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Flujo de escombros

Flujo de escombros

Los flujos de escombros son fenómenos geológicos en los que masas de suelo cargadas de agua y rocas fragmentadas descienden por las laderas de las montañas, se canalizan hacia los canales de la corriente, arrastran objetos en sus caminos y forman depósitos espesos y fangosos en los pisos del valle. En general, tienen densidades aparentes comparables a las de las avalanchas de rocas y otros tipos de deslizamientos de tierra (aproximadamente 2000 kilogramos por metro cúbico), pero debido a la generalizada licuefacción de sedimentos causada por las altas presiones de los poros, pueden fluir casi tan fluidamente como el agua. Los flujos de escombros que descienden por canales empinados comúnmente alcanzan velocidades que superan los 10 m / s (36 km / h), aunque algunos flujos grandes pueden alcanzar velocidades que son mucho mayores. Los flujos de escombros con volúmenes de hasta aproximadamente 100,000 metros cúbicos ocurren con frecuencia en las regiones montañosas de todo el mundo. Los mayores flujos prehistóricos han tenido volúmenes superiores a mil millones de metros cúbicos (es decir, 1 kilómetro cúbico). Como resultado de sus altas concentraciones de sedimento y movilidad, los flujos de escombros pueden ser muy destructivos.

Los desastres notables del flujo de escombros del siglo XX involucraron más de 20,000 muertes en Armero, Colombia en 1985 y decenas de miles en el estado de Vargas, Venezuela en 1999.

Características y comportamiento.

Los flujos de escombros tienen concentraciones de sedimento volumétricas que exceden aproximadamente del 40 al 50%, y el resto del volumen del flujo consiste en agua. Por definición, "escombros" incluye granos de sedimentos con diversas formas y tamaños, que comúnmente van desde partículas de arcilla microscópicas hasta grandes rocas. Los informes de los medios a menudo usan el término flujo de lodo para describir los flujos de escombros, pero los verdaderos flujos de lodo se componen principalmente de granos más pequeños que la arena. En la superficie terrestre de la Tierra, los flujos de lodo son mucho menos comunes que los flujos de escombros. Sin embargo, los flujos de lodo submarinos son frecuentes en los márgenes continentales submarinos, donde pueden generar corrientes de turbidez. Los flujos de escombros en las regiones boscosas pueden contener grandes cantidades de escombros leñosos, como troncos y tocones de árboles. Las inundaciones de agua ricas en sedimentos con concentraciones sólidas que varían de aproximadamente 10 a 40% se comportan de manera algo diferente a los flujos de escombros y se conocen como inundaciones hiperconcentradas. Los flujos normales de la corriente contienen concentraciones aún más bajas de sedimento.

Los flujos de escombros pueden ser provocados por lluvias intensas o deshielo, por inundaciones de brotes de presas o desbordamientos glaciales, o por deslizamientos de tierra que pueden o no estar asociados con lluvias intensas o terremotos. En todos los casos, las principales condiciones requeridas para el inicio del flujo de escombros incluyen la presencia de pendientes más pronunciadas de aproximadamente 25 grados, la disponibilidad de abundante sedimento suelto, tierra o roca erosionada y suficiente agua para llevar este material suelto a un estado de saturación casi completa. . Los flujos de escombros pueden ser más frecuentes después de incendios forestales y de maleza, como lo demuestra la experiencia en el sur de California. Representan un peligro significativo en muchas áreas empinadas y montañosas, y han recibido especial atención en Japón, China, Taiwán, Estados Unidos, Canadá, Nueva Zelanda, Filipinas, los Alpes europeos, Rusia y Kazajstán. En Japón, un gran flujo de escombros o deslizamiento de tierra se llama yamatsunami (山 津 波), literalmente tsunami de montaña .

Los flujos de escombros se aceleran cuesta abajo por la gravedad y tienden a seguir canales de montañas empinadas que desembocan en abanicos aluviales o llanuras de inundación. La parte frontal o "cabeza" de una oleada de flujo de escombros a menudo contiene una gran cantidad de material grueso, como rocas y troncos que imparten una gran cantidad de fricción. Detrás del cabezal de flujo de alta fricción se encuentra un cuerpo de flujo licuado, de menor fricción, que contiene un mayor porcentaje de arena, limo y arcilla. Estos sedimentos finos ayudan a retener altas presiones de fluido de poros que mejoran la movilidad del flujo de escombros. En algunos casos, el cuerpo del flujo es seguido por una cola más acuosa que pasa a un flujo de corriente hiperconcentrada. Los flujos de escombros tienden a moverse en una serie de pulsos, o oleadas discretas, en las que cada pulso o oleada tiene una cabeza, cuerpo y cola distintivos.

Los depósitos de flujo de escombros son fácilmente reconocibles en el campo. Constituyen porcentajes significativos de muchos abanicos aluviales y conos de escombros a lo largo de empinados frentes de montaña. Los depósitos completamente expuestos comúnmente tienen formas lobuladas con hocicos ricos en rocas, y los márgenes laterales de los depósitos y caminos de flujo de escombros suelen estar marcados por la presencia de diques laterales ricos en rocas. Estos diques naturales se forman cuando relativamente móvil, licuado, residuos de grano fino en el cuerpo de los desechos fluye hombros a un lado grueso, los desechos de alta fricción que se acumula en las cabezas de flujo de escombros como consecuencia de la segregación de tamaño de grano (un fenómeno familiar en la mecánica granulares ) Los diques laterales pueden limitar los caminos de los flujos de escombros subsiguientes, y la presencia de diques más antiguos proporciona una idea de las magnitudes de los flujos de escombros anteriores en un área en particular. A través de la datación de los árboles que crecen en dichos depósitos, se puede estimar la frecuencia aproximada de los flujos de escombros destructivos. Esta es información importante para el desarrollo de la tierra en áreas donde los flujos de escombros son comunes. Los depósitos antiguos de flujo de escombros que están expuestos solo en afloramientos son más difíciles de reconocer, pero comúnmente se caracterizan por la yuxtaposición de granos con formas y tamaños muy diferentes. Esta mala clasificación de los granos de sedimento distingue los depósitos de flujo de escombros de la mayoría de los sedimentos depositados en el agua.

Tipos

Otros flujos geológicos que pueden describirse como flujos de escombros generalmente reciben nombres más específicos. Éstos incluyen:

Lahar

Un lahar es un flujo de escombros relacionado de alguna manera con la actividad volcánica, ya sea directamente como resultado de una erupción o indirectamente por el colapso de material suelto en los flancos de un volcán. Una variedad de fenómenos puede desencadenar un lahar, incluido el derretimiento del hielo glacial, la lluvia intensa sobre material piroclástico suelto o el estallido de un lago que fue previamente represado por sedimentos piroclásticos o glaciares. La palabra lahar es de origen indonesio, pero los geólogos de todo el mundo la usan habitualmente para describir los flujos de desechos volcánicos. Casi todos los flujos de escombros más grandes y destructivos de la Tierra son lahares que se originan en los volcanes. Un ejemplo es el lahar que inundó la ciudad de Armero, Colombia.

Jökulhlaup

Un jökulhlaup es una inundación de explosión glacial. Jökulhlaup es una palabra islandesa, y en Islandia muchas inundaciones de erupción glaciar son provocadas por erupciones volcánicas subglaciales. (Islandia se encuentra sobre la Cordillera del Atlántico Medio, que está formada por una cadena de volcanes principalmente submarinos). En otros lugares, una causa más común de jökulhlaups es la ruptura de lagos con presas de hielo o con presas de morrena. Tales eventos de ruptura a menudo son causados ​​por el desprendimiento repentino de hielo glaciar en un lago, lo que luego provoca que una ola de desplazamiento rompa una morrena o una presa de hielo. Abajo del punto de ruptura, un jökulhlaup puede aumentar considerablemente de tamaño a través del arrastre de sedimentos sueltos del valle a través del cual viaja. El arrastre amplio puede permitir que la inundación se transforme en un flujo de escombros. Las distancias de viaje pueden superar los 100 km.

Teorías y modelos de flujos de escombros.

Se han utilizado numerosos enfoques diferentes para modelar las propiedades del flujo de escombros, la cinemática y la dinámica. Algunos se enumeran aquí.

  • Los modelos de base reológica que se aplican a los flujos de lodo tratan los flujos de escombros como materiales homogéneos monofásicos (los ejemplos incluyen: Bingham, viscoplástico, fluido dilatante tipo Bagnold, tixotrópico, etc.)
  • Ola de ruptura de presas, por ejemplo, Hunt, Chanson et al.
  • Roll wave, por ejemplo, Takahashi, Davies
  • Ola progresiva
  • Un tipo de presa de roca de traducción

Dos fases

La teoría de la mezcla, originalmente propuesta por Iverson y luego adoptada y modificada por otros, trata los flujos de escombros como mezclas de fluido sólido en dos fases.

En los flujos de masa reales de dos fases (escombros) existe un fuerte acoplamiento entre el sólido y la transferencia de momento fluido, donde el esfuerzo normal del sólido se reduce por la flotabilidad, lo que a su vez disminuye la resistencia a la fricción, mejora el gradiente de presión y reduce el arrastre sobre el componente sólido. La flotabilidad es un aspecto importante del flujo de desechos en dos fases, ya que mejora la movilidad del flujo (distancias de viaje más largas) al reducir la resistencia a la fricción en la mezcla. La flotabilidad está presente siempre que haya fluido en la mezcla. Reduce la tensión normal sólida, las tensiones normales laterales sólidas y la tensión de corte basal (por lo tanto, la resistencia a la fricción) en un factor (1 − γ {\ displaystyle 1- \ gamma}), donde γ {\ displaystyle \ gamma} es el relación de densidad entre el fluido y las fases sólidas. El efecto es sustancial cuando la relación de densidad (γ {\ displaystyle \ gamma}) es grande (p. Ej., En el flujo de desechos naturales).

Si el flujo es neutralmente flotante, es decir, γ = 1 {\ displaystyle \ gamma = 1}, (véase, por ejemplo, Bagnold, 1954) la masa de escombros se fluidifica y se desplaza a distancias de viaje más largas. Esto puede suceder en flujos de escombros naturales altamente viscosos. Para flujos neutralmente flotantes, la fricción de Coulomb desaparece, el gradiente de presión sólido lateral se desvanece, el coeficiente de arrastre es cero y el efecto de pendiente basal en la fase sólida también se desvanece. En este caso limitante, la única fuerza sólida restante se debe a la gravedad y, por lo tanto, a la fuerza asociada con la flotabilidad. Bajo estas condiciones de soporte hidrodinámico de las partículas por el fluido, la masa de escombros está completamente fluidizada (o lubricada) y se mueve muy económicamente, promoviendo largas distancias de viaje. En comparación con el flujo flotante, el flujo neutralmente flotante muestra un comportamiento completamente diferente. Para el último caso, las fases sólida y fluida se mueven juntas, la masa del escombro se fluidifica, el frente se mueve sustancialmente más lejos, la cola se retrasa y la altura total del flujo también se reduce. Cuando γ = 0 {\ displaystyle \ gamma = 0}, el flujo no experimenta ningún efecto de flotabilidad. Entonces, el esfuerzo cortante de fricción efectivo para la fase sólida es el del flujo granular puro. En este caso, la fuerza debida al gradiente de presión se altera, la resistencia es alta y el efecto de la masa virtual desaparece en el momento sólido. Todo esto lleva a ralentizar el movimiento.

Prevención de daños

Para evitar que los flujos de escombros lleguen a la propiedad y a las personas, se puede construir un depósito de escombros. Las cuencas de desechos están diseñadas para proteger el suelo y los recursos hídricos o para evitar daños aguas abajo. Dichas construcciones se consideran un último recurso porque son caras de construir y requieren un compromiso de mantenimiento anual.

En la cultura popular

En 1989, como parte de su pieza a gran escala de David Gordon en los Estados Unidos , y más tarde, en 1999, como parte de Autobiography of a Liar , el coreógrafo David Gordon reunió la música de Harry Partch y las palabras de John McPhee de The Control of Nature , leída por Norma Fire, en una danza titulada "Debris Flow", una "narrativa desgarradora de la terrible experiencia de una familia en un deslave masivo de LA ..."