Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado un nuevo modelo integral de deslizamientos de tierra profundos y han demostrado que puede recrear con precisión la dinámica de los deslizamientos de tierra históricos y actuales que ocurren bajo diversas condiciones.
Mirando más allá de las mediciones estándar de velocidad y niveles de agua, el modelo señala que la temperatura de una capa de arcilla relativamente delgada en la base del deslizamiento de tierra es crítica para su potencial de falla cataclísmica repentina. El enfoque se está utilizando actualmente para monitorearun deslizamiento de tierra en evolución en Andorra y sugiere métodos para mitigar el riesgo de su escalada, así como cualquier otro deslizamiento de tierra profundo en el futuro.
Los resultados aparecen en línea el 15 de junio en el Revista de Investigación Geofísica - Superficie de la Tierra .
"Publiqué un artículo hace más de una década que explicaba lo que sucedió en la presa de Vajont, uno de los mayores desastres provocados por el hombre de todos los tiempos", dijo Manolis Veveakis, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Duke. "Pero esoEl modelo era extremadamente limitado y limitado a ese evento específico. Este modelo es más completo. Se puede aplicar a otros deslizamientos de tierra, proporcionando criterios de estabilidad y orientación sobre cuándo y cómo se pueden evitar ".
El desastre al que se refiere Veveakis ocurrió en la presa de Vajont, una de las más altas del mundo a 860 pies, en el norte de Italia en 1963. Después de años de intentar mitigar un deslizamiento de tierra lento e incremental de aproximadamente una pulgada por día en elcontiguo a la ladera de la montaña al bajar el nivel del agua del lago detrás de la presa, el deslizamiento de tierra se aceleró de repente sin previo aviso. Casi 10 mil millones de pies cúbicos de roca cayeron en picado por el desfiladero y en el lago a casi 70 millas por hora.pies de altura que se estrelló sobre la presa, aniquilando por completo varios pueblos pequeños y matando a casi 2.000 personas.
Antes de que ocurriera la catástrofe, los científicos no creían que un posible deslizamiento de tierra pudiera provocar un tsunami de más de 75 pies de altura. Siguen desconcertados por cómo este deslizamiento de tierra se había movido tan violentamente y tan repentinamente.
En 2007, Veveakis juntó las piezas y desarrolló un modelo que se ajustaba a las observaciones científicas del desastre. Mostraba cómo el agua que se filtraba en la roca sobre una capa inestable de arcilla causó un deslizamiento de tierra que a su vez se calentó y desestabilizó aún másarcilla en un circuito de retroalimentación hasta que falla rápidamente.
"La arcilla es un material muy sensible al calor y puede crear una banda de corte que es muy susceptible a la fricción", dijo Carolina Segui, candidata a doctorado en el laboratorio de Veveakis y primera autora del nuevo artículo. "Es el peor material que se tiene".en un lugar tan crítico y es una pesadilla para los ingenieros civiles que construyen cualquier cosa en cualquier lugar "
Este primer modelo, sin embargo, utilizó solo el último mes de datos de la Presa Vajont, cuando el nivel del agua era casi constante. Ignoraba cualquier tipo de variación del agua subterránea, esencialmente suponiendo que la carga externa permanecía constante. Mientras ese modelo funcionó paraExplicar el fracaso inesperado del deslizamiento de tierra de Vajont, los supuestos del modelo hicieron imposible ofrecer evaluaciones en tiempo real o su uso en otros escenarios.
En el nuevo estudio, Veveakis, Segui y Hadrien Rattez, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Veveakis, tapan los agujeros del modelo antiguo y proporcionan la capacidad de incorporar una combinación de carga externa dependiente del tiempo y degradación interna. El modelo resultante puederecrear y predecir observaciones tomadas de deslizamientos de tierra muy diferentes y profundos.
"Los modelos de deslizamiento de tierra tradicionales tienen una resistencia interna del material estático, y si se excede, el deslizamiento de tierra falla", dijo Veveakis. "Pero en ejemplos como estos, el deslizamiento de tierra ya se está moviendo porque su resistencia ya se ha excedido, entonces esos modelosno funciona. Otros han intentado utilizar el aprendizaje automático para ajustar los datos, lo que ha funcionado a veces, pero no explica la física subyacente. Nuestro modelo incorpora las propiedades de los materiales blandos, lo que permite aplicarlo a más deslizamientos de tierra condiferentes características de carga y proporcionan un criterio de estabilidad operativa al monitorear su temperatura basal ".
Además de usar el modelo para recrear los movimientos del tobogán Vajont y explicar los mecanismos que sustentan su movimiento durante más de dos años, Veveakis y Segui muestran que su modelo puede recrear y predecir con precisión los movimientos del deslizamiento de tierra de Shuping, otro movimiento lentodeslizamiento de tierra en la represa de las Tres Gargantas en China, la represa más grande del mundo, pero aunque ese deslizamiento de tierra también es el resultado de un lago hecho por el hombre al lado de una represa, ahí es donde terminan las similitudes.
Antes de que la presa de Vajont fallara, había una relación bastante lineal entre el nivel del lago y la velocidad del deslizamiento de tierra. Cuanto más bajo es el nivel del lago, más lento es el deslizamiento de tierra. Sin embargo, el deslizamiento de tierra de Shuping se comporta de la manera opuesta:cuanto más bajo es el nivel del lago, más rápido es el deslizamiento de tierra, y aunque la relación entre el nivel del lago y la velocidad era aproximadamente lineal en la presa de Vajont, la velocidad del deslizamiento de tierra de Shuping no es lineal, respondiendo a fuentes adicionales de agua y carga, comomonzones estacionales. También se compone de diferentes materiales.
A pesar de estas diferencias, el nuevo modelo de los investigadores puede reproducir con precisión los movimientos del deslizamiento de tierra de Shuping durante la última década.
En este caso, los investigadores no tienen acceso directo a las mediciones tomadas desde la banda de corte, que es menos de un metro de suelo de brecha marrón y arcilla limosa. Tienen que hacer suposiciones sobre los niveles de fricción y las temperaturas internas parahacer que su modelo funcione.
Sin embargo, en las montañas de Andorra, el deslizamiento de tierra lento de El Forn amenaza la seguridad de un pueblo cercano llamado Canillo y está siendo monitoreado de cerca por el gobierno. A diferencia de China o Italia, no hay represa ni lago involucrado - estoEl deslizamiento de tierra se está acelerando al derretir la nieve que alimenta los niveles de agua subterránea en las montañas sobre la ciudad.
Aunque las condiciones son completamente diferentes de los dos deslizamientos de tierra anteriores, los investigadores confían en que su modelo está a la altura.
Gracias a las numerosas perforaciones que se han llevado a cabo para comprender mejor el deslizamiento de tierra de El Forn, Veveakis y Segui han podido insertar termómetros directamente en la banda de corte de un lóbulo pequeño que se desliza más rápido que el resto. Con este nivelde los datos disponibles, los investigadores esperan validar y refinar su modelo aún más, e incluso proporcionar consejos sobre cómo evitar una posible catástrofe en caso de que uno comience a desarrollarse.
"Uno podría imaginarse bombeando agua del suelo, o haciendo circular otro fluido frío a través de la capa de cizallamiento para enfriarlo y frenar el deslizamiento de tierra", dijo Segui. "O al menos, si no pudiéramos detenerlo,para proporcionar suficiente advertencia para evacuar. Esa es exactamente la razón por la que estamos allí ".
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation CMMI-2006150.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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