Experiencias de mitigación de inestibilidades en caminos cordilleranos

* Por los ingenieros Marcelo Zeballos de Zeballos Ingeniería y profesor  de la Universidad Nacional de Córdoba; Gonzalo Jara, jefe de Inspección de la Dirección Nacional de Vialidad, Distrito Mendoza; y  , Juan F. Lisazo, jefe de Obra de la empresa constructora José J.Chediack S.A.

La ingeniería de caminos de montaña involucra la resolución de un conjunto amplio de problemas. A los aspectos vinculados estrictamente con los requerimientos del trazado geométrico, asociados al ambiente de emplazamiento de la carretera y las demandas del tránsito, se deben sumar otros fenómenos que pueden afectar severamente la operación y vida útil de la calzada.
Muchas veces, el concepto de “camino de montaña” se vincula con la construcción de una vía que afecta macizos rocosos, dentro de los cuales, la ejecución de excavaciones de contrataludes es uno de los aspectos más condicionantes en el logro de un adecuado resultado. En estos casos, se relaciona el problema con la realización de excavaciones con sistemas de voladura y el uso apropiado de estas técnicas. En ciertos ambientes de alta montaña, los problemas de inestabilidad de ladera se encuentran vinculados con fenómenos de deslizamientos en suelos, y especialmente en suelos finos, con niveles de resistencias directamente asociados con el contenido de humedad del material. En estas zonas, los climas húmedos, con bajas temperaturas invernales y deshielos en los meses de primavera, tienden a la formación de depósitos conocidos localmente como “mallines”. La presencia de estas formaciones en el trazado se puede asociar con la existencia de importantes asentamientos en la calzada y potenciales procesos de inestabilidad de ladera, durante la construcción o la vida útil de la obra.
Durante la ejecución de los trabajos correspondientes a la construcción de la nueva calzada en la Ruta Nacional 145, en Paso Pehuenche, provincia de Mendoza, se han encontrado numerosos situaciones de inestabilidad en la zona de localización de la traza a causa de la presencia de estos “mallines”. Los trabajos de estudio y construcción de la obra han demandado en aporte conjunto, tanto del personal técnico de la Dirección Nacional de Vialidad, como de la empresa José J. Chediack S.A., encargada de la construcción en el sector. La experiencia lograda muestra que se trata de un problema de índole geotécnico aplicado a una obra vial, y que en gran medida requiere para su resolución la aplicación de procesos de aproximación sucesiva a las mejores acciones de mitigación. Estos procesos forman parte de lo que en el campo de la ingeniería geotécnica se conoce como método observacional.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El paso internacional por el Hito Paso Pehuenche, en la Ruta Nacional 145, se encuentra actualmente en su etapa final de materialización. Se trata de un camino de montaña que vincula en Argentina, en el sur de Mendoza, con Chile a la altura del Maule. La vía se localiza en un ambiente de montaña, sobre los valles de los ríos Grande y Pehuenche. En ambos valles, se aprecia una importante acumulación de suelos del tipo arcilloso y areno arcilloso, formando las laderas naturales en ambas márgenes de los ríos. La topografía de estos sectores, en los sitios en los que la pendiente media de la ladera se reduce, tiende a permitir el depósito de los suelos más finos. Los mismos permiten la acumulación de nieve en el invierno y su infiltración en el deshielo de primavera.
En consecuencia, y especialmente en los meses de primavera, el interior de los taludes de arcillas rojizas muestra altos niveles de humedad, su resistencia al corte se reduce significativamente, y ocurren fenómenos de inestabilidad de ladera que afectan a distintos sectores del camino.
En el sector en cuestión el trazado de la calzada, no ocupa los espacios de mayor altura sobre la ladera, sino que se localiza en la proximidad del río, atravesando varios de estos sectores inestables. A modo de ejemplo de la magnitud de los fenómenos que se enfrentan, la Figura 1, muestra la posición de la traza de la calzada y su ubicación entre el río y un mallín que la afecta en una longitud del orden de los 340 metros.

Al momento de activarse la inestabilidad de la ladera, como se ha indicado, el material afectado es mayormente una arcilla con un alto grado de saturación, la cual tiende a movilizarse como un flujo de lodo. Una vez iniciado el mecanismo, el movimiento resulta inevitable, y sólo concluye cuando el material fluido ha sido evacuado por acción de la gravedad desde el sitio que ocupaba originalmente. La consecuencia de esto es la formación de un depósito de material fluido sobre la calzada, y la erosión de grandes volúmenes de suelo en la ladera. En la Figura 2 se observa un caso en el cual, durante el desarrollo de las tareas de construcción de la obra, no pudo detectarse a tiempo la ubicación de las arcillas saturadas, sufriendo el movimiento de flujo correspondiente. Se aprecia la magnitud de la zona erosionada aguas arriba de la calzada.

PLANTEO Y DISEÑO DE LAS ACCIONES DE MITIGACIÓN
En diversos sectores del trazado estas formaciones inestables han sido tratadas siguiendo conceptos básicos de mitigación de la inestabilidad de ladera. Estas acciones se han basado en dos aspectos:

• Control del escurrimiento, especialmente en relación con la orientación de los flujos superficiales, permitiendo su canalización y disminuyendo la potencialidad de infiltración en un medio con una alta sensibilidad a la presencia del agua.
• Reperfilado de los contrataludes. En el caso de la presencia de suelos areno arcillosos, la condición de humedad ejerce una influencia notable en la definición de la geometría a aplicar. Las experiencias logradas muestran que las geometrías aceptables para el trazado de la vía se encuentran íntimamente relacionadas con condiciones de humedad del suelo alejadas de la saturación.

En la elaboración de los proyectos de acciones de mitigación se han considerado los siguientes elementos:

• Identificación de la situación actual, lo cual implica dos elementos de interés. Por una parte un trabajo conjunto de propietario de la obra, proyectista y constructor de identificación de los sectores conflictivos. En este sentido, tiene una gran influencia los antecedentes locales y la época del año durante la cual se efectúa el relevamiento. Por otra parte, en los casos en los cuales se aprecian situaciones evidentes de inestabilidades recientes, es posible la realización de retro cálculos de las condiciones de estabilidad previas a la falla, de los parámetros resistentes aplicables en forma específica sobre el sector. Las Figuras 3 muestran el resultado de una de las modelaciones de calibración de parámetros resistentes de las masas de suelo afectadas. A partir de estos elementos y tomando en consideración los potenciales materiales a emplear en este sector de la calzada, se evalúan las propiedades del conjunto de materiales disponibles para la propuesta de acciones.

• Planteo de las alternativas de acción. Los criterios básicos para la definición de las acciones han sido los siguientes:

– En primer lugar, considerar que una acción eficiente se basa en el control del nivel de humedad de las arcillosas limosas, procurando mantenerlos lo más alejado posible del estado de saturación. La colocación de elementos que faciliten el escurrimiento superficial del terreno es de especial interés.
– En segundo lugar, es necesario tener en cuenta que la construcción de soluciones de control de drenaje a nivel de superficie debe ser lograda con equipo convencional de uso vial. Esto ha derivado en la ejecución de tres componentes de control: canales a cielo abierto para la conducción de las aguas superficiales, excavados en el terreno natural; canales con protección de material drenante a fin de permitir la captación de los niveles superficiales de agua subterránea, posibilitando su pronta evacuación a través de un medio de alta porosidad; y saltos hidráulicos conformados por sistemas de colchonetas y gaviones, para disponerlos en los puntos de cambio importante en la pendiente del terreno.
– En tercer lugar se han considerado elementos complementarios. El sistema de drenaje se complementa con la localización de drenes longitudinales a nivel del borde de calzada en el contacto con el contratalud excavado, los cuales se conectan con una capa drenante ubicada por debajo de la estructura de la calzada, y vinculada con un pedraplén de descarga dispuesto sobre la ladera ubicada entre la vía y la margen del río, y en proximidad de las alcantarillas.

• Evaluación numérica del sistema. Se basa en valorar la incidencia de la disposición de distintos sistemas de drenaje y control en profundidad acotada del contenido de humedad del suelo. En general, los sistemas propuestos toman en consideración la ubicación de elementos de control de la humedad y de reducción del potencial de saturación del frente del contratalud excavado, a fin de que el mismo, con su resistencia propia de una condición no saturada, actúe como “tapón” de sostenimiento de la masa con menos resistencia que se genera en el interior de la ladera. Por otra parte, interesa en particular la distribución espacial de los elementos de control de drenaje, a fin de afectar la menor cantidad de área posible, en particular tomando en consideración que los sectores de mallines son sitios empleados por los lugareños para el desarrollo de una ganadería de baja magnitud.

La Figura 4 muestra una imagen de planta de la disposición del sistema de control ubicado en el sector que se ha mostrado a manera de ejemplo con anterioridad. La misma tuvo su inicio de desarrollo en junio del 2011.

COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA
El tratamiento de un fenómeno de estas características debe seguir los lineamientos conocidos geotécnicamente como “método observacional”. Este concepto interpreta que las hipótesis que dan lugar a una propuesta de acción, pueden y deben ser revisadas, tanto durante la construcción de la obra, como con posterioridad a su concreción. Estos conceptos tienen aplicación estricta en varios de los casos tratados.
Durante el desarrollo de varias de las acciones de mitigación, y especialmente en las etapas de reperfilado de los contrataludes, se registraron movimientos parciales de inestabilidad local. Los mismos permitieron la revisión de la geometría de las masas movilizadas, y a partir de esto la readecuación de las propuestas iniciales y, o la incorporación de elementos de soporte complementarios.
Concluidas las obras, es de especial importancia la verificación de su comportamiento en el tiempo. En algunos casos, este seguimiento debe ser de carácter puramente visual, en otros, como lo es caso que se muestra en la Figura 5, se puede disponer de un sistema topográfico de referencia que permita el seguimiento del talud tratado en el tiempo. A modo de ejemplo de estos sistemas de medición, puede apreciarse el efecto de acomodamiento inicial del sistema, con una tendencia a la reducción en la velocidad de desplazamientos del conjunto. Igualmente, se aprecian ligeras reactivaciones del movimiento asociadas con los períodos en los cuales se inicia el drenaje de la nieve acumulada en el invierno.

Como toda obra de ingeniería, y en particular para este caso de caminos de montaña, es altamente recomendable la formulación de un Manual de Operación del tramo que implique un conjunto de acciones de control regular sobre el sector. Estos manuales deben conformarse a partir de modelos generales, pero contemplando los aspectos singulares de cada uno de las obras que forman el conjunto de la vía.
Apreciando que el sistema de mitigación de los fenómenos ha mostrado, en general, una adecuada eficiencia luego de varias estaciones climáticas, es que finalmente la Dirección Nacional de Vialidad autorizó la ejecución de los trabajos de construcción de la infraestructura superior de la vía. La medida apunta a colocar los elementos de mayor rigidez de la estructura (la estructura vial superior) una vez que se haya verificado la eficiencia de las acciones de mitigación, y se haya logrado la estabilidad mínima requerida para la inclusión de componentes estructurales de mayor rigidez.

CONCLUSIONES
Resultan de especial importancia el reconocimiento de los fenómenos que se aprecian localmente, en particular durante el propio desarrollo de la obra, más allá de que no se hayan reconocido en forma específica en la etapa de proyecto ejecutivo. Es importante, en particular en el desarrollo de las obras viales en zona de montaña, un trabajo de caracterización geotécnica permanente, a fin de adecuar las condiciones de proyecto a lo localmente observado.
Se requiere la proposición de soluciones técnico-económicas que permitan la materialización de la obra, y que generen un bajo nivel de impacto socio-ambiental. Es particularmente de interés el tratamiento del tema en sectores que pueden ser sensibles desde el punto de vista ambiental, como en el caso aquí presentado. En consecuencia, las medidas a adoptar deben contemplar acciones de cuidado ambiental, junto con el tratamiento técnico de la mitigación del proyecto.
Los conceptos de solución aplicados muestran varios ejemplos de interés, tales como: la interpretación del problema sobre la base de la aplicación del método observación y el retrocálculo de situaciones registradas; la definición de las acciones de mitigación aplicadas, y la secuencia de seguimiento de la respuesta del sistema a lo largo del tiempo; y la interacción entre la supervisión de obra y la empresa constructora para la toma de decisiones en conjunto, valorando en forma apropiada las alternativas técnico-económicas disponibles.
Es muy importante llevar a cabo el seguimiento de la solución propuesta, a fin de verificar el cumplimiento de las hipótesis formuladas en la etapa de diseño. Es una aplicación típica del método observacional. Es una práctica clásica en el tratamiento de problemas geotécnicos, permitiendo el reajuste del proyecto en función de la revisión de las hipótesis originalmente planteadas. Esta revisión puede implicar la verificación del comportamiento de la obra una vez construida, a fin de aplicar acciones correctivas con suficiente tiempo y recursos adecuados.
Finalmente, cabe señalar que se ha podido mostrar los efectos de las acciones de mitigación de los procesos de inestabilidad en la localización de trazas que afectan a los denominados “mallines”, evidenciando una guía para su aplicación en otros sectores del país con similares tipos de problemáticas.

Nuestro agradecimiento al personal  técnico  de  la  Dirección  Nacional  de  Vialidad,  por  su  permanente  predisposición  y aporte de experiencia a la consecución de los objetivos generales de la obra.