, que cuentan con un periodo de registro histórico. Los resultados hallados para periodos de retorno de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 50 y 100 años, en las tres `primeras, son:

Periodo de retorno en años
Estación
5
10
15
20
25
30
50
100
Chupaderos
29.557
34.382
37.103
39.009
40.477
41.671
44.999
49.487
Sancancio
40.429
52.755
59.708
64.577
68.328
71.378
79.880
91.348
Montevideo
157.942
210.748
240.540
261.400
277.468
290.539
326.964
376.096

Tabla 4 a. Caudales máximos en (m3/s) para las 3 estaciones hidrométricas del río Chinchiná en la zona de estudio.

Estación
Periodo de retorno en años
2
5
10
13
15
17
20
21
Chupaderos
1.210
0.067
---
---
---
---
---
---
Sancancio
2.740
1.338
0.410
0.070
---
---
---
---
Montevideo
7.854
4.516
2.307
1.497
1.060
0.187
0.187
0.040

Tabla 4 b. Caudales mínimos en (m3/s) para las 3 estaciones hidrométricas del río Chinchiná en la zona de estudio.

Se puede observar que para los caudales mínimos registrados en las estaciones hidrométricas de igual forma que para los máximos la estación que registra los caudales más altos en los periodos de retorno es la estación de Montevideo. Según Proagua la estación Montevideo es la que mayor periodo de ocurrencia alcanza debido a los altos valores de caudales mínimos registrados en la estación, y contrario a esto los registros mínimos en las demás estaciones no alcanzan para obtener caudales en otros periodos de retorno diferentes a los anotados.

Proagua también señala en las Conclusiones y Recomendaciones, que "El río Chinchiná por ser un río de montaña de gran pendiente y al momento de presentarse un evento extremo hace que las condiciones del lecho y la de sus orillas cambien". Agrega además que "Se requiere por parte de la entidades encargadas de la planificación y gestión del recurso hídrico de la región, que se planteen estudios continuos que permitan alcanzar un mejor conocimiento del río y su cuenca, las características geomorfológicas, del régimen de caudales, la geometría hidráulica del cauce y el transporte de sedimentos".


ESTUDIO DEL FACTOR TIEMPO


La presencia de zonas inestables en la ciudad de Manizales es muy común y se debe a varios factores, entre ellos: la ubicación geográfica, la topografía, las características geológico – estructurales, el clima (lluvias) y el uso del suelo.

Por la topografía escarpada de la ciudad y la limitación de espacios disponibles, es evidente la necesidad de adecuar el terreno mediante modelados intensos para la construcción de áreas de expansión urbana recurriendo al desarrollo y a la adecuación de tecnologías apropiadas; pero igualmente las prácticas constructivas deficientes, la presión antrópica indebida sobre las frágiles laderas y el descontrol hídrico y pluviométrico, han generado inestabilidad.

Para conocer la frecuencia y distribución de los eventos en las dimensiones espacial y temporal en la ciudad de Manizales, se realizó la revisión bibliográfica de algunos trabajos sobre la presencia de deslizamientos efectuados por investigadores sobre la materia, como Anne Catherine Chardón y Juan David Arango Gartner, además de dos trabajos de grado que reportan la ocurrencia de deslizamientos presentados en las Carreteras: Manizales- Chinchiná y Manizales- La Pintada, centrando la atención en la zona de estudio que nos ocupa.

Anne Catherine Chardón en su trabajo doctoral titulado "Un enfoque geográfico de la vulnerabilidad en zonas urbanas expuestas a amenazas naturales". El ejemplo andino de Manizales, Colombia, realizó un estudio de los desastres por barrio, entre 1.960 y 1.993, donde la mayoría de los eventos corresponde a deslizamientos. Durante ese periodo de 33 años, encontró registros de 350 desastres coincidiendo principalmente con las épocas de mayores lluvias, y de ellos el 60% de los eventos ocurridos en 12 barrios marginales, entre ellos o principalmente los de las y los ubicados sobre rellenos para la construcción de vivienda popular.

 


Fig. 9- Barrios en las frágiles laderas de Manizales: la convergencia de almenaza y la vulnerabilidad.

Al examinar y recopilar la información de las áreas urbanas, en este trabajo, Chardón ha centrado la atención, principalmente, en que los eventos en la ciudad de Manizales, aparecen asociados a los barrios de estratos bajos y señala que estas comunidades que habitan las zonas de mayor susceptibilidad a los procesos denudativos, debido a las características del entorno en que se encuentran, resultan ubicadas en zonas expuestas a amenazas de deslizamientos.

Arango, en su Tesis titulada "Relaciones lluvias – deslizamientos y zonificación geotécnica en la comuna dos de la ciudad de Manizales", después de recopilar la información de 318 deslizamientos ocurridos en 38 años no consecutivos, entre los años 1.960 y 1.998, encuentra que el 41% de los eventos se dan en mayo y noviembre y el 31% en octubre y noviembre; pudo establecer dos mecanismos de falla típicos en la zona de estudio: deslizamientos ocasionados por la saturación de los estratos superficiales de suelo y deslizamientos ocasionados por la existencia de niveles freáticos "colgados". Al observar la relación de la magnitud y las consecuencias de los deslizamientos encuentra que son leves el 34.6%, menores el 18.6% y desastrosos el 15.4%. Observa además que la ocurrencia de los deslizamientos concentrada en Galán 41.8% y La Avanzada 26.4%, está relacionada con el área total y las pendientes de los diferentes barrios. Sobre geología y geomorfología afirma que en la zona de estudio son factores que determinan directamente su estabilidad, en especial suelos orgánicos y materiales de relleno, y entre los segundos señala los de cauces más potentes y los de laderas menos potentes, acusando como causa directa de la inestabilidad la baja la resistencia al corte de estos materiales.

Sobre las lluvias: según Arango, al considerar como precipitaciones máximas diarias las superiores a 60 – 70 mm, las de 70 mm presentan una probabilidad de ocurrencia del 65% y un periodo de retorno de 1,5 años, y las lluvias máximas diarias de 95 mm una probabilidad de ocurrencia del 10% y un periodo de retorno de 10 años.

Al relacionar lluvias – niveles freáticos – deslizamientos, señala que "En términos generales, se observa una aceptable relación entre el valor de las precipitaciones totales anuales y el número de deslizamientos ocurridos". Y deduce para el caso que "las lluvias diarias por sí solas o antecedentes de pocos días, no tienen mucha importancia en la generación de los deslizamientos; parece que el factor determinante son las lluvias antecedentes de muchos días".

Al final añade: "Es importante anotar que un gran porcentaje del área de estudio presenta estabilidad crítica".

Hasta aquí es bueno concluir diciendo que la susceptibilidad parece entonces estar asociada a la litología presente, al tipo de pendiente y a la precipitación más intensa después de avanzar el invierno, lo que se suma al mal uso del suelo explicado por prácticas incipientes de modelado para la construcción de las viviendas, como son la adecuación del terreno por medio de rellenos sin la adecuación de los materiales, cauces y drenajes, cuando no a los cortes de las frágiles laderas sin obras de refuerzo y a los vertimientos indebidos de aguas lluvias y servidas.



Fig. 10- Distribución espacial de los deslizamientos durante 38 años en Manizales. Fuente, Cristina Murillo, Gonzalo Duque, et Al.

Del examen conjunto de estos trabajos de Juan David Arango Gartner, Anne Catherine Chardon y otros datos confiables reportados dentro del mismo período por el investigador Fernando González, y después de recopilar, revisar y comparar la información obtenida de los deslizamientos ocurridos en la ciudad de Manizales en un periodo de 38 años -entre 1.960 y 1.998-, se concluye que se reportaron 1.314 deslizamientos y de ellos 508 sucedieron en 62 barrios de la ciudad. Los barrios con mayor número de eventos ordenados por su número y con diez o más de diez deslizamientos, fueron: Galán (26.4 %), La Avanzada (16.1%), Estrada (10.8 %), Marmato (5.7 %), Asís (4.9 %), San Ignacio (4.7 %), Los Alcázares (4.5 %), El Carmen (2.0 %), Fátima (2.0 %) y Uribe (2.0 %).

Relación de ocurrencia de deslizamientos por año:

En el año de 1.993 ocurrieron 52 deslizamientos, lo que representa el 10.2 % del total de los eventos, mientras los años 1.968, 1.972, 1.973 y 1.997 registraron un sólo evento, para el 0.2 %. Los años que mayor cantidad de deslizamientos presentaron, ordenados de mayor a menor número, se muestran a continuación:

AÑO
N° DESLIZAMIENTOS
1.993
52
1.984
44
1.982
42
1.969
41
1.981
37
1.971
28
1.988
26
1.994
21
1.989
17
1.967
15
1.995
15

Tabla 5 a. Años con mayor número de deslizamientos.

Los años secos que son igualmente los de menor número de deslizamientos, son los siguientes:

AÑOS
N° DESLIZAMIENTOS
1.968, 1.972, 1.973 y 1.997
1
1.961 y 1.975
2
1.976, 1.977 y 1.980
3
1.978, 1.979, 1.987 y 1.991
4
1.983 y 1.992
5

Tabla 5 b. Año con menos deslizamientos.

Pero debe señalarse que en el año 2003 hubo alrededor de 300 eventos, ocurridos en los meses de Marzo, Junio y Noviembre, y que el día de mayor número de eventos, sin antecedente histórico alguno en la ciudad, fue el de la noche entre el 18 y 19 de Marzo de 2003 con cerca de 150 eventos, que son la mitad de los ocurridos ese mismo año.


SUSCEPTIBILIDAD A LOS DESLIZAMIENTOS


Para identificar las zonas más susceptibles a movimientos de masa, como factor determinante de la inestabilidad del suelo, se recurre a una metodología adaptada a partir de una propuesta del Observatorio Sismológico del Sur-Occidente Colombiano- OSSO-, titulada "Modelo de susceptibilidad a movimientos de masa en el Eje Cafetero", elaborada por V. Aguilar y D. Mendoza, dirigida por Andrés Velásquez, y que aparece publicada en:

www.osso.univalle.edu.co/doc/tesis/2002/aproximacion/modelo.pdf

En la cual se utilizan a modo de determinantes tres variables: como factor geomorfológico, las pendientes del terreno; como factor geológico- estructural, la geología; y como factor climático, la humedad obtenida a partir de isoyetas.

Aunque el modelo de susceptibilidad del OSSO se ha elaborado sobre unos escenarios de gran tamaño, cubriendo zonas del norte del Valle y Quindío que llegan casi a 2400 km2 para definir las variables cartografiadas a escala 1: 100.000, y contrastarlo con un modelo digital que proviene del inventario de las zonas con huellas de movimientos de masa correspondiente al mismo territorio, en este estudio para Manizales que se extiende sobre unos 20 km2 y por lo tanto que toma información a escala de mayor detalle, se incorporará esa última variable independiente, la rugosidad y zonas con marcas de erosión, a las del propio modelo para calificar la mayor o menor susceptibilidad a los movimientos de masa. También se discriminarán suelos blandos con espesores que causen amplificación sísmica.

Los prestigiosos investigadores del OSSO afirman que las tres variables consideradas, pendientes (P), geología (G) y humedad (H), son factores suficientes para determinar la susceptibilidad a los movimientos de masa (S), mediante la expresión S = P x G x H. Citan varios trabajos e investigaciones al respecto, donde cada uno difiere en las cuantías y rangos con los que se califica o diferencia cada segmento del territorio.

Es justo en este punto en el que se ha decidido para este estudio, hacer la primera adaptación al trabajar las variables de modo más continuo, con el propósito de asimilar las mayores posibilidades de la información y escala disponibles, ambas con mejor resolución, y de la siguiente forma:





Fig. 11 a.- Modelo digitalizado delrelieve de Manizales: laderas del norte en la Q. Olivares (arriba), y laderas del sur en el R. Chinchiná (abajo). Fuente, Fuente INGESAM & Aguas Manizales. 2006.

Para las Pendientes P en la parte gráfica se discriminará el terreno en 5 rangos de 15 en 15 %, desde menos del 15% hasta mayores del 75%. Ver Fig. 7 a. En el modelo de susceptibilidad, más adelante, los cálculos se harán únicamente con tres rangos, lo que suele ser de común uso.

Para la Geología G, el total de las diferentes unidades geológicas que contiene la estratigrafía del denominado Terreno Cauca-Romeral: formaciones, grupos y complejos, así como los lineamientos estructurales de naturaleza tectónica asignándoles un ancho de 100 m.

Para la Amplificación A, las zonas de depósitos de suelos amplias y con espesores que superen los 20 m, ubicados en lo alto de las laderas y cerca de las mismas, serán señaladas como áreas con potencial de amplificación sísmica y que pueden fallar. La Amplificación de los depósitos blandos hace que la intensidad de los sismos se incremente en un grado, o en grado y medio cuando dichos depósitos están saturados.




Fig. 11 b- Corredores de fallas y microcuencas en los sectores rur-urbanos de Manizales: laderas del Norte (arriba) y laderas del Sur (abajo) de la ciudad. Fuente INGESAM & Aguas Manizales.

Para la Humedad H, se utilizan las isoyetas promedio para el mes de octubre, el más lluvioso del año en la cuenca del Chinchiná. No se hará uso isoyetas para promedios anuales de lluvias. Ver Fig. 8 y fondos a color en la Fig. 11 a y la Fig. 11 b.






Fig.11 c- Mapas de pendientes. En verde claro y amarillo, pendientes suaves; en azul y morado pendientes fuertes. Laderas del Norte (arriba)y del Sur (abajo). Según INGESAM & Aguas Manizales.

La Rugosidad que pone en evidencia la pérdida de la textura aterciopelada que le imprimen las cenizas volcánicas a nuestras laderas, se obtiene de la observación de fotografías aéreas con escalas mayores que 1:10.000 y de la textura de las curvas de nivel con intervalo de 2 m ploteadas sobre una planta a escala 1:7500.

Las Fallas F: se anexa este factor incluyendo los corredores de falla que se muestran de color anaranjado en la Fig. 11, de la misma forma como se hace con las zonas de rugosidad.

La Susceptibilidad S será estimada en función de los factores de inestabilidad, mediante la siguiente expresión:

S= PxGxHxRxAxF

Donde:

S, es la Susceptibilidad a las amenazas consideradas, y que se relacionan con los movimientos de masa.

P, la Pendiente, que se valorará con tres rangos, siendo las marcas de intervalo 30% y 75%.

G, la Geología, factor que se extiende al incorporar como factor la amplificación, A. Los tres rangos se establecerán según se trate de suelos, regolitos y saprolitos, de rocas muy blandas, y de rocas al menos medianamente competentes.

H, la Humedad, valorada a partir de las isoyetas de octubre, donde se establecen tres rangos con marcas de intervalos en 220 y 250 mm.

R, la Rugosidad, factor que considera los depósitos visiblemente importantes que se encuentran ubicados en las partes altas de las laderas.

F, el Fallamiento, es un factor que se define considerando afectado un corredor de 150 m de ancho, donde se presentan las fallas.

Los pesos con los cuales se valorarán los 4 factores principales: Pendiente, Geología, Humedad y Rugosidad, y dos adicionales: Amplificación y Fallamiento, como componentes para estimar la Susceptibilidad a los movimientos de masas y otros fenómenos afines, son los que a continuación se presentan.

Factor
Parametrización de rangos
Pendiene P:
PA: Más de 75%
PM: 30 a 75%
PB: Menos de 30%
Geología G
GA: Llenos, cenizas, aluviones sueltos, coluviones, F Casabianca, Depósitos de Escombros.
GM: Metasedimentos del C, Quebradagrande.
GB: F Manizales, aluviones cementados e Ígneas masivas (Lavas y Gabros, p.e.).
Humedad H
HA: Mayor que 250
HM: 220 a 250
HB: Menor que 220
Rugosidad R
RA: Si
-
RB: No
Amplificación A
AA: Si
-
AB: No
Fallas F
FA: Si
-
FB: No

Tabla 6 a. Parametrización factores en tres niveles o categorías de intensidad.

Rangos de valoración.

Los valores para cada una de las seis variables consideradas factores de la susceptibilidad a los movimientos de masa, varían en el espacio tomando valores de 1, 2 o 3, dependiendo de cómo contribuye en cada punto dicho factor a la inestabilidad de las laderas. Se le asigna 1 a cada factor si su contribución a la inestabilidad es baja, 2 si es media y 3 si es alta.  Una vez se tengan los valores de los factores en cada punto del espacio, se valora S para ese punto como el producto de los valores que toman las variables ya mencionadas en ese mismo punto del espacio. Al llevar la información anterior a un Sistema de Información Geográfica, aportado por INGESAM, ese resultado de S que representa los valores asignados a cada una de las variables, va variando a lo largo del espacio, según lo haga el grado de severidad de los seis factores ya señalados.

Si bien el máximo valor de S es 1 a la potencia 6 y el máximo 3 a la potencia 6, para este modelo se aplicará la siguiente escala de valoración, y para su representación gráfica, se le asignaran los siguientes colores:

Nivel de la susceptibilidad S
Rangos de valores de S para cada nivel
Colores para los sectores en todas las Zonas, según el nivel
Muy Bajo
S<4 br="br">Verde claro
Bajo
S entre 4 y 7
Amarillo
Moderado
S entre 8 y 15
Naranja
Alto
S entre 16 y 31
Rojo
Muy alto
S>32
Violeta

Tabla 6 b. Valoración Nivel de la susceptibilidad S para los modelos de los cinco escenarios de la susceptibilidad.







Fig. 12- Zonas susceptibles en las laderas del norte (arriba) y del sur (abajo) de Manizales. Sancancio ofrece mayor estabilidad que el sector de La Linda y Tejares. Fuente INGESAM & Aguas Manizales.

Valoración del riesgo

Se ilustra con un croquis la planta de un sector idealizado de una ladera con dos conducciones, una ubicada en la parte alta y otra más baja, pero ambas sometidas a eventos diferentes: deslizamientos rotacional o traslacional, flujo y amplificación en caso de sismo intenso. Además, las zonas del colector expuestas a las amenazas, para este ejemplo, que sumen 60 m de longitud.



Fig. 13- Amenazas por deslizamiento rotacional o traslacional (naranja), por amplificación (violeta) y por flujo (verde), con posibilidad de afectar una conducción (rojo). En café se muestran las curvas de nivel y en azul el drenaje.

Al evaluar la historia de los eventos en el área de trabajo, se ha podido saber que estos eventos pueden tener las siguientes frecuencias, intensidades y capacidades destructivas:

Los deslizamientos, por lo menos cada 4 años suelen abatir el frágil escenario de las laderas de la ciudad y por cualquier lugar. Si se han reportado 513 eventos en 38 años, pero en un sólo día del año 2003 ocurrieron 150 eventos a causa de una lluvia con un retorno de unos 300 años, el promedio de 12 deslizamientos por año permite aceptar que en una zona específica de amenaza alta; es decir, en un determinado lugar considerado de alta susceptibilidad, la cuantía de 1 probable deslizamiento cada 4 años, parece adecuada. Añadamos que esos eventos, sea el rotacional o el traslacional, cubren el 5% de la zona declarada en peligro.

Los flujos de lodo, como los de La Carola, La Francia y el termal La Gruta, con un potencial alcance mínimo del orden de 1km y altura de 2m o más sobre la vaguada, por un drenaje en mal estado, pueden resultar cada 15 años y cubriendo el 90% de la zona de amenaza estimada.

Los sismos con intensidad superior a VI, suelen ocurrir en la ciudad, máximo cada 30 años. Pero los eventos mayores de intensidad VII pueden resultar cada 475 años de acuerdo a la información del CIMOC, así el sismo del Quindío sea un evento con un período de recurrencia del orden de los 750 años. Para el efecto supongamos que el mapa de microzonificación señala el doble del área realmente afectada en un evento como el propuesto.

Ahora bien, supongamos que el período de retorno de los eventos estimados para la evaluación sean: para deslizamientos 4 años; para flujos 15 años; y para amplificación 30 años; y que la siniestralidad esperada de los eventos, por la magnitud señalada, alcance a: 40% para el deslizamiento rotacional; 80% para el deslizamiento traslacional; 100% para el flujo de lodos; y 30% para el sismo.

Con esta información podemos obtener el Factor de Riesgo Probable (FR), anual en este caso dada la unidad de medida para la magnitud temporal. Este Factor se calcula a partir del grado de siniestralidad (SE), de la fracción que ocupe el evento evaluada como porcentaje superficial de las zonas potencialmente amenazadas (AE/AH) y en cada evento específico, y del período de retorno (TA) que para cada evento se ha estimado y expresado en años. Todo, mediante la expresión:

FR= (% Área amenazada y afectada x %Siniestralidad del evento) / Período anual del evento.

FR = ((AE/AH) x SE)/TA.

Luego, para un tramo de colector específico, valorado en $1.200.000 cada metro lineal, el Factor de Riesgo Probable se multiplica por ese valor y por la longitud del colector que está expuesto a la amenaza considerada entre el conjunto de amenazas que están superpuestas, expresada esa longitud también en metros.

Finalmente se deben sumar las respectivas cuantías anuales, para obtener el valor total que representa las contrapartidas de la prima técnica del seguro, evento por evento.

Para el caso, estos son los valores a sumar, dado que son cuatro los eventos que pueden amenazar el sistema:

FR anual= (0.05x0.4)/4 + (0.05x0.8)/4 + (0.9x1.0)/15 + (0.5x0.3)/ 30= 0.08

El inverso de este Factor, 12,5, es el número de años en el cual se salva el valor del bien, o en los que hipotéticamente se destruye.

Como hemos hablado de 70 m de conducción expuesta, la Prima Técnica Anual, PTA, o aporte económico neto por año y que no cubre el AIU, valor que se deberá destinar para el cubrimiento del riesgo del colector a las amenazas consideradas, es el resultado de multiplicar el FR anual por el valor del bien expuesto; Esto es:

PTA = FR anual x Valor del bien x longitud expuesta

PTA = 0.08 x $1.2 millones/m x 60m = $5760 anuales.

Y el riesgo de cúmulo es la suma de los riesgos de todos los elementos amenazados del sistema, cada uno de ellos con un riesgo específico diferente según los diferentes grados de exposición, y características de las amenazas.

A modo de ejemplos, los escenarios que son morfológicamente potenciales, para la ocurrencia de flujos de lodo, socavación o avenidas torrenciales, se pueden obtener de una sectorización o zonificación de las laderas.


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


Al estudiar la susceptibilidad a los deslizamientos en los escenarios periurbanos de Manizales, se hace evidente la diferencia de los niveles de vulnerabilidad existentes en las laderas, resultando superiores los del Norte con relación a los Sur. Aún más, los niveles de vulnerabilidad en ambos escenarios son superiores en el entorno de la Falla Manizales – Aranzazu, y al occidente de la misma. Además hacia el occidente, entre La Linda y Tejares, las geoformas muestran basculamiento tectónico de bloques, advirtiendo cual es el ambiente geológico del área de influencia del escarpe de Chipre.

Al examinar el perfil de las dos vaguadas de la ciudad, es notable el mejor comportamiento estructural de las unidades litológicas por debajo de la línea saliente de las laderas de la Olivares y el Chinchiná, habida cuenta de que en la parte superior y por encima de esta línea, donde es mayor la ocupación del territorio, dominan los depósitos constituidos por Cenizas Volcánicas, suelos residuales asociados a la Formación Casabianca y llenos antrópicos. Su mayor nivel de erodabilidad, el de estos materiales de cobertura, se expresa a través del fuerte entallamiento del drenaje, a pesar de las menores pendientes y bajos caudales en dicho escenario. Por debajo de las salientes de las laderas (Fig. 4), los lugares más bajos de las vaguadas, se han construido obras como el Canal de la CHEC, una estructura de exitoso desempeño por más de 70 años.

Las laderas son las cuestas naturales de las montañas. Entonces, debe añadirse que en las zonas ubicadas sobre las salientes de las laderas que no han colapsado, los depósitos de suelos siempre asociados a cenizas volcánicas son más potentes. Cuando estos se desestabilizan dominan los movimientos rotacionales. En las partes inferiores y por debajo de las salientes, los suelos, de origen volcánico si aún se mantienen, tienen menores espesores y suelen saturarse con mayor rapidez. Si se desestabilizan, los movimientos característicos suelen ser deslizamientos traslacionales; pero donde estos no aparecen y afloran los conglomerados, los movimientos típicos suelen ser caída de bloques.

Las zonas más propensas a las aceleraciones sísmicas, aunque con mayor capacidad de asimilación de aguas lluvias son las primeras, a causa de los mayores espesores de suelos; contrariamente, las zonas más propensas a los deslizamientos son las de fuerte pendiente, en especial cuando la ladera facilita la saturación de los suelos de cobertura al avanzar el invierno y presentarse una lluvia que haga las veces de factor detonante.

Desde el punto de vista antrópico, sobresalen escenarios que requieren medidas de planificación a largo plazo pero de extrema urgencia: es el caso de la vía sobre la antigua banca del ferrocarril, cuya ocupación entre el Puente de Villamaría y la Falla Manizales – Aranzazu, resulta intensa y ha empezado a extenderse a la propia vaguada del Río Chinchiná, un escenario en el cual los caudales máximos para un periodo de retorno de 100 años empiezan a superar los 100 m3/s. Igualmente, el de los barrios periféricos ubicados en las laderas Norte y Sur vecinas a la zona reticulada característica del centro de la ciudad, lugares donde se concentra la historia de deslizamientos con daños a la vida y a la propiedad, así como las obras de estabilización de laderas adelantadas desde el año de 1974 por la Corporación Autónoma de Caldas, antes CRAMSA y hoy CORPOCALDAS.

Desde el punto de vista estructural, es evidente que los factores de migración del campo a la ciudad y de empobrecimiento de la población, se traducen en presiones sobre el medio ambiente periurbano. Pero también, las prácticas urbanísticas no planificadas, que desconocen fundamentos y características geotécnicas o condicionantes geológicas del territorio, se traducen en conflictos que incrementan la presión sobre las laderas de la ciudad y el mayor riesgo para la población pobre que es la más vulnerable (Ver Fig. 9).

Antes que dejar los usos y manejos del suelo a las fuerzas del mercado, debe fortalecerse la presencia del Estado: sin su ingerencia, en el nuevo modelo económico las empresas se apropian de los beneficios y se desentienden de los costos asociados a la explotación del suelo urbano, y cuando costos y beneficios se separan, es la sociedad la que asume los primeros, ya por la vía de las corporaciones regionales, secretarías de obras y oficinas de atención de desastres, ya por la del deterioro de la calidad de vida de la población, y en especial la de los sectores más pobres que son los que no pueden acceder a los mejores predios.


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(*) Los autores de este trabajo: Profesores de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales.

Manizales, Mayo 25 de 2007

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