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Hundimiento

Casa hundida, llamada The Crooked House , resultado del hundimiento minero del siglo XIX en Staffordshire, Inglaterra
Carretera Mam Tor destruida por hundimiento y cizallamiento , cerca de Castleton , Derbyshire

El hundimiento es un término general para el movimiento vertical descendente de la superficie de la Tierra, que puede ser causado tanto por procesos naturales como por actividades humanas. El hundimiento implica poco o ningún movimiento horizontal, [1] [2] lo que lo distingue del movimiento de la pendiente . [3]

Los procesos que conducen al hundimiento incluyen la disolución de la roca carbonatada subyacente por el agua subterránea ; compactación gradual de sedimentos ; extracción de lava fluida debajo de una corteza de roca solidificada; minería; bombeo de fluidos subterráneos, como aguas subterráneas o petróleo ; o deformación de la corteza terrestre por fuerzas tectónicas. El hundimiento resultante de la deformación tectónica de la corteza se conoce como hundimiento tectónico [1] y puede crear alojamiento para que los sedimentos se acumulen y eventualmente se litifiquen en roca sedimentaria . [2]

El hundimiento del suelo es una preocupación mundial para los geólogos , ingenieros geotécnicos , topógrafos , ingenieros , planificadores urbanos , propietarios de tierras y el público en general. [4] El bombeo de agua subterránea o petróleo ha provocado hundimientos de hasta 9 metros (30 pies) en muchos lugares del mundo y ha incurrido en costos medidos en cientos de millones de dólares estadounidenses. [5] Es probable que aumente la ocurrencia de hundimientos de tierras causados ​​por la extracción de aguas subterráneas y los daños relacionados, principalmente debido al crecimiento económico y demográfico mundial, que seguirá impulsando una mayor demanda de aguas subterráneas. [6]

Causas

Disolución de piedra caliza

El hundimiento frecuentemente causa problemas importantes en terrenos kársticos , donde la disolución de la piedra caliza por el flujo de fluido en el subsuelo crea vacíos (es decir, cuevas ). Si el techo de un vacío se vuelve demasiado débil, puede colapsar y la roca y la tierra que lo cubren caerán al espacio, provocando un hundimiento en la superficie. Este tipo de hundimiento puede provocar sumideros que pueden alcanzar cientos de metros de profundidad. [7]

Minería

Varios tipos de minería subterránea , y específicamente métodos que intencionalmente causan el colapso del vacío extraído (como la extracción de pilares, la minería de tajo largo y cualquier método de minería metalífera que utilice "hundimiento", como "hundimiento de bloques" o "hundimiento de subniveles". ) provocará un hundimiento de la superficie. El hundimiento inducido por la minería es relativamente predecible en su magnitud, manifestación y extensión, excepto cuando ocurre un colapso repentino de un pilar o de un túnel cercano a la superficie (generalmente trabajos muy antiguos [8] ). El hundimiento inducido por la minería casi siempre está muy localizado en la superficie sobre el área minada, más un margen alrededor del exterior. [9] La magnitud vertical del hundimiento en sí generalmente no causa problemas, excepto en el caso del drenaje (incluido el drenaje natural); más bien, son las deformaciones superficiales asociadas de compresión y tracción, curvatura, inclinaciones y desplazamiento horizontal las que son la causa. de los peores daños al medio ambiente natural, a los edificios y a las infraestructuras. [10]

Cuando se planifica una actividad minera, el hundimiento inducido por la minería puede gestionarse con éxito si existe la cooperación de todas las partes interesadas. Esto se logra mediante una combinación de una cuidadosa planificación minera, la adopción de medidas preventivas y la realización de reparaciones posteriores a la minería. [11]

Estabilización de viviendas dañadas sobre mina subterránea en Bradenville PA USA
Tipos de hundimiento del suelo

Extracción de petróleo y gas natural.

Si se extrae gas natural de un yacimiento de gas natural, la presión inicial (hasta 60 MPa (600 bar )) en el yacimiento disminuirá con el paso de los años. La presión ayuda a sostener las capas de suelo sobre el campo. Si se extrae el gas, el sedimento de presión de sobrecarga se compacta y puede provocar terremotos y hundimientos a nivel del suelo.

Desde que comenzó la explotación del yacimiento de gas de Slochteren ( Países Bajos ) a finales de los años 1960, el nivel del suelo en una superficie de 250 km 2 ha descendido hasta un máximo actual de 30 cm. [12]

La extracción de petróleo también puede provocar hundimientos importantes. La ciudad de Long Beach, California , ha experimentado 9 metros (30 pies) en el transcurso de 34 años de extracción de petróleo, lo que ha provocado daños por más de 100 millones de dólares a la infraestructura de la zona. El hundimiento se detuvo cuando los pozos de recuperación secundaria bombearon suficiente agua al yacimiento de petróleo para estabilizarlo. [5]

Terremoto

El hundimiento del terreno puede ocurrir de varias maneras durante un terremoto. Grandes áreas de tierra pueden hundirse drásticamente durante un terremoto debido al desplazamiento a lo largo de las fallas. El hundimiento del terreno también puede ocurrir como resultado de la sedimentación y compactación de sedimentos no consolidados debido a la sacudida de un terremoto. [13]

La Autoridad de Información Geoespacial de Japón informó de un hundimiento inmediato causado por el terremoto de Tōhoku de 2011 . [14] En el norte de Japón, se observó un hundimiento de 0,50 m (1,64 pies) en la costa del Océano Pacífico en Miyako , Tōhoku , mientras que Rikuzentakata, Iwate midió 0,84 m (2,75 pies). En el sur, en Sōma, Fukushima , se observaron 0,29 m (0,95 pies). La cantidad máxima de hundimiento fue de 1,2 m (3,93 pies), junto con un diastrofismo horizontal de hasta 5,3 m (17,3 pies) en la península de Oshika en la prefectura de Miyagi . [15]

Subsidencia relacionada con el agua subterránea

Hundimiento del Valle de San Joaquín

El hundimiento relacionado con las aguas subterráneas es el hundimiento (o hundimiento) de la tierra como resultado de la extracción de aguas subterráneas. Es un problema creciente en el mundo en desarrollo a medida que las ciudades aumentan en población y uso de agua, sin una regulación y aplicación adecuadas del bombeo. Se estima que el 80% de los problemas graves de hundimiento del terreno están asociados con la extracción excesiva de agua subterránea, [16] lo que lo convierte en un problema creciente en todo el mundo. [17]

Las fluctuaciones del agua subterránea también pueden afectar indirectamente a la descomposición de la materia orgánica. La habitabilidad de tierras bajas , como las llanuras costeras o deltáicas , requiere drenaje . La aireación resultante del suelo conduce a la oxidación de sus componentes orgánicos, como la turba , y este proceso de descomposición puede provocar hundimientos importantes del terreno. Esto se aplica especialmente cuando los niveles de agua subterránea se adaptan periódicamente al hundimiento, para mantener las profundidades deseadas de la zona no saturada , exponiendo cada vez más turba al oxígeno. Además de esto, los suelos drenados se consolidan como resultado del aumento del estrés efectivo . [18] [19] De esta manera, el hundimiento del terreno tiene el potencial de autoperpetuarse, con tasas de hasta 5 cm/año. La gestión del agua solía ajustarse principalmente a factores como la optimización de los cultivos , pero, en mayor o menor medida, también se ha pasado a tener en cuenta evitar los hundimientos.

Fallo inducido

Cuando existen tensiones diferenciales en la Tierra, éstas pueden acomodarse mediante fallas geológicas en la frágil corteza o mediante flujo dúctil en el manto más caliente y fluido . Cuando ocurren fallas, puede ocurrir un hundimiento absoluto en la pared colgante de fallas normales. En fallas inversas o de empuje, el hundimiento relativo se puede medir en la pared del pie. [20]

subsidencia isostática

La corteza flota boyantemente en la astenosfera , con una relación de masa debajo de la "superficie" proporcional a su propia densidad y a la densidad de la astenosfera. Si se agrega masa a un área local de la corteza (p. ej., mediante deposición ), la corteza se hunde para compensar y mantener el equilibrio isostático . [2]

Lo opuesto al hundimiento isostático se conoce como rebote isostático : la acción de la corteza que regresa (a veces durante períodos de miles de años) a un estado de isostasia, como después del derretimiento de grandes capas de hielo o el secado de grandes lagos después de la última edad de hielo. El lago Bonneville es un ejemplo famoso de rebote isostático. Debido al peso del agua que alguna vez estuvo contenida en el lago, la corteza terrestre se hundió casi 200 pies (61 m) para mantener el equilibrio. Cuando el lago se secó, la corteza rebotó. Hoy en el lago Bonneville , el centro del antiguo lago está unos 200 pies (61 m) más alto que los bordes del antiguo lago. [21]

Efectos estacionales

Muchos suelos contienen proporciones importantes de arcilla. Debido al tamaño muy pequeño de las partículas, se ven afectados por los cambios en el contenido de humedad del suelo. El secado estacional del suelo da como resultado una disminución tanto del volumen como de la superficie del suelo. Si los cimientos de un edificio están por encima del nivel alcanzado por la sequía estacional, se mueven, lo que posiblemente dañe el edificio en forma de grietas cada vez más estrechas.

Los árboles y otra vegetación pueden tener un efecto local significativo en el secado estacional de los suelos. A lo largo de varios años, se produce un secado acumulativo a medida que el árbol crece. Eso puede provocar lo contrario del hundimiento, conocido como levantamiento o hinchazón del suelo, cuando el árbol decae o es talado. A medida que se revierte el déficit de humedad acumulada, que puede durar hasta 25 años, el nivel de la superficie alrededor del árbol aumentará y se expandirá lateralmente. Esto a menudo daña los edificios a menos que los cimientos hayan sido reforzados o diseñados para soportar el efecto. [22]

Peso de los edificios

Los edificios altos pueden crear hundimientos del terreno presionando el suelo debajo con su peso. El problema ya se siente en la ciudad de Nueva York , en el Área de la Bahía de San Francisco y en Lagos . [23] [24]

Impactos

Aumento del potencial de inundaciones

Los hundimientos del terreno provocan un descenso de la superficie del terreno, alterando la topografía. Esta reducción de la elevación aumenta el riesgo de inundaciones , particularmente en las llanuras aluviales de los ríos [25] y las áreas del delta. [26]

Ciudades que se hunden

Impulsores, procesos e impactos de las ciudades que se hunden [27]
Las ciudades que se hunden son entornos urbanos que están en peligro de desaparecer debido a sus paisajes rápidamente cambiantes . Los mayores contribuyentes a que estas ciudades se vuelvan inhabitables son los efectos combinados del cambio climático (manifestado a través del aumento del nivel del mar , la intensificación de las tormentas y las marejadas ciclónicas), el hundimiento de la tierra y la urbanización acelerada . [28] Muchas de las ciudades más grandes y de más rápido crecimiento del mundo están ubicadas a lo largo de ríos y costas, lo que las expone a desastres naturales. A medida que los países continúan invirtiendo personas, activos e infraestructura en estas ciudades, el potencial de pérdidas en estas áreas también aumenta. [29] Las ciudades que se hunden deben superar barreras sustanciales para prepararse adecuadamente para el clima ambiental dinámico actual.

fisuras terrestres

Las fisuras terrestres son fracturas lineales que aparecen en la superficie terrestre, caracterizadas por aberturas o desfases. Estas fisuras pueden tener varios metros de profundidad, varios metros de ancho y extenderse por varios kilómetros. Se forman cuando la deformación de un acuífero, provocada por el bombeo, concentra la tensión en el sedimento. [30] Esta deformación no homogénea da como resultado la compactación diferencial de los sedimentos. Las fisuras del suelo se desarrollan cuando esta tensión de tracción excede la resistencia a la tracción del sedimento.

Daños a la infraestructura

Los hundimientos del terreno pueden provocar asentamientos diferenciales en edificios y otras infraestructuras , provocando distorsiones angulares. Cuando estas distorsiones angulares exceden ciertos valores, las estructuras pueden dañarse, provocando problemas como inclinación o grietas. [31] [32] [33]

Medición de hundimiento en campo

El hundimiento del terreno provoca desplazamientos verticales (hundimiento o levantamiento). Aunque también se producen desplazamientos horizontales, generalmente son menos significativos. Los siguientes son métodos de campo utilizados para medir los desplazamientos verticales y horizontales en áreas de hundimiento:

Tomás et al. [45] realizaron un análisis comparativo de varias técnicas de monitoreo de hundimiento del terreno. Los resultados indicaron que InSAR ofrecía la mayor cobertura, el menor costo anual por punto de información y la mayor densidad de puntos. Además, descubrieron que, aparte de los sistemas de adquisición continua típicamente instalados en áreas con hundimiento rápido, InSAR tenía las frecuencias de medición más altas. En cambio, la nivelación, los GNSS no permanentes y los extensómetros no permanentes generalmente proporcionaban sólo una o dos mediciones por año. [45]

Ejemplos

Ver también

Referencias

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