Semana 7 : "Movimientos de Masa y Estabilidad de Taludes"

I. MOVIMIENTOS EN MASA:

Los movimientos en masa abarcan un conjunto de fenómenos que incluyen, entre otros, flujos de rocas, de partículas de suelo (detritos), deslizamientos, hundimientos del terreno, caída de rocas y avalanchas de nieve o rocas.

El principio básico y elemental que rige el proceso de generación de los movimientos en masa es que, por acción de la gravedad, todo lo que está arriba puede bajar. En dicho proceso influyen otras variables naturales:

•Propiedades del terreno: el tipo de roca o suelo, la forma del paisaje (cañones, valles, planicies), la pendiente del terreno y su contenido de agua.

??Agua: detonador que actúa como lubricante en zonas por donde se filtra, como agente que aumenta la presión y como agente de arrastre superficial de partículas.

•Vibraciones del terreno: causadas por terremotos.

La intensidad, frecuencia y ocurrencia de los movimientos en masa están influenciadas por la intervención antrópica de los terrenos, lo que los convierte en un fenómeno socionatural. Las acciones antrópicas que inducen los movimientos en masa incluyen: cortes para la construcción de carreteras, terraceos (aplanamiento de laderas) para urbanizaciones, instalación de redes de infraestructura, infiltraciones de agua por fugas en los sistemas de acueducto y alcantarillado, ausencia o insuficiencia de sistemas de recolección de aguas lluvias, deforestación y minería subterránea y a cielo abierto.

Los tipos de movimientos que ocurren con mayor frecuencia y que causan mayor cantidad de pérdidas socioeconómicas son los deslizamientos y los flujos de detritos (Figura 4.1). En los primeros hay un movimiento ladera hacia abajo de una masa de suelo o roca, cuyo desplazamiento ocurre predominantemente a lo largo de una superficie de falla o debilidad (Cruden y Varnes, 1996 en PMA:GCA, 2007). Los segundos son flujos rápidos de partículas de suelo (detritos) saturados de agua, que escurren a lo largo de una superficie confinada como un canal o cauce empinado. Se distinguen porque el agua del cauce o canal se incorpora al flujo e incrementa su contenido de agua (Hungr y otros, 2001 en PMA:GCA, 2007).

II. ESTABILIDAD DE TALUDES:

La estabilidad de taludes es la teoría que estudia la estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construcción de ingeniería civil, siendo un aspecto directamente relacionado con la ingeniería geotécnica. La inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones:

• RAZONES GEOLOGICAS: Laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificación, meteorización, etc.
• VARIACION DEL NIVEL FREATICO: Situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre.
• OBRAS DE INGENIERIA: Rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minería.

Los taludes además serán estables dependiendo de la resistencia del material del que estén compuestos, los empujes a los que son sometidos o las discontinuidades que presenten. Los taludes pueden ser de roca o de tierras. Ambos tienden a estudiarse de forma distinta.

II.I.  TIPOS DE TALUDES:

II.I.I.  NATURALES: Son formados por la naturaleza a través de la historia geológica

II.I.II. ARTIFICIALES: Necesitan de la intervención del hombre y son ejecutados para construir: carreteras, represas ferrocarriles, etc. “taludes, cortes, terraplenes.

Cuando se va a construir taludes en presas de enrocamiento o de tierra, es de gran cuidado el diseño de talud, ya que si la represa falla se las poblaciones aguas abajo.

III. REMOCION EN MASA:

III.I. CONCEPTO:

La remoción en masa, es el desplazamiento de grandes volúmenes de material superficial ladera abajo (a favor de la pendiente) por acción directa de la fuerza dela gravedad, hasta volver a encontrar un nuevo punto de reposo.

Normalmente este terreno, en su parte superficial, presenta rocas fragmentadas por acción de la meteorización física, química o biológica, sola o combinada así como también puede presentar un estrato superficial de suelo grueso o delgado cono sin vegetación.

Los movimientos de masa se presentan, sobre todo, en la época lluviosa o durante una actividad sísmica.

III.I.II. ORIGEN: 

El fenómeno de la remoción en masa se produce porque la fuerza actuante, en este caso la sobrecarga, que es originada normalmente por el agua, ejerce una presión hacia abajo que rompe el equilibrio existente hasta ese momento; la gravedad proporciona la energía adicional requerida para que se produzca el movimiento descendente.

En lugares secos donde llueve muy poco o no llueve, la remoción en masa se origina fundamentalmente por los movimientos sísmicos desde los muy débil es hasta los muy fuertes quien los mueve de su lugar y luego la gravedad proporcional a energía adicional para que se produzca el movimiento descendente.

III.I.III. FACTORES:

Entre los principales factores solos o combinados que influyen en la remoción enmasa, que contribuyen a aumentar el efecto de la gravedad, se encuentran los siguientes:

• Litológicos (rocas inconsolidadas sobre rocas consolidadas), 
• Estructurales (meteorización física, química, biológica superficial del estrato rocoso superficial),
• Topográficos (laderas con pendientes abruptas),
• Antrópicos (denudación o deforestación del terreno),
• Tectónicos (acción de las ondas sísmicas),
• Climáticos (precipitaciones fuertes o precipitaciones continuas).

IV. TIPOS DE REMOCION EN MASA:

IV.I. DESLIZAMIENTOS:

Son desplazamientos de masas de tierra o rocas por una pendiente en forma súbita o lenta. El deslizamiento o derrumbe, es un fenómeno de la naturaleza que se define como “el movimiento pendiente abajo, lento o súbito de una ladera, formado por materiales naturales - roca- suelo, vegetación-o bien de rellenos artificiales”. Los deslizamientos o derrumbes se presentan sobre todo en la época lluviosa o durante períodos de actividad sísmica.

Existen dos tipos de deslizamientos o derrumbes

• DESLIZAMIENTOS LENTOS: Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tan lento que no se percibe. Este tipo de deslizamiento genera unos pocos centímetros de material al año. Se identifican por medio de una serie de características marcadas en el terreno.
• DESLIZAMIENTOS RÁPIDOS: Son aquellos donde la velocidad del movimiento es tal que la caída de todo el material puede darse en pocos minutos o segundos. Son frecuentes durante las épocas de lluvias o actividades sísmicas intensas. Como son difíciles de identificar, ocasionan importantes pérdidas materiales y personales.

Es un movimiento rápido de grandes masas de materiales. Se distingue tres tipos de deslizamientos: de rocas, de escombros y de tierra.

IV.I.I. DESLIZAMIENTOS DE ROCAS:

Es el resbalamiento de una capa rocosa a los largo de planos de debilidad. Ocurren en forma repentina y son catastróficas.

Deslizamiento de rocas, ocurre cuando los estratos rocosos se encuentran inclinados. El estrato rocoso superficial, con suficiente sobrecarga, rompe la estabilidad e inicia su resbalamiento descendente. Este desplazamiento se realiza sobre el plano de contacto con el estrato rocoso subyacente.

IV.I.II. DESLIZAMIENTOS DE ESCOMBROS: 

Es un movimiento rápido de material detrítico (fragmentos de rocas), que se desplaza pendiente abajo. Estos movimientos son frecuentes en laderas con pastos y a lo largo de pendientes abruptas de los bancos de río y acantilados de la línea de costa.

Fotografía 1. Deslizamiento de escombros, nótese la presencia de fragmentos groseros de roca y de suelos. Véase la cicatriz o huellas del deslizamiento.

IV.I.III. DESLIZAMIENTOS DE TIERRA: 

Se les denomina también como “corrientes de tierra”. Es el desplazamiento de material terroso (suelo) superficial que descansa sobre estratos rocosos sólidos. El movimiento de este material, pendiente abajo, es iniciado al encontrarse con notable sobrecarga a causa de la sobresaturación con agua. Ocurre en lugares húmedos con lluvias prolongadas. Su movimiento es lento. Es frecuente en orillas de vías de comunicación así como también en orillas de rio.

IV.II. DERRUMBES:

Los problemas que presenta la inestabilidad de las laderas de las montañas, son uno de los peligros naturales más destructivos del planeta.

Derrumbes, deslizamientos, flujos, reblandecimiento de terrenos y movimientos complejos ocurren día con día en cualquier parte del mundo de tal forma que cada año las víctimas y los daños materiales son incalculables. Este tipo de eventos puede originarse, por terremotos, lluvias intensas, descongelación de la nieve, pero el principal riesgo son los asentamientos humanos sobre minas de arena, en las laderas de las montañas que presentan diferentes grados de inclinación o por vivir al pie de ellas. Los mecanismos básicos de inestabilidad del terreno son: los caídos o derrumbes, los flujos, deslizamientos y las expansiones o desplazamientos laterales de los terrenos. Los caídos o derrumbes, son movimientos repentinos de suelos y fragmentos aislados de rocas que se originan en pendientes abruptas u acantilados, por lo que el movimiento es de caída libre, rodando y rebotando y suelen presentarse mayormente en las carreteras.

Incluye movimientos y caida directa  de material rocoso de variable dimensiones. Las principales causas son las siguientes:

• La fuerza gravitacional de la tierra
• Grado e inestabilidad de fracturas de la roca.
• Efecto de meteorización (alteración de la roca).
• Efectos de congelamiento del agua en las fracturas.
• Presión de las raíces de los àrboles en las fracturas.

Los factores que inician un movimiento frecuentemente suelen ser los movimientos sísmicos, las xcavaciones naturales (erosión) o artificiales y la baja cohesión de los maeriales que costituyen los taludes.

IV.III. HUNDIMIENTOS O DESPLOME:

Llamado también “falla de pendiente”, es un hundimiento violento hacia abajo y hacia delante de un manto rocoso y a veces de material sin consolidar, el que se desplaza a lo largo de superficies cóncavas, generalmente ocurre en sitios donde una masa rocosa o de suelos, se apoya sobre un sustrato débil.

Este hundimiento o desplome origina nuevas pendientes, casi del mismo valor quelas que existían antes y preparan el escenario para un nuevo evento; es decir, desarrollan pendientes muy abruptas.

En lugares donde el clima es sub húmedo, húmedo o muy húmedo, la presencia de lluvias fuertes o lluvias continuas acelera este proceso, porque aumenta el peso efectivo de la masa rocosa o de suelos (sobrecarga) y lubrica los planos donde se produce el hundimiento o desplome.

IV.IV. DESPRENDIMIENTOS DE ROCAS:

El desprendimiento de rocas que se caracteriza por la caída libre de rocas desde un acantilado. Estas generalmente se acumulan en la base del acantilado formando una pendiente, lo que impone una amenaza adicional. El desprendimiento de rocas obviamente constituye un peligro para los seres humanos y la propiedad, pero en general, impone una amenaza localizada dada su limitada área de influencia.

IV.V. REPTACION DE SUELOS:

Es el movimiento lento del suelo y/o de detritos rocosos cuesta abajo, por lo general no perceptible (salvo mediante reiteradas observaciones), que afecta la parte superficial de la ladera, la capa de suelo y en algunos casos la parte superior de la roca alterada. Su ocurrencia esta influida por la presencia de lluvias o de fusión de nieves que saturan los suelos en ambientes húmedos y sobre laderas con pendientes moderadas.

Por lo general los efectos de la reptación de suelos no son muy visibles, excepto sobre la vegetación y las estructuras construídas por el hombre.

IV.VI. SOLIFLUXION:

La solifluxión (flujo de suelo) consiste en un desplazamiento que afecta a una masa de fango desplazada sobre un basamento estable. Afecta únicamente a los materiales arcillosos susceptibles de transformarse en fango por el aumento de su contenido en agua líquida, lo que provoca un cambio de densidad, del peso y del volumen, que favorece el desplazamiento a lo largo de la pendiente. Al transformarse en fango, la propia lámina que se desplaza colmata los huecos y suaviza las irregularidades de la pendiente, lo que reduce la resistencia del sustrato al desplazamiento. Cuando se alcanza el límite de fluidez en los niveles superficiales se establece un plano de discontinuidad hídrica que funciona como plano de cizalla. La actuación del agua puede producirse por el empapamiento del material deleznable a causa de infiltraciones, o el desbordamiento de mantos freáticos, o por la abundancia de las precipitaciones en una zona.

V. FLUJOS HIDRICOS:

V.I. ALUVIONES:

El aluvión es material detrítico transportado y depositado transitoria o permanentemente por una corriente de agua, que puede ser repentina y provocar inundaciones.

Puede estar compuesto por arena, grava, arcilla o limo.

Se acumula en abanicos aluviales, cauces de corrientes fluviales, llanuras de inundación y deltas.

Algunos autores también incluyen bajo este término los materiales que se sedimentan en lagos o estuarios.

A menos que se especifique otra cosa, el término aluvión se refiere a material no consolidado.

En algunos lugares también se le llama aluvión a los aludes o avalanchas.

V.II. INUNDACIONES:

Una inundación es la ocupación por parte del agua de zonas que habitualmente están libres de esta,1 por desbordamiento de ríos, ramblas por lluvias torrenciales, deshielo, por subida de las mareas por encima del nivel habitual, por maremotos, etc.

Las inundaciones fluviales son procesos naturales que se han producido periódicamente y que han sido la causa de la formación de las llanuras en los valles de los ríos, tierras fértiles, vegas y riberas, donde tradicionalmente se ha desarrollado la agricultura.

En las zonas costeras los embates del mar han servido para modelar las costas y crear zonas pantanosas como albuferas y lagunas que, tras su ocupación atópica, se han convertido en zonas vulnerables.

V.III. TORRENTES O HUAYCOS:

El Huayco conocido también como “lloclla” o aluvión, es una corriente o flujos muy rápidos de aguas turbias, lodo, cargados de piedras, maleza y/o árboles que se desplazan a lo largo de un cauce definido de quebradas o riachuelos. Su causa directa son las fuertes lluvias o precipitaciones pluviales, que ocurren durante la temporada lluviosa.

VI. ACCION GEOLOGICAS DE AGUAS SUPERFICIALES:

El agua es el principal agente geológico a nivel del planeta; determina el paisaje de amplias regiones, en especial de las zonas de clima templado-húmedo. También es un factor importante en las zonas tropicales con lluvias más o menos abundantes.

VI.I. CICLO HIDROLOGICO:

El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre las distintas partes de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención de reacciones químicas, y el agua circula de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

La mayor parte de la masa del agua se encuentra en forma líquida, sobre todo en los océanos y mares y en menor medida en forma de agua subterránea o de agua superficial como en los lagos, ríos y arroyos. La segunda fracción, por su importancia, es la del agua acumulada como hielo sobre todo en los casquetes polares ártico y antártico, con una participación pequeña de los glaciares de montaña, sobre todo de las latitudes altas y medias, y de la banquisa. Por último, una fracción menor está presente en la atmósfera como vapor o, en estado gaseoso, como nubes. Esta fracción atmosférica es sin embargo muy importante para el intercambio entre compartimentos y para la circulación horizontal del agua, de manera que se asegura un suministro permanente a las regiones de la superficie continental alejadas de los depósitos principales.

El agua de la hidrósfera procede de la desgasificación del manto, donde tiene una presencia significativa, por los procesos del vulcanismo. Una parte del agua puede reincorporarse al manto con los sedimentos oceánicos de los que forma parte cuando éstos acompañan a la litosfera en subducción.

VII. ACCION GEOLOGICA DE LAS CORRIENTES DE AGUA:

VII.I. TRANSPORTE:

En relación con el transporte, lo primero a destacar es la capacidad tan enorme para arrastrar materiales que tiene el agua. Además de los mecanismos de suspensión, saltación y reptación, ya vistos para el aire, puede transportar por disolución aquellos compuestos solubles como, por ejemplo, las sales. La característica diferencial es la superior energía que hace que el tamaño de las partículas sea para cada momento superior en el caso del agua comparándola con el viento.

VII.II. EROSION:

Erosiona físicamente produciendo un gran desgaste de los materiales que acaban más o menos redondeados. Además, realiza una intensa meteorización química que altera la composición química de las rocas con procesos como hidratación, deshidratación, disolución, oxidación, etc.

VII.III. FORMACION DE VALLES:

Los torrentes forman su propio cauce realizando un trabajo de profundización inicialmente y posteriormente de ensanche. En este ensanchamiento intervienen muchos procesos: la erosión y socavamiento de las orillas y los flancos con los consecuentes derrumbes y deslizamientos, descomposición química y transporte de los materiales, entre otros tipos de remoción.

La formación de este cauce origina lo que llamamos valle, y sus dimensiones dependen del caudal, del tipo de roca que atraviesa la corriente y del tiempo que ha transcurrido en su elaboración.

VIII. CICLOS Y TIPOS DE EROSIÓN:

Los rasgos morfológicos que se desarrollan en un paisaje dependen fundamentalmente de tres factores:

La estructura y composición de las rocas, los procesos geológicos que actúan sobre éstas, el desarrollo de los agentes de erosión.

Una corriente nueva pasa durante su desarrollo por una secuencia continua de cambios morfológicos que constituyen su “Ciclo Erosivo” ó “Ciclo Geomórfico”. Sus etapas son tres bien definidas: Juventud, Madurez y Senectud. Cabe anotar que este proceso trae como consecuencia la modificación del paisaje regional que no siempre avanza con la misma rapidez que el ciclo fluvial; esto es, un paisaje en juventud puede estar atravesado por corrientes maduras.

VIII.I. JUVENTUD FLUVIAL:

Una corriente joven erosiona activamente; corta hacia abajo predominantemente, dejando cañones con márgenes acantiladas El perfil típico es en forma de “V”. El agua llena parcial o totalmente el angoste cauce. Son características la formación de rápidos y cascadas y el perfil longitudinal es irregular, con fuertes pendientes.

VIII.II. MADUREZ FLUVIAL:

Esta etapa se caracteriza por el aumento de la erosión lateral y el inicio de acumulaciones de Planicie de Inundación en un valle bien definido y amplio. La pendiente es moderada, eliminándose por consiguiente los rápidos y cascadas. Se produce un equilibrio entre la erosión y la depositación de sedimentos y las irregularidades desvían la corriente de lado a lado, originándose los meandros y la depositación de sedimentos en la llanura de inundación. El paisaje de Madurez Regional se caracteriza por un gran desarrollo de tributarios y una topografía escabrosa.

VIII.III. SENECTUD FLUVIAL:

A medida que se reduce la pendiente, la corriente pierde gran parte de su poder rosivo en profundidad, mas no así el lateral, produciéndose en consecuencia deposición.  Este tipo de corrientes se caracteriza por el gran desarrollo de meandros y una amplia  llanura de inundación en un valle también amplio y poco profundo. Los meandros se agudizan y adquieren forma de horquilla, que puede ser estrangulada al romper la corriente el angosto cuello; así se convierte en un lao arqueado que posteriormente puede convertirse en un pantano. El paisaje regional Senil se caracteriza por tener pocos tributarios y la no existencia de colinas altas. El resultado final es la formación de una superficie plana llamada “Penillanura”.

IX. PERTURBACIONES EN EL CICLO DE EROSIÓN:

El ciclo normal de erosión puede ser perturbado, en cualquier etapa de su desarrollo, al intervenir diversos fenómenos naturales, como los siguientes:

- Diastrofismo, vulcanismo, glaciación, acción eólica, drenaje subterráneo, y cambios climáticos que pueden acelerar el ciclo o repetir parte de él.

El diastrofismo al producir un levantamiento del terreno con relación al nivel del mar, aumenta la pendiente y consecuentemente proporciona mayor energía a la corriente.

A este proceso se le denomina rejuvenecimiento y se caracteriza por el inicio de un nuevo ciclo de erosión.

En los antiguos valles fluviales, típicamente maduros se observa nuevos cortes en forma de “V”, dejando generalmente terrazas en ambas márgenes. Si el paisaje es meandriforme, la corriente rejuvenecida mantendrá el patrón produciéndose los llamados meandros encajados.

X. ACCIDENTES EN EL CURSO DE UN RIO:

El agua de los ríos discurre de las zonas elevadas a las más bajas, impulsada por la fuerza de la gravedad. En su caída, el agua arranca y arrastra materiales de los terrenos por los que pasa. Estos materiales se van depositando en función de su tamaño y de la corriente del río.

X.I. CAÑONES: Las corrientes veloces producidas por la fuerte pendiente que corren sobre terrenos áridos y de roca infrayacente dura, excavan su perfil en forma de un valle estrecho y profundo con paredes casi verticales a los que se les llama Cañones o Gargantas. En los ríos del Perú, generalmente en la selva, se les denomina Pongos. Podemos citar como ejemplos el Cañón del Pato formado por el río Santa y el Pongo de Manseriche formado por el río Marañón.

X.II. CASCADAS Y CATARATAS: Las cascadas son saltos de agua que se producen en el lecho de un río donde existe un brusco desnivel, o pendiente muy abrupta por una fractura del terreno o falla geológica. También se deben a la alternancia de materiales duros con otros menos resistentes.

Cuando estos saltos de agua tienen un volumen grande se les denomina cataratas.

X.III. RAPIDOS: Son saltos de agua constituidos por una serie de peldaños por los que el agua corre con gran rapidez, formando en algunos casos remolinos.

Una de las formas que se originan los rápidos es debido a que al pie de las cascadas y cataratas, el agua cae con fuerza, produciendo remolinos que excavan la base. Se forma así un entrante en la base de la cascada, mientras que en la parte superior se crea una cornisa. Esta termina por derrumbarse, de forma que se nivela la cascada y desaparece: en este tramo, el río sigue discurriendo con mayor velocidad, originando el mencionado rápido.

X.IV. MEANDROS: Un meandro es una curva descrita por el curso de un río cuya sinuosidad es pronunciada.

Se distinguen dos tipos de meandros: Meandros de Valle –meandros encajados– y Meandros de Llanura Aluvial –de llanura de inundación–.

Se forman con mayor facilidad en los ríos de las llanuras aluviales con pendiente muy escasa, dado que los sedimentos suelen depositarse en la parte convexa del meandro, mientras que en la cóncava, debido a la fuerza centrífuga, predomina la erosión y el retroceso de la orilla.

X.V. MARMITAS: Conocidas también como “marmitas de gigantes”, son huecos casi circulares que se encuentran en el fondo y en los lados rocosos del cauce de algunos ríos.

Se inicia con un incipiente pulido que puede deberse a remolinos que da lugar a pequeñas depresiones superficiales y semimetricas a veces menores de 50 cm de profundidad y 50 cm de diámetro.

Una vez formadas continúan agrandándose por acción rotativa del agua y pequeños fragmentos de roca actuando como “molinos de abrasión natural”. Una vez alcanzada la profundidad critica, sigue la erosión lateral, desarrollándose bordes angulosos en las partes altas de los huecos