El proceso de karstificación se produce en las rocas compuestas de sal, yeso (sulfato de calcio hidratado) y carbonatos de calcio y de magnesio (calizas y dolomías), en donde el agua reacciona con estos minerales y los disuelve, guardando las proporciones debidas al tiempo. En las rocas calizas donde predomina el carbonato cálcico (CaCO3), la disolución es mas lenta que en sales o yesos y se produce en las fisuras naturales de las rocas por infiltración del agua en presencia de dióxido de carbono (CO2). La reacción entre el ácido carbónico y el carbonato cálcico provoca la disolución de éste. La circulación del agua rica en ácido carbónico provoca la erosión de los materiales dando lugar a oquedades, cavidades y huecos.
La karstificación provoca un importante proceso de alteración a través de las fracturas y diaclasas en las rocas carbonatadas que contribuye al modelado de los macizos, provocando formación de oquedades, inestabilidades de taludes, procesos de colapso, etc.
En particular en nuestra península se dan formaciones calizas en las Cordilleras Ibérica y Cantábrica. Algunas zonas yesíferas que pueden presentar karstificaciones podrían darse en algunos sitios de la meseta central (como Madrid, Toledo, Zaragoza, Cuenca, etc.).
Descripción y origen de los daños
Los daños en las edificaciones se producen por la existencia de huecos, simas (depresiones profundas del terreno con paredes verticales), cavidades o grutas, que pueden ser de gran diámetro y estar cerca de la superficie y en la zona de influencia de la cimentación provocando el colapso o hundimiento de las edificaciones afectadas.
Normalmente, en las edificaciones donde nos encontramos con estos materiales, al tratarse de terrenos de gran resistencia, se suele recurrir a cimentaciones superficiales mediante zapatas, con lo cual se producen apoyos puntuales sobre zonas en donde pueden existir oquedades que pueden llevar a colapsos o fallos de la cimentación, provocando fracturas y grietas en la edificación, pudiendo llegar incluso al hundimiento de la misma.
En relieves acusados los taludes pueden verse afectados por estos procesos originando daños en las proximidades producidos por desprendimientos o caída de bloques.
En el caso de los terrenos yesíferos las simas y cavidades se producen por una rápida disolución y pueden encontrarse bajo capas de gravas compactas o material cementado, éstos huecos se pueden rellenar de limos y yesíferos muy blandos y húmedos, lo que provoca el hundimiento de las construcciones afectadas. En los terrenos calcáreos la circulación del agua puede dar lugar a la constitución de estas formas de manera lenta, también de gran tamaño pero estables durante mucho tiempo debido a la resistencia de la roca.
Algunos factores que intervienen en el desarrollo, en mayor o menor magnitud, de los fenómenos de karsticidad son:
- - las lluvias
- - la temperatura
- - los relieves
- - las fuentes de dióxido de carbono
- - la textura de las rocas
- - las fracturas del terreno
- - inclinación del terreno, etc.
Prevención de daños
El estudio geotécnico ha de contemplar la caracterización geológica en los antecedentes geológicos de la zona con problemas, detectando la presencia de este tipo de formaciones, indicando la existencia en el entorno de cuevas, estalactitas, etc.
La presencia de cavidades en la zona del bulbo de tensiones transmitido por el edificio es muy importante que sea tenida en cuenta a la hora de elección de la cimentación.
Para edificaciones situadas en relieves acusados o con pendientes elevadas es importante un conocimiento del estado de los taludes, los cuales se pueden ver afectados por estos procesos, ya que la karstificación provoca la alteración del macizo rocoso, debiendo realizarse estudios de estabilidad de taludes en los que intervienen parámetros tales como la disposición de los estratos, geometría de las estratificaciones y diaclasas, la presencia de agua, etc.
Además de la experiencia local de la zona, pueden existir diferentes indicios de la existencia del fenómeno de karsticidad, aunque es difícil reconocer este tipo de terrenos:
- Si existen dolinas (celadas u hoyas): depresiones cerradas con contornos sinuosos y paredes escarpadas que tienen forma de grandes embudos o pozos cerrados que combinan procesos de disolución de los materiales carbonatados y de arrastre físico de los mismos.
- Si desaparecen en el terreno cursos de aguas naturales o artificiales.
- Si los testigos extraídos muestran huellas de disolución, cavidades, zonas rellenas de arcilla, etc.
Fig. 1.- Dolina.
En zonas con antecedentes geológicos de este tipo, o en los terrenos yesíferos, salinos o calcáreos, para conocer previamente la presencia de oquedades se debería realizar una campaña de prospección muy especializada, una campaña mediante sondeos mecánicos con suficiente densidad y profundidad combinado con métodos geofísicos tales como la gravimetría, tomografía eléctrica, sísmica de refracción, georadar o sondeos eléctricos verticales, que permiten conocer las características geotécnicas del terreno, niveles freáticos, litología, etc.
Tomografía eléctrica consiste en tomar medidas de diferente potencial para visualizar propiedades eléctricas del terreno. Se obtiene información de variaciones horizontales y verticales de la resistividad. Tiene por objeto determinar la distribución de la resistividad real del subsuelo a lo largo de un perfil de medidas de resistividades aparentes, obtenidas con corriente continua. El método consiste en la introducción en el terreno mediante dos electrodos, de una corriente continua de intensidad conocida, y la medición mediante otros dos electrodos, de la diferencia de potencial. Desplazando el dispositivo de electrodos se obtiene un perfil de resistividades aparentes del terreno. De esta forma se detectan las cavidades.
Gravimetría: El método gravimétrico hace uso de campos de potencial natural. Se miden las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro. Los datos reducidos apropiadamente dan las variaciones en la gravedad.
Es un método adecuado para la detección de grandes cavidades en el subsuelo. En combinación con la tomografía eléctrica, se obtendrá una disposición más detallada de la localización de los materiales y sus características.
El gravímetro consta de un peso suspendido de un resorte. El resorte principal se mueve por medio de un movimiento de un resorte auxiliar manejable por un tornillo micrométrico. El giro del tornillo micrométrico da la medida de la desviación del valor de la gravedad con respecto a su valor de referencia.
Geo-radar (G.P.R. Ground Penetrating Radar): Este método permite conocer con precisión las variaciones de la conductividad del terreno, de este modo se detectan los cambios de litologías así como los posibles huecos en el terreno.
El geo-radar emite una radiación en el terreno mediante impulsos electromagnéticos, de muy corta duración, que se repiten con una determinada frecuencia. Cuando la onda halla una heterogeneidad en las propiedades eléctricas de los materiales, parte de la energía se refleja en la superficie y parte se transmite en profundidad. Una antena receptora capta estas señales. Se estudian hasta un espesor máximo de 5-10 metros.
Sísmica de refracción:
Se estudia la propagación en el terreno de ondas sísmicas que se producen artificialmente, estableciendo su relación con la configuración geológica del subsuelo, por lo que se obtienen las características geotécnicas de los materiales. Se genera un impulso elástico en la superficie y se analiza posteriormente el movimiento en el suelo de la onda debida a ese impulso. Dependiendo de la naturaleza del terreno esta transmisión de la onda varía (según la velocidad de propagación. Ya que cada estrato posee diferente velocidad de transmisión de las ondas sísmicas, se van definiendo unas superficies de separación donde las ondas experimentan fenómenos de refracción, pudiendo determinar así la profundidad a la que aparecen nuevas capas. Se realizan perfiles longitudinales sobre los que se colocan sensores (geófonos) a distancias determinadas y regulares que incorporan sismógrafos que registran el movimiento. Con los datos obtenidos en campo se ilustran unos perfiles, con la velocidad sísmica y el espesor de cada capa.
Sondeos eléctricos verticales (S.E.V.): Se realizan para obtener en un mismo punto del terreno las variaciones de resistividad en función de la profundidad. Se obtienen las capas de terreno existente bajo el punto de medida según su resistencia, se localizan niveles freáticos, niveles de alteración de roca y diferencia de litologías.
Fig. 2.- Perfil de una tomografía (por cortesía de Geofísica Aplicada)
Fig. 3.- Modelo gravimétrico (por cortesía de Geofísica Aplicada)
Una vez detectada la presencia de oquedades pueden rellenarse las cavidades mediante hormigón o realizando inyecciones de lechada, recurriendo a cimentaciones mediante losas para puentear cavidades, etc. Pueden realizarse comprobaciones mediante taladros para asegurar el apoyo de las zapatas en firme.
En terrenos yesíferos y salinos, se suelen realizar cimentaciones profundas, pilotes a los que se confía la resistencia al fuste. Para las cavidades, se pueden realizar un tratamiento mediante inyecciones al terreno.
Fig. 4.- Solución En zona kárstica mediante pilotes (Ingeniería geológica).
Bibliografía:
- “Curso aplicado de cimentaciones”. Jose Mª Rodríguez Ortiz,Jesús Serra Gesta,Carlos Oteo Mazo.
- Ingeniería Geológica. Luis I. González Vallejo.
- Métodos y técnicas geofísicas. Geofísica Aplicada, s.l.