Fluvial

FLUVIAL
AVENIDAS Y LLANURA DE INUNDACIÓN
Aumento generalmente rápido del caudal de un río que localmente, puede superar las
márgenes de su canal de aguas altas y desbordar, inundando áreas adyacentes. Ocurre
periódicamente. Pueden ser más grandes o más pequeñas, y se utiliza la frecuencia para medirlo
(nivel de avenida en un año → 100% de probabilidades de que ocurra todos los años; nivel de
avenida en 2 años → 50%; …). La probabilidad de que ocurra una avenida, viene dada por la
n
 1
fórmula q = 1 − 1 −  , siendo t el período de años (pasa cada 100 años), y n el número de
 t
casos (en 100 años pasa 10 veces).
Una avenida cambia la geometría hidráulica de un río, y altera sus variables, cambiando la
anchura y profundidad del canal; el río adecua un canal amplio y llano para el agua que
desborda: llanura de inundación. Las avenidas tienen carácter súbito (flash-floods); actúan como
bancos de sedimentos y retrasan la descarga en flujo alto, favoreciendo la infiltración y recarga
de aguas subterráneas.
Las llanuras de inundación se forman por acreción lateral (barras marginales en los point bar
de los meandros; estrangulamiento; abandonos de canal) y vertical (zonas pantanosas por
acreción vertical de material en suspensión). Los sedimentos más gruesos, pueden concentrarse
en los bordes, dando los levees; si los levees se rompen, se producen los derrames llamados
crevases splays. En las llanuras de inundación pueden aparecer, además, coluviones, abanicos
aluviales y movimientos en masa.
Métodos hidrológicos
• Métodos hidrométricos: Para extensiones menores de 75 km2. Se trata de reproducir con
datos concretos la avenida. Se calcula la máxima precipitación en 24 horas para 10, 50 y 100
años; en las estaciones pluviométricas. Se determina el tipo de lluvia en cuanto a su
intensidad máxima. Se utiliza el período de recurrencia y es la Imax en determinados períodos
de tiempo. Se trata de dividir el área en zonas homogéneas que tengan aproximadamente
características litológicas, topográficas y edafológicas parecidas; así se puede determinar el
umbral de escorrentía común para toda la cuenca; para ello se utiliza Q=CIA, siendo Q el
caudal, I la intensidad de precipitación, A el área de la cuenca de drenaje, y C está tabulado y
es función de la pendiente, litología y vegetación. Se calcula un hidrograma para un punto
determinado en función de su período de recurrencia. Se contrastan las estimaciones con
casos reales para corregir y ajustar el método. El cálculo de la altura de la lámina de agua, se
1
realiza con la fórmula Q = SR 2 / 3 J 1 / 2 , siendo n el coeficiente de rugosidad de Manning, S
n
la sección del área mojada, R el radio hidráulico y J la pendiente del canal.
• Métodos no hidrométricos:
- Métodos directos: en una estación de aforo podemos ver lo que va subiendo el agua del
río en función de la altura que alcanza en su registro de avenidas.
- Gráfica de caudal-altura (curva de gastos): Nos da la relación de la altura del caudal,
pero es poco fiable; podemos obtener Q a partir de P.
• Métodos geológicos: Utilizados para avenidas extraordinarias; se nos presenta el problema
de la extrapolación porque a veces tiende a extrapolarse a partir de los datos existentes de
avenidas pequeñas cuando en estos casos debíamos extrapolar a partir de avenidas grandes.
• Métodos estratigráficos: Utilizados en períodos de recurrencia largos; se recurre a la
estratigrafía de depósitos cuaternarios.
• Métodos basados en la geometría del canal: Método indirecto que asume que el tamaño
del canal es función del flujo de agua, la cantidad y características del sedimento en
•
•
•
•
transporte y características de los materiales del lecho y de las orillas. Este sistema es muy
bueno en regiones semiáridas para venidas con períodos de recurrencia de 10 y 50 años.
Métodos basados en la Paleohidrología: Estudio de avenidas pasadas que no se
corresponden a datos u observaciones humanas recientes.
Estudios basados en la Paleocompetencia: Cálculo de la energía suficiente para determinar
algún paleoflujo competente para arrastrar un tamaño de sedimento que actualmente se
encuentre en el canal.
Paleoindicadores y depósitos e aguas inertes: Se basan en el estudio de acumulación de
secuencias potentes de aguas ricas en materiales carbonosos (aguas intertes), lo que
representaría lo máximo a lo que ha llegado el flujo; antes pueden tener arena, limos, e
incluso gravas transportadas en suspensión por un flujo reducido en una avenida extrema.
Sólo se pueden realizar estos cálculos en canales que mantengan sus orillas constantes (ríos
limitados por litología dura). Otros paleoindicadores, son las líneas de limo en las orillas, las
líneas de erosión y marcas en la vegetación.
Otros métodos: Edáficos (algunas zonas presentan vegetación, sandplays o termas porque s
inundan fácilmente), vegetación (por diferenciación de la vegetación), botánicos (en cuanto a
diferencia de rasgos concretos en la vegetación, como grietas, altura de las cicatrices en las
ramas, …), fotos aéreas, marcas de aguas altas, hechos históricos, …
GESTIÓN DE INUNDACIONES
Según la Ley de Aguas del 29/1985, el cauce ordinario se define como la media del caudal
máximo anual, durante diez años consecutivos, y es representativo del comportamiento
hidráulico; en las márgenes del cauce, los primeros 5 metros son intocables, los siguientes 100
metros, son la zona de policía (la policía puede actuar y delimitar las actuaciones que se
producen en esa zona, y no se puede hacer ningún uso que perjudique al río); los metros
equivalentes a 500 años, es la zona inundable (definida por ley, y habrá limitaciones de uso por
comunidades autónomas o por decreto de ley).
Legalmente, nadie se ocupó de hacer mapas de inundación (50 años: frecuente; 100 años:
ocasional; 500 años: excepcional), así que el Estado se desentiende. También se estableció la
Ley de Normas de Carreteras para el drenaje de pequeñas cuencas.
Métodos de gestión de la llanura de inundación
• Zonación del suelo de la llanura: Se integran usos de suelo (diferentes a los que ya hay); es
de bajo coste y rápida, y previene daños futuros, pero puede inhibir el desarrollo, y se
eliminan los daños ya causados; no se aplica todo.
• Para la ordenación de la cuenca, se necesita la colaboración de todos, y es de efectividad
limitada; no tiene por que ser aplicada a todo, pero reduciría los niveles de avenida, y
mejoraría la conservación del suelo y del agua.
• Sistemas de alerta ante inundaciones: Sin desplazamiento, se reduciría el número de
víctimas, siempre y cuando se dé una información continua, aunque los datos en otros
sectores sigan siendo altos.
• Adquisición de tierras públicas: Reduce pérdidas y es beneficio social, pero cuesta mucho
comprarlas e impide el desarrollo y la productividad.
• Seguros frente a inundaciones: Reduce el crecimiento incontrolado; indemnizaciones
limitadas.
• Medidas de protección en obras: Reduce daños y tasas de seguros, pero a largo plazo el
potencial de daño es permanente, y se limita sólo a cierto tipo de estructuras.
• Presas y obras de contención: Reduce pérdidas, protege las propiedades, pero es de alto
coste; falsa sensación de seguridad; impacto ambiental.
• Traslado de estructuras existentes: Seguridad total; facilita el flujo de drenaje; proporciona
espacios libres, pero es muy costoso; se limita a ciertas estructuras (no en toda la llanura), y
la población se niega.
Medidas a tomar
•
•
•
•
Modificar la avenida: Protección contra inundaciones (diques, desvíos, embalses, espigones,
…) y ordenación de cuencas (control de incendios, reforestación y estabilización de
márgenes)
Reducción de susceptibilidad de daños: Gestión de la llanura (regulación de los usos del
suelo, adquisición de terrenos, traslado de edificaciones, …), cambios estructurales (edificios
altos, elevaciones del terreno, …) y sistemas de seguridad (válvulas de seguridad,
cerramientos, …)
Aminoración de pérdidas: Medidas de emergencia (alerta en poblaciones, evacuación, …) y
redistribución de pérdidas (indemnizaciones, seguros, …)
Ajustar las pérdidas.
MOVIMIENTOS EN MASA
INTRODUCCIÓN
Se trata de desplazamientos de materiales ladera abajo, sin que influya ningún otro factor
como el agua, viento o el hielo; sólo la gravedad. Pueden ser rocas compactas, materiales sueltos,
… Sin embargo, el agua juega un papel importante, ya que puede socavar en la base de la ladera,
aumentando la pendiente, y provocando el desprendimiento, o puede actuar por filtración de
agua subterránea, lo que hace la masa más deslizable o puede influir en el aumento de presión de
agua sobre la roca.
Se suele dar en todos los ambientes, aunque es más frecuente en el fluvial, y constituye uno
de los procesos geológicos capaces de producir mayores cambios en el paisaje; En España son el
tercer fenómeno en orden de riesgo; No son procesos anómalos; Constituyen un proceso de
evolución de ladera.
MECANISMOS DE ROTURA EN LADERAS
Las partículas permanecen, en este caso, en cohesión. Se dan tres mecanismos:
• De expansión: Las fuerzas levantan y contraen el suelo perpendicularmente a su superficie.
No provocan su transporte, pero facilitan que la gravedad lo haga; son lentos y no provocan
daños en sí, pero sus desplazamientos, pueden provocar daños graves.
• De deslizamiento: El bloque se desplaza sin tensiones internas, bien cohesionado a lo largo
de la superficie inclinada.
• De flujo: Las tensiones se distribuyen a lo largo de toda la masa; no existe superficie neta de
rotura; la energía del proceso disminuye desde la parte alta a la baja pero en la parte baja, las
tensiones son máximas.
DESPRENDIMIENTOS
Se trata de un mecanismo básico en estos procesos; se da caída libre: la masa se desplaza por
el aire sólo por acción de la gravedad ( V = 2 gH ); se suelen dar movimientos muy rápidos. Se
darán cuando existan escarpes muy pronunciados en el terreno. Hablamos de descalce para
referirnos a la erosión de un material más blando; socavación por corrientes de agua o porque en
la base se produzca deslizamiento, lo que genera fracturas en la parte alta; así, a favor de
diaclasas, fracturas o discontinuidades para rocas masivas, se puede producir el descalce.
Se dan en acantilados, orillas cóncavas de valles fluviales, laderas glaciares, … Se da en
areniscas, materiales detríticos recientes, …
Pueden ser vuelcos, es decir, rotaciones hacia delante de uno o varios materiales que giran
alrededor de un punto de gravedad inferior a ellos.
DESLIZAMIENTOS
Se producen por rotura de cizalla entre dos o más superficies; la masa se desplaza
rígidamente, aunque puede llegar a romperse. Son más lentos que los desprendimientos o
vuelcos; pueden llegar a pararse. Pueden ser:
• Rotacionales (slumps): Cuando el desplazamiento se produce a lo largo de una superficie
curva, con mayor pendiente en la parte alta; sufre un desplazamiento hacia atrás, y luego
puede acabar en deslizamiento planar, de flujo, …
• Planares (trasnacionales): La masa inestable se desplaza por una superficie lisa (planos de
estratificación). alta velocidad. Cuando existen superficies de rotura con diferente
orientación y se produce una corta y el deslizamiento se da en la dirección de la intersección,
se llama deslizamiento en cuña (en taludes artificiales).
FLUJOS
Los materiales están en estado viscoso; el movimiento de cada partícula no tiene que ver con
H − M PI
el conjunto. Tienen límite líquido (diferencia con los deslizamientos): LI =
, siendo LI
PI
el índice líquido, PI el índice plástico y MPL el límite plástico (cuando se sobrepasa, se da un
comportamiento plástico). Estos movimientos, se dan cuando LI es <1, es decir, a mayor PI. Se
diferencian dos grandes grupos: colada y reptación.
Coladas de barro y derrubios
Rápidos y destructivos con morfología: cuenca en cabecera, zona deprimida y estrecha de
cuello, y varios lóbulos superpuestos, a veces rodeados por derrubios sobreelevados (levees).
Pueden mover gran cantidad de material. El movimiento está generado por la presencia de
arcillas cohesivas (aumento brusco de presión en los poros de agua, por deslizamiento, deshielo,
fuertes lluvias, …); también por reducción del ángulo de fricción entre las partículas de arcilla.
Pueden ser de barro o de derrubios.
Reptación por hielo
Responde a procesos de expansión y contracción por hielo y deshielo; al helarse, se produce
expansión, y en el deshielo, se da el deslizamiento.
Gelifluxión
Flujo en el que el suelo deshelado alcanza una humedad próxima al Límite de Atterberg y las
partículas pierden cohesión. Desarrolla cicatrices de despegue, a partir de las cuales se dan
lóbulos de flujo.
Flujo de tierras
Velocidad variable, pero generalmente más lentos que las coladas; se da una cicatriz de rotura
original en forma de deslizamiento rotacional, y avanza lentamente en forma de lóbulo; se da en
material fino (plásticos o no), en arenas y en gravas.
Reptación (creep)
Velocidad muy baja; sólo es perceptible a largo plazo. Puede ser estacional (movimiento lento
del regolito, resultado del efecto neto de sus partículas individuales), o permanente (lento, pero
causado por esfuerzos extremos del material, debido a que tiene mucha masa por encima; sólo
actúa la gravedad). Se da en rocas blandas y sobre ellas, rocas permeables, como areniscas. Se
desencadena el proceso cuando las partículas del regolito sufren alguna perturbación por algún
fenómeno. La velocidad es función del seno de la pendiente, y disminuye cuando las partículas
aumentan la profundidad.
Los agentes que actúan son los que producen fenómenos de expansión y otros factores que
ayudan a su evolución: humectación-deshumectación, hielo-deshielo, organismos del suelo,
cambios de volumen, …
Puede ser superficial en roca (movimiento de fragmentos de roca en una superficie inclinada)
o de derrubios (masa de partículas unidas que va ladera abajo pero con espacios entre ellos no
ocupados por las partículas finas).
MOVIMIENTOS COMPLEJOS
Los movimientos en masa, no suelen responder a un único mecanismo, sino que se dan
mezclas.
Avalanchas
Normalmente, este término se utiliza en nieve, aunque muchos autores lo atribuyen a
movimientos muy rápidos en los cuales, las partículas se desintegran, y se podría dar en
condiciones de baja humedad.
Expansiones laterales
Expansión lateral de masas rocosas que se fragmentan y se desplazan sobre un material
subyacente más plástico.
Asentamientos profundos
Se produce, por ejemplo, en valles glaciares, y se dan zonas de apertura de diaclasas por
causas climáticas; la deformación ocurre a favor de planos de distensión sin superficie de
deslizamiento continua. Se caracterizan por la presencia de una zona central de la ladera hundida
y limitada por fracturas simétricas y antitéticas.
Cabeceos
Cambio de buzamiento de las capas hacia el centro del valle, al producirse un giro y
descompresión de la zona superficial. Características de rocas metamórficas que presentan
esquistosidad, como pizarras y esquistos.
EVALUACIÓN Y PREVENCIÓN
Son de fácil predicción y el coste de prevención, es menor que el de corrección. Se puede
hacer una planificación regional (recomendaciones de usos del suelo) o un estudio de áreas de
riesgo para la corrección o abandono de la zona en relación coste-beneficio.
Por lo tanto, es mejor una buena planificación territorial, y para ello, contamos con mapas de
riesgo (foto aérea y trabajo de campo para representar unidades geomorfológicas homogéneas,
como la pendiente, litología, …), modelos paramétricos (se trata de establecer un método
cuantitativo para determinar el índice de inestabilidad de una zona extensa; se analizan la
litología, pendiente y orientación de las superficies de deslizamiento; se construyen matrices de
deslizamientos, matrices de gestión, y matrices de susceptibilidad al deslizamiento, que es la
división de las dos anteriores; se dan valores entre 0 y 1 según la susceptibilidad sea baja o alta
respectivamente).
Análisis de umbrales
• Umbrales meteorológicos o hidrológicos: controlan la actividad de entrada en
funcionamiento de los movimientos en masa
• Umbrales de pendientes.
• Umbrales litológicos.
• Umbrales de nivel freático.
• Umbrales de determinadas condiciones ambientales.
Evaluación local del riesgo
Se determinan las características geológicas y geomorfológicas de la zona, así como los
valores extrínsecos que controlan el movimiento; antecedentes históricos; posible incidencia de
factores externos, determinación de las características geométricas del movimiento, profundidad
y extensión; deslizamientos planares y rotacionales.
En los movimientos planares, las fuerzas que se oponen al movimiento son la cohesión y el
rozamiento interno; la resistencia al corte viene dada por la Ley de Coulomb ( γ = γ 0 + Snµ ,
siendo γ la resistencia al corte, γ0 la cohesión y µ el rozamiento interno; además, a esta fórmula,
hay que añadirle la presión de poros de agua, que rebaja la componente de la normal:
γ = γ 0 + ( Sn + P) µ ); de esta forma, el factor de seguridad, N, viene dado por la resistencia entre
la acción, es decir γ/Wsenα; este factor debe ser mayor de 1.
En los deslizamientos rotacionales, los esfuerzos serían la suma de los esfuerzos individuales
de cada lámina trapezoidal en la que se ha dividido la principal.
Control de movimientos en masa
Son puntuales, y suelen inducir problemas, así que no son del todo buenos. Debemos tener un
control hidrológico, es decir, ver qué agua interviene en el deslizamiento, ya que es uno de los
factores más influyentes; así, se pueden construir zanjas en la parte alta del deslizamiento, sellar
posibles grietas, drenar depresiones, desecar al máximo la zona y rebajar el nivel freático, …
Se recomiendan sólo los métodos de excavación (cambiar la geometría de la ladera) en
situaciones de alto riesgo, o justo después de producirse el deslizamiento. Si es un caso
intermedio, se escalona, y si es un deslizamiento pequeño, se quita el deslizamiento.
Las estructuras de contención, al frente del deslizamiento aumentan la resistencia, pero
también impiden la salida del agua, por lo que se tienen que combinar con obras de drenaje.
Evaluación de los factores de estabilidad
• Características morfológicas (pendiente, …)
• Presencia de movimientos previos (fósiles, recubiertos, activos, …)
• Localización de riesgos incipientes.
• Condiciones ambientales (orientación y posición de la ladera, agua superficial, …)
• Características geológicas (litología, grado de alteración, estructura, deposición, …)
• Factores externos (recarga de agua, movimientos sísmicos, actividades humanas, …).
KARST
INTRODUCCIÓN
Se forman con el funcionamiento del agua en rocas solubles; se forman laberintos
subterráneos. Existen endokarst y exokarst.
FORMAS MAYORES (A ESCALA CARTOGRAFIABLE)
•
•
Dolinas: Depresiones circulares cerradas formadas por rebajamiento de una zona más
rápidamente que otra, por disolución diferencial o al azar. Las dolinas conectan el drenaje
subterráneo, porque por esa zona el agua circulará más fácilmente, luego será la zona de
mayor meteorización y erosión. De gran profundidad, se llaman simas o sumideros, y si son
de poca, sólo al fondo se le llama sumideros. Se pueden formar por pérdida gradual de
material (disolución y subsidencia en zonas kársticas cuyo material de recubrimiento son
suelos o depósitos superficales evacuados poco a poco por los conductos de disolución) o
por hundimiento de un hueco preexistente (colapso, al hundirse una cavidad subterránea;
suelen ser más anchas y profundas). Las dolinas se suelen formar a favor de la intersección
de diaclasas. La permeabilidad de la fractura, influye sobre los procesos de formación
(iniciación, captura, integración y ampliación); si la permeabilidad de fractura es baja, se
suelen dar de disolución, y si es alta, procesos de colapso. La intersección de dolinas se
llama uvalas.
Valles de zonas kársticas: Puede producirse que el drenaje sea enteramente superficial (los
ríos son alóctonos, es decir, provienen y se alimentan de zonas externas al karst; circulan por
el fondo de gargantas, donde el nivel freático interseta con la superficie; laderas escarpadas y
verticales, porque el agua tiene mayor incisión al ser muy corrosiva, por lo que socava y
forma cavidades), drenaje solo subterráneo (el drenaje se pierde por sumideros; valles secos;
se forman porque la roca es insoluble y en una incisión, el agua alcanza una zona soluble: en
rocas subhorizontales intercaladas con calizas; un caso especial, son los valles ciegos, donde
un valle completo se encierra en un sumidero donde su cauce total se infiltra), o una
alternancia (los tramos descubiertos, son ventanas kársticas; si se producen colapsos en los
tramos cubiertos, se llaman puentes naturales).
•
Poljes: Depresiones cerradas de fondo plano y laderas abruptas; pueden inundarse
periódicamente; representan valles ciegos, por lo que acaban en uno o varios sumideros.
Presentan formas alargadas a favor de ejes tectónicos, fracturas, sinclinales, …
FORMAS MENORES
•
Lapiaces: Formas superficiales a pequeña escala (mm a m); pueden estar cubiertos por
vegetación, lo que condiciona su morfología. Pueden ser circulares, lineales, controlados
estructural o hidrodinámicamente, o formas poligenéticas.
OTROS TIPOS DE KARST
También se pueden dar karst en areniscas silíceas y cuarcitas, si se da una gran pureza
mineralógica (de modo que se puedan desarrollar los conductos libremente), una roca masiva
pero con un sistema de fracturación espaciado y bien desarrolado, y un largo periodo de
desarrollo en el que no existan procesos geológicos.
MÉTODOS DE ESTUDIO EN ÁREAS KÁRSTICAS
→ Medida de las tasas de disolución: Con ello, se determina la velocidad de formación del
karst; dependerá del clima, la temperatura, tipos de vegetación, características del suelo,
textura del suelo, cantidades de MO y raíces, humedad anual del suelo, características de
drenaje, densidad de conductos y cavidades, … El índice de denudación, viene dado por
Q ⋅T
E=
, siendo Q el caudal surgente y de descargas, A el área de drenaje, T la
A ⋅ 10 6 P ⋅ n
dureza media, P la densidad de la caliza, y n el área ocupada por carbonatos.
→ Control de la estructura geológica: La situación estructural más favorable es la formación
potente y homogénea con niveles de base impermeables (holokarst); si se da estratificación
horizontal, se favorecerá el flujo lateral y el desarrollo de galerías; si tiene buzamiento a
favor de la pendiente, se favorecerá el flujo superficial.
RIESGOS DERIVADOS DEL KARST
Riesgos geomecánicos
Los asientos: Diferente capacidad de carga entre materiales kársticos y suelos; se deben a
cargas puntuales, y son característicos de lapiaces cubiertos.
La subsidencia: Descensos del suelo relativamente lentos; suelen darse en karst cubiertos o
rocas kársticas evaporíticas con tendencia plástica.
Colapso: Hundimientos bruscos en una zona. Catastrófico.
Riesgos hidrogeológicos
Origen natural: Inundaciones por la sobrecarga del acuífero.
Origen humano: Extracción y modificación del nivel freático; Inundaciones más frecuentes.
ENDOKARST
El material no es poroso, y el flujo se produce a través de fisuración. No es un flujo uniforme.
Se da corrosión y circulación de flujo freático a pocos metros por debajo del nivel freático.