[eng] 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
rock massif escarpments present a degree of confidence (81,5% of the events were 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 Ma10
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.
[spa] 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.
[cat] 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 geldesglaç
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
normal, coeficient d'energia de restitució tangencial i coeficient de fricció dinàmica). El 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.