Caracterización de movimientos en masa

Caracterización de movimientos en masa#

Definición#

Los movimientos en masa son el producto de diversos elementos, donde la configuración morfológica y evolución de las laderas juegan un papel determinante (Hutchinson [1988]). La definición más simple y ampliamente aceptada es la dada por Cruden and Varnes [1996], quienes definen el término como el movimiento de una masa de roca, escombros o tierra a lo largo de una ladera. Bajo esta definición existe una gran variedad de movimientos en masa. Algunos son lentos, pequeños e imperceptibles, en tanto otros involucran grandes volúmenes de material y alcanzan altas velocidades con una gran poder destructivo. En tanto, Scheidegger [1998] interpreta los deslizamientos como modificaciones del terreno dentro del ciclo geomorfológico continuo, y que corresponden a la respuesta normal del sistema debido a complejos parámetros exogénicos (meteóricos) y endogénicos (tectónicos).

Fig. 2 Descripción conceptual de la morfología de un deslizamiento rotacional. Tomado de Glade and Crozier [2005]).#

Los movimientos en masa son el producto del debilitamiento progresivo de las propiedades mecánicas de los materiales de las vertientes por procesos naturales tales como meteorización, levantamientos tectónicos y actividades humanas que activan movimientos lentos, generalmente imperceptibles (Soeters and van Westen [1996], Glade and Crozier [2005]), sin embargo, un solo factor, comúnmente la precipitación o un sismo, es considerado como el estimulo externo que puede generar una respuesta casi inmediata de movilizar los materiales que conforman la ladera, sea por el rápido incremento de los esfuerzos o por la reducción de la resistencia (Wang et al. [2002]).

reduccion FS — Fig. 3 Reducción de las condiciones de estabilidad. Tomado de Popescu [1994].#

De esta forma los factores que controlan la ocurrencia y distribución de los movimientos en masa pueden dividirse en dos categorías: las variables cuasi-estáticas o condicionantes y las variables dinámicas o detonantes. Las variables cuasi-estáticas, tales como las propiedades de los suelos, la topografía contribuyen a la susceptibilidad de las vertientes y definen la distribución espacial de los movimientos en masa. En tanto, las variables dinámicas, tales como el grado de saturación del suelo y la cohesión controlan los factores detonantes de laderas susceptibles. La climatología, los procesos hidrológicos, y las actividades humanas controlan a su vez las variables dinámicas, y caracterizan el patrón temporal de los movimientos en masa (Crosta and Frattini [2003]).

Fig. 4 Evolución de los movimientos en masa. Tomado de Glade and Crozier (2005).#

Clasificación#

La base de datos de desastres (EM-DAT) del Centro de Investigaciones en Epidemiologia y Desastres (CRED por sus siglas en inglés) clasifica los desastres por fenomenos de origen natural en biológicos, geofísicos e hidrometeorológicos. Entre los geofísicos se encuentran los sismos, volcanes, y movimientos en masa secos (caída de rocas, deslizamientos, avalancha y subsidencia). Por su parte los eventos hidrometeorológicos se subdividen en hidrologicos, meteorológicos y climatológicos. Dentro del subgrupo de hidrológicos se encuentran los movimientos en masa con agua.

Fig. 5 Clasificacion de desastres por fenómenos de origen natural. Tomado de EM-DAT.#

La clasificación de movimientos en masa más ampliamente conocida y aceptada es propuesta por Varnes [1978] y actualizada por Cruden and Varnes [1996]. Estos autores emplean como criterio principal para la clasificación, el tipo de movimiento y el tipo de material. Los tipos de movimientos definidos por estos autores son caídas, volcamientos, deslizamientos, flujos, y propagación lateral. En tanto los materiales los dividen en suelo y roca. Una gran complejidad de movimientos puede surgir de la combinación de estos criterios sencillos.

clasificacionMenM — Fig. 6 Clasificacion de movimientos en masa de acuerdo con Varnes & Cruden (1996).#

Los movimientos en masa más comúnes en laderas en suelo son los deslizamientos y flujos. A diferencia de los flujos, los deslizamientos presentan superficie de falla; cuando esta superficie es curva y concava se denominan deslizamientos rotacionales y ocurren frecuentemente en suelos finos y homogeneos, mientras que cuando la superficie de falla es plana se denominan deslizamientos translacionales o planares, los cuales son generalmente superficiales y suelen estar controlados por discontinuidades como diaclasas, foliación o planos de depositación. En algunos casos la superficie de ruptura puede estar formada por dos discontinuidades, lo que genera que el deslizamiento se presente en la dirección de la linea de intersección formando una cuña, razón por la cual reciben este nombre.

Fig. 7 Deslizamiento rotacional en Cecil Lake Peace river (Canada). Foto de R. Couture (GSC) tomada de nrcan#

de acuerdo con Cruden and Varnes [1996] los flujos corresponden a la deformación progresiva del material que conforma la ladera. Para el caso de laderas en suelo, donde son mas comunes, se pueden generar por el deslizamiento inicial de suelos con un alto contenido de agua, y que pierde rápidamente la resistencia al cortante y se transforma en una mezcla hetereogenea de agua y sedimentos donde su comportamiento o reología es función de la proporcion agua/sedimentos y de la granulometría.

Coussot and Meunier [1996] utilizan la siguiente clasificación, donde contenidos en proporción de agua muy alto se tranforman de flujos de escombros a flujos hiperconcetrados, cuando los materiales son finos se presentan flujos de una fase, donde el agua y los sedimentos viajan a la misma velocidad, y cuando los materiales son granulares se presentan flujos de dos fases, donde el agua viaja a velocidades mas altas a los materiales sólidos.

flujos1 — Fig. 9 Clasificación de flujos de acuerdo con Coussot and Meunier [1996].#

Estos flujos pueden desplazarse simplemente sobre las laderas, o propagarse por largas distancias a lo largo de cauces estrechos, hasta alcanzar valles abiertos donde se deposita, o incluso alcanzar la desembocadura de la cuenca donde da lugar a geoformas tipo abanicos. estos flujos canalizados representan esencialmente lo que se denominan avenidas torrenciales en nuestro medio ().

flujos2 — Fig. 10 Clasificacion de movimientos en masa tipo flujos de acuerdo con Cruden and Varnes [1996].#

La descripción que más se ajusta a los procesos denominados localmente como avenidas torrenciales corresponde a una de las primeras definiciones de flujos de escombros realizada por Stiny [1910], donde los describe como fenómenos que inician como una inundación en drenajes de montaña, con una importante carga de sedimentos de fondo y en suspensión, y que, de acuerdo con el incremento en el volumen de sedimentos, cambia a una masa viscosa de agua, sedimentos y madera mezclados. En esta misma dirección, Hungr [2005] propone, a diferencia de Cruden and Varnes [1996] que restrigen el término flujo a la deformacion progresiva de los materiales de las laderas, utilizar el término flujo de escombros para cubrir un rango amplio de flujos, que incluyen los fenómenos iniciales de origen gravitacional en las laderas de la cuenca, que aportan una gran cantidad de sedimentos a los cauces de montaña, y que se transforman a flujos rápidos a lo largo de cauces confinados de fuerte pendiente, que terminan depositándose como abanicos. En conclusión, el término avenida torrencial se ajusta a la definición de flujo de escombros dada por Stiny [1910] y Hungr [2005], que representa un proceso amplio que va desde la ocurrencia de movimientos en masa en las laderas, hasta los diferentes flujos que se presentan a lo largo de los cauces de montaña, de acuerdo con la concentración de agua y sedimentos. El término avenida torrencial incorpora fenómenos a nivel de cuenca entre procesos gravitacionales y procesos hidrológicos.

Esta distinción es importante desde lo práctico, ya que implica que los métodos de evaluación de la susceptibilidad y amenaza para avenidas torrenciales no corresponden a las mismas aproximaciones presentadas para movimientos en masa tipo deslizamientos. Considerando la dinámica compleja entre las vertientes y el cauce que da origen a las avenidas torrenciales, los métodos más apropiados para la evaluacion de la amenaza por avenidas torrenciales deben tener en cuenta esencialmente la propagación y el tránsito hidráulico de la mezcla de agua y sedimento resultante, en conjunto con las interconexiones entre las laderas y el cauce, y los posibles efectos concatenados entre fenómenos que pueden aportar rápidamente un gran volumen de agua con la presencia en la cuenca de un importante volumen de sedimentos disponibles. Los métodos para la evaluación de la susceptibilidad y/o amenaza por movimientos en masa sobre laderas permite establecer la fuente de los materiales, pero es necesario, como se mencionó anteriormente, evaluar la propagación de estos materiales, con el aporte de agua y sedimentos a lo largo de los cauces, considerando la reología apropiada. Esta parte se considera en el presente documento en el capítulo de Movimientos en masa tipo flujos.

Para las laderas conformadas en roca generalmente se presentan movimientos en masa tipo caída y volcamiento, los cuales suelen presentarse en conjunto. El volcamiento se refiere a la rotación del material con respecto un punto o eje por debajo del centro de gravedad, y la caída corresponde al descenso por el aire del material, donde se incluye además el rebote y/o rodamiento del material al caer.

Finalmente se encuentran los movimientos en masa tipo extensión lateral, los cuales se dan en superficies planas y materiales cohesivos o roca que se encuentran sobre materiales de menor consistencia.

Actividad#

Cruden and Varnes [1996] definen la actividad de un movimiento en masa de acuerdo con tres criterios asociados a la superficie de falla: estado, distribución y estado. El estado de la actividad describe el tiempo en que se ha presentado el movimiento, y se subdivide en activos, que está actualmente en movimiento, reactivado, que nuevamente es activo luego de estar inactivo, suspendido, que se ha movido dentro del último ciclo anual pero que no se está moviendo actualmente, y los inactivos, los cuales no presentan movimiento en un periodo mayor a un ciclo anual, entre ellos están los latentes (dormant) donde las causas que lo originaron permanecen, abandonados, donde las causas del movimiento han cambiando, estabilizado, cuando se han realizado obras de mitigación que impiden su movimiento, y relicto, los cuales se presentaron bajo condiciones climáticas y geomorfológicas diferentes a las actuales.

Fig. 12 Estado de la actividad de movimientos en masa de acuerdo con Cruden and Varnes [1996]. (1) activo, (2) suspendido, (3) reactivado, (5) latente (dormant), (6) abandonado, (7) estabilizado, (8) relicto. El estado inactivo se subdivide en los estados (5) al (8).#

La distribución de la actividad se refiere hacia dónde se está mpviendo o desplazando la superficie de falla. Se define como avanzando sí la superficie de ruptura se extiende en la dirección del movimiento, retrogresivo cuando se mueve la superficie de falla hacia la dirección opuesta al movimiento en masa, ampliandose cuando se mueve hacia ambas márgenes, alargandose cuando el material desplazado está continuamente adicionando mas volumen de material, reduciendoce cuando ocurre lo contrario, finalmente se utiliza el término confinado cuadno se observa el escarpe pero la superficie de falla no es visible en la pata del movimiento.

Finalmente, el estilo de la actividad se refiere a la forma en la cual diferentes movimientos contribuyen al movimiento en masa. Se subdivide en complejo cuando exhibe al menos dos tipos de movimientos en secuencia, es decir una partícula presenta dos tipos de movimientos en momentos diferentes, compuesto cuando exhibe al menos dos tipos de movimientos en diferentes partes de la masa desplazada, algunas veces simultaneamente. Adicionalmente se presentan estiso sencillo cuando solo existe un tipo de movimiento y multiple cuandos e presentan diferentes movimientos del mismo tipo.

En cuanto a la escala de la velocidad de los movimientos en masa Cruden and Varnes [1996] proponen la siguiente Figura con velocidades en términos de m/s para movimientos extremadamente rápidos, m/min para muy rápidos, hr/min para rápidos, m/meses para moderados,, m/año para lentos y muy lento para magnitudes alrededor de mm/año.

Fig. 13 Escala de velocidad de movimientos en masa de acuerdo con Cruden and Varnes [1996].#

Intensidad vs Magnitud#

Dos elementos importantes en amenazas naturales son la magnitud e intensidad de los fenómenos. Para el caso de los movimientos en masa la intensidad de un evento se refiere a parámetros relacionados con el poder destructivo, tales como la velocidad o el desplazamiento total; mientras que la magnitud de los movimientos en masa hace referencia a la medida del tamaño del evento, tal como el volumen o el área.

Referencias#

1(1,2): Philippe Coussot and Maurice Meunier. Recognition, classification and mechanical description of debris flows. Earth-Science Reviews, 40:209–227, 1996. doi:10.1016/0012-8252(95)00065-8.
2: G B Crosta and P Frattini. Distributed modelling of shallow landslides triggered by intense rainfall. Natural Hazards and Earth System Sciences, 3:81–93, 2003.
3(1,2,3,4,5,6,7,8,9): David Cruden and D Varnes. Cruden,d.m., varnes, d.j., 1996, landslide types and processes, special report , transportation research board, national academy of sciences, 247:36-75. Special Report - National Research Council, Transportation Research Board, 247:76, 1996.
4(1,2): M.J Glade and T. Crozier. A review of scale dependency in landslide hazard and risk analysis. Landslide Hazard and Risk, In: Glade,:75–138, 2005.
5(1,2): Oldrich Hungr. Classificaction and terminology. Springer, 2005.
6: JH Hutchinson. Morphological and geotechnical parameters of landslides in relation to geology and hydrogeology, landslides. Proceedings of the fifth international symposium on, 1988.
7: M. Popescu. A suggested method for reporting landslide causes. Bull IAEG, 50:71–74, 1994.
8: Adrian E. Scheidegger. Tectonic predesign of mass movements, with examples from the chinese himalaya. Geomorphology, 26(1):37–46, 1998. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169555X98000506, doi:https://doi.org/10.1016/S0169-555X(98)00050-6.
9: R. Soeters and C.J. van Westen. Slope instability recognition analysis and zonation. In: Turner K.T. and Schuster, R.L., Eds., Landslides: Investigation and Mitigation, Special Report No. 247, Transportation Research Board National Research Council, pages 129–177, 1996.
10(1,2): Josef Stiny. Die Muren : Versuch einer Monographie mit bes. Berücksichtigung der Verhältnisse in den Tiroler Alpen. NA, 1910.
11: David Varnes. Slope movement types and processes. Transportation Research Board Special Report, 1978.
12: F W Wang, Kyoji Sassa, and Gonghui Wang. Mechanism of a long-runout landslide triggered by the august 1998 heavy rainfall in fukushima prefecture , japan. Engineering Geology, 63:169–185, 2002.