La Ruta Nacional 613 (RN-613) es un corredor vial de 30,84 km ubicada en el cantón de Coto Brus, Puntarenas, Costa Rica, comunicando los poblados de San Vito, Sabalito y Las Mellizas en su extremo norte (Figura 1). Se caracteriza por ser un corredor vial de montaña sinuoso, con múltiples pasos fluviales, cortes de talud y redes de servicios básicos. Según Garro et al. (2017) el ancho promedio de la ruta es de 5,5 m; la caracterizan como una ruta con gran cantidad de curvas, pendientes elevadas, tramos de escasa visibilidad, un único puente sobre el río Sabalito (otros pasos de cauce emplean alcantarillas) y, adicionalmente, el uso de taludes con bermas, muros anclados, de gaviones y tablaestaca como los elementos de contención geotécnica típicos. Asimismo, estos autores reportan deterioros progresivos, especialmente concentrados en cercanías de obras geotécnicas como agrietamientos de la losa asfáltica, escaso mantenimiento en drenes y ausencia de cunetas de desfogue en algunos sectores, así también reportan un deslizamiento mayor en el estacionamiento 15 + 580 km.

La zona contribuye económicamente al sector primario del país con producción ganadera y de café, además, la RN-613 constituye la vía de ingreso a la zona protectora Las Tablas, la cual alberga una importante captación para sistemas de distribución de Acueductos y Alcantarillados (AyA) y adicionalmente, comunica el poblado de Río Sereno y Volcán de Panamá con el cantón de Coto Brus (Figura 1). En 2020 se generaron extensivos movimientos en masa atribuidos al paso de la tormenta tropical -posteriormente huracán- Eta entre el 1 y 6 de noviembre de 2020 (Chinchilla, Morera y Navarro, 2020); el cual generó acumulados extremos de lluvia en 24 horas en la vertiente Pacífico y efectos conexos, culminando con la declaración del estado de emergencia (Comisión Nacional de Riesgos y Atención de Emergencias, 2021).

Figura 1

Durante febrero a marzo de 2021 se realizaron visitas al campo que permitieron constatar las afectaciones y los efectos de Eta en la RN-613, en una época lluviosa particularmente intensa (National Hurricane Center, 2022). Entre las más relevantes se incluye infraestructura hidráulica (accesos, pasos de cauce, captaciones, tuberías) de AyA, fallas en taludes de la carretera, colmatación de sedimentos en alcantarillas y progradación del deslizamiento en el estacionamiento 15 + 580 km que compromete el derecho de vía y redes de servicios (Figura 2). Sobresalen decenas de movimientos en masa e inestabilidad en gran parte del trayecto entre Sabalito y Las Mellizas, siendo el tramo con mayor densidad de pasos fluviales, mayor desnivel del trazado y afloramiento de materiales inconsolidados susceptibles a erosión.

Anteriormente el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR) reportó afectaciones geotécnicas y dio seguimiento a la RN-613 en puntos específicos, focalizado en obras de contención para el periodo 2012 a 2017 (e.g. Garro, Naranjo, Vega y Valverde, 2017). La Comisión Nacional de Emergencias (CNE) por su parte no registra deslizamientos activos para la ruta, usando escala 1:50 000. Sin embargo, la región ni la RN-613 cuentan con publicaciones que caractericen o zonifiquen las amenazas geológicas e hidrometeorológicas (Comisión Nacional de Riesgos y Atención de Emergencias, 2019).

A pesar de las condiciones hidrometeorológicas extremas durante 2020 y su efecto en la saturación de suelos y la escorrentía, surge la interrogante de ¿cuáles son las condiciones geológicas y geomorfológicas del corredor vial que favorecen la inestabilidad en taludes y laderas en algunos puntos de la RN-613 o puede simplemente atribuirse a deficiencias de diseño y obras conexas? Así también, ¿cuáles son las climatologías típicas de la región Pacífico sur y por qué al paso de Eta, la vertiente Caribe no resultó con afectaciones similares?

Para Costa Rica existen estudios similares en otras vías. Solís (2018) realizó una caracterización multifactorial por sectores de la susceptibilidad en la RN-219 (comunica San José y Cartago) empleando el método Mora-Vahrson con disparo por lluvia y sismo, el método HSQI y la metodología del ángulo crítico, así como estimación de caudales pico para puentes y alcantarillas y estimación del peligro ante flujos de detritos, sin emplear muestreo de materiales, ni parámetros físicos o de corte. Otro estudio es de Carballo (2019), quien emplea el método HSQI sobre la sección montañosa de la RN-32 (San José-Guápiles-Limón), empleando valoraciones de campo, levantamiento geológico y geomorfológico que incluye inventario de deslizamientos con LIDAR, muestreo de materiales para propiedades físicas y resistencia al corte, clasificando la susceptibilidad de baja a alta en la ruta. Quesada et al. (2019) emplean sensores remotos y un modelo de disparo para corroborar deslizamientos y flujos de detritos cartografiados para el volcán Miravalles ante el paso del huracán Otto de 2016 y previa ocurrencia de un sismo de 5,4 Mw; estudio comparable con esta investigación, pues los procesos de remoción en masa ocurrieron en materiales volcánicos finos inconsolidados, haciendo uso extensivo de sistemas de información geográfica (SIG) para caracterizaciones a priori de la inestabilidad de laderas.

En zonas tropicales, Aristizábal et al. (2022) emplean los modelos físicos SHALSTAB y TRIGRS para evaluar el efecto de la precipitación (intensidad y duración) sobre el disparo de deslizamientos en regiones montañosas de los Andes colombianos en términos del factor de seguridad (FS), usando sensores remotos, inventario de deslizamientos y datos hidroclimáticos para la zona, así como propiedades geotécnicas reportadas en la literatura para modelar la respuesta de los materiales volcánicos y sedimentarios. Otro caso exitoso en zonificar el peligro por procesos de remoción en masa se muestra con Valdés et al. (2022) para el suroeste del estado de Michoacán, México. Estos autores evalúan el disparo por precipitaciones de 1995 a 2020 atribuidas al paso de ciclones tropicales en unidades y suelos volcánicos cuaternarios.

Ante este contexto, esta investigación constituye un insumo base que emplea la caracterización del relieve por medio de SIG, la integración de valoraciones de campo, el inventario de deslizamientos y la contrastación con la geología regional, incluyendo el fallamiento activo y la geodinámica externa. No se pretende abarcar análisis geotécnico sitio a sitio (propiedades de resistencia al corte, equilibrio límite, métodos tenso-deformacionales), sino un enfoque regional semi-cuantitativo que permita dar a conocer las condiciones ambientales del corredor que determinan los procesos erosivos y factores disparadores para futuras afectaciones. Se pretende contribuir al conocimiento de rutas de montaña en zonas tropicales, el cual puede ser extrapolado a otras rutas de Costa Rica, inclusive los que comunican al Valle Central con las costas.

Evaluar las condiciones geológicas, geomorfológicas y de disparo por eventos extremos de precipitación relacionadas con la inestabilidad de laderas a lo largo de la RN-613, empleando recopilación bibliográfica, interpretación geológica, geomorfología y ensayos de clasificación SUCS para muestras de suelo colectadas en deslizamientos activos, empleando los estándares ASTM D-422, ASTM D-4318 y ASTM D-6913.

En primera instancia, se realizó una inspección de campo para levantar los sitios con colapsos gravitacionales y pasos de cauce en el corredor (Figura 2 y Figura 3B). Para ello, se emplearon descripciones del estado geomecánico del deslizamiento, corroboración de los materiales y georreferenciación con coordenadas CRTM-05. El inventario se procesó en el SIG QGIS 3.16, dentro del cual se delimitó una zona de influencia de 2 km en ambos márgenes, principales poblados, vías secundarias, infraestructura, pasos de cauce y pendientes a partir de las curvas de nivel 1:25 000 del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Para la fase de recopilación bibliográfica, se realizó revisión de información geológica y geofísica disponible para la región, incluyendo unidades litoestratigráficas, fallamiento activo y sismicidad superficial (< 35 km profundidad) reportada por la Red Sismológica Nacional de 2010 a 2021 (National Seismological Network, 2022).

Con los insumos geoespaciales depurados, se realizó interpretación geomorfológica de los agentes de geodinámica modeladores del relieve según la clasificación por origen propuesta por van Zuidam (1986), además de delimitación de subcuencas hidrológicas aguas arriba (dentro de la zona de influencia de 2 km) y análisis de la disección fluvial por km² con el fin de estimar la densidad del drenaje, valor que indica de manera relativa la disección por cuadrante a lo largo del corredor. Como referencia, se toman valores mayores que 1,5 km/km² para cuencas bien drenadas o disectadas y pobremente drenadas o con baja disección fluvial si la densidad es menor a 0,5 km/km² (Araque et al., 2019). Se incluyó el cálculo de algunos índices representativos de subcuenca como el factor de forma (F), pendiente media, hipsometría, compacidad (Kc), tiempo de concentración (Tc) y caudal teórico máximo (Q), empleando las expresiones de Kirpich y envolventes de Creager (con C = 100), respectivamente (Breña y Jacobo, 2006).

Se adquirió y procesó la serie de precipitación diaria para la estación Las Brisas (Figura 1), la cual contaba con datos de 1997 a 2022 y las series mensuales para las estaciones San Vito y Río Negro (1980-2021) del Instituto Meteorológico Nacional (IMN). Los máximos diarios se corroboraron de forma cruzada en boletines mensuales del IMN (Instituto Meteorológico Nacional, 2022) con el objeto de asociar los sistemas hidrometeorológicos presentes durante dichas fechas.

De igual manera, se realizó la recolección de ocho muestras de suelo para determinar su clasificación SUCS, distribuidas a lo largo del corredor y siguiendo los estándares ASTM D-422, ASTM D-4318 y ASTM D-6913. Las muestras son alteradas y se recolectaron del material colapsado exclusivamente para los depósitos de debris flow y debris avalanche, unidad que presentó todos los deslizamientos asociados con el paso del huracán Eta. No se realizó muestreo equiespaciado, sino que se priorizaron los sitios entre Sabalito y Mellizas (sector norte) con las muestras M-1 a M-6 para caracterizar la granulometría y plasticidad de los materiales que componen los taludes y subrasantes de la RN-613, acorde con el presupuesto disponible para el proyecto. La muestra M-5 debió excluirse del análisis por su alta dispersión en los valores de plasticidad, sobre todo al localizarse entre la muestra M-4 y M-6 (634032 E/ 983223 N) y correspondía con la misma unidad, siendo complejo replicar las condiciones de muestreo después de la visita al campo. Las muestras M-7 y M-8 fungieron como control para estimar la variación en la plasticidad y granulometría en el extremo sur del corredor, donde se evidenció menor grado de meteorización en la unidad y mayor contenido de clastos rocosos.

Con la caracterización hidroclimática, geológica, geomorfológica, mapas inventario de deslizamientos e interpretación de patrones erosivos dominantes en el corredor, se zonificaron los tramos estables y susceptibles ante procesos de remoción en masa, que a futuro podrían generar afectaciones ante eventos extremos de precipitación (EEP), sismos o ambos, siendo sectores prioritarios a valorar por parte de las autoridades pertinentes. Para esto, se consideraron los tramos con presencia de deslizamientos como primer criterio de selección, estos se extendían si tenían taludes con una o más bermas identificados en campo (inclusive sin falla por deslizamiento) o donde hubieran laderas que superaran los 10 m de altura y pendiente mayor a los 20° en uno o en ambos márgenes de vía, sin emplear ponderaciones por factor. Otro criterio de selección de tramos propensos es si existe un paso de cauce, ya que ante la ocurrencia de un EEP podría colapsar la RN-613 con la formación de flujos de detritos.

Según González de Vallejo et al. (2002), los mapas inventario anteceden los mapas de peligro, vulnerabilidad y riesgo, sirviendo como insumo base para estimaciones determinísticas o probabilísticas más complejas, que complementa los mapas del peligro geológico de Coto Brus (Comisión Nacional de Riesgos y Atención de Emergencias, 2019). En este caso, el énfasis es inventariar e introducir los factores condicionantes de la susceptibilidad del terreno en la RN-613, por lo que este estudio tiene un enfoque descriptivo y exploratorio. Entre las limitaciones se cita que no se realizan valoraciones de la resistencia al corte ni modelos físicos de estabilidad de laderas o hidrológicos. Tampoco es un estudio que estime la vulnerabilidad ni el riesgo.

Figura 2

Tanto la estratigrafía como el fallamiento activo relacionado a un régimen de subducción genera deformaciones en el relieve, que incluye la Fila Costeña (sector SW del corredor), la meseta de San Vito y el inicio de la cordillera de Talamanca (sector N). El corredor atraviesa en gran parte, la unidad de depósitos de flujos de detritos y escombros; materiales volcaniclásticos originados por procesos de colapso y erosión de paleoestructuras volcánicas que, actualmente se hallan intemperizados, inconsolidados, con aportes perennes de humedad, que degradan sus componentes mineralógicos y dan génesis a suelos finos con alta plasticidad poco resistentes al corte y, por ende, ante procesos erosivos que desencadenan en eventos de remoción en masa.

A escala geológica, estos materiales son poco resistentes a la erosión y aunado a la deformación incipiente del fallamiento activo manifestado en morfologías estructurales y sismicidad superficial aledaña; controlan y disectan el relieve con alta densidad relativa de cauces fluviales por km², mayor que 1,78 km/km² (Figura 6). Esta textura de los suelos, determina la inestabilidad y concentración de deslizamientos sobre todo donde la unidad muestreada se halla más intemperizada (meteorizada) y podría favorecer nuevos deslizamientos o reactivación ante ocurrencia de EEP o sismos. Se correlacionan con materiales volcánicos y condiciones de intemperismo similares del Valle Central de Costa Rica, predominando suelos MH (Mora, 1998).

En el margen norte de la zona de influencia, se identifican cuadrantes de mayor disección con valores entre 1,78 - 2,66 km/km² (35 % del área) y máximos entre la falla La Lucha y Tigra. Es claro, que existen basculamientos y controles estructurales en los drenajes hacia el NW y no en su sentido normal hacia el SW, evidenciable en represamientos y disminuciones de los niveles base, atribuibles a la falla San Vito.

Los EEP contribuyen en esta dinámica del relieve, pues fomentan tanto la escorrentía superficial como la subsuperficial, acelerando procesos de remoción en masa e incrementando el transporte de sedimentos hacia los cauces fluviales. Los moduladores hidrológicos que ocasionan acumulados extremos diarios, permiten inferir lo esperable de futuras épocas lluviosas en la ruta. Para este caso particular, la cercanía de la ZCI sobre el sur de Costa Rica, la intensa temporada de huracanes 2020 y el paso de Eta (Figura 5C y 5D), generó el mayor acumulado diario en la historia de la estación Las Brisas, siendo el mecanismo de los efectos indirectos de sistemas ciclónicos del Caribe el causante del EEP (205,6 mm) registrado.

Con este contexto, a partir de los mapas inventario de deslizamientos y los criterios de selección expuestos, se zonificó (Figura 6) el corredor vial en áreas estables de baja pendiente (> 5°), así como las propensas a erosión y remoción en masa. Un 24 % de la RN-613 corresponde a sectores inestables, 11 % con trayectos planos (fondos de valles y divisorias) y cerca del 64 % son áreas de mayor estabilidad a largo plazo. La ampliación de los tramos propensos a procesos erosivos y con taludes o laderas potencialmente inestables por altura y tipo de suelos se extendió si habían pasos de cauce. Con estas consideraciones, se identifican tramos que ameritan auscultación, aunados a aquellas obras de contención y el deslizamiento del estacionamiento 15 + 580 km, dado que el contexto sísmico e hidrometeorológico expuesto demuestra que nuevos eventos ocurrirán y corresponde mitigar sus efectos.

Figura 6

Se identifica concentración de deslizamientos entre Sabalito y La Lucha, propiciados por la textura (fábrica) de los suelos que genera suelos finos (CL y MH), deformación tectónica que acelera procesos erosivos, propicia aumentos en la pendiente e incrementa la disección fluvial. La capacidad de incorporación de humedad en los horizontes más superficiales de suelo fue rebasada ante el paso del huracán Eta, posiblemente por la saturación previa en un momento donde la época lluviosa estaba consolidada, con ello altas tasas de infiltración disminuyeron el esfuerzo efectivo en algunos sitios de la ruta.