Factores y sistemas de control de avalanchas

Factores causantes de
avalanchas y sistemas
estructurales para su control
Ing. Manuel García López
Presidente de la Seccional
Colombia de la ASCE
SOCIEDAD COLOMBIANA DE INGENIEROS

La presente conferencia es una contribución de la ASCE Seccional
Colombia a la Sociedad Colombiana de Ingenieros, en sus XVII
Jornadas Geotécnicas y XX Jornadas Estructurales.
Bogotá 13 de abril de 2018.
INTRODUCCIÓN

Figura No. 1 Localización de la zona de estudio en la Plancha
Geológica 343 – “Silvia” (extracto).

Fotografía 1. Vista general del área con problemas de
inestabilidad de taludes, desde un punto de aproximación al
sur de la misma.
• A. Puente.
• B-B’. Zona en estudio,
de unos 3,5 km de lon-
gitud a lo largo de la
carretera. está inten-
samente brecha-da
por fallamiento geo-
lógico.
• C. Se observa una
casa construida sobre
un coluvión en flujo de
tierras muy lento.
(11 de mayo de 2016).
Nótese que los pro-
cesos intensos de
carcavamiento arriba
del puente se extien-
den hasta la divisoria
de aguas de la mon-
taña.
B
‘

Fotografía 2. Distribución de las unidades geológicas
existentes en el sector del estudio
• A. Esquistos grafitosos.
• B. Lavas andesíticas.
• C. Depósitos vulcano-sedimentarios
y suelos residuales.
• D. Coluviones.
• E. Rellenos antrópicos.

Mecanismo de falla de taludes por sobre-
empinamiento.

Fotografía 3. Socavación intensa, deslizamientos y flujos de
detritos en las márgenes de la quebrada por arrastre y sobre-
empinamiento de márgenes debido a las avalanchas.

Fotografía 5. Deslizamientos, flujos de detritos y de
lodos en la zona vecina, aguas arriba del puente.
•
A. Zona inferior de la
cuenca de la quebrada.
• B. Deslizamiento múltiple
retrogresivo de gran
magnitud, del cual se
aportan materiales a la
quebrada y al tramo de
carretera vecino al
puente.
• C.Flujos de detritos y de
lodos en las márgenes
de la quebrada principal
y uno de sus afluentes.
Los suelos y rocas
meteorizadas prove-
nientes de estos pro-
cesos acrecientan el
volumen de las ava-
lanchas que vienen desde
ladera arriba.
C
C
C
C
C

Fotografia 6. Instante de caída de avalancha de volumen
relativamente pequeño en el sector inmediato aguas arriba
del puente.
Notar el tamaño de
los bloques rocosos
mayores
(dimensiones de
1.5 a 3.0 m), lo cual
ayuda a
proporcionar a las
avalanchas su muy
alta capaci-dad de
impacto, arrastre y
cubri-miento de ele-
mentos en riesgo.

Fotografías 7 y 8. Avalanchas en quebradas vecinas a la
principal.
A la izquierda cauce de la quebrada arriba de la carretera. Notar restos de estructura de contención. A la derecha
cauce afectado por avalanchas ladera debajo de la carretera; observar restos de cabezotes de alcantarilla.

Fotografías 7,8 y 9. Avalanchas en quebradas vecinas a
la principal.
A. Ladera arriba de la
vía.
B. Ladera abajo de la
vía.
C. Volúmenes
importantes de las
avalanchas, fluyen
carretera abajo hacia
el puente.
A B
C

Fotografías 10 y 11. Sobrecarga de gran magnitud del
puente por avalanchas que fluyeron por la vía.
J

Fotografías 12 y13. Efectos del paso de avalanchas
sobre el sistema de cimentación del puente.

Tablas 1 y 2. Características de flujos de detritos y
avalanchas.

Desde el punto de vista geomorfológico, un problema de inestabilidad del terreno tan
complejo como el que fue objeto del estudio, puede enfocarse como un sistema
físico que evoluciona dentro de una variedad de tipos de equilibrio asociados con
patrones o tendencias de comportamiento. En el caso bajo estudio puede decirse
que la ladera completa en la zona en que se halla el puente, constituye un sistema
que vamos a denominar “Sistema de la quebrada principal”, el cual consideramos
que se encuentra en un estado en el cual predominan condiciones de equilibrio
inestable y de equilibrio metaestable.
CONCLUSIONES
SISTEMAS Y SUBSISTEMAS GEOMORFOLÓGICOS

En la condición de equilibrio inestable la tendencia de una variable dada a
responder a una perturbación del sistema se manifiesta mediante el ajuste a un
nuevo valor. En la condición de equilibrio metaestable, existe una combinación de
equilibrio estable e inestable, excepto que la variable considerada adquiere un
nuevo valor solamente hasta después de haber superado un valor crítico o “umbral”;
de lo contrario regresará a su valor original. En términos geotécnicos esa variable (o
variables) bien puede ser la resistencia al corte o al deslizamiento de suelos y rocas,
la densidad en sectores de los coluviones, la erosionabilidad, etc.
Dado el comportamiento complejo del Sistema de la quebrada principal, es muy
conveniente analizar su comportamiento examinando o analizando el de los
subsistemas que lo integran.

En este caso podría considerarse la parte superior de la ladera, comprendida entre
la carretera y la cima de la montaña como un primer subsistema.
Las características generales del primer subsistema: pendiente abrupta a empinada
(como ya se mencionó), abundancia de roca intensamente meteorizada, cauces de
fuerte incisión y con alta pendiente longitudinal, sometido a procesos
degradacionales que ya se han explicado y del cual provienen las avalanchas.
Para localización más precisa de los sectores en que ocurren los diversos eventos, y
la definición de las medidas remediales (preventivas y correctivas, o de control) de
flujos de detritos, de lodos y avalanchas, conviene subdividir el área en la cual
ocurre y se desarrolla cada evento en las zonas mostradas en la figura siguiente:
Primer Subsistema

• El segundo subsistema corresponde a la carretera y sus elementos
estructurales complementarios tales como el puente, alcantarillas, muros de
contención, etc. y podría denominarse también un subsistema antrópico. Este
subsistema recibe fuerte influencia en su estabilidad del primer subsistema, y a la
vez influye en el comportamiento del primero y el tercero por razón de las
excavaciones de cortes y los rellenos o terraplenes construidos, y mediante los
cambios comunes en el patrón de drenaje superficial de la ladera que impone la
concentración de la escorrentía en las alcantarillas, para citar solo unos pocos
factores.
Segundo Subsistema

• La parte inferior de la ladera, comprendida entre la carretera y el cauce del río
Sucio que drena la región, se designa como el tercer subsistema. Presenta
pendiente más suave y predominio de depósitos de ladera, tales como coluviones
y antiguos flujos de tierra y de detritos, así como rellenos antrópicos.
• La quebrada principal es el conector de los 3 subsistemas; influye en el
comportamiento de éstos y también recibe la influencia de los mismos.
Tercer Subsistema

Fotografía 4. Sistema geomorfológico de la quebrada
en estudio.

• Las medidas remediales que se pueden plantear se adecúan
a cada uno de los 3 Subsistemas Geomorfológicos, y a cada
una de las zonas en que puede tratarse un evento de flujo de
lodos o de avalancha que ocurra en el Primer Subsistema,
obedeciendo al proceso predominante en ellas. En la tabla
siguiente se presenta un resumen de las obras
acostumbradas en nuestro medio.
PLANTEAMIENTO GENERAL DE MEDIDAS REMEDIALES
Y PREVENTIVAS

• De gran interés desde el punto de vista del estudio de amenazas de origen natural,
es el caso de avalanchas y flujos de lodo que se originan en la rotura de represas
causadas por la irrupción de deslizamientos, flujos de tierra y caídas de roca en los
cauces y valles de montaña. Se bloquean las corrientes de agua, y algún tiempo
más tarde, la energía adquirida en función del volumen del embalse puede
alcanzar la magnitud suficiente para romper la presa (dique o tambre) y
desencadenar la avalancha.
• En Colombia se ha registrado un alto número de eventos de este tipo, por lo
general con terribles consecuencias, entre ellos las ocurridas en Mocoa, el 1 de
abril de 2017.
2. REPRESAS CAUSADAS POR DESLIZAMIENTOS O
REPRESAS NATURALES

Clasificación de represas
naturales. (Modificada de
Costa y Schuster, 1988 por
M. García L. 1990).
NOTA:
Los Tipos I a VI son los
propuestos originalmente por
Costa y Schuster (1988).
El Tipo VII fue adicionado por M.
García (1990).
CLASIFICACIÓN DE REPRESAS NATURALES

CASO DE MOCOA, PUTUMAYO
42
Río Mocoa

43
Representación
simplificada del
sistema fluvial
(R. Charlton, 2009)
CLIMA
ACTIVIDAD
ANTRÓPICA
TECTÓNICA
NIVEL DEL LECHO
Geología
Topografía
Suelos &
Vegetación
Sistema de
Laderas
Sistema de canal-
llanura de inundación
Régimen de
flujo
Régimen de
sedimentación
Frontera del sistema fluvial

ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS
44
VARIABLES INTERNAS QUE
CONTROLAN EL SISTEMA
• Densidad de drenaje
• Ángulo de pendiente del cauce
• Tipos de suelo o roca
• Patrón de drenaje
• Profundidad del cauce
• Este sistema lo compone cauces, laderas y zonas planas de depósito o
sedimentación.
• La forma de cada componente está relacionada con la forma de otras
componentes del sistema, por ejemplo, si los cauces de las cabeceras de una
cuenca están cercanamente espaciados, las laderas que forman las divisorias
serán más empinadas que si las corrientes estuvieran más apartadas entre sí.

• Se refiere a las fuerzas
internas que deforman la
corteza terrestre. Estas
fuerzas pueden llevar a
levantamiento de las
montañas (orogenia),
fallamiento, pandeo y
fracturación de las rocas.
• Algunas de las tasas más
altas de producción de
sedimentos en el mundo
están asociadas con
áreas de elevación
tectónica y fallamiento
• Las pendientes del valle
se alteran por fallas y
elevación localizada, que
a su vez puede afectar el
patrón del cauce.
Tectónica
45
Bocatoma en el río Mulato y
PTAP
Mocoa
BOCATOMA
PTAP

46
BOCATOMA
PTAP
Mocoa
Bocatoma R. Mulato
y PTAP

47
Deslizamientos y
flujos de detritos y
de lodos en las
partes media y alta
de la microcuenca
de la Qda. La
Taruca, los cuales
pudieron formar
presas naturales
cuya rotura originó
la avalancha de
dicha quebrada, la
cual causó el mayor
número de víctimas
y de daños en la
ciudad.

48
Deslizamientos y
flujos de detritos y
de lodos en la
microcuenca de la
Qda. Sangoyaco, la
cual entrega a La
Taruca en la parte
alta de Mocoa. Los
casos mostrados
pudieron formar
presas naturales
cuya rotura originó
avalanchas que se
sumaron a las
acarreadas
directamente por La
Taruca.

.
Cauce de La Taruca al desencañonarse en la parte
alta de Mocoa

Panorámica del sector del ápice del abanico de
Mocoa, en el cual la avalancha de la Qda. La Taruca
destruyó el barrio San Miguel entre otros.

51
.
Sector de confluencia de las
quebradas Sangoyaco (a la
izquierda) y La Taruca (en
diagonal descendente).
Observar el alto número de
viviendas destruidas. En el
círculo existe un
estrechamiento del cauce
algo encañonado de la Qda.
La Taruca, en el cual se
represaron los bloques
rocosos de mayor tamaño de
la avalancha, como se
muestra en las diapositivas
116 a 122.
En el sector inmediatamente
aguas abajo de dicho punto
continuaron tamaños
menores

52
Zona afectada, barrio El
Progreso.

53
Qda. La Taruca en el sector de
La Independencia, cercano
a su desembocadura en el
río Mocoa. El trazo
curvilíneo de la margen
derecha corresponde a un
muro de contención de
concreto reforzado
construido para protección
contra inundaciones
“normales”, el cual fue
sobrepasado por la
avalancha, destruyendo
varias casas ribereñas. El
barrio de la zona en el
círculo fue completamente
destruido.

54
Grandes rocas
acumuladas en el sector
del barrio San Miguel.

.
Destrucción total o parcial de viviendas en la zona
alta de Mocoa

57
Influencia de un estrecho del cauce de la Quebrada Taruca en el
represamiento de grandes bloques rocosos.

58
Zona de aguas arriba del estrecho de La Taruca
aledaña a la margen izquierda de la misma.

59

60

61
Sitio del estrechamiento de la Quebrada La Taruca. A la derecha los grandes bloques rocosos retenidos; a la
izquierda la continuación del tramo encañonado de la quebrada aguas abajo del estrecho. Los bloques
encerrados en el óvalo rojo permiten vincular las dos fotografías.

62
Vista del estrecho hacia aguas arriba a la derecha, y hacia aguas abajo a la izquierda. Notar la disminución de
tamaños de rocas aguas abajo. Este efecto de la topografía del cauce tiene importancia en el estudio de obras
de control de avalanchas.

G. H. EISBACHER AND J. J. CLAGUE
(1984). GEOLOGICAL SURVEY OF
CANADA.
4. OBRAS DE CONTROL DE FLUJOS Y AVALANCHAS DE
DETRITOS

Presa abierta de doble pilar y gran viga de arriostramiento a estribos, para retención de grandes bloques
rocosos y disipación de energía. Tomado de G. FIEBIGER (1997)
64

• Presa abierta de concreto reforzado, para retención de grandes bloques rocosos y disipación de energía.
Tomado de G. FIEBIGER (1997).
65

• Presa abierta de concreto reforzado, con
sistema de rejillas con vigas de acero y
vertedero de fondo. Tomado de G.
FIEBIGER (1997).
66

• Fotografía 5.13. Presa abierta con estribos y elementos verticales de concreto de gran altura (notar el
automóvil de la derecha) y alta resistencia al impacto de rocas de tamaños mayores.

• Fotografía 5.7. Estructura dentada de concreto reforzado, de altura moderada, cuya función es la de servir
como trampa para troncos y ramas acarreados por la avenida torrencial, y a la vez retención de materiales
rocosos de tamaños grandes e intermedios. (Tomado de G. FIEBIGER, 1997).
68

• Fotografía 5.11. Presa abierta con estribos masivos de concreto y elementos metálicos con piedeamigos, de
alta resistencia a impactos.

• Fotografía 5.9. Serie de presas de
concreto (“Check Dams”) de
sección robusta, con vertederos,
para reducción de energía, fijación
de fondo del cauce transportador
de la avenida torrencial y depósito
temporal de gruesos.

• Fotografía 5.10. Serie de presas
de concreto (“Check Dams”) de
sección robusta, con
vertederos, para reducción de
energía, fijación de fondo del
cauce y depósito temporal de
gruesos, después del paso de
una avenida torrencial.
71

• Fotografía 5.12. Presa convencional doble de concreto reforzado (con dique y contradique) después del paso de una avalancha.

Presas abiertas con rejilla de elementos metálicos de alta resistencia al impacto y cubrimiento.
73

• Fotografías 5.5 y 5.6. Presas abiertas con rejilla de elementos metálicos de resistencia media al
impacto y cubrimiento. (Experiencias en el Japón y la India).
74

• Fotografía 5.8 a. Sistema de
conducción de flujos de lodo
disparados por las fuertes
lluvias en los periodos
monzónicos, Volcán
Sakurajima en la isla del
mismo nombre, Japón.
Observar la serie de canales
de encauzamiento con
conjuntos de presas como las
mostradas en las fotografías
5.9 y 5.10; el canal indicado
con la letra A desvía
materiales gruesos para su
aprovechamiento en zonas
de almacenamiento temporal
como la mostrada en la
fotografía 5.8 b.
75

• Fotografía 5.8 b. Zona
de almacenamiento
temporal de depósitos
de avalanchas, en la
cual los materiales de
buena calidad son
procesados para su
utilización en obras de
Ingeniería (Kumamoto,
Japón).

CONCLUSIONES
1. El estudio sistemático de estos procesos debe abarcar la determinación de los siguientes aspectos del
problema:
a) Susceptibilidad de los valles de montaña (cauces encañonados) a la ocurrencia de deslizamientos y al
represamiento.
b) Relaciones entre los tipos de deslizamientos y las características de las represas que pueden formar.
c) Correlación entre las características de la represa, el río y el embalse, con la estabilidad y longevidad de la
represa.
d) Mecanismos de falla de taludes.
e) Carácter o posibilidad de predecir la inundación aguas arriba de la represa y la avalancha aguas abajo de la
misma.
f) Efectos secundarios de la inundación aguas arriba.
g) Implantación de sistemas de alarma, preparación de la comunidad y protección de las obras de
infraestructura.

• I. MODIFICACIÓN DE FLUJO Y CAUDAL
• 1. Tratamiento de la hoya tributaria:
a)Control de escorrentía
b)Retención de aguas lluvias
c)Retardo de la infiltración
d)Conservación de las funciones retardantes en la hoya
e)Reforestación
f) Control de cárcavas
g)Obras preventivas de erosión y deslizamiento
h)Corrección de deslizamientos
i) Desembalse controlado en taponamientos
ALTERNATIVAS PARA LA MITIGACIÓN DE RIESGOS POR
INUNDACIÓN EN CRECIENTES EXTRA-ORDINARIAS Y
AVALANCHAS
78M. García L. IGL-UN-ECI

• I. MODIFICACIÓN DE FLUJO Y CAUDAL
• 2. Obras de protección:
a)Diques y jarillones
b)Mejoramiento de canales (rectificación y ampliación)
c) Desvíos
d)Muros de encauzamiento
e)Barreras y trinchos
f) Trampas de sedimentos
AVALANCHAS

• II. MODIFICACIÓN DEL DAÑO POTENCIAL
• 1. Regulación y ajuste del uso de la tierra:
a)Regulación del uso de la tierra
b)Regulación del desarrollo urbano
c) Códigos de construcción
d)Compra de tierras y propiedades por el gobierno
AVALANCHAS

• II. MODIFICACIÓN DEL DAÑO POTENCIAL
• 2. Adecuación de las construcciones:
a)Cierre permanente de aberturas de baja altura
b)Rellenos
c) Cierre de válvulas de conductos de desagüe y alcantarillados
d)Interiores a prueba de agua
e)Estructuras reforzadas contra grandes impactos y presiones
f) Construcciones elevadas.
AVALANCHAS

• III. MODIFICACIÓN DE LA AMENAZA
• 1. Sobre el medio físico:
a)Evaluación de estabilidad de laderas
b)Delimitación de zonas potencialmente inestables
c) Pronóstico de inundaciones
d)Lucha con la inundación
e)Elaboración de mapas de amenazas
AVALANCHAS

• III. MODIFICACIÓN DE LA AMENAZA
• 2. En relación con los habitantes:
a)Acciones de emergencia y reprogramación
b)Información a la comunidad
c)Preparación de la comunidad
d)Planes de evacuación
e)Alivio de desastres
f) Reprogramación de operaciones
g)Ayudas gubernamentales
h)Seguros contra inundación
i) Exención de impuestos
• NOTA: PUEDE OPTARSE POR LA INACCIÓN, QUE LLEVARÍA A LA SOLUCIÓN
SIMPLE DE SUFRIR LAS CONSECUENCIAS DEL EVENTO.
AVALANCHAS
83

Bibliografía
• Costa, John E., (1985) “Floods from dam failures”. U.S. Geological Survey Open-File Report 85-
560, 54 p., en Baker, V.R., Kochel, R.C. y Patton, P.C., ed., Flood Geomorphology, John Wiley &
Sons, Inc.
• Costa, John E., Schuster, Robert L. (1988) “The formation and failure of natural
dams”.Geological Society of America Bulletin, v. 100, p. 1054-1068, julio.
• Acosta M., Hugo Ernesto., y González P., Luis Eduardo (1994) “Presas formadas por
deslizamientos: Procesos, Riesgos y Mitigación”. Proyecto de Grado en Ingeniería Civil,
Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Santafé de Bogotá.
• García L. , Manuel, (1986a). “Consideraciones Geotécnicas sobre las Avalanchas de Detritos en
la Quebrada La Chapa - Paz de Río, Boyacá”. Informe de Ingeniería y Geotecnia Ltda., para
Acerías Paz del Río S.A., Bogotá, Diciembre.

• García L., Manuel, Martínez J. Manuel (1989b). “Riesgos por deslizamientos y Avalanchas en
Utica - Colombia”. I Simposio Suramericano de Deslizamientos, Sociedad Colombiana de
Geotecnia, Comité Suramericano de Movimientos en Masa, Vol. 1, pp. 649-662, Paipa, Colombia,
Agosto.
• García L. , Manuel, (1990) “Clasificación de movimientos de falla de taludes y descripción de
casos colombianos”, Módulo 1 - Capítulo 1, Curso de Educación continuada sobre Estabilidad de
Taludes y Laderas en Carreteras, Departamento de Ingeniería Civil - Facultad de Ingeniería,
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.
• García L., Manuel, González G., Álvaro J. (1990). “Evaluación Geotécnica de Amenazas Físicas
sobre la Población de Restrepo (Meta)”. Informe No. 1004 de Ingeniería y Geotecnia Ltda., para
Presidencia de la República, Oficina Nacional para Prevención y Atención de Desastres, Bogotá,
Mayo.

• Jakob, Matthias, Hungr, Oldrich, eds. (2005). “Debris-flow Hazards and Related
Phenomena”. Springer, Berlin.
• Schuster, Robert L., ed., (1986a) “Landslide dams; processes, risk, and mitigation”, American
Society of Civil Engineers Geotechnical Special Publication No. 3, p. 42-58, New York, Abril.
• Schuster, Robert L., Costa, John E. (1986b). “Effects of Landslide Damming on Hidroelectric
Projects”. International Congress of the International Association of Engineering Geology, Buenos
Aires, Argentina, Proceedings, v.4, pp.1295-1307.
• Swanson , Frederick J., Oyagi, Norio, Tominaga, Masaki (1986). “Landslide dams in Japan. En
Schuster, R.L., ed., Landslide dams: processes, risk, and mitigation”, Geotechnical Special
Publication No. 3, American Society of Civil Engineers, pp. 131-145, New York, Abril.
• Takahashi, Tamotsu (2014). “Debris Flow: Mechanics, Prediction and Countermeasures,
2nd edition”. CRC Press, Taylor & Francis Group, New York.

El autor agradece a los Auxiliares de Ingeniería de la firma Ingeniería y Geotecnia S.A.S. de
Bogotá, Brayan A. Pardo M. y Mateo González A., estudiantes de Ingeniería Civil de la
Universidad Nacional de Colombia, y al Ing. Yordy Plazas , Ingeniero Civil de la compañía
ya mencionada, por su valiosa ayuda en la edición de esta conferencia.
• Bogotá, 13 de abril de 2018.
AGRADECIMIENTOS

Factores y sistemas de control de avalanchas

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Factores y sistemas de control de avalanchas

Similar a Factores y sistemas de control de avalanchas (20)

Más de Sociedad Colombiana de Ingenieros

Más de Sociedad Colombiana de Ingenieros (20)

Último

Último (20)

Factores y sistemas de control de avalanchas