INTRODUCCIÓN
El término genérico de subsidencia hace refe-rencia al hundimiento paulatino de la corteza terres-tre, continental o submarina. La subsidencia terres-tre, en la cual se centra el presente trabajo, es unfenómeno que implica el asentamiento de la super-ficie terrestre en un área extensa debido a variosfactores, que pueden ser naturales o causados por elimpacto de una gran variedad de actividades huma-nas (Corapcioglu, 1984).
La subsidencia es un fenómeno geológico queno suele ocasionar víctimas mortales, aunque losdaños materiales que causa pueden llegar a sercuantiosos. Es de gran importancia en zonas urba-nas, donde los perjuicios ocasionados pueden llegara ser ilimitados, suponiendo un riesgo importantepara edificaciones, canales, conducciones, vías decomunicación, así como todo tipo de construccio-nes asentadas sobre el terreno que se deforma.
En este trabajo se hace un repaso por los dife-rentes tipos de subsidencia existentes exponiendoalgunos ejemplos significativos del Mundo y deEspaña.
TIPOS DE SUBSIDENCIA
La subsidencia del terreno es únicamente lamanifestación en superficie de una serie de meca-nismos subsuperficiales de deformación. Prokopo-vich (1979) define desde un punto de vista genéti-co dos tipos de subsidencia: endógena y exógena.El primero de estos términos hace referencia aaquellos movimientos de la superficie terrestreasociados a procesos geológicos internos, tales co-mo pliegues, fallas, vulcanismo, etc. El segundo serefiere a los procesos de deformación superficialrelacionados con la compactación natural o antró-pica de los suelos.
La subsidencia puede también clasificarse enfunción de los mecanismos que la desencadenan(Scott, 1979). Las actividades extractivas de mine-ral en galerías subterráneas, la construcción de tú-neles, la extracción de fluidos (agua, petróleo ogas) acumulados en reservorios subterráneos, eldescenso de nivel freático por estiajes prolonga-dos, la disolución natural del terreno y lavado demateriales por efecto del agua, los procesos mor-fotectónicos y de sedimentación o los procesos deconsolidación de suelos blandos u orgánicos, son
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SUBSIDENCIA DEL TERRENOGround subsidence
Roberto Tomás(*), Gerardo Herrera(**), José Delgado(***) y Fernando Peña(****)
RESUMEN:
La subsidencia del terreno es un riesgo natural que afecta a amplias zonas del territorio causandoimportantes daños económicos y una gran alarma social. La subsidencia del terreno puede deberse a nu-merosas causas como la disolución de materiales profundos, la construcción de obras subterráneas o degalerías mineras, la erosión del terreno en profundidad, el flujo lateral del suelo, la compactación de losmateriales que constituyen el terreno o la actividad tectónica. Todas estas causas se manifiestan en la su-perficie del terreno mediante deformaciones verticales que pueden variar desde pocos milímetros hastavarios metros durante periodos que varían desde minutos hasta años.
ABSTRACT
Ground subsidence is a natural hazard that affects wide areas causing important economic damagesand a high social alarm. Ground subsidence may be due to several causes as deep material dissolution,excavation of ground tunnels or mining galleries, deep erosion, lateral soil creep, compaction of soil ma-terials or tectonic activity. All these causes are manifested at terrain surface as vertical deformations thatcan vary from a few millimetres to several meters during periods that vary from minutes to years.
Palabras clave: subsidencia, deformación vertical, riesgo naturalKeywords: subsidence, vertical deformation, natural hazard
(*) Departamento de Ingeniería de la Construcción, OO.PP. e Infraestructura Urbana, Escuela Politécnica Superior, Universidadde Alicante, Apdo. 99, E-03080 Alicante. [email protected](**) Área de Peligrosidad y Riesgos Geológicos. Departamento de Prospectiva e Investigación Geocientífica (IGME), c/ Alenza 1,E-28003 Madrid, Spain. [email protected] (***) Departamento de Ciencias de la Tierra y Medioambiente. Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Apdo. 99, E-03080Alicante. [email protected](****) Instituto de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México, Edificio 2, cubículo 401, Circuito Escolar, Ciudad Uni-versitaria, 04510 México D.F., México. [email protected]
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algunas de las causas de los procesos de subsiden-cia (González Vallejo et al., 2002). En la Tabla 1se muestra un esquema de los diferentes tipos desubsidencia existentes.
El cloruro sódico (NaCl) es uno de los mate-riales más solubles de la corteza terrestre. Otrosmateriales como el yeso y las rocas carbonáticasson también solubles en agua bajo determinadascondiciones pudiendo llegar a generar grandessistemas de huecos interconectados entre sí cuyadeformación, y colapso, en caso extremo, gene-ran una subsidencia con un carácter localizado(Figura 1).
La subsidencia minera o por construcción deobras subterráneas consiste en el hundimiento de lasuperficie del terreno con motivo de la deformacióny/o colapso de galerías generadas para la extracciónde minerales o la construcción de túneles respecti-vamente (Figura 2) al intentar ocupar el suelo el va-cío generado los terrenos circundantes. Un ejemplode subsidencia minera en España es el del Munici-pio de la Unión (Murcia) del cual hablaremos másadelante. Otro caso con una alta repercusión mediá-tica es el del túnel del Carmel (Barcelona) que ori-ginó un colapso que encadenó el hundimiento de di-versas viviendas.
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En sal
Por disolución En yesosubterránea
En rocas carbonáticas
Por construcción de obras subterráneas o galerías mineras
Por erosión subterránea (tubificación o piping)
Rocas salinasPor flujo lateral
Arcillas
Por carga
Por drenajePor compactación
Por vibración
Por extracción de fluidos
Por hidrocompactación
Tectónica
Tabla 1. Tipos de subsidencia.
Fig. 1. Subsidencia por disolución de rocas carbonáticas.
Fig. 2. Subsidencia minera.
La subsidencia por erosión subterránea se pro-duce por un proceso mecánico de arrastre de partí-culas de suelo causado por el flujo de agua subte-rránea. El agua, en su recorrido horizontal por elterreno, moviliza partículas de suelo generando unaserie de canales que pueden desencadenar colapsosdel terreno (Figura 3). El fenómeno es conocido co-mo tubificación o “piping”.
En torno a diversas formaciones evaporíticas(Figura 4a) se producen fenómenos de subsidenciaasociados a la actividad diapírica. Este tipo de fenó-menos de flujo lateral se ha observado en materialesarcillosos intercalados entre materiales más compe-tentes como pizarras (Figura 4b).
La acumulación natural sucesiva de sedimentoso determinados tipos de cimentaciones pueden oca-sionar la consolidación del terreno como consecuen-
cia del peso que ejercen los sedimentos o las cons-trucciones (Figura 5). Esta subsidencia se producepor una reducción gradual de los huecos del suelo.
Las vibraciones producidas por los terremotos,explosiones u otras causas pueden causar la densifi-cación de terrenos granulares sueltos por reajuste departículas al alcanzar éste una estructura más com-pacta (Figura 6).
La extracción de fluidos (agua, gas o petróleo)desde el terreno puede causar importantes valoresde subsidencia como consecuencia del cierre gra-dual de los huecos rellenos por el fluido extraído.
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Fig. 3. Subsidencia por erosión.
Fig. 4. Subsidencia por flujo lateral (a) en materia-les salinos y (b) en arcillas plásticas intercaladasentre materiales más competentes.
Fig. 5. Subsidencia por carga.
Fig. 6. Subsidencia por vibraciones.
La subsidencia causada por extracción de agua des-de el subsuelo (Figura 7) afecta a importantes ciu-dades como México D.F., Venecia, Valle de SanJoaquín (EE.UU.), Taipei (Taiwán), Tokio (Japón),Pekín (China). En España destaca el caso de Murciaque se desarrollará en apartados posteriores.
La hidrocompactación puede causar asientos dela superficie terrestre comprendidos entre 1 a 5 m.Este fenómeno consiste en el asentamiento que seproduce en determinados tipos de suelos, con unbajo contenido de humedad y situados sobre el ni-vel freático, al ser saturados (Figura 8). La presen-cia de agua puede causar dos tipos de efectos en es-te tipo de suelos, la disolución de los enlaces entrepartículas o la pérdida de las tensiones capilares queen ambos casos sostienen las partículas de suelo pa-
ra configurar su estructura. En España existen sue-los limosos susceptibles de sufrir este efecto en lazona de Levante y en el valle del Ebro.
Los descensos de la superficie terrestre produci-dos por las fallas producen un efecto conocido co-mo subsidencia tectónica. Este tipo de subsidenciaes, en general, muy lenta y de pequeña magnitud(de pocos mm o décimas de mm al año) frente aotros tipos de subsidencia.
El Servicio Geológico de Estados Unidos(USGS, 2009) ha elaborado una base de datos inter-nacional de subsidencia disponible en Internet en laque se recogen fichas técnicas de los diferentes ca-sos de subsidencia reconocidos en el mundo.
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Fig. 7. Subsidencia por extracción de agua.
Fig. 8. Subsidencia por hidrocompactación.
Fig. 9. Subsidencia tectónica.
EJEMPLOS DE SUBSIDENCIA
En este apartado se muestran diversos casosreales de subsidencia de terreno. El primer casopresentado corresponde a la ciudad norteamerica-na de México D.F.. Los otros dos casos expuestosson el de las ciudades españolas de Murcia y de laUnión. Los dos primeros casos tienen como causaprincipal desencadenante la extracción de aguadesde los acuíferos infrayacentes. El caso de laUnión corresponde a una subsidencia asociada aactividad minera.
Subsidencia de la ciudad de México
La ciudad de México – Tenochtitlan fue funda-da por los aztecas en 1325 sobre unos islotes en ellago que se encontraba en la cuenca de México.Con el paso del tiempo, los aztecas construyeron is-lotes artificiales, llamados chinampas, con el fin deganar tierra para cultivo y para el crecimiento pro-pio de la ciudad. Posteriormente, los españoles esta-blecieron la capital de la Nueva España sobre losrestos de la antigua ciudad azteca. Debido a una se-rie de inundaciones que afectó la ciudad en el sigloXVII, los españoles decidieron abrir la cuenca conla construcción de los tajos de Huehuetoca y No-chistongo, con el fin de desecar el sistema lacustrepara evitar futuras inundaciones, lo que llevó a lapaulatina desaparición del lago.
Actualmente, gran parte de la ciudad de Méxicose ha desarrollado sobre los restos del antiguo lago.Estos restos están formados por niveles arcillososcon un alto contenido de agua (humedad media del400%), cuyo espesor varía entre 30 y 70 m con unaalta deformabilidad.
Tanto en la época prehispánica como en la colo-nial, el hundimiento de los pesados edificios reli-giosos y civiles se debió a la consolidación naturalde las arcillas. Este fenómeno constituyó un serioproblema para los constructores; el cual hizo nece-sario realizar frecuentes reconstrucciones y modifi-caciones, las cuales han continuado hasta nuestrosdías. Así, la Figura 10 muestra la fachada ponientedel Palacio de Minería, construido a mediados delsiglo XVIII. Se observa cómo el piso inferior pre-senta una deformación en forma de catenaria debi-
do al hundimiento de la construcción; sin embargo,el piso superior no presenta dicha deformación. Es-to es debido a que la subsidencia que se presentódurante la construcción fue corregida por los cons-tructores en los pisos superiores.
Con el tiempo, el suelo bajo estos edificios sefue consolidando y el problema fue disminuyendo.Sin embargo, la subsidencia se acentuó nuevamen-te desde mediados del siglo XX, cuando las nece-sidades de agua potable de la ciudad llevaron a laexplotación cada vez más intensa de los acuíferosde la cuenca, con el consiguiente drenaje del aguadesde los estratos de suelo blando y su consolida-ción que es el origen del hundimiento del terreno(Figura 11). Para dar una visión clara de su magni-tud veamos algunos datos: el nivel del terreno enla plaza central de la ciudad (el Zócalo) ha descen-dido cerca de 7.5 m desde inicios del siglo XXhasta la actualidad; la subsidencia actual es deunos 8 cm/año, sin que haya señales de que vaya areducirse en el futuro. Los efectos de esta subsi-dencia han sido particularmente graves para el sis-tema de drenaje de la ciudad y para los edificioshistóricos. La única forma de resolver el problemaes logrando un equilibrio entre la cantidad de aguaque se extrae de los acuíferos y la que se recargaen los mismos por la filtración de agua de lluvia opor la inyección de agua tratada.
Las construcciones modernas y los edificios his-tóricos de la ciudad se comportan de modo diferen-te ante la subsidencia. En los edificios históricos laprincipal problemática es debida a asientos diferen-ciales, es decir, la deformación no es uniforme bajola cimentación, debido principalmente a que distin-tos sitios han alcanzado diferentes grados de conso-lidación, dependiendo del peso de los edificios pre-vios a los actuales. Así, las áreas sobre las queexistió en el pasado una construcción muy pesada(por ejemplo estructuras aztecas) están más consoli-dadas y se deforman menos que otras por no haberrecibido cargas importantes (huertos, calles, etc.),están menos consolidadas. Este fenómeno provocaque una zona con topografía originalmente regularpresente pendientes e irregularidades en su eleva-ción, las cuales se acentúan con el tiempo, y que losedificios ubicados en dicha zona se deformen (Fi-
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Fig. 10. Fachada poniente del Palacio de Mineríade la ciudad de México. Obsérvese el esquemaconstructivo del edificio.
Fig. 11. Aumento de la cantidad de agua extraídadel subsuelo de México D.F.
gura 12). La mampostería de piedra, que constituyeel material básico de estos edificios, es particular-mente sensible a las distorsiones inducidas por losasentamientos diferenciales; por ello los edificiospresentan fuertes agrietamientos e inclinaciones queamenazan su seguridad (Figura 13).
En las construcciones modernas los asientos di-ferenciales no representan, generalmente, un pro-blema. Sin embargo, durante el diseño y construc-ción de nuevas edificaciones, es importante tener encuenta el fenómeno de subsidencia regional. Así al-gunos edificios construidos a mediados del sigloXX presentan el fenómeno de “emersión”. Este fe-nómeno se debe a que dichos edificios se cimenta-ron sobre pilotes, los cuales se apoyan sobre nivelesduros (rocosos) existentes en profundidad (pilotescolumna), bajo los niveles arcillosos, por lo que sucimentación no se ve afectada por la consolidaciónde las arcillas (Figura 14). Sin embargo, conformela ciudad sufre subsidencia, estos edificios no su-fren movimiento alguno, por lo que el efecto que seproduce es similar a una emersión del edificio. LaFigura 15 muestra un edifico en el centro de la ciu-dad que fue construido en los años 20 del siglo XX.Este edificio está cimentado sobre pilotes columna,por lo que no sigue el hundimiento regional y se en-cuentra actualmente unos 2 m por encima del nivelde calle. Actualmente, este fenómeno se puede evi-
tar utilizando otro tipo de cimentación, como porejemplo los llamados pilotes de control, que permi-ten eliminar la emersión del edificio (Figura 14)mediante un descenso controlado del edificio.
Subsidencia de la ciudad de Murcia
La ciudad de Murcia está situada en el sector másoriental de la Cordillera Bética, en el valle de la VegaMedia del río Segura. El relleno del valle está consti-tuido por materiales detríticos poco consolidados deedades comprendidas entre el Mioceno y el Cuaterna-rio mientras que los bordes están delimitados por unaserie de relieves periféricos de edad comprendida en-tre el Mioceno a Triasico al NW y SE.
Desde los años 90, la explotación del acuífero seha intensificado considerablemente, de forma espe-cial durante los periodos de sequía pluviométrica.Como consecuencia de esta sobreexplotación se pro-dujeron descensos piezométricos considerables en elacuífero durante los periodos 1993-1996, 2000-2001y 2006-2008 cuya magnitud media en la ciudad deMurcia fue de 6, 4 y 8 m respectivamente, con valo-res extremos de hasta 15 m. Este descenso piezomé-trico produce una reducción de la presión del aguaexistente en los huecos del suelo por lo que éstos secierran progresivamente, causando un reajuste de laspartículas, disminuyendo su volumen y, por lo tanto,generando la subsidencia superficial del terreno.
Como ya se ha comentado, en los años 90 tuvolugar una importante crisis piezométrica que causóel hundimiento del terreno en gran parte de la ciu-
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Fig. 12. Deformación de la fachada de un edificiohistórico por asientos diferenciales.
Fig. 14. Ejemplo de cimentaciones realizadas conpilotes columna y pilotes de control.
Fig. 15. Edificio que presenta el fenómeno de emer-sión, al estar cimentado sobre pilotes de punta.
Fig. 13. Ruinas de una antigua pirámide aztecaafectada por asientos diferenciales. Al fondo seaprecia un edificio colonial afectado también porasientos diferenciales (grietas en la fachada).
dad causando daños en más de 100 edificios y en lainfraestructura urbana (aceras, conducciones, mu-ros, etc.) (Figura 16) y generando una gran alarmasocial entre la población.
Entre el periodo 1993-2007 se ha producido unaimportante subsidencia generalizada en toda lacuenca sedimentaria del río Segura, con valores quellegan puntualmente hasta los 12 cm. En la ciudadde Murcia, los mayores asientos absolutos se locali-zan en el S y SE de la ciudad (Figura 17) alcanzan-do valores inferiores a 10 cm.
En la Figura 18 se observa la relación existenteentre la evolución del nivel piezométrico y la subsi-dencia en un punto de medida. Como puede obser-varse los descensos piezométricos llevan asociadossubsidencia a la vez que las recuperaciones piezo-métricas generan ascensos de la superficie de me-nor magnitud debido a que parte de la deformaciónprevia es irreversible.
Subsidencia de La Unión
La Unión es un antiguo pueblo minero situadoen la Sierra de Cartagena, en la provincia de Mur-cia. Geológicamente se enmarca en el dominio in-terno de las cordilleras Béticas, ha sido explotadaintermitentemente por la minería de plomo y zincdesde la época de los romanos llegando, tras variosperiodos de inactividad, hasta finales del siglo XX(Manteca y Ovejero., 1992). Por este motivo se en-cuentran bajo la superficie gran cantidad de galeríasmineras abandonadas (Figura 19) que ocasionaninestabilidades del terreno. En Mayo de 1998, co-
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Fig. 16. Ejemplos de patologías en infraestructuraurbana y edificación. Obsérvese como incrementala separación entre los dos edificios con la altura.
Fig. 18. Evolución temporal de la subsidencia(continua) y del nivel piezométrico (puntos) en unpozo situado al SW de la ciudad.
Fig. 17. Valores de subsi-dencia de la ciudad deMurcia correspondienteal periodo temporal1993-2007 medida desdesatélite mediante interfe-rometría SAR diferencial(Tomás, 2009).
menzaron a observarse importantes asientos de te-rreno en un área aproximada de 1 km x 1 km (Figu-ra 19) afectando a las edificaciones del polígono in-dustrial de Lo Tacón (La Unión), causando unagran alarma social entre la población.
La Consejería de Industria y Medio Ambiente(CIMA, 2005) de la Región de Murcia impulsó va-rios trabajos para estudiar la subsidencia ocurrida. Seinstaló una red de nivelación topográfica con 25 pun-tos de control. Hasta junio de 1999, se midieronasientos máximos de – 53.6 cm (-4.8 cm/mes) en elcentro de un área circular de unos 300 m de diámetro(Figura19), ubicada sobre antiguas explotaciones mi-neras subterráneas. En diciembre de 2002 se incre-mentó el número de puntos de control hasta 57 y semidieron asientos máximos de -5.3 cm hasta julio de2004 en el centro de dicho área. Resulta importanteindicar que en este lugar es en el que mayor concen-tración de minados se han cartografiado, con un va-lor medio del 67% de huecos, entre los 80 y los 250m bajo la superficie (Rodríguez et al., 2000). El vo-lumen de subsidencia calculado fue de 20.810 m3,que equivale aproximadamente al 7.5% del total deminados, considerando una altura media de 4 m. Lasgrietas detectadas en la zona occidental eran desga-rres sinextrosos compresivos, mientras que en la zo-na oriental las grietas eran abiertas, hecho que permi-tió indicar que además de desplazamientos verticaleshubo desplazamientos horizontales hacia el noroeste.Esta hipótesis, junto con la del hundimiento observa-do entre las fallas de Las Lajas-La Cierva y de Laza-reto, permitió correlacionar a Rodríguez et al.(2000), la ocurrencia del sismo del 2-5-1998 con lasubsidencia. De esta forma el terremoto, a pesar deser de pequeña magnitud, pudo propagar su energía através del plano de dicha falla, desencadenando elhundimiento y provocando un efecto en cadena en lazona de minados. Los movimientos experimentadospor el terreno también se han controlado desde 1998a Diciembre de 2004 utilizando técnicas de interfero-metría diferencial avanzada, observando tendenciasde los hundimientos similares a las observadas me-diante nivelación topográfica (Herrera 2007).
CONCLUSIONES
La subsidencia del terreno es un fenómeno con-sistente en el hundimiento de la superficie terrestre
cuyo origen puede deberse a diversas causas gene-rando cuantiosos daños en aquellas infraestructurasque se asientan sobre ella. En este artículo se repa-san los diferentes tipos de subsidencia existentesmostrando además dos casos en España y un tercercaso correspondiente a la ciudad de México D.F.
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Este artículo fue solicitado desde E.C.T. el día 22de diciembre de 2008 y aceptado definitivamentepara su publicación el 18 de mayo de 2009.
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Fig. 19. Mapa geológico de La Unión con ubicación de las isolíneas de subsidencia y cortes geológicos de lazona de estudio (basado en Rodríguez et al., 2000).
