Los flujos de escombros son fenómenos geológicos en los que masas de suelo cargadas de agua y rocas fragmentadas se precipitan por las laderas de las montañas, se canalizan hacia canales de arroyos , arrastran objetos en su camino y forman depósitos espesos y fangosos en el fondo de los valles. Generalmente 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 licuefacción generalizada de los sedimentos causada por las altas presiones de los fluidos intersticiales , pueden fluir casi con tanta fluidez como el agua. [2] 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 mucho mayores. En las regiones montañosas de todo el mundo se producen con frecuencia flujos de escombros con volúmenes que oscilan hasta unos 100.000 metros cúbicos. Los mayores flujos prehistóricos han tenido volúmenes superiores a mil millones de metros cúbicos (es decir, 1 kilómetro cúbico). Como resultado de su alta concentración y movilidad de sedimentos, los flujos de escombros pueden ser muy destructivos.
Los desastres de flujo de escombros más notables del siglo XX provocaron más de 20.000 muertes en Armero, Colombia , en 1985 y decenas de miles en el estado Vargas , Venezuela , en 1999.
Los flujos de escombros tienen concentraciones volumétricas de sedimentos que exceden aproximadamente del 40 al 50%, y el resto del volumen de un flujo consiste en agua. Por definición, los “escombros” incluyen granos de sedimento con diversas formas y tamaños, que comúnmente van desde partículas microscópicas de arcilla hasta grandes cantos rodados . Los informes de los medios de comunicación suelen utilizar 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, los flujos de lodo son mucho menos comunes que los flujos de escombros. Sin embargo, los flujos de lodo submarinos prevalecen 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 rica en sedimentos con concentraciones de sólidos que oscilan entre el 10 y el 40% aproximadamente se comportan de manera algo diferente a los flujos de escombros y se conocen como inundaciones hiperconcentradas . [3] Los flujos normales de las corrientes contienen concentraciones aún más bajas de sedimentos.
Los flujos de escombros pueden ser provocados por lluvias intensas o deshielo, por la rotura de presas o por inundaciones 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 superiores a unos 25 grados , la disponibilidad de abundante sedimento suelto, suelo o roca erosionada y suficiente agua para llevar este material suelto a un estado de saturación casi completa. (con todo el espacio poroso lleno). Los flujos de escombros pueden ser más frecuentes después de incendios forestales y de matorrales, como lo demuestra la experiencia en el sur de California. Representan un peligro importante en muchas zonas montañosas escarpadas 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 son acelerados cuesta abajo por la gravedad y tienden a seguir canales montañosos empinados que desembocan en abanicos aluviales o llanuras aluviales . El frente o "cabeza" de una oleada de flujo de escombros a menudo contiene una gran cantidad de material grueso, como cantos rodados y troncos, que imparten una gran fricción . Detrás del cabezal de flujo de alta fricción hay un cuerpo de flujo de menor fricción, mayormente licuado, 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 hiperconcentrado. Los flujos de escombros tienden a moverse en una serie de pulsos o oleadas discretas, donde cada pulso o oleada tiene una cabeza, un cuerpo y una cola distintivos.
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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 frentes montañosos empinados. 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 comúnmente están marcados por la presencia de diques laterales ricos en rocas . Estos diques naturales se forman cuando los escombros relativamente móviles, licuados y de grano fino en el cuerpo de flujos de escombros apartan los escombros gruesos y de alta fricción que se acumulan en las cabezas de flujo de escombros como consecuencia de la segregación del tamaño de los granos (un fenómeno familiar en la mecánica granular). ). 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 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 tierras en áreas donde los flujos de escombros son comunes. Los antiguos depósitos de flujo de escombros que están expuestos sólo 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 por agua.
Otros flujos geológicos que pueden describirse como flujos de escombros suelen recibir nombres más específicos. Éstas incluyen:
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 las laderas de un volcán. Una variedad de fenómenos pueden desencadenar un lahar, incluido el derretimiento del hielo glacial, el colapso del sector , lluvias intensas sobre material piroclástico suelto o el estallido de un lago que anteriormente estaba represado por sedimentos piroclásticos o glaciales. La palabra lahar es de origen indonesio, pero ahora los geólogos de todo el mundo la utilizan habitualmente para describir flujos de escombros vulcanógenos. Casi todos los flujos de escombros más grandes y destructivos de la Tierra son lahares que se originan en volcanes. Un ejemplo es el lahar que inundó la ciudad de Armero , Colombia.
Un jökulhlaup es una inundación glacial. Jökulhlaup es una palabra islandesa, y en Islandia muchas inundaciones glaciales son provocadas por erupciones volcánicas subglaciales. (Islandia se encuentra en la cima de la Cordillera del Atlántico Medio, que está formada por una cadena de volcanes en su mayoría submarinos). En otros lugares, una causa más común de jökulhlaups es la ruptura de lagos represados por hielo o morrenas . Estos eventos de ruptura a menudo son causados por el desprendimiento repentino del hielo de un glaciar en un lago, lo que luego provoca que una onda de desplazamiento rompa una morrena o una presa de hielo. Valle abajo del punto de ruptura, un jökulhlaup puede aumentar considerablemente de tamaño debido al arrastre de sedimentos sueltos del valle por el que viaja. Un arrastre amplio puede permitir que la inundación se transforme en un flujo de escombros. Las distancias recorridas podrán superar los 100 km.
Se han utilizado numerosos enfoques diferentes para modelar las propiedades, cinemática y dinámica del flujo de escombros . [4] Algunos se enumeran aquí.
Calibrar y validar modelos tan sofisticados requiere datos bien documentados de estudios de campo o experimentos minuciosos de laboratorio. [11] [12]
La teoría de la mezcla , propuesta originalmente por Iverson [2] y posteriormente adoptada y modificada por otros, trata los flujos de escombros como mezclas de dos fases sólido-fluido.
En flujos de masa reales de dos fases (de escombros), existe un fuerte acoplamiento entre la transferencia de momento del sólido y el fluido , donde la tensión 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 la arrastre sobre el componente sólido. La flotabilidad es un aspecto importante del flujo de escombros de dos fases, porque mejora la movilidad del flujo (distancias de recorrido más largas) al reducir la resistencia a la fricción en la mezcla . La flotabilidad está presente mientras haya líquido en la mezcla. [13] Reduce la tensión normal del sólido, las tensiones normales laterales del sólido y la tensión de corte basal (por lo tanto, la resistencia a la fricción) por un factor ( ), donde es la relación de densidad entre las fases fluida y sólida. El efecto es sustancial cuando la relación de densidad ( ) es grande (por ejemplo, en el flujo de escombros natural).
Si el flujo tiene flotabilidad neutra, es decir , (ver, por ejemplo, Bagnold, [14] 1954), la masa de desechos se fluidiza y recorre distancias más largas. Esto puede suceder en flujos de escombros naturales altamente viscosos . [15] Para flujos de flotabilidad neutra, la fricción de Coulomb desaparece, el gradiente de presión lateral del sólido desaparece, el coeficiente de arrastre es cero y el efecto de pendiente basal sobre la fase sólida también desaparece. En este caso límite , la única fuerza sólida restante se debe a la gravedad y, por tanto, a la fuerza asociada a la flotabilidad. En estas condiciones de soporte hidrodinámico de las partículas por el fluido, la masa de desechos está completamente fluidizada (o lubricada ) y se mueve de manera muy económica, lo que promueve largas distancias de viaje. En comparación con el flujo flotante, el flujo de flotación neutra muestra un comportamiento completamente diferente. En el último caso, las fases sólida y fluida se mueven juntas, la masa de desechos se fluidiza, la parte delantera se mueve sustancialmente más, la cola se queda atrás y la altura total del flujo también se reduce. Cuando , el flujo no experimenta ningún efecto de flotabilidad. Entonces, el esfuerzo cortante por 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 .
Para evitar que los flujos de escombros lleguen a propiedades y personas, se puede construir un depósito de escombros. Los depósitos de desechos están diseñados para proteger el suelo y los recursos hídricos o para prevenir daños aguas abajo. Estas construcciones se consideran un último recurso porque son costosas de construir y requieren un compromiso de mantenimiento anual. [17] Además, las cuencas de escombros solo pueden retener flujos de escombros de una fracción de los arroyos que drenan terrenos montañosos.
Antes de una tormenta que potencialmente puede generar flujos de escombros, los marcos de pronóstico a menudo pueden cuantificar la probabilidad de que ocurra un flujo de escombros en una cuenca; [18] sin embargo, sigue siendo un desafío predecir la cantidad de sedimento movilizado y, por lo tanto, el tamaño total de los flujos de escombros que pueden nuclearse durante una tormenta determinada, y si las cuencas de escombros tendrán o no la capacidad de proteger a las comunidades aguas abajo. Estos desafíos hacen que los flujos de escombros sean particularmente peligrosos para las comunidades situadas frente a las montañas. [19]
En 1989, como parte de su pieza de gran formato David Gordon's United States , 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 , leído por Norma Fire, en un baile titulado "Debris Flow", una "narrativa desgarradora y grabada de la terrible experiencia de una familia en un enorme deslizamiento de tierra en Los Ángeles..." [20]
