Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado un nuevo modelo integral de deslizamientos de tierra profundamente arraigados 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 medidas estándar de velocidad y niveles de agua, el modelo apunta a la temperatura de una capa relativamente delgada de arcilla en la base del deslizamiento de tierra como crítica para su potencial de falla cataclísmica repentina. El enfoque se está utilizando actualmente para monitorear un 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 ese modelo era extremadamente limitado y restringido 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 pueden evitarse ".

El desastre al que se refiere Veveakis ocurrió en la presa de Vajont, uno de los más altos del mundo a 860 pies, en el norte de Italia en 1963. Después de años de intentar mitigar una Deslizamiento de tierra incremental de aproximadamente una pulgada por día en la ladera contigua al bajar el nivel del agua del lago detrás de la presa, el deslizamiento de tierra se aceleró repentinamente sin previo aviso. Casi 10 mil millones de pies cúbicos de roca se precipitaron por el desfiladero hacia el lago a casi 70 millas por hora. Eso creó un tsunami de más de 800 pies de altura que se estrelló sobre la presa, aniquilando por completo varios pueblos pequeños de abajo y matando a casi 2, 000 personas.

Antes de que ocurriera la catástrofe, Los científicos no creían que ningún deslizamiento de tierra potencial pudiera resultar en un tsunami de más de 75 pies de altura. Siguen desconcertados por cómo este deslizamiento de tierra se había movido tan violenta y tan repentinamente.

En 2007, Veveakis juntó las piezas y desarrolló un modelo que se ajustaba a las observaciones científicas del desastre. Mostró cómo el agua que se filtraba en la roca por encima de una capa inestable de arcilla provocó un deslizamiento de tierra progresivo, que a su vez calentó y desestabilizó aún más la arcilla en un circuito de retroalimentación hasta que falló rápidamente.

"La arcilla es un material muy sensible al calor y puede crear una banda de cizallamiento que es muy susceptible a la fricción, "dijo Carolina Segui, un doctorado candidato en el laboratorio de Veveakis y primer autor del nuevo artículo. "Es el peor material que se puede tener 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, usó solo el último mes de datos de la presa de Vajont, cuando el nivel del agua era casi constante. Ignoró cualquier tipo de variación del agua subterránea, esencialmente asumiendo que la carga externa permaneció constante. Si bien ese modelo funcionó para explicar 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, investigador postdoctoral en el laboratorio de Veveakis, Tape los orificios del modelo anterior y brinde la capacidad de incorporar una combinación de carga externa dependiente del tiempo y degradación interna. El modelo resultante es capaz de recrear y predecir observaciones tomadas de muy diferentes, deslizamientos de tierra profundamente arraigados.

"Los modelos tradicionales de deslizamientos de tierra tienen una resistencia del material interno estático, y si lo superas falla el derrumbe, "dijo Veveakis." Pero en ejemplos como estos, el deslizamiento de tierra ya se está moviendo porque su fuerza ya ha sido excedida, entonces esos modelos no funcionan. Otros han intentado utilizar el aprendizaje automático para ajustar los datos, que ha funcionado a veces, pero no explica la física subyacente. Nuestro modelo incorpora las propiedades de los materiales blandos, permitiendo que se aplique a más deslizamientos de tierra con diferentes características de carga y proporcione un criterio de estabilidad operativa al monitorear su temperatura basal ".

Además de utilizar el modelo para recrear los movimientos del tobogán de 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 deslizamiento de tierra lento en la presa de las Tres Gargantas en China, la presa más grande del mundo. Pero si bien ese deslizamiento de tierra también es el resultado de un lago artificial al lado de una presa, ahí es donde terminan las similitudes.

Antes de que fallara la presa de Vajont, Había una relación bastante lineal entre el nivel del lago y la velocidad del deslizamiento de tierra. Cuanto más bajo sea el nivel del lago, más lento será el deslizamiento de tierra. El deslizamiento de tierra de Shuping, sin embargo, se comporta de manera opuesta:cuanto más bajo es el nivel del lago, cuanto más rápido sea 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, responder a fuentes adicionales de agua y carga, como los monzones estacionales. También está compuesto por diferentes materiales.

A pesar de estas diferencias, El nuevo modelo de los investigadores es capaz de 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 de la banda de corte, que es menos de un metro de suelo de brecha marrón y arcilla limosa. Deben hacer suposiciones sobre los niveles de fricción y las temperaturas internas para que su modelo funcione.

En las montañas de Andorra, sin embargo, El lento deslizamiento de tierra 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 o lago involucrado; este 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 a las de los dos deslizamientos de tierra anteriores, los investigadores confían en que su modelo está a la altura de la tarea.

Gracias a los numerosos pozos que se han realizado 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 nivel de datos disponibles, los investigadores esperan validar y perfeccionar su modelo aún más, e incluso proporcionar consejos sobre cómo evitar una posible catástrofe en caso de que se empiece a desarrollar.

"Uno podría imaginarse bombeando agua del suelo, o hacer circular otro fluido frío a través de la capa de cizallamiento para enfriarlo y ralentizar el deslizamiento de tierra, "dijo Segui." O al menos, si no pudiéramos detenerlo, para proporcionar suficiente advertencia para evacuar. Es exactamente por eso que estamos allí ".