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INTRODUCCIÓN
El desarrollo turístico en Cuba constituye uno de los ejes estratégicos para el progreso económico y social en tiempos actuales (Torres-Pérez 2019). Sin lugar a dudas, la actividad turística en la isla está favorecida por las condiciones naturales excepcionales y la presencia de grandes extensiones de playas. Estas premisas hacen que el auge constructivo en la zona costera sea cada día mayor; sin embargo y paradójicamente, las condiciones constructivas del sustrato rocoso en dichas zonas no son las más favorables, dado el gran desarrollo del carso, lo que implica altos costos de construcción.
Esta situación conlleva la necesidad de evaluar en las zonas costeras las condiciones de las rocas para soportar las construcciones, lo cual es requerido en la fundamentación de los proyectos ingenieriles, pues de ello depende en gran medida el diseño sostenible de las obras civiles. En este sentido vale señalar que la formación Jaimanitas está presente en gran parte de la zona costera; por ende, la mayoría de las construcciones turísticas (hoteleras y extrahoteleras) están situadas justamente en este entorno geológico.
Sobre la base de estos argumentos se decidió profundizar en el conocimiento de la formación Jaimanitas y ofrecer una herramienta gráfica a los decisores, con vistas a contribuir al ordenamiento de los objetos de obra. Para ello, se tomó como referencia parte del litoral norte de las provincias de Las Tunas y Holguín, en el que se ubica uno de los polos turístico de mayor significación en Cuba y donde está ampliamente distribuida la referida formación geológica, caracterizada por un gran desarrollo del carso, lo cual tiene implicación directa en la estabilidad estructural de las edificaciones.
MATERIALES Y MÉTODOS
El área de estudio abarcó desde la playa La Herradura, en la provincia de Las Tunas, hasta la península El Ramón (municipio de Antilla), en la provincia Holguín (Figura 1).
Etapas de la investigación
I. Búsqueda de información
Esta etapa tuvo el objetivo de obtener información de estudios previos referentes a la formación Jaimanitas. Se revisaron exhaustivamente informes técnicos en los archivos de la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA), la Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos de Holguín (RAUDAL) y la Empresa de Ingeniería y Proyectos para la Electricidad (INEL).
II. Trabajo de campo
La información directa del campo se obtuvo mediante:
Recorrido por zonas de la formación Jaimanitas donde existen emplazamientos de obras constructivas destinadas al turismo.
Perforación de calas.
Toma de muestras de suelo y rocas para la determinación de las propiedades físicas y mecánicas.
Medición de las dimensiones de las microestructuras y las macro estructuras cársicas.
III. Procesamiento de datos
Para procesar e interpretar la información de las etapas anteriores y arribar a conclusiones se acometieron las siguientes tareas:
Determinación de las propiedades físicas y mecánicas
Las propiedades físicas y mecánicas de las rocas de la formación Jaimanitas se determinaron en el laboratorio de mecánica de suelos y rocas de la ENIA, en Holguín. Las propiedades físicas evaluadas fueron: humedad natural, densidad húmeda, densidad seca, densidad saturada, densidad sumergida, porosidad, saturación y absorción. Se determinaron las propidades mecánicas siguientes: resistencia a la compresión axial en estado natural, resistencia a la compresión axial en estado saturado y coeficiente de ablandamiento.
Valoración de la calidad del macizo rocoso
Se utilizó el índice de Deer (1989), también conocido como RQD, por sus siglas en inglés (Rock Quality Designation). Este es uno de los métodos más empleados para determinar el grado de fracturación de un macizo rocoso, y de una forma sencilla y simplificada permite conocer el número y las condiciones de las fracturas que afectan a los materiales. Su cálculo representa la relación entre la suma de las longitudes de los fragmentos de testigo mayores de 10 cm y la longitud total del tramo considerado:
Cálculo del índice de carsificación (IK)
El Índice de carsificación (IK), se obtuvo como la relación existente entre la sumatoria de los espesores de capa con oquedades rellenas y vacías, y el espesor total de la capa, en correspondencia a la porosidad promedio de la capa (Corpas-Toledo 2013). Para la confección de los mapas de zonificación de la carsificación se utilizó como herramienta el programa Surfer, versión 12.0.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Descripción litológica de la formación Jaimanitas en el sector de estudio
A partir de la revisión y análisis de investigaciones previas de la formación Jaimanitas (Cabrera y Peñalver 2001; Iturralde-Vinent 2003; Rodríguez-González 2018; Rivera-Álvarez 2019) se realizó la descripción litológica de la formación, de gran importancia para el conocimiento de la geología del territorio. Estas características fueron examinadas y precisadas por Gómez-Iglesias (2017a, 2017b y 2019), a partir de la descripción de testigos de las perforaciones realizadas en la zona. La descripción litológica del sector de estudio es la siguiente:
Calizas biodetríticas: de textura masiva, generalmente se encuentran carsificadas, muy fosilíferas conteniendo principalmente conchas bien preservadas y corales de especies actuales y, ocasionalmente, biohermos con abundantes restos de conchas y presencia de oquedades cársicas abundantes y distribuidas en todo el corte; color variable desde blanco, crema hasta crema con tonalidades rosáceas y amarillentas por la presencia de óxidos de hierro. En general buen grado de cementación, de baja a media resistencia. En determinados intervalos del corte en esta capa aparecen cavidades rellenas de suelos arcillosos-carbonatados mezclados con fragmentos de caliza, así como cavidades vacías de variadas dimensiones.
Calcarenitas: de textura masiva con algunos restos de conchas y pequeñas oquedades cársicas, estructura detrítica (grano fino a medio), color crema claro a blanco, predomina un bajo grado de cementación, muy baja resistencia, poco meteorizada, el grado de carsificación en general es bajo a pesar de que se presentan pequeñas oquedades cársicas en algunos intervalos del corte de esta capa. En determinadas zonas del sector costero estudiado fue posible observar un conglomerado basal que define una discordancia estratigráfica. Su edad ha sido considerada como Pleistoceno Superior (Linares-Cala et al. 2014).
Otro aspecto importante definido por los trabajos de perforación, que no había sido establecido con claridad, es la definición de los espesores de la formación Jaimanitas en diferentes zonas (Tabla 1).
Tabla 1 Espesores de la formación Jaimanitas en zonas costeras del norte de la provincia Holguín y Las Tunas
También se obtuvo la columna litológica representativa de la formación Jaimanitas, característica para ese sector (Figura 2), hasta una profundidad de 35 m.
Estructuras cársicas de mayor interés en la zona
Como se expresó anteriormente, en la zona existe un alto desarrollo del carso en diferentes magnitudes y formas; entre las manifestaciones de estructuras cársicas vistas en superficie y mayoritariamente distribuidas por la zona se encentran las casimbas y hoyos cársicos rellenos con suelos de color pardo y rojizo; en la zona del litoral las más representativas son los lapies o dientes de perro (Guarch-Rodríguez et. al 2009). También se observan depresiones del relieve asociadas a depresiones cársicas de diferentes dimensiones, además de los cenotes costeros de variada amplitud que generalmente se encuentran inundados (Figura 3). En tanto en profundidad, la intensidad del carso varía, encontrándose cavidades vacías o rellenas de suelo arenoarcilloso con gravas, e intervalos de abundantes oquedades cársicas (Figura 4). Este aspecto es muy importante por todo lo que implica para el diseño de las construcciones civiles y del cual no se tenía información en detalle.
Caracterización físico-mecánica
Los resultados de los parámetros físicos y mecánicos obtenidos en el laboratorio mostraron un amplio diapasón de variabilidad, lo que es común en las rocas carsificadas (Tabla 2). En general las rocas presentaron una alta porosidad (N); según el nivel de la saturación (S) son rocas ligeramente húmedas, en tanto su resistencia a la compresión axial las clasifica como rocas desde muy baja hasta baja resistencia a la compresión axial (qu).
Tabla 2 Valores promedio de propiedades físicas y mecánicas de las rocas más abundantes de la Formación Jaimanitas
Simbología: Wnat: humedad natural (%); (f: densidad húmeda(kN/m3); (d: densidad seca (kN/m3); (sat: densidad saturada (kN/m3); (sum: densidad sumergida (kN/m3); N: porosidad (%); S: saturación (%); Abs: absorción (%); qu nat: resistencia a la compresión axial en estado natural (kPa); qu sat: resistencia a la compresión axial en estado saturado (kPa); Ca: coeficiente de ablandamiento
Caracterización geomecánica
En función de los valores del RQD la calidad del macizo rocoso puede ser: muy mala (menor a 25%), mala (25%-50%), normal (50%-75%), buena (75% a 90%) y muy buena (90%-100%). Los resultados del RQD obtenidos indican que el macizo rocoso clasifica, en general, de muy mala (0%-25%) a mala calidad (25%-50%), siendo las calizas biodetríticas las que presentan un RQD más bajo, y por tanto el grado de carsificación más alto.
La caracterización geomecánica del macizo, según argumentos de Gálvez-Caballero (2019) facilita de manera significativa y confiable el pronóstico del comportamiento del macizo rocoso, disminuyendo de esta forma la probabilidad de que se produzcan afectaciones de diferente índole, y garantizando la seguridad de las obras.
Zonificación de la carsificación
El IK facilitó la definición de zonas con diferente intensidad de la carsificación atendiendo a la clasificación de Gómez-Iglesias (2019). Permitió la obtención de los mapas de favorabilidad constructiva, que muestran las zonas de mayor y de menor vulnerabilidad geológica desde el punto de vista constructivo.
Como referencia del IK se muestra el mapa de zonificación de la carsificación correspondiente a la parcela 63 A (Figura 5). Se tomó esa parcela dada la gran representatividad de la Formación Jaimanitas en esta zona donde se proyecta un hotel en Playa Baracutey, en la península El Ramón. El relieve en esta zona, según Arias-González (2017) se caracteriza por ser una terraza marina carsificada, en la que sus formaciones están constituidas por rocas calizas.
Como se muestra en el mapa (Figura 5), en la zona existe un gran desarrollo del carso, predominando las zonas de carsificación moderada y media, aunque se observa una pequeña zona con IK mayor del 20%, indicativo de la más alta carsificación.
Clasificación zonal de la carsificación
Gómez-Iglesias (2019) clasifica la carsificación según su intensidad en: baja, moderada, media y alta.
Baja: superficialmente se distribuye el diente de perro, con escasa manifestaciones de erosión cársica. En profundidad abundan pequeñas oquedades, el macizo se observa poco afectado por la carsificación.
Moderada: superficialmente se presenta fundamentalmente el diente de perro o lapies, aunque pueden aparecer aisladas casimbas. En profundidad el macizo presenta pequeñas oquedades cársicas de dimensiones no mayores de 2-3 cm que no tienen mucha continuidad.
Media: superficialmente además del diente de perro o lapies, pueden observarse casimbas y algunos pequeños cenotes que pueden estar inundados por el nivel del agua subterránea y en ocasiones aparecen grietas neotectónicas con huellas cársicas que pueden seguirse por algunos metros. En profundidad, el macizo presenta abundantes oquedades cársicas de dimensiones mayores de 3 cm muchas de las cuales tienen continuidad así como cavidades vacías o rellenas, de poco espesor.
Alta: superficialmente además del diente de perro o lapies, aparecen estructuras cársicas de mayores dimensiones: cenotes y hoyos cársicos bien definidos en profundidad, generalmente inundados en dependencia de la oscilación de las mareas, grietas neotectónicas afectadas en gran medida por los procesos de carsificación que se extienden por decenas de metros. En profundidad, abundantes oquedades cársicas que tienen una continuidad definida y se establece un sistema de oquedades y cavidades vacías y rellenas de diferentes dimensiones.
En la zona de estudio la carsificación varía desde moderada hasta alta. El mapa de favorabilidad constructiva (Figura 6) se confeccionó sobre la base del mapa de carsificación, considerando además otros factores como el nivel de las aguas subterráneas, el relieve, el nivel de exposición a agresividades ambientales (aerosol marino, agresividad de las aguas) y los riesgos meteorológicos.
Este mapa permitió delimitar las zonas de mayor y de menor vulnerabilidad geológica desde el punto de vista constructivo. Ello facilitó la toma de decisiones en cuanto a la modificación de la ubicación espacial de los objetos de obra que fueron proyectados inicialmente en zonas muy vulnerables y de esta forma se emplazaron en zonas menos riesgosas minimizando así las vulnerabilidades constructivas. A partir de su aplicación se validó el mapa de favorabilidad constructiva como un instrumento de trabajo que aporta un volumen informativo accesible y confiable y que ofrece una serie de beneficios, tales como:
Permite la zonificación territorial, como apoyo a la planificación de los espacios costeros.
Constituye un procedimiento efectivo y práctico para apoyar la toma de decisiones relacionadas con el diseño de las obras civiles y arquitectónicas.
Aporta elementos básicos para aplicar las medidas pertinentes desde el punto de vista constructivo.
Potencia el manejo sostenible de las zonas costeras en armonía con el medio ambiente.
CONCLUSIONES
Las rocas de la formación Jaimanitas en el norte oriental de Cuba, desde la playa La Herradura hasta la península del Ramón, por su gran desarrollo del carso presentan características desfavorables para la construcción, lo que se evidencia en una alta porosidad, baja resistencia a la compresión axial y la mala calidad del macizo (RQD de menos de 25% a 50%).
La delimitación de las áreas en función de la intensidad de la carsificación permitió diferenciar las zonas de mayor y de menor vulnerabilidad geológica desde el punto de vista constructivo, lo cual facilita la ubicación de los diferentes objetos de obras y la toma de decisiones constructivas en cuanto al diseño de los cimientos.
El mapa de favorabilidad constructiva constituye una importante herramienta gráfica para elegir las alternativas más favorables del proyecto ingenieril a un menor costo constructivo y ambiental. Esta herramienta es además generalizable.
