2017
--- ACTIVIDAD DE LOS MOVIMIENTOS DE LADERA
DE LA SERRA DE TRAMUNTANA (MALLORCA).
APLICACIÓN DE TÉCNICAS REMOTAS (DInSAR) Y SIMULACIÓN DE DESPRENDIMIENTOS
ROCOSOS
---
Inmaculada García Moreno
Programa de Doctorado en Historia, Historia del Arte y Geografía
--- ACTIVIDAD DE LOS MOVIMIENTOS DE LADERA
DE LA SERRA DE TRAMUNTANA (MALLORCA).
APLICACIÓN DE TÉCNICAS REMOTAS (DInSAR) Y SIMULACIÓN DE DESPRENDIMIENTOS
ROCOSOS
--- Inmaculada García Moreno
Directora: Dra. Rosa María Mateos Ruiz
Director: Dr. Bernadí Gelabert Ferrer
Director: Dr. Gerardo Herrera García
Tutor: Dr. Bernadí Gelabert Ferrer
García-Moreno, I. y Mateos, R.M. (2011). Sinkholes related to discontinuous pumping:
Susceptibility mapping based on geophysical studies. The case of Crestatx (Majorca, Spain). Environ Earth Sci 64:523-537. DOI: 10.1007/s12665-010-0876-9. ISSN 1866- 6280
Mateos, R.M.; García-Moreno, I.; Azañón. J.M. (2012). Freeze-thaw cycles and rainfall as triggering factors of mass movements in a warm Mediterranean region: the case of the Tramuntana Range (Majorca, Spain). Landslides 9:417–432. DOI: 10.1007/s10346- 011-0290-8
Bianchini, S.; Herrera, G.; Mateos, R.M.; Notti, D.; García-Moreno, I.; Mora, O.;
Moretti, S. (2013). Landslide Activity Maps Generation by Means of Persistent Scatterer Inferferometry. Remote Sens. 2013, 5, 6198-6222; DOI: 10.3390/rs5126198.
ISSN 2072-4292
Mateos, R.M.; García-Moreno, I.; Reichenbach, P.; Herrera, G.; Sarro, R.; Rius, J.;
Aguiló, R.; Fiorucci, F. (2015). Calibration and validation of rockfall modelling at regional scale: application along a roadway in Mallorca (Spain) and organization of its management. Landslides, ISSN 1612-510X, DOI 10.1007/s10346-015-0602-5
Rosa María Mateos, Dr.Bernadí Gelabert, Dr.Gerardo Herrera, pilares importantes en los que me he podido apoyar. En especial a Rosa María Mateos, que ha empleado buena parte de su tiempo durante estos años en supervisar este trabajo. Gracias a su experiencia, paciencia, ayuda y buenos consejos este documento ha visto la luz.
A los compañeros de los proyectos DORIS y LAMPRE del IGME, IRPI-CNR Y ALTAMIRA. En especial a Rosa María Mateos, Gerardo Herrera, Margarita Sanabria, María Teresa López, Roberto Sarro (IGME), Silvia Bianchini (durante su estancia en el IGME), Paola Reichenbach (IRPI-CNR) y Oscar Mora (ALTAMIRA), que con su trabajo han colaborado en el desarrollo de esta investigación.
Al personal del Servicio de Carreteras, en especial a Joan Rius y Raúl Aguiló, los datos facilitados por ellos han sido clave en la valoración de los daños de la red viaria y en el análisis del riesgo de la infraestructura. Así como al personal del Servicio de Emergencias que en varias ocasiones han puesto a nuestra disposición los medios necesarios, facilitándonos en gran medida el trabajo. Gracias a la colaboración de todos ellos ha sido posible la confección del inventario de movimientos de ladera, básico para la investigación.
A los compañeros de la oficina del IGME en Palma de Mallorca por su apoyo y compañerismo, en especial a Esperanza Palmer que en varias ocasiones me ha acompañado en las múltiples salidas de campo realizadas.
A mi familia por los ánimos que me han dado, por su paciencia y comprensión.
ÍNDICE
ABSTRACT ... XVII ______________________________________________________________________
RESUMEN ... XX ______________________________________________________________________
RESUM ... XXIII ______________________________________________________________________
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. OBJETIVOS ... 4
3. CONTEXTO GEOGRÁFICO Y GEOLÓGICO DE LA ZONA DE TRABAJO ... 5
3.1. GEOLOGÍA ... 7
3.2. CLIMA ... 12
3.2.1. GENERALIDADES ... 12
3.2.2. PERIODO HÚMEDO 2008-2010 ... 12
BLOQUE I LOS MOVIMIENTOS DE LADERA EN LA SERRA DE TRAMUNTANA 4. INVENTARIO ... 17
4.1. DESDE EL SIGLO XVIII ... 17
4.1.1. LOS DAÑOS ... 18
4.2. EL INVENTARIO DURANTE EL PERIODO EXCEPCIONAL 2008-2010 ... 19
4.2.1. EVALUACIÓN DE DAÑOS... 22
7. FACTORES CONDICIONANTES Y DESENCADENANTES ... 38
7.1. FACTORES CONDICIONANTES ... 38
7.1.1. LITOLOGÍA Y PROPIEDADES GEOTÉCNICAS ... 38
7.1.2. ESTRUCTURA Y DIRECTRICES TECTÓNICAS ... 40
7.1.3. PENDIENTES ... 41
7.2. FACTORES DESENCADENANTES ... 42
BLOQUE II APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE INTERFEROMETRÍA RÁDAR (DInSAR): ACTIVIDAD DE LOS DESLIZAMIENTOS 8. INTRODUCCIÓN ... 49
8.1. SATÉLITES UTILIZADOS ... 53
9. METODOLOGÍA ... 55
9.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE IMÁGENES RADAR ... 55
9.2. TÉCNICA SPN ... 56
9.3. PROYECCIÓN DE LA VELOCIDAD VLOS. UMBRAL DE ESTABILIDAD .. 57
9.4. DATOS POST-PROCESADOS RADAR Y MAPA INVENTARIO ... 60
10. RESULTADOS ... 62
10.1. SELECCIÓN DEL SATÉLITE IDÓNEO ... 62
10.2. ANÁLISIS DE LAS DEFORMACIÓNES OBTENIDAS... 62
10.3. RESULTADO PROYECCIÓN VLOS: EL CASO DEL DESLIZAMIENTO DE ESTELLENCS ... 63
10.4. MAPA DE ACTIVIDAD DE DESLIZAMIENTOS Y ZONAS ACTIVAS ... 65
10.5. RADAR EN LA CARRETERA MA-10 ... 70
10.6. RADAR Y EXPANSIÓN LATERAL... 72
BLOQUE III LOS DESPRENDIMIENTOS ROCOSOS: SIMULACIÓN CON EL CÓDIGO STONE 11. INTRODUCCIÓN ... 77
12. CÓDIGO STONE ... 79
13. METODOLOGÍA ... 81
13.1. SELECCIÓN DE LOS DESPRENDIMIENTOS ... 81
13.2. MAPA GEOTÉCNICO DE LA SERRA ... 83
13.3. CALIBRACIÓN ... 83
13.4. VALICACIÓN ... 89
13.4.1. VALIDACIÓN PERIODO HÚMEDO 2008-2010 ... 90
13.4.2. VALIDACIÓN EN LA CARRETERA MA-10 ... 93
14. APOYO A LA GESTIÓN DE LA MA-10 ... 96
______________________________________________________________________ 15. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 99
______________________________________________________________________ 16. CONCLUSIONES ... 115
______________________________________________________________________ 17. BIBLIOGRAFÍA... 121
ANEXOS 18. DATOS METEOROLÓGICOS PERIODO HÚMEDO 2008-2010 ... 133
19. MOVIMIENTOS SIGNIFICATIVOS PERIODO HÚMEDO 2008-2010 ... 151
20. PUBLICACIONES ... 184
LISTA DE FIGURAS
______________________________________________________________________
Figura 1 Localización del archipiélago Balear en el Mediterráneo occidental. Esquema geológico de la isla de Mallorca donde están representadas las tres principales cadenas montañosas de la isla, destacando los relieves de la Serra de Tramuntana en el extremo noroccidental (Gelabert, 1998) ... 6
Figura 2 Otrofoto de 1956 y ortofoto de 2010 donde se puede observar la explosión urbanística que ha experimentado Cala Llamp (Andratx) en estos años... 7
Figura 3 Mapa geológico de la Serra de Tramuntana (ITGE, 1992). La línea roja indica la situación del corte de la figura 3 ... 8
Figura 4 Corte geológico perpendicular a la Serra de Tramuntana, desde Sa Costera a Inca, pasando por el Puig Major, donde se puede apreciar la estructura geológica que presenta la Serra ... 9
Figura 5 Columna estratigráfica de la Serra de Tramuntana, modificado de Rodríguez Perea y Gelabert, (1998) ... 11
Figura 6 . Mapa de precipitaciones medias anuales en la Serra de Tramuntana. B) Mapa de la distribución de precipitaciones durante el año hidrológico 2008-2009, donde se puede ver que el registro de lluvias fue en torno a dos veces el valor medio.
Datos de AEMET ... 13
Figura 7 Localización de los 934 movimientos de ladera registrados sobre la base del modelo digital del terreno de Mallorca, 2006. El color identifica la fuente del evento 17
Figura 8 Base de datos asociada al mapa inventario de los movimientos de ladera de la Serra de Tramuntana ... 18
Figura 9 Se han registrado un total de 188 eventos que presentan daños y afecciones a carretera, edificaciones, muros, torrentes, caminos y olivares. Llama la atención la gran cantidad de puntos que se concentran en la carretera Ma-10, sobre todo en el tramo entre Andratx y Banyalbufar ... 19
Figura 10 Localización de los 34 movimientos de ladera registrados en el periodo húmedo 2008-2010 y ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas en este estudio, sobre el modelo digital del terreno. Tabla con el tipo de movimiento y daño ocasionado de cada registro... 20
Figura 11 Vertiente donde los desprendimientos tienen lugar en los frentes de cabalgamiento, con un movimiento predominantemente vertical (desprendimiento del Gorg Blau). Vertientes donde el Rethiense desarrolla laderas con pendientes más suaves (avalancha de Son Cocó). Por esta razón, en esta vertiente los movimientos tienen un largo recorrido ... 21
Figura 12 Movimientos más importantes que afectan a la carretera Ma-10. 1) Sa Calobra (03/12/2008), 2) Gorg Blau (31/12/2008), 3) Estellencs (15/01/2010), 4) Estellencs (08/03/2010), 5) Banyalbufar (09/05/2010) y 6) Pilar (12/10/2010) ... 25
Figura 13 Reparaciones en la carretera Ma-10. 1) Las cuatro fotos superiores corresponde a los trabajos que se hicieron en el tramo de carretera Ma-10 afectado por el desprendimiento del Gorg Blau (31/12/2008). 2) Ejecución del proyecto del tramo de Carretera Ma-10 afectado por el deslizamiento de Estellencs (08/03/2010) ... 26
Figura 14 Daños causados a construcciones, viviendas y otros por desprendimientos y deslizamientos en varios lugares de la Serra. 1) Deià, subestación eléctrica (29/10/2008), 2) Biniaraix (6/01/2009), 3) Puigpunyent (14/09/2009), 4) Siesta (8/01/2009), 5) Son Albertí (Jan 2010) y 6) Costa d´en Blanes (Jan 2010)... 27
Figura 15 Mapa de daños del periodo húmedo 2008-2010. Los costes directos e indirectos están simbolizados ... 29
Figura 16 Diferentes tipos de desprendimientos que podemos encontrar en la Serra: - desprendimientos en los escarpes de roca fracturados, la cicatriz de rotura puede estar formada por un plano o una cuña, - desprendimiento por erosión diferencial, típico de la formación Turbidítica de Banyalbufar, - desprendimiento por socavación de la base, típico de los acantilados costeros. ... 30
Figura 17 Desprendimientos: - desprendimientos en escarpe: A) avalancha de rocas Son Cocó, cicatriz formada por dos planos, B) Puig Tomir, cicatriz formada por un plano, - desprendimiento por erosión diferencial: C) Facies turbidítaca en Cala de Banyalbufar, - desprendimiento por socavación de la base C) Racó del Xot (Pollença) ... 31 Figura 18 Deslizamientos: - en suelo: A) Estellencs-Andratx, B) Cala Tuent, C) y D) Llucalcari. La foto (C) muestra en detalle una grieta dentro del cuerpo del deslizamiento, - en roca: E) Sa Costera ... 32
Figura 19 Corte geológico de la zona de Estellencs-Andratx donde se aprecian los procesos de expansión lateral. La roca frágil fracturada forma grandes bloques que se deslizan sobre el matrial plástico ... 33
Figura 20 Ejemplos de expansión lateral: el macizo fracturado independiza bloques que se deslizan lentamente sobre el material plástico, generalmente el keuper. A) Cala de Sòlleric, B) Cala Bòquer, en este caso el material plástico está formado por las margas del Mioceno, C) Bálitx, donde se aprecia la separación del bloque del escarpe principal, D) y E) Estellencs-Andratx. Grietas relacionadas con la expansión lateral.
En la zona existen dos familias de grietas, unas paralelas a la dirección de la costa (E) y otras paralelas a la dirección del torrente (D)... 34
Figura 21 Colapsos kársticos: A) urbanización de Es Verger, B) urbanización de Crrestatx, C) colapso en la urbanización de Crestatx desarrollado a 50 metros de viviendas (indicado por una flecha roja) ... 35
Figura 22 Localización de los 934 movimientos de ladera registrados sobre la base del modelo digital del terreno de Mallorca, 2006. El color identifica la tipología de movimiento... 36
Figura 23 Clasificación geotécnica basada en el valor medio de resistencia a compresión simple. Modificado de DE FREITAS, 1992 (Mateos, 2001) ... 39
Figura 24 Mapa geotécnico de la Serra de Tramuntana. Los materiales más blandos se localizan en el sector suroeste de la Serra, así como en la franja más meridional ... 39
Figura 25 Sector central y nororiental de la Serra de Tramuntana. Se observa el apilamiento de cabalgamientos vergentes hacia el NO (costa) y los prominentes escarpes de los frentes de cabalgamiento ... 40
Figura 26 Mapa de pendientes de la Serra de Tramuntana. Las pendientes mayores de 35º se localizan principalmente en el sector central y en la vertiente norte de la Serra 41
Figura 27 Relación entre lluvia diaria, lluvia acumulada y temperaturas mínimas (registradas en la estación meteorológica B013 Luc) y la ocurrencia de desprendimientos en los periodos A) octubre 2008-febrero 2009, B) septiembre 2009- marzo 2010 ... 43
Figura 28 Relación entre los diferentes parámetros meteorológicos: - precipitación diaria, precipitación acumulada y temperaturas mínimas - y la ocurrencia de los deslizamientos, tomando la estación meteorológica B013 Lluc como referencia. Los deslizamientos registrados han tenido lugar después de episodios de lluvias intensas de moderadas a extremas. Con alta precipitación acumulada (>850 mm) ... 45
Figura 29 Esquema conceptual (según Gutierrez et al., 2012, modificado) de la expansión lateral que se genera en la vertinte costera de la Serra de Tramuntana, por la disposición de potentes niveles de calizas sobre materiales dúctiles (generalmente las arcillas con yesos del Keuper). La erosión marina y/o torrencial es el motor de esos movimientos. A la derecha se representan los diagramas de rosas de las grietas cartografiadas en 5 zonas analizadas que, en todos los casos, son paralelas a la costa o a la dirección de los torrentes ... 46
Figura 30 Observación del satélite con distintos ángulo de incidencia y cobertura terrestre (ALOS data users hadbook, section 3, marzo 2008)... 50 Figura 31 SAR (Radar de Apertura Sintética): a medida que el satélite continua su movimiento, los ecos del blanco "A" se van almacenando mientras el blanco permanezca iluminado por el radar. La longitud de la antena simulada o sintetizada es B ... 51
Figura 32 Procesado A-DInSAR. Incluye una fase general cuyo objetivo es calcular interferogramas diferenciales a partir de imágenes radar SAR, tomadas por el satélite y una fase específica que tiene por objeto el cálculo de velocidades de deformación e interpretación de resultados ... 52
Figura 33 Proyección de VLOS según la orientación de la ladera. El módulo y signo de la velocidad VLOS es diferente dependiendo de la órbita del satélite y la orientación de la pendiente. En órbita ascendente el VLOS es positivo para pendiente orientadas al oeste y negativo para pendientes orientadas hacia el este. Con la proyección de la velocidad en la dirección de máxima pendiente se obtiene un VSLOPE negativo (Bianchini et al., 2013b) ... 58
Figura 34 Gráfico de flujo de la proyección de la velocidad VLOS a lo largo de la máxima pendiente VSLOPE... 59 Figura 35 Velocidad de desplazamiento en el deslizamiento de Estellencs (polígono rojo): a) VLOS; b) VSLOPE ... 64 Figura 36 Series de tiempo, a lo largo del periodo estudiado, de los PS detectados en el deslizamiento de Estellencs. A) Valores medios de desplazamiento de todos los PS detectados en el polígono (línea negra), valores medios de desplazamientos en los PS detectados en la cabecera del deslizamiento (línea rosa), valores medios de desplazamientos en los PS detectados en el pie del deslizamiento (línea amarilla). En la cabecera del deslizamiento se observa una deformación media mayor. B) Serie de tiempo del desplazamiento detectado en un PS cerca de la vivienda (línea azul oscura) y cerca de la carretera (línea azul clara) ... 65
Figura 37 A) Actualización del mapa de inventario de deslizamientos cartografiados de la Serra de Tramuntana. B) Evaluación estadística de la mejora de la base de datos de deslizamientos ... 68
Figura 38 Ejemplos de zonas donde el satélite detecta deformación debido a otros procesos: A) asentamientos diferenciales de rellenos de carreteras, B) y D) asentamientos y movimientos laterales de material de relleno. En algunas zonas el relleno procede de material rechazado de canteras de los alrededores, C) destrucción de muros de aterrazamiento tradicionales en la Serra ... 69
Figura 39 Detección de puntos PS con desplazamiento a lo largo de la carretera Ma- 10: grupos activos. Resaltar que 18 grupos activos de los detectados presentan un valor medio de VSLOPE que excede 10 mm/año ... 70
Figura 40 Deslizamiento nuevo que intercepta la carretera Ma-10 (en rojo) detectado por el sensor PALSAR. Se han detectado 17 puntos PS dentro del polígono del deslizamiento. En la figura se puede observar que el valor de la velocidad de desplazamiento proyectada VSLOPE, tanto en la cabecera como en el pie del
deslizamiento, supera los 10 mm/año, umbral propuesto por Mansour et al., 2011 para indicar la velocidad de deformación que puede originar daños visibles ... 71
Figura 41 Fotos 1, 2 y 3 tomadas en la campaña de campo de febrero de 2013. La morfología lobular de la ladera y las grietas que aparecen en el camino que discurre por el pie del deslizamiento es indicativo de que en la zona existe un movimiento del terreno, confirmando la interpretación de los datos del satélite. Foto 4 tomada en junio de 2015. La presencia de grietas en la carretera Ma-10, detectadas por el servicio de mantenimiento de carreteras, revela que la zona es inestable y que el movimiento continúa ... 71
Figura 42 Mapa geomorfológico de la zona de estudio, con la cartografía de grietas realizada y otros elementos significativos del relieve. Mapa de velocidades medias de deformación (VSLOPE) para el periodo comprendido entre enero de 2007 y mayo de 2010. Se representan las zonas principales donde se han identificado y cartografiado las grietas ... 72
Figura 43 Localización sobre el modelo digital del terreno de los 40 desprendimientos utilizados para la etapa de calibración. Los desprendimientos desencadenados en el periodo húmedo 2008-2010 están representados por puntos rojos. La carretera Ma-10 recorre toda la Serra desde Andratx hasta Pollença siendo la principal conexión de los principales municipios de esta región ... 82
Figura 44 Mapa geotécnico de la Serra de Tramuntana derivado del mapa geológico (basado en Mateos 2006) donde se consideran cinco categorías de unidades geotécnicas (indicadas en la leyenda). El escenario más común de un desprendimiento de rocas en la Serra es aquel donde el área fuente se localiza en rocas duras (principalmente las calizas del Lías) que forman escarpes que, en ocasiones, superan los 150 m, el recorrido de los bloques se produce a lo largo de laderas de menor pendiente en rocas moderadamente duras (principalmente Rethiense). Biniforani y Son Cocó son dos claros ejemplos de escenario típico. ... 84
Figura 45 Ejemplos de las mejores simulaciones, después de numerosos intentos, de algunos de los desprendimientos utilizados para calibrar el STONE en la Serra de Tramuntana. La salida se corresponde con el total de trayectorias de los bloques caídos (cnt), el color indica el número de trayectorias que presenta cada celda. El polígono delimita el área real afectada por la caída de rocas ... 86
Figura 46 La figura muestra la distribución estadística del coeficiente de restitución normal en rocas duras. La media, mediana y moda son muy similares. La moda tiene una frecuencia de 23/40 ... 88
Figura 47 Movimientos desencadenados durante los años 2008-2010 seleccionados para validar el STONE ... 89 Figura 48 La figura muestra las dos pruebas de confianza realizadas a los desprendimientos de mayor envergadura desencadenados durante el periodo húmedo
2008-2010. 1) Mapa de trayectorias de caídas de rocas obtenido en la simulación con los parámetros de la moda y la cartografía de la zona afectada por los bloques desprendidos. El análisis de los histogramas muestran el número y porcentaje de celdas que caen dentro (color) y fuera (blanco) del polígono cartografiado. 2) Histogramas que muestran el número de celdas dentro del polígono cartografiado con (lleno) y sin (vacío) representación de trayectoria ... 91
Figura 49 Distribución espacial de los eventos de desprendimientos de rocas inventariados a lo largo de la carretera Ma-10. La sección sur de Andratx a Valldemossa es donde se han registrado el mayor número de eventos, 53%. Los puntos rojos representan desprendimientos con el área en escarpe natural y los puntos azules en talud de carretera ... 93
Figura 50 Resultados de validación a lo largo de la carretera Ma_10. Detalle de tres secciones de la carretera. El 81,5% de los desprendimientos con el área fuente en pendientes naturales están bien representados con el STONE, sin embargo, los desprendimientos en taludes de carretera solamente se repesentan el 49% ... 94
LISTA DE TABLAS
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Tabla 1 Satélites utilizados para el presente trabajo y sus parámetros principales ... 3 Tabla 2 Costos directos e indirectos (€) causadas por movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana durante periodo lluvioso y frio 2008-2010 ... 28
Tabla 3 Tabla resumen con los valores de datos meteorológicos relacionados con la ocurrencia de los desprendimientos. Para cada caso, se utilizaron las estaciones más cercanas al desprendimiento ... 44
Tabla 4 Tabla con los valores de datos meteorológicos relacionados con la ocurrencia de los deslizamientos. Para cada caso, se utilizaron las estaciones más cercanas al punto de rotura ... 44
Tabla 5 Sensor del satélite ALOS-PALSAR. Descripción general de las modalidades del sensor ... 53 Tabla 6 Parámetros principales de los satélites utilizados en la Serra de Tramuntana 54
Tabla 7 Principales parámetros de adquisición del conjunto de imágenes SAR del satélite ALOS en la Serra de Tramuntana ... 57
Tabla 8 Datos y velocidades de las dos poblaciones de datos PS: VLOS datos obtenidos en la dirección LOS de ALOS y VSLOPE datos obtenidos de la proyección de VLOS ... 62 Tabla 9 Incidencias en el tramo de carretera de estudio ... 63 Tabla 10 Poblaciones PS VLOS y VSLOPE: número de deslizamientos en función del nº de PS y el rango de velociad del PS. Nº de agrupaciones activas con más de 4 PS en función del rango de velocidad ... 67 Tabla 11 Deslizamientos con daños detectados con ALOS PALSAR ... 69
Tabla 12 Valores estadísticos de los coeficientes de fricción y restitución tangencial y normal obtenidos en cada unidad geotécnica: valor máximo, valor mínimo, media, mediana y moda. Los valores seleccionados como parámetros calibrados han sido los valores de la moda ... 88 Tabla 13 Características de los movimientos utilizados para validación... 90
Tabla 14 Pruebas de confianza realizadas a los 10 desprendimientos desencadenados durante el periodo húmedo 2008-2010: 1) prueba de confianza según Guzzetti et al., 2003. Porcentaje de celdas con trayectorias dentro y fuera del polígono que representa la zona afectada por los bloques desprendidos, 2) porcentaje de celdas con trayectorias (lleno) y sin trayectoria (vacio) dentro del polígono que representa la zona afectada por los bloques desprendidos ... 92
LISTA DE ACRÓNIMOS
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A-DInSAR Avanced Differential Synthetic Aperture Radar INtererometry AEMET Agencia Eestatal de METeorología
AMI Active Microwave Instrument ALOS Advanced Land Operating Satellite ASAR Advanced Synthetic Aperture Radar
ASCCII American Standar Code for Information Interchange ASI Agenzia Spaziale Italiana
CSK Cosmo-Sky-Med
CPT Coherent Pixels Techniques DEM Digital Elevation Model
DInSAR Differential Synthetic Aperture Radar INtererometry DORIS Delft Object-oriented Radar Interferometric Software ENVISAT ENVironmental SATellite
ESA European Space Agency
ERS European Remote Sensing Satellite GDP Gross Domestic Product
GIS Geographic Information System HH Polarización Horizontal Horizontal IGETEC Instituto de GEstión TÉcnica de Calidad IGME Instituto Geológico y Minero de España IGN Instituto Geográfico Nacional
InSAR INterferometry Synthetic Aperture Radar
ITGE Instituto Tecnológico y Geominero de España JAROS JApan Resources Observation System
JAXA Japan Aerospace EXploration Agency
LAMPRE LAndslide Modelling and tools for vulnerability assessment Preparedness and REcovery management
LOS Line Of Sight direction
LU Land Use
MOPTMA Ministerio de Obras Públicas, Transporte y Medio Ambiente PALSAR Polarimetric Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar PIB Producto Interior Bruto
PK Punto Kilométrico
PNOA Plan Nacional de Ortofotografía Aérea PS Persistent Scatterers
PSI Persistent Scatterer Interferometry RADAR RAdio Detection And Ranging RI Refractory Index
SAR Synthetic Aperture Radar SL Sociedad Limitada
SPN Stable Point Network TT Triple Torsión (mallas)
VH (HV) Polarización Vertical Horizontal (Horizontal Vertical) VV Polarización Vertical Vertical
WS Wide Swath
LISTA DE SÍMBOLOS
______________________________________________________________________
VLOS Velocidad de desplazamiento medida en la línea de vista del satélite VSLOPE Velocidad de desplazamiento medida en la línea de máxima pendiente
local
C Coeficiente que representa la fracción de desplazamiento real que puede ser medido por el satélite
β Ángulo entre la pendiente más pronuciada del terreno y la dirección de línea de vista del satélite
ABSTRACT
______________________________________________________________________
Innovative tools have been applied in this research work, such as Advanced Radar Interferometry techniques and rockfall simulation software in order to analyse the dangers of landslides in the Tratamuntana Range of the Island of Mallorca.
The precise application of both techniques have good baseline data such as: the detailed inventory of ground movements, knowledge of the determination factors of instabilities (geology, geomorphology, material resistance, slopes etc.), the analysis of triggering factors (precipitation, temperature, sea and torrential erosion) and other parameters relating to the impact caused by these natural hazards, such as damage to homes and infrastructure, and economic losses concerning both direct and indirect costs generating from this.
From previous work focusing on the landslides in the Tratamuntana Range (Mateos, 2001), relating to the data provided by the Department of Highways Mallorca Island Council and Emergency Department of the Balearic Government, together with the field work and aerial photography analysis conducted for their project, 934 landslides have been logged and characterized in the eighteenth century. This inventory includes the following types: rockfalls, landslides (rock and soil), flow, lateral spreading and nature karstic collapse. The points logged in GIS have enabled the study of distribution along the mountains and a detailed analysis of factors affecting movements has been carried out. This has shown that 65,5% of the movements in the mountains correspond to rockfalls and 25% due to landslides. 54% of inventoried events are located in the coastal strip of this mountain range. The rockfalls mainly take place (52% of cases) with hard materials 'Lias' (mainly limestone and dolomitic breccias) associated with the main escarpments of the range, and especially the fronts of thrust that make up the geological structure of the Tramuntana. Landslides in soil mainly affect the soft Keuper sediments (clays and gypsum) and the Quaternary colluvial deposits, which are mainly concentrated in the southwestern half of the Range.
The cold and rainy period in 2008-2010 triggered an unusual number of landslides (14 rockfalls 1 rock avalanche, 15 landslides and 4 karstic collapses) has allowed a detailed analysis of the triggering factors to be carried out . Thus, rockfalls occurred after the occurrence of heavy rain, with values above 90 mm / 24h or saturated rock mass (accumulated rainfall> 800 mm / 3 months) with several cycles of freeze-thaw on previous days. Soil landslides occurred after heavy rainfall, moderate to extreme, and high levels of accumulated rainfall (> 850 mm / 3 months). Undoubtedly, one of the main engines of the process is the intense gravitational dynamic coastline of the northern coast, as reflected in the high distribution movements registered along the coastal strip.
The collaboration of different social agents of the island (municipalities, departments of local and regional administration etc.,) has allowed the assessment of economic losses caused by landslides during that period 2008-2010, which affected many homes and infrastructure, and especially the road network of the range. The economic losses(direct and indirect) during that period amounted to 11 M €, which represents 0.042% of the Balearic islands GDP. The spatial distribution of damage shows that the southwest
sector of the Range is the one that has endured greater economic losses, especially the municipalities of Andratx (losses of € 2,072,457) and the municipality of Calvià (€ 1.7 million).
Advanced Radar Interferometry techniques (DInSAR) have been applied in order to detect hotspot ground deformations. To this end, many processed radar images have been obtained by several satellites: ALOS, ENVISAT, ERS, COSMO SKY- MED, covering a temporal space of 20 years (1992- 2012). The set of images were selected corresponding to PALSAR ALOS satellite sensor (14/17 images with an interval in the sequence of 46 days), as its L-band allows for greater density of points in adverse areas, and also its temporary coverage covers the humid period 2008-2010. The processing method used has been Advanced Differential Interferometric processing technique Persistent Scattering (PSI) developed by Arnaud et al. (2003); Hard et al. (2005).
In order to correct geometric distortion generated by the mode of acquisition of satellite data, it has projected the estimated deformation in the line of sight of the satellite (VLOS) along the steepest slope (VSLOPE ).
Deformation thresholds established in the study area have been: ± 3 mm / year for VLOS deformation speed, and - 5 mm / year for the deformation speed VSLOPE. Overlapping data strain rate and inventory map, along with the geomorphological observations (DEM, topography, orthophotos) and in field tests, have identified the active landslides.
The results are: (1) 22% of mapped landslides are active; (2) they have been 5 new landslides identified, (3) the geometry of 5 existing landslides have been redefined, and (4) the identification of new potentially dangerous areas. Throughout the Ma-10 highway, which is the main infrastructure of the Range, the radar has identified 18 active areas which have an average value of VSLOPE exceeding 10 mm / year damages threshold proposed by Masour et al. (2011).
From the SAR images it has also been possible to quantify deformations related to lateral spreading processes identified in the southern sector of the Tramuntana. The obtained strain rates lower than -16 mm / year, confirm the slowness of these movements, although in areas takeoff speeds soar to 3 cm / year, which shows the danger of these movements.
Thanks to the high number of inventoried rockfalls (103) of variable frequency and magnitude, it has been able to calibrate and validate the STONE Code (Guzzetti et al., 2002) in the Tramuntana Range. This software requires 5 ASCII input maps (digital terrain model, source areas, normal restitution energy coefficient, tangential restitution energy coefficient and dynamic friction coefficient). The calibration dynamic coefficients have been carried out with reference to 40 well-characterised rockfalls, and performing a statistical estimate of the values obtained for each parameter, selecting the simulation that best fits reality. The parameters calibrated have been validated in a first stage, with 10 rockfalls triggered during the humid period 2008-2010 and, in a second stage, with 63 inventoried landslides along the Ma-10 road, which have occurred during the last 18 years.
In the first stage of validation it shows that the accuracy of the model varies the scope and the off-path blocks. Rockfalls with a preferential trajectory and shorter range are better represented. In the second stage it is observed that the rockfall with source area in
correctly identified) that the rockfalls with the source area in the road cuttings (only 49% of the rockfalls were identified).
Finally, the results obtained have been used to design the main lines of action in the Ma- 10 versus protection of rockfalls. Three working phases have been established : (1) short-term measures taken in areas where no registered events and results were obtained with simulation STONE; (2) medium-term measures taken where there have been rock falls but the model obtained no results and (3) long-term measures taken for road sections where no rockfalls occurred, but the model obtained results.
This research aims to provide a series of calibrated and validated tools in the study area as a basis for future work (regional and/or local) to assess hazard, vulnerability and risk.
RESUMEN
______________________________________________________________________
En el presente trabajo de investigación se han aplicado herramientas novedosas, como son las técnicas de Interferometría Radar Avanzada y los modelos de simulación de desprendimientos rocosos, para analizar la peligrosidad por movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana de la Isla de Mallorca. La aplicación de ambas técnicas precisa disponer de buenos datos de partida como son: el inventario detallado de los movimientos del terreno, el conocimiento de los factores condicionantes de las inestabilidades (geología, geomorfología, resistencia de materiales, pendientes, etc.), el análisis de los factores desencadenantes (precipitación, temperatura, erosión marina y torrencial), así como de otros parámetros relativos al impacto generado por estos peligros naturales, tales como los daños causados en viviendas e infraestructuras, y las pérdidas económicas generadas, referentes tanto a los costes directos como indirectos.
A partir de trabajos previos focalizados en los movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana (Mateos, 2001), de los datos facilitados por el Servicio de Carreteras del Consell Insular de Mallorca y la Dirección General de Emergencias del Govern Balear, junto con el trabajo de campo y el análisis de la fotografía aérea llevado a cabo para el presente trabajo, se han inventariado y caracterizado 934 movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana desde el siglo XVIII. El inventario incluye las siguientes tipologías: desprendimientos rocosos, deslizamientos (de roca y en suelo), flujos, expansión lateral y colapsos de naturaleza kárstica. La proyección de los puntos inventariados en GIS ha facilitado el estudio de su distribución a lo largo de la Serra y ha permitido llevar a cabo el análisis pormenorizado de los factores que condicionan los movimientos. Se ha podido constatar que el 65,5 % de los movimientos registrados en la Serra corresponden a desprendimientos rocosos y el 25% a deslizamientos. El 54% de los eventos inventariados se localizan en la franja costera de esta cadena montañosa.
Los desprendimientos rocosos tienen lugar principalmente (52% de los casos) en los materiales duros del Lías (calizas y brechas dolomíticas principalmente) asociados a los principales escarpes de la Serra, y especialmente a los frentes de cabalgamiento que configuran la estructura geológica de la Tramuntana. Los deslizamientos en suelos afectan principalmente a los sedimentos blandos del Keuper (arcillas versicolores con yesos) y a los depósitos coluviales del Cuaternario, y se concentran principalmente en la mitad suroccidental de la Serra.
El evento frío y lluvioso del periodo 2008-2010, que desencadenó un número inusual de movimientos de ladera (14 desprendimientos, 1 avalancha de rocas, 15 deslizamientos, y 4 colapsos Kársticos), ha permitido llevar a cabo un análisis pormenorizado de los factores desencadenantes. Así, los desprendimientos rocosos tuvieron lugar después de la ocurrencia de lluvias intensas, con valores superiores a 90 mm/24h, o bien en macizos rocosos saturados (lluvias acumuladas >800 mm/3 meses) con varios ciclos de hielo-deshielo días previos a la rotura. Los deslizamientos en suelos tuvieron lugar después de lluvias intensas, de moderadas a extremas, y con valores elevados de lluvia acumulada (> 850 mm/3 meses). Sin duda alguna, otro de los motores principales de los
procesos gravitacionales es la intensa dinámica litoral de la costa norte, tal y como refleja la elevada distribución de movimientos registrados a lo largo de la franja costera.
La colaboración con diferentes agentes sociales de la isla (ayuntamientos, departamentos de la administración local y autonómica etc.,) ha permitido la valoración de las pérdidas económicas causadas por los movimientos de ladera durante el citado periodo 2008-2010, que afectaron a numerosas viviendas e infraestructuras, y principalmente a la red viaria de la Serra. Las pérdidas económicas (directas e indirectas) durante el citado periodo ascendieron a 11 M €, lo que representa el 0,042%
del PIB de Baleares. La distribución espacial de los daños muestra que el sector suroeste de la Serra es el que ha soportado mayores pérdidas económicas, especialmente los municipios de Andratx (pérdidas de 2.072.457 €) y el municipio de Calvià (1.700.000
€).
Las técnicas de Interferometría Radar Avanzada (DInSAR) se han aplicado con la finalidad de detectar zonas activas con deformaciones del terreno. Para ello, se han procesado numerosas imágenes radar obtenidas por varios satélites: ALOS, ENVISAT, ERS, COSMO SKY- MED, que cubren un espacio temporal de 20 años (desde 1992- 2012). Del conjunto de imágenes, se han seleccionado las correspondientes al sensor PALSAR del satélite ALOS (14/17 imágenes con un intervalo en la secuencia de 46 días), ya que su banda L permite obtener mayor densidad de puntos en zonas desfavorables, y además su cobertura temporal cubre el periodo húmedo 2008-2010. El método de procesado empleado ha sido la técnica Avanzada de procesamiento Diferencial Interferométrico de Dispersión Persistente (PSI) desarrollada por Arnaud et al. (2003); Duro et al. (2005).
Con la finalidad de corregir la distorsión geométrica generada por el modo de adquisición de los datos del satélite, se ha proyectado la velocidad estimada de la deformación en la línea de vista del satélite (VLOS) a lo largo de la línea de máxima pendiente (VSLOPE).
Los umbrales de deformación establecidos en el área de estudio han sido de: ± 3 mm/año para la velocidad de deformación VLos, y de - 5 mm/año para la velocidad de deformación Vslope. La superposición de los datos de velocidad de deformación al mapa inventario, junto con las observaciones geomorfológicas (DEM, topografía, ortofotos) y comprobaciones en campo, han permitido identificar los deslizamientos activos. Los resultados son: (1) un 22% de los deslizamientos cartografiados son activos; (2) se han identificado 5 deslizamientos nuevos, (3) se ha redefinido la geometría de 5 deslizamientos existentes, y (4) se han identificado nuevas áreas potencialmente peligrosas. A lo largo de la carretera Ma-10, principal infraestructura de la Serra, el radar ha identificado 18 zonas activas que presentan un valor medio de VSLOPE que excede los 10 mm/año, umbral de daños propuesto por Masour et al. (2011).
Las imágenes SAR también han permitido cuantificar deformaciones relacionadas con procesos de expansión lateral identificadas en el sector meridional de la Tramuntana.
Las velocidades de deformación obtenidas, inferiores a -16 mm/año, confirman la
lentitud de estos movimientos, aunque en las zonas de despegue, las velocidades se disparan hasta los 3 cm/año, lo que denota la peligrosidad de estos movimientos.
Gracias al elevado número de desprendimientos rocosos inventariados (103), de magnitud y frecuencia variable, se ha podido calibrar y validar el Código STONE (Guzzetti et al., 2002) en la Serra de Tramuntana. Se trata de un software que requiere 5 mapas de entrada en formato ASCII (modelo digital del terreno, áreas fuente, coeficiente de energía de restitución normal, coeficiente de energía de restitución tangencial y coeficiente de fricción dinámica). La calibración de los coeficientes dinámicos se ha llevado a cabo tomando como referencia 40 desprendimientos bien caracterizados, y realizando una estimación estadística de los valores obtenidos para cada parámetro, seleccionando la simulación que mejor se ajusta a la realidad. Los parámetros calibrados se han validado, en una primera etapa, con 10 de los desprendimientos desencadenados durante el periodo húmedo 2008-2010 y, en una segunda etapa, con 63 desprendimientos inventariados a lo largo de la carretera Ma-10, y ocurridos durante los últimos 18 años.
En la primera etapa de validación se observa que la precisión del modelo varía dependiendo del alcance y el recorrido de los bloques desprendidos. Desprendimientos con una trayectoria preferencial y menor alcance están mejor representados. En la segunda etapa se observa que los desprendimientos de rocas con el área fuente en escarpes de macizos rocosos presentan más grado de confianza (se identificaron correctamente el 81,5 % de los eventos) que los desprendimientos con el área fuente en taludes de la carretera (solo se identificaron el 49% de los desprendimientos).
Finalmente, los resultados obtenidos se han utilizado para diseñar las líneas principales de actuación en la Ma-10 frente a su protección a los desprendimientos. Se han establecido tres fases de trabajo: (1) medidas a corto plazo en aquellas zonas donde hay eventos registrados y se obtuvieron resultados con la simulación del STONE; (2) medidas a medio plazo donde se han registrado caídas de rocas pero el modelo no ha obtenido resultados y (3) medidas a largo plazo para los tramos de carretera donde no se registraron caída de rocas, pero el modelo obtuvo resultados.
El presente trabajo de investigación pretende ofrecer una serie de herramientas calibradas y validadas en la zona de estudio como base para futuros trabajos (regionales y/o locales) de peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo por movimientos de ladera.
RESUM
______________________________________________________________________
En el present treball de recerca s'han aplicat eines noves, com són les tècniques de Interferometria Radar Avançada i els models de simulació de despreniments rocosos, per analitzar la perillositat per moviments de vessant en la Serra de Tramuntana de l' illa de Mallorca. L'aplicació d'ambdues tècniques precisa disposar de bones dades de partida com són : l'inventari detallat dels moviments del terreny, el coneixement dels factors condicionants de les inestabilitats (geologia, geomorfologia, resistència de materials, pendents, etc.), l'anàlisi dels factors desencadenants (precipitació, temperatura, erosió marina i torrencial), així com d'altres paràmetres relatius a l'impacte generat per aquests perills naturals, tals com els danys causats en habitatges i infraestructures, i les pèrdues econòmiques generades, referents tant als costos directes com als indirectes.
A partir de treballs previs focalitzats en els moviments de vessant en la Serra de Tramuntana (Mateos, 2001), de les dades facilitades pel Servei de Carreteres del Consell Insular de Mallorca i la Direcció General d'Emergències del Govern Balear, juntament amb el treball de camp i l'anàlisi de la fotografia aèria dut a terme per al present treball de camp, s'han inventariat i caracteritzat 934 moviments de vessant en la Serra de Tramuntana des del segle XVIII. L'inventari inclou les següents tipologies:
despreniments rocosos, lliscaments (de roca i en sòl), fluxos, expansió lateral i col.lapses de naturalesa càrstica. La projecció dels punts inventariats en GIS ha facilitat l'estudi de la seva distribució al llarg de la Serra i ha permès dur a terme l'anàlisi detallada dels factors que condicionen els moviments. S'ha pogut constatar que el 65,5%
dels moviments registrats en la Serra corresponen a despreniments rocosos i el 25% a lliscaments. El 54% dels esdeveniments inventariats es localitzen a la franja costanera d'aquesta cadena muntanyenca.
Els despreniments rocosos tenen lloc principalment (52% dels casos) en els material durs del Lias (calcàries i bretxes dolomítiques principalment) associats als principals penya-segats de la Serra, i especialment als fronts d'encavalcament que configuren l'estructura geològica de la Tramuntana. Els lliscaments en sòls afecten principalment als sediments tous del keuper (argiles versicolors amb guixos) i als dipòsits col.luvials del Quaternari, i es concentren principalment en la meitat suroccidental de la Serra.
L'esdeveniment fred i plujós del període 2008-2010, que va desencadenar un nombre inusual de moviments de vessant (14 despreniments, 1 devessall de roques, 15 lliscaments, i 4 col.lapses càrstics), ha permès dur a terme una anàlisi detallada dels factors desencadenants. Així, els despreniments rocosos van tenir lloc després de l'ocurrència de pluges intenses, amb valors superiors a 90 mm/24h, o bé en massissos rocosos saturats (pluges acumulades >800 mm/3 mesos) amb diversos cicles de gel- desglaç dies previs al trencament. Els lliscaments en sòls van tenir lloc després de pluges intenses, de moderades a extremes, i amb valors elevats de pluja acumulada (>
850 mm/3 mesos). Sens dubte, un altre dels motors principals del processos gravitacionals és la intensa dinàmica litoral de la costa nord, tal com reflecteix l'elevada distribució de moviments registrats al llarg de la franja costanera.
La col.laboració amb diferents agents socials de la illa (ajuntaments, departaments de l'administració local i autonòmica etc.,) ha permès la valoració de les pèrdues econòmiques causades pels moviments de vessant durant el citat període 2008-2010, que van afectar a nombrosos habitatges i infraestructures, i principalment a la xarxa viària de la Serra. Les pèrdues econòmiques (directes i indirectes) durant el citat període van ascendir a 11 M €, la qual cosa representa el 0,042% del PIB Balears. La distribució espacial dels danys mostra que el sector sud-oest de la Serra és el que ha suportat majors pèrdues econòmiques, especialment els municipis d'Andratx (pèrdues de 2.072.457 €) i el municipi de Calvià (1.700.000 €).
Les tècniques de Interferometria Radar Avançada (DInSAR) s'han aplicat amb la finalitat de detectar zones actives amb deformacions del terreny. Per a això, s'han processat nombroses imatges radar obtingudes per diversos satèl.lits: ALOS, ENVISAT, ERS, COSMO SKY-MED, que cobreixen un espai temporal de 20 anys (des de 1992-2012). Del conjunt d'imatges, s'han seleccionat les corresponents al sensor PALSAR del satèl.lit ALOS (14/17 imatges amb un interval en la seqüencia de 46 dies), ja que la seva banda L permet obtenir major densitat de punts en zones desfavorables, i a més la seva cobertura temporal cobreix el període humit 2008-2010. El mètode de processament emprat ha estat la tècnica Avançada de processament Diferencial Interferomètric de Dispersió Persistent (PSI) desenvolupada per Arnaud et al. (2003);
Dur el al. (2005).
Amb la finalitat de corregir la distorsió geomètrica generada per la manera d'adquisició de les dades del satèl.lit, s'ha projectat la velocitat estimada de la deformació en la línia de vista del satèl.lit (VLOS) al llarg de la línia de màxima pendent (VSLOPE). Els llindars de deformació establerts a l'àrea d'estudi han estat de :± 3 mm/any per a la velocitat de deformació VLOS , i de -5 mm/any per a la velocitat de deformació VSLOPE. La superposició de les dades de velocitat de deformació al mapa d'inventari, juntament amb les observacions geomorfològiques (DEM, topografia, ortofotografia) i comprovacions en camp, han permès identificar els lliscaments actius. Els resultats són: (1) un 22% dels lliscaments cartografiats són actius; (2) s'han identificat 5 lliscaments nous, (3) s'ha redefinit la geometria de 5 lliscaments existents, i (4) s'han identificat noves àrees potencialment perilloses. Al llarg de la carretera Ma-10, principal infraestructura de la Serra, el radar ha identificat 18 zones actives que presenten un valor mitjà de VSLOPE que excedeix els 10 mm/any, llindar de danys proposat per Masour et al. (2011)
Les imatges SAR també han permès quantificar deformacions relacionades amb processos d'expansió lateral identificades en el sector meridional de la Tramuntana. Les velocitats de deformació obtingudes, inferiors a - 16 mm/any confirmen la lentitud d'aquests moviments, encara que a les zones de desenganxament, les velocitats es disparen fins als 3 cm/any, la qual cosa denota la perillositat d'aquests moviments.
Gràcies a l'elevat nombre de despreniments rocosos inventariats (103), de magnitud i freqüència variable, s'ha pogut calibrar i validar el Codi STONE (Guzzetti et al., 2002) en la Serra de Tramuntana. Es tracta d'un programari que requereix 5 mapes d'entrada en format ASCII (model digital del terreny, àrees font, coeficient d'energia de restitució
calibratge dels coeficients dinàmics s'ha dut a terme prenent com a referència 40 despreniments ben caracteritzats, i realitzant una estimació estadística dels valors obtinguts per a cada paràmetre, seleccionant la simulació que millor s'ajusta a la realitat.
Els paràmetres calibrats s'han validat, en una primera etapa, amb 10 dels despreniments desencadenats durant el període humit 2008-2010 i, en una segona etapa, amb 63 despreniments inventariats al llarg de la carretera Ma-10, i ocorreguts durant els últims 18 anys.
En la primera etapa de validació s'observa que la precisió del model varia depenent de l'abast i el recorregut dels blocs despresos. Els despreniments amb una trajectòria preferent i de menor abast estan millor representats. En la segona etapa s'observa que els despreniments de roques amb l'àrea font en escarpes de massissos rocosos presenten més grau de confiança (es van identificar correctament el 81,5 % dels esdeveniments) que els despreniments amb l'àrea font en talussos de la carretera (solament es van identificar el 49% dels despreniments).
Finalment, els resultats obtinguts s'han utilitzat per dissenyar les línies principals d'actuació en la Ma-10 enfront de la seva protecció als despreniments. S'han establert tres fases de treball: (1) Mesures a curt termini en aquelles zones on hi ha esdeveniments registrats i es van obtenir resultats amb la simulació del STONE, (2) Mesures a mitjà termini on s'han registrat caigudes de roques però el model no ha obtingut resultats i (3) mesures a llarg termini per als trams de carretera on no es van registrar caiguda de roques, però el model va obtenir resultats.
El present treball de recerca pretén oferir una sèrie d'eines calibrades i validades a la zona d'estudi com a base per a futurs treballs (regionals i/o locals) de perillositat, vulnerabilitat i risc per moviments de vessant.
1. INTRODUCCIÓN
Desde principios del siglo XVIII existen registros bibliográficos que hacen referencia a la intensa dinámica de laderas que presenta la Serra de Tramuntana de Mallorca. El primer movimiento documentado en la isla fue el deslizamiento de Biniarroi de 1721 que afectó a unos 300.000 m2, modificando totalmente la topografía original de la zona y la red superficial de drenaje. Reactivaciones posteriores (1816, 1857, 1943) determinaron el abandono del núcleo de población y las tierras de cultivo (Mateos y Giménez, 2007). Otro de los deslizamientos históricos a destacar es el deslizamiento de Es Marroigs ocurrido en diciembre de 1924 (Darder, 1925). El movimiento dejó sepultadas varias casas de labranza y unas pérdidas económicas estimadas en 200.000 pesetas de la época, Mateos et al., (2013a).
La tesis de Mateos (2001) "Los movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana (Mallorca): Caracterización geomecánica y análisis de la peligrosidad" supone el inicio del estudio de los movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana de Mallorca. En este trabajo, Mateos diferencia tres grupos principales de movimientos de ladera, según la clasificación establecida por Cruden y Varnes (1996): (1) movimientos en materiales tipo suelos: flujos y deslizamientos complejos, (2) deslizamientos en materiales rocosos:
rotacionales y traslacionales y (3) desprendimientos rocosos.
Los movimientos más frecuentes en la Serra de Tramuntana son los desprendimientos de roca, debido al claro predominio litológico de las calizas y dolomías liásicas y al escarpado relieve, muy condicionado por la tectónica regional. Las características estratigráficas y tectónicas de la franja costera de la Serra de Tramuntana condicionan también la existencia de movimientos de expansión lateral, identificados en varios puntos a lo largo de la costa (García-Moreno et al., 2015; Mateos y Azañón 2005;
Mateos et al., 2013b).
Durante los años 2008-2010 se sucedieron una serie de inviernos fríos y lluviosos en la isla. Como consecuencia se desencadenaron en la Serra de Tramuntana 34 roturas significativas de diferentes tipologías: 15 deslizamientos, 14 desprendimientos, una avalancha de rocas y 4 colapsos kársticos (Mateos et al., 2012a). Los daños fueron numerosos y cuantiosos afectando a viviendas, edificios, subestaciónes eléctricas y muy especialmente a la red viaria, destacando los numerosos cortes que sufrió la carretera Ma-10, la principal vía de comunicación de la Tramuntana. Las pérdidas económicas, directas e indirectas, se valoraron en unos 11 millones de Euros (Mateos et al., 2013c), aproximadamente el 0,042 del PIB de la Comunidad Autónoma Balear.
La existencia de un inventario previo de movimientos de ladera (Mateos, 2006), y la oportunidad de estudio que ofrecía el evento 2008-2010, determinó que la Serra de Tramuntana fuese elegida como zona piloto dentro del marco del Proyecto Europeo DORIS (2011-2013) y del Proyecto Europeo LAMPRE (2013-2015), ambos del VII Programa Marco de Investigación. Diferentes organismos públicos de investigación y empresas de más de 8 países europeos participaron en ambos proyectos, siendo el Instituto Geológico y Minero de España y la empresa de Altamira Information los
miembros del equipo español. La finalidad de ambos proyectos europeos se focalizó en la investigación, el desarrollo y la aplicación de nuevas técnicas de control remoto, para mejorar el conocimiento de los procesos geológicos activos con el objeto de predecir, prevenir y mitigar los riesgos derivados. El proyecto LAMPRE además incluyó la modelización, mediante métodos numéricos, de la interacción entre los movimientos del terreno y las infraestructuras, así como la propuesta de estándares para la cartografía de riesgos por movimientos del terreno.
La presente tesis doctoral recoge gran parte de los trabajos realizados en el marco de ambos proyectos y se estructura en tres grandes bloques principales:
- BLOQUE I. Se focaliza en la caracterización de los movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana y el análisis de los factores condicionantes y desencadenantes de las inestabilidades. Para ello, se ha generado una base de datos (ARCGIS) que incluye numerosos campos, tales como: localización, fecha de ocurrencia, tipo de movimiento, volumen, características geológicas, datos meteorológicos, daños etc. Se han incluido todos los eventos registrados, independientemente de su magnitud, y procedentes de las siguientes fuentes: movimientos inventariados por Mateos (2006), incidencias registradas en la red de carreteras de la Serra por la Dirección Insular de Carreteras del Consell Insular de Mallorca, movimientos reconocidos con fotografía aérea (PNOA 2006, 2010) y todos aquellos eventos desencadenados desde el año 2008 hasta la actualidad, con un reconocimiento exhaustivo en campo. Se ha creado una base de datos con 934 registros (que incluyen diversas tipologías, así como colapsos kársticos y grietas relacionadas con procesos de expansión lateral) desde el siglo XVII hasta el momento actual.
- BLOQUE II. Aplicación de técnicas de Interferometría Radar Avanzadas (DInSAR) con la finalidad de detectar qué movimientos del inventario presentan actividad. Para ello se ha llevado a cabo el procesado de numerosas imágenes radar de varios satélites, en diferentes periodos de tiempo. Los pulsos de microondas empleados por los sensores de los satélites han variado desde los 3 cm de la banda X, mayor resolución, hasta los 24 cm de la banda L, mayor penetración en zonas vegetadas. El espacio temporal entre adquisición de dos imágenes de la misma escena varía de un satélite a otro, entre 8 - 46 días (tabla 1). Los mejores resultados fueron los obtenidos con el satélite ALOS, no solo por la mayor cobertura de tiempo, sino también por la posibilidad de penetrar la vegetación, muy tupida en la Tramuntana (Bianchini et al., 2013a). En la tabla 1 se describen las características principales de los satélites utilizados en la Serra de Tramuntana.
Para el análisis de la actividad de los movimientos de ladera inventariados en la Serra se han utilizando las imágenes adquiridas con el satélite ALOS del periodo 2007-2010.
Para ello, dichas imágenes han sido procesadas por Altamira utilizando la técnica PSI (Persistent Scatterer Interferometry). Posteriormente, el vector de desplazamiento obtenido se ha proyectado en la línea de vista (LOS) del satélite, en función de la geometría del terreno. Finalmente se ha generado el mapa de deslizamientos activos, basado en clusters de PS activos, comparando los datos del satélite con los
Tabla 1 Satélites utilizados para el presente trabajo y sus parámetros principales
- BLOQUE 3. Modelización de desprendimientos rocosos. Los desprendimientos quedan fuera de los métodos de detección de la interferometría radar, al ser tremendamente rápidos. Para abarcar su estudio, se han llevado a cabo simulaciones de caída de rocas aplicando el código STONE (Guzzetti et al., 2002). El software modeliza la caída libre de un bloque de roca adimensional a lo largo de una trayectoria parabólica, el impacto de roca en el suelo y el rebote y rodadura posterior a lo largo de la pendiente.
Los datos de entrada requeridos por el modelo son: el modelo digital del terreno, el área fuente de los desprendimientos, el número de bloques lanzados por el píxel desde el área fuente, la velocidad de partida, el umbral por debajo del cual la roca se detiene y los coeficientes dinámicos (ángulo de fricción, energía de restitución normal y tangencial) para simular la pérdida de energía por rodadura e impacto. Estos tres últimos coeficientes dependen directamente de la geología de la zona de estudio. Una buena selección de los inputs que necesita el software es la clave para que la modelización se ajuste al máximo a la realidad. Así, para calibrar el modelo y poder determinar el valor de dichos coeficientes se han realizado varias simulaciones en 40 desprendimientos seleccionados, distribuidos a lo largo de toda la sierra y que incluyen una gran variedad de litologías. La validación de los parámetros obtenidos se han llevado a cabo en dos fases: (1) por un lado se han modelizado los desprendimientos desencadenados en el periodo húmedo 2008-2010. En la validación se ha tenido en cuenta, tanto el porcentaje de pixeles de trayectorias simuladas dentro y fuera del polígono cartografiado del evento, como el porcentaje de pixeles vacíos dentro del polígono y (2) una vez identificadas las áreas fuentes de los escarpes a lo largo de la carretera y corrido el modelo con los parámetros calibrados, se ha comparado la salida de trayectorias del STONE con los puntos de incidencias registradas en la carretera Ma-10 durante los últimos 18 años (Mateos et al., 2015). El modelo calibrado y validado ha sido una herramienta muy útil para diseñar el plan de gestión de la carretera.
2. OBJETIVOS
Los principales objetivos que se pretenden conseguir en el presente trabajo son:
BLOQUE I - LOS MOVIMIENTOS DE LADERA EN LA SERRA DE TRAMUNTANA
- Diseñar y realizar un inventario exhaustivo de los movimientos de ladera que sea flexible y abierto.
- Caracterización y análisis de la distribución de los principales movimientos de ladera.
- Identificación y descripción de los movimientos que tuvieron lugar durante los años 2008-2010. Análisis de los factores condicionantes y desencadenantes.
- Cuantificación de los daños causados por el evento 2008-2010, tanto directos como indirectos.
BLOQUE II - APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE INTERFEROMETRÍA RADAR (DInSAR)
- Analizar los datos de velocidad ALOS PALAR, del periodo comprendido entre enero 2007 a junio 2010.
- Cuantificar deformaciones del terreno ligadas a movimientos del terreno.
- Superponer los resultados de los datos de deformación obtenidos con el mapa inventario de deslizamientos para determinar el estado de actividad de los movimientos cartografiados.
- Mejorar el inventario preexistente, detectando nuevos deslizamientos activos en aquellas zonas donde las técnicas PSI han detectado deformaciones del terreno, e identificando potenciales zonas inestables.
BLOQUE III - SIMULACIÓN DE DESPRENDIMIENTOS ROCOSOS - Calibración del Código STONE en la Serra de Tramuntana
- Estimación estadística de los coeficientes dinámicos necesarios para la modelización, y para cada una de las litologías presentes en la zona de estudio.
- Validación de los parámetros obtenidos mediante la simulación de los desprendimientos acontecidos durante el periodo húmedo 2008-2010.
- Validación en la carretera Ma-10, llevando a cabo una identificación previa de las posibles áreas fuente de desprendimientos.
- Simulación de caída de rocas con el código STONE a lo largo de la carretera Ma-10.
- Establecer una serie de criterios para el apoyo a la gestión de la Ma-10 en base a los resultados obtenidos en la validación.
El objetivo final del presente trabajo de investigación es ofrecer, por un lado, un inventario exhaustivo de los movimientos de ladera acontecidos en la zona de estudio y, por otro lado, una serie de herramientas validadas en la región, encaminadas a evaluar la actividad de los movimientos. Los resultados obtenidos con el desarrollo de los tres bloques diferenciados en la presente memoria permitirán llevar a cabo, de una manera más fidedigna, análisis de susceptibilidad, peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo por movimientos de ladera en la Serra de Tramuntana.
