Geotecia en el terreno kárstico del Tren Maya, México

El proyecto del Tren Maya es el desarrollo más importante de infraestructura de México. Consiste en la implementación de un ferrocarril dividido en 7 tramos para transporte de pasajeros y mercancías, en busca de mejorar las comunicaciones mexicanas. 

Desde el año 2020, en GOC junto a Proyeco, desarrollamos diversos proyectos para el Consorcio AZVINDI dentro del Tramo 3, Calkiní – Izamal, que conectará los estados de Campeche y Yucatán, recorriendo desde el Paradero Calkiní en el municipio de Escárcega hasta la estación Izamal.  

Este proyecto ha tenido una especial relevancia para nuestro equipo geotécnico, que se ha enfrentado a los retos que plantea el terreno kárstico de la zona, caracterizado por las formas originales del relieve producidas en rocas fácilmente solubles, formas negativas y drenaje subterráneo. La campaña geotécnica integral ha sido clave para garantizar la seguridad del proyecto en el complejo terreno. 

¿Cómo comenzamos el estudio geotécnico? 

Una de las partes importantes en cualquier estudio geotécnico es la identificación de los riesgos que pueden tener un impacto directo o indirecto en el proyecto, entre estos riesgos se encuentran por ejemplo el de inundación, sísmico, expansividad del terreno, etc., y el kárstico. Este último se evalúa en función de las litologías presentes y la detección de morfologías relacionadas en la zona. 

Cuando trabajamos en una zona en la que se asume un riesgo de kársticidad alto, como en la zona del proyecto en cuestión, es necesario plantear una campaña conforme a ello, y esta problemática tiene un alto condicionante en zonas como la Península del Yucatán, México. 

Para el estudio geotécnico de la peligrosidad kárstica a lo largo del trazo, enfocamos el análisis desde dos sistemáticas. Por un lado, realizamos una campaña geofísica basada en los mapas de riesgo kárstico elaborados y, en paralelo, otra geofísica, basada en las exploraciones de campo efectuadas por las brigadas de geólogos. 

Para el desarrollo de los trabajos expuestos seguimos un proceso cronológico, en el que analizamos en diferentes etapas los riesgos kársticos existentes, confirmando en cada una de ellas la presencia o ausencia de cavidades y tomando las medidas pertinentes para garantizar que no se afectaran cuevas en el trazo proyectado. 

¿Qué pasos seguimos para conseguir un trazado sin riesgo kárstico? 

En la siguiente figura mostramos el esquema de los diferentes pasos seguidos, para conducir al objetivo final: la verificación de la no afección de riesgos kársticos al trazo proyectado y la garantía de solución de las cavidades localizadas. 

Para la elaboración de los mapas de riesgos kársticos, realizamos una fotointerpretación y un procesado Lidar de todo el trazo. En la siguiente imagen presentamos el resultado del Lidar en una de las zonas de estudio, donde el trazo atravesaba un gran cenote.  

Posteriormente, procesamos las zonas en las que existía una depresión de al menos 1.0 m de profundidad, así como aquellas donde observamos depresiones de al menos 2.0 m de profundidad. De esta manera, obtuvimos una visualización de la karstificación en superficie. En la siguiente imagen se muestra esta representación sobre la zona analizada con Lidar.

Con base en estas herramientas, realizamos un recorrido de todo el trazo con especialistas en cartografía geológica, prestando especial atención a las zonas con indicios de karsticidad detectadas en el Lidar y verificando in situ si los relieves interpretados correspondían realmente a formaciones kársticas.
Una vez detectadas las zonas con formaciones kársticas en áreas calificadas como de riesgo bajo, procedimos al diseño de la segunda fase de prospección geofísica mediante TRE. Ejecutamos pruebas en todas las zonas con formaciones kársticas y, realizamos perfiles de TRE de manera aleatoria en zonas donde no habíamos identificado la presencia de procesos kársticos en superficie, tal como se refleja en el siguiente esquema.

 
Tras la ejecución de la campaña de TRE, procesamos los datos, detectando un conjunto de anomalías de resistividad con picos tanto resistivos como conductores. Estos picos pudieron deberse a diversas configuraciones geológicas, dentro de las cuales también se consideró la posible existencia de cavidades.
Seleccionamos todas las anomalías resistivas y conductoras que podrían corresponder con cavidades, y sobre estas anomalías diseñamos la denominada Fase III de investigación geofísica. En esta fase, se ejecutamos perfiles de georradar para definir con precisión si las anomalías detectadas en la geofísica coincidían con anomalías en el georradar, lo que indicaría una mayor probabilidad de la existencia de una cavidad. En los casos en los que las anomalías coincidían, procedimos a la siguiente fase del estudio, mientras que la ausencia de confirmación mediante georradar descartó la existencia de cuevas, tal como se ilustra en el siguiente esquema.

 
De manera paralela, llevamos a cabo un estudio de estabilidad de las potenciales cavidades existentes según los estudios geofísicos realizados. Este estudio consistió en un análisis mediante elementos finitos para evaluar la estabilidad de las cavidades en función de su tamaño y profundidad. Además, y con base en las investigaciones geotécnicas efectuadas para el estudio del trazo, realizamos una caracterización geotécnica del macizo rocoso, que sirvió como base para la modelización del estudio mediante elementos finitos.
A partir de este análisis de estabilidad, logramos discriminar las anomalías que correspondían a cuevas pero que eran estables una vez construido el ferrocarril, por lo que no suponían un peligro a largo plazo. Asimismo, identificamos aquellas anomalías en las que, en caso de corresponder a cavidades, podrían representar un riesgo para la estabilidad del trazo proyectado debido a su potencial colapso a medio-largo plazo.
En la siguiente gráfica se presenta el resultado de este estudio para el tramo 3 del Tren Maya, se puede observar que las cavidades situadas a la derecha de la curva eran potencialmente inestables, mientras que las ubicadas a la izquierda se consideraron estables frente a la construcción del ferrocarril.

 
La siguiente fase de estudio consistió en el diseño de una campaña intrusiva de prospección. En esta etapa, ejecutamos sondeos de tipo mixto y sondeos de avance controlado (SAC) en todas y cada una de las anomalías que podrían corresponder a cavidades potencialmente inestables debido a su profundidad y tamaño. Estos sondeos permitieron confirmar si las anomalías correspondían efectivamente a cavidades o si, por el contrario, se trataba de otro tipo de configuración geológica y estructural.
Complementamos esta fase de estudio con una nueva campaña de perfiles de georradar paralelos a los anteriores en las zonas de anomalías confirmadas, con el objetivo de proyectar en la superficie del terreno el área de la cavidad detectada, en caso de confirmarse su existencia.
El resumen de estas actuaciones se presenta en el siguiente esquema.

En caso de confirmación de cavidades, tal como se muestra en el esquema anterior, en la fase de estudio final realizamos un análisis individualizado de cada caso, en busca de definir una solución definitiva que garantizase la ausencia de problemática kárstica durante la vida útil de la obra proyectada. 

Gracias a esta metodología integral, hemos logrado mitigar los riesgos kársticos en el Tramo 3 del Tren Maya, garantizando la estabilidad del trazado y la protección del entorno natural. Este enfoque demuestra la importancia de la geotecnia en proyectos de infraestructura en terrenos complejos.