Repositorio Institucional de Documentos

Trabajo realizado por Iván Lizaga Villuendas Director del trabajo Jesús Guerrero Iturbe Cartografía geomorfológica de deslizamientos en el escarpe yesífero de la margen izquierda del río Ebro en el entorno de Zaragoza. Índice 1. PLANTEAMIENTO………………….…………………….……….……….…….. 1 2. OBJETIVOS…………………..……………….…………………….………..…... 3 3. METODOLOGÍA…………………….……………….………………………..….. 4 4. CONTEXTO GEOLÓGICO…………….…….……….……………………...….. 6 5. CONTEXTO GEONORFOLÓGICO…………….………….….…..…….……… 9 6. DESCRIPCIÓN DE LOS MOVIMIENTOS…………….……………….….…. 11 6.1 Desprendimientos o caídas de bloques (falls)……….….. ….…….... 11 6.2 Vuelcos (topples ) .……….…………….…….…………………….……... 12 6.3 Deslizamientos rotacionales (rotational slides (slumps)) …..……... 14 6.4 Deslizamientos complejos……….…….………….….…….……………. 16 7. ANÁLISIS DE LA CARTOGRAFÍA….………..…………………................... 19 7.1 Aspectos generales…………….………..…………………...…….…….. 19 7.2 Descripción de las zonas…………….…………....…………………….. 19 8. FACTORES QUE INCIDEN EN LOS MOVIMIENTOS DE MASAS………. 28 8.1 Factores condicionantes…..….……………….……………………..…..29 8.2 Factores desencadenantes…………………….……...………………….31 9. MAPA DE SUSCEPTIBILIDAD…………….………….……..……………….. 32 10. CICLO EVOLUTIVO…………….……………………………….……...……… 33 11. CONCLUSIONES………………..………..…………………….…….…...…… 36 12. AGRADECIMIENTOS………….…………………….………….…...………… 37 13. BIBLIOGRAFÍA………….…………………….……..………….……………… 37 14. APÉNDICE (Tabla de contenidos)….…………………….………..….......... 41 15. ANEXO…………………..……………….……………….…….… Sobre adjunto 15.1 Mapa geomorfológico delimitado por zonas 15.2 Mapas individualizados de cada zona (8mapas) 15.3 Mapa de susceptibilidad Abstract The study area is located on the left margin of the Ebro River 11 km downstream of Zaragoza between the towns of Alfajarin and Osera de Ebro. The area is characterized by the existence of a prominent gypsum scarp affected by mass movements. Two lithologies crop out in the study area: (1) evaporites susceptible for karst processes from the Zaragoza formation and (2) a basal clay unit from the Sariñena formation at the base of the scarp exhibiting plastic rheologies that favor the development of mass movements. This clay unit appears for the first time at the town of Nuez de Ebro defining different genetic areas with different slope morphologies. Slope movements are conditioned by a preferential joint family oriented NO-SE that., increases the instability of the escarpment and promotes water infiltration. These slope movements can lead to a significant risk to the population or their infrastructures if they are not identified and if their genesis is not understood. In this work we have performed a detailed mapping in order to identify areas of higher risk in relation to mass movements, analyse the main genetic factors and determine the different types of movements. Key words: Scarp, slides, clays, risk, mapping. 1 1. Planteamiento La mayoría de los fenómenos naturales no suponen un riesgo por si solos, el riesgo se crea cuando existen personas o infraestructuras antrópicas en el área de afección de estos (Selby, 1993). Los deslizamientos son movimientos de masas de suelo o roca que deslizan, moviéndose relativamente respecto al sustrato, sobre una o varias superficies de rotura netas al superarse la resistencia al corte de estas superficies. La masa generalmente se desplaza en conjunto, comportándose como una unidad en su recorrido. Según Cruden y Varnes (1996) los deslizamientos pueden clasificarse atendiendo a su velocidad en muy lentos (cm/año) a muy rápidos varios metros/día. Sin duda los que entrañan una mayor peligrosidad son los procesos rápidos y de gran volumen. Analizándolos desde el punto de vista económico, Los movimientos de ladera generan dos tipos de costes:(1) Los costes directos como son la reparación, reemplazo y mantenimiento de los daños provocados a las infraestructuras y (2) los costes indirectos como podría ser la reducción del valor catastral de las zonas cercanas, la reducción de la calidad de la tierra, la obturación de algunos cauces, las medidas de mitigación, así como los posibles procesos desencadenados por estos (inundaciones, materiales sueltos incrementando el riesgo de flujos…). Desde el punto de vista humanitario los costes directos contabilizaría el número de personas afectadas, mortales o no y los costes indirectos abarcarían a daños de tipo psicológico tanto de personas afectadas directamente o indirectamente por el movimiento de ladera. Este proceso geodinámico externo es uno de los causantes de mayores pérdidas económicas en la sociedad actual y ocasionalmente pueden conllevar pérdidas humanas. Según Ayala-Carcedo (2002), los movimientos de ladera son el tercer riesgo natural en número de víctimas mortales detrás de las inundaciones y terremotos. Este mismo autor señala que la mayor catástrofe natural ligada a deslizamientos tuvo lugar en la localidad de Kansu en el 1920 donde murieron más de 100.000 personas. El deslizamiento más reciente del que se han hecho eco los medios de comunicación sucedió a primeros de mayo del 2014 en la provincia de Badakhshan en Afganistán con más de 2000 víctimas mortales (Bernabé,M,. 2014). 2 Nuestra zona de estudio se sitúa en la margen izquierda del río Ebro entre las localidades de Alfajarín y Osera de Ebro, situados a unos 20 km al Sureste de la ciudad de Zaragoza. Aquí la migración lateral del río Ebro hacia el Noreste ha dado lugar a la formación de un escarpe yesífero de más de 100 m de altura afectado por numerosos movimientos de ladera. De acuerdo con Gutiérrez et al., (1994), la presencia de un escarpe yesífero es un modelado frecuente en sistemas fluviales que atraviesan un sustrato evaporítico. El origen de los escarpes de yeso ha sido asociado a la existencia de fallas extensionales activas (Van Zuidam, 1976; Silva, 2003) a una subsidencia sinsedimentaria por la disolución intraestratal de evaporitas en un margen del valle (Benito et al., 2000) o la migración aleatoria del cauce asociada a la propia dinámica fluvial (Guerrero, 2014). Independientemente de su génesis y su posible riesgo sísmico, de subsidencia o de deslizamiento, numerosas poblaciones se asientan tanto en la parte superior como en la base del escarpe. Sólo en la provincia de Zaragoza encontramos Calatayud, Urrea y Rueda en valle del río Jalón, Zuera en el valle del río Gállego, Cadrete y Cuarte en el valle del Río Huerva y Remolinos, Alfocea, Zaragoza y los polígonos industriales de Alfajarín, Villafranca y Nuez en el valle del río Ebro. Afortunadamente, el número de víctimas mortales y daños por movimientos de ladera en España no tiene la importancia que en otros países. A pesar de ello, los daños provocados por deslizamientos ascienden a más de 40 millones de euros al año en nuestro país (Ayala-Carcedo, 2002). Además, las poblaciones situadas al pie de estos escarpes yesíferos se ven periódicamente afectadas por deslizamientos y caídas de bloques. Según Gutiérrez y Cooper (2002) el número de muertes por movimientos de ladera procedentes de escarpes yesíferos asciende por encima de los 200 desde 1856 siendo el más grave de ellos el que tuvo lugar en la localidad de Azagra en el valle del río Ebro en 1986 con 100 muertos. 3 2. Objetivos Los escarpes yesíferos de la margen izquierda del río Ebro siempre han suscitado el interés de los investigadores, esto es debido a su variedad de procesos de movimiento de ladera, pudiendo estos afectar tanto a las personas como a sus infraestructuras. Todas las investigaciones referidas a los riesgos de estos escarpes, incluso si se quiere extrapolable a todas las investigaciones de movimientos de ladera o riesgos, tienen como objetivos principales el delimitar y localizar los movimientos, estudiar y localizar su génesis, plantear los riesgos que estos pueden causas a la población o infraestructuras cercanas y como punto final la mitigación de los mismos. El principal objetivo alcanzado en nuestro trabajo ha sido la precisa delimitación de todos los cuerpos de deslizamientos que se producen en la zona de estudio, así como de las morfologías genéticamente o litológicamente relacionadas con ellos o con el escarpe de yesos (depresiones, fracturas y grietas, caída de bloques, vuelcos, dolinas, cicatrices primarias y secundarias). Así mismo, como complemento, fue necesario realizar una cartografía detallada de divisorias de aguas, red de drenaje, terrazas fluviales, abanicos aluviales y morfologías kársticas con el fin de contextualizar la zona de estudio y determinar los factores que podrían estar involucrados en la formación de los movimientos de ladera. Realizada la cartografía de detalle el siguiente punto fue determinar la actividad o inactividad de los deslizamientos así como la génesis de los mismos mediante un estudio de la morfología y formación del escarpe en su conjunto así como del estudio de las diferentes litologías estructura y morfologías presentes. Finalmente y atendiendo a la información obtenido se pretende llevar a cabo un mapa de zonación de susceptibilidad a los movimientos de ladera clasificando la zona de estudio en 4 grados de riesgo desde zonas sin riesgo a zonas de elevado riesgo. 4 3. Metodología Se han usado diferentes metodologías para la realización de este trabajo, en primer lugar hemos seguido una clara dirección común a todos los trabajos cartográficos y de investigación, comenzando por el estudio y revisión bibliográfica de la zona a estudiar y cartografiar, con escasos resultados, ya que de la zona en concreto no se dispone de estudios en detalle. Paralelo a esto se ha realizado una cartografía de gran detalle sobre la foto aérea de 1986 a escala 1:18.000 mediante el uso del estereoscopio (Topcon MS-3). En dicho mapa preliminar se prestó especial importancia a aquellas morfologías relacionadas genéticamente o precursoras de los movimientos de ladera. La cartografía de detalle fue digitalizada mediante el uso de un sistema de información geográfica (SIG) o más conocido por las siglas en inglés GIS (Geographic Information System) usando el programa ArcGIS 10.1. La ventaja principal de este tipo de programas es la integración organizada de hardware, software y datos geográficos diseñado para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas de planificación y gestión geográfica y en nuestro caso gestión geológica de los terrenos, incluyendo las infraestructuras próximas para facilitarnos la delimitación de los riesgos una vez identificados. La digitalización se realizó sobre las Ortofotos PNOA 2006 ed50 ECW (2-2,2-3,3-2,3-3,34,4-2,4-3,4-4) extraídas del sistema de información territorial de Aragón (SITAR). Como se puede ver en las siglas de los archivos, estas pertenecen al 2006, otorgándonos una fiabilidad muy buena sobre el terreno actual. Aunque las imágenes están georreferenciadas en eurodatum 50 fueron modificadas al sistema de coordenadas world geodetic system 1998 (WGS 98) con el fin de poder localizar con precisión los puntos GPS tomados en campo. El GPS utilizado es de la marca Galmin modelo Oregon 400T con una precisión en las mejores condiciones de 3 metros. Una vez digitalizado el mapa se procedió a la impresión en varias hojas DIN-A3 a escala 1.1000 de las ortofotos con los trazos superpuestos para su comprobación en campo. Después de sucesivos días de campo, se han modificado alguno de los trazos realizados con la foto aérea así como añadidos muchos otros en el cuerpo de deslizamiento situado en la zona 4 debido a su actividad, la cual ha modificado significativamente lo cartografiado en gabinete. El resultado final ha sido una cartografía de gran detalle y actualizada que sirve como base para la elaboración del mapa de susceptibilidad. 11 6. Descripción de los movimientos Atendiendo a la clasificación de Cruden y Varnes (1996) se han cartografiado los siguientes movimientos de ladera en la zona de estudio: 6.1 Desprendimientos o caída de bloques (falls): El desprendimiento se origina por el despegue de una masa de suelo o roca de una ladera/vertiente con una elevada pendiente, vertical o extraplomada. El movimiento tiene lugar mediante caída libre sin rozamiento con el plano de rotura y posterior rebote o rodadura de la masa desprendida (Cruden & Varnes,.1996). Dependiendo del tipo de material y de la altura desde la que ha caído, este bloque se disgregará en multitud de fragmentos o permanecerá casi intacto. Otro factor a tener en cuenta es la distancia que recorrerá el bloque tomando como origen el escarpe o pared, este es uno de los principales factores a tener en cuenta debido al riesgo que incurre. La distancia recorrida dependerá de la disgregación o no del bloque, acompañado a esto el factor limitante es la pendiente del talud sobre el que va a caer, si este presenta una pendiente idónea (35º-75º) este amortiguara la caída evitando la disgregación, y más importante, creará una pendiente para que el bloque ruede por ella, añadiéndole aceleración dando resultado a una mayor velocidad y distancia de alcance, lo que es equivalente a un incremento del riesgo. Fig. 2 Corte geológico estimado de la zona de preferencia en caída de bloques, en el podemos observar la cicatriz dejada por el bloque en corte, así como el nivel de arcillas que queda muy por debajo del escarpe. 12 6.2 Vuelcos (topples): Son movimientos de rocas, masas de derrubios o tierra que presentan rotación hacia delante sobre un punto de pivote. Según (Goodman y Bray., 1976) se distinguen tres tipos de vuelcos: (1) vuelcos por flexión (flexural toppling) cuando se produce la rotación a favor de planos de rotura subverticales ;(2) vuelcos en bloque (Block Fig. 3.-Cicatriz de bloque caído en escarpe yesífero de la margen izquierda del Ebro. El bloque caído posee más de 2m3, la cicatriz se haya atravesada por un canal erosivo provocado por los torrentes de agua de lluvia. Fotografía realizada al principio de la zona 1 de Bloques y vuelcos 13 toppling) (Corominas y García., 2004) o en los cuales la parte movida cae con un movimiento brusco de giro, al menos inicial, apoyado en su base externa. Estos movimientos se producen en bordes acantilados rocosos o de materiales areno-arcillosos compactados o como en nuestro caso en escarpes yesíferos; (3) vuelcos mixtos (Blockflexure-toppling) los cuales se caracterizan por ser una suma de los dos anteriores o presentar características comunes a estos simultáneamente Los vuelcos cartografiados en nuestra zona de estudio son los de tipo bloque (Block toppling). Con el progresivo basculamiento del bloque ladera abajo, se genera una abertura en forma de cuña entre el macizo y el bloque que aumenta proporcionalmente a la rotación. Estas aberturas aparecen rellenas de limos yesíferos masivos con bloques decimétricos a métricos de yeso. Este fenómeno es típico de vuelcos en bloque de media-baja velocidad de génesis y en materiales de media-baja competencia como son los presentes en nuestra zona de estudio. Esta característica se puede observar perfectamente en la fotografía y en el corte idealizado creado a partir de la misma (Figura 4 y 5). Fig. 4.- Corte idealizado de un vuelco típico de nuestra zona de estudio en el que se pueden destacar el relleno de la fractura, la orientación de la misma y la no presencia de la capa arcillosa en superficie. 14 6.3 Deslizamientos rotacionales (rotational slides (slumps)): Las masas se deslizan por gravedad ladera abajo a favor de una o más superficies de fractura cóncavas. La concavidad del plano provoca la rotación de las capas conforme avanzan por el plano de cizalla. Como resultado se forma una depresión en la cabecera del deslizamiento En nuestra zona de campo se reconocen fácilmente dado que las capas pasan de tener buzamientos horizontales a estar inclinadas hacia la ladera. A mayor inclinación mayor ha sido el desplazamiento. Las depresiones de cabecera se presentan en todos los cuerpos exceptuando (2,6 y 8) con áreas entre (53-8207m2), en todos los cuerpos exceptuando el número 3 se encuentran incididas por la red de drenaje y con morfologías subredondeadas, símbolo de inactividad. En el cuerpo 3 predominan con morfologías alargadas, sin estar incididas por la red de drenaje y siendo capturadas símbolo de clara actividad. Su formación Fig. 5.- Dos grandes vuelcos en bloque de aproximadamente 10m de altura con un volumen de 3000m3 y 5º de inclinación producidos en yesos horizontales, en ellos se puede observar la fracturación de orientación preferente NO-SE. La abertura macizo-bloque tiene una anchura máxima de 6 m está rellena de limos y algún bloque de pequeño-mediano tamaño. Estos bloques están localizados al Ne de nuestra zona 1 donde las arcillas no llegan todavía a superficie. 15 tiene lugar allí donde las arcillas de la formación Sariñena afloran en la base del escarpe, lo que demuestra su estrecha vinculación. El nivel de rotura se enraíza en el nivel de arcillas. Tenemos más de un plano de rotura pero que enraízan en el principal. Así cuerpos de deslizamientos con numerosos planos de rotura que lo individualizan en distintos cuerpos de génesis conjunta. La suma de todos estos planos si el deslizamiento es activo crea morfologías de crestas en sierra como vemos en la (Figura 6). Pueden alcanzar áreas de hasta (581111m2). El inicio de los desplazamientos desarrolla grietas en la cabecera de los cuerpos. Estas tienen morfología lineal, creada en su mayoría perpendiculares al movimiento del cuerpo deslizado. Esto sucede por el esfuerzo de tensión generado paralelo al desplazamiento del cuerpo con respecto a la ladera. Pueden llegar a tener más de 700m de longitud con profundidades de más de 8m y una anchura de hasta 3m. Fig. 6.- Sistema de deslizamientos rotacionales en la formación yesos de Zaragoza del escarpe yesífero de la margen izquierda del río Ebro. Se observan claramente tres cuerpos deslizados en serie, viéndose una clara continuidad de estas cicatrices hasta el margen inferior de la fotografía las cuales alcanzan una longitud de (1104m) desarrollándose a lo largo de gran parte del cuerpo del deslizamiento. Estas cicatrices se localizan en la zona 4 con dirección preferencial NE-SO, este cuerpo es el que se ha señalado con el mayor grado de peligrosidad debido a su gran actividad actual, la cual será desarrollada en “Análisis de cuerpos individuales” 16 6.4 Deslizamientos complejos: Son aquellos deslizamientos que se caracterizan por un tipo o estilo de movimiento que combina dos o más de los principales tipos de movimientos (caída, deslizamiento, vuelco, desplazamientos laterales o flujo) produciéndose en secuencia. En la zona de estudio encontramos los del tipo Deslizamiento rotacional+Spreading como resultado de un deslizamiento rotacional que tiene implícito un desplazamiento lateral debido al flujo plástico o licuefacción del material arcilloso subyacente (Cruden & Varnes,. 1996). Es evidente por tanto, que su formación está íntimamente ligada a la presencia de arcillas en la base del escarpe. En este tipo de movimiento los bloques se suelen desplazar muy lentamente a favor de pendientes muy débiles, pueden llegar a ser muy extensos y generalmente fragmentan las capas superiores generando grietas, vuelcos…. (González de Vallejo,.2004). En la zona de estudio son los que evidencian mayor grado de actividad, con un desplazamiento entre bloques de hasta10m. Asociados a estos se pueden crear vuelcos debido a la inestabilidad que se Fig. 7.- Corte idealizado de un sistema de deslizamientos rotacionales en el escarpe yesífero de la margen izquierda del Ebro. Se puede observar las arcillas aflorando en superficie y el plano principal de deslizamiento desarrollado a favor de esta por los factores descritos posteriormente en el apartado (Factores condicionantes), también prestar atención al relleno típico en las depresiones de las cabeceras de los cuerpos de deslizamiento, el cual si no presenta fracturación, o cierta karstificación será claro indicativo de inactividad siendo el caso contrario un claro indicio de actividad o de un cuerpo de fácil reactivación 17 provoca en las paredes que han sido separadas. Este tipo de movimiento complejo está muy representado en el cuerpo de deslizamiento de mayor actividad (situado en la zona 4). (Figura 9). Tras periodos de lluvia importantes, el agua de escorrentía se infiltra a través del plano de rotura alcanzando el nivel de arcillas infrayacente. Las arcillas adquieren entonces un comportamiento plástico por aumento de la humedad. El peso de los bloques deslizados provoca la extrusión de la arcilla y el consiguiente desplazamiento lateral de estos (Selby,M. 1993) Fig. 8.- Corte idealizado de un sistema de deslizamientos complejos de expansión rotacional, extraido de la (zona4) el cual presenta mayor actividad. Notar el desplazamiento lateral de los bloques deslizados, aduiriendo así un movimiento muy característico, presentando unas morfologías que no lo son menos. La principal característica geomorfológica sería el espacido desarrollado entre cuerpos pudiendo observarse la cicatriz claramente y depositandose en este hueco rellenos de limos yesíferos provenientes de la deposición debido a la erosión.Precisar que una de las maneras más fáciles de su diferenciación sería la ausencia de depósitos en su zona superior, los cuales han sido desplazados al hueco entre planos debido a la abertura provocada por el “spreading”. 18 Fig. 9.- Sistema de deslizamientos complejos (spreading+deslizamiento rotacional) en el cuerpo activo de nuestra zona de estudio. En esta imagen se ve claramente el gran espacio creado entre bloques (9m) debido al desplazamiento lateral de los cuerpos. Nos encontramos ante un bloque de unos 4m de altura en su parte posterior y unos 120m3 de volumen. Podemos observar que el bloque todavía no se haya muy rotado a pesar de la gran apertura entre ellos, lo cual sería indicativo del bajo valor del rozamiento del plano inferior en esa zona. 19 7. Análisis de la cartografía 7.1. Aspectos generales El área de estudio es de 5.7 km2 de los cuales 3.5 km2 se ven afectados por movimientos de ladera, lo que supone que el 61% del área cartografiada en detalle se ha visto o se puede ver en un futuro afectada por caídas de bloques y deslizamientos. En la cartografía realizada (Anexo) se puede observar como el escarpe principal, cicatrices secundarias y el eje mayor de los deslizamientos muestran una dirección NO-SE coincidiendo con el diaclasado regional, lo que demuestra la importancia de la estructura en la formación del escarpe de yesos y los movimientos de ladera. Para conseguir una descripción más detallada de las morfologías principales cartografiadas, se han reconocido un total de 12 zonas afectadas por movimientos de ladera. La zona más occidental (Zona 1) representa un área afectada por numerosas caídas de bloques y vuelcos. Las zonas restantes (zonas 2 a 12) se corresponden cada una con un cuerpo de deslizamiento de primer orden (11 grandes cuerpos de deslizamiento). Dentro de estos once cuerpos tenemos gran variedad en el tamaño de los mismos, desde el de menor tamaño con un área en planta de tan solo 6357m2 hasta los de mayor tamaño con una superficie en planta de 581111 m2. De los once cuerpos principales que se presentan en la zona como queda reflejado en la cartografía, diez se encuentran en la zona frontal del escarpe y tan solo el 8º cuerpo aparece alejado del frente del escarpe. Todos los deslizamientos presentes en la zona son de tipo rotacional, encontrándose también deslizamientos de tipo complejo spreading rotacional dentro de los cuerpos principales. Tan solo tres de ellos muestran grietas de cabecera símbolo de la distensión provocada por el movimiento del bloque. Analizaremos a continuación las diferentes zonas cartografiadas, centrándonos en las morfologías (tipo y dimensiones) y la actividad de los procesos que será un valor crítico en el mapa de susceptibilidad de deslizamientos del apartado 9. 7.2. Descripción de las zonas La zona más occidental (Zona 1) con un área de 34870m 2 se caracteriza por un predominio de los vuelcos y caídas de bloques. El escarpe está constituido por una alternancia de niveles métricos de yeso con intercalaciones decimétricas de margas grises. La ausencia de arcillas basales inhibe la formación de deslizamientos y procesos de expansión lateral. Los vuelcos y caídas de bloques se ven favorecidos por la verticalidad del escarpe con 20 pendientes de entre 70-90º. La base del escarpe está cubierta por un manto de bloques desde decimétricos hasta de volúmenes superiores a 4.5 m3 englobados en una matriz de limos yesíferos procedentes de la degradación del escarpe. Por encima de los grandes rockfalls, el escarpe muestra las cicatrices de procedencia. Generalmente éstas suelen ser cavidades de mayor tamaño que los bloques, lo que permite suponer que los rockfalls se fragmentan en su caída en bloques más pequeños. La distancia recorrida por los bloques caídos parece ser proporcional al volumen de sedimentos acumulados al pie del escarpe. Así distancias recorridas oscilan entre los 4 y 60 m en función del tamaño del cono de detritos situado a la base del escarpe. Esta observación es crucial a la hora de delimitar las zonas de riesgo dentro de nuestro mapa de susceptibilidad. Los vuelcos son generalmente de mayor volumen que las caídas. Los bloques basculados pueden alcanzar un área en planta de 300 m2 con alturas de 10m y volúmenes de hasta 3000 m3. La abertura generada por rotación entre el bloque basculado y el escarpe se encuentra rellena parcialmente por bloques de pequeño-mediano tamaño empastados en limos yesíferos amarillentos, dando lugar a una depresión alineada en la dirección del escarpe. Todos los vuelcos se forman a partir de diaclasas de orientación NO-SE evidenciando la importancia de dicha fracturación en su génesis. El escarpe yesífero en las zonas 2 a 12 se caracteriza por la existencia de arcillas aflorando en la base que aparecen por primera vez a partir de la localidad de Nuez de Ebro. La formación de planos de rotura a favor de la capa de arcillas favorece el desarrollo de los deslizamientos y procesos de expansión lateral que pasan a ser el movimiento predominante. Las caídas y vuelcos son menos frecuentes y se generan a partir de las cicatrices principales de deslizamiento o como movimientos complejos. De este modo, desde la localidad de Nuez de Ebro se observa el cambio progresivo pasando de un escarpe con presencia de grandes vuelcos y caídas de bloques (Figuras 2-5) al comienzo de deslizamientos de mediano a gran tamaño (zonas 2 y 3) y posteriormente los grandes deslizamientos (Figuras 6-9. Zonas 4-12) que no finalizan hasta la desaparición del escarpe yesífero en la localidad de Osera de Ebro. El Primer cuerpo de deslizamiento (zona 2) con una de superficie en planta de 116744m2, presenta 3 cicatrices secundarias de rotura, paralelas a la cicatriz principal, observándose magníficamente la más alejada del escarpe ya que queda descubierta por la obras realizadas para el asentamiento de la rotonda de la ARA-A1 (Figura 10). 27 cuales se encuentra la gran cicatriz (más de 2.5Km) que se extiende por los cuerpos 5 y 6, y otras 12 que van desde los 85m a los 1284m. En este cuerpo de gran tamaño se pueden encontrar 21 depresiones de pequeño-mediano tamaño en la cabecera de planos de rotura secundarios que abarcan el 2% del total de la masa deslizada. Las depresiones se encuentran colmatadas y capturadas por la red de drenaje lo que demuestra que el deslizamiento se encuentra actualmente inactivo. El 8º cuerpo (zona 9) con un área de 81780 m2, está situado al N de la parte oriental del 7º cuerpo, este deslizamiento es el único de nuestra área que se ha producido a una distancia considerable del escarpe principal (+500 m al N) presentando únicamente la cicatriz principal. La orientación del escarpe principal y su eje mayor paralelo a la dirección de un barranco lateral, nos demuestra que su génesis está asociado a la erosión lateral de dicho barranco. La presencia de terrazas de barranco no deformadas fosilizando el deslizamiento evidencia la antigüedad e inactividad de este deslizamiento (Figura 14). Fig. 14.- 8º cuerpo deslizado, totalmente condicionada su morfología por los grandes barrancos circundantes. El paso del tiempo con su inactividad ha creado una morfología tipo glacis. Los últimos tres (9º,10º,11º) con áreas respectivamente de (179948,252911,366127 m2) son cuerpos correspondientes a las (zona 10, 11 y 12) al SE de la zona de estudio. Estos tres muestran unas características similares a los anteriormente descritos. Presentan una media de 9 cicatrices secundarias muy degradadas, cubiertas por vegetación y longitudes variables de 25m hasta 673m. Numerosas depresiones aparecen en la cabecera de las mismas. Presentan dimensiones variables siendo una de las mayores la situada en el margen occidental del undécimo cuerpo (zona 12) con una superficie de 8207m2. Todas ellas se encuentran colmatadas y capturadas por la red de drenaje. En el cuerpo 10, se han 28 cartografiado tres planos de rotura secundarios de pequeña-media entidad, uno de los cuales corta a un glacis indicando su máxima edad en el Cuaternario, pero a su vez ésta está incidida por la red de drenaje indicándonos la escasa actividad actual. Estos tres cuerpos presentan una densa red de drenaje en la totalidad de sus laderas cortando todas las morfologías descritas, lo cual es un claro indicativo de una ausencia de actividad reciente 8. Factores que inciden en los movimientos de masa Debido al gran potencial destructivo de los movimientos de masa, los científicos llevan mucho tiempo intentando comprender e identificar las condiciones necesarias para determinar la estabilidad de ladera. Así la inestabilidad de laderas es definida como “la propensión de una ladera a someterse morfológica y estructuralmente a los procesos de movimientos de masa (Glade, 2004). Estos factores han sido propuestos en múltiples y diversas clasificaciones a lo largo de los años, así (Glade,2004) los divide en precondicionantes, preparatorios, desencadenantes y sustentadores. Selby,.1993 divide estos factores en externos e internos. Los externos incluirían a todos aquellos factores que producen un incremento en la tensión o esfuerzos, pero no en la resistencia de los materiales. Por contra los internos provocan una disminución en la resistencia de los materiales pero sin variar la tensión o esfuerzos. Se ha preferido por su mayor sencillez la clasificación de Crozier (1986) quien diferencia los factores en condicionantes y desencadenantes. Los factores condicionantes son todos aquellos que favorezcan la génesis de los procesos de movimientos de masa, englobando dentro de estos la litología, topografía, estructura geológica (González de Vallejo,.2004). Los factores desencadenantes son los que inician el movimiento de la ladera siendo los principales la lluvia (infiltración) y la climatología en su conjunto (ciclos lluvia-sequía), karstificación, erosión de la base del escarpe por el río Ebro. 29 8.1. Factores condicionantes 8.1.1 La litoestratigrafía de la zona está constituida por dos tipos de materiales con características físicas muy diferentes. Por un lado, encontramos las evaporitas de la formación Zaragoza que son materiales con un alto grado de disolución y cierta debilidad a la fracturación. Además la posible existencia de glauberitas (Na2Ca[SO4]2) con tasas de disolución muy superiores a la de los yesos favorece los procesos de karstificación y un aumento de la inestabilidad de ladera. Por otro lado, encontramos las arcillas de la formación Sariñena que afloran en la base del escarpe a partir de la localidad de Nuez de Ebro. Como hemos podido observar en el apartado anterior “Análisis de la Cartografía”, la presencia de esta unidad arcillosa basal es el principal condicionante de la génesis de los deslizamientos y procesos de spreading. El papel crítico de las arcillas reside en su comportamiento frente a los esfuerzos. Cuando se aplica un esfuerzo a un material perfectamente plástico, ninguna deformación puede ocurrir hasta que se rompen los enlaces que mantienen juntas las redes de sus cristales minerales. Una vez que se supera este valor de umbral, o límite elástico, la deformación se produce a una velocidad constante siempre que el estrés sea uniforme. La mayoría de los suelos y las rocas son mezclas de varios materiales y no se comportan como sustancias plásticas puras. Un suelo de arcilla húmeda, por ejemplo, inicialmente puede deformarse rápidamente a medida que los huecos se reducen, posteriormente se produce a una velocidad casi constante hasta que la deformación produce debilitamiento permanente de la superficie del suelo mediante la alineación de las partículas de arcilla de manera que ofrece una reducida resistencia a un movimiento adicional (Bennet y Hulbert., 1986) (Figura 15). En este momento se dice que se ha alcanzado una resistencia residual (Selby, 1993). Al tratarse de un movimiento plástico cuando se quita el estrés, la tensión es permanente (Selby.,1985). En nuestro caso, las arcillas que aparecen en la base del escarpe han estado sometidas a la presión ejercida por más de 600 metros de serie Miocena y culminada por las calizas de la formación Alcubierre. Como consecuencia, es muy probable que dichas arcillas hayan alcanzado su resistencia residual caracterizadas por una asociación laminar cara–cara y una microfábrica de tipo laminar u orientada. Bajo estas condiciones, el rozamiento se ve claramente reducido lo que facilita la formación de planos de rotura y el movimiento de la masa deslizada a través de ellos. 30 8.1.2 La topografía es importante debido a la reducción proporcional del vector rozamiento con el incremento de la pendiente otorgando mayor importancia al vector gravedad. Si simplificamos el movimiento de un deslizamiento con un plano inclinado podemos observar como conforme aumenta la pendiente de la ladera la componente horizontal del peso aumenta mientras que el rozamiento dependiente de la componente vertical disminuye Px=Psenα Py=Pcosα Grados ladera 5º 30º 60º 85º Seno 0.08 0.5 0.86 0.98 Coseno 0.99 0.86 0.5 0.08 Fig. 15.- Reordenamiento de las partícula e índice de poros en función de la presión de consolidación (Bennet y Hilbert 1986)(Extraído de Vallejo 2004) 31 Así cuanto mayor sea la pendiente de la ladera, mayores serán las probabilidades de generarse un deslizamiento. 8.1.3 La estructura es un factor esencial en la génesis de todos los movimientos de ladera descritos. La familia de diaclasas NO-SE es sin duda la que mayor influye en el desarrollo y evolución del escarpe de yesos como demuestra: (1) la orientación NO-SE del escarpe de yesos, el eje mayor de los cuerpos deslizados y cicatrices principales y secundarias, (2) grietas de extensión a favor de dicha familia de diaclasas y (3) la presencia de grietas y depresiones alargadas a lo largo de la dirección NO-SE. Por otro lado, muchos de los planos de diaclasas se muestran abiertos como consecuencia de un importante desconfinamiento. Suponiendo que la densidad del sustrato es de 2 gr/cm3 y una serie erosionado de 600 m, se obtiene una reducción de la presión de 120kg/cm2 con la consiguiente recuperación de volumen asociado a la deformación elástica de los materiales (Guerrero et al., 2005). 8.2. Factores desencadenantes El factor desencadenante más representativo es el descalce por erosión fluvial del pie del escarpe, que disminuye el soporte basal de la ladera y aumenta la pendiente del escarpe favoreciendo la formación de planos de rotura y la inestabilidad de la ladera. El agua de infiltración procedente de la lluvia tiene un efecto inmediato en el equilibrio de tensiones de la ladera dado que aumenta de la presión intersticial y disminuye la presión efectiva (componente vertical del peso). Este efecto conlleva una reducción significativa del rozamiento. Además el agua infiltrada a favor del diaclasado y planos de rotura alcanzan finalmente el nivel arcilloso basal, el cual puede aumentar su nivel de humedad hasta alcanzar su límite plástico y fluir favoreciendo los procesos de spreading (Guerrero et al., 2005). Según Gutiérrez et al. (1994), la karstificación es factor decisivo en la pérdida de resistencia mecánica del macizo evaporítico en la zona de estudio. Según Guerrero et al. (2005) la karstificación a lo largo de diaclasas y planos de rotura conlleva una pérdida de rozamiento al disminuir el volumen de material en contacto con el plano de cizalla. Por otro lado, la karstificación puede dar lugar a la formación de cavidades cuyo colapso generaría el desplazamiento brusco de los materiales suprayacentes. 32 9. Mapa de susceptibilidad Tras realizar la cartografía geomorfológica, hemos procedido a la realización de un mapa de susceptibilidad de los riesgos asociados a los movimientos de ladera. Se ha caracterizado el total de nuestra zona de estudio teniendo en cuenta la actividad de los cuerpos. Se ha otorgado diferentes grados de riesgo que van, desde el más bajo “zona de riesgo nulo”, nombrado así por la inexistencia del riesgo asociado a los movimientos de masas. En esta zona no se ha detectado, ni se encuentra dentro del perímetro de seguridad de ningún riesgo en relación con esto movimientos. Posteriormente se presenta la “zona de riesgo medio” caracterizada por deslizamientos inactivos en el presente. Cabe mencionar que la colocación de cualquier edificación o infraestructura, así como posibles canteras o excavaciones podrían reactivarlos. Como consecuencia se desaconseja cualquier actuación en estas zonas. Por último se presenta la “zona de alto riesgo “señalada como tal, debido a la presencia de procesos activos en la actualidad y entre los que se incluyen caídas, vuelcos y deslizamientos rotacionales activos. En esta zona de alto riesgo, cualquier edificación, infraestructuras o actuación situada dentro de su perímetro será afectada negativamente.En la “zona de riesgo nulo” con respecto a los movimientos de masas es donde se hayan situadas la mayor parte de las infraestructuras. Se trata de la mayor área del mapa al abarcar abanicos, terrazas, afloramientos yesíferos, barrancos de fondo plano e incisión fluvial y llanura de inundación. Sin embargo, es la de menor tamaño en el entorno más cercano al escarpe yesífero. La “zona de riesgo medio” es la más representada en la base del escarpe dado que abarca a todos los cuerpos inactivos de deslizamiento. De este modo, este grado incluye las zonas 2,3,5,6,7,8,9,10,11,12constituyendo el 83% del área afectada por algún tipo de movimiento de ladera. Las áreas de alto riesgo abarcan un área de 265996m2, mientras que las de grado medio 1873288 m2. Todos estos cuerpos, aunque en estado latente, son susceptibles de reactivarse y por tanto ser trasladados a la zona de alto riesgo si sufren cualquier alteración en su equilibrio. Nuestro grado más elevado o “zona de alto riesgo” ha sido adjudicado a la zona 1 y zona 4. La zona 1 ha sido delimitada usando la distancia máxima de alcance del bloque más lejano, añadiéndole un 20% al perímetro de seguridad pasando de una zona de 34870 m2 a una zona de 41844m2 para evitar posibles impactos. La zona1 es la más cercana a la localidad de Nuez de Ebro presentando varias infraestructuras es sus proximidades. Aunque en la 33 actualidad no se han visto afectadas, éstas se encuentran dentro del perímetro de riesgo. La zona 4 que incluye el único deslizamiento activo, presenta la mayor actividad, adquiriendo un gran riesgo para cualquier infraestructura o persona que entre en su perímetro. A esta zona no se le ha otorgado ningún margen de seguridad debido a que todos los movimientos comienzan y terminan dentro de la ladera, y las morfologías observadas tales como cicatrices secundarias y grietas van perdiendo entidad conforme descendemos en altura. La elaboración de un mapa de susceptibilidad es el objetivo final de la fase de estudio de riesgos geológicos, para a continuación dar paso a la elaboración de un plan de prevención y en el caso de ser necesario de mitigación. En este sentido, sería conveniente realizar un mapa integral de riesgos que incluya no sólo deslizamientos sino también avenidas, erosión, contaminación de acuíferos,… De hecho, el mayor riesgo de la zona estudiada son las avenidas asociadas a barrancos laterales en abanicos aluviales afectando a numerosas poblaciones e infraestructuras situadas sobre ellos como Villafranca, polígonos industriales, carretera, autopista…. 10. Ciclo evolutivo Durante todo el trabajo se ha mencionado y explicado levemente el proceso de formación de los deslizamientos en el escarpe yesífero a favor de la capa de arcillas. Pero no se ha profundizado en él lo suficiente como para obtener una clara imagen de la génesis cíclica y del desplazamiento del escarpe. Por ello se ha realizado un esquema evolutivo tridimensional idealizado para el desarrollo de la génesis cíclica de los deslizamientos rotacionales en un escarpe yesífero. Estos diagramas abarcan desde las etapas previas a su desarrollo, hasta el comienzo del siguiente ciclo. 34 En el diagrama número A se observan el escarpe yesífero y bajo él como aflora la capa de arcillas basales. A partir de aquí comienza el ciclo con la migración del cauce fluvial activo en dirección del escarpe como ya se observa en el diagrama B. El cauce activo en C comienza a erosionar y eliminar material del pie del escarpe en un proceso continuo que crea una gran inestabilidad en la ladera por perdida del punto de apoyo. Esta inestabilidad y la continuación de la erosión del pie acaban provocando las tensiones suficientes para que se supere el límite de deformación plástica y rompa el cuerpo del deslizamiento a favor de las arcillas de su zona basal D. Estas tensiones y movimientos generan numerosas grietas de cabecera como la observable en color rojo en el diagrama D. A favor de estas grietas se produce un proceso de karstificación cicloprogresivo. La lluvia se infiltra por estas Fig. 16.- Esquema evolutivo del escarpe yesífero. 35 karstificando la superficie principal de rotura y reduciendo en gran manera su rozamiento. Esto genera una mayor inestabilidad, la cual provoca un aumento del número, profundidad y tamaño de las grietas. Al aumentar en entidad estas, se infiltra mayor cantidad de lluvia favoreciendo la mayor karstificación y aumentando la profundidad a la que llega esta. Todo el punto de apoyo inferior está situado sobre las arcillas basales. Estas como podemos ver en E debido a sus características favorecen que el cuerpo deslice sobre ellas generando un deslizamiento de tipo rotacional. En los apartados F y G se observa como el cuerpo deslizado es erosionado por el río. La erosión producida sobre el bloque ya deslizado, provoca de nuevo la pérdida del punto de apoyo principal provocando su descenso. Este ciclo erosión-descenso se repite hasta la total desaparición del cuerpo. Tras haber erosionado el cuerpo deslizado, el río sigue su avance como observamos en H dando comienzo al ciclo de nuevo. Este ciclo continuará hasta que el canal activo migre en la dirección contraria al escarpe pudiendo producirse igualmente deslizamientos a favor de las tensiones creadas en los ciclos anteriores. 36 11. Conclusions The study area has a characteristic geomorphology of an escarpment created in river valleys that cross evaporites materials. The scarp exhibits a marked orientation NW-SE due to migration of the Ebro river with the fracturing of the same preferred direction. In the 5.7 km2 studied there is a total of 3.5 km2 that are affected by landslides, which means that 61% of the area is affected. The movements presented are topless, falls, rotational slides and complex slide (rotational + spreading). This total has been divided into 12 zones, zone 1 is characterized by the presence of tipping and falling blocks followed by the other 11 whose main characteristic is the presence of large bodies slipped with different characteristics. Starting from the town of Nuez de Ebro departing of zone 1 in surface outcrops of Sariñena formation clays, which are the main factor for the occurrence of landslides as the main motion. On these 11 zones there are 11 bodies of different entity, different risk due to their current or no activity and conditioned by this, presenting different morphologies from each other. Along 11 bodies have obtained numerous tests and data indicative of the activity or inactivity of these bodies, as well as the risk that these may entail. The main conditioning factors are the lithostratigraphy of the area, topography and structure. Triggers are the undermining on the bottom of the scarp by the river, rain and internal karstification. Finally a map of mass movements susceptibility was performed from geomorphological mapping previously created. With this completed we can see that these movements don’t represent a great risk to nearby towns. This is because none of them is within the radius of any body affected by mass movements. Just on the edge of the perimeter of protection (zone 1), two infrastructures are located. These are not at risk as it has applied a 20% margin. Finally name the risk of people moving between tracks and paths to the feet of all areas, which should establish a protective perimeter. In the area you can identify a higher risk than landslides. It comes to alluvial fans on which are numerous infrastructure and entire villages in the case of Villafranca. They have had to be adapted some of these ravines to minimize the risk factor of some flood-prone areas. Natural hazards must be prevented by studying, to the realization of mitigation according to them.