La falla de la orilla del río puede ser causada cuando las fuerzas gravitacionales que actúan sobre una orilla exceden las fuerzas que mantienen unido el sedimento . La falla depende del tipo de sedimento, las capas y el contenido de humedad . [1]
Todas las orillas de los ríos experimentan erosión , pero las fallas dependen de la ubicación y la velocidad a la que se produce la erosión. [2] La rotura de la orilla del río puede ser causada por la ubicación de las casas, la saturación de agua, el peso en la orilla del río, la vegetación y / o la actividad tectónica. Cuando las estructuras se construyen demasiado cerca de la orilla del río, su peso puede exceder el peso que la orilla puede sostener y causar hundimientos , o acelerar el hundimiento que ya puede estar activo. [1] [3] Además de estas tensiones, se puede aumentar la saturación causada por el riego y los septicos , que reducen la resistencia del suelo. [4]Si bien la vegetación de raíces profundas puede aumentar la fuerza de las orillas de los ríos, el reemplazo por pasto y vegetación de raíces menos profundas puede debilitar el suelo. La presencia de césped y caminos de concreto concentra la escorrentía hacia la orilla del río, debilitándola aún más. Los cimientos y estructuras aumentan aún más la tensión. [3] Aunque cada modo de falla está claramente definido, la investigación de los tipos de suelo, la composición del banco y el entorno debe definirse claramente para establecer el modo de falla, de los cuales múltiples tipos pueden estar presentes en la misma área en diferentes momentos. Una vez que se ha clasificado la falla, se pueden tomar medidas para evitar una mayor erosión. Si falla la falla tectónica, la investigación de sus efectos puede ayudar a comprender los sistemas aluviales y sus respuestas a diferentes tensiones.
Descripción
La ribera de un río se puede dividir en tres zonas: zona de punta, zona de ribera y área de sobre ribera. La zona de los dedos del pie es el área más susceptible a la erosión. [2] Debido a que se encuentra entre el nivel del agua ordinario y el nivel bajo del agua, se ve fuertemente afectado por las corrientes y los eventos de erosión. [2] La zona de la ribera está por encima del nivel de agua alto normal, pero aún puede verse afectada periódicamente por las corrientes y recibe la mayor parte del tráfico de personas y animales. El área de la ribera se encuentra tierra adentro tanto de la zona del pie como de la ribera, y puede clasificarse como una llanura aluvial o un acantilado, dependiendo de su pendiente. [2] La ribera de un río responderá a la actividad erosiva en función de las características del material de la ribera. El tipo más común de banco es un banco estratificado o interestratificado, que consiste en capas sin cohesión intercaladas con capas cohesivas. [5] Si el suelo cohesivo está en la punta del banco, controlará la tasa de retroceso de la capa superpuesta. Si el suelo sin cohesión está en la punta del banco, estas capas no están protegidas por las capas de suelo cohesivo. Un banco de lecho rocoso suele ser muy estable y experimentará una erosión gradual. Un banco cohesivo es muy susceptible a la erosión en épocas de descenso del nivel del agua debido a su baja permeabilidad . [2] Las fallas en suelos cohesivos serán en superficies de falla rotacionales o planas , mientras que en suelos no cohesivos las fallas serán en forma de avalancha . [5]
Modos de falla
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Falling_river_level_causing_landslide_2.svg/330px-Falling_river_level_causing_landslide_2.svg.png)
Falla inducida hidráulicamente
Los procesos hidráulicos en o debajo de la superficie del agua pueden arrastrar sedimentos y causar directamente erosión. Los bancos no cohesivos son particularmente vulnerables a este tipo de quiebras, debido a la subcotización de los bancos, la degradación del lecho y la limpieza basal. [6]
La erosión hidráulica del dedo del pie ocurre cuando el flujo está en la dirección de un banco en la curva del río y la velocidad más alta está en el borde exterior y en la profundidad central del agua. [5] Las fuerzas centrífugas elevan la elevación del agua para que sea más alta en la curva exterior y, a medida que la gravedad empuja el agua hacia abajo, se produce una espiral helicoidal rodante, con velocidades descendentes contra la orilla (fuerza erosiva). [2] Será más alto en curvas cerradas. La peor erosión ocurrirá inmediatamente aguas abajo del punto de máxima curvatura. En los casos con capas no cohesivas, las corrientes eliminan el material y crean un voladizo de material cohesivo. El cizallamiento excede el cizallamiento crítico en la punta del banco y las partículas se erosionan. Esto luego causa un voladizo que eventualmente resulta en un retroceso del banco y una falla. [2]
Falla geotécnica
La falla geotécnica generalmente ocurre debido a tensiones en el banco que exceden las fuerzas que el banco puede soportar. Un ejemplo es la sobresaturación del banco después de una disminución del nivel del agua desde la llanura aluvial a los niveles normales del banco. La presión del agua de poro en el banco saturado reduce la resistencia al cizallamiento por fricción del suelo y aumenta las fuerzas de deslizamiento. [5] Este tipo de falla es más común en suelos de grano fino porque no pueden drenar tan rápidamente como los suelos de grano grueso. [2] Esto puede acentuarse si los bancos ya se han desestabilizado debido a la erosión de las arenas sin cohesión, lo que socava el material del banco y conduce al colapso del banco. [5] Si el banco ha estado expuesto a congelación-descongelación, las grietas de tensión pueden provocar la falla del banco. La humedad del subsuelo debilita el cizallamiento interno. [2] La acción capilar también puede disminuir el ángulo de reposo del banco a menos que la pendiente del banco existente. Esto ensancha demasiado la pendiente y puede provocar un colapso cuando el suelo se seca. [2]
La falla de la tubería puede ocurrir cuando aumenta la presión alta de filtración de agua subterránea, así como la tasa de flujo. Esto provoca el colapso de parte del banco. La falla generalmente se debe al flujo selectivo de agua subterránea a lo largo de capas saturadas intercaladas dentro de las orillas de los ríos estratificados, con lentes de arena y material más grueso entre las capas de material cohesivo más fino. [6]
Falla tectónica
Los cambios en la pendiente del fondo del valle pueden influir en los ríos aluviales, lo que puede ocurrir debido a la tectónica . Esto puede causar fallas en las orillas del río, lo que puede resultar en peligros para las personas que viven cerca del río y para estructuras como puentes, tuberías y cruces de líneas eléctricas. Si bien los ríos grandes y de flujo rápido deben mantener sus trayectorias de flujo originales, los gradientes bajos aumentan los efectos causados por los cambios de pendiente. [7] La rotura del banco como resultado de la tectónica también puede provocar una avulsión, en la que un río abandona su propio cauce para formar uno nuevo. [7] La avulsión debida a la tectónica es más común en los ríos que experimentan una formación alta, en los que la rotura de las orillas ha provocado la pérdida de diques naturales debido a la licuefacción y fracturas por un terremoto. [8]
Fallo gravitacional
La falla gravitacional incluye deslizamientos poco profundos y rotacionales, fallas de losas y voladizos, y flujos de tierra y flujos granulares secos. Es el proceso de separar el sedimento principalmente de un banco cohesivo y transportarlo fluvialmente.
La falla superficial ocurre cuando una capa de material se mueve a lo largo de planos paralelos a las superficies de los taludes. La falla es típica de suelos con baja cohesión y ocurre cuando el ángulo del banco excede el ángulo de fricción interna. [5] Bloques de tamaño pequeño a mediano son expulsados en o cerca de la base de la orilla del río debido a la presión excesiva del agua de poro y la sobrecarga . La losa de material en la mitad inferior del banco se caerá, dejando una cavidad en forma de nicho. La falla generalmente se asocia con bancos empinados y materiales de banco cohesivos saturados de grano más fino que permiten la acumulación de presión de agua de poro positiva y una fuerte filtración dentro de la estructura. [6]
La falla emergente es cuando los bloques de tamaño pequeño a mediano son forzados a salir en o cerca de la base de la orilla del río debido a la presión excesiva del agua de poro y la sobrecarga. La losa de material en la mitad inferior del banco se caerá, dejando una cavidad en forma de nicho. La falla generalmente se asocia con bancos empinados y materiales de banco cohesivos saturados de grano más fino que permiten la acumulación de presión de agua de poro positiva y una fuerte filtración dentro de la estructura. Bloques de tamaño pequeño a mediano se ven obligados a salir en la base de la orilla del río o cerca de ella debido a la presión excesiva del agua de poro y la sobrecarga. [6]
La falla de la losa es el deslizamiento y el vuelco hacia adelante de una masa profundamente asentada en el canal del río. Las fallas están asociadas con bancos cohesivos de grano fino, empinados y de baja altura y ocurren durante condiciones de flujo bajo. Son el resultado de una combinación de socavación en el pie del banco, alta presión de agua de poro en el material del banco y grietas por tensión en la parte superior del banco. [6]
Las fallas en voladizo ocurren cuando un bloque sobresaliente colapsa en el canal. [5] La quiebra ocurre a menudo después de que el banco ha experimentado una subcotización. La falla generalmente ocurre en un compuesto de material de grano fino y grueso, y está activa durante condiciones de flujo bajo. [6]
La falla causada por el flujo granular seco ocurre típicamente en bancos no cohesivos en o cerca del ángulo de reposo, que están socavados. Esto aumenta el ángulo del banco local por encima del ángulo de fricción, y los granos individuales ruedan, se deslizan y rebotan por el banco en una capa. La acumulación suele ocurrir en la punta del pie. [6]
Un flujo de tierra húmedo ocurre cuando la pérdida de resistencia de una sección del banco debido a la saturación aumenta el peso del banco y disminuye la resistencia del material del banco de modo que el suelo fluye como un líquido viscoso. [2] Este tipo de falla generalmente ocurre en bancos de ángulo bajo y el material afectado fluye hacia abajo del banco para formar lóbulos de material en la punta. [6]
La falla de la viga ocurre como resultado de grietas por tensión en el voladizo y ocurre solo cuando la parte inferior de un bloque de voladizo falla a lo largo de una superficie de falla casi horizontal. [6]
Ejemplos de
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/c9/PSM_V69_D086_Sunken_land_formed_by_the_new_madrid_earthquake_in_missouri.png/220px-PSM_V69_D086_Sunken_land_formed_by_the_new_madrid_earthquake_in_missouri.png)
1811-1812 Terremoto de Nuevo Madrid
Los terremotos de 1811–12 en Nuevo Madrid fueron causados por terremotos en el río Mississippi y representan la falla de los bancos causada por la actividad tectónica en la Zona Sísmica de Nuevo Madrid (NMSZ). [9] La NMSZ es el resultado de un sistema de ruptura fallido que sigue siendo débil en la actualidad y, por lo tanto, es propenso a fallas y actividad sísmica. [9] Los terremotos provocaron una rotura inmediata de las orillas, en la que las orillas de la superficie cayeron por encima y por debajo de la superficie del agua, provocando oleajes lo suficientemente grandes como para hundir un barco. [7] Algunas marejadas fueron causadas por el sedimento que caía al río, pero en otras ocasiones las mismas marejadas que golpeaban las orillas causaron que grandes áreas de las orillas del Mississippi cayeran al mismo tiempo. [7] Se vio que las aguas del Mississippi fluían hacia atrás, debido a los golpes causados por el terremoto. [8] Se introdujeron grandes cantidades de sedimentos en el río. El hundimiento del banco se vio río abajo hasta Memphis, Tennessee . Los desplazamientos verticales pueden haber sido la principal fuente de turbulencia, aunque de corta duración. [7]
Quiebra bancaria del noroeste de Minnesota
La quiebra del banco se ubicó en el río Rojo y sus afluentes. Fue causado por la erosión y representa un hundimiento. La falla ocurre en esta área porque las orillas de los ríos están compuestas de arcilla, debido a la deposición de glaciares y lagos, a diferencia de sedimentos más resistentes como arena o grava. [1] Más comúnmente, el hundimiento existe en la Formación Sherack, que se asienta sobre una formación menos competente llamada Formaciones Huot y Brenna. [1] La Formación Sherack está compuesta de laminaciones de limo y arcilla, mientras que Brenna es un depósito de arcilla. [10] Estas formaciones menos competentes quedan expuestas cuando la Formación Sherack superpuesta es erosionada por el valle del río. Las grietas también se pueden formar en la Formación Sherack, causando debilidad en la arcilla subyacente y hundimiento. El contacto expuesto entre las formaciones (comúnmente en el área del Río Rojo) y, por lo tanto, la debilidad inherente a este contacto, causa un desgaste masivo de la orilla del río. [11] La actividad humana cerca de las orillas del río aumenta los riesgos de falla. [1] Debido a esta interferencia humana, el mejor modo de defensa del río es evitar cargas innecesarias cerca del río y aumentar la conciencia de los problemas que conducen al fracaso. [1] Cuando ocurre una falla, es necesario comprender los parámetros geotécnicos del talud, y son los más confiables para comprender las causas subyacentes. [11] Esto se puede lograr obteniendo valores para el límite plástico y el límite líquido de los suelos. [1]
También son de interés las interacciones entre los caudales y la contribución de sedimentos. Red River y Minnesota reciben contribuciones del río Pembina del noreste de Dakota del Norte. [10] Las tasas de erosión son muy altas para este río y conducen a una erosión extensa y pronunciada de las orillas del río. Este aumento de la escorrentía produce un mayor flujo de corriente y, por lo tanto, mayores eventos de erosión río abajo, como en el río Rojo. [10]
Soluciones
La rotura de la ribera depende de muchas soluciones, las más comunes son la estabilización de cal y muros de contención , riprap y tablestacas , mantenimiento de vegetación profunda, hileras y trincheras, sacos y bloques, gaviones y colchones, suelo-cemento y evitar la construcción de estructuras cercanas a las orillas del río. [12]
Riprap
Riprap hecho de rocas y otros materiales, dispuesto de manera que inhiba los procesos erosivos en la ribera de un río. Este método es costoso y puede experimentar fallas, pero tiene la capacidad de usarse para áreas grandes. [3] La falla se observa cuando el banco sufre erosión de partículas, debido a que las piedras son demasiado pequeñas para resistir el esfuerzo cortante, la eliminación de piedras individuales debilita el escollera general, la pendiente lateral del banco es demasiado empinada para que el escollera resista el desplazamiento fuerzas, o la gradación del riprap es demasiado uniforme (nada para llenar espacios pequeños). La falla también puede ocurrir por asentamiento, deslizamiento traslacional o asentamiento modificado. [12]
Hileras y trincheras
Las hileras son la acumulación de material resistente a la erosión en la orilla de un río, donde si se entierran, se las conoce como trincheras. Cuando la erosión persiste en una ubicación ya determinada, estas hileras y trincheras se deslizan hacia abajo con el banco para protegerlo de nuevos casos de erosión. [13] Esto permite la necesidad de un trabajo de diseño mínimo, en el sentido de que la instalación es simple en los taludes altos, aunque otros métodos podrían conducir a fallas. [12] Las desventajas incluyen que las ventanas y las trincheras continúan erosionándose hasta que se cruzan con el material resistente a la erosión. Se ha observado que los resultados de este método son inconsistentes, ya que la pendiente pronunciada de la orilla conduce a un aumento de la velocidad del río. [12]
Sacos / Bloques
Se pueden usar sacos y bloques durante las inundaciones, donde los sacos se llenan con material, lo que permite que los bloques fomenten el drenaje y el crecimiento de la vegetación. Este método requiere más mano de obra y mayores cantidades de material de relleno, ya que todos los sacos y bloques deben ser del mismo tamaño. [12]
Gaviones y colchones
Los gaviones son cajas de alambre rectangulares apiladas llenas de piedras. Son útiles en pendientes pronunciadas cuando el agua es demasiado rápida para el uso de una técnica de riprap. Son costosos y requieren mucha mano de obra, además de requerir inspecciones periódicas para detectar daños y mantenimiento posterior, aunque se ha visto que demuestran un rendimiento positivo. [13]
Los gaviones de colchón son cestas anchas y poco profundas, útiles en las riberas lisas de los ríos para el crecimiento de la vegetación. Atados uno al lado del otro y en capas uno al lado del otro en superficies poco profundas, crean un manto de protección contra la erosión. [12]
Los colchones de hormigón articulado se utilizan en grandes ríos como el Mississippi y consisten en bloques de hormigón sostenidos por varillas de acero. [12] Rápidos de usar y con buena reputación, permiten una cobertura completa de la orilla del río cuando se colocan correctamente. Esto, a su vez, conduce a un buen historial de servicio. [12] Sin embargo, los espacios abiertos (8%) permiten el paso de material fino y los espacios entre los bloques pueden causar la remoción del banco. [13] Desafortunadamente, los colchones en sí no se ajustan bien en curvas cerradas y puede ser costoso quitar la vegetación en la orilla, que es necesaria para la colocación. [12]
Suelo-cemento
La colocación exacta del cemento para suelo puede ser diferente según la pendiente del banco. [14] En ríos con alta acción de olas, puede ser necesario un patrón de escalones para disipar la energía proveniente de las olas. [12] En condiciones con menor energía de las olas, el cemento se puede "recubrir" en láminas paralelas a la pendiente. Sin embargo, esta técnica no se puede utilizar en pendientes pronunciadas. [14] El cemento de suelo puede tener efectos negativos en condiciones de congelación / descongelación, pero efectos positivos en bancos con arena y vegetación, ya que poca resistencia e impermeabilidad pueden causar fallas. [12]
Vegetación
Existen tres tipos principales de vegetación para evitar la rotura de los bancos: árboles, arbustos y pastos. Los árboles proporcionarán sistemas de raíces densos y profundos, lo que aumentará las tensiones que soportará la orilla del río. Los arbustos se colocan en la orilla del río para proporcionar una cubierta protectora contra la erosión, creando una buena cobertura de plantas y estabilidad del suelo. [3] Los esquejes pueden atarse en fascines y colocarse en trincheras poco profundas paralelas a la orilla del río. [12] Normalmente, los sauces y los álamos son los materiales más útiles, sin embargo, también se pueden usar productos de fibra. [13] [15] Luego se entierran parcialmente y se clavan en su lugar. Estos paquetes de esquejes crean estructuras parecidas a troncos que enraizarán, crecerán y crearán una buena cobertura de plantas. Las estructuras mantienen el suelo en su lugar y protegen la orilla del arroyo de la erosión. [13] El uso de vegetación para contrarrestar los procesos erosivos es el método más laborioso a emplear, aunque también el menos costoso. También mejora el hábitat y es estéticamente agradable. Sin embargo, en las riberas empinadas, es posible que los árboles no puedan estabilizar la punta de la ribera, y el peso del árbol en sí puede provocar fallas. También es difícil cultivar vegetación en condiciones tales como congelación y descongelación . Si no se protege adecuadamente, la vida silvestre y el ganado pueden dañar la vegetación. [12]
Referencias
- ^ a b c d e f g Servicio geológico de Minnesota. "Colapso de la ribera en el noroeste de Minnesota: una descripción general de los materiales terrestres vulnerables" (PDF) . Consultado el 9 de octubre de 2013 .
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- ^ a b c d e f g Nasermoaddeli, M; Pasche. "Modelado de la socavación y el fracaso de las riberas de los ríos no cohesivos" (PDF) : 1–7 . Consultado el 7 de octubre de 2013 . Cite journal requiere
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( ayuda ) - ^ a b c d e f g h yo Talukdar, Bipul. "Erosión de la ribera: una perspectiva" (PDF) . Consultado el 7 de octubre de 2013 .
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