Resumen

Se describen las contramedidas para proteger vidas humanas después de un desastre por flujo de escombros, que pueden ser estructurales (como presas y diques) o no estructurales (como sistemas de alerta y evacuación). Se enfoca en contramedidas estructurales usadas en Japón entre ellas las presas SABO. Japón tiene muchos lechos de torrentes propensos al flujo de escombros y aproximadamente el 20% tienen al menos una presa SABO. Se requiere más investigación en el desarrollo de contramedidas estructurales confiables, económicas y fáciles de instalar para proteger contra los flujos de escombros.

Fecha	2008
Formato	Artículo
Autores	Mizuyama TSABO, Silvicultura, Escuela de Graduados en Agricultura, Universidad de Kyoto, Kyoto 606-8502, tf: +81-75-753-6087, fax: +81-75-753-6088, correo: mizuyama(at)kais.kyoto-u.ac.jp1
Editora	Revista Internacional de Ingeniería de Control de Erosiones
Colección	International Journal of Erosion Control Engineering, Vol. 1, No. 2, 2008
Fuente	https://www.jstage.jst.go.jp/article/ijece/1/2/1_2_38/_article/-char/en

Contenido

Contramedidas estructurales para desastres por flujos de escombros

1. Introducción

Las contramedidas diseñadas para preservar vidas humanas después de un desastre por flujo de escombros pueden clasificarse como medidas estructurales o no estructurales. Las medidas estructurales incluyen el control de presas, estructuras SABO, diques y canales de formación, mientras que las medidas no estructurales incluyen sistemas de alerta y evacuación, uso adecuado del suelo y mejora de edificios. Debido a su inmovilidad geográfica, las estructuras como carreteras y vías férreas pueden ser vulnerables a los flujos de escombros. Este documento describe las contramedidas estructurales que se han utilizado para contrarrestar los flujos de escombros en Japón. Idealmente, las contramedidas incluyen una combinación de medidas estructurales y no estructurales.

La foto 1 fue tomada cerca de Innsbruck, Austria. Las casas están situadas en el lado izquierdo y un abanico aluvial al lado derecho es tierra cultivada con un canal de una cuenca de escombros en el centro. Esta situación ideal es casi imposible en Japón, donde casi todos los abanicos aluviales y conos de escombros incluyen varias distribuciones de casas y/o tierras cultivadas.

2. Contramedidas estructurales

Las medidas estructurales se pueden clasificar en dos tipos: aquellas ubicadas en áreas donde ocurren flujos de escombros y aquellas en áreas sujetas a tal flujo y deposición (Fig. 1; Yazawa y Mizuyama, 1987). Las estructuras ubicadas en un área de flujo de escombros están diseñadas para detener la ocurrencia del flujo de escombros. Si bien la eliminación de sedimentos de un flujo de escombros es un método eficaz y puede ser práctico cuando el torrente del flujo de escombros es corto, no se considera un método estructural y nunca se ha utilizado en Japón. Las estructuras de caída baja y los umbrales del suelo pueden reducir y detener la erosión. Dichas estructuras están diseñadas para prevenir la ocurrencia de un flujo de escombros o al menos para reducir su magnitud, es decir, reducen la descarga máxima y el volumen total del flujo de escombros. Sin embargo, los lechos de los torrentes propensos al flujo de escombros son generalmente estables durante un largo período antes de que comience un flujo de escombros; por lo tanto, hasta que ocurra un flujo de escombros, es difícil juzgar si estas estructuras de control son efectivas. Si ocurre un flujo de escombros, la evidencia clara de que las estructuras de control no funcionan correctamente incluye la perturbación del lecho del torrente y el área circundante, lo que indica que el proceso de construcción probablemente debilitó el lecho del torrente. En la mayoría de los casos, las medidas estructurales en las áreas de origen no son prácticas.

3. Estructuras en tramos de flujo de escombros

Los investigadores a menudo consideran que los flujos de escombros son similares a las avalanchas y suponen que se requieren estructuras de caída y diques o rompedores de hormigón para disipar la energía de un flujo de escombros (investigadores austriacos Huebl y Fiebiger, 2005). Esta suposición es incorrecta; la forma más eficaz de controlar un flujo de escombros es atrapar todos sus sedimentos utilizando la capacidad de almacenamiento de las presas SABO. La foto 2 ilustra una presa SABO nueva y vacía que atrapa perfectamente el flujo de escombros para proteger el área aguas abajo. Todavía no es posible predecir un hidrograma de descarga de flujo de escombros o una descarga máxima de flujo de escombros. La figura 2 muestra la relación entre el volumen total del flujo de escombros y la descarga máxima del flujo de escombros (Mizuyama et al, 1992). Este tipo de información se puede utilizar durante el diseño estructural, pero no es particularmente precisa. Se genera un flujo de escombros por la erosión severa del lecho del torrente en las áreas de origen, cuando las pequeñas presas de deslizamientos naturales temporales se revientan y contribuyen al flujo de escombros de la masa del deslizamiento, que incluye un gran volumen de agua. No se sabe qué desencadena el flujo de escombros en un torrente específico. A menudo se observan varias oleadas durante un evento de flujo de escombros, como se muestra en la Figura 3 (Suwa, 1989). La frecuencia del flujo de escombros es baja y ocurre aproximadamente una vez cada 100 años o más. Las represas Sabo destinadas a controlar los flujos de escombros pueden llenarse de sedimentos y basura, principalmente desechos leñosos, antes de que ocurra un flujo de escombros. Mantener la trampa de flujo de escombros en su capacidad de diseño requiere excavar esta acumulación.

4. Presas SABO de tipo abierto

Las presas SABO de tipo abierto que incorporan tuberías de acero o barras de hierro se han utilizado como estructuras de control de flujo de escombros durante más de 30 años; La foto 3 muestra un ejemplo. La abertura está diseñada para atrapar rocas grandes del frente del flujo de escombros. Los experimentos con canaletas han revelado que el tamaño de abertura más eficaz para atrapar el flujo de escombros es 1,5 veces o menos, el tamaño máximo de grano que probablemente se concentrará en la parte delantera de un flujo de escombros. Cuando se desarrollaron por primera vez, estas represas fueron diseñadas para ser autolimpiantes. Los investigadores asumieron que después de que la estructura atrapara un flujo de escombros, el flujo ordinario subsiguiente erosionaría gradualmente la arena fina y la grava atrapadas, y la capacidad de la trampa del flujo de escombros se restauraría automáticamente. Esto rara vez sucede en la actualidad porque la descarga de flujo ordinario generalmente no es suficiente para erosionar el sedimento atrapado. Después que las presas abiertas atrapan grandes rocas y escombros de madera, casi todo el sedimento, excepto la carga de lavado, se deposita aguas arriba de la presa SABO (Foto 4), donde debe excavarse con maquinaria pesada. Antes de que estuviera disponible dicho equipo de excavación, se construyó una nueva presa SABO después de que la presa original se llenara con sedimentos.

A principios de la década de 2000 se construyeron presas SABO con hendiduras de hormigón como estructuras de control de flujo de escombros. Estos ahora se consideran inseguros porque las rendijas estrechas pueden hacer que el agua retroceda. El flujo de escombros no es detenido por la rendija, sino que se detiene en la zona de baja velocidad de flujo de la presa SABO, de modo que el sedimento depositado puede erosionarse y fluir a través de la rendija (ver fotos 5 y 6). Estas presas con hendiduras de hormigón ya no se construyen y generalmente se instalan barras de acero laterales en las hendiduras de las presas SABO con hendiduras de hormigón existentes.

5. Disyuntor de flujo de escombros y pantalla de drenaje inferior

Los flujos de escombros tienen una alta concentración de sedimentos por volumen, aproximadamente 35% a 10° del torrente. La suposición detrás de un interruptor de flujo de escombros es que si se elimina algo de agua de la mayor parte del flujo de escombros, el flujo de escombros dejará de moverse. Esta hipótesis se comprobó en campo luego de pruebas en un canal. La foto 7 muestra un interruptor de flujo de escombros (20 m de largo y 10 m de ancho) construido en el valle Kamikami-Horisawa del monte Yakedake. Las imágenes grabadas en video mostraron que el rompedor de flujo de escombros detuvo efectivamente un frente de flujo de escombros (Foto 8). Este tipo de interruptor de flujo de escombros se ha utilizado durante dos torrentes volcánicos; el sedimento fue excavado después de que el flujo de escombros se depositara en el rompeolas (Foto 9). Sin embargo, este tipo de estructura rara vez se construye porque los residentes locales tienden a desconfiar de la eficacia de la estructura, prefiriendo en su lugar represas tipo SABO de concreto de pared porque parecen más fuertes y más capaces de atrapar el flujo de escombros.

6. Barrera de flujo de escombros o red de alambre

Se puede usar una red de alambre para atrapar un flujo de escombros. La ventaja de esta estructura es que no requiere que las personas trabajen dentro del lecho de un torrente. Después de un flujo de escombros, los escombros se eliminan y la red de alambre se reemplaza si se ha dañado. Aunque se han planteado algunas dudas sobre su durabilidad, las redes se han utilizado con éxito en Suiza y Japón (Foto 10).

7. Contramedidas para carreteras y vías férreas

Las estructuras descritas anteriormente pueden proteger eficazmente grandes áreas, así como corredores lineales, como carreteras y vías férreas. Los cobertizos de flujo de escombros se pueden usar si el lecho de un torrente es lo suficientemente más alto que las carreteras o las vías férreas.

8. Conclusiones

Japón tiene más de 85 000 lechos de torrentes propensos al flujo de escombros con más de cinco casas o edificios públicos río abajo. Aproximadamente el 20% de estos lechos de torrentes ahora contienen al menos una presa sabo. Las estructuras de control de flujo de escombros deben ser confiables, económicas y fáciles de instalar. Se requiere más investigación en esta área. Las referencias relevantes que no se mencionan específicamente en este texto se incluyen en la lista a continuación.

Referencias bibliográficas

• Huebl J, Fiebiger G. Debris-flow mitigation measures. In: Debris-flow Hazards and Related Phenomena (M. Jakob and O. Hunger, eds.), Springer, 2005, 18, pp. 445–487.
• Mizuyama T. Structural and non-structural debris-flow countermeasures, Hydraulic Engineering ’93, ASCE, 1993, pp. 1914–1919.
• Mizuyama T, Ishikawa Y. Technical standard for the measures against debris flow (draft), Technical Memorandum of PWRI, 1988, No. 2632.
• Mizuyama T, Kobashi S, Mizuno H. Development and improvement of open dams, Interpraevent 1996, Band 5, 1996, pp. 59–65.
• Mizuyama T, Kobashi S, Ou G. Prediction of debris flow peak discharge, Interpraevent 1992, Bern, vol. 4, pp. 99–108.
• Mizuyama T, Mizuno H. Prediction of debris flow hydrograph passing through grid type control structures, Proceedings of 1st Int. Conference, Debris Flow Hazards Mitigation, ASCE, 1997, pp. 74–82.
• Mizuyama T, Oda A, Nishikawa S, Morita A, Kasai S. Structures for controlling debris flows in torrents where debris flow does not occur frequently, Debris-Flow Hazards Mitigation, BALKEMA, 2000, pp. 579–582.
• Senoo K, Mizuyama T. Functions of structures against debris flow, Interpraevent 1984, Villach III, 1984, pp. 113–120.
• Suwa H. Field Observation of Debris Flow, Proc. Japan-China (Taipei) Joint Seminar on Natural Hazard Mitigation, Kyoto, 1989, pp. 343–352.
• Yazawa A, Mizuyama T. Measures against debris flow on roads, Technical Memorandum of Public Works Research Institute No. 2492. 1987.

Notas

1. SABO, Silvicultura, Escuela de Graduados en Agricultura, Universidad de Kyoto, Kyoto 606-8502, tf: +81-75-753-6087, fax: +81-75-753-6088, correo: mizuyama(at)kais.kyoto-u.ac.jp

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