Aluviones / Debris flows

Estudios detallados de torrentes y canales susceptibles de generar corrientes de arrastre (aluviones), con simulaciones 3D, siguiendo la metodología propuesta en el Instituto Cartográfico y Geológico de Cataluña para la elaboración de la guía técnica para la zonificación de la peligrosidad frente a flujos torrenciales

Estudios de detalle de aluviones mediante la aplicación de los pasos establecidos durante la Asistencia técnica para la elaboración de una guía técnica por la zonificación de la peligrosidad de flujos torrenciales (debris flow) en Cataluña, por encargo del Instituto Cartográfico y Geológico de Cataluña (ICGC)

Básicamente, en una quebrada están presentes dos procesos geodinámicos, éstos son las riadas (en inglés “water floods”) y los aluviones (en inglés “debris flows”). La definición de ambos procesos y sus descripciones permiten individualizar la peligrosidad generada por ambos procesos geodinámicos.

Las fuertes tormentas producen muchas veces importantes destrozos en torrenteras y sus conos de deyección, debido básicamente a los procesos hidráulicos representados por riadas y aluviones. Las riadas son flujos formados básicamente por agua, mientras que los aluviones están formados por una mezcla de agua y sólidos (limos, gravas y bloques) con un comportamiento similar al hormigón líquido.

Entre ambos procesos, las riadas y los aluviones, existe una transición de diferentes procesos. Cada uno de estos procesos puede diferenciarse del resto según su contenido en agua. Mientras las riadas están formadas básicamente por agua con una pequeña proporción de sedimento, los aluviones transcurren por el torrente como una masa intacta de agua y sólidos (limos, gravas y bloques).

Ambos procesos pueden convertirse conjuntamente dentro de un mismo episodio de tormenta. Sin embargo, también es posible la presencia de tan sólo un proceso dependiendo de las condiciones meteorológicas, morfología de la cuenca, características geotécnicas de los depósitos de sólidos susceptibles a movilizarse. Incluso, una misma riada puede convertirse en un aluvión por incorporación de material sólido a lo largo del cauce del torrente.

La siguiente tabla ofrece una visión general de los términos más utilizados para los distintos tipos de flujo en varias lenguas europeas.



Comportamiento hidráulico

Dado que la cantidad de sedimento en suspensión (sólidos) es un factor fundamental en el comportamiento hidráulico, unos conocimientos básicos sobre hidráulica son indispensables para definir y diferenciar las riadas y los aluviones. 

Un flujo de agua puede incorporar sedimento por erosión del lecho del torrente debido a las fuerzas que actúan entre el agua y el sedimento del torrente. Fórmulas hidráulicas definen que la capacidad de erosión se encuentra en función de la velocidad del flujo y del tamaño de los sólidos que forman el sedimento. La efectividad de la erosión se incrementa a medida que aumenta la velocidad del flujo y con el aumento de material sólido que forma el aluvión, Por otra parte, la erosión se reduce en función del tamaño de los sólidos que forman parte del cauce del torrente. Teniendo en cuenta que la capacidad erosiva del flujo se incrementa cuando mayor es el contenido de sedimento en transporte, un aluvión siempre presenta una mayor capacidad de erosión que una riada, teniendo ambos la misma velocidad. En múltiples torrenteras se ha observado que los aluviones pueden transportar bloques rocosos de diámetros superiores a 1 metro.

Una riada es un flujo turbulento con un contenido de sedimento menor al 40% con densidades comprendidas 1 y 1,3 gr/cm3. Mientras, los aluviones son una masa de sólidos y agua que se mueve como en un medio homogéneo con un comportamiento hidráulico de viscoso, similar al hormigón líquido, su contenido de sedimento se encuentra entre el 60% y el 90% con densidades comprendidas entre 1'8 y 2'6 gr/cm3.

Una segunda diferencia entre las riadas y los aluviones, aparte de la composicional, es su dinámica. Mientras una riada presenta incrementos más o menos progresivos de su caudal, un aluvión presenta un cambio rápido y brusco del mismo. Dentro de una quebrada, antes de la llegada de un aluvión suele manifestarse un caudal mínimo que aumenta repentinamente cuando éste llega. Los aluviones suelen alcanzar en su frente o inicio alturas superiores a un metro que dependerán del volumen y caudal.

Mecanismos desencadenantes

Mientras una riada se manifiesta cada vez que las condiciones meteorológicas lo permiten, los aluviones presentan mecanismos de desencadenamiento más complicados.

Básicamente, existen dos mecanismos de inicio de los aluviones:

Inicio dentro del canal por erosión del cauce:

Consiste en la incorporación de sedimento durante una riada. La erosión por parte del agua produce un aumento del contenido de sedimentos hasta que la riada se convierte en un flujo hiperconcentrado (en inglés “hyperconcentrated flow”) y finalmente en un aluvión (en inglés “debris flow”).

Inicio fuera del canal por deslizamiento de la vertiente:

Son aluviones que presentan su origen en un desprendimiento superficial de los depósitos situados a media vertiente, que llegan a alcanzar la torrentera. Si por la torrentera transcurre agua, parte de ella se puede incorporar en el desprendimiento, cambiando su comportamiento reológico y convertirse finalmente en aluvión que fluye a través de la quebrada.

Características morfológicas y sedimentarias de los depósitos

Los depósitos formados por las riadas suelen presentar morfologías planas y abanicos de gran extensión. El sedimento suele presentar una estratificación y normalmente una clasificación de los clastes.

 Por otra parte, los depósitos de las corrientes de arrastres suelen presentar abanicos de mayor pendiente con lóbulos y diques laterales paralelos al torrente (lévées). Los depósitos suelen ser muy caóticos sin una estructura interna definida. Durante la deposición de los sedimentos transportados por la corriente de arrastres no existe separación alguna entre los componentes sólidos y líquidos, por lo que todo el material queda frenado como una masa intacta similar a la del hormigón líquido.

 A menudo, después de un episodio de corriente de arrastre, se observan ambos tipos de depósitos (de inundación y de corrientes de arrastre) en el cono de deyección. En la zona superior del cono de deyección se deposita inicialmente la corriente de arrastres con su estructura compacta y caótica. Posteriormente, los procesos hidráulicos (flujos hiperconcentrados o riadas) pueden erosionar y transportar el material más fino del depósito de la corriente de arrastres hasta depositarlo en una parte más distal del cono. El resultado es un depósito de corriente de arrastre compacto y de grosor importante en el sector más el elevado del cono, mientras que frente a él se extiende un amplio depósito de origen fluvial de menor grosor.

Otras observaciones

Después de un episodio de lluvias excepcionales, a partir de la simple observación de los depósitos y daños es difícil distinguir los diferentes procesos de inundación y corrientes de arrastres dentro de un torrente y del mismo cono de deyección. Sin embargo, ambos procesos pueden ocurrir en un mismo episodio de lluvias excepcionales, por lo que la dinámica erosiva de uno de ellos puede borrar los depósitos generados anteriormente por el otro.

Sin embargo, la peligrosidad que generan ambos procesos es muy distinta. Dos factores son los que determinan esta diferente peligrosidad y en consecuencia los destrozos potenciales, éstos son:

• El caudal máximo que se alcanza en el frente de una corriente de arrastres es superior al de una riada.
• Los bloques que puede transportar unas corrientes de arrastras son de mayor volumen frente a las de una riada.

Se estima que el caudal máximo de una corriente de arrastres puede llegar a ser más de diez veces mayor respecto a los que presentan las riadas. El incremento del caudal máximo en el frente de una corriente de arrastres puede causar importantes destrozos. Por tanto, no sirven los cálculos de dimensionamiento basados ​​exclusivamente en los conceptos hidráulicos para determinar un caudal de proyecto.

 Otro aspecto a tener en cuenta es el transporte de grandes bloques dentro de la masa de las corrientes de arrastre. Mientras que los destrozos durante las riadas son causados ​​sólo por el agua y el pequeño contenido de sedimento, el material transportado por las corrientes de arrastre (bloques rocosos, sedimento, árboles, etc.) puede ocasionar daños mayores en estructuras urbanas y civiles.