FLUJOS DE DETRITOS Y BARRO

Definición Proceso de remoción en masa tipo flujo y que afecta a una masa de suelo (detritos y/o barro), en que el material está saturado en agua y tiene una concentración de partículas tal que se comporta mecánicamente como un fluido no newtoniano (relación stress-strain es no lineal), tendiendo a un comportamiento reológico de un fluido plástico- viscoso. Si concentración de sólidos es menor a ~ 50%, se les suele llamar “flujos hiperconcentrados”. Sobre 50%, el comportamiento es netamente el de un fluido viscoso.

Si los finos >10%, el fluido intersticial controla el comportamiento de la masa. Si son menos del 10%, entonces el movimiento está controlado por los choques entre los granos de la masa (flujo granular).

Mecanismo de Generación Incorporación de agua al suelo. El aumento de la cantidad de agua debe ser tal que se sobrepase la capacidad de infiltración del suelo, para alcanzar un grado de saturación igual o muy cercano al 100%. Se produce un aumento de la presión de poros que se traduce en una drástica disminución de la resistencia al corte en la masa de suelo A la vez, la escorrentía superficial aumenta, generando una erosión mayor.

Orígenes Deslizamientos de suelo en laderas que derivan en flujos. Movilización directa de material depositado en quebradas o canales.

Factores Gatillantes Lluvias intensas (más común) Derretimiento de nieve, hielo o suelo congelado, ya sea por alza de las temperaturas, lluvias sobre la nieve u otros factores. En ambientes volcánicos, la fusión de nieve o hielo, el paso de la lava, flujos piroclásticos o calentamiento geotermal generan flujos de detritos volcánicos o lahares, los que también se producen por lluvias intensas sobre depósitos de tefra.

Factores Gatillantes El colapso de presas, naturales o artificiales, por rebase, piping o al mezclarse el agua embalsada con el material de la presa. Si tal colapso se produce en un lago de origen glacial entonces el flujo aluvional se conoce como jökulhaup.

Factores Condicionantes Sepúlveda, 1998

Reología Flujo plástico de Bingham: donde  es la resistencia al cizalle, du/dz el gradiente de velocidades dentro del flujo. Sobre el esfuerzo de fluencia  c la masa se fluidiza. En flujos newtonianos,  c =0. Estudios experimentales muestran que en general n  1/3 y la razón K/  c se mantiene más o menos constante. Para flujos con más del 10% de finos:  c =0,11 exp(23 C v ) (Coussot, 1994) C v : concentración volumétrica

Reología En la fase plástica, de altas concentraciones, se tiene un cuerpo más rígido (plug) que se mueve sobre una capa de cizalle interno con flujo tipo laminar.

Morfología Frente o cabeza: Material granular, grandes bloques, flujo turbulento. 1 a 10 metros de alto. Cuerpo: Gran % del material, menor granulometría que el frente flujo semi-turbulento. Cola: Más líquida, flujo laminar.

Capacidad de Transporte Flujos pueden transportar material desde arena hasta bloques métricos. Sedimentación es casi nula si concentración >45%. Flujo va erosionando y acumulando material en su recorrido. Mecanismos: Fuerza Boyante (diferencia de densidades) Choques intergranulares Turbulencia (en el frente)

Movimiento y Detención Por canales pre-existentes. Alternativamente, forman un canal con forma de V en la ladera. Pueden viajar grandes distancias (decenas de km), aún con muy baja pendiente e incluso contra pendiente en tramos cortos. Detención cuando capa basal de cizalle interno se adelgaza por: quiebres de pendiente, fin de confinamiento del flujo. Dependiendo de la morfología del cauce, puede haber depositación parcial y el resto sigue aguas abajo.

Capacidad Erosiva Flujos de mayor concentración y mayor volumen tienen mayor capacidad de erosión. Flujos con concentraciones menores a 50% tienden a no causar incisión del canal, solo arrastre de bloques por el frente. Esfuerzo de corte sobre el canal puede ser hasta unas 6 veces mayor que una inundación. Canal abierto por flujo detrítico, Caunahue, lago Ranco

Velocidades Rangos de 1 m/s a 20 m/s (“rápido a muy rápido”). Velocidad se puede estimar a partir de depósitos de levées que se forman en los costados del flujos, medidos en zonas de curvas: v= (r g cos  tan  ) 0,5 donde r es el radio de curvatura, g la aceleración de gravedad,  la pendiente del canal y  la inclinación existente entre las cimas de los levées externo e interno (Selby, 1993).

Cálculo de velocidad Datos : r = 170m (estimado a partir de mapas y fotos aéreas).  = 14°  = 12° v = (r g cos  tan  ) 0,5 => v = 18,54 m/s = 66,7 km/hr Sepúlveda (1998)

Depósitos Importantes formadores de abanicos aluviales. Morfología lobulada, con cierta imbricación. Material grueso en canal central, finos hacia los costados por desborde de sobreflujos de barro. En superficies abiertas, forman abanicos, con material más grueso hacia los bordes. En perfil longitudinal, material más grueso en el centro del depósito. Capa superior con poca matriza por lavado al pasar material de la cola.

Depósitos Grandes bloques pueden depositarse a lo largo del canal por quiebres de pendiente locales.

Levées se forman en los bordes del flujo a lo largo de su recorrido por desborde de material. También en zona de depositación. Concentraciones mayores causan levées más grandes.

Depósitos Depósitos diamictíticos, con clastos angulosos de tamaño variado en matriz fina, sin estratificación. Lentes mejor seleccionados por pulsos más fluidos. Gradación puede observarse localmente, como resultado de la turbulencia.

Catastrophic Debris Flow Hazards in Chile: The Case of the 2004 Flows in Lago Ranco Sergio A. Sepúlveda Sofía Rebolledo Rodolfo Toro Departamento de Geología Universidad de Chile

Flujos en Lago Ranco, 2004 Area Futrono-Llifén, Lago Ranco. 28 Agosto Lluvia intensa, sobre 100 mm en un día, precedida por cerca de 90 mm de lluvia antecedente la semana previa.

Sobre 10 flujos de detritos en quebradas y cursos de arroyos que drenan el macizo rocosos conocido como “Cordillera Negra” hacia el río Caunahue y el lago. Varios caminos dañados. Nuevo camino recientemente pavimentado fue cortado por sobreflujo en cruce de estero Las Trancas. Este flujo destryó 2 casas, una persona murió.

2 km

Macizo y depósitos holocenos de remociones en masa

Flujo de barro

Area afectada, quebrada Las Trancas

Corte del camino en qda. Las Trancas. Alcantarilla se tapó produciendo un sobreflujo hacia el sur (izquierda en la foto).

Flujo en Qda. Coquimbo

Erosión por flujo en Qda. Coquimbo

Depósitos de flujo en sector Chollinco, Llifén.