Gestió de Riscos Geològics

Què li oferim

Estudis de detall de caiguda de blocs rocosos mitjançant l'aplicació dels passos establerts durant l'Assistència tècnica per a l’elaboració d’una guia tècnica per la zonificació de la perillositat de fluxos torrencials (debris flow) a Catalunya, per encàrrec de l'Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya (ICGC)

Bàsicament, en una torrentera són presents dos processos geodinàmics, aquests són les riuades o rierades (en anglès “water floods”) i els corrents d’arrossegalls (en anglès “debris flows”). La definició de tots dos processos i les seves descripcions permeten individualitzar la perillositat generada per tots dos processos geodinàmics.

Les fortes tempestes produeixen moltes vegades importants destrosses en torrenteres i llurs cons de dejecció, degut bàsicament als processos hidràulics representats per riuades i corrents d’arrossegalls. Les riuades són fluxos formats bàsicament per aigua, mentre que els corrents d’arrossegalls estan formats per una barreja d’aigua i sòlids (llims, graves i blocs) amb un comportament similar al formigó líquid.

Entre ambdós processos, les riuades i els corrents d’arrossegalls, existeix una transició de diferents processos. Cadascun d’aquests processos pot diferenciar-se de la resta segons el seu contingut en aigua. Mentre les riuades estan formades bàsicament per aigua amb una petita proporció de sediment, els corrents d’arrossegalls transcorren pel torrent com una massa intacta d’aigua i sòlids (llims, graves i blocs).

Tots dos processos poden esdevenir conjuntament dins d’un mateix episodi de tempesta. Tanmateix, també es possible la presència de tant sols un procés depenent de les condicions meteorològiques, morfologia de la conca, característiques geotècniques dels dipòsits de sòlids susceptibles a mobilitzar-se. Fins i tot, una mateixa riuada pot esdevenir un corrent d’arrossegalls per incorporació de material sòlid al llarg de la llera del torrent.

La següent taula ofereix una visió general dels termes més utilitzats per als diferents tipus de flux en diverses llengües europees.

Comportament hidràulic

Donat que la quantitat de sediment en suspensió (sòlids) és un factor fonamental en el comportament hidràulic, uns coneixements bàsics sobre hidràulica són indispensables per a definir i diferenciar les riuades i corrents d’arrossegalls.

Un flux d’aigua pot incorporar sediment per erosió de la llera del torrent degut a les forces que actuen entre l’aigua i el sediment del torrent. Fórmules hidràuliques defineixen que la capacitat d’erosió es troba en funció de la velocitat del flux i de la mida dels sòlids que formen el sediment. L’efectivitat de l’erosió s’incrementa a mesura que augmenta la velocitat del flux i amb l’augment de material sòlid que forma el corrent d’arrossegalls, Per altra part, l’erosió es redueix en funció de la mida dels sòlids que formen part de la llera del torrent. Tenint en compte que la capacitat erosiva del flux s’incrementa quan major és el contingut de sediment en transport, un corrent d’arrossegalls sempre presenta una major capacitat d’erosió que una riuada, tenint tots dos la mateixa velocitat. En múltiples torrenteres del Pirineu s’ha observat que els corrents d’arrossegalls poden transportar blocs rocosos de diàmetres superiors a 1 metres.

Una riuada és un flux turbulent amb un contingut de sediment menor al 40% amb densitats compreses 1 i 1’3 gr/cm3. Mentrestant, els corrents d’arrossegalls són una massa de sòlids i aigua que es mou com en un medi homogeni amb un comportament hidràulic de viscós, similar al formigó líquid, el seu contingut de sediment es troba entre el 60% i el 90% amb densitats compreses entre 1’8 i 2’6 gr/cm3.

Una segona diferència entre les riuades i els corrents d’arrossegalls, apart de la composicional, és la seva dinàmica. Mentre una riuada presenta increments més o menys progressius del seu cabal, un corrent d’arrossegalls presenta un canvi ràpid i brusc del mateix. Dins d’una torrentera, abans de l’arribada d’un corrent d’arrossegalls sol manifestar-se un cabal mínim que augmenta sobtadament quan aquest arriba. Els corrents d’arrossegalls solen assolir en el seu front o inici alçades superiors a un metre que dependran del volum i cabal.

Mecanismes de desencadenament

Mentre una riuada es manifesta cada cop que les condicions meteorològiques ho permeten, els corrents d’arrossegalls presenta mecanismes de desencadenament més complicats.

Bàsicament, existeixen dos mecanismes d’inici dels corrents d’arrossegalls:

Inici dins del canal per erosió de la llera:

Consisteix en la incorporació de sediment durant una riuada. L’erosió per part de l’aigua produeix un augment del contingut de sediments fins que la riuada esdevé un flux hiperconcentrat (en anglès “hyperconcentrated flow”) i finalment en un corrent d’arrossegalls (en anglès “debris flow”).

Inici fora del canal per esllavissament del vessant:

Són corrents d’arrossegalls que presenten el seu origen en una esllavissada superficial dels dipòsits situats a mig vessant, els quals arriben a assolir la torrentera. Si per la torrentera transcorre aigua, part d’ella es pot incorporar en l’esllavissada, canviant el seu comportament reològic i esdevenir finalment un corrent d’arrossegalls que flueix a través del torrent.

Característiques morfològiques i sedimentàries dels dipòsits

Els dipòsits formats per les riuades solen presentar morfologies planes i ventalls de gran extensió. El sediment sol presentar una estratificació i normalment una classificació dels clastos.

Per altra part, els dipòsits dels corrents d’arrossegalls solen presentar ventalls de major pendent amb lòbuls i dics laterals paral·lels al torrent (lévées). Els dipòsits solen ser molt caòtics, sense una estructura interna definida. Durant la deposició dels sediments transportats pel corrent d’arrossegalls no existeix cap separació entre els components sòlids i líquids, pel que tot el material queda frenat com una massa intacta similar a la del formigó líquid.

Sovint, després d’un episodi de corrent d’arrossegalls, s’observen ambdós tipus de dipòsits (d’inundació i de corrents d’arrossegalls) al con de dejecció . En la zona superior del con de dejecció es diposita inicialment el corrent d’arrossegalls amb la seva estructura compacta i caòtica. Posteriorment, els processos hidràulics (fluxos hiperconcentrats o riuades) poden erosionar i transportar el material més fi del dipòsit del corrent d’arrossegalls fins a dipositar-lo en una part més distal del con. El resultat és un dipòsit de corrent d’arrossegalls compacte i de gruix important en el sector més el elevat del con, mentre que davant seu s’estén un ampli dipòsit d’origen fluvial de menor gruix.

Altres observacions

Després d’un episodi de pluges excepcionals, a partir de la simple observació dels dipòsits i danys és difícil distingir els diferents processos d’inundació i corrents d’arrossegalls dins d’un torrent i del mateix con de dejecció. Tanmateix, tots dos processos poden ocórrer en un mateix episodi de pluges excepcionals, pel que la dinàmica erosiva d’un d’ells pot esborrar els dipòsits generats anteriorment per l’altre.

No obstant, la perillositat que generen ambdós processos és molt diferent. Dos factors són els que determinen aquesta diferent perillositat i en conseqüència les destrosses potencials, aquests són:

• El cabal màxim que s’assoleix en el front d’un corrent d’arrossegalls és superior al d’una riuada.
• Els blocs que pot transportar un corrents d’arrossegalls són de major volum enfront als d’una riuada.

S’estima que el cabal màxim d’un corrent d’arrossegalls pot arribar a ser més de deu vegades major respecte els que presenten les riuades. L’increment del cabal màxim en el front d’un corrent d’arrossegalls pot causar importants destrosses. Per tant, no serveixen els càlculs de dimensionament basats exclusivament en els conceptes hidràulics per a determinar un cabal de projecte.

Un altre aspecte a tenir en compte és el transport de grans blocs dins de la massa dels corrents d’arrossegalls. Mentre que les destrosses durant les riuades són causades només per l’aigua i el petit contingut de sediment, el material transportat pels corrents d’arrossegalls (blocs rocosos, sediment, arbres, etc.) pot ocasionar danys majors en estructures urbanes i civils.

Classificació segons el volum

Software que utilitzem

El mòdul RAMMS::Debrisflow s’ha desenvolupat seguin una metodologia d’entrada i sortida de dades molt amigable i optimitzada, la qual cosa permet als enginyers modificar fàcilment les hipòtesis de càlcul i risc.

El nucli del programa es tracta d’una solució numèrica de segon ordre, la qual ens permet el càlcul de velocitats i alçades del flux de sediment sobre uns models digitals del terreny en 3 dimensions creats amb anterioritat a partir de sistemes d’informació geogràfica tals com ArcGis.

El model encara es basa en les equacions de Voelmmy, molt utilitzades en la pràctica de l’enginyeria de la neu a Suïssa. Per calibrar el model de Voellmy utilitzat en el software RAMMS, s’ha utilitzat les dades del camp de proves a escala real tant al Vallée de la Sionne per al cas d’allaus com a Illgraben per al cas de Debris Flow. S’han introduït en el model certes funcions especifiques tals com les característiques de la vegetació, rugositat superficial, el flux en zones boscoses, possibilitat d’introduir elements com dics i presses etc.

Una vegada realitzades les diferents simulacions, se n’obtindran els respectius mapes de velocitats de propagació, alçada de flux i conseqüentment les pressions màximes de propagació en Kpa. 

Mapa 3D d'alçades de flux (m)

Mapa de pressions (kPa)