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Deslizamientos de tierra y movimientos en masa
Movimientos en masa
• un movimiento en masa es un movimiento hacia abajo de material halado
por la gravedad
• en USA, los movimientos en masa causan perdidad por $1.5 billones y 25
muertos al a˜no
• la mayor´ıa de movimientos en masa est´an asociados a:
– fallamiento de la pendiente
– colapso de estructuras pendiente abajo
Necesidad de entender los movimientos en masa
• los movimientos en masa son una amenaza en aumento por el crecimiento
de la poblaci´on
• expansi´on de las ciudades
• construcci´on en terrenos inestables
Movimientos en Masa en Colombia
• ´areas con alta precipitaci´on
• ´areas con pendientes fuertes
• ´areas con valores altos de escorrienta (run-off)
• grandes r´ıos con meandros
Factores que controlan el desarrollo del paisaje
• erosi´on: los agentes son el agua, el hielo y el viento
• elevaci´on: la pendiente de las laderas determina la velocidad de erosi´on
• clima: determina predominanci´on de agentes de erosi´on
• actividad de seres vivos: conservaci´on (ra´ıces de los arboles) y agentes de
debilitamiento (bacterias)
• tect´onica de placas: levantamiento, terremotos
• composici´on del substrato: controla la respuesta a la erosi´on
• actividad humana: miner´ıa, desarrollo de vivienda y urbano, represas,
agricultura, deforestaci´on y otros
1
El papel de la Gravedad
• la fuerza de la gravedad es constante y continua, halando verticalmente
(hacia abajo)
• en una pendiente inclinada, la atracci´on de la gravedad se descompone en
los componentes perpendicular y paralelo a la pendiente
• la fricci´on mantiene la masa en su posici´on; la fricci´on genera una fuerza
paralela a la pendiente con la direcci´on opuesta a la de la fuerza pendiente
abajo
• el balance entre la fuerza de resistencia y la fuerza pendiente abajo mantiene
la masa quieta o permite que se mueve hacia abajo
• si la fuerza de fricci´on es m´as peque˜na que la pendiente abajo, la masa se
mueve hacia abajo
• algunos eventos pueden disminuir la fricci´on y provocar movimientos en
masa: tormentas, irrigaci´on, terremotos, erupciones volc´anicas
El ´angulo de reposo
• ´angulo m´aximo que un mont´on de escombros puede conservar sin desinte-
grarse
• hasta 45◦
• depende de las propiedades de las part´ıculas
• part´ıculas grandes y ´asperas (o desiguales) tienen ´angulos grandes
• part´ıculas peque˜nas, lisas tienen ´angulos peque˜nos
una sustancia que act´ue como cohesivo incrementa el ´angulo de reposo; ejem-
plo: cuando se construye un castillo de arena, la gente usa agua para que las
part´ıculas de arena se peguen. Cuando el agua se seca, el castillo empieza a
colapsar ya que los muros tienen una pendiente mayor al ´angulo de reposo.
Superficies de Debilidad
La zona de contacto entre la masa que se desliza y el suelo abajo
• fallas
• grietas (grietas en las capas de las rocas)
• capas ricas en arcillas
• rocas blandas que de deslizan sobre rocas fuertes
2
• rocas fuertes que se rompen por el movimiento de roca m´as blanda abajo
la arcilla es un sedimento muy fino que proviene de la meteorizaci´on de rocas
ricas en s´ılice. Las part´ıculas de arcilla tienen una estructura de hojas (como
las hojas de un libro) y pueden absorver grandes cantidades de agua. La arcilla
se expande o se encoge, dependiendo de que tanta agua es absorvida y liberada,
de esa manera debilitando el terreno.
Caracter´ısticas fundamentales de fallas de pendi-
entes
• la cabeza del escarpe (tear-away zone) en la parte superior
• pie o zona de apilado en la base
• horizonte de deslizamiento / superficie de debilidad
• fracturas transversales, donde la cabeza del escarpe entra a la zona de
apilado
Causas Internas de Fallas de pendiente
• inherente material d´ebil (p.e., capas ricas en arcilla)
• agua de varias formas (ver abajo)
• disminuci´on de la cohesi´on (p.e., cuando capas enterradas son expuestas)
• estructuras geol´ogicas adversas (p.e., superficie de deslizamiento preexis-
tente, zonas de debilidad con buzamiento o inclinaci´on similar a la pendi-
ente (daylight bedding), estructuras dentro de las rocas (rocas que no han
sido cementadas, lentes de arcilla, fracturas)
El papel del Agua en deslizamientos
• aumento del peso
• interacci´on con minerales arcillosos
• reducci´on de la cohesi´on
• aceleraci´on de la erosi´on en la superficie y el subsuelo
• cambio en la presi´on de poros
• reducci´on de la fricci´on y lubricaci´on a lo largo del horizonte de desliza-
miento.
3
– localmente: lluvias, irrigaci´on desde arriba
– mas regional: aumento del nivel fre´atico (aguas subterraneas) desde
abajo
Causas externas para fallas de pendiente
• aumento de la pendiente (p.e. por movimiento de falla)
• cambio en soporte; remoci´on de material en el pie de la pendiente (p.e.,
r´ıo corta uno de sus bancos)
• adici´on de masa en la cabeza de la pendiente (p.e., acumulaci´on de sedi-
mentos)
C´omo puede actividad humana causar fallas de
pendiente?
• miner´ıa, grading, carreteras, desarollo de viviendas
– aumento de la pendiente por encima del ´angulo de reposo
– adici´on de masa en la cabeza (aumento de la energ´ıa potencial)
– remoci´on del soporte en el pie (quitar masa en el pie)
– remoci´on de vegetaci´on que ancla la masa el suelo
• represas
– cambio de la presi´on de poros
– cambio del nivel fre´atico
– aument del peso que puede abrir fracturas en el subsuelo e incluso
generar nuevas
• drenaje inapropiado; irrigaci´on excesiva
• deforestaci´on
Deforestaci´on
La deforestaci´on puede ser particularmente devastadora en los tr´opicos y causar
grandes movimientos y perdida de tierra (mass wasting). Contrario a lo que
uno pensar´ıa de un bosque tropical, la capa f´ertil de humus es MUY delgada
y f´acil de erodar. De hecho, el suelo solo es bueno por un par de estaciones
y los agricultores tienen que desplazarse a otras partes del bosque. Altas pre-
cipitaciones aceleran la erosi´on dejando grandes zonas no aptas para el cultivo
(badlands). La acumulaci´on de nuevo suelo tropical es extremadamente lenta,
Un bosque tropical puede tardar miles de a˜nos para volver.
4
Movimientos en masa r´apidos y lentos
movimientos lentos pueden causar perdidas en la propiedad, los movimientos
r´apidos son grandes asesinos.
Clasificaci´on de movimientos en masa
• t´ıpicamente basados en su velocidad y contenido de agua (ver ap´endice)
• En el libro, la clasificaci´on se basa en como se mueve la masa
• – ca´ıdas
– deslizamientos
– flujos
– subsidencias
Ca´ıdas
• ca´ıda libre de masa
• desprendimiento de masa a lo largo de un acantilado casi vertical
• movimiento de masa preferencialmente vertical (hacia abajo)
• la masa se mueve en bloques separados
• posiblemente provocado por: lluvias, hielo en cu˜nas, terremotos
Flujos
• flujo sobre topograf´ıa
• movimientos en masa que se comportan como flu´ıdos viscosos
• domina el movimiento interno turbulento
• puede alcanzar velocidades de ¿ 320km/h(200mph) pero algunos pueden
ser lentos (p.e. Portugese Bend)
• no hay superficies de deslizamiento o son de corta vida
5
Deslizamientos
• movimientos sobre una superficie de falla (plana o curva)
• movimiento de una masa semis´olida (no hay turbulencia interna)
• algo de la coherencia anterior al deslizamiento es mantenida (p.e., puede
romperse en algunas partes)
• deslizamientos/derrumbes rotacionales
– movimiento sobre una superficie de falla curva
– cortas distancias
– una fuerza de resistencia en el pie trabaja en contra de la fuerza
impulsiva
– cabeza del escarpe puede causar m´as inestabilidad cuando el agua se
acumula arriba
• deslizamientos translacionales
– deslizamiento en superficies de debilidad
– puede desplazarse grandes distancias
– tipo 1: la masa se mantiene coherente
– tipo 2: la masa se deforma y desintegra formando un deslizamiento
de escombros
– tipo 3: puede esparcerse lateralmente, cuando el material en el top
de rompe en pedazos
Subsidencia
• el suelo de mueve lentamente hacia abajo
– se hunde lentamente
– compactaci´on de sedimentos saturados de flu´ıdos (e.g. Nueva Orleans
3m en ´ultimos 50 a˜nos)
– estracci´on de aguas subterraneas o petr´oleo (e.g. Valle de San Joaquin
8.5m desde 1925, Las Vegas 1-2m desde 1935)
• r´apidos
– ca´ıda catastr´fica
– compactaci´on de sedimentos saturados de flu´ıdos o r´apido colapso de
cavernas
– p.e. dolinas (sinkholes), colapso de cavernas (p.e., Winter Park, FL;
Mayo 10, 1981) o (p.e., San Diego por da˜nos en infraestructura) o
(p.e., Guatemala, 2007)
6
Otras clasificaciones de los movimientos en masa
Clasificaci´on por velocidad y contenido de Agua
• solifluxi´on
• reptaci´on (creep)
• derrumbes
• deslizamientos
• flujos de tierra y de lodo
• avalanchas de escombros y nieve
• ca´ıda de rocas
Solifluxi´on
ocurren en ´areas periglaciares (permafrost) donde solo los primeros 1-3 cm se
derriten en el verano. Agua derretida no puede penetrar al subsuelo generando
un suelo h´umedo, empapado e instable que se mueve pendiente abajo.
Reptaci´on
• falla de pendiente m´as lenta pero tambi´en la m´as com´un. congelamiento
y derretiemiento del agua en el suelo hace cambiar su volumen y ayuda al
deslizamiento pendiente abajo; mavimiento puede ser tan lento que no es
perceptible; puede verse el efecto en estructuras deformadas como vallas,
troncos de arboles torcidos, posters de luz torcidos, etc. Puede causar el
creciemiento o encogimiento del suelo (como un chich´on).
– agua congelada en los poros de las rocas se expande un 9%
– Material expandible (p.e., arcillas) hace parte del suelo
– calentamiento por el sol
• contracci´on
– el suelo de descongela
– suelo se seca
– suelo se enfr´ıa
7
Flujo de escombros
• el agua puede participar como lubricante
• algunos flujos pueden ser secos!!! Generaci´on de vapor act´ua como lubri-
cante
• hielo puede ser lubricante, ya que fricci´on puede derretir parcialmente el
hielo
• cojines de aire
Avalanchas de Nieve
• similar a movimientos de tierra, pero usualmente de menor tama˜no
• fuertes ca´ıdas de nieve o final de temporada
• pueden viajar unos cuantos km a 370km/h
• tipicamente de 0.6-0.9m de alto, 30-60m de ancho; ca´ıda de 90-150m
• avalanchas secas viajan a 65-100km/h
• avalanchas h´umedas a 30-65km/h
• esquiador en la base puede causar avalancha
• hay dos tipos b´asicos, tipo 1:
– nieve polvorosa suelta; 95% espacio de poros
– comienza en un punto y crece
– comienza en la pendiente m´as fuerte (30-45◦
)
– se mueve hacia pendientes menores (¿20◦
)
– llega a su fin en el pie (¡20◦
)
• type 2:
– grandes avalanchas cuando se rompen losas de nieve cohesiva
– analogos a deslizamientos translacionales
– losa de hielo contiene muchas capas de nieve compactada
– superficies de derretimiento son superficies de falla potenciales
– la masa se libera y desliza pendiente abajo como un gran horizonte
de deslizamiento
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8

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MOVIMIENTOS EN MASA

  • 1. Deslizamientos de tierra y movimientos en masa Movimientos en masa • un movimiento en masa es un movimiento hacia abajo de material halado por la gravedad • en USA, los movimientos en masa causan perdidad por $1.5 billones y 25 muertos al a˜no • la mayor´ıa de movimientos en masa est´an asociados a: – fallamiento de la pendiente – colapso de estructuras pendiente abajo Necesidad de entender los movimientos en masa • los movimientos en masa son una amenaza en aumento por el crecimiento de la poblaci´on • expansi´on de las ciudades • construcci´on en terrenos inestables Movimientos en Masa en Colombia • ´areas con alta precipitaci´on • ´areas con pendientes fuertes • ´areas con valores altos de escorrienta (run-off) • grandes r´ıos con meandros Factores que controlan el desarrollo del paisaje • erosi´on: los agentes son el agua, el hielo y el viento • elevaci´on: la pendiente de las laderas determina la velocidad de erosi´on • clima: determina predominanci´on de agentes de erosi´on • actividad de seres vivos: conservaci´on (ra´ıces de los arboles) y agentes de debilitamiento (bacterias) • tect´onica de placas: levantamiento, terremotos • composici´on del substrato: controla la respuesta a la erosi´on • actividad humana: miner´ıa, desarrollo de vivienda y urbano, represas, agricultura, deforestaci´on y otros 1
  • 2. El papel de la Gravedad • la fuerza de la gravedad es constante y continua, halando verticalmente (hacia abajo) • en una pendiente inclinada, la atracci´on de la gravedad se descompone en los componentes perpendicular y paralelo a la pendiente • la fricci´on mantiene la masa en su posici´on; la fricci´on genera una fuerza paralela a la pendiente con la direcci´on opuesta a la de la fuerza pendiente abajo • el balance entre la fuerza de resistencia y la fuerza pendiente abajo mantiene la masa quieta o permite que se mueve hacia abajo • si la fuerza de fricci´on es m´as peque˜na que la pendiente abajo, la masa se mueve hacia abajo • algunos eventos pueden disminuir la fricci´on y provocar movimientos en masa: tormentas, irrigaci´on, terremotos, erupciones volc´anicas El ´angulo de reposo • ´angulo m´aximo que un mont´on de escombros puede conservar sin desinte- grarse • hasta 45◦ • depende de las propiedades de las part´ıculas • part´ıculas grandes y ´asperas (o desiguales) tienen ´angulos grandes • part´ıculas peque˜nas, lisas tienen ´angulos peque˜nos una sustancia que act´ue como cohesivo incrementa el ´angulo de reposo; ejem- plo: cuando se construye un castillo de arena, la gente usa agua para que las part´ıculas de arena se peguen. Cuando el agua se seca, el castillo empieza a colapsar ya que los muros tienen una pendiente mayor al ´angulo de reposo. Superficies de Debilidad La zona de contacto entre la masa que se desliza y el suelo abajo • fallas • grietas (grietas en las capas de las rocas) • capas ricas en arcillas • rocas blandas que de deslizan sobre rocas fuertes 2
  • 3. • rocas fuertes que se rompen por el movimiento de roca m´as blanda abajo la arcilla es un sedimento muy fino que proviene de la meteorizaci´on de rocas ricas en s´ılice. Las part´ıculas de arcilla tienen una estructura de hojas (como las hojas de un libro) y pueden absorver grandes cantidades de agua. La arcilla se expande o se encoge, dependiendo de que tanta agua es absorvida y liberada, de esa manera debilitando el terreno. Caracter´ısticas fundamentales de fallas de pendi- entes • la cabeza del escarpe (tear-away zone) en la parte superior • pie o zona de apilado en la base • horizonte de deslizamiento / superficie de debilidad • fracturas transversales, donde la cabeza del escarpe entra a la zona de apilado Causas Internas de Fallas de pendiente • inherente material d´ebil (p.e., capas ricas en arcilla) • agua de varias formas (ver abajo) • disminuci´on de la cohesi´on (p.e., cuando capas enterradas son expuestas) • estructuras geol´ogicas adversas (p.e., superficie de deslizamiento preexis- tente, zonas de debilidad con buzamiento o inclinaci´on similar a la pendi- ente (daylight bedding), estructuras dentro de las rocas (rocas que no han sido cementadas, lentes de arcilla, fracturas) El papel del Agua en deslizamientos • aumento del peso • interacci´on con minerales arcillosos • reducci´on de la cohesi´on • aceleraci´on de la erosi´on en la superficie y el subsuelo • cambio en la presi´on de poros • reducci´on de la fricci´on y lubricaci´on a lo largo del horizonte de desliza- miento. 3
  • 4. – localmente: lluvias, irrigaci´on desde arriba – mas regional: aumento del nivel fre´atico (aguas subterraneas) desde abajo Causas externas para fallas de pendiente • aumento de la pendiente (p.e. por movimiento de falla) • cambio en soporte; remoci´on de material en el pie de la pendiente (p.e., r´ıo corta uno de sus bancos) • adici´on de masa en la cabeza de la pendiente (p.e., acumulaci´on de sedi- mentos) C´omo puede actividad humana causar fallas de pendiente? • miner´ıa, grading, carreteras, desarollo de viviendas – aumento de la pendiente por encima del ´angulo de reposo – adici´on de masa en la cabeza (aumento de la energ´ıa potencial) – remoci´on del soporte en el pie (quitar masa en el pie) – remoci´on de vegetaci´on que ancla la masa el suelo • represas – cambio de la presi´on de poros – cambio del nivel fre´atico – aument del peso que puede abrir fracturas en el subsuelo e incluso generar nuevas • drenaje inapropiado; irrigaci´on excesiva • deforestaci´on Deforestaci´on La deforestaci´on puede ser particularmente devastadora en los tr´opicos y causar grandes movimientos y perdida de tierra (mass wasting). Contrario a lo que uno pensar´ıa de un bosque tropical, la capa f´ertil de humus es MUY delgada y f´acil de erodar. De hecho, el suelo solo es bueno por un par de estaciones y los agricultores tienen que desplazarse a otras partes del bosque. Altas pre- cipitaciones aceleran la erosi´on dejando grandes zonas no aptas para el cultivo (badlands). La acumulaci´on de nuevo suelo tropical es extremadamente lenta, Un bosque tropical puede tardar miles de a˜nos para volver. 4
  • 5. Movimientos en masa r´apidos y lentos movimientos lentos pueden causar perdidas en la propiedad, los movimientos r´apidos son grandes asesinos. Clasificaci´on de movimientos en masa • t´ıpicamente basados en su velocidad y contenido de agua (ver ap´endice) • En el libro, la clasificaci´on se basa en como se mueve la masa • – ca´ıdas – deslizamientos – flujos – subsidencias Ca´ıdas • ca´ıda libre de masa • desprendimiento de masa a lo largo de un acantilado casi vertical • movimiento de masa preferencialmente vertical (hacia abajo) • la masa se mueve en bloques separados • posiblemente provocado por: lluvias, hielo en cu˜nas, terremotos Flujos • flujo sobre topograf´ıa • movimientos en masa que se comportan como flu´ıdos viscosos • domina el movimiento interno turbulento • puede alcanzar velocidades de ¿ 320km/h(200mph) pero algunos pueden ser lentos (p.e. Portugese Bend) • no hay superficies de deslizamiento o son de corta vida 5
  • 6. Deslizamientos • movimientos sobre una superficie de falla (plana o curva) • movimiento de una masa semis´olida (no hay turbulencia interna) • algo de la coherencia anterior al deslizamiento es mantenida (p.e., puede romperse en algunas partes) • deslizamientos/derrumbes rotacionales – movimiento sobre una superficie de falla curva – cortas distancias – una fuerza de resistencia en el pie trabaja en contra de la fuerza impulsiva – cabeza del escarpe puede causar m´as inestabilidad cuando el agua se acumula arriba • deslizamientos translacionales – deslizamiento en superficies de debilidad – puede desplazarse grandes distancias – tipo 1: la masa se mantiene coherente – tipo 2: la masa se deforma y desintegra formando un deslizamiento de escombros – tipo 3: puede esparcerse lateralmente, cuando el material en el top de rompe en pedazos Subsidencia • el suelo de mueve lentamente hacia abajo – se hunde lentamente – compactaci´on de sedimentos saturados de flu´ıdos (e.g. Nueva Orleans 3m en ´ultimos 50 a˜nos) – estracci´on de aguas subterraneas o petr´oleo (e.g. Valle de San Joaquin 8.5m desde 1925, Las Vegas 1-2m desde 1935) • r´apidos – ca´ıda catastr´fica – compactaci´on de sedimentos saturados de flu´ıdos o r´apido colapso de cavernas – p.e. dolinas (sinkholes), colapso de cavernas (p.e., Winter Park, FL; Mayo 10, 1981) o (p.e., San Diego por da˜nos en infraestructura) o (p.e., Guatemala, 2007) 6
  • 7. Otras clasificaciones de los movimientos en masa Clasificaci´on por velocidad y contenido de Agua • solifluxi´on • reptaci´on (creep) • derrumbes • deslizamientos • flujos de tierra y de lodo • avalanchas de escombros y nieve • ca´ıda de rocas Solifluxi´on ocurren en ´areas periglaciares (permafrost) donde solo los primeros 1-3 cm se derriten en el verano. Agua derretida no puede penetrar al subsuelo generando un suelo h´umedo, empapado e instable que se mueve pendiente abajo. Reptaci´on • falla de pendiente m´as lenta pero tambi´en la m´as com´un. congelamiento y derretiemiento del agua en el suelo hace cambiar su volumen y ayuda al deslizamiento pendiente abajo; mavimiento puede ser tan lento que no es perceptible; puede verse el efecto en estructuras deformadas como vallas, troncos de arboles torcidos, posters de luz torcidos, etc. Puede causar el creciemiento o encogimiento del suelo (como un chich´on). – agua congelada en los poros de las rocas se expande un 9% – Material expandible (p.e., arcillas) hace parte del suelo – calentamiento por el sol • contracci´on – el suelo de descongela – suelo se seca – suelo se enfr´ıa 7
  • 8. Flujo de escombros • el agua puede participar como lubricante • algunos flujos pueden ser secos!!! Generaci´on de vapor act´ua como lubri- cante • hielo puede ser lubricante, ya que fricci´on puede derretir parcialmente el hielo • cojines de aire Avalanchas de Nieve • similar a movimientos de tierra, pero usualmente de menor tama˜no • fuertes ca´ıdas de nieve o final de temporada • pueden viajar unos cuantos km a 370km/h • tipicamente de 0.6-0.9m de alto, 30-60m de ancho; ca´ıda de 90-150m • avalanchas secas viajan a 65-100km/h • avalanchas h´umedas a 30-65km/h • esquiador en la base puede causar avalancha • hay dos tipos b´asicos, tipo 1: – nieve polvorosa suelta; 95% espacio de poros – comienza en un punto y crece – comienza en la pendiente m´as fuerte (30-45◦ ) – se mueve hacia pendientes menores (¿20◦ ) – llega a su fin en el pie (¡20◦ ) • type 2: – grandes avalanchas cuando se rompen losas de nieve cohesiva – analogos a deslizamientos translacionales – losa de hielo contiene muchas capas de nieve compactada – superficies de derretimiento son superficies de falla potenciales – la masa se libera y desliza pendiente abajo como un gran horizonte de deslizamiento – t´ıpicamente se forman flujos durante el movimiento hacia abajo 8