A Hybrid Geophysical–Geotechnical Approach for Landslide Stability Assessment

En las tierras altas de Etiopía, donde la tierra se eleva abruptamente y los caminos atraviesan las montañas, el suelo no siempre es tan sólido como parece. Para los ingenieros y geólogos, la estabilidad de una ladera es un delicado equilibrio entre dos fuerzas opuestas: el peso del suelo y la roca tirando hacia abajo, y la resistencia interna de ese mismo material que lo mantiene unido. Esta resistencia no es un número fijo; cambia con el clima. Cuando las fuertes lluvias empapan el terreno, el agua llena los diminutos espacios entre las partículas del suelo, separándolas y haciendo que la tierra sea más pesosa y débil. Este es el desafío fundamental de la ciencia de los deslizamientos de tierra: comprender cómo el agua, el tipo de suelo y la forma de una pendiente interactúan para mantenerse firme o ceder. Cuando se construye una carretera en una colina, a menudo se elimina el soporte natural en la base de la pendiente, y si el suelo ya es débil o el nivel freático es alto, toda la ladera puede deslizarse, bloqueando el tráfico y amenazando vidas.

Un equipo de investigadores se propuso resolver un problema persistente en un tramo de carretera en la ciudad de Bonga, en el suroeste de Etiopía. Esta sección de la carretera, que conecta Addis Abeba con la ciudad de Mizan, ha sufrido repetidos deslizamientos de tierra, particularmente durante la temporada de lluvias de junio a septiembre. A pesar de los intentos previos por reparar la carretera utilizando relleno de roca, el terreno continuaba moviéndose. El equipo, liderado por ingenieros de la Universidad de Bahir Dar y colaboradores de India y Polonia, decidió mirar bajo la superficie para entender exactamente qué estaba sucediendo. Combinaron tres formas diferentes de observar la tierra: perforaron pozos profundos para extraer muestras de suelo, utilizaron ondas sonoras y corrientes eléctricas para mapear el terreno sin excavar, y construyeron un modelo digital de la pendiente para probar cómo se comportaría bajo estrés. Su objetivo no era solo ver por qué fallaba la carretera, sino encontrar una solución que la mantuviera segura en el futuro.

La investigación comenzó escuchando a la tierra y sintiendo su resistencia eléctrica. Los investigadores utilizaron una técnica llamada refracción sísmica, que consiste en enviar ondas sonoras a través del suelo para medir qué tan rápido viajan. Las ondas más rápidas suelen indicar roca dura, mientras que las más lentas indican suelo blando o roca fracturada. También utilizaron tomografía de resistividad eléctrica, que mide con qué facilidad fluye la electricidad a través del suelo. El suelo húmedo y la arcilla conducen la electricidad mucho mejor que la roca seca, por lo que este método les ayudó a localizar bolsas de agua y capas débiles y saturadas. Estas pruebas no invasivas se combinaron con datos de cuatro pozos profundos perforados a lo largo de la carretera. De estos pozos, extrajeron muestras de suelo para probarlas en un laboratorio, midiendo cuánto pesaba el suelo, cuánta agua retenía y cuánta fuerza se necesitaba para hacerlo deslizar.

Los resultados pintaron un cuadro claro de un paisaje vulnerable. El suelo debajo de la carretera es una mezcla compleja de capas. En la parte superior, hay una capa de material de relleno importado utilizado para construir la carretera, situada sobre un limo rígido de color marrón rojizo. Debajo de eso, yace una capa de arcilla mezclada con fragmentos de roca traquita, y en el fondo, una capa de basalto meteorizado. El hallazgo crítico fue que el nivel freático se encuentra muy cerca de la superficie, a menudo a solo un metro del suelo. Durante la temporada de lluvias, este nivel de agua sube, empapando el suelo y convirtiendo las capas superiores en una masa pesada y resbaladiza. Las pruebas de laboratorio confirmaron que el suelo tiene un alto contenido de humedad natural, especialmente durante las lluvias de verano, lo que reduce significativamente su capacidad para mantenerse unido.

Para ver cómo estas condiciones afectaban la seguridad de la carretera, los investigadores construyeron una simulación por computadora de la pendiente. Introdujeron los datos del mundo real —el peso del suelo, los ángulos de fricción y los niveles de agua— en un software especializado para calcular un "factor de seguridad". Este número es una relación simple que indica a los ingenieros qué tan estable es una pendiente. Un número de 1.5 o superior se considera generalmente seguro para una carretera, lo que significa que las fuerzas que sostienen la colina son una vez y media más fuertes que las fuerzas que intentan derribarla. La simulación mostró que, bajo las condiciones húmedas actuales, el factor de seguridad para esta carretera era de solo 1.347. Esto está por debajo del umbral de seguridad requerido, confirmando que la pendiente es inestable y propensa a deslizarse. El modelo también mostró que el lugar más probable para que comience un deslizamiento es a unos 5.5 metros bajo la superficie de la carretera, atravesando las capas de suelo débiles y húmedas.

Posteriormente, los investigadores probaron diferentes formas de solucionar el problema dentro de su modelo computacional. Exploraron la idea de construir un muro de contención, una estructura diseñada para retener la tierra. La simulación mostró que añadir un muro aumentaría significamente el factor de seguridad, proporcionando la resistencia adicional necesaria para detener el deslizamiento del suelo. También exploraron el uso de materiales geosintéticos, como geoceldas y geotextiles. Estos son tejidos de tipo malla que pueden colocarse dentro del suelo para reforzarlo, actuando como una red que mantiene unidas las partículas y evita que se separen. El estudio sugiere que una combinación de estas medidas, junto con mejores sistemas de drenaje para bajar el nivel freático, ofrece el mejor camino a seguir. Al eliminar el exceso de agua y reforzar el suelo, la carretera podría estabilizarse sin necesidad de reconstruir toda la ladera.

Este estudio destaca que los deslizamientos recurrentes en la carretera Bonga-Mizan no son solo resultado del terreno escarpado, sino de una interacción específica entre las propiedades del suelo y las lluvias estacionales. La investigación descarta la idea de que las reparaciones actuales con relleno de roca sean suficientes, ya que el movimiento continúa debajo de ellas. En cambio, la evidencia apunta a la necesidad de un enfoque más integral que aborde directamente el agua y la resistencia del suelo. Si bien el estudio se centró en una sección específica de la carretera, los métodos utilizados proporcionan un plano para comprender problemas similares en otras regiones montañosas de Etiopía. Los autores reconocen que las limitaciones de tiempo y presupuesto impidieron investigar todo el tramo de 100 kilómetros de la autopista, pero sus hallazgos ofrecen una guía clara y basada en evidencia para que los ingenieros rehabiliten esta pieza crítica de infraestructura y aseguren que permanezca abierta al tránsito, incluso cuando lleguen las lluvias.