Evaluación y seguimiento geotécnico de taludes-Autovía de montaña variante Costa Azul, Córdoba, Argentina

*Por Agustín Balbis y Juan P. Cerutti, de la empresa Abya Terra S.R.L, Córdoba, Argentina
balbis.agustin@gmail.com

RESUMEN
Las obras viales emplazadas en ambientes de montaña demandan la ejecución de importantes excavaciones en las laderas naturales para alcanzar la rasante del proyecto. Esta situación, puede alterar significativamente las condiciones de estabilidad de los macizos rocosos afectados. En este sentido, los fenómenos de desprendimientos de rocas son un riesgo importante a considerar debido a los daños físicos, materiales y económicos que pueden causar a los usuarios, comunidades aledañas y al estado.
En el presente artículo, se detallan las evaluaciones y tareas de seguimiento geotécnico de taludes, desarrolladas en el marco del proyecto de autovía de montaña Variante Costa Azul (Córdoba, Argentina). Entre las principales tareas realizadas se destacan: inspecciones visuales de campo, vuelos aerofotogramétricos, simulaciones de proyecciones de rocas y valoraciones del riesgo por caídas de rocas.
Se resalta la importancia del seguimiento continuo de taludes mediante evaluaciones expeditivas basadas en índices de riesgo. Los procesos de inestabilidad reconocidos, consisten principalmente en fenómenos de caídas de bloques. El efecto combinado de las lluvias y las propiedades geomecánicas de los macizos, constituyen los principales factores condicionantes de las inestabilidades.

Introducción
El riesgo geológico se define como un peligro potencial para la vida y las propiedades hu-manas. Esta
definición implica que un evento natural, independientemente del nivel de daño, no debe considerarse riesgoso si no hay posibilidad de accidente, es decir, la presencia humana transforma un evento en un riesgo. La posibilidad de que ocurran accidentes, inducidos por la actividad humana o no, pone en peligro a las personas y propiedades involucradas. En estos términos, una situación de riesgo solo se caracteriza si los eventos geológicos están vinculados a circunstancias sociales y económicas (Castilho et al. 2019).
Los fenómenos de desprendimientos o caídas de rocas en trazados viales de montaña son un riesgo importante a considerar debido a los daños físicos, materiales y económicos que pue-den causar a los usuarios, comunidades aledañas y al estado. Las vías lineales de transporte (rutas, autopistas y ferrocarriles) emplazadas en ambientes de montaña, se caracterizan por la necesidad de realizar excavaciones en las laderas naturales a los efectos de ajustar el nivel de rasante del proyecto. Esta situación puede alterar significativamente las condiciones de estabilidad natural de un macizo, debido a la modificación de los estados tensionales, el cambio del régimen hidráulico, la conformación de pendientes superiores a las de equilibrio, la falta de mantenimiento en el tiempo, entre otros; generando un peligro latente para los usuarios.
El presente artículo, tiene como objetivo exponer los resultados de las evaluaciones y tareas de seguimiento geotécnico de taludes, desarrolladas en el marco del proyecto de autovía de montaña Variante Costa Azul (Córdoba, Argentina). Se pretende demostrar la utilidad de un procedimiento de trabajo combinado, que comprende la realización de inspecciones visuales de campo, vuelos aerofotogramétricos, simulaciones de proyecciones de rocas y valoracio-nes del riesgo por caídas de rocas (RHRS – Rockfall Hazard Rating System).
Con los relevamientos periódicos de taludes se hace un seguimiento de los mismos, para evaluar el
comportamiento y condición geomecánica de los macizos rocosos durante la vida útil de la obra. Además, mediante la aplicación de herramientas específicas para la valoración del riesgo por caídas de rocas, se busca establecer una línea de base que refleje el grado de peligrosidad actual, que sirva de referencia para la evaluación de condiciones de estabilidad a futuro, como así también, la planificación de tareas de seguimiento y mantenimiento.

Ambiente geológico y descripción del proyecto
La obra atraviesa el cordón montañoso de la Sierra Chica, ubicado en la provincia de Córdo-ba, Argentina (Figura N° 1). El ambiente geológico del emplazamiento se corresponde con el flanco occidental abrupto de la sierra mencionada. En la zona de interés, la geología está representada por rocas del Complejo Metamórfico La Falda. Según Martino et al. (2011), este complejo litológico está constituido en su mayor parte por paragneis con intercalacio-nes de ortogneis tonalítico, en porcentajes estimados 80-20% respectivamente. El basamen-to metamórfico se encuentra severamente afectado por la falla de la Sierra Chica, que se caracteriza por ser una estructura regional de carácter inverso, rumbo general N-S y plano buzante al E (35º-60º E).
El tramo bajo estudio incluye once taludes distribuidos en 2,9 km de trazado, entre las Pk. 4+250 y 7+150. La traza vial construida tiene las características de una autovía, formada por una calzada con cuatro
carriles. La sección transversal típica de diseño demandó un ancho de coronamiento del or-den de los 20m, lo cual implicó la ejecución de perfiles a media ladera, con la conformación de terraplenes y la excavación de taludes sobre el terreno natural.
Los taludes excavados en roca presentan alturas máximas del orden de 50m. El perfil tipo consiste en taludes parciales de 10m de altura y pendiente 1V:1H, separados por bermas subhorizontales de 4m de ancho. En virtud de las condiciones geomecánicas detectadas du-rante la excavación de los mismos, en algunos tramos se implementaron acciones adiciona-les para conservar la estabilidad, tales como: revestimiento de pisos de bermas, ejecución de cunetas de guarda, recubrimientos con shotcrete, grillas de anclajes pasivos y muros de pie, entre otros.
Los materiales expuestos en las excavaciones, evidencian una alta heterogeneidad y complejidad de los macizos rocosos en términos de calidad geomecánica. Estas condiciones, son consistentes con la historia tectónica del complejo litológico implicado, el cual se desarrolló en un ambiente intensamente afectado por esfuerzos de cizalla.

Materiales y métodos
La evaluación y seguimiento geotécnico de taludes, implicó la realización de relevamientos de campo mediante inspecciones visuales y vuelos aerofotogramétricos, simulaciones de proyecciones de rocas y valoraciones del riesgo por caídas de rocas.
En el transcurso de la construcción de la obra, como así también, en la fase inicial de servi-cio, se realizaron relevamientos de campo mediante inspecciones visuales y vuelos aerofo-togramétricos con Drones. Con la información recabada en las campañas y procesada en gabinete (ortofotos y fotomosaicos frontales), se realizaron análisis multitemporales de imágenes, prestando atención a los siguientes aspectos: análisis del patrón de discontinuida-des, identificación de grietas de tracción, degradación progresiva de los
frentes rocosos por efecto del agua de escurrimiento, deterioro de obras de drenaje, control de
materiales depositados en pisos de bermas e identificación de procesos de roturas locales y globales.
Los análisis de proyecciones de rocas, se realizaron con un modelo computacional para eva-luar el
comportamiento cinemático de bloques rocosos. Este modelo de partículas (Lumped Mass Model), está basado en análisis estadísticos y se emplea para evaluar el riesgo de despren-dimientos de rocas en taludes en 2D. Los resultados que se pueden obtener con el modelo de trayectorias de bloques consisten en: energía de impacto, velocidad de desplazamiento de rocas, altura de rebote y localización final de las rocas desprendidas. Este último aspecto, fue especialmente analizado para valorar la eficiencia de los elementos de captación de bloques.
La evaluación del riesgo por caídas de rocas se realizó mediante la aplicación de la metodo-logía RHRS (Rockfall Hazard Rating System) propuesta por Pierson et al. (1990). La misma consiste en valorar doce parámetros referidos a características generales del talud y del trazado vial, que sumados, permiten
clasificar al talud según el riesgo de caídas de rocas.
Los parámetros involucrados en el método son los siguientes: altura del talud, efectividad de los
elementos de recepción de bloques, riesgo medio vehicular (AVR), porcentaje de visibilidad frente a
distancia de reacción, ancho de calzada, geología, tamaño de bloques/volumen de rocas por evento, clima y presencia de agua e historia de caídas de bloques. La metodología para la valoración de los parámetros se encuentra publicada en Hoek (2007).
El puntaje obtenido con RHRS, estará indicando el nivel de riesgo del talud y, por ende, la necesidad de realizar acciones de mitigación. Se considera riesgo bajo a la puntuación RHRS < 300, riesgo alto cuando RHRS > 500 y riesgo medio si 300 < RHRS < 500.

Resultados y discusión
Inspecciones visuales y vuelos aerofotogramétricos
Las tareas de seguimiento de campo, permitieron realizar un adecuado monitoreo de la evo-lución
geotécnica de los taludes. Los procesos geotécnicos detectados, con mayor frecuencia se vinculan a
fenómenos de caídas de rocas, que involucran bloques de tamaños centimétricos a métricos. Se ha
detectado, que dichos procesos se activan mayormente durante los períodos de lluvias esti-vales, con eventos extremos o en los días posteriores a los mismos. En la Figura N° 2 se ilus-tran los procesos
mencionados.

Análisis de proyecciones de rocas
Las simulaciones de trayectorias de rocas permitieron analizar el comportamiento cinemáti-co de
potenciales bloques desprendidos del macizo y la efectividad de los elementos de captación (cunetas de pie y bermas). En la Figura N° 3 se expone a modo de ejemplo, un resultado del análisis de proyecciones.
En general, se pudo determinar que las bermas y cuneta de pie de los taludes demuestran aceptable efectividad en términos de retención y captación de bloques. Sin embargo, en casos puntuales, algunos bloques han superado el borde de calzada.

Valoración del riesgo por caídas de rocas
En la Tabla N° 1 se expone un ejemplo de valoración de parámetros RHRS para tres taludes de la obra. En la Figura N° 4 se detallan los resultados finales para la totalidad de los talu-des. De esta última, se
desprende que dos taludes (barras amarillas) alcanzan una condición de riesgo medio (300 < RHRS < 500), en tanto que el resto (barras verdes), muestran bajo riesgo (RHRS < 300).

Discusión
Los resultados generados y presentados para el caso bajo estudio, representan una condición de base para futuras evaluaciones. En efecto, no se descarta que a mediano o largo plazo se produzcan
modificaciones de los índices estimados.
Garnica Anguas y Perez García (2012), plantean que, de no realizarse seguimientos periódi-cos de los
taludes carreteros, con sus respectivas medidas de conservación, a medida que transcurre el tiempo de exposición de los cortes el incremento del riesgo de accidentes debido a remo-ción y caída de materiales desde los taludes aumenta significativamente.
Un ejemplo de lo anterior en el caso presentado, lo constituye la acumulación de bloques y detritos en los pisos de bermas, los cuales impiden el normal escurrimiento del agua y dis-minuyen la capacidad de retención. Con lo cual, se debe tener en cuenta que, de no ejecu-tarse tareas de limpieza y mantenimiento periódico, los índices de peligro RHRS valorados inicialmente pueden incrementarse en el tiempo,
alcanzando situaciones no deseadas.

Conclusiones
Las tareas de seguimiento geotécnico de taludes permitieron generar una base de datos representativa del estado inicial de los taludes. Mediante la secuencia de estudios plantea-dos, se pudo comprender el comportamiento geomecánico de los taludes y planificar estra-tegias de mantenimiento y la definición de lineamientos para futuros monitoreos.
La jerarquización de taludes basada en niveles de riesgo permite identificar preliminarmen-te los cortes más “peligrosos”, que deberían ser sometidos a análisis geotécnicos rigurosos, orientados al diseño de acciones de mitigación y control de inestabilidades. Definir el riesgo de acuerdo con la metodología
empleada, resulta una tarea sencilla, que puede ser llevada a cabo rutinariamente por las empresas
concesionarias viales u otras instituciones encargadas de la gestión y mantenimiento de los taludes de corte en vías de transporte.
Las inestabilidades identificadas, tienden a manifestarse en los períodos anuales de mayor humedad
(entre diciembre y marzo). Las precipitaciones pluviales estacionales y las características
geológicas-geotécnicas de los macizos rocosos implicados constituyen los principales facto-res
condicionantes de los fenómenos de inestabilidad.

Agradecimientos
Se agradece al personal de la empresa concesionaria vial Caminos de la Sierras S.A., por autorizar la
publicación de este artículo.

Referencias
Castilho, L.M.N., Saito de Paula, M., Campanha, G.A.C., Cunha, M.A. (2019). Rockfall risk along highways – A Case Study in the Serra do Mar mountain range (Sao Paulo, Brazil). 14th International Congress on Rock Mechanics and Rock Engineering (ISRM 2019), Foz Do Iguassu, Brazil, 13-18 September 2019.
Garnica Anguas, P. y Perez García, C. (2012). Metodología para la Gestión de Cortes Carre-teros. Instituto Mexicano del Transporte. Publicación técnica N°370. Sandfadila, Queréta-ro, México.
Hoek, E. (2007). Practical Rock Engineering. North Vancouver, British Columbia, Canada: Evert Hoek Consulting Engineer Inc.
Martino, R.D., Carignano, C.C. y Guereschi, A.B. (2011). Influencia de la tectónica Preandina sobre la tectónica Andina: El caso de la falla de la Sierra Chica, Sierras Pampeanas de Córdoba. 18º Congreso Geológico Argentino, Actas: 204-205, Neuquén.
Pierson, L.A., Davis, S.A. and Van Vickle, R. (1990). Rockfall Hazard Rating System Implemen-tation Manual. Federal Highway Administration (FHWA). Report FHWA-OR-EG-90-01. FHWA, U.S. Department of Transportation.