Estabilidad de taludes en Permafrost en zonas tropicales de alta montaña: caso de estudio, Cerro Chajnantor

Abstract

Junto con la continua expansión demográfica y de infraestructura hacia la alta montaña, existe un potencial creciente de desastres naturales y sus consecuentes pérdidas sociales. El interés en la construcción de obras ingenieriles en zonas tropicales de alta montaña donde existe permafrost ha aumentado en la última década, lo cual demanda el desarrollo de conocimiento para abordar condiciones termo-mecánicas antes no estudiadas. La distribución, temperatura y espesor del permafrost son controlados por cambios ambientales naturales y perturbaciones antropogénicas que causan alteraciones en el régimen térmico y pueden provocar cambios en las propiedades de los materiales. El proyecto University of Tokyo Atacama Observatory (TAO), ubicado en la cima del cerro Chajnantor (5,640 m.s.n.m.) en el desierto de Atacama, norte de Chile, se encuentra en desarrollo y se convertirá en el observatorio astronómico más alto del mundo. Actualmente, se encuentra en ejecución el ensanchamiento del camino de acceso al observatorio, donde se han producido algunos desprendimientos de material en los taludes, lo que condiciona la seguridad general del proyecto. Esta tesis se centra en el análisis de estabilidad de los taludes ubicados en el kilómetro 3.7 a 5.200 m.s.n.m, que se caracterizan por encontrarse en un cauce de flujo de material volcánico formado por una alternancia de lavas y depósitos piroclásticos poco consolidado conocido como ignimbrita y un alto contenido de hielo segregado e intrusivo. Se realizaron ensayos de terreno y laboratorio con el fin de obtener las propiedades térmicas y mecánicas de los materiales, las cuales se utilizan en el desarrollo de un modelo numérico térmico en el software computacional Plaxis y un modelo de equilibrio límite en SLOPE/W para analizar el efecto del permafrost en la estabilidad de los taludes en el sector más crítico del camino de acceso al observatorio TAO. Los resultados de los análisis muestran que los problemas de estabilidad en taludes con permafrost están relacionados con cambios estacionales de temperatura, las propiedades térmicas de los materiales y la pérdida de resistencia al corte cuando los materiales se descongelan, principalmente por la pérdida de cohesión aparente, efecto que es más pronunciado en taludes con alto contenido de hielo. La metodología utilizada para modelar numéricamente los cambios térmicos en el talud con permafrost sobreestima la profundidad de penetración del calor, sugiriendo un descongelamiento mayor que el observado en terreno. Debido a esto, es necesario contar con registros de temperatura en profundidad de por lo menos un año consecutivo para determinar la estabilidad del permafrost en el subsuelo. Por último, se desarrolló un modelo conceptual que muestra la progresión de la estabilidad de un talud en el tiempo cuando es sometido a ciclos de temperatura que generan degradación de las propiedades mecánicas superficiales.