2.6 REMOCIO N DE MASAS Geologa Aplicada a la Ingeniera Civil Material complementario 1 REMOCIN DE MASAS Eltrminoremocindemasas(movimientosdeladera)serefiereaprocesosde movilizacinlentaorpidadedeterminadovolumendesuelos,roca,oambos,en diversasproporciones,generadosenlasuperficieterrestreprincipalmenteporaccin directa de la gravedad terrestre y por una serie de otros factores. Lasformasdedescensogravitacionalpuedensermuyvariadas;desde desprendimientos rpidos (hasta 150 km/h) que acarrean grandes volmenes de rocas yquesuelenproducirextraordinariascatstrofes,hastalospequeosflujosdesuelo saturado de agua o movimientos muy lentos del suelo de algunos mm/ao. 1. AGENTES GEODINMICOS, FACTORES DESENCADENANTES Sontodosaquelloselementosqueparticipandirectamenteenlageneracinde fenmenos geodinmicos1 que al interactuar producen la evolucin del modelado de la superficie terrestre. Agua Es el agente geodinmico ms importante y su accin geolgica, en cualquiera de sus formas de presentarse, produce cambios en el relieve terrestre. Participa como agentedemeteorizacin,erosin,remocindelosmaterialesysuconsecuente sedimentacin en otros cuerpos acuosos. Lacohesininternadeunmaterialpuedereducirseconsiderablementepor meteorizacin (mecnica y qumica) o por la presencia de agua en los poros o planos dedebilidaddelaroca.Elefectodelaguaesparticularmenteefectivocuandola estratificacin de las rocas es paralela a la pendiente, ya que el agua infiltrada a travs de estos planos acta como lubricante reduciendo considerablemente la resistencia de la roca. Elaguaenformadelluviasaturalosterrenosdeunaregin,produceciertos desequilibrios en las pendientes de los terrenos y las quebradas y origina una corriente superficial capaz de transportar materiales sueltos vertiente abajo. GravedadEsunagentequeproporcionalaenergarequeridaparaelmovimiento pendiente debajo de los materiales superficiales y de las rocas, slo cuando es capaz devencerlaresistenciainternadelmaterialqueimpidemoverse.Esevidenteque cualquierotrofactoroagente(comoelagua)quereduzcaestaresistencia,permite que la gravedad pueda intervenir, contribuyendo al movimiento. Sol Interviene en los procesos que ocurren en la Tierra, mediante las variaciones de la temperatura,propiciandocambiosenelestadooresistenciadelosmaterialescon 1Fenmenosgeodinmicosinternos:volcanes,sismos,interaccindeplacas ocenicasycontinentales,etc.Fenmenosgeodinmicosexternos:erosindelos ros, meteorizacin, etc. 2 respecto a la dilatacin, contraccin y ruptura, adems de influir en el comportamiento del clima. OrganismosvivosLaactividadquerealizanlosorganismossobrelasuperficie terrestresiemprehapasadoinadvertida,peronosepuedesoslayarlaimportante movilizacin de materiales y el modelado que resulta de esta accin. Elhombrecontribuyeacambiarelmodeladoterrestreatravsdesusactividades, principalmenteeconmicas,quehancontribuidoaldesequilibrioyporendeal desarrollo de fenmenos geodinmicos. Por ejemplo, la construccin de carreterasla aplicacin de cargas adicionales, tales como edificios. Otros En menor grado, pero de importancia vital en la generacin de movimientos de masas,sonladeforestacin,lavibracinproducidaporterremotosylaserupciones volcnicas, que pueden reducir en gran medida la resistencia de un material. 2. FACTORES CONDICIONANTES Adiferenciadeotrosriesgosgeolgicosyclimticosnaturales:sismos,vulcanismo, huracanes,tsunamis,inundaciones,quesondegranalcancey,porlotanto,estn fuera de la intervencin humana; los fenmenos de remocin de masa admiten cierto manejo en situacin crtica, destinado a minimizar sus efectos sobre la poblacin. Devitalimportanciaesconocerlosambientestopogrficos,climticos, geomorfolgicos,litolgicos,estratigrficos,geolgicos,hidrolgicosytectnicosen quetienenlugar,juntoalosmecanismosqueparticipanensugeneracinyque determinan sus respectivas magnitudes: Topogrficos Las caractersticas morfolgicas del relieve terrestre indican el grado de desarrollo que ha alcanzado durante su evolucin, por ejemplo, las pendientes indicarn el grado de estabilidad o inestabilidad de los materiales que la constituyen. Climticos Las variables climatolgicas como la temperatura, humedad, precipitacin y otras, constituyen los elementos del clima de una regin y adems determinan el tipo predominante de meteorizacin que afecta a las rocas y sus componentes. Asimismo, condicionan a los fenmenos meteorolgicos como lluvias torrenciales y huracanes, que constituyen manifestaciones geodinmicas de magnitudes catastrficas. Litolgicos La naturaleza, composicin mineral, las propiedades fsicas y qumicas de lasrocas,vanadeterminarelcomportamientodelosterrenos,porejemplo,rocas duras,compactasdbiles,noconsolidadas,inestables,quedarnlugaraquelos materiales posteriormente sean removidos, de acuerdo a su grado de resistencia. Estratigrficos El modo en que yacen las rocas determina la estabilidad o inestabilidad del terreno, por ejemplo, estratos gruesos, delgados, intercalaciones o alternancia con estratospermeablesoimpermeables,elbuzamientodelosestratosenfavoroen contra de la pendiente (ngulo de inclinacin), crearn las condiciones de estabilidad e inestabilidad. 3 Tectnica El Per se ubica en la margen de una activa zona de convergencia entre las placas de Nazca y Sudamericana. La subduccin de la litsfera ocenica del Pacfico hacontroladolaevolucingeolgica,tectnica,volcnicayssmicadelterritorio, desarrollndoseestructurasgeolgicasfrgilesycomplejas:cadenasdemontaas, zonasdefallasy/ofracturas,propiciasagenerarsismosfrecuentesyactividad volcnica. 3 CLASIFICACIN DE LOS PROCESOS DE REMOCIN 3.1. Deslizamientos Losdeslizamientossonmovimientosdemasasdesueloorocaquedeslizan, movindoserelativamenterespectoalsustrato,sobreunaovariassuperficiesde roturanetasalsuperarselaresistenciaalcortedeestassuperficies;lasmasas generalmentesedesplazanenconjuntocomportndosecomounaunidadensu recorrido,lavelocidadpuedesermuyvariable,perosuelenserprocesosrpidosy alcanzar grandes volmenes (hasta varios millones de metros cbicos, ver figura 25). Las causas que provocan los deslizamientos serelacionan, principalmente, tanto con laspropiedadesinherentesalasunidadesrocosas(presenciademinerales susceptibles de expansin, alteracin, baja resistencia, presencia de discontinuidades: fracturas,fallas,foliacinyestratificacin),comofactoresexternos:efectodela gravedad (a travs de erosin y/o precipitaciones) y acciones humanas (excavaciones para carreteras, tneles, canales). En los pases de gran sismicidad, como el Per, la ocurrencia de estos fenmenos en la proximidad a los epicentros y la magnitud de los sismos determinan la severidad de las remociones.Los relieves con morfologa abrupta, zonas carentes de vegetacin y suelosyzonasconmaterialalterado,constituyenambientespropiciosparael desarrollo de deslizamientos. Deslizamientos traslacionales (slide) Laroturatienelugarafavordesuperficiesplanasdedebilidadpreexistentes (superficiedeestratificacin,contactoentrediferentestiposdemateriales,etc.);en ocasiones,elplanoderoturaesuna finacapa dematerialarcillosoentreestratosde mayor competencia. No suelen ser muy profundos, aunque s muy extensos y alcanzar grandes distancias. Puedendarseenrocas(lasrocaspresentanunadelgadacoberturadesuelo,elque permite el desarrollo de una densa vegetacin) y en suelos con una gran cantidad de restosvegetales.Lasmasasquedeslizanenocasionessonbloquesrectangulares previamenteindependizadospordiscontinuidadesoporfisuras(deslizamientosde bloques). Alcanzanespecialimportanciaenterrenosderelievesmuyirregulares,provistosde laderas con gran empinamiento. Bajo intensa precipitacin pluvial, la incorporacin de 4 aguacreapresionesdetipogravitacionaleinestabilidad.Provocadalaruptura,el conjunto suelo-vegetacin se desliza violentamente cuesta abajo. Esquemas que muestra la secuencia de un deslizamiento traslacional. Deslizamientos rotacionales (slump) Sonmsfrecuentesensueloscohesivoshomogneos.Larotura,superficialo profunda,tienelugarafavordesuperficiescurvasoenformadecuchara(segnse aprecianenlosesquemassiguientes).Unaveziniciadalainestabilidad,lamasa empiezaarotar,pudiendodividirseenvariosbloquesquedeslizanentresydan lugar a escalones. Laparteinferiordelamasadeslizadaseacumulaalpiedelaladeraformandoun depsitotipolbulocongrietasdetraccintransversales.Dependiendodeltipode suelos y del contenido en agua, se pueden generar flujos. Ejemplo real de deslizamiento traslacional. Los deslizamientos, a diferencia de los flujos, presentan una direccin definida: direccin vertical hacia abajo. 5 Deslizamiento rotacional. 3.2. Flujos Losflujosocoladassonmovimientosdemasasdesuelo(flujosdebarrootierra), derrubios(coladasdederrubios2odebrisflow)obloquesrocosos(coladasde fragmentosrocosos)conabundantepresenciadeagua,dondeelmaterialest disgregadoysecomportacomounfluido,sufriendounadeformacincontinua,sin presentar superficies de rotura definidas. El agua es el principal agente desencadenante, por la prdida de resistencia a que da lugarenmaterialespococohesivos3.Principalmente,afectanasuelosarcillosos susceptibles que sufren una considerable prdida de resistencia al ser movilizados. Coladas de barro o tierra (mudflow o earthflow) Sedanenmaterialespredominantementefinosyhomogneosysuvelocidadpuede alcanzar varios metros por segundo; la prdida de resistencia suele estar motivada por la saturacin en agua. Estos movimientos se dan particularmente en zonas altiplnicas y andinas, que estn sometidas permanentemente a riesgos de flujos de barro, por su morfologa empinada, formadaporrocasfalladascongruesacubiertadesueloymaterialestransportados, desprovistos de cobertura vegetal. En ambientes bajo condiciones climticas propicias a abundantes e intensas lluvias, resultan muy favorables para el desarrollo de flujos de barro. Enlareginandina,lostrminosbajada,coladayavenidasonutilizadoscon frecuencia para designar los flujos de barro. stosejercen severos daos a caminos, redes de comunicaciones, canales de agua, etc. Proceso de formacin de coladas de barro o tierra. 2 Derrubio: material suelto, sin consolidar, con una proporcin significativa de material grueso. 3 Cohesin: fuerza que mantiene unidas las partculas de un suelo. 6 Coladas de barro o tierra. Coladas de derrubios (debris flow) Sonmovimientoscomplejosqueenglobanafragmentosrocosos,bloques,cantosy gravas en una matriz fina de arenas, limos y arcilla. Tienen lugar en laderas cubiertas pormaterialsueltoonoconsolidado,comoeselcasodelosdepsitosdemorrenas glaciares4, y especialmente en aquellas donde no existe cobertura vegetal. Losflujospuedenserconsecuenciadedeslizamientos,oserinducidospor desprendimientos. Colada de derrubios. 3.3. Reptacin (creep) La reptacin es la remocin en masas ms lenta, por lo general no perceptible y segn elmaterialenmovimiento,yaseasueloodetritos5;suvelocidadesmayorenla superficie y disminuye gradualmente con la profundidad. Tratndosedeprocesosquesedesarrollanennivelsuperficial,queafectan volmenesreducidosdemateriales,suidentificacinenelterrenonoesfcil.Se reconocenporlevesinclinacioneseneltroncoyracesdelosrbolesmayores, deformacionesenlosmurosdecontencinocercasyademsdesarrollode ondulaciones en el suelo superficial. 4 Morrenas glaciares: acumulacin de detritos a lo largo de la ladera de un valle glaciar. Son los depsitos de materiales transportados y depositados por un glaciar 5 Detritos: trmino general que se refiere a partculas o trozos de partculas de rocas antiguas, de minerales o de restos de esqueletos de ciertos organismos. 7 Estasdeformacionespuedendarlugaraposterioresmovimientosdetipo deslizamiento bajo la influencia de la gravedad y agua. La reptacin de suelos es ayudada por la dilatacin-contraccin del suelo, ya sea por congelacin y fusin o por humectacin y desecacin. Reptacin. Evidencias de reptacin o creep. 3.4. Desprendimientos Losdesprendimientossoncadaslibresmuyrpidasdebloquesomasasderocas independizadas por planos de discontinuidad preexistentes (tectnicos, superficies de estratificacin,fisuras,etc.).Puedentambindarsedesprendimientosdemasasde suelos en taludes verticales. Sonfrecuentesenladerasdezonasmontaosasescarpadas,enacantiladosy,en general,enparedesrocosas,siendofrecuenteslasroturasenformadecuayen bloques formados por varias familias de discontinuidades. Losfactoresquelosprovocansonlaerosinylaprdidadeapoyodelosbloques previamenteindependizadososueltos,elaguaenlasdiscontinuidadesygrietas,las sacudidas ssmicas, etc. Suponenunriesgoimportanteenvasdecomunicacinyedificacionesenzonasde montaa y al pie de acantilados. 8 Desprendimiento de una masa rocosa. Desprendimiento de bloques de rocas en una carretera.