Zonificación de corredores viales – Hillslope Quality Index (HSQI)

¿Sabes qué es HSQI?

En nuestra compañía estamos implementando la metodología de análisis HSQI (Hillslope Quality Index), que es un sistema de clasificación que permite obtener un indicador de estabilidad y su susceptibilidad a la ocurrencia de movimientos en masa en laderas asociadas a corredores viales de zonas montañosas. El análisis genera un modelo de zonificación sistemático a lo largo de la vía ofrece datos cercanos al comportamiento real de la estabilidad de la ladera en cuanto a potenciales deslizamientos, considerando el uso combinado de factores geológicos, geomorfológicos, hidrológicos y geomecánicos.

Como dato interesante, es importante mencionar que esta metodología es aplicable a proyectos lineales en general (carreteras, ferrovías, canales, conducciones, etc.) y en cualquiera de sus etapas (planeación, construcción y / u operación) de corredores viales realizando validaciones y recomendaciones para sistemas de tratamiento en las laderas, en función de la importancia del proyecto lineal. La metodología HsQI ofrece datos cercanos al comportamiento real de la estabilidad de la ladera en cuanto a potenciales deslizamientos, considerando diferentes condiciones de geometría y nivel freático, tanto para casos de ruptura plana como circular.

Así funciona la metodología HSQI

La zonificación del corredor vial se hace mediante la construcción de secciones de análisis sistemáticas, localizadas a lo largo de la vía sobre aquellos sectores que involucren la construcción de un talud o de un terraplén. El posicionamiento de la secciones y su delimitación trasversal estará condicionado por las características del diseño geométrico de la vía y por la configuración geomorfométrica de las laderas involucradas, estableciendo así las porciones de ladera donde se presentarán variaciones en la estabilidad geotécnica, como respuesta directa a la construcción del proyecto vial.

En cada una de las secciones se deben definir las condiciones de análisis para la obtención del índice HSQI, de acuerdo con la presencia de procesos morfodinámicos y la dinámica del flujo de los niveles freáticos presentes. Establecidas estas condiciones, se pueden aplicar los modelos físicos involucrados en la metodología, los cuales están determinados para dos mecanismos de ruptura posibles: macizos homogéneos de suelo o roca fuertemente intemperizada con mecanismos de ruptura no controlados estructuralmente (falla circular) y controlados estructuralmente (falla planar).

Las ecuaciones del modelo físico para los dos casos de ruptura están propuestas en función de las propiedades morfométricas del terreno (altura y pendiente de la ladera), los parámetros de resistencia del suelo o roca que conforman la ladera (ángulo de fricción, cohesión, peso específico) y las características del diseño del corredor vial (configuración geométrica de la rasante, taludes y llenos), involucrando así las características geológicas, geomorfológicas y geomecánicas del terreno. Adicionalmente, para mejorar el sistema de clasificación, se introdujo la influencia del clima como factor detonante, considerando la precipitación promedio mensual de la zona representada por el parámetro de humedad del suelo (Sh) del Método Mora y Vahrson (1994) que permite representar la posición del nivel freático en relación con la altura de la ladera y la influencia de régimen de lluvias en la zona de estudio.

Mediante el cálculo de funciones y la utilización de ábacos establecidos dentro de la metodología, se obtiene un valor de HSQI para cada sección de análisis, los cuales son indicativos de la susceptibilidad ante la ocurrencia de movimientos en masa para cada sector analizado de la vía. Finalmente, la zonificación a lo largo del corredor se realiza según la categorización de valores establecida para espacializar la susceptibilidad

Gráfico de desempeño como un plus al análisis de zonificación

En el modelo se introdujo un factor para corregir la altura de análisis en función de la importancia de la vía proyectada o construida (según el tipo de vía y la previsión de flujo vehicular), con el fin de obtener criterios para la optimización de sistemas de tratamiento y sostenimiento según la susceptibilidad obtenida con el índice de calidad de la ladera. Este Factor de Corrección (FC) fue establecido conforme a los criterios establecidos dentro de las evaluaciones geomecánicas de excavaciones según el uso previsto y el grado de solicitación exigido al sistema de soporte para garantizar su estabilidad (Barton, Lien, & Lunde, 1974)

De acuerdo con los valores de HsQI obtenidos y el FC establecido, se pueden hacer recomendaciones de estabilización y drenaje según el gráfico de desempeño mostrado en la siguiente figura. Estas recomendaciones permiten al propietario del proyecto realizar estimaciones de costos, validar diseños, establecer planes de mantenimiento, etc.

Cada zona del gráfico tiene recomendaciones asociadas, las cuales van desde control de erosión e instalación de drenajes (susceptibilidad baja), instalación de concreto lanzado, geosintéticos, y muros en concreto (susceptibilidad media), hasta bermas, cortinas ancladas y sistemas de protección contra caída de material (susceptibilidad alta)

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 ¿Cuál es nuestra oferta de valor?

Dentro de la industria a nivel nacional se ha detectado una ausencia de métodos analíticos que permitan establecer el conocimiento del estado de susceptibilidad y amenaza ante la ocurrencia de movimientos en masa de manera sistemática en corredores lineales, considerando que estos deben ser enfocados a la valoración del riesgo, la planificación de obras de infraestructura, la validación de tratamientos de sostenimientos y el establecimiento de criterios técnicos para la administración y aseguramiento de proyectos durante las etapas de construcción y operación.

Como solución a esto, nuestra compañía ha adoptado e implementado el modelo de zonificación de corredores lineales/viales determinado por la metodología HSQI. Recordemos que la metodología, además de proporcionar una zonificación sistemática de la susceptibilidad, también permite realizar validaciones y recomendaciones para sistemas de tratamiento en las laderas, en función de la importancia del proyecto vial, y permite establecer elementos para una aproximación del conocimiento del riesgo en las laderas intervenidas a o a intervenir.

De acuerdo con lo anterior, la implementación combinada del modelo HSQI con los diferentes conceptos y análisis para la gestión del riesgo y la evaluación de proyectos, proporciona la obtención de lo siguiente:

• Conocimiento del riesgo económico asociado a la funcionalidad de las estructuras. La zonificación HsQI entrega el insumo de amenaza/susceptibilidad cuantificada de manera que el cálculo del riesgo geotécnico asociado al funcionamiento de la vía es directo. Dicho riesgo, especializado a lo largo del corredor, es un insumo importante para la definición de estrategias de planificación y ajuste de seguros
• Conocimiento de la probabilidad de pérdidas de vida ante la ocurrencia de un evento. Acoplando apropiadamente las variables de tránsito, el modelo HsQI les permitiría a los administradores de la vía, estimar la probabilidad de ocurrencia de accidentes fatales derivados de falla probable de taludes y su localización.
• Conocimiento de la vulnerabilidad de las comunidades asentadas en inmediaciones. A lo largo de los corredores viales se asientan viviendas y diferentes tipos de edificaciones (industriales, educativas, hospitalarias…), cuya interacción con la vía puede generar situaciones de afectación unidireccional (de la vía hacia la edificación o al revés) o bidireccional. En el primer caso, por ejemplo, los manejos de aguas servidas de las edificaciones pueden modificar las condiciones de estabilidad de los taludes o las aguas conducidas por la vía pueden afectar la estabilidad de las laderas aledañas. Estas interacciones pueden ser mejor entendidas con una interpretación criteriosa del resultado del HsQI, generando recomendaciones de acciones hacia las personas, entidades y comunidades asentadas en la zona de influencia geotécnica directa del corredor vial.
• Optimización de los planes de mantenimiento durante operación. Las zonas en las que el modelo HSQI indica alta susceptibilidad a deslizamientos o simplemente índices de desempeño por debajo de los criterios especificados por el usuario, pueden ser atendidas de manera prioritaria enfocando los recursos de mantenimiento con las prioridades adecuadas. De esta manera, se optimiza la inversión y se planifica mejor el proceso de intervención física en la vía.
• Para proyectos en etapas de planeación, estudios y diseños, el modelo HSQI entrega una imagen que indica las zonas en donde probablemente ocurrirán las mayores inversiones en programas de exploración y en sistemas de soporte que son los rubros que suelen tener impactos importantes en los presupuestos de diseño y construcción. Conocer esta información anticipadamente y, además, poder identificar el sitio en el corredor vial en el cual ocurrirá, mejora la confiabilidad de los pliegos de licitación y facilita, en la etapa de construcción, el control de la inversión y la evaluación del desempeño de los contratistas constructores.

En la actualidad, Integral S.A. es la única empresa de ingeniería que se encuentra desarrollando aplicativos y ofreciendo análisis como los mencionados anteriormente, enfocados a proyectos viales. Esto es posible gracias a la trayectoria de la empresa y a la capacidad técnica, científica y tecnológica con la que cuenta.

– Laura Ortiz Giraldo es ingeniera civil de la Universidad de Medellín con 6 años de experiencia en el modelamiento a través de sistemas de información geográficos y lenguaje de programación Python para la automatización de procesamiento de la información geográfica; la identificación básica de proyectos hidroeléctricos, en la formulación y evaluación de trámites y permisos ambientales de estudios de prefactibilidad, diagnóstico ambiental de alternativas y estudios de impacto ambiental y análisis de amenaza por movimientos en masa.