43

Análisis de los tipos de intestabilidades del macizo rocoso de LaVirgen de la Peña (Huelva, España)

Analysis of the instabilities types in the Rock Massif of Virgen de la Peña (Huelva, Spain)

F.M. Alonso Chaves, E. García-Navarro, M.A. Camacho y E.Mª. Mantero

Departamento de Geodinámica y Paleontología, Universidad de Huelva, Campus Universitario «El Carmen», 21007-Huelva (España). alonso@uhu.es

ABSTRACT

Geological map of Virgen de la Peña rock massif has established that there are three sets of geologicaldiscontinuities in the rock mass: a) stratification set strikes NW-SE and dips more 70º NE; b) faults setstrikes NE-SW and has gently dips and c) joints set strike NE-SW showing steeply dips. Cubical or tabulateblocks are formed by three intersecting discontinuity sets. The analysis of stability of rock massif illustratesthe mechanics of failure involve the block toppling and sliding. The index Rock Mass Rating (RMR, Bieniawski,1989) is obtained.

Key words: rock massif, block toppling, plane failure, engineering geology, Puebla de Guzmán Anticline

Geogaceta, 44 (2008), 43-46ISSN: 0213683X

Introducción

Las rocas que afloran en superficie seven continuamente afectadas por los proce-sos geológicos y climáticos que modificanel relieve terrestre. Los principales factorescausantes de modificaciones son la acciónde la gravedad y de la meteorización, queproducen el debilitamiento progresivo delos materiales rocosos. Estas acciones sobreladeras naturales, pueden dar lugar a unaserie de inestabilidades que constituyenriesgos geológicos potenciales cuando afec-tan a las actividades humanas.

En este trabajo se analizan los factoresgeológicos que afectan a la estabilidad delmacizo rocoso situado detrás de la ermitade la Virgen del Peña en el Cerro del Águila(Puebla de Guzmán, Huelva), de gran inte-rés para las construcciones enclavadas ensus proximidades. La metodología utilizadaestá basada en las técnicas convencionalespropias de la ingeniería geológica para elanálisis de la estabilidad de taludes, y en lacaracterización de la influencia que tienenlas discontinuidades mecánicas en un maci-zo rocoso.

Situación geológica regional

El Cerro del Águila es uno de los rasgostopográficos más destacados del paisaje enla comarca onubense de El Andévalo. Conuna altitud de 397 m el macizo rocoso de laermita de la Virgen de la Peña está formadoprincipalmente por cuarcitas pertenecientesa la unidad tectosedimentaria denominada

Grupo PQ (c f. Moreno y Sáez, 1990), en elDominio Central (o Faja Pirítica Ibérica) dela Zona Sudportuguesa de acuerdo conMantero et al., 2007. La edad de estas ro-cas es atribuida a la parte alta del Devónico.Desde el punto de vista estructural, el áreaestudiada forma parte del flanco norte de unanticlinal de carácter regional conocidocomo Anticlinal de Puebla de Guzmán (Fig.1). El citado anticlinal, con una directrizestructural ONO-ESE y un cierre periclinalmuy apretado hacia el ONO, se ha relacio-nado con los pliegues de propagación liga-dos al desarrollo de cabalgamientosenraizados hacia el norte y de vergencia ge-neralizada hacia el sur. Estoscabalgamientos, producidos en condicionesfrágiles y semifrágiles, se relacionan con lasegunda fase de deformación varisca en laFaja Pirítica Ibérica (Mantero et al., 2007).En general, el flanco septentrional delanticlinal buza 15-20º hacia el NE. La exis-tencia de cabalgamientos y fallas inversasque afectan localmente al flanco norte, re-piten parcialmente el tramo cuarcítico delDevónico superior. El área estudiada se co-rresponde con el bloque de techo de una deesas fallas inversas, las cuales son respon-sables del fuerte buzamiento de los estratosde cuarcitas hacia el NE, siendo en generalen esta zona, entre 75-80º.

Análisis estructural geométrico delmacizo rocoso de la Virgen de la Peña

La mayor parte del macizo rocoso es-tudiado está formado por estratos

cuarcíticos. En su base afloran niveles depizarras muy alteradas, correspondientesal desarrollo de una banda de rocas de fa-lla, cuyo comportamiento mecánico pue-de asimilarse al de un suelo. Unas y otrasrocas están parcialmente cubiertas pordepósitos recientes de ladera, en las queabundan bloques de grandes dimensiones(métricas) envueltos en una matrizdetrítica de grano medio-fino (Fig. 1).

El macizo rocoso está definido por ta-ludes con dos orientaciones. La primerade ellas, con mayor desarrollolongitudinal, es aproximadamenteN130º-140ºE y tiene una fuerte inclina-ción hacia el Suroeste. La segunda es,aproximadamente, subperpendicular a laprimera, y es de dirección N55ºE siendoprácticamente vertical.

La observación «in situ» de lasdiscontinuidades del macizo ha permi-t ido diferenciar tres familias dediscontinuidades con diferente grado depenetratividad e importancia desde elpunto de vista geomecánico (Fig. 2): fa-milia 1, la cuál está formada por planosde estratificación; familia 2, que se co-rresponde con planos de falla y familia 3,integrada por diaclasas.

Familia 1. Los estratos cuarcíticos tie-nen direcciones entre N155ºE y N135ºE ybuzamientos mayores de 70º hacia el NE(Fig. 2). En las pizarras la dirección de laestratificación es más variable, oscilandoentre N148ºE y N108ºE, con buzamientosque no superan nunca los 70º. La orienta-ción media es N135ºE /48ºNE.

44

El espaciado de la estratificación enlas cuarcitas varía entre moderado a muygrande. La continuidad es alta, la apertu-ra es variable, siendo frecuente observaraperturas que se pueden caracterizarcomo anchas y extremadamente anchas.Debe hacerse notar que la apertura ligadaa estos planos tiende a disminuir hacia elinterior. Entre los planos de la estratifica-ción se observan bloques de dimensionescentimétricas caídos. La rugosidad de losplanos de estratificación es del tipo esca-lonada. Las observaciones realizadas in-mediatamente posterior a un periodo delluvia permiten constatar que todas las su-perficies de estratificación contienenagua.

Familia 2. Las fallas se orientan se-gún diferentes direcciones, predominan-do valores comprendidos entre N40ºE yN70ºE, y buzamientos que no suelen su-perar los 40º, son en general hacia el SE(Fig. 2 ). En detalle, se observa que lassuperficies de falla son onduladas, más o

menos irregulares, lo que produce en oca-siones ligeros cambios en el buzamiento(siempre de carácter local) hacia el NO.Las fallas presentan una alta continuidadparalela al buzamiento. El espaciado va-ría entre moderado a grande. La aperturade estos planos es moderada (entre 0.5 y10 mm), apreciándose superficies pulidasy escaso desarrollo de rellenos.

Familia 3: Las diaclasas tienen unadirección bastante constante comprendi-da entre N45ºE y N75ºE, conbuzamientos muy altos, generalmentemayores de 60º (Fig. 2). El sentido de bu-zamiento predominante es hacia el No-roeste, si bien, se observan diaclasas conbuzamientos al Sureste. Las diaclasas sonconsideradas en general rugosas y/o lige-ramente rugosas, aunque se han observa-do algunas superficies que bien pudieranconsiderarse onduladas e incluso suaves.El espaciado de las diaclasas depende delas dimensiones de las mismas, de tal ma-nera que las de menores dimensiones tie-

nen un espaciado muy pequeño (entre 20y 60 mm), y aparecen distribuidasheterogéneamente en el macizo. Lasdiaclasas de mayores dimensiones tienenun espaciado grande o muy grande (entre600 y 6000 mm). La apertura en lasdiaclasas de menores dimensiones es deltipo abierta o parcialmente abierta (lo quesupone valores de 0.25 a 2.5 mm), y en elcaso de las diaclasas de mayores dimen-siones la apertura es ancha o muy ancha(del orden de 10 a 100 mm). Las superfi-cies de las diaclasas están algometeorizadas y se observan filtracionesde humedad.

Aproximación a la clasificación deltipo de macizo rocoso. Cálculo delíndice RMR

La clasificación geomecánica del ma-cizo rocoso de la Virgen de la Peña que seha utilizado fue la desarrollada porBieniawski (1989). Al índice RMR (RockMass Rating) básico le hemos aplicado unfactor de corrección en función de laorientación favorable/desfavorable de lasdiscontinuidades respecto de la estabili-dad del talud, de acuerdo con Tomás etal., 2005. El macizo rocoso situado de-trás de la ermita de la Virgen de la Peña esde tipo IV (para valores comprendidosentre 40-21), es decir, es de mala calidad.

Tipos de inestabilidades: Rotura vs.deslizamiento

Los taludes naturales desarrollados enel macizo rocoso de la Virgen de la Peñaestán marcados por dos familias dediscontinuidades, la familia 1 (estratifica-ción) que controla el desarrollo principaldel talud según la dirección N130-140ºE,y la familia 3 (diaclasas) que controlan engran medida el talud de orientación mediaN55ºE.

La intersección de los tres planos dediscontinuidades (estratificación,diaclasas y fallas) delimita bloques demorfología cúbica y/o tabular, con dife-rentes dimensiones que son los que se hanido desprendiendo del macizo.

El tramo NO-SE del talud se encuen-tra afectado por inestabilidad de tipovuelco de bloques (Hoek y Bray, 1991),favorecida por la orientación de la estrati-ficación (So), subparalela a la orientacióndel talud, y buzamientos hacia el interiordel mismo (Fig. 2). Las diaclasas,subperpendiculares a la So, y algunas fa-llas poco buzantes, al intersectar con laestratificación delimitan los bloques sus-ceptibles de vuelco. Para el talud conorientación NE-SO se observa que la es-

Fig. 1.- Situación geológica del área estudiada. A) Esquema tectónico del anticlinal de Pueblade Guzmán. B) Mapa Geológico detallado. C) Cortes geológicos (ver situación en B)

Fig. 1.- Geologic situation of the studied area. A) Tectonic map of Puebla de Guzmán Anticline.B) Detailed geologic map. C) Cross sections (for location see Fig. 1.B).

45

tratificación no produce ningún tipo deinestabilidad (Fig. 2). Sin embargo, algu-nas fallas (aquellas que tienen un buza-miento algo mayor) podrían presentar

cha inestabilidad no está tan desarrolladacomo en el caso de la estratificación, yaque los planos de las diaclasas tienen me-nor continuidad.

En el primer caso de rotura por vuel-co de bloques (talud NO-SE), los bloquesformados descansan sobre segmentos desuperficies de falla, a lo largo de los cua-les la cohesión es mínima, dando lugar auna geometría escalonada como la de lafigura 3. La estabilidad de los bloques deroca va a estar condicionada por las di-mensiones e inclinación del plano de apo-yo. Un estudio detallado de la estabilidadde los bloques individuales se presenta enla figura 4. La estabilidad de cada bloqueestá condicionada por sus dimensiones(b/h) y la inclinación de la base sobre laque se apoya, además de la fricción a lolargo de dicho plano (Hoek y Bray, 1991).En la figura 4, se han representado estosparámetros, observándose que el bloque1 es el que presenta mayores problemasde inestabilidad. El resto de bloques sonestables del 2 al 7. El bloque 2 soportaparte del peso inducido por los bloque 3 ysiguientes, pero es un bloque bastante es-table debido a que su altura respecto a laanchura es prácticamente similar. Losbloques 3 y 4a son los que presentaríantambién ciertos problemas de inestabili-dad. Estos bloques no caerían hacia el ta-lud NO-SE porque están estabilizadospor el bloque 2, pero serían bastante ines-tables para el talud NE-SO. La inclina-ción de la base de los bloques es menorque el ángulo de rozamiento interno (en-tre 30º-40º) de los bloques de cuarcita,cumpliéndose las condiciones de estabili-dad que se deducen de la figura 4, dondey<Ø .

El bloque 1 está representado den-tro de los campos de inestabilidad por«vuelco» y «deslizamiento-vuelco».La inclinación de la base sobre la quedescansa es de bajo ángulo. Sin embar-go, en la parte inferior del bloque seobservan algunas fracturas con una in-clinación variable (desde 20º a 50º)enraizadas en el propio plano de falla.Este hecho incrementa notablemente elriesgo de «vuelco» y/o «deslizamien-to-vuelco», dado que además el centrode gravedad se sitúa muy cerca del ex-tremo de la base del bloque (Fig. 3). Elvector W, que representa el peso delbloque situado en el centro de grave-dad está en el límite de la base «b» delbloque por lo que está en las condicio-nes límite de vuelco. La más mínimavariación de las condiciones actuales(excavaciones en el pie del talud, fil-traciones de agua, temblor sísmico…)produciría la inestabilidad del bloque

Fig. 2.- Proyecciones equiareales (hemisferio inferior) de las familias de discontinuidadespresentes en el macizo rocoso. A) Análisis cinemático de la estratificación. B) Análisis cinemá-

tico de las fallas. C) Análisis cinemático de las diaclasas.

Fig. 2.- Stereoplot (lower hemisfere, equal area) of the three discontinuity sets in the rock mass. A)Cinematic analysis of stratification. B) Cinematic analysis of faults. C) Cinematic analysis of joints.

inestabilidades por rotura plana por susbajos buzamientos. En cuanto a lasdiaclasas se aprecia en principio una ines-tabilidad por vuelco (Fig. 2), si bien di-

46

y el vuelco del mismo. Hacia el NO eneste mismo talud hay bloques caídosque evidencian situaciones de inesta-bilidad similares a las que atribuimosal bloque 1.

Conclusiones

La cartografía geológica realizadamuestra la existencia de una zona de fallaen la base del talud situado detrás de la er-mita de la Virgen de la Peña. Dicha falla dedirección NO-SE es aproximadamente pa-ralela a la orientación del talud y buza ha-cia el interior de éste. Tal circunstancia,junto con la orientación de los estratos –buzando también hacia el interior del ta-lud- favorecen la inestabilidad del tipo«vuelco de bloques», en el talud NO-SE y«rotura plana» en el talud que se orientaNE-SO.

La existencia de bloques caídos,de grandes dimensiones, englobadosen los depósitos de ladera adosados altalud evidencian que el proceso es ac-tivo para tiempos geológicos recien-tes. La acumulación de estos depósi-tos en la base del talud de manera na-tural tiende a calzar el propio talud,

lo que favorece el desarrollo de un ta-lud cada vez más estable.

El macizo rocoso ha sido clasificadocomo de mala calidad (tipo IV deBieniawski), ya que las orientaciones delas discontinuidades respecto al talud sonmuy desfavorables para su estabilidad.

No se han observado rotaciones de blo-ques significativas dentro del macizo roco-so, si bien, algunas de ellas pueden enten-derse que están actualmente bloqueadas.Por el contrario, ciertos bloques, especial-mente el que denominamos con el número 1está sometido a unas condiciones de esfuer-zo críticas, pudiendo sufrir vuelco y/o des-lizamiento. Tal circunstancia puede versefavorecida con la infiltración de agua (pro-cedente especialmente de precipitaciones),ciclos de hielo – deshielo, temblor sísmicoy/o vibraciones de origen antrópico, entreotras causas. Si el bloque 1 se desprendepuede producirse modificaciones en la or-ganización del talud, de tal manera que adicho desprendimiento le puedan sucederotros casi de manera inmediata.

Para el talud NE-SO existen posibili-dades de vuelco y rotura plana con desli-zamiento y caída de bloques a favor deltalud, como lo demuestra la acumulación

de bloques existente actualmente en el piedel mismo.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por delGrupo de Investigación RMN 316 (Juntade Andalucía) y el plan propio de investi-gación de la Universidad de Huelva.

Referencias

Bieniawski, Z.T. (1989). Engineeringrock mass classifications. John Wileyand Sons, 251 p.

Hoek, E. y Bray, J. W. (1991). Rocks slo-pe engineering. Elsevier, 358 p.

Moreno, C. y Sáez, R. (1990). Geogace-ta, 8, 62-64

Mantero, E., García-Navarro, E., Alonso-Chaves, F.M., Martín Parra, L.M., Ma-tas, J. y Azor, A. (2007). Geogaceta, 43en prensa.

Tomas, R., Delgado, J. y Cuenca, A.(2005). En: Congreso InternacionalConjunto XVII Ingegraf-XV ADM. 1-10

Fig. 4.- Condiciones de deslizamiento y vuelcode un bloque aislado sobre una superficieinclinada según Hoek y Bray (1991). Los

bloques 2, 3, 4, 5 y 7 son estables. El bloque 1estaría sometido a vuelco/deslizamiento según

el rango de inclinación (y) de la fracturabasal.

Fig 4.- Conditions for sliding and toppling of ablock on an inclined plane (modified of Hoekand Bray, 1991). The blocks 2, 3, 4, 5, and 7are stable. According to the range of dipping

(y) of the basal fracture the block 1 couldexperiment toppling/sliding.

Fig. 3.- A) Esquema geológico transversal a la estratificación. En él se ilustra la indivi-dualización de bloques que quedan delimitados por la estratificación, las fallas (basede los bloques) y diaclasas. Los bloques han sido numerados de abajo arriba. B) Es-quema que ilustra las condiciones de estabilidad del bloque 1; Obsérvese la fractura

próxima a la base del bloque y el centro de gravedad desplazado hacia el extremo de labase del mismo. C) Esquema geométrico de las fuerzas que actúan sobre un bloque que

descansa en una superficie inclinada: distribución de fuerzas normales y de cizalla.

Fig. 3.- A) Geological scheme transverse to stratification. Individual blocks defined bythe stratification, faults (bottom of the blocks) and joints are illustrated. Blocks havebeen numbered from bottom to top. B) Scheme illustrating the stability conditions of

block 1. C) Geometry of block on inclined plane: relations between the shear force andnormal force.