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El Proyecto carretero “Mitla -Tehuantepec II” en el contexto geológico del Estado de Oaxaca, México

Highway Project “Mitla-Tehuantepec II” in the geological context of the State of Oaxaca, Mexico

Adonai MARTINEZ1 y Luis GODINEZ2

1 ICA Construcción pesada2 ICA Construcción pesada

La Autopista Mitla-Tehuantepec será por sus dimensiones y estratégica ubicación una obra clave para el desarrollo regional. Esta comienza en los cruces de las carreteras de Oaxaca-Tehuantepec y termina en el Entronque Tehuantepec II en la carretera Juchitán-La Ventosa, y comunicará al centro del país con la productiva región sur-sureste del estado. Uno de los grandes retos en la construcción de esta vía es enfrentarse a uno de los rasgos geomorfológicos más prominentes del sur de México el cual consiste en una depresión alargada con relleno fluviolacustre, limitada en su parte central, hacia el oriente, por la falla de Oaxaca, en donde se intersecta con otra falla denominada Donají. Estas presentan una considerable complejidad petrográfica y estratigráfica, reflejada en la acreción de terrenos tectono-estratigráficos heterogéneos, caracterizados por diferentes complejos lito-estratigráficos y edades de emplazamiento. Por lo que la estabilidad de taludes de corte para este proyecto se considera un trabajo de ingeniería muy elaborado y complejo, ya que debido a la estratigrafía tan cambiante en tramos cortos, implica un análisis detallado para cada tipo de corte, proponiendo diversos métodos de estabilidad y de control de erosión.

ABSTRACT: The Mitla-Tehuantepec highway is for its size and strategic location a key work for regional development. This begins at cross roads of Oaxaca-Tehuantepec and ends in the Tehuantepec Junction II in Juchitán-La Ventosa road, and communicates the Midwest with the Southeast productive region of the state. One of the major challenges in the construction of this road is to face one of the most prominent southern Mexico geomorphological features which consists of an elongated lacustrine fluvial filled depression which at its center is limited to the east, by the Oaxaca fault; where it intersects another fault called Donají. These shows considerable petrographic and stratigraphic complexity, reflected in the heterogeneous accretion of land tectonostratigraphic complexes characterized by different litho-stratigraphic and age of emplacement. The stability of cut slopes for this project is considered a very elaborate and complex engineering job, since involves a detailed analysis for each type of cut analysis, proposing various methods of stability and erosion control due to the rapidly changing stratigraphy in short sections.

1 REGIONES GEOLÓGICAS PRESENTES EN EL TRAZO DEL PROYECTO CARRETERO 1.1 Composición geológica en la zona del Istmo de Tehuantepec En la estratigrafía de la zona sureste del país, particularmente la presentada en la Cuenca Salina del Istmo, existen estudios y levantamientos geológicos suficientes para definir la existencia de lutitas, arenas, areniscas, a veces conglomerados y muy escasas calizas.

Esa sucesión, por lo general, es bastante monótona y no permite definir formaciones características que se extiendan sobre áreas considerables. Los cambios de estratos se presentan con mucha frecuencia, siendo también irregulares. Habitualmente, las lutitas de una serie se parecen a las de la siguiente, y lo mismo puede decirse de otros tipos de roca.

Las épocas geológicas identificadas en estas zonas son las siguientes: Pleistoceno, Plioceno, Mioceno, Oligoceno y Eoceno; todas pertenecen al

Cenozoico. En este conjunto de formaciones se identifican arcillas de color gris a gris obscuro, lentes de arena y de grava, lutitas, generalmente muy suaves, intercaladas con capas de arena que varían de grano fino a grueso, identificando la misma casi exclusivamente de granos de cuarzo y pedernal blanco bastante angulares (Ortega F., y Gonzalez C.)

Es común observar también conglomerados de arcillas entre planos de estratificación, grietas de lodo (mud cracks) rellenas de arena cementada por óxido de fierro; además, se pueden visualizar capas de arenisca dura, bien cementadas, generalmente con un porcentaje alto de carbonato de calcio.

Las rocas metamórficas en la región de Tehuantepec comprenden grandes espesores de esquistos sericíticos, cuyo grado de metamorfismo puede considerarse como mediano, ya que se han encontrado, en algunas muestras, pequeñísimos cristales de pizarras negras, areniscas que no han sido metamorfizadas suficientemente para formar

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.

2 Título del trabajo

cuarcitas, y estratos del orden de 150 metros de espesor de calizas negras afaníticas, duras, con vetas blancas de calcita, arenosas y con abundante carbón y pirita; las calizas tienen un aspecto litológico muy semejante a las clasificadas como pérmicas. También, se encuentran mármoles de calizas semejantes y cuya edad no es posible determinar. Todas estas rocas metamórficas están sumamente plegadas y contorsionadas, pero se distinguen pliegues mayores orientados casi de este a oeste. (Contreras H.)

1.2 Composición geológica en la zona centro de Oaxaca La edad geológica predominante en la Sierra Madre del Sur es el Cenozoico volcánico, y la zona centro de Oaxaca muestra derrames andesíticos, riolitas, ignimbritas tobáceas y dacitas. Morfológicamente, constituyen sierras altas, lomas con pendientes abruptas y lomeríos de escasa elevación. Petrográficamente, están constituidas por plagioclasas, cuarzos, feldespatos, micas y ferromagnesianos alterados; la matriz tiene textura de grano fino con escaso desarrollo de zeolitas en fragmentos. (Calderón M. 2004.)

La estratigrafía de la zona central se encuentra representada por rocas calizas, una alternancia de lutitas, areniscas y depósitos de aluvión, cuyas edades varían del Cretácico Inferior al Pleistoceno. Ocasionalmente, existen conglomerados y tobas ácidas de color pardo a gris rojizo, de textura clástica, asimétrica, cementante calcáreo, semicompactas, formadas por cuarzo, plagioclasas, fragmentos de rocas ígneas andesíticas, vidrio y pedernal; se presentan seudoestratificadas en capas medianas. La figura 1 ilustra un corte con diversos planos de estratificación y la variación de materiales que componen al corte.

Figura 1. Talud de corte en donde se puede apreciar la diversa estratigrafía de la zona.

2 COMPLICACIONES GEOLÓGICAS EN LOS FRENTES DE CONSTRUCCIÓN2.1 Excavación de taludes en corteDurante la construcción del proyecto carretero Mitla - Entronque Tehuantepec II, se han venido pre-sentando diversos problemas constructivos, siendo uno de los más importantes los relacionados con la estabilidad de los cortes, ya que por las condiciones topográficas y geológicas de la zona montañosa donde se ubican estos tramos, se han presentado constantes caídos de bloques de roca y/o desliza-mientos de masas rocosas.

La zona que atraviesa el eje de proyecto de la carretera, ilustrado en la figura 2, se localiza en una región geológicamente compleja, esta característica es atribuida a la diversidad de los tipos de roca que se encuentran aflorando, así como a las características geológico-estructurales de la región, implícitamente ligadas a su evolución tectónica, lo cual se manifiesta con cambios litológicos de manera abrupta, producidos por el emplazamiento de rocas intrusivas, la segmentación de bloques de terreno con desplazamientos producidos por la dinámica de las fallas laterales, que regularmente llevan asociadas de manera secundaria, fallas normales y un mayor grado de fracturamiento de los macizos rocosos; ambas discontinuidades, conjuntamente, juegan un papel importante en la formación de zonas con un alto grado de inestabilidad.

Figura 2. Trazo de la carretera Mitla-Tehuantepec II.

El proyecto ejecutivo autorizado por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) está soportado con estudios geotécnicos y levantamientos geológicos de superficie, incluyendo también estudios de geofísica para los cuales se realizaron diversos tendidos a lo largo del trazo, conformado por 94 kilómetros de construcción nueva.

Con base en estos estudios, se diseñó el proyecto de estabilidad de taludes para cada uno de los tramos de construcción en los que está dividida la


-18.

19

,

3.92

-6.9

7,

17.5

6

6.98

,

-

17.7

2

14.9

1,

2.40

Estación 89+960Elevación Terr = 1785.24Elevación Subr = 1762.46

Talud 0.5H:1.0V

CL

(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al. 3

obra; de forma general, estos proyectos indican el uso combinado de taludes de 0.5H:1.0V para la parte inferior y de 0.75H:1.0V en la parte superior. El proyecto contempla realizar cambio de taludes a la mitad de la altura del corte (H/2); mientras que para cortes menores de 20 metros debe emplearse el talud de corte de 0.5H:1.0V. El proyectista consideró, con base en su criterio, combinar dos configuraciones de pendientes con el objeto de aumentar su factor de seguridad, ya que los taludes de corte muy altos y con estratigrafía variante son susceptibles de presentar deslizamientos. En la figura 3 se muestra una sección tipo del proyecto ejecutivo autorizado por la SCT.

Dentro de la recomendación de estabilidad en taludes establecida en el proyecto ejecutivo se considera, para la estabilización de los cortes, un tratamiento que consiste en la instalación de malla triple torsión, fijada con anclas cortas, así como la construcción de una contracuneta tipo murete aguas arriba del cero de corte. Dichas recomendaciones se han venido ejecutando, sin embargo, la diversidad estratigráfica y morfológica de la zona ha originado complicaciones en los procesos de excavación.

Figura 3. Sección constructiva de proyecto ejecutivo.

2.2 Seguimiento geológico en campoDurante el proceso constructivo de taludes en corte, en la etapa de excavación, se han presentado deslizamientos de material, los cuales originan atraso respecto al avance de obra y repercusiones económicas en los frentes de trabajo. Es así que el personal del departamento de Ingeniería de Sitio realiza recorridos en las zonas conflictivas para evaluar las afectaciones generadas por la inestabilidad de los cortes, la diversidad de materiales que los componen y agentes externos como el intemperismo y la erosión, tal como se muestra en la figura 4.

Los recorridos son realizados con el apoyo de una asesoría técnica en geología, la cual genera informes de detalle basados en las formaciones y afloramientos presentes en el sitio. Dichos informes

presentan la descripción general de los tipos de materiales presentes en la zona, indicando espesores de cada estrato, rumbo de los planos de estratificación, planos de falla y grado de intemperismo con base en el tiempo que la cara del talud de corte ha estado expuesta sin ningún tipo de tratamiento. Una vez presentado el análisis visual en el informe, es realizada una serie de recomendaciones para tratar el talud afectado y asegurar su estabilidad.

Figura 4. Corte con presencia de conglomerados de rocas sedimentarias en forma de canto, bajo una capa de material de depósito areno arcilloso.

Por otro lado, se han presentado infinidad de deslizamientos en los taludes de corte a lo largo del proyecto, la figura 5 muestra un ejemplo de ello, presentando comportamientos distintos en un rango de dimensiones muy amplio; sin embargo, cada uno conlleva un análisis distinto para proponer su estabilización enfocándose en las formaciones y discontinuidades propias de cada caso.

Figura 5. Deslizamiento de material en talud de corte.

3 PROPUESTAS DE ESTABILIZACIÓN IN SITU3.1 Descripción del proceso de análisis de los desplazamientos en taludes de corteDurante cada recorrido a los cortes afectados por deslizamientos de material, es tomada la información necesaria para concebir la propuesta de


RA

S=

1772

.83

RA

S=

1762

.46

RA

S=

1769

.40

RA

S=

1809

.40

RA

S=

1831

.50

CL

ESTACIÓN 89+960

Recargue de roca en la base del talud de corte

Siembra de especies vegetales o manto de

control de erosión

Drenes Transversales

Talud propuesto1.2H:1.0V

Terreno natural


estabilización, misma que garantice la seguridad de la excavación.

Para esto, los tipos de materiales presentes en el corte así como las zonas de estratificación y planos de falla son identificados realizando una descripción de las condiciones actuales del talud de corte, tal como aquella que fue presentada para el frente de excavación localizado en el subtramo 5 del proyecto, entre las estaciones 89+960 y 90+400, en donde se presenta un deslizamiento considerable afectado por una grieta de tensión ubicada en la parte alta del corte, y que geológicamente está constituido por una capa de roca tipo toba color café claro que, alterada, adquiere un color rojo claro cuando se transforma en suelo residual en la parte superior.

La toba sobreyace a una roca dacita color gris claro, la cual alcanza a aflorar en la parte baja del corte. Ver figura 6. El plano de falla se aprecia en el contacto de la toba con la roca dacita. También, se observa la presencia de una falla que atraviesa de lado a lado del camino en la porción media de la longitud del tramo excavado de este corte.

La falla provocó una zona de materiales cizallados, alterados y extendidos unos metros lateralmente en los taludes, y que constituye uno de los respaldos de cada uno de los deslizamientos identificados.

Figura 6. Zona de falla que afecta la toba y la dacita, en el corte localizado entre los km 89+960 y km 90+400.

3.2 Métodos de estabilización aplicados a taludes de corte falladosEl informe geológico de detalle realizado durante los recorridos de campo y un levantamiento topográfico del deslizamiento son tomados como base para determinar el tipo de tratamiento a ejecutar para la estabilización el corte fallado, para delimitar el derecho de vía requerido para la solución. Luego del proceso de datos, es realizado un análisis de estabilidad mediante un software, ver figura 7, el cual es alimentado con los datos de las propiedades físico-mecánicas de los materiales identificados en el sitio; a la par de la propuesta geométrica que

permita garantizar la estabilidad del corte en estudio. Para el caso del corte del Km 89+960, es manejada como propuesta de estabilización el abatimiento de la pendiente del talud de corte de proyecto (0.5H:1.0V) a una configuración de 1.2H:1.0V, descargar el material de la parte superior del corte y colocar drenes transversales sobre la cara del talud de corte, con longitudes de 6 a 9 metros en un patrón 6x6 a tresbolillo. Para completar el drenaje y la estabilización del corte, se sugiere recargar material de enrocamiento al pie del talud de corte ya abatido, ubicando el nivel de desplante del enrocamiento al menos 2 metros en la roca dacita, ya que se estima que el plano de falla es el contacto con la toba que sobreyace. Adicionalmente se recomienda cubrir la superficie del talud abatido con un geotextil que induzca la reforestación con el fin de evitar la erosión progresiva de la superficie del talud.

Esta propuesta de solución es plasmada en un plano, el cual contiene una vista en planta marcando los nuevos ceros del corte y los límites de derecho de vía, así como las secciones transversales de construcción en donde se aprecia la nueva geometría del talud. Ver figura 8.

Figura 7. Análisis de estabilidad de un corte, con el uso de software especializado.

Figura 8. Sección transversal con la propuesta de solución para el deslizamiento del corte localizado entre las estaciones 89+960 y 90+400.


Toba

Dacita

(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al. 5

Así como el método de estabilización empleado en el corte del km 89+960, existen muchos ejemplos más a lo largo del trazo, en donde las propuestas de solución emitidas por el Departamento de Ingeniería de Sitio de la Constructora MT de Oaxaca son variables y se adecuan a las características de cada corte.

Se ha contemplado el abatimiento de los taludes de proyecto en los diferentes métodos para estabilizar los cortes afectados, ya que al disminuir la pendiente del talud, disminuyen las fuerzas actuantes y adicionalmente el círculo crítico de falla se hace más largo y más profundo aumentando, de esta manera, el factor de seguridad. Hay cortes en los que se requiere proyectar taludes de pendiente combinada, debido a que la resistencia al cortante y calidad de los materiales varía de acuerdo con la profundidad de la excavación. Además del abatimiento de taludes, siempre se hace la recomendación de colocar drenes transversales sobre la cara del corte con el objeto de reducir el peso de la masa y al mismo tiempo aumentar la resistencia del talud, al disminuir la presión de poro.

En algunos otros cortes en donde se presentan diversos planos de estratificación se ha hecho uso de un sistema de bermas intermedias en los sitios de cambio de pendiente y en los sitios donde se requiere garantizar un factor de seguridad adecuado contra deslizamiento. En los cortes que presentan zonas de roca alterada, tales como tobas, brechas e ignimbritas muy fracturadas dispuestas en secuencia más o menos horizontal seudoestratificada, se propone colocar como protección superficial malla electrosoldada y concreto lanzado anclado al terreno por medio de barras de acero de fricción de 3 metros de longitud y 1” de diámetro. Ver figura 10.

Cuando la opción del concreto lanzado no es viable por cuestiones de obra y construcción, se recomienda dejar una banqueta de 1.5 a 2.0 metros de ancho al pie del corte y colocar un muro alcancía de gaviones de 2.0 a 3.0 metros de altura, cubriendo la superficie del talud con malla triple torsión. Ver figura 9 y 11.

Figura 9. Colocación de malla triple torsión sobre talud de corte.

Figura 10. Taludes de corte estabilizados con anclas de fricción, malla electrosoldada y concreto lanzado.

Figura 11. Implementación de muro alcancía hecho de gaviones.

4 CONCLUSIONES

En el territorio oaxaqueño, y en específico en las regiones donde se construye la carretera Mitla-Tehuantepec II, de forma general se destaca por su estructura interna, las morfoestructuras masivas, plegadas, de bloques en plegamientos y en monoclinales, de estructura brechosa y caótica, y otras; mientras que por su posición con respecto al plano horizontal y a las unidades circundantes, se dividen en basculadas, inclinadas, escalonadas, arqueadas, trenzadas y otras. Dada la heterogeneidad litológica de los basamentos y de la estructura específica del relieve se han determinado más de 80 tipos de morfoestructuras.

El proyecto carretero Mitla-Tehuantepec, es sin lugar a dudas, un proyecto en donde la estabilización de taludes es una actividad que se lleva día a día, aplicando las técnicas tradicionales en combinación con los métodos innovadores de nuestros tiempos, interactuando con la geología tan variante y con la topografía agreste que la Sierra Madre del Sur nos presenta, reto que pone a prueba



a la ingeniería geotécnica, pero a su vez, nos brinda nuevos conocimientos y experiencias.

Con el desarrollo de este tipo de proyectos, se deben considerar todos los riesgos inherentes a su terminación; ellos pueden ser estudios complementarios para minimizar afectaciones por fenómenos meteorológicos (huracanes y fuertes lluvias), sismológicos, financieros y sociales.

Habría entonces que tomar en cuenta desde las etapas de oferta, estudios técnicos que permitan conocer a detalle los materiales que se atravesarán para alojar la sección geométrica del camino.

Sin duda la topografía y geología del estado de Oaxaca así como la susceptibilidad sísmica de la zona, sin dejar de lado el aspecto social, son las condicionantes de mayor peso en el diseño y construcción de este proyecto carretero.

REFERENCIAS

Calderón M. “Mineralogía, petrografía y química de las rocas volcánicas zeolitizadas del estado de Oaxaca: implicación económica”, Tesis para obtener el grado de maestría, ESIA Ticomán, IPN, 2004, pp. 23-28 México D.F.

Contreras H. “Reseña de la geología del sureste de México”, Boletín de la Asociación Mexicana de Geólogos Petroleros, Excursión C7, pp. 408-432 Coatzacoalcos, Veracruz.

Estabilidad de Taludes, J. I. (2012). Informe Ejecutivo para Estabilización de Taludes para Subtramos. México D.F.: Información Interna Constructora MT del Subtramo en estudio.

Ortega F. y González C. “Una edad cretácica de las rocas sedimentarias deformadas de la sierra de Juárez, Oaxaca”, Revista del Instituto de Geología 6, 1:100-101, Universidad Nacional Autónoma de México.


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