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FENÓMENOS DE

REMOCIÓN EN MASA LOCALIDAD 19

Maestría en enseñanza de las ciencias exactas y naturales

FENÓMENOS DE

REMOCIÓN EN MASA LOCALIDAD 19

Maestría en enseñanza de las ciencias exactas y naturales

¿Elaboración? ¿Creación? ¿Edición?

Diana Rocío Díaz Juan Manuel Murillo Diseño Joaquín Solano Material impreso de distribución gratuita con fines didácticos.

Julio de 2013

ÍNDICE

¿Qué es un fenómeno de remoción en masa?

Zonas de amenaza por remoción en masa en Bogotá

Información general de la localidad de Ciudad Bolívar

Fenómenos de remoción en masa. Conceptos principales

¿QuÉ ES UN FENÓMENO DE REMOCIÓN EN MASA? La definición más simple y ampliamente aceptada es la dada por Cruden (1991), quien define el término como el movimiento de una masa de roca, escombros o suelo a lo largo de una ladera.

Localidad Ciudad Bolívar, Bogotá. 2013.

Ningún área sobre la superficie de la Tierra es perfectamente horizontal, las zonas empinadas laderas- están en todas partes. Las laderas son sistemas abiertos dinámicos en constante cambio bajo el continuo empuje de la gravedad, esta fuerza tiene una tendencia universal a halar materiales desde la ladera a un punto con bajo potencial gravitacional. En consecuencia, la transferencia de materiales ladera abajo mediante la acción directa de la gravedad –movimiento en masa- es muy común, ocurre sobre todas las superficies del planeta. Los movimientos en masa pueden ser rápidos y devastadores o impredeciblemente lentos como es el caso de la reptación del suelo bajo una ladera poco empinada cubierta de pasto.

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ZONAS DE AMENAZA POR REMOCIÓN EN MASA EN BOGOTÁ Teniendo en cuenta los estudios realizados en Bogotá, se han definido las zonas de ladera, que por sus condiciones tanto naturales como antrópicas son susceptibles de presentar problemas de remoción en masa de tipo puntual: Usaquén, Chapinero, Santafe, San Cristóbal, Usme, Rafael Uribe Uribe, Suba y Ciudad Bolívar.

Figura 1. Fuente: Fondo de Prevención y Atención de Emergencias FOPAE

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INFORMACIÓN GENERAL DE LA LOCALIDAD DE CIUDAD BOLÍVAR La localidad Ciudad Bolívar es la número 19 de Bogotá (Figura 2). Se encuentra ubicada al sur occidente de la ciudad. Limita con las localidades de Tunjuelito al norte, Usme al oriente, Bosa al Noroccidente y Sumapaz al sur.

Ciudad Bolívar tiene una extensión total de 12.998,46 hectáreas (ha.), de las cuales 3.237,87 ha se clasifican como suelo urbano, 204,65 ha son suelo de expansión y 9.555,94 ha corresponden al suelo rural, que equivale al 73,51% del total de la superficie de la localidad.

Figura 2. Localización localidad Ciudad Bolívar. Fuente: Cartilla Urbanística RUU.

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Amenaza por remoción en masa Los movimientos de remoción en masa se refieren al movimiento repentino de los materiales terrestres (suelo o roca) en descendencia. El riesgo de remoción en masa se presenta principalmente por la construcción de asentamientos en sitios dedicados anteriormente a la explotación de canteras, en rellenos o taludes que no fueron construidos técnicamente e incluso por su ubicación en la ronda de las quebradas.

Tabla 1. Zonas de amenaza por remoción en masa por UPZ, 2002

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En la localidad de Ciudad Bolívar existen un total de 4.650 manzanas en zonas de amenaza por remoción en masa. De éstas, en 690 manzanas la amenaza es alta, en 2.857 la amenaza es media y en 1.103 la amenaza es baja (Tabla 1).

Fotografía 2. Sector UPZ El Tesoro.

Estas zonas de amenaza media y alta están ocupadas por viviendas altamente vulnerables de barrios de origen ilegal, sin un adecuado planeamiento urbanístico, deficiencias o inexistencia de redes de servicios y vías sin pavimentar, aspectos que conllevan a generar situaciones de alto riesgo. Esta condición de riesgo puede ser mitigada con el mejoramiento del entorno, la complementación de servicios urbanos o con construcción de obras estabilización. En otras zonas definitivamente el riesgo no es mitigable; por lo tanto, se requiere del reasentamiento de las familias afectadas, algunas de las cuales pueden esperar el trámite y otras requieren ser evacuar inmediatamente debido a la inhabilitabilidad de las viviendas.

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Área de influencia del colegio El Tesoro de la Cumbre IED - UPZ El Tesoro

Fotografía 3. Colegio El Tesoro de la Cumbre IED (Sede Bicentenario.

Una vez revisado el mapa normativo 3, adoptado mediante el Decreto Distrital 190 de 2004 (Plan de Ordenamiento Territorial POT), la zona en la que se encuentra el antiguo frente de explotación de materiales y el colegio El Tesoro de la Cumbre IED sede Bicentenario, presenta amenaza media y alta por Fenómenos de Remoción en Masa. Personal del Fondo de Prevención y Atención de Emergencias FOPAE, realizó visita técnica el día 12 de septiembre de 2012 al sector del antiguo frente de explotación minera localizado en intermediaciones del colegio El Tesoro de la Cumbre IED sede Bicentenario y el parque la Joya del sector catastral.

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El Tesoro de la localidad de Ciudad Bolívar, identificando que, según lo observado, el escarpe del mismo tiene una altura que varía entre los 2 y 7 metros aproximadamente, longitud cercana a los 130 metros e inclinación aproximada a los 75°, conformado por bancos de arenisca altamente meteorizadas y fracturadas que buzan en sentido de la pendiente, lo que constituye una situación desfavorable a la estabilidad del antiguo frente de explotación.

Adicionalmente, se logró evidenciar que dicho antiguo frente de explotación de materiales no cuenta con sistemas para el drenaje superficial ni sub-superficial, además de la carencia de medidas de estabilización, situación que puede generar presiones hidrostáticas en las diaclasas (fracturas), convirtiéndose en un factor contribuyente para el desprendimiento y posible caída de bloques inestables los cuales pueden alcanzar volúmenes de hasta 1 m3.

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FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA. CONCEPTOS PRINCIPALES

El movimiento en masa es la transferencia de material ladera abajo debida a la acción directa de la gravedad.

Los factores más importantes que influyen en el corte o falla de la ladera son la saturación del material con agua, los temblores, la superposición de laderas, el congelamiento y descongelamiento.

Los principales tipos de movimientos en masa son: reptación, flujo de derrubios y deslizamientos.

La reptación es el movimiento moderado de suelo y roca producido por la expansión y contracción de materiales.

Los flujos de derrubios son mezclas de fragmentos de roca y agua que fluyen ladera abajo en la forma de un fluido viscoso.

Los deslizamientos son un tipo de movimiento en masa en el cual el material se mueve como una unidad o bloque a lo largo de planos de descenso definidos.

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FACTORES QUE INFLUENCIAN LOS MOVIMIENTOS EN MASA La gravedad es la fuerza conductora detrás de todos los procesos de ladera, pero varios factores son importantes para alterar la inercia y lograr que el movimiento ocurra. Los más importantes son:  Saturación del material con agua.  Vibraciones de terremotos.  Superposición de laderas por corte en la base.  Alteraciones por congelamiento y

descongelamiento.

Fuerza de gravedad

Figura 3. La atracción de la gravedad se descompone en los componentes perpendicular y paralelo a la pendiente. Fuente: http://el100ambientologo.blogspot.com

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La fuerza de gravedad es continua, pero ésta solo puede mover material cuando excede la fuerza de cohesión entre las partículas de los materiales de la superficie. El lecho rocoso es usualmente tan fuerte que permanece fijo en un lugar, pero si una ladera está demasiado empinada y fracturada, masas de rocas pueden romperse libremente y moverse ladera abajo. En contraste, el suelo y los regolitos están pobremente reunidos y son mucho más susceptibles para este tipo de movimientos.

Algunos factores que influyen en el movimiento en masa pueden ser entendidos considerando las fuerzas que actúan sobre un fragmento de roca que reposa sobre una ladera como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Fuerzas que actúan sobre una roca en una ladera. Fuente: Christiansen, 2009.

La fuerza de gravedad es vertical, pero puede ser separada en un componente que es paralelo a la superficie y otro que es perpendicular a la ladera.

Consecuentemente, la fuerza que se ejerce ladera abajo depende del peso del objeto y del ángulo de inclinación de la ladera. Si la fuerza cuesta abajo excede la fuerza de fricción que resiste el movimiento, la roca empezará a moverse.

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En una ladera estable la fricción existente entre el objeto y la ladera es mayor que la fuerza colina abajo y el fragmento de roca permanece estacionariamente. Algún factor que debilite la cohesión del objeto con la superficie puede iniciar un movimiento cuesta abajo. Tales factores incluyen saturación natural con agua, vibraciones de terremotos, expansiones y contracciones alternadas del regolito, el corte en la base de la ladera por acción de riachuelos u olas, la modificación de la ladera por parte de los seres humanos, incluyendo la remoción de vegetación.

Saturación con agua

Figura 5. El agua reduce la cohesión entre partículas. Fuente: http://el100ambientologo.blogspot.com

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El agua es un factor importante en el movimiento de masas porque lubrica el material no consolidado sobre las laderas y aĂąade peso a la masa proporcionando de esta manera movilidad y movimiento ladera abajo. Fuertes lloviznas bien sea prolongadas por varios dĂ­as o en una sola tormenta son particularmente efectivas para iniciar el movimiento en masa.

Sismos

FotografĂ­a 4. Terremoto en Guatemala, 1976. Fuente: http://www.xtimeline.com

Los sismos con su choque inicial y choques posteriores pueden provocar la pĂŠrdida de fragmentos de roca en laderas empinadas y posteriormente el movimiento del regolito.

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En muchas áreas el daño causado por el movimiento en masa es mayor que el generado por el terremoto mismo, por ejemplo, un terremoto en Guatemala en 1976 produjo más de 10.000 movimientos en masa. La mayoría ocurridos en laderas empinadas, pero algunos sucedieron en laderas poco empinadas donde el regolito de grano fino saturado de agua fue movilizado convirtiéndose en verdaderos ríos de lodo.

Corte en la base de la ladera

Figura 6. Cortes en la ladera. Fuente: http://el100ambientologo.blogspot.com

El corte en la base de las laderas es una causa fundamental de las fallas de la ladera debido a que crea superficies empinadas gravitacionalmente inestables.

El corte en la base es causado por riachuelos que erosionan sus bancos o por acción de las olas que cortan los peñascos en una línea costera. La construcción de casas y caminos comúnmente cortan la parte inferior de laderas naturales que estuvieron en el ángulo de reposo. La empinada ladera luego de esta perturbación es inestable y susceptible a falla.

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Factores antrópicos En muchos países un factor significativo en la génesis de movimientos en masa ha sido la modificación de laderas naturales para satisfacer las necesidades de las comunidades humanas.

Desde tiempos prehistóricos, la agricultura y la deforestación han producido cambios en la cobertura de vegetación, la estructura del suelo y el drenaje. En tiempos recientes los trabajos de ingeniería civil han modificado líneas costeras, sistemas de ríos y relieve en una escala más grande.

Todos estos cambios provocados por los seres humanos resultaron en unas nuevas y artificiales superficies impuestas sobre sistemas geológicos existentes que han alcanzado algún grado de equilibrio. Ellos provocan comúnmente reacciones imprevistas que causan un daño amplio.

Los deslizamientos son naturalmente comunes pero como las laderas son artificialmente modificadas por actividades como la construcción y el establecimiento de carreteras, la magnitud y frecuencia de movimientos en masa incrementa exponencialmente, como resultado millones de dólares en propiedades se pierden cada año.

Investigaciones geológicas cuidadosas y la planeación del apropiado uso de la Tierra podrían ayudar a reducir estas pérdidas.

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En muchas áreas el daño causado por el movimiento en masa es mayor que el generado por el terremoto mismo, por ejemplo, un terremoto en Guatemala en 1976 produjo más de 10.000 movimientos en masa. La mayoría ocurridos en laderas empinadas, pero algunos sucedieron en laderas poco empinadas donde el regolito de grano fino saturado de agua fue movilizado convirtiéndose en verdaderos ríos de lodo.

Fotografía 5. Deforestación en la ladera. Fuente: http://es.123rf.com

Fotografía 6. Deforestación en la ladera. Fuente: http://www.portafolio.co/economia/mal-uso-laderas-genera-derrumbes

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Principales tipos de movimientos en masa Muchos tipos de movimientos en masa pueden ser reconocidos sobre la base del comportamiento del material y de la mecánica del movimiento. Los más importantes son: reptación, flujo de derrubios y deslizamientos.

A continuación se muestran los principales tipos de movimientos en masa:  Reptación

Figura 7. La reptación es la migración ladera abajo de suelo y fragmentos de roca que resultan de una variedad de procesos. Fuente: Christiansen, 2009.

Es un movimiento ladera abajo extremadamente lento de suelo, que resulta del constante reagrupamiento de las partículas constituyentes del mismo. El movimiento es tan lento, que observarlo directamente es difícil, pero se expresa en gran variedad de formas. Sobre laderas cubiertas de pasto, el fenómeno de reptación genera abultamientos o depresiones del terreno como “olas” en el suelo. Signos adicionales de reptación incluyen troncos curvados de árboles, postes inclinados, caminos y líneas de cerca deformados y daños en los muros de las construcciones (Figura 7).

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Muchos factores se combinan para causar la reptación, pero el proceso de expansión y contracción alternadas de los materiales del suelo, debidas a la pérdida de fragmentos de roca es el más importante. Este proceso se presenta en dos formas principales: (1) por humedecimiento y secado y (2) por congelamiento y descongelamiento. Con cada ciclo de expansión y contracción los fragmentos de roca se mueven ladera abajo desde su posición original en un sendero de zigzag. Los ciclos de congelamiento y descongelamiento son numerosos en regiones donde la temperatura regularmente cruza el punto de congelamiento.

Por consiguiente la reptación es frecuente en regiones de clima frio. Los ciclos de humedecimiento y secado ocurren con frecuencia donde fuertes precipitaciones se alternan con períodos de sequía.

Figura 8. Reptación. Fuente: http://el100ambientologo.blogspot.com

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Muchos otros factores contribuyen a la reptación. Las plantas en crecimiento y los organismos edáficos ejercen presión entre las partículas de roca presentes el suelo y así la fuerza de gravedad empuja las partículas colina abajo.

 Flujo de derrubios

Consiste en una mezcla de roca, lodo y agua que fluye ladera abajo en forma de fluido viscoso. El movimiento es similar al del concreto fresco mezclado o al flujo de una corriente de lodo, en el cual la cantidad de agua y lodo son similares. Los flujos de derrubios son un tipo común de movimiento en masa que generalmente ocurre durante intensas lluvias (Figura 8).

Figura 9. Un flujo de derrubios es un movimiento rápido de una mezcla de roca, fragmentos, suelo, lodo y agua. Fuente: Christiansen, 2009.

Estos movimientos comúnmente empiezan en empinadas laderas a partir de desplomes de suelo que rápidamente se vuelven fluidos y se mueven a velocidades hasta de 50 km/h, con capacidad para transportar carros y construcciones. Las consecuencias del flujo de derrubios pueden ser catastróficas si las viviendas de los humanos se encuentran a lo largo de su curso. La razón para la alta velocidad del flujo es la presencia de grandes cantidades de agua que penetran dentro del regolito.

La acción del agua como lubricante disminuye la fricción entre granos y añade peso a la masa porque esta reemplaza el aire presente en los espacios entre fragmentos, por consiguiente, entre más agua presente más grande es la velocidad del flujo.

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Un tipo de flujo de derrubios de material volcánico es conocido como lahar, ocurre debido a la gran pérdida de material piroclástico que se acumula en lo flancos de un volcán empinado que es inherentemente inestable. Durante explosivas erupciones el material comúnmente llega a ser saturado por el agua lluvia o por la nieve derretida por acción de las altas temperaturas del material volcánico o del agua expelida desde un lago del cráter. Un lahar es especialmente peligroso porque viaja a altas velocidades y tiene la capacidad de recorrer grandes distancias.

Fotografía 7. Lahar de 1985 en Armero, Tolima. Fuente: Vulcan.wr.usgs.gov

El 13 de noviembre de 1985, un lahar surgió bajo la ladera del volcán andino llamado Nevado del Ruíz (Fotografía 7), a velocidades de 150 km/h el lahar cubrió el valle del río lagunillas destruyendo completamente la ciudad de Armero a 50 km del sitio, enterrando más de 25.000 personas (90% de la población de la ciudad). Este lahar fue una masa acuosa de lodo de 40 m de profundidad viajando a 40 km/h a través de la ciudad, nada pudo escapar, humanos y enceres fueron arrebatados y barridos por la ola de lodo.

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Los flujos de lodo son una variedad de flujo de derrubios que cosiste principalmente de pequeñas partículas de limo y de arcilla. Los flujos de lodo resultan casi invariablemente de una inusual lluvia fuerte o descongelamiento repentino. Su contenido de agua puede ser hasta de 30%. Como resultado de la predominancia de partículas de grano fino y el alto contenido de agua, los flujos de lodos siguen típicamente la corriente de los valles. Debido a su densidad, los flujos de lodos pueden transportar grandes cargas sobre laderas poco empinadas (5º).  Deslizamientos

El término deslizamiento ha sido aplicado a casi todo tipo de falla de la ladera, sin embargo, los verdaderos deslizamientos envuelven movimientos a lo largo de planos de descenso bien definidos. Estos difieren de la reptación y del flujo de derrubios en el mecanismo de su movimiento. Un deslizamiento de bloques se mueve como una unidad o serie de unidades, a lo largo de fracturas o sistemas de fracturas definidas. El bloque separado deja atrás una escisión curva o escarpe, en el cual el plano de descenso tiene típicamente forma de cuchara, (ver figura 10).

A

B

C

Figura 10. Principales tipos de deslizamientos. (A). Un desplome es el movimiento lento o moderadamente rápido de un cuerpo de roca a lo largo de una ruptura curvada de la superficie. (B). Un deslizamiento de rocas es el movimiento rápido ladera debajo de material rocoso a lo largo de un plano estratificado, fracturado u otro plano de debilidad estructural. © Una caída de rocas es el libre desprendimiento de rocas desde riscos empinados. Fuente: Christiansen, 2009.

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En la parte más baja de la precipitación del bloque, parte del material desplazado puede empezar a moverse como un flujo de derrubios. Varios planos de descenso se desarrollan comúnmente en el mismo deslizamiento y entonces la cima del tope de deslizamiento se rompe en una serie de escalones o pequeñas terrazas.

Los deslizamientos son fenómenos comunes, frecuentemente ocurren en una pequeña escala. Los grandes deslizamientos son menos numerosos, comúnmente se desarrollan en empinadas laderas de esquisto laminado. Los bloques de roca pueden moverse en cuestión de segundos o deslizarse gradualmente en un período de semanas o meses.

Muchos deslizamientos vienen a parar en el piso del valle, formando un lago detrás de ellos. Estos lagos son temporales porque el agua recolectada sobrepasa la barrera, rápidamente erosiona y fluye en forma de flujo de derrubios de roca no consolidada.

Esta secuencia puede resultar en una catastrófica corriente de inundación al tiempo que el agua es casi instantáneamente drenada. Muchos otros deslizamientos son iniciados por sismos.

El término deslizamiento de roca es usado para denotar un rápido movimiento de un gran bloque de roca a lo largo de un plano estratificado, fracturado u otro plano de debilidad estructural. Un gran bloque puede moverse en masa por una corta distancia porque generalmente hay una desintegración cuando el material se mueve ladera abajo y se rompe en bloques más pequeños de escombros. Los sistemas de diaclasas son cruciales en el desarrollo de deslizamientos de rocas porque son fracturas continuas a través de rocas masivas que terminan por debilitar la estructura y llevan a la falla. Una vez el estrés excede la fuerza cohesiva a lo largo de un plano el movimiento en masa será iniciado.

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Fotografía 8. Deslizamiento de rocas. Fuente: http://el100ambientologo. blogspot.com

El deslizamiento de rocas usualmente ocurre en frentes altos empinados de montaña, pero pueden desarrollarse en laderas con pendientes bajas (15º), los deslizamientos están entre los más catastróficos de todas las formas de movimientos en masa.

Algunas veces millones de toneladas métricas de roca se derriban de un lado de la montaña en pocos segundos.