estudio de la subsidencia de la ciudad de murcia mediante

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada Memoria Vº Bº del director Vº Bº del director Fdo. D. José Delgado Marchal Dr. Ciencias Geológicas Universidad de Alicante Fdo. D. Juan Manuel López Sánchez Dr. Ingeniero de Telecomunicación Universidad de Alicante El doctorando Fdo. D. Roberto Tomás Jover Alicante, Diciembre de 2008

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial

avanzada

Memoria

Vº Bº del director

Vº Bº del director

Fdo. D. José Delgado Marchal

Dr. Ciencias Geológicas

Universidad de Alicante

Fdo. D. Juan Manuel López Sánchez

Dr. Ingeniero de Telecomunicación

Universidad de Alicante

El doctorando

Fdo. D. Roberto Tomás Jover

Alicante, Diciembre de 2008

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Page 3: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Índice

i

Índice general

Memoria

Agradecimientos ..................................................................................vii

1CAPÍTULO I. Introducción.................................................................. 1

2CAPÍTULO II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua..........................17

3CAPÍTULO III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia ................................................................................................91

4CAPÍTULO IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia ..............................................................................................161

5CAPÍTULO V. Conclusiones y futuras líneas de investigación ...271 Referencias bibliográficas.................................................................285

Anejos

ANEJOS..............................................................................................299

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

ii

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Índice

iii

Índice

Memoria

Agradecimientos ..................................................................................vii

6CAPÍTULO I. Introducción.................................................................. 1 6.1. Objeto de la tesis .............................................................................................3

6.2. Antecedentes....................................................................................................3 6.2.1. Documentación técnica disponible ..........................................................3 6.2.2. Antecedentes históricos ...........................................................................4 6.2.3. Noticias de actualidad............................................................................10

6.3. Estructura de la memoria ............................................................................15

7CAPÍTULO II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua..........................17 7.1. La subsidencia...............................................................................................19

7.1.1. Definición ..............................................................................................19 7.1.2. Importancia del fenómeno .....................................................................19 7.1.3. Casos históricos de subsidencia.............................................................19 7.1.4. El proceso de subsidencia. Consolidación del terreno...........................23

7.1.4.1. Mecanismo de la subsidencia ................................................................. 23 7.1.4.2. Presión de preconsolidación ................................................................... 23 7.1.4.3. Los mecanismos de la subsidencia ......................................................... 26 7.1.4.4. Comportamientos del suelo frente a los descensos de nivel

piezométrico ............................................................................................ 29 7.1.5. Modelos de cálculo de la subsidencia....................................................36

7.2. Métodos de medida de las deformaciones ..................................................39 7.2.1. Métodos topográficos convencionales...................................................39

7.2.1.1. Métodos altimétricos .............................................................................. 41 7.2.1.2. Métodos planimétricos ........................................................................... 43

7.2.1.2.1. Método planimétrico de intersección ........................................................ 43 7.2.1.2.2. Método planimétrico de itinerario............................................................. 44 7.2.1.2.3. Método planimétrico de radiación............................................................. 44

7.2.1.3. Métodos de medida de distancias reales................................................. 45 7.2.2. Métodos geodésicos...............................................................................45 7.2.3. Métodos fotogramétricos .......................................................................47 7.2.4. Métodos de teledetección ......................................................................48

7.2.4.1. Técnicas radar......................................................................................... 49 7.2.4.1.1. Técnica de Interferometría Diferencial SAR (DInSAR)

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Convencional .............................................................................................49 7.2.4.1.2. Técnicas de Interferometría Diferencial SAR Avanzadas .........................49

7.2.4.1.2.1. Reflectores Persistentes...................................................................49 7.2.4.1.2.2. Píxeles Coherentes ..........................................................................49 7.2.4.1.2.3. Ground Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) .......................50

7.2.4.2. Técnicas láser.......................................................................................... 50 7.2.4.2.1. Airborne Laser Scanner (ALS)..................................................................50

7.2.5. Métodos instrumentales ........................................................................ 51 7.2.5.1. Métodos de medida de apertura de grietas y fisuras ............................... 51 7.2.5.2. Métodos de medida de deformaciones en superficie y en

profundidad .............................................................................................. 53 7.2.6. Combinación de sistemas de medida de las deformaciones.................. 58 7.2.7. Estudio comparativo entre las diferentes técnicas de medida de

deformaciones ......................................................................................... 59 7.3. La interferometría SAR diferencial ........................................................... 64

7.3.1. Introducción .......................................................................................... 64 7.3.2. Fundamentos del Radar de Apertura Sintética (SAR) .......................... 65 7.3.3. Fundamentos de Interferometría SAR (InSAR).................................... 70 7.3.4. Fundamentos de Interferometría SAR Diferencial (DInSAR).............. 72 7.3.5. Métodos convencionales de interferometría SAR diferencial

(DInSAR)................................................................................................ 72 7.3.5.1. Método de la baseline corta .................................................................... 72 7.3.5.2. Método de las tres imágenes................................................................... 74 7.3.5.3. Método de las dos imágenes y el Modelo Digital del Terreno

externo...................................................................................................... 77 7.3.6. Fuentes de decorrelación ...................................................................... 78

7.4. La Técnica de los Píxeles Coherentes (Coherent Pixels Technique, CPT) .............................................................................................................. 80

7.4.1. El modelo de la fase .............................................................................. 81 7.4.2. Selección de interferogramas ................................................................ 82 7.4.3. Obtención de la componente lineal de deformación ............................. 82 7.4.4. Obtención de la componente no lineal de deformación ........................ 86 7.4.5. La geocodificación ................................................................................ 88

8CAPÍTULO III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia ................................................................................................91 8.1. Rasgos generales del área de estudio.......................................................... 93

8.2. Marco climático............................................................................................ 94

8.3. Marco geológico............................................................................................ 96 8.3.1. Geología regional y tectónica ............................................................... 97 8.3.2. Estratigrafía .......................................................................................... 97

8.3.2.1. El basamento de la cuenca ..................................................................... 97 8.3.2.2. El relleno sedimentario ........................................................................... 98

8.4. Marco hidrogeológico ................................................................................ 102

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Índice

v

8.4.1. El acuífero............................................................................................102 8.4.1.1. Límites hidrogeológicos ....................................................................... 102 8.4.1.2. Geometría del acuífero ......................................................................... 102 8.4.1.3. Características hidrogeológicas ............................................................ 103 8.4.1.4. Funcionamiento hidrodinámico............................................................ 103

8.5. Marco geotécnico ........................................................................................109 8.5.1. Introducción.........................................................................................109 8.5.2. Niveles guía .........................................................................................110 8.5.3. Características geotécnicas medias......................................................118

8.5.3.1. Llanura de inundación (FPZ)................................................................ 119 8.5.3.1.1. Arcillas (FPZ-Arcillas)............................................................................ 120 8.5.3.1.2. Subunidad de arcillas duras (FPZ-Arcillas duras)................................... 124 8.5.3.1.3. Limos (FPZ-limos).................................................................................. 124 8.5.3.1.4. Arenas (FPZ-Arenas) .............................................................................. 125

8.5.3.2. Abanicos aluviales (AFZ)..................................................................... 125 8.5.3.2.1. Arcillas (AFZ-arcillas) ............................................................................ 127 8.5.3.2.2. Limos (AFZ-limos) ................................................................................. 128 8.5.3.2.3. Arenas (AFZ-arenas)............................................................................... 128 8.5.3.2.4. Gravas (AFZ-Gravas).............................................................................. 129

8.5.3.3. Substrato geotécnico (SR) .................................................................... 129 8.5.3.3.1. Gravas ..................................................................................................... 129 8.5.3.3.2. Rocas....................................................................................................... 130

8.5.4. Resumen de propiedades geotécnicas..................................................130 8.6. La subsidencia en la Vega Baja y Media del río Segura: el periodo

de sequía 1993-1995 ....................................................................................142 8.6.1. Los recursos de la cuenca y la subsidencia..........................................142 8.6.2. Daños causados por el descenso piezométrico ....................................144 8.6.3. Control de la subsidencia.....................................................................150

8.6.3.1. Nivelación topográfica ......................................................................... 150 8.6.3.2. Extensómetros ...................................................................................... 151

8.6.4. Relación con las variaciones piezométricas ........................................154

9CAPÍTULO IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia ..............................................................................................161 9.1. Aplicación de la técnica interferométrica diferencial avanzada CPT

al estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia ...............................163 9.1.1. Procesado DInSAR de la ciudad de Murcia .......................................163 9.1.2. Distribución espacial de la subsidencia ...............................................167 9.1.3. Distribución temporal de la subsidencia..............................................181 9.1.4. Valores de subsidencia estimados por diferentes autores....................186 9.1.5. Tipos de comportamiento frente a la deformación .............................186

9.2. Validación de los resultados CPT.............................................................188 9.2.1. Comparación con medidas instrumentales ..........................................188 9.2.2. Comparación con medidas SPN ..........................................................190 9.2.3. Comparación de las precisiones conseguidas con datos

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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bibliográficos ........................................................................................ 194 9.3. Análisis de los factores condicionantes y desencadenantes de la

subsidencia.................................................................................................. 194 9.3.1. Factores desencadenantes.................................................................... 198

9.3.1.1. Piezometría................................................................................. 198 9.3.1.2. Localización de pozos ................................................................ 202 9.3.1.3. Localización de sótanos ............................................................. 210

9.3.2. Factores condicionantes ...................................................................... 214 9.3.2.1. Distancia al río Segura y a las acequias/azarbes ........................ 214 9.3.2.2. Litología ..................................................................................... 218 9.3.2.3. Espesor de suelo blando............................................................. 219 9.3.2.4. Situación de la antigua ciudad.................................................... 222

9.3.3. Regresión múltiple de la subsidencia.................................................. 224 9.3.4. Representación gráfica de factores condicionantes y

desencadenantes.................................................................................... 225 9.4. Efectos de las variaciones piezométricas en el suelo .............................. 229

9.4.1. Preconsolidación del suelo.................................................................. 229 9.4.1.1. Cálculo de la presión de preconsolidación................................. 229 9.4.1.2. Relación de la preconsolidación con otros parámetros

geotécnicos ................................................................................... 235 9.4.1.3. Causas de la preconsolidación del terreno: relación con las

variaciones de nivel piezométrico ................................................ 237 9.4.2. Daños en edificaciones........................................................................ 242

9.5. Modelización de la subsidencia ................................................................ 249 9.5.1. Introducción ........................................................................................ 249 9.5.2. Formulación empleada para la modelización...................................... 249 9.5.3. Cálculo de la subsidencia .................................................................... 253

9.6. Análisis de un escenario de riesgo: predicción de la subsidencia ......... 262

10CAPÍTULO V. Conclusiones y futuras líneas de investigación ..271 10.1. Conclusiones ........................................................................................... 273

10.1.1. La técnica .......................................................................................... 273 10.1.2. Contexto geológico-geotécnico de la Vega Media del Segura. ........ 275 10.1.3. La subsidencia................................................................................... 275 10.1.4. Validación. ........................................................................................ 276 10.1.5. Relación de la subsidencia con otros factores................................... 277 10.1.6. Modelización de la subsidencia ........................................................ 278 10.1.7. Conclusiones finales.......................................................................... 279

10.2. Líneas futuras de investigación.............................................................. 280

Referencias bibliográficas .................................................................285

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Agradecimientos

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AGRADECIMIENTOS

Durante estos cinco, casi seis, años que se ha prolongado este trabajo, han sido muchas las perso-nas, organismos y entidades que me han ayudado de un modo u otro. Por este motivo, y pidiendo discul-pas de antemano por si olvidara citar a alguien, quisiera mostrar mi más sincero agradecimiento a todos ellos, que han hecho realidad la posibilidad de realizar aquello que pretendía.

Especialmente quisiera agradecer el enorme interés y preocupación mostrados por mis dos direc-tores de la tesis sin los cuales nada de esto habría sido posible: Dr. Juan Manuel López Sánchez y Dr. José Delgado Marchal.

A D. Artemio Cuenca, gran amigo y maestro que tantas cosas me ha enseñado.

Al Dr. José Miguel Andreu y Dr. Pedro Alfaro (U.A.) por el material bibliográfico y revisiones realizadas que tan útiles me han resultado.

Al Dr. Jordi Mallorquí, a D. Pablo Blanco, D. Sergi Duque y D. David Navarrete, de la Universi-dad Politécnica de Cataluña, por haber atendido tantas dudas como les planteábamos y habernos introdu-cido en el mundo de la Interferometría SAR diferencial. Igualmente agradecerles la cesión del software con el que se ha realizado el procesado interferométrico empleado en la presente tesis.

A D. Fernando Vicente del Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la UA por la ayuda en el procesado final.

A D. Joaquín Mulas (IGME) por los datos de la ciudad de Murcia facilitados así como por los comentarios realizados.

Al Dr. Gerardo Herrera (IGME) amigo y compañero de procesados y tesis.

A D. Juan Antonio Hernández, D. Miguel Fernández y D. Luis Rodríguez del Ciclo Hídrico de la Excelentísima Diputación de Alicante por la cesión de los datos piezométricos y diversa información hidrogeológica proporcionada para la elaboración de esta tesis doctoral.

A D. César Doménech (ITC S.A. y U.A.) y a Andrés Mira (CEICO, S.L.) por toda la información geotécnica facilitada.

Al Dr. Servando Chinchón (U.A.) por la realización e interpretación de los análisis de difracción de rayos X realizados sobre las muestras de suelo facilitadas.

Al Dr. David Benavente (U.A.) por la ayuda prestada en el manejo del programa SPSS y el trata-miento estadístico de los datos.

A D. Pedro Robles Marín (ESFERA, S.L.) por sus comentarios sobre la Vega Baja y Media del Segura que han resultado de gran interés.

A Dr. Devin L. Galloway (U.S.G.S.), Dr. Keith R.Prince (U.S.G.S.), Dr. Giuseppe Gambolatti, Dr. Donald Helm (University of Baltimore) por los comentarios realizados sobre la interpretación de las curvas esfuerzo-deformación.

A la Confederación Hidrográfica del Segura (CHS), y en particular a D. Francisco Turrión y D. Gonzalo Aragón por sus comentarios y datos facilitados.

Al IGME, Ministerio de Fomento y EMUASA por los datos piezométricos facilitados.

A mis abuelos por el referente de esfuerzo y constancia que han supuesto para mí.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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A mis padres, por su confianza y apoyo incondicional prestados siempre.

A Julia, mi mujer, y a mis dos hijos Julia Jr. y Roberto Jr., por todos los ratos que les he robado para poder realizar esta tesis. ¡Parte de esta tesis es también vuestra!

Los datos meteorológicos empleados han sido cedidos libremente por el Instituto Nacional de Me-teorología (INM).

Las imágenes SAR empleadas en este trabajo han sido proporcionadas por la Agencia Espacial Europea (ESA) en el marco del proyecto ESA EO-Cat.1-2494, en el cual participan la Universidad de Alicante, la Universidad Politécnica de Cataluña y la Universidad Politécnica de Cartagena.

La presente investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología y los fon-dos FEDER mediante los siguientes proyectos TIC2002-04451-C02-02, BTE2002-12456-E, TEC2005-06863-C02-02, REN2002-12726-E, los proyectos de la Generalitat Valenciana GV04B/556, GV06/179, GV07/143 y ACOMP07/087, las ayudas al grupo de investigación del Vicerrectorado de Investigación, Desarrollo e Innovación de la UA VIGROB-157 y el convenio de investigación INYPSA1-06T.

Las lecturas extensométricas y la mayor parte de los datos piezométricos han sido facilitados por el Instituto Geológico y Minero de España. Los datos de subsidencia proporcionados por el IGME han sido obtenidos mediante la técnica SPN en el marco del proyecto Terrafirma y procesados por Altamira Information (Barcelona).

La Excelentísima Diputación de Alicante y la Confederación Hidrográfica del Segura han propor-cionado también un gran número de datos e informes de carácter hidrogeológico.

El software de procesado interferométrico y de cálculo de subsidencia ha sido proporcionado por el Grupo de Teledetección con Microondas (Remote Sensing Lab) del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad Politécnica de Cataluña, en el marco de los proyectos citados ante-riormente.

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Capítulo I. Introducción

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CAPÍTULO I. Introducción 1.1. Objeto de la tesis

El estudio de los fenómenos geológicos naturales ligados a catástrofes ha adquirido gran impor-tancia en el mundo científico, dado que es necesario conocer los parámetros que los gobiernan y otros aspectos fundamentales para su mitigación. De entre todos los fenómenos geológicos destaca, por su carácter regional, la subsidencia del terreno. Este fenómeno puede afectar a las infraestructuras humanas, causando anualmente cuantiosos daños materiales.

Este tipo de fenómeno natural suele manifestarse de diferentes formas, aunque todas ellas pre-sentan una característica común, y es que siempre produce variaciones en la superficie terrestre. La inci-dencia que la subsidencia puede tener sobre las infraestructuras y asentamientos humanos, junto con la necesidad de establecer los mecanismos que los producen, hace necesario el control de estas deformacio-nes de la superficie terrestre empleando métodos de medida.

Históricamente, el control de la subsidencia se ha llevado a cabo mediante topografía clásica, apoyándose en puntos estables del terreno que servían como referencia para las deformaciones nulas y métodos instrumentales capaces de estimar las deformaciones en un punto determinado del terreno. Sin embargo, el avance tecnológico ha dado lugar a la aparición de nuevas técnicas de medida de los movi-mientos del terreno. De entre todas estas técnicas, las cuales se describirán con algo más de detalle en el Capítulo 2 de la presente memoria, la Interferometría SAR diferencial ha cobrado gran protagonismo dentro de este campo. Grosso modo, esta técnica permite estimar las deformaciones del terreno a lo largo del tiempo por comparación de las fases de la señal reflejada a un satélite equipado con un radar en cada instante por el escenario objeto de estudio.

En la presente memoria se hará uso de la Interferometría SAR diferencial para conocer la distri-bución y evolución de las deformaciones producidas por consolidación del terreno en la ciudad de Mur-cia, situada en la cuenca de la Vega Media del río Segura, durante el periodo comprendido entre 1993 y 2007. La información así obtenida resultará, por sí sola, de gran valor científico y práctico. Por un lado proporcionará datos, desconocidos hasta el momento, del comportamiento de los rellenos de la cuenca del río Segura ante los cambios de nivel piezométrico que afectaron a dicha región durante el periodo de sequía de los años noventa. Por otro lado, permitirá identificar las zonas más susceptibles a sufrir este tipo de fenómeno en el futuro próximo.

Los datos de asiento calculados mediante esta técnica serán contrastados con otros datos de dife-rente naturaleza. Primero se compararán con los datos de extensometría disponibles en el entorno metro-politano de la ciudad de Murcia y con los datos de deformación obtenidos mediante la técnica interfero-métrica avanzada (Stable Point Network). También se realizarán comparaciones con la distribución de edificios dañados, con la distribución de pozos de extracción de agua disponibles en todo el área de estu-dio, con la distribución de sótanos, con la distribución de espesores de suelo blando y con otros factores relacionados con la subsidencia. Asimismo, se propone un modelo de cálculo unidimensional de la subsi-dencia basado en los coeficientes de almacenamiento del terreno obtenidos a partir de las curvas esfuerzo-deformación de los diferentes pozos en los que hay disponibles registros piezométricos. Los resultados de esta modelización serán comparados con los registros de deformación correspondientes a los extensóme-tros y la técnica CPT-DInSAR. Por último, se calculará la distribución de asientos correspondiente a diferentes escenarios de descenso piezométrico.

1.2. Antecedentes

Aunque los problemas de capacidad portante de los suelos de la Vega Media del río Segura son conocidos desde antaño y se han monitorizado periodos de sequía que han causado importantes descensos de los niveles piezométricos de la Vega Media del Segura, como el de los años ochenta, no existen regis-tros ni datos que confirmen la ocurrencia de fenómenos de subsidencia en esta región hasta el año 1995.

1.2.1. Documentación técnica disponible

Los documentos disponibles se reducen a numerosas noticias de prensa publicadas principalmen-te en los años noventa, cuando el fenómeno se manifestó con mayor intensidad.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

4

El Instituto del Agua de la Universidad de Murcia emitió en el año 1995 un informe titulado “In-forme hidrogeológico sobre los efectos de la sequía en los edificios de la ciudad de Murcia”, que no ha podido ser consultado por el autor de la presente tesis al no ser público.

Dado que la sequía desencadenó una importante alarma social, durante abril de 1996 el Colegio Oficial de Arquitectos de Murcia organizó unas jornadas tituladas “Influencia del descenso del nivel freá-tico sobre los edificios del casco urbano de Murcia” a la que asistieron numerosos especialistas en cues-tiones geotécnicas y estructurales con el fin de analizar y discutir la citada problemática.

Los primeros trabajos científicos consistieron en una tesis de máster de Ingeniería Geológica de la Universidad Complutense de Madrid escrita por Andrés Puche (1996) y titulada “Evolución piezomé-trica de Murcia. Consecuencias geotécnicas” en la que se recogen algunos datos geotécnicos, piezométri-cos, etc., interesantes.

En la Universidad de Alicante también se elaboraron dos trabajos finales de carrera de la titula-ción de Arquitectura Técnica que trataron la temática de la subsidencia de Murcia, ilustrándolos con al-gún caso real de recalce de edificios de la ciudad.

Tras la aparición de los primeros problemas en edificaciones de la ciudad de Murcia, los orga-nismos públicos comenzaron a tomar cartas en el asunto iniciándose numerosos trabajos de investigación cuyo objetivo era el de estudiar la subsidencia del terreno. Entre otros cabe destacar los siguientes traba-jos realizados por el IGME a petición de la Consejería de Obras Públicas y Ordenación del Territorio de la Región de Murcia:

- Estudio geotécnico para el análisis, prevención y corrección de la patología constructi-va derivada del cambio en las condiciones del subsuelo en la ciudad de Murcia (IGME, 2000a).

- Estudio geotécnico del Subsuelo del Área Metropolitana de Murcia (IGME, 2000b).

- Seguimiento y control instrumental de asentamientos del terreno en el área metropoli-tana de Murcia (IGME, 2001a).

- Estudio hidrogeológico del acuífero de las Vegas Media y Baja del Segura y su rela-ción con los cauces naturales y artificiales de su territorio (IGME, 2001b).

Casi simultáneamente se inició una tesis doctoral en la Universidad de Sevilla titulada “Cálculo de la subsidencia unidimensional debido a los descensos de nivel piezométrico. Aplicación al casco urba-no de Murcia y los efectos sobre los edificios”, cuyo autor fue Narciso Jesús Vázquez y su director José Luis de Justo, que posteriormente sería publicada a modo de libro (Vázquez y De Justo, 2002a), de forma sintetizada. Algunos de sus capítulos fueron publicados en revistas científicas y presentados en congresos. Su objeto era el de predecir los valores de subsidencia ocurridos tras la sequía, así como estudiar los efec-tos generados por el fenómeno de rozamiento negativo en pilotes. Para ello se emplearon datos geotécni-cos y lecturas de niveles piezométricos en algunos emplazamientos de la ciudad, estimando asientos com-prendidos entre 15 y 30 cm durante el periodo de sequía 1992-1995. El trabajo está disponible en Internet, por lo que ha podido accederse a su consulta (Vázquez, 2001).

Aunque parte de esta documentación se encuentra publicada, la mayoría, especialmente los in-formes técnicos, no están disponibles o simplemente no han sido facilitados por los organismos oficiales competentes.

1.2.2. Antecedentes históricos

Como ya se ha indicado con anterioridad, desde 1993 tuvo lugar un descenso generalizado del nivel piezométrico del acuífero de la Vega Baja y Media del Segura, que causó la subsidencia del terreno ocasionando cuantiosos daños materiales en edificios de la ciudad de Murcia y su entorno. La alarma social causada fue muy grande, tal y como se observa en algunos de los recortes de prensa mostrados a continuación, seleccionados de los centenares de ellos publicados en diarios de tirada local e incluso na-cional, como La Verdad, Información de Alicante, Diario 16, La Opinión, El País, etc.

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Capítulo I. Introducción

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La Verdad, 9 de Marzo de 1996

La Opinión, 9 de Marzo de 1996

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

6

La Opinión, 17 de Marzo de 1996

Page 15: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo I. Introducción

7

La Opinión, 20 de Marzo de 1996

La Opinión, 16 de Abril de 1996.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

8

La Opinión, 19 de Abril de 1996

Page 17: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo I. Introducción

9

La Verdad, 21 de Abril de 1996

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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1.2.3. Noticias de actualidad

Actualmente, la Vega Media del Segura se encuentra inmersa en un periodo de extrema sequía, con registros de descenso de nivel piezométrico mayores a los correspondientes al periodo crítico vivido a mediados de los años noventa. La preocupación porque se repitan estos fenómenos queda patente en los recortes de prensa mostrados a continuación.

Por otro lado, el fenómeno de la subsidencia de Murcia fue objeto de varios programas de televi-sión. El espacio “Línea 900” trató la subsidencia de Murcia en un programa titulado “Cuando el suelo se hunde” que se emitió el día 23 de junio de 2006 por la segunda cadena de Televisión Española. Igualmen-te, el canal 6 de la televisión local de Murcia emitió el mismo año, en el espacio televisivo titulado “El Debate”, una discusión sobre los orígenes, causas y efectos de la actual sequía.

Una comisión buscará soluciones para evitar daños por el descenso del nivel freático El Ayuntamiento de Murcia y la Confederación se ponen de acuerdo para trabajar unidos y vigilar las extracciones de agua de los pozos M. BUITRAGO/MURCIA Después del desencuentro de los últimos meses, el alcalde de Murcia, Miguel Ángel Cámara, y el presi-dente de la Confederación Hidrográfica del Segura, José Salvador Fuentes Zorita, se han puesto de acuer-do para crear una comisión técnica que estudie y vigile las extracciones de agua del subsuelo y se evite la preocupante situación del verano pasado, cuando el descenso del nivel freático llegó a niveles alarmantes que podían afectar a las edificaciones. A propuesta de Fuentes Zorita, y tras el ofrecimiento del alcalde, la comisión empezará a trabajar de forma urgente. Miguel Ángel Cámara ya ha propuesto a los miembros que representarán al Ayuntamiento, que estará encabezados por la concejal de Medio Ambien-te y Personal, Pilar Megía; junto con el director ge-rente de Aguas de Murcia, Luis García; el arquitecto jefe de la Oficina Técnica de Arquitectura, Antonio González Serna; y el profesor de Hidrogeología de la Universidad de Murcia, Melchor Senent.

Por parte de la Confederación, la delegación técnica estará dirigida por el Comisario de Aguas, Manuel Aldeguer, quien fijará el día del encuentro. Según ha podido saber La Verdad, el alcalde ha tomado otras medidas, como han sido encargar un estudio de investigación sobre el comportamiento del acuífero situado bajo el suelo del municipio. El traba-jo lo realizarán el Instituto Euromediterráneo del Agua que dirige Francisco Cabezas; y el profesor Melchor Senent. El objetivo es evitar que vuelva a repetirse la situación de los años 1995-96, cuando el descenso del nivel freático afectó a las estructuras de numerosos edificios. La necesidad de acometer un estudio detallado del subsuelo de Murcia fue planteada por los técnicos en el programa El Debate de Canal 6. La situación vol-vió a ser preocupante el pasado verano debido a las extracciones en este acuífero, que provocó un nuevo descenso de los niveles.

La Verdad, 11 de enero de 2007

Page 19: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo I. Introducción

11

89.000 edificios, en la lista de candi-datos a agrietarse EDUARDO CASADO. 17.11.2006

Nicasia nos cuenta que por esta pared se veía la cocina de su casa. (Juanma L. G. G.). Tienen más de 15 años y peligran después de bajar 6 m el nivel freático por la sequía. Inge-nieros y arquitectos creen que la situación no es preocupante. Si el Ayuntamiento de Murcia está en lo cierto y el nivel freático (donde se encuentra el agua subterránea) está descendiendo, los habitantes de 89.000 viviendas de Murcia serán los más afectados.

Son las casas que, según el Instituto Nacional de Estadística (INE), hay en el municipio con una altura superior a un piso y construidas antes del año 1991.

Pero la opinión de los ingenieros y los arquitec-tos de Murcia es que no hay motivos para alar-marse. Juan Guillamón, decano de los primeros, dijo que «las últimas lluvias han aliviado los niveles».

Guillamón explicó que un síntoma de que el nivel freático afecta a un edificio es la aparición «de grietas en un ángulo de 45 grados con la horizontal del edificio». La solución para un edificio afectado, según Francisco Camino, decano del Colegio de Ar-quitectos, es la inyección de cemento en los cimientos: «Es reconstruir el edificio con la gente dentro». La operación, que es carísima, ya se hizo en la crisis del 95, cuando se vieron afectados 100 edificios.

La candidata del PSOE a la Alcaldía, María José Alarcón, calificó al alcalde, Miguel Ángel Cá-mara, de «irresponsable e inepto por poner en peligro la seguridad de los murcianos» al extraer agua de pozos ilegales cuando la CHS le había advertido, como publicó ayer 20 minutos.

20 minutos, 17 de Noviembre de 2006.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Aparecen grietas en viviendas que atribuyen al nivel freático Un grupo de vecinos de Rincón de Seca denuncia que las extracciones de los pozos ha dañado a sus hogares CRISTINA GARCÍA/MURCIA No sabe a dónde ir a reclamar; pero está seguro de que las enormes grietas de su casa de la huer-ta en la pedanía murciana de Rincón de Seca son consecuencia de la bajada del nivel freático en la zona. Desde el pasado mes de junio, Javier, un empre-sario murciano, ha visto cómo se ha rajado su caserón de arriba a abajo literalmente al igual que el de muchos de sus vecinos, según explica. «¿Si pasa alguna desgracia quién va a respon-der?», se pregunta el empresario, quien además asegura que cuando empezaron a resquebrajarse las paredes de su hogar llamó a la Confedera-ción Hidrográfica del Segura (CHS) para que comprobara de inmediato que el origen de los daños era la bajada del nivel freático. Este empresario dice que aún no ha obtenido respuesta después de que un técnico de una empresa de construcción enviado por la CHS acudiera al lugar para realizar un informe. La única solución que le han dado es que contrate a una empresa que haga un estudio y determine la causa de las rajas en su vivienda en la huerta.

«Yo no sé si es por el pozo que la Confedera-ción tiene aquí o por los otros pozos», reconoce el empresario quien acusa a la CHS y al Ayun-tamiento de Murcia «de pasarse el muerto» el uno al otro y desentenderse del tema. «Ya sé que hace falta agua para regar los huertos pero por esta zona hay tres pozos y algunos otros particulares y dudo que se esté controlando el agua que se saca», destaca, y confiesa su pre-ocupación por que su casa o la de alguna de sus vecinos se caiga abajo cuando ellos estén de-ntro. Inspección de la CHS Fuentes de la Confederación Hidrográfica acla-ran que varios técnicos acudieron a inspeccionar la vivienda denunciada por el empresario, pero «no lograron establecer una causa efecto dire-cta», por lo que descartaron que se tratara de daños causados por el descenso en el nivel freá-tico. Además, los expertos, según las mismas fuentes, «sí descubrieron años anteriores otras construcciones afectadas por esta causa».

La Verdad, 20 de Noviembre de 2006.

Page 21: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo I. Introducción

13

El nivel freático de varias zonas de la ciudad roza la línea roja que causó graves daños a los edificios en 1995 El peligro era palpable el pasado verano, ya que el nivel del agua se encontraba cerca de los 12 metros de profundidad; en los últimos días se han recuperado 3 metros M. BUITRAGO/MURCIA El peligro era cierto el pasado verano. La alarma que ha lanzado el alcalde de Murcia, Miguel Ángel Cámara, de que el nivel freático del agua del subsuelo en el casco urbano ha bajado con-siderablemente se basa en datos ciertos de las mediciones de los piezómetros. Sólo hay dos matizaciones: Por un lado, la Confederación Hidrográfica del Segura sostiene que el nivel ha bajado un metro menos de lo que dice el alcal-de. En segundo lugar, las lluvias de los últimos días han permitido aliviar la situación y se han recuperado los niveles entre 2 y 3 metros, según las zonas, por lo que ninguna se encuentra ac-tualmente dentro de la línea roja que causó daños a los edificios, como ocurrió en 1995. No obstante, sí está comprobado que en varios puntos se roza todavía la alerta, ya que el nivel freático se aproxima al umbral de los 12 a 14 metros de profundidad que causó los daños a las viviendas hace una década. En aquella ocasión, los destrozos en los cimientos y estructuras de los edificios se debieron a las extracciones abu-sivas de los pozos también propiedad del Ayun-tamiento, ya que en aquellas fechas la Confede-ración no tenía abierto ningún sondeo bajo el casco urbano, señalaron ayer desde el organis-mo de cuenca. Últimas mediciones Las decenas de pozos propiedad del Ayunta-miento que han estado sacando agua de la capa

más superficial son los que mayor incidencia han vuelto a tener, hasta el punto de que el Con-sistorio fue requerido en julio y agosto para que detuviera las extracciones, cosa que no hizo, según señaló el miércoles el comisario de Aguas. A día de hoy, y según las mediciones de los piezómetros de la Confederación Hidrográfica del Segura, hay varias zonas del casco urbano cuyo nivel freático roza los once metros. El mes pasado, antes de las lluvias, uno de los medido-res del Ayuntamiento se aproximó a los doce metros, aunque la Confederación lo rebaja en un metro. Con las últimas mediciones del organis-mo de cuenca realizadas el pasado martes, las zonas próximas al auditorio regional y Ronda Norte tenían los niveles de agua a mayor pro-fundidad, rozando los once metros. Fuera del casco urbano, como en los alrededores de Barriomar, Beniaján y La Machacanta se superan los once metros, y corresponden a po-zos de la propia Confederación Hidrográfica. Esta última, que depende del Ministerio de Medio Ambiente, maneja todos los datos de nivel freático con cautela, ya que el descenso está vinculado a la fuerte sequía y a la política ministerial de los últimos meses de abrir el mayor número de pozos posible, a falta de otros recursos hídricos.

La Verdad, 17 de Noviembre de 2006.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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La mitad de los edificios agrietados en 1995 lo fueron por otras causas LA VERDAD/MURCIA El hidrogeólogo Eduardo Lupiani y el geólogo Francisco Turrión discreparon durante el pro-grama El Debate acerca de la legalidad de los sesenta pozos que Aguas de Murcia tiene abier-tos para regar los jardines. Según Lupiani, de ellos se extrae «un hectómetro anual, que el subsuelo recupera por las pérdidas de la red de aguas, cifradas en un 10%, unos 3,5 hectóme-tros». Turrión, por su parte, advirtió de que «no sabe-mos a ciencia cierta cuánto gasta el Ayunta-miento de Murcia en regar sus jardines porque se niega a compartir sus datos con nosotros». Turrión aseguró que los pozos «son ilegales. La Confederación Hidrográfica nunca los ha legali-zado». Además, insistió en que, «hace 10 años, decían que se extraía un hectómetro. Lo dudo».

Estudios contradictorios Ramón Aragón, jefe del Instituto Geológico y Minero en Murcia, confirmó que el pasado mes de julio, «a la vista de los datos de la CHS, el descenso en el nivel freático comenzaba a ser preocupante. Hasta el 30 de octubre, el descenso medio en el municipio era de 6 metros. Y, en algunos lugares de las afueras como Beniel o Aljucer alcanzaba los 8 metros. Ahora, después de las lluvias, se ha recuperado 1 ó 2 metros». Respecto a los daños provocados en los edifi-cios en 1995, Turrión reveló que «se realizó un estudio que evidenció que muchos daños no eran por el nivel freático, sino por fugas de saneamiento, restos de murallas, aparcamientos próximos, bomberos, etc.». Aragón, en cambio, advirtió de que otro estudio cifró que el 50% de los edificios sufrió daños «directamente vincu-lados al descenso en el nivel».

La Verdad, 23 de noviembre de 2006.

150 edificios del Infante y El Carmen quedaron dañados hace una década M. J. M./MURCIA En 1995, los tabiques y cimientos de unos 150 bloques del municipio, ubicados sobre todo en la zona del polígono Infante y en el barrio del Carmen, empezaron a agrietarse. La capa freáti-ca sobre la que estaban asentados había descen-dido como consecuencia de la prolongada se-quía que asolaba el municipio. Se estima que un millar de viviendas y más de 2.000 familias sufrieron las consecuencias. Se trataba de un fenómeno nuevo. Las compañías de seguros no respondieron porque este tipo de catástrofes no estaban incluidas en los contratos de cobertura. Las reparaciones de las casas dañadas podían

oscilar entre los dos millones de pesetas -las menos deterioradas- a seis millones. En 1996 se constituyó en El Carmen una plataforma de afectados que, poco a poco, fue agrupando a los vecinos de otros barrios que tenían las viviendas plagadas de grietas a causa de la bajada de la capa freática. La plataforma recabó la ayuda del Ayuntamien-to de Murcia y de la Comunidad Autónoma. Llevó el caso a la Asamblea Regional. Se deba-tió en el Senado y en el Congreso. Cuatro años después llegaron las ayudas.

La Verdad, 16 de Noviembre de 2006

Page 23: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo I. Introducción

15

1.3. Estructura de la memoria

La presente memoria está compuesta de cinco capítulos. En este primer capítulo, se definen los objetivos de la investigación desarrollada y se recopilan los antecedentes y noticias de actualidad relacio-nados con la problemática de la subsidencia objeto de estudio.

El segundo capítulo describe todos los aspectos metodológicos empleados para el desarrollo de

la presente investigación. Fundamentalmente se describirá con más detalle el fenómeno de la subsidencia por extracción de agua, se repasarán los métodos de cálculo y/o predicción empleados para la cuantifica-ción de las deformaciones producidas por la extracción de agua y se expondrán las diferentes técnicas de medida y control de las deformaciones, incidiendo especialmente en la Interferometría SAR Diferencial (DInSAR) y en particular en la técnica de los Píxeles Coherentes (Coherent Píxel Technique, CPT).

La descripción del medio (geología, propiedades geotécnicas de los suelos, hidrogeología, etc.)

se lleva a cabo en el capítulo tercero. En él se incluye también una primera descripción del fenómeno concreto de subsidencia que afectó a la Vega Media del río Segura.

En el capítulo cuarto se exponen y analizan en detalle los resultados obtenidos con la aplicación

de la interferometría SAR diferencial al estudio de la subsidencia de la Vega Media del río Segura para el periodo 1993-2005. Estos resultados son validados mediante comparación directa con datos in situ de medidas de deformación así como otros tipos de datos como son el espesor de suelo blando, la litología, la evolución temporal del nivel piezométrico o la deformación modelizada mediante la teoría clásica de la consolidación. Asimismo, se propone un modelo de cálculo de la subsidencia producida por el descenso de nivel piezométrico que es validado y aplicado a diferentes escenarios de subsidencia.

Finalmente, en el último capítulo se enumeran las conclusiones principales del estudio llevado a

cabo y se proponen posibles líneas futuras de investigación relacionadas con esta tesis.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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CAPÍTULO II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

En este capítulo se analizan y describen todos los aspectos metodológicos relacionados con la subsidencia, las técnicas de instrumentación empleadas para la medida de las deformaciones causadas por la subsidencia, la interferometría SAR diferencial y la técnica empleada en la presente tesis (denominada de los píxeles Coherentes -CPT-DInSAR-).

2.1. La subsidencia

2.1.1. Definición El término genérico de subsidencia hace referencia al hundimiento paulatino de la corteza terres-

tre, continental o submarina. La subsidencia terrestre, en la cual se centra el presente trabajo, es un fenó-meno que implica el asentamiento de la superficie terrestre en un área extensa debido a varios factores, que pueden ser naturales o causados por el impacto de una gran variedad de actividades humanas (Corap-cioglu, 1984).

Prokopovich (1979) define desde un punto de vista genético dos tipos de subsidencia: endógena y exógena. El primero de estos términos hace referencia a aquellos movimientos de la superficie terrestre asociados a procesos geológicos internos, tales como pliegues, fallas, vulcanismo, etc. El segundo se refiere a los procesos de deformación superficial relacionados con la compactación natural o antrópica de los suelos.

La subsidencia puede también clasificarse en función de los mecanismos que la desencadenan (Scott, 1979). Las actividades extractivas de mineral en galerías subterráneas, la construcción de túneles, la extracción de fluidos (agua, petróleo o gas) acumulados en reservorios subterráneos, el descenso de nivel freático por estiajes prolongados, la disolución natural del terreno y lavado de materiales por efecto del agua, los procesos morfotectónicos y de sedimentación o los procesos de consolidación de suelos blandos u orgánicos, son algunas de las causas de los procesos de subsidencia (González Vallejo et al., 2002).

2.1.2. Importancia del fenómeno La subsidencia es un fenómeno geológico que no suele ocasionar víctimas mortales, aunque los

daños materiales que causa pueden llegar a ser cuantiosos. Es de gran importancia en zonas urbanas, donde los perjuicios ocasionados pueden llegar a ser ilimitados, suponiendo un riesgo importante para edificaciones, canales, conducciones, vías de comunicación, así como todo tipo de construcciones asenta-das sobre el terreno que se deforma.

Las consecuencias económicas de este fenómeno se han valorado en unos 125 millones de dólares anuales en 1990 (Huhfer et al.,, 1997). En España existen algunas zonas relativamente pequeñas que se han visto afectadas por este tipo de fenómenos, como es el caso de la ciudad de Murcia. En ella se midie-ron asientos relativos de 10-12 cm entre los años 1994-96 debido a un descenso del nivel freático de unos 8 metros (Rodríguez Ortiz y Mulas, 2002). Los daños producidos en aproximadamente 150 edificios del núcleo urbano de Murcia dieron lugar a unas 300 denuncias, estimándose el coste de los daños produci-dos en unos 38 millones de euros (Rodríguez Ortiz y Mulas, 2002).

2.1.3. Casos históricos de subsidencia La subsidencia es un fenómeno asociado en gran medida al desarrollo humano y a la ocupación y

urbanización de amplias zonas del territorio. Es por ello que los fenómenos de subsidencia afectan a un gran número de asentamientos humanos distribuidos por todo el mundo. Con el fin de proporcionar un orden de magnitud del fenómeno de subsidencia que afecta a la ciudad de Murcia, en la Tabla 2.1 se ex-ponen algunos de los casos más significativos de la literatura científica.

Page 26: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

20

Tabla 2.1 Casos históricos de subsidencia por variación de nivel freático (modificado de Justo y Váz-quez, 1999 y Vázquez, 2002). Q: Cuaternario indiferenciado; T: Terciario indiferenciado; H: Holoceno;

Pl: Pleistoceno; P: Plioceno; c: arcilla; m: limo; s: arena; g: grava.

País

Situación Periodo Área (km2)

Velocidad de asiento (cm/año)

Asiento máximo

(cm)

Edad del sue-lo/litología (po-

tencia en m)

Descenso piezo-

métrico máximo

(m)

Referencia bibliográ-fica

1854-59 7160 850 35 1891-73 643 33 1891-38 4.5 1938-68 1938-48 7.6 750 1948-50 44 >850 1950-51 46 1951-70 800

1973 5 1983-96 28

Méj

ico

Ciudad de Méjico

1996-97 30

Q/c+s(700)

Carbognin et al. (1978) Figueroa y Germán (1977) Placzek (1989) Scott (1979) Birkle y Schneider (1998) Strozzi y Wegmüller (1999) UNESCO, (1984)

1950-65 80 350 50

Delta del río Po

1959 6-7 Q/c+s (1500)

Carbognin et al. (1978) Gambolati et al. (1999) Lewis y Schrefler (1998) Ricceri y Favareti (1992) Schrefler et al. (1977) Placzek (1989) Bitelli et al. (2000) Carminati y Martinelli (2002) UNESCO, (1984)

1900-80 0.3 22.4 1900-35 0.1 3.5 12 1935-52 0.4 6.8 1952-69 0.5 9 7 1968-69 1.4 10 1935-72 0.6 10

1975 0.1 2.31 1975-80 2 3 1935-72 19 1952-69 0.65 11 16 1968-69 1.7 15

Venecia

1975-80

0.65

Pl/s+m+c (1000)

8

Bouwer (1977) Carbognin et al. (1977 ; 1978 ; 1979) Corapcioglu (1984) Gambolati y Freeze (1973) Gambolatti et al. (1999) Lewis y Schrefler (1998) Placzek (1989) Ricceri y Butterfield (1974) Ricceri y Favaretti (1992) Alberotanza et al. (2002) UNESCO, (1984)

1902-50 0.2-0.5 1949-90 120 1949-72 3-4 1972-77 6-7 1972-73 8 1977-82 1-1.4 1982-86 0.5 43 1972-73 11 1984-87 5 1987-93 3

Rávena

1949-86

80

7

Q/c+s (1500-3000)

41

Carbognin et al. (1979) Gambolati et al. (1999) Lewis y Schrefler (1998) Carminati y Martinelli (2002) UNESCO, (1984)

1962-81 85 10

Italia

Módena 1989 2.5 Estrato compactado

(35-300) Ricceri y Favareti (1992)

1957-67 22.000 10 90 Q/(200) 15 1980-1990 5-10 38-68

Taila

ndia

Bangkok Actuali-

dad 1.5-2.2

Bergado et al. (1987) Prinzl y Nutalaya (1987) UNESCO, (1984)

Page 27: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

21

Tabla 2.1 Casos históricos de subsidencia por variación de nivel freático (modificado de Justo y Váz-quez, 1999 y Vázquez, 2002)(continuación).

País

Situación Periodo Área (km2)

Velocidad de asiento (cm/año)

Asiento máximo

(cm)

Edad del sue-lo/litología (po-

tencia en m)

Descenso piezo-

métrico máximo

(m)

Referencia bibliográ-fica

1950-73 120 35 1989 11.5

1987-92 6-8 Bolonia 1970-93 1.6

Estrato compactado (50-

250)

Ricceri y Favareti (1992) Bitelli et al. (2000) Folloni et al. (1996) Carminati y Martinelli (2002)

Mesola 1950-60 15 150 s+m+c 40 Ricceri y Favaretti (1992)

Italia

Firenze-Prato-Pistoia

1998-00 400 2-9 Colombo et al. (2003)

1950-69 235 25 130 4 Taipei 1955-74 190 Q/(10-240)

Scott (1979) UNESCO, (1984)

1976-97 200 150 22 1998-01 14 15 Ta

iwan

Río Chos-hui

1999

G+s+m+c (750)

10

Liu et al. (2004a ; 2004b)

1961-75 2-20 237 1920-73 >40 1961-75 147

1925 0.14-0.18 1925-50 0.2-0.5 1950-60 1-2 1960-65 2-4

1973 2-20

Llanura de Nobi

1974-75

1140

3

H/s+c (10-60) Pl/(150)

P(200-1000)

Kuwabara et al. (1977) Iida et al, (1977) UNESCO, (1984)

1959 50 200 1960 32 1970 240

Niigata

2000

H(<150) Pl(650)

Aoki (1977) Yamamoto (1996) Akagi (1992) Corapcioglu (1984) Scott (1979) Sato et al. (2003) UNESCO, (1984)

1892-68 100-400 1961 >10

1963-70 >10 1973-75 1-2

1975 >10 1900-75 457 1920-71 1938-75 300 1958-60 38

1968 20 1971 10

Tokyo

1975

200

1-2

Pl-P/c(10-30)

Ishii et al. (1977) Yamamoto (1996) Akagi (1992) Corapcioglu (1984) Scott (1979) Carbognin et al. (1978) Bouwer (1977) Ricceri y Butterfield (1974) Sato et al. (2003) UNESCO, (1984)

1885-62 30 1935-68 280 Osaka

1960 120

20

Q/(400)

Yamamoto (1996) Carbognin et al. (1978) Akagi (1992) UNESCO, (1984)

Kanto 1996 6.9 Nakagawa et al. (2000)

Japó

n

Llanura de Saga 1957-02 320 124 Q/c+s (200) Zhou et al. (2003)

UNESCO, (1984) 1982-91 625 80 1991-97 160

Indo

nesi

a

Jakarta 1997-99 20

Q/s+m (200-300)

Abidin et al. (2001) Hirose et al. (2001)

1948-76 320 140

EE.U

U

Arizona Central 1948-67 230 (100-300)

Bouwer (1977) Carbognin et al. (1978) Winikka y Wold (1977) UNESCO (1984)

Page 28: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

22

Tabla 2.1 Casos históricos de subsidencia por variación de nivel freático (modificado de Justo y Váz-quez, 1999 y Vázquez, 2002)(continuación).

País

Situación Periodo Área (km2)

Velocidad de asiento (cm/año)

Asiento máximo

(cm)

Edad del sue-lo/litología (po-

tencia en m)

Descenso piezo-

métrico máximo

(m)

Referencia bibliográ-fica

1905-59 1968-76 1926-70 50 >880 130 1921-60 8 310 34

1976 0 >30 Valle de San

Joaquín

1979

13.500

10.8

P-Pl/c(8500)

Bouwer (1977) Corapcioglu (1984) Guacci (1979) Johnson (1992) Logfren (1977; 1979) Placzek (1989) Ricceri y Butterfield (1974)

1912-66 393 75 1961 30 1969 400 1974 0.3

Valle de Santa Clara

1967-75

Q/g ó c+m(50-

300)

32

Bouwer (1977) Carbognin et al. (1978) Poland (1977) UNESCO (1984)

1912-72 300 (60-300) 70 1912-90 90 Valle de Las

Vegas 1992-97 19 5

Burbey (1995; 1996) Bell y Price (1991) UNESCO (1984) Hoffmann (2003)

1943-73 61 1906-73 275 122 1964-73 110 1906-73 8 245 91

1976 12 270 1906-73 170 46

1943 6.5 1952 10.2

Área Houston-Galvestone

1954-64

260-6500

1.5

(60-900)

Bouwer (1977) Delflache (1979) Gabrysch (1977) UNESCO (1984)

EE.U

U.

Valle de Antílo-pe

1995-99 6200 2 T+Q/g+s+m+c Galloway et al. (1998) Hoffmann (2003)

1920- 263 Shangai 1961-78 850 160 T+Q/(10-300) Hu et al. (2004)

UNESCO (1984) 1941-59 10.000 0.07-0.79 410 1959-97 16 306 Tianjin

2004 0.8-5.6

Acuífero multicapa Q/s+c(500)

Hu et al. (2002 ; 2004)

1960- 4-5 110 1983-97 100

-1995 145 Suzhou

1983-1997 100

Q (200)

Hu et al. (2004) Chen et al. (2003) Wang et al. (2001)

Wusi, 1960- 1.5-2.5 105 Hu et al. (2004) Changzhou 1960-

380

4-5 90 Hu et al. (2004) Ningbo 1.8 34.6 Hu et al. (2004) Jiaxin 1960-89 263 4.2 59.7 Hu et al. (2004) Heze 1978- 0.968 7 Hu et al. (2004) Jining 1988- 3.15 6.3 Hu et al. (2004)

Dezhou 1978- 53

2 10.4 Hu et al. (2004) Xi’an 1950- 250 13.6 190 Hu et al. (2004)

Xuchang 1985- 20.8 Hu et al. (2004) Kaifeng 1979- 21 Hu et al. (2004) Luoyang 1979- 11.3 Hu et al. (2004) An’yang 1979-

59

6.5 33.7 Hu et al. (2004) Hebei province 1950- 36.000 9.68 113.1 Hu et al. (2004)

Fuyang 1970-98 1992 360

6-10

102 Hu et al. (2004)

Ha’erbing 1974 258 26.85 Hu et al. (2004) Daquing 1974 4000 20-30 Hu et al. (2004) Taiyuan 1979- 0.004-0.01 196.7 Hu et al. (2004) Datong 1988- 3.1 Hu et al. (2004) Yu’ci 1-2 Hu et al. (2004) Jiexiu

200

0.5-0.75 Hu et al. (2004) Beijing 1950- 314 59.7 Hu et al. (2004)

Kunming Hu et al. (2004) Zhanjianj 1960- 0.25 11 Hu et al. (2004) Haikou 1990 7 Hu et al. (2004)

Chi

na

Fuzhou 1957 0.29-2.18 68 Hu et al. (2004)

Page 29: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

23

2.1.4. El proceso de subsidencia. Consolidación del terreno

2.1.4.1. Mecanismo de la subsidencia El presente trabajo se centra en los fenómenos de subsidencia exogéna antrópica, ya que la causa

de las deformaciones sufridas en la Vega Baja y Media ha sido el descenso generalizado del nivel freático debido fundamentalmente a las sequías sufridas en esta área durante un largo periodo de tiempo, a la que se le añadió la sobreexplotación del acuífero.

Para entender mejor este fenómeno hemos de recurrir a la ley de Terzaghi o principio de presión efectiva que gobierna el comportamiento de los esfuerzos que sufre el terreno, dado por la expresión:

u−= σσ ' (2.1)

donde σ’ es la presión efectiva existente en un punto del suelo, σ es la presión total y u es la pre-sión intersticial o de poro a la que está sometido ese mismo punto.

Según esta expresión, al producirse un descenso de nivel freático, la presión intersticial en un punto del terreno situado bajo el nivel del agua disminuirá, y en consecuencia aumentará la presión efec-tiva, derivando en un proceso de consolidación del suelo. Si este hecho se hace extensible a una amplia zona pueden producirse importantes fenómenos de consolidación del terreno con la consecuente deforma-ción en superficie.

2.1.4.2. Presión de preconsolidación Para entender el fenómeno de consolidación provocado por el descenso de nivel freático es fun-

damental considerar los conceptos de deformación elástica y anelástica, así como la definición de presión de preconsolidación que establece el límite de separación entre ambos tipos de deformación en un suelo.

Consideremos un suelo cuya tensión máxima vertical a la que ha estado sometido sea coincidente con la tensión inducida por la columna de suelo suprayacente (σ’0). En este caso hablaremos de un suelo normalmente consolidado, ya que la máxima tensión que ha sufrido a lo largo de su historia geológica coincide con la tensión actual.

Si ese mismo suelo hubiera estado sometido en el pasado a una tensión superior a la existente en la actualidad (σ’0), esa tensión máxima (σ’p) se denomina presión de preconsolidación, de precompresión, de precompactación o de precarga (Dawidowski and Koolen, 1994) y diremos que el suelo se encuentra sobreconsolidado.

Desde un punto de vista estrictamente geotécnico, la presión de preconsolidación marca el límite de la gran compresibilidad del suelo. Este parámetro será, por lo tanto, de gran valor para la predicción de asientos del terreno.

En el caso específico de la subsidencia por descenso de nivel freático, la presión de preconsolida-ción marca los esfuerzos máximos generados por el incremento de los esfuerzos efectivos causados por la caída del nivel del agua (Hoffmann, 2003). Este punto marca la posición del nivel piezométrico que sepa-ra las deformaciones elásticas y recuperables, de las anelásticas e irrecuperables (Jorgensen, 1980; Hol-zer, 1981; Hoffman, 2003).

La presión de preconsolidación se calcula generalmente a partir de los datos del ensayo de conso-lidación unidimensional (UNE, 1994) empleando la célula edométrica. Los resultados de este ensayo se representan como el logaritmo decimal de la tensión efectiva frente al índice de huecos (e). Este gráfico, denominado curva edométrica, presenta dos ramas diferenciadas. La primera se denomina rama elástica (o rama de recarga elástica) y se caracteriza por presentar bajas deformaciones que son recuperables una vez que la carga ha cesado. La segunda rama se denomina rama noval de carga y ocurre cuando el suelo es sometido a cargas mayores. Esta segunda rama se caracteriza por su linealidad y por las deformaciones irrecuperables que ocasiona. El punto que separa ambas ramas corresponde a la presión de preconsolida-ción (Figura 2.1).

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

24

Figura 2.1. Curva edométrica de laboratorio y de campo de una muestra de suelo sobreconsolidada. Parámetros característicos: σ’0: tensión efectiva natural de la muestra; σ’p: tensión de preconsolida-

ción; e0: índice de huecos natural de la muestra; Cc: índice de compresión; Cs: índice de hinchamiento o entumecimiento.

Algunos autores han propuesto métodos para calcular la presión de preconsolidación de una muestra de suelo: Casagrande (1936), Pacheco Silva (1970), Tavenas et al., (1979), Gregory et al. (2006), entre otros.

De entre todos estos métodos, el más extendido es el de Casagrande (1936), que consiste en trazar una recta horizontal (h) por el punto de máxima curvatura de la curva edométrica (M), trazar la tangente (t) por ese mismo punto y determinar la bisectriz (b) de esas dos rectas. El valor de tensión efectiva co-rrespondiente al punto (i) de corte de la bisectriz (b) y la prolongación del tramo recto de la rama de carga de la curva edométrica es la presión de preconsolidación (Figura 2.1).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Gregory et al. (2006) proponen un método analítico consistente en ajustar una curva sigmoidal de Gompertz a los datos de la curva edométrica, cuya expresión matemática es:

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −

⋅+=m'σb

eecae10log

(2.2)

De este modo puede determinarse el punto de máxima curvatura de la curva ajustada optimizando la fun-ción del radio de curvatura, que viene expresado como:

2/32

10

210

2

)'(log1

)'(log

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

σ

σκ

dde

ded

(2.3)

donde:

[ ])'(loge

10

10e)'(log

mbecbd

de m)'σ10b(log−− −×⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ⋅⋅=

− σ

σ (2.4)

[ ] [ ]1eee)'(log

)'(log)'(loge22

10

21010

)

−××⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⋅⋅= −−−

− mbmbm'σ10b(log

cbd

ed σσ

σ (2.5)

Esta metodología se aplicará en el capítulo IV de la presente tesis doctoral a suelos de las Vegas Media y Baja del río Segura con el fin de determinar el grado de sobreconsolidación de los mismos, su-poniendo una importante contribución al conocimiento geotécnico de la zona.

Otro término interesante desde el punto de vista de la preconsolidación por descenso de nivel freático es la relación entre la presión de preconsolidación y la tensión vertical actual, que se denomina grado de sobreconsolidación o razón de sobreconsolidación (OverConsolidation Ratio – OCR):

'0

'

σσ pOCR = (2.6)

Este parámetro toma valores iguales a la unidad para suelos normalmente consolidados y mayores a la unidad para suelos sobreconsolidados.

Parry y Wroth (1981) propusieron una forma simpificada para estimar el grado de sobreconsoli-dación (OCR) debido al descenso de nivel freático, que deja patente el cambio en las tensiones efectivas que implica la variación de nivel freático. La tensión vertical natural (σ0) inicial es:

000 ' u+= σσ (2.7)

Tras el descenso del nivel freático (∆H), la nueva tensión que actúa en ese mismo punto puede expresarse como:

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

26

)(' 011 wHu γσσ ∆−+= (2.8)

donde γw es el peso específico del agua.

La variación de tensión efectiva debido al descenso del nivel freático será:

)(''' 01 γγγσσσ −∆−∆=∆=− satw HH (2.9)

donde γ es el peso específico aparente del suelo emergido y γsat es su peso específico saturado. El segundo término puede ser despreciado si se considera que el suelo permanece saturado debido a fuerzas capilares.

Si además suponemos que el descenso del nivel del agua se prolonga hasta que se ha completado la consolidación primaria del suelo (se ha disipado el exceso de presión intersticial ocasionado por el descenso de agua) para posteriormente recuperar su nivel inicial, entonces el grado de sobreconsolidación del suelo podemos definirlo como:

00

0

0

1

')(

1'

'''

σγγγ

σσσ

σσ −∆−∆

+=∆+

== satw HHOCR (2.10)

En aquellos casos en los que el suelo ya está sobreconsolidado, la magnitud del descenso del nivel freático deberá ser mayor que aquel que hace incrementar la tensión efectiva (σ’) hasta el valor de la presión de preconsolidación (σ’p) para incrementar el OCR. De no ser así, el descenso de nivel freático será insuficiente y no modificará el OCR del suelo (o lo que es lo mismo, su presión de preconsolida-ción).

2.1.4.3. Los mecanismos de la subsidencia La expresión (2.10) proporciona el valor de OCR bajo el supuesto de que, para un determinado

descenso de carga hidráulica, se ha completado la consolidación del suelo, o lo que es lo mismo, se ha drenado completamente.

En un acuitardo real, el descenso temporal de carga hidráulica en el acuitardo circundante no permite el drenaje (o el desarrollo de la consolidación primaria) de forma completa ni instantánea. Como consecuencia, si en una capa de suelo fino comprendida entre estratos altamente permeables, como por ejemplo gravas, se produce un descenso en la altura piezométrica de agua en las gravas que confinan el paquete de suelo fino, no necesariamente se genera el mismo descenso de la altura piezométrica en los finos. Normalmente, el descenso producido en todo el contorno de la capa de arcilla generará un flujo saliente de agua desde los materiales finos hacia la grava que se prolongará en el tiempo tanto más cuanto más impermeable sea el suelo. Como consecuencia, la expresión (2.10) no suele ser aplicable de forma estricta en esos casos, ya que el drenaje, y por lo tanto la consolidación primaria, no es inmediato al cam-bio de altura piezométrica en el contorno del estrato. Esto implica que esta expresión sobrevalora la pre-sión de preconsolidación y el OCR.

Este efecto se ha observado en numerosos acuíferos en los que se han producido importantes des-censos de altura piezométrica en las capas confinantes, mientras que la presión de preconsolidación de las capas confinadas, expresada en metros de altura de agua, son muy inferiores a las anteriores. En estos casos es necesario hablar de una presión de preconsolidación aparente (Figura 2.2).

Para entender un poco mejor los mecanismos de la subsidencia por extracción de agua profundi-zaremos a continuación en los tipos de deformación que afectan a los sistemas acuíferos.

En todos los sistemas acuíferos detríticos ligeramente o nada consolidados tiene lugar una defor-mación asociada a los cambios de nivel de agua que se rigen por el principio de Terzaghi. Como ya se ha señalado anteriormente, según este principio, cuando el soporte proporcionado por el fluido (agua) se reduce debido a un descenso de nivel piezométrico, dicho soporte anteriormente proporcionado por el agua es transferido al esqueleto sólido del suelo, lo que se traduce en una compresión o deformación

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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(Figura 2.3). Cuando el nivel piezométrico se recupera, debido a la recarga del acuífero, el soporte es de nuevo transferido al agua intersticial, produciéndose una expansión del esqueleto sólido del suelo. De este modo, el esqueleto sólido sufre ciclos de expansión y contracción como consecuencia de la recarga y descarga del sistema acuífero.

Figura 2.2. Relación entre los descensos de carga en los acuíferos confinantes y la deformación en el

acuitardo confinado. Valle de San Joaquín, California (Riley, 1969).

Mientras que la carga soportada por el esqueleto sólido del suelo sea menor que la máxima carga previa soportada por el mismo suelo (presión de preconsolidación) las deformaciones son pequeñas y totalmente recuperables. Estas deformaciones ocurren en todos los acuíferos, habitualmente asociadas a cambios estacionales del nivel de agua, generando asientos inferiores a 1 pulgada (2.5 centímetros).

La Figura 2.3 muestra un esquema del fenómeno de deformación elástica de un acuífero consti-tuido por varios niveles de arcilla intercalados entre niveles más permeables de grava o arena. Como puede observarse, la fluctuación del nivel de agua por encima del valor correspondiente a la presión de preconsolidación genera cíclicamente periodos de subsidencia y levantamiento. Asimismo, podemos observar cómo la variación de presión de poro o intersticial se manifiesta mediante la contracción o ex-pansión del esqueleto sólido del sistema acuífero.

Cuando la carga efectiva (la que soporta el esqueleto sólido) debido al descenso del nivel de agua supera el valor máximo sufrido en el pasado (presión de preconsolidación) se pueden producir deforma-ciones permanentes debido al reajuste de partículas (Figura 2.4). Este reajuste genera una reducción de huecos que hace que el agua deba ser drenada hacia los niveles más permeables (acuíferos).

La Figura 2.4 muestra esquemáticamente el fenómeno de la consolidación irreversible o anelásti-ca de un sistema acuífero. Como puede apreciarse, la deformación causada es mucho mayor que la debida a la deformación elástica.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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Figura 2.3. Deformación elástica de un sistema acuífero (sin escala).

Figura 2.4. Deformación anelástica de un sistema acuífero (sin escala).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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2.1.4.4. Comportamientos del suelo frente a los descensos de nivel piezométrico Tal como se ha explicado en los apartados precedentes, la variación en la presión de poro (o pre-

sión intersticial) resultante de la extracción de agua es la causa externa principal de la subsidencia, mien-tras que la compresibilidad de los estratos de suelo constituye la causa interna.

Por lo tanto, las características de la deformación sufrida por el acuífero resultan de gran interés en el estudio de la subsidencia. Numerosos autores (Lofgren, 1969; Riley, 1969; Poland et al., 1975; Helm, 1976; Holzer, 1981; Ireland et al., 1984; Riley, 1984; Burbey, 2001; Zhang et al., Burbey, 2003; 2007a; Zhang et al., 2007b; Shi et al., 2007) han hecho uso de medidas instrumentales in situ de la subsi-dencia y de los niveles piezométricos para analizar las relaciones esfuerzo-deformación.

Estos estudios ponen de manifiesto que un mismo acuífero puede presentar diferentes respuestas en función de la estratigrafía y las condiciones de bombeo (Zhang et al., 2007a). En algunos casos se observó que la recuperación del nivel piezométrico no implicaba una expansión del suelo. Sin embargo, en otros casos el acuífero presentó un comportamiento elástico que generaba ciclos de expansión y subsi-dencia durante los respectivos ciclos de recuperación y caída del nivel piezométrico. En otros casos existe una deformación irrecuperable superpuesta a la deformación elástica, que confieren al acuífero un com-portamiento elasto-plástico.

Igualmente, se observa que los patrones de evolución del nivel piezométrico en los acuíferos con-finados tienen un papel fundamental en el comportamiento mecánico de las unidades hidroestratigráficas (Zhang et al., 2007a; 2007b).

Para ilustrar los distintos comportamientos tenso-deformacionales del suelo ante los cambios de nivel piezométrico, a continuación se describen una serie de resultados donde se observan distintos casos y relaciones causa-efecto.

Zhang et al. (2007a y 2007b) han estudiado en detalle el comportamiento tenso-deformacional de la zona meridional del delta del río Yangtse. El acuífero de esta zona de estudio consta de un acuífero libre, cinco acuíferos confinados y seis acuitardos con una potencia total que varía desde los 100 hasta los 400 m.

El acuífero superficial libre está muy poco explotado, por lo que sus variaciones son básicamente estacionales variando entre 2 y 4 m. Como consecuencia de estas oscilaciones el acuífero sufre un aumen-to y disminución de tensiones alternativo y periódico que genera una deformación principalmente elástica (Figura 2.5).

Téngase presente que en las gráficas de este apartado los valores negativos de deformación son indicativos de una expansión, mientras que los valores positivos indican subsidencia. Asimismo, el nivel piezométrico está expresado en cotas absolutas, de modo que valores pequeños (grandes en valor absolu-to) son indicativos de cotas muy bajas de nivel piezométrico.

Figura 2.5. Deformación elástica del acuífero libre (Zhang et al., 2007a)

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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El primer y segundo acuífero presentan características deformacionales similares. Estos acuíferos fueron intensamente explotados durante los años 60, causando el descenso piezométrico mostrado en la Figura 2.6. Posteriormente el bombeo cesó, recuperándose el nivel piezométrico de forma importante. Durante los años 80 se reactivó el bombeo causando de nuevo una importante caída. Como puede obser-varse en la Figura 2.6, las fluctuaciones estacionales se superponen a las de mayor periodo.

Figura 2.6. Historial de subsidencia acumulada y nivel piezométrico en el segundo acuífero confinado

de la ciudad de Shangai (Zhang et al. 2007a)

Desde el punto de vista de las deformaciones puede observarse que la deformación del terreno imita la evolución piezométrica del acuífero entre los años 1965 y 1989, exhibiendo un comportamiento elástico (Figuras 2.6 y 2.7) (Zhang et al., 2007a). Sin embargo, a partir del año 1989 el comportamiento pasa a ser elásto-plástico (Figuras 2.6 y 2.7) (Zhang et al., 2007a).

Figura 2.7. Curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométrico en el segundo

acuífero confinado de la ciudad de Shangai (Zhang et al. 2007a).

En otro grupo de extensómetros emplazados en la ciudad de Changzhou, al noreste de Shangai, la curva deformación-nivel piezométrico del segundo acuífero, compuesto principalmente de arenas finas, muestra una deformación continua a pesar de que el nivel piezométrico permaneció constante hasta 1994 (Figura 2.8). La subsidencia no cesó hasta el año 2001, cuando la curva se verticalizó, indicando que la expansión ocasionada por la recuperación del nivel piezométrico era aproximadamente igual a la defor-mación (Zhang et al. 2007a). Tras este periodo, la curva retrocedió, indicando que la recuperación elástica excedía a la subsidencia (Zhang et al. 2007a).

1989-2002

1965-1989

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 2.8. Curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométrico en el segundo

acuífero confinado de la ciudad de Changzhou (Zhang et al. 2007a)

La Figura 2.9 muestra la curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométri-co en el tercer acuífero confinado de la ciudad de Shangai. En ella Zhang et al. (2007a) diferencia un primer periodo que se prolonga hasta 1989 durante el cual el nivel piezométrico fluctuaba dentro de un determinado rango con un valor medio constante y en el que la respuesta deformacional del acuífero era esencialmente elástica. Entre los años 1989 y 1991 los mismos autores reconocen la correspondencia entre las variaciones de nivel piezométrico y la subsidencia. Sin embargo, para este periodo observan la existencia de una deformación permanente e irrecuperable durante cada ciclo de variación de nivel pie-zométrico, definiendo el comportamiento como elasto-plástico. Finalmente, tras el año 1991, el nivel del agua decayó considerablemente superando el nivel mínimo previamente alcanzado. La deformación fue continua durante los cambios cíclicos de nivel piezométrico incluso cuando éste permaneció prácticamen-te constante.

Figura 2.9. Curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométrico en el tercer acuí-

fero confinado de la ciudad de Shangai (Zhang et al. 2007a)

La curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométrico correspondiente al tercer acuífero confinado de la ciudad de Changzhou (Figura 2.10) presenta un patrón de deformación

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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decorrelado con las variaciones de nivel piezométrico. Según Zhang et al. (2007a), la subsidencia conti-núa a lo largo del tiempo a pesar de la recuperación o caída del nivel piezométrico.

Figura 2.10. Curva de deformación acumulada frente a variación de nivel piezométrico en el tercer

acuífero confinado de la ciudad de Changzhou (Zhang et al. 2007a)

La Figura 2.11 muestra las curvas esfuerzo-deformación del primer acuitardo. Como puede ob-servarse en ellas, la consolidación de la capa es continua a pesar de que el nivel piezométrico permanezca constante. Zhang et al. (2007a) afirman que su comportamiento es visco-elasto-plástico.

Figura 2.11. Curvas esfuerzo-deformación del primer acuitardo de la ciudad de Shangai (Zhang et al.

2007a) en los extensómetros F013.

En el grupo de extensómetros F004, emplazado también en la ciudad de Shangai, la primera y se-gunda capa de arcillas blandas del primer acuitardo están compuestas de arcilla orgánica y arcilla limosa de gran compresibilidad. La Figura 2.12 muestra la evolución de los niveles piezométricos en las dos capas junto con la evolución de la subsidencia además del gráfico esfuerzo-deformación. Como puede observarse, las capas se consolidan incluso cuando el nivel piezométrico se recupera, sin que existan bucles durante los ciclos anuales. Las razones que Zhang et al. (2007b) achacan a este comportamiento son dos. La primera se debe a que la disipación de presión de poro del estrato es lenta, existiendo un re-traso entre la variación de nivel piezométrico en el acuífero adyacente y las deformaciones debido a la baja permeabilidad de las arcillas. La segunda razón es que el comportamiento deformacional de estas arcillas es principalmente plástico y de reptación, por lo que describen este comportamiento como visco-elasto-plástico (Figura 2.12), al igual que se concluye al analizar los datos del extensómetro F013.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 2.12. Evolución de las deformaciones y el nivel piezométrico (superior) y curva esfuerzo defor-

mación de la primera y segunda capa de arcillas (inferior) de la ciudad de Shangai en los extensómetros F004 (Zhang et al.,2007b).

El segundo acuitardo presenta un comportamiento básicamente elástico (Figura 2.13) en el que la expansión y la consolidación imitan estrechamente las recuperaciones y descensos de nivel piezométrico (Zhang et al., 2007a).

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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Figura 2.13. Curva esfuerzo-deformación del segundo acuitardo de la ciudad de Shangai en los exten-

sómetros F003 (Zhang et al.,2007a).

Los datos del grupo de extensómetros F004 (Figura 2.14), localizado principalmente sobre arci-llas, limos y arenas limosas de Shangai, muestran un comportamiento similar al del grupo de extensóme-tros F003, en el que existe sincronía entre las variaciones de nivel piezométrico y las deformaciones. Sin embargo, como puede observarse en la Figura 2.14 existe una cierta deformación irrecuperable en cada ciclo anual, apareciendo bucles perfectamente definidos en la curva esfuerzo-deformación. Como conse-cuencia, Zhangh et al. (2007b) describen el comportamiento como elasto-plástico. En la misma figura pueden apreciarse las rectas ajustadas mediante el método gráfico para el cálculo de los parámetros de deformación de carga y recarga (o descarga) del acuitardo.

Figura 2.14. Evolución de las deformaciones y el nivel piezométrico (superior) y curva esfuerzo defor-mación del segundo acuitardo (inferior) de la ciudad de Shangai en los extensómetros F004 (Zhang et

al.,2007b).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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La Figura 2.15 muestra la evolución temporal de la subsidencia y del nivel piezométrico en el ter-cer acuitardo de la ciudad de Shangai (figura superior) así como la curva de deformación acumulada fren-te a variación de nivel piezométrico (figura inferior). Como puede observarse, antes de 1991 el compor-tamiento era principalmente elástico (Zhang et al.,2007a). Posteriormente, entre los años 1991 y 1993, el comportamiento fue elasto-plástico (Zhang et al.,2007a).

Figura 2.15. (superior) Evolución del nivel piezométrico y de la deformación y (inferior) Curva esfuerzo

deformación del tercer acuitardo de la ciudad de Shangai (Zhang et al., 2007a).

Ma et al. (2006) han estudiado la influencia de las heterogeneidades estratigráficas en la subsi-dencia de Taiyuan, en el norte de China. La Figura 2.16 muestra el corte litológico de cuatro áreas subsi-dentes junto con la evolución de la subsidencia, de los caudales de bombeo y del nivel piezométrico de tres de ellas. Estos autores reconocen la baja tasa de subsidencia del área de Xizhang, en relación a las otras zonas, debido al pequeño espesor acumulado de suelo arcilloso existente en esta área (Figura 2.16 a). Además, el tiempo de reacción de la subsidencia (lag time) ante los cambios de nivel piezométrico es prácticamente instantáneo debido al corto camino de drenaje de las capas de arcilla.

En Wujiabao (Figura 2.16 c) existe un importante espesor acumulado de arcilla, pero el espesor individual de las capas es pequeño. Como consecuencia, tras el bombeo, las arcillas son drenadas rápida-mente, por lo que el retraso entre el descenso y la subsidencia es muy corto.

De forma contraria al caso anterior, en Pekín (Figura 2.16 d) el espesor individual de las capas de arcilla es muy elevado. Como consecuencia el drenaje de las arcillas es muy lento pese a existir un inten-so bombeo, por lo que la subsidencia también lo es (Ma et al., 2006).

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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Finalmente, en las zonas de Wanbolin y Xiayuan, en la que el número de capas de arcilla es ma-yor que en la zona de Xizhang, pero menor que en el área de Wujiabao, el espesor acumulado es mayor que en las otras dos áreas. Sin embargo, la subsidencia medida es mayor que en Xizhang pero menor que en Wujiabao (Ma et al., 2006).

Figura 2.16. Cortes simplificados y evolución de la subsidencia, la tasa de bombeo y el nivel piezométri-co de las zonas subsidentes localizadas en Xizhang (a), Wanbolin y Xiayuan (b), Wujiabao (c) y Pekín (d)

(Norte de China) con indicación de las litologías exstentes en cada una de ellas (Ma et al., 2006).

2.1.5. Modelos de cálculo de la subsidencia

La estimación y/o predicción de asientos producidos por extracción de agua del suelo es de gran importancia. Los métodos empleados para tal fin pueden dividirse en tres grandes grupos (UNESCO, 1984):

Métodos empíricos

Métodos semiteóricos

Métodos teóricos

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Los métodos empíricos consisten en una extrapolación de los datos disponibles para determinar las tendencias futuras de la subsidencia. Generalmente, estos métodos consideran la subsidencia simple-mente como una función del tiempo.

Diversos autores han ajustado curvas de tipo cuadrático, exponenciales o logarítmicas mediante la técnica de los mínimos cuadrados para predecir la futura tendencia de la subsidencia (UNESCO, 1984).

Los métodos semiteóricos hacen uso de las relaciones existentes entre la subsidencia y otros fe-nómenos asociados para estimas futuras tendencias.

Uno de los métodos semiteóricos más conocidos es el propuesto por Wadachi (1940), quien seña-ló que la tasa de subsidencia es proporcional a los cambios en el nivel del agua. Posteriormente, Yamagu-chi (1969) modificó ligeramente el método anterior, proponiendo una nueva expresión.

Otro método semiteórico consiste en correlacionar la subsidencia con los volúmenes de agua ex-traída (UNESCO, 1984; Hu et al., 2002).

La relación entre la subsidencia y los descensos de carga hidráulica de los acuíferos confinantes durante un determinado periodo de tiempo constituye un parámetro de gran utilidad, pues representa la variación de espesor por unidad de cambio en el esfuerzo efectivo aplicado. Algunos autores han propues-to relaciones entre esta relación y el contenido de arcilla del acuitardo. El empleo de esta relación se con-sidera también un método semiteórico.

Por último, los métodos teóricos pretenden explicar con mayor fidelidad el complejo fenómeno de la subsidencia. Sin embargo, aunque las causas que originan la subsidencia y los mecanismos que la rigen son bien conocidas desde un punto de vista cualitativo, al tratar de resolver el problema cuantitativamente surgen una serie de incertidumbres e indefiniciones que requieren de simplificaciones e idealizaciones que nos permitan realizar una correcta interpretación. Algunas de las simplificaciones habitualmente llevadas a cabo son (UNESCO, 1984):

a) Para los materiales

Inexistencia de materia orgánica (no hay consolidación secundaria)

Existencia de dos fases (agua y sólido)

Propiedades no viscosas

Propiedades no plásticas

Comportamiento Newtoniano del agua

No existe anisotropía

Comportamiento elástico de las partículas sólidas

Parámetros deformacionales constantes, al menos para la deformación compresión virgen y des-carga-recarga.

b) Para el acuífero:

Estratos horizontales

Flujo horizontal en acuíferos y vertical en acuitardos

Subsidencia debida principalmente a consolidación de los acuitardos

Inexistencia de superficie libre de flujo en los acuíferos

De Justo y Vázquez (1999) plantearon la ecuación de la consolidación unidimensional de una ca-pa de suelo como (De Justo y Vázquez, 1999; Vázquez, 2001; Vázquez y De Justo, 2002a; Vázquez y De Justo, 2002b; De Justo y Vázquez, 2003):

)(2

2

βγσγ nmtu

tm

zuk vwvwv +

∂∂

=∂∂

+∂∂

(2.11)

donde kv es la permeabilidad vertical, u es la presión intersticial, z es la profundidad del punto considerado medida desde el muro del estrato, γw es el peso específico del agua, , n es la porosidad eficaz

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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del suelo, β es la compresibilidad del agua que generalmente es despreciable, mv es el coeficiente de com-presibilidad, σ es la tensión total y t es el tiempo.

Usando la terminología hidrogeológica siguiente:

)( βγ nmS vws += (2.12)

donde Ss es el coeficiente de almacenamiento específico de la capa, que se define como el volu-men de agua expulsada por unidad de área de una capa de espesor definido como consecuencia de un descenso de carga hidráulica unitario, la expresión queda reformulada como:

tu

tmnzu

Sk

vs

v

∂∂

=∂∂

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+∂∂ σ

β /11

2

2

(2.13)

Es importante indicar que el coeficiente de almacenamiento específico (Ss) puede adoptar valores elásticos (Sske) o anelásticos (Sskv) en función del estado de esfuerzos.

Si además tenemos en cuenta que el coeficiente de consolidación se expresa como:

)( βγ nmk

Sk

cvw

v

s

vv +

==

(2.14)

entonces tendremos que:

tu

tmnzuc

vv ∂

∂=

∂∂

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+∂∂ σ

β /11

2

2

(2.15)

o bien que:

tu

tC

zucv ∂

∂=

∂∂

+∂∂ σ

2

2

(2.16)

donde:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=vmn

C/1

(2.17)

Obsérvese que para carga total constante, la expresión (2.16) coincide con la conocida ecuación de la consolidación de Terzaghi:

tu

zucv ∂

∂=

∂∂

2

2

(2.18)

De Justo y Vázquez (1999) y Vázquez (2001) resolvieron la ecuación (2.16) para diferentes situa-ciones con carga total constante y variable.

Además, en el caso de carga total constante obtuvieron la solución general correspondiente a los tres casos siguientes:

Cambio de altura piezométrica en el techo del acuitardo.

Cambio de altura piezométrica en el muro del acuitardo.

Cambio de igual altura piezométrica en el muro y techo del acuitardo.

También resolvieron la ecuación para una variación lineal de altura piezométrica desde cero a un valor establecido considerando las tres situaciones anteriormente comentadas.

La resolución de las ecuaciones correspondientes a los casos citados permite determinar la distri-bución de presiones intersticiales en el suelo y, en consecuencia, los asientos de consolidación que produ-cen dichas variaciones.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Por otro lado, los mismos autores estudiaron la consolidación de suelos parcialmente saturados (De Justo et al., 2003).

Hoffmann (2003) también calculó la deformación de acuitardos confinados a partir de la solución de la ecuación (2.16) considerando condiciones de carga total constante e igual cambio de altura piezomé-trica en el techo y muro del acuitardo. Esta solución se muestra en el apartado de cálculo de la subsiden-cia del Capítulo IV de la presente tesis doctoral. Además, Hoffmann (2003) tuvo en cuenta la variación del coeficiente de almacenamiento específico en función de si la variación de altura piezométrica supera-ba o no la presión de preconsolidación de la capa compresible. Por lo tanto, propuso el empleo de dos coeficientes de almacenamiento específico diferentes: el coeficiente de almacenamiento específico elásti-co (Sske) para tensiones inducidas inferiores a la presión de preconsolidación y el coeficiente de consoli-dación específico anelástico (Sskv) para aquellas situaciones en las que las tensiones eran superiores a la presión de preconsolidación.

Para una descripción más detallada de los modelos de cálculo de la subsidencia existentes puede consultarse UNESCO (1984) y Vázquez (2001).

2.2. Métodos de medida de las deformaciones Los métodos de medida de las deformaciones pueden servir para estimar distintos aspectos del

movimiento o de la deformación estudiada, como desplazamientos relativos entre dos cuerpos, movimien-tos absolutos, inclinaciones, desplazamientos en una dirección, movimientos en profundidad, etc.

Estos aspectos son de utilidad para la caracterización del fenómeno de la subsidencia, así como para el análisis de las causas que la originan.

Considerando la descripción que Gómez Lahoz (2003) establece para la Ingeniería Cartográfica, podemos diferenciar cuatro métodos de medida de las deformaciones de la superficie terrestre: métodos topográficos convencionales, métodos geodésicos, métodos fotogramétricos y métodos de teledetección. A estos métodos habría que añadir a su vez un quinto, denominado instrumental.

Las siguientes secciones describen cada uno de los métodos de medida de la subsidencia del te-rreno.

2.2.1. Métodos topográficos convencionales Se engloba bajo este término todas aquellas técnicas propias de la Cartografía clásica terrestre.

Hasta hace relativamente poco tiempo constituían el único sistema válido y eficaz para llevar a cabo la medida de deformaciones de la superficie terrestre sin cometer grandes errores.

Su fundamento se basa en la medida de las variaciones de ordenada (dX), abscisa (dY) y/o cota (dZ), de una serie de puntos, en un determinado intervalo de tiempo. Para ello se han de repetir las medi-das de las coordenadas (X, Y, Z) de cada uno de los puntos de control, varias veces, en diferentes instan-tes, para así determinar si se ha producido, o no, variación en cualquiera de las tres direcciones del siste-ma de referencia.

Las lecturas de los puntos de control suelen realizarse desde unos puntos de coordenadas conoci-das denominados bases topográficas. Éstas han de permanecer fijas durante todo el periodo de lectura, por lo que suele recurrirse a la instalación de bases topográficas de hormigón armado que aseguren su perma-nencia temporal (Figura 2.17).

Los métodos topográficos pueden clasificarse en dos grandes grupos: altimétricos y planimétricos.

Los métodos altimétricos, como su propio nombre indica, van dirigidos a obtener la altura o cota (Z) de los puntos característicos respecto a una superficie horizontal de referencia. Esta superficie de comparación puede ser arbitraria o puede tratarse del nivel medio del mar. Si se trata de una superficie cualquiera escogida de forma arbitraria, tendremos el inconveniente de no poder comparar trabajos de distintos lugares, circunstancia que no ocurrirá si escogemos el nivel del mar como cota cero de referen-cia. En el primer caso hablaremos de cotas relativas, mientras que en el segundo nos referiremos a las cotas absolutas.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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Figura 2.17. Base topográfica.

Los métodos planimétricos tienen como objetivo determinar la proyección horizontal sobre el plano de referencia de los puntos de control, la cual queda definida a través de las coordenadas cartográfi-cas de cada punto (X e Y).

Otro método utilizado en el estudio de elementos afectados por la subsidencia es la medición de distancias reales, cuya finalidad es determinar la variación de la distancia existente entre el punto de con-trol y la base de referencia.

Las principales características de cada una de estas técnicas se resumen en la Tabla 2.2.

Tabla 2.2. Características de las técnicas topográficas clásicas (modificado de Gili, 1989, Gili et al., 2000 Malet et al., 2002).

Método Uso Resultados Rango Precisión

Nivelación trigonométrica o por pendientes Variación de la altitud dZ Variable 20 mm

Nivelación geométrica o por alturas Variación de la altitud dZ Variable ±1 mm/Km

Nivelación geométrica de precisión Variación de la altitud dZ Variable ±0.1 mm/Km

Triangulación topográfica Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ < 300-1000 m 5-10 mm

Itinerario topográfico (Poli-gonal)

Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Variable 5-10 mm

Distanciómetro electroópti-co (MED)

Desplazamiento de blancos móviles dD 1-10 Km 7 mm±1-5

ppm

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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2.2.1.1. Métodos altimétricos Las técnicas más empleadas en altimetría son la nivelación geométrica o por alturas, la nivelación

trigonométrica o por pendientes y la nivelación barométrica. Cuando los puntos a nivelar se encuentran próximos entre sí, el desnivel puede determinarse de forma directa y la nivelación recibe el nombre de simple. Si, por el contrario, los puntos se encuentran alejados resulta imprescindible el uso de puntos intermedios, de modo que la nivelación recibe el nombre de compuesta.

La nivelación geométrica o por alturas puede llevarse a cabo aplicando cualquiera de estos cuatro métodos (Domínguez, 1993): el método del punto medio, el del punto extremo, por estaciones recíprocas y por estaciones equidistantes.

Si los puntos a nivelar están próximos entre sí procederemos a calcular el desnivel por cualquiera de los siguientes métodos de nivelación simple:

1. El método del punto medio es el más utilizado, dado que permite eliminar los errores sistemáticos del nivel además de los de esfericidad y refracción. Se lleva a cabo lanzando visuales horizontales entre dos puntos (frente y espalda) con un nivel óptico estacionado aproximadamente a mitad de distancia de los dos puntos cuyo desnivel queremos hallar. La diferencia de las lecturas de mira nos proporciona el desnivel existente.

2. El método del punto extremo se aplica estacionando el nivel en uno de los puntos y lan-zando una visual hacia el otro punto en el que colocamos la mira. El desnivel viene dado por el valor absoluto de la diferencia existente entre la altura i del instrumento y la lectura de la mira m. Presenta el inconveniente de que la altura del instrumento, i, no suele deter-minarse del todo bien.

3. El método de las estaciones recíprocas tiene por finalidad comprobar el desnivel obteni-do entre los dos puntos. Se lleva a cabo estacionando primero en uno de los puntos a nive-lar, obteniendo el desnivel entre los dos puntos por el método del punto extremo. Poste-riormente se pasa al segundo punto de nivelación, volviendo a determinar por el método del punto extremo el mismo desnivel que habíamos medido antes pero en sentido opuesto. De este modo tendremos dos valores de un mismo desnivel, habiendo eliminado los errores sis-temáticos al promediar los desniveles medidos.

4. El método de las estaciones equidistantes consiste en estacionar a un tercio de la distan-cia existente entre los puntos a nivelar determinando el desnivel por diferencia de lecturas, como si del método del punto medio se tratara, obteniendo un primer valor del desnivel. Posteriormente estacionamos en el punto situado a dos tercios de los puntos a nivelar y re-petimos la operación de lectura obteniendo un segundo valor del desnivel. El promedio de los dos desniveles hallados nos proporciona el desnivel real habiendo eliminado los errores instrumentales.

Todos estos métodos permiten calcular el desnivel entre dos puntos relativamente próximos. Sin embargo, cuando los puntos a nivelar se hallan situados a gran distancia o no disponemos de visibilidad entre puntos a nivelar, resulta inevitable tomar puntos intermedios de nivelación. Este método recibe el nombre de nivelación compuesta.

La nivelación compuesta hace uso de los diferentes métodos de nivelación simple, estableciendo puntos intermedios (P2 y P3 en la Figura 2.18). El método más empleado para calcular los desniveles parciales es el del punto medio (Figura 2.18) que con un solo estacionamiento permite eliminar los erro-res instrumentales entre dos puntos consecutivos a nivelar. El conjunto de puntos nivelados constituye lo que se denomina un itinerario altimétrico (P1, P2, P3, P4). Entre cada dos puntos, situados de forma sis-temática cada doscientos pasos aproximadamente, obtendremos el desnivel como diferencia de las lectu-ras de frente y espalda (m2 - m1, m3 - m2’, m4 - m3’). Una vez nivelado el punto extremo (P4) mediante el itinerario de ida, debemos continuar la nivelación mediante un itinerario de vuelta que permita calcular el error de cierre, que siempre ha de ser tolerable. Este error ha de compensarse, generalmente a partes igua-les a los desniveles parciales. Los itinerarios de nivelación pueden ser de dos tipos: encajados o cerrados. En el primer caso se parte de un punto de cota conocida para llegar finalmente a otro de cota también conocida distinto del punto de partida. En el segundo caso se dispone exclusivamente de un punto de cota conocida del cual partimos y al que hemos de llegar una vez finalizado el itinerario.

La nivelación geométrica de grandes áreas es muy costosa, siendo sus campañas muy largas en el tiempo, por lo que no puede ser utilizada para un seguimiento efectivo en tiempo real del riesgo (Colesan-

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ti et al., 2001). Suelen llevarse a cabo cuando el área de estudio es inferior a 2 km2 (Colesanti et al., 2001).

Figura 2.18. Nivelación geométrica compuesta. Itinerario altimétrico.

La nivelación geométrica de precisión es un procedimiento topográfico cuyo fundamento es el mismo que el de la nivelación geométrica convencional, diferenciándose en el instrumental utilizado y por ende en la precisión resultante. Suele hacer uso de niveles con retículo de cuña y prisma de caras plano-paralelas y miras de invar, prácticamente insensibles a los cambios de temperatura.

En general, la nivelación geométrica resulta mucho más precisa que la nivelación trigonométrica que se describirá a continuación, aunque presenta el inconveniente de la dificultad de operar en terrenos accidentados.

La nivelación trigonométrica o por pendientes se realiza generalmente haciendo uso de un taquí-metro capaz de proporcionar la distancia entre los puntos a nivelar y el ángulo que forma la visual con la horizontal. La descomposición trigonométrica de las magnitudes medidas hace posible estimar el desnivel existente entre el punto radiado y el punto de estacionamiento mediante la expresión (2.19):

)( mitz −±=∆ (2.19)

donde t es la proyección vertical de la distancia medida entre los dos puntos, i es la altura del ins-trumento y m es la lectura de la mira. El término (i - m) recibe el nombre de cabeza de mira y, según se trate de un desnivel descendente o ascendente, se sumará o restará a la magnitud t.

Al igual que ocurre con la nivelación geométrica, cuando se trata de nivelar puntos lejanos hemos de recurrir a nivelaciones trigonométricas compuestas (Figura 2.19), en las que se establece un itinerario altimétrico, pudiendo ser encajados, entre dos puntos de cota conocida, o cerrados, partiendo de un punto de cota conocida y volviendo a él para cerrar. Este tipo de nivelación suele realizarse de forma simultánea a los itinerarios planimétricos, utilizándose rara vez de forma exclusiva como sistema de nivelación. Una característica destacable de la nivelación trigonométrica es que suele resultar más cómoda en terrenos accidentados.

La nivelación barométrica resulta muy imprecisa, por lo que no suele emplearse para el estudio al-timétrico de subsidencia. Su fundamento consiste en medir las diferencias de presiones producidas por cambios en la altitud. La presión atmosférica no sólo depende de la altitud sino que además está influida por un gran número de factores que cambian de forma importante con el tiempo, lo que imposibilita llevar a cabo sucesivas medidas con el fin de estimar los cambios de altitud que se producen en los puntos de control de deformaciones.

Como conclusión podemos decir que la finalidad de la nivelación es la determinación del despla-zamiento vertical relativo, o absoluto, de los diferentes puntos de control de movimiento establecidos en la zona a estudiar. Estos puntos de control han de instalarse en la propia zona subsidente o inestable para estimar la componente vertical de las deformaciones. Además de los puntos de control establecidos en la

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zona móvil, hemos de fijar una serie de puntos de referencia o bases asentadas sobre terreno estable que sirvan para encajar o cerrar los itinerarios de nivelación.

Figura 2.19. Método de nivelación trigonométrica compuesta. Itinerario altimétrico.

2.2.1.2. Métodos planimétricos Los métodos planimétricos más utilizados son el de intersección, itinerario y radiación, que se uti-

lizan respectivamente en los trabajos de triangulación, poligonaciones o poligonales y relleno de un le-vantamiento (Domínguez, 1993; Ferrer y Piña, 1996). Durante la aplicación de estos métodos es frecuente estimar la cota de los puntos determinados simultáneamente a la estimación de las coordenadas X e Y ya que el instrumental utilizado permite calcular el ángulo vertical de las visuales. En caso de requerir preci-sión en la estimación de la cota, estos métodos planimétricos pueden combinarse con la nivelación geo-métrica.

2.2.1.2.1. Método planimétrico de intersección

El fundamento del método de intersección consiste en la determinación de las coordenadas del vértice de un triángulo del cual conocemos de forma precisa las coordenadas de los vértices restantes. Los métodos de intersección más precisos son el de intersección directa y el de intersección inversa o trisec-ción inversa. La intersección directa se apoya en dos puntos de cota conocida para determinar desde ellos las coordenadas del vértice restante. La intersección inversa precisa de tres puntos de referencia de cota conocida para determinar las coordenadas del punto de estacionamiento. La intersección inversa no suele emplearse para estudiar las deformaciones de zonas de la superficie terrestre causados por la subsidencia, dado que es necesario estacionar en el punto a controlar, hecho que suele resultar difícil o incluso imposi-ble, por lo que no será tratado en los apartados sucesivos.

La intersección directa es el método más utilizado en los trabajos topográficos de auscultación. Según los parámetros medidos para resolver el triángulo, podremos diferenciar entre el método de trian-gulateración, el de trilateración y el de triangulación.

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Figura 2.20. Métodos planimétricos de intersección: (a) Triangulateración. (b) Trilateración. (c) Trian-

gulación.

La triangulateración (Figura 2.20.a) es el más preciso de todos los conocidos (Domínguez, 1993). Este método se lleva a cabo a partir de dos puntos de coordenadas conocidas (B1 y B2), que conforman el lado, también llamado base, del triángulo B1B2V a resolver. Estacionando en el extremo B1 de la base podemos determinar el ángulo que forma la base con la visual B1V así como la distancia reducida (hori-zontal) d1 que separa los puntos V y B1. Repitiendo la misma operación desde la base B2 obtendremos el ángulo que forma la visual B2V con la base y la distancia B2V, d2. Todos estos datos permitirán resolver el triángulo determinando con gran precisión las coordenadas del vértice V.

Otro método de intersección es la trilateración (Figura 2.20.b). El fundamento es el mismo que el de la triangulateración con la diferencia de que al lanzar las visuales desde los extremos de la base B1 y B2 sólo medimos las distancias al vértice V, es decir, determinamos la magnitud de ambos lados del triángu-lo.

El tercer método de intersección es el de triangulación (Figura 2.20.c). Consiste en medir los án-gulos que forman las visuales lanzadas desde cada extremo de la base B1V y B2V con la propia base B1B2. Los ángulos α1 y α2 obtenidos definen el triángulo junto con la base B1B2.

Todos estos métodos han sido utilizados en numerosas ocasiones para la auscultación de fenóme-nos de subsidencia.

2.2.1.2.2. Método planimétrico de itinerario

El método de itinerario consiste en la unión de todos los puntos, cuyas coordenadas queremos de-terminar, a través de un contorno poligonal. A lo largo del recorrido han de medirse las distancias reduci-das entre puntos consecutivos, denominados ejes, además de los ángulos que forman entre sí los ejes contiguos. Los itinerarios pueden ser encuadrados, también llamados encajados, o cerrados, al igual que ocurría con los itinerarios de nivelación vistos con anterioridad. Este método presenta la particularidad de acumular los errores cometidos a lo largo del itinerario, generando un error de cierre que debe de ser siempre inferior a la tolerancia establecida para el levantamiento. Si el error es aceptable, ha de ser repar-tido o compensado entre los distintos ejes que componen el polígono. Puesto que el error de cierre come-tido presentará una componente angular y otra componente de distancias, la compensación se llevará a cabo en primer lugar en los ángulos y posteriormente en las distancias.

2.2.1.2.3. Método planimétrico de radiación

El método de radiación resulta de gran sencillez en su aplicación, siendo muy utilizado en la aus-cultación de hundimientos del terreno por subsidencia. Consiste básicamente en estacionar el instrumento en un punto de coordenadas conocidas, orientarlo determinando la dirección N-S de la meridiana que establecerá la lectura cero de los acimutes, y radiar los puntos cuyas coordenadas queramos determinar, obteniendo las distancias reducidas y los acimutes. Estos datos permitirán definir los puntos a través de coordenadas polares.

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La precisión de este método depende de la precisión que tengamos en la estimación de las distan-cias y de los ángulos, no pudiendo ser compensado como ocurría con el método de itinerario y el de trian-gulateración, dado que no conocemos con precisión más que las coordenadas del punto de estacionamien-to.

2.2.1.3. Métodos de medida de distancias reales El distanciómetro electroóptico es un dispositivo que consiste en medir las distancias absolutas o

reales existentes entre los puntos de control y las bases de referencia, sin descomponer los vectores des-plazamiento en las tres direcciones de movimiento X,Y,Z. La variación de la distancia existente entre el punto de control y la base da una buena idea de la componente principal del movimiento (Gili, 1989). Presenta la ventaja de poder ser automatizado el proceso de lectura haciendo uso de distanciómetros elec-troópticos (medidores electrónicos de distancias, MED).

Los métodos clásicos de topografía han sido y son habitualmente utilizados en el control de sub-sidencia, combinándose para calibrar otras técnicas más modernas y llegando por sí mismos a desarrollar metodologías propias para la auscultación de estos fenómenos.

Uno de sus principales inconvenientes es que precisan de bases de referencia que han de perma-necer estables durante el curso de la investigación, además de garantizar la visibilidad de los puntos de control (Corominas et al., 2000), hecho a veces difícil de conseguir.

2.2.2. Métodos geodésicos La Geodesia es la ciencia que se encarga del estudio de la forma y dimensiones de la Tierra por

medio de puntos distribuidos sobre su superficie, a los que se les denomina geodésicos, y a partir de los cuales se deduce la forma de un territorio o del globo (Domínguez, 1993). La Geodesia permite determi-nar las coordenadas de la proyección de los puntos sobre la superficie terrestre así como la altura sobre el nivel del mar (geoide). No obstante, de forma precisa, esta altitud viene referida a una superficie arbitraria que sirve de fundamento para el cálculo de los puntos geodésicos, y que recibe el nombre de elipsoide de referencia.

Figura 2.21. Geometría del sistema DGPS.

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La Geodesia clásica se divide en tres ramas principales: la Geodesia matemática, la Astronomía geodésica de posición y la Geodesia dinámica. Sin embargo, desde finales del siglo pasado, apareció una nueva rama de la Geodesia que ha revolucionado los sistemas de observación terrestres que se conoce bajo el nombre genérico de Geodesia Espacial. Los Sistemas de Posicionamiento Global (Global Positio-ning Systems, GPS), los Sistemas de Posicionamiento Global Diferenciales (Differential Global Positio-ning Sistemas, DGPS), la Determinación de Órbitas y Radioposicionamiento Integrado por Satélite (De-termination d’Orbites et Radio-Positionnement Intégrés par Satellite, DORIS) y la Telemetría de Láser por Scanner (Scanner Laser Ranging, SLR) constituyen las principales técnicas geodésicas espaciales empleadas en el estudio de las deformaciones de la superficie terrestre.

El sistema de posicionamiento global por satélite convencional (GPS, Global Positioning System) configura un sistema de radiolocalización desde el espacio con una o más constelaciones de satélites. Los satélites que conforman el sistema se caracterizan por suministrar información tridimensional de la posi-ción durante las 24 horas del día en cualquier parte de la superficie terrestre. Estos sistemas tienen perio-dos de 12 horas. El número y posición orbital de los satélites asegura la coexistencia de cuatro satélites como mínimo y doce como máximo por encima del horizonte, que permiten llevar a cabo las medidas oportunas. Los datos facilitados por los satélites disponibles son procesados por el receptor GPS, resol-viendo cuatro ecuaciones que nos proporcionan la posición del receptor (longitud, latitud y altitud) y el tiempo.

El sistema GPS diferencial (DGPS, Differential Global Positioning System. Figura 2.21) permite incrementar la precisión conseguida con el GPS convencional. Éste sistema hace uso de una estación de referencia situada en tierra y de posición conocida (B2) para calcular y corregir los errores sistemáticos que suelen producirse en la determinación del movimiento del punto de control (B1).

Los sistemas GPS han sido utilizados con éxito en la monitorización de movimientos subsidencia (Wegmüller et al 1999; Bitelli et al. 2000; Mousavi et al., 2001; Abidin et al., 2001; Ge et al., 2001; Hejmanowski y Kwinta, 2001; Maciaszek y Szewczyk, 2001; Strozzi et al., 2003.a; Sato et al., 2003).

El sistema DORIS (Determination d’Orbites et Radio-Positionnement Intégrés par Satellite) des-arrollado por el Centre Nacional d’Études Spatiales (CNES), el Institut Géographique Nacional (IGN) y el Groupe de Recherche en Géodésie Spatiale (GRGS) (Jayles y Cotes, 2004) en Francia, está constituido por (Figura 2.22) un conjunto de instrumentos situados en los satélites, una red terrestre de radiobalizas (puntos geodésicos de control) y un centro de control y tratamiento de datos capaz de restituir con gran precisión la órbita de los satélites así como la posición de las balizas terrestres. El sistema se basa en la medida a bordo de los satélites del efecto Doppler producido sobre las señales de radio emitidas por las balizas en tierra.

Figura 2.22. Esquema de funcionamiento del sistema de posicionamiento DORIS.

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Las radiobalizas utilizadas en tierra conforman una densa malla a nivel mundial, instalándose para atender las diferentes necesidades de los usuarios. Estas radiobalizas están provistas de una fuente de energía propia. El sistema permite localizar con gran precisión la posición de las radiobalizas así como restituir el recorrido exacto del satélite

Este sistema ha sido utilizado en la medida de deformaciones de la corteza terrestre (IGN, 2004; Jayles y Costes, 2004) y la evaluación de variaciones verticales estacionales del suelo (IGN, 2004).

La Telemetría por Scanner de Láser (SLR, Scanner Laser Ranging) es una técnica geodésica utili-zada en la medición de la distancia existente entre una estación de rayos láser situada en tierra y un satéli-te en órbita equipado con retrorreflectores. La existencia de un gran número de estaciones láser terrestre distribuidas por todo el mundo permite determinar la posición precisa de la órbita del satélite. El rastreo de satélites durante periodos de tiempo de varios años proporciona la distancia entre estaciones láser con precisión milimétrica, así como las tasas de movimiento de los haces láser.

Esta técnica ha sido utilizada satisfactoriamente en el estudio de deformaciones de la corteza te-rrestre y la detección y vigilancia de la recuperación y asentamiento posglacial del suelo, entre otros (UNISPACE, 1998; Bock et al., 1998).

En la Tabla 2.3. se resumen las características principales de los métodos geodésicos de medida de la deformación de la superficie terrestre.

Tabla 2.3. Características de los métodos geodésicos (modificado de Gili, 1989, Gili et al., 2000 Malet et al., 2002).

Método Uso Resultados Rango Precisión

Conventional Global Posi-tioning System (CGPS)

Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Baseline < 20 Km 1-2 mm

Differential Global Posi-tioning System (DGPS)

Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Baseline < 20 Km 1 mm

Determination d’Orbites et Radio-Positionnement Inté-grés par Satellite (DORIS)

Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Variable 2 mm

Telemetría por scanner de laser (SRL)

Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Variable <1 cm

2.2.3. Métodos fotogramétricos La fotogrametría es una técnica consistente en la obtención de las tres dimensiones de una escena

a partir de pares de fotografías de la misma, denominados fotogramas, tomadas bajo distintos ángulos. El proceso a través del cual podemos pasar de la visión cónica que proporcionan las fotografías a la proyec-ción ortogonal acotada que se obtiene con la fotogrametría se denomina restitución.

Existen tres métodos fotogramétricos atendiendo al modo de obtener los fotogramas. El primero de ellos es la fotogrametría terrestre, en la que, como su nombre indica, los pares de fotogramas se obtie-nen desde tierra estacionando el instrumental (fotográmetro o fototeodolito) a distancias inferiores a 200 metros de la zona a restituir, proporcionando una precisión de hasta 40 mm.

La fotogrametría aérea constituye el segundo método fotogramétrico. A diferencia del anterior, la cámara se sitúa sobre una plataforma aérea (avión o helicóptero), siendo la altura de vuelo inferior a 500 metros. La precisión obtenida con la fotogrametría aérea es de unos 100 mm, barriendo amplias áreas.

Su fundamento consiste en la adquisición de un par de imágenes aéreas o terrestres en el espectro visible, tomadas con diferentes ángulos de visión, para posteriormente proceder al tratamiento de las

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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imágenes a través de la unión de las formas bien definidas y los niveles de color de las propias imágenes (Mora et al., 2003.b).

El procesado de las imágenes permite construir un modelo digital del terreno (MDT) de la zona de interés. La comparación de los MDTs obtenidos en diferentes intervalos de tiempo a través de la fotogra-metría permite detectar y medir los cambios superficiales que se han producido en la zona.

La principal ventaja de la fotogrametría es que permite obtener una visión global de la zona de-formada y no sólo de algunos puntos de la misma, tal y como ocurre con otros métodos de control de deformaciones (p.e. los métodos topográficos anteriormente descritos).

No se conocen aplicaciones de esta técnica al seguimiento de fenómenos de subsidencia, aunque dado su fundamento, no son del todo descartables.

Aunque no se ha documentado la aplicación de la fotogrametría satélite para la monitorización de la subsidencia, esta técnica se ha comenzado a emplear para la monitorización de movimientos de ladera. De momento la resolución espacial proporcionada por los sistemas de observación existentes es insufi-ciente (Soeters y van Westen, 1996; Hervás et al., 2003) proporcionando precisiones en la estimación de las deformaciones de hasta ±15 m (Kääb , 2002). No obstante, la mejora de las imágenes de satélite intro-ducida por la reciente generación de satélites en el mercado ha hecho que la fotogrametría de satélite pueda llegar a competir con la fotogrametría aérea (Fiani y Siani, 2003) y no se descarta el empleo de dicha técnica para el seguimiento de fenómenos de subsidencia a medio plazo.

Un aspecto destacable de la fotogrametría desde satélite es que presenta una ventaja fundamental respecto a la fotogrametría tradicional ya que el tiempo de adquisición de las imágenes es inferior (Fiani y Siani, 2003).

Las principales características de estos métodos se resumen en la Tabla 2.4.

Tabla 2.4. Características de los métodos fotogramétricos (modificado de Gili, 1989, Gili et al., 2000; Malet et al., 2002).

Método Uso Resultados Rango Precisión

Fotogrametría terrestre Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ <200 m ±40 mm

Fotogrametría aérea Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ Hvuelo < 500 m ±100 mm

Fotogrametría satélite Desplazamiento de blancos móviles dX, dY, dZ ±15 m

2.2.4. Métodos de teledetección La teledetección, traducción castellana del término anglosajón “remote sensing”, surge para de-

signar cualquier medio de observación remota en el que no existe contacto físico entre el medio a estudiar y el sistema sensor. La fotografía (terrestre, aérea y espacial) queda englobada dentro de esta amplia defi-nición. Sin embargo, su uso y tratamiento para la determinación de movimientos superficiales se conoce comúnmente bajo el término de fotogrametría, habiendo constituido por sí sola una disciplina indepen-diente. En este caso se ha optado por englobar dentro del término amplio de teledetección a aquellas téc-nicas no fotogramétricas que, montadas sobre plataforma espacial, aérea o terrestre, permiten estudiar el medio sin establecer contacto físico con él.

Estos métodos se han dividido en dos grupos: métodos láser y radar. El primer grupo engloba el Scanner Láser, montado sobre plataforma terrestre (Terrestrial Laser Scanner) o aérea (LIDAR, ALS o ALTM). El segundo grupo se subdivide, de forma similar, según el tipo de plataforma empleada para la adquisición de las imágenes en: terrestre (Ground Based Synthetic Aperture Radar, GB-SAR), aerotrans-portado (Airborne Radar) y satélite (Spaceborne Radar). A su vez, las técnicas radar pueden dividirse

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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según el algoritmo de procesado de las imágenes en técnicas de Interferometría SAR diferencial conven-cionales y avanzadas.

2.2.4.1. Técnicas radar

2.2.4.1.1. Técnica de Interferometría Diferencial SAR (DInSAR) Convencional

Los sistemas SAR (radar de apertura sintética) registran tanto la amplitud como la fase de los ecos radar de la escena para generar una imagen o mapa de una magnitud compleja que es la reflectividad electromagnética. La fase correspondiente a cada píxel de esta imagen SAR es la suma de tres contribu-ciones: el camino de ida y vuelta (sensor-blanco-sensor), la interacción de la onda incidente con los blan-cos dispersores existentes dentro de la celda de resolución y el desplazamiento de fase introducido por el sistema de procesado de señal empleado para la generación de la imagen.

La fase de una sola imagen SAR no tiene ningún uso práctico por sí sola. En cambio, si conside-ramos dos imágenes obtenidas con ángulos de incidencia ligeramente diferentes (master y slave), la dife-rencia de fases aporta información sobre la morfología del terreno (topografía) y los cambios que en él se hayan podido producir. Éste es el fundamento de la Interferometría diferencial convencional (DiffSAR o DInSAR), muy utilizada durante los últimos años para la monitorización de fenómenos de subsidencia minera (e.g. Ge et al., 2001; Baran y Stewart, 2003; Perski y Jura, 2003; Ge et al., 2003; Kircher et al., 2003; Wiesmann et al., 2003) y subsidencia por descenso del nivel freático (e.g. Strozzi y Wegmüller, 1999; Wegmüller et al., 1999; Yonezawa y Takeuchi, 2000; Nakagawa et al., 2000; Berardino et al., 2000; Wang et al., 2001; Colombo et al., 2003).

2.2.4.1.2. Técnicas de Interferometría Diferencial SAR Avanzadas.

Para mejorar los resultados obtenidos por las técnicas DInSAR convencionales y para aumentar su aplicabilidad, se han desarrollado otras técnicas avanzadas, entre las que destacan las que se describen a continuación.

2.2.4.1.2.1. Reflectores Persistentes

La técnica de los Reflectores Persistentes (Persistent Scatterers, PS) constituye una variante de la Interferometría SAR Diferencial en la que se estudian los blancos puntuales cuya amplitud se mantiene estable en el tiempo. Estos blancos reciben el nombre de Dispersores Permanentes o Permanent Scatte-rers (PS) y se identifican a través de un análisis estadístico de las amplitudes de los ecos de las imagenes de la escena obtenidas a lo largo del tiempo (Ferretti et al., 2000.a; Ferretti et al., 2001; Kampes, 2006). La técnica de Persistent Scatterers precisa de un número de imágenes superior a 30, sin límite en las di-mensiones de sus baselines (distancia entre los satélites en ambas adquisiciones).

La técnica de Persistent Scatterers ha sido utilizada para el seguimiento de subsidencia (Ferretti et al., 2000.b; Colesanti et al., 2001; Colombo et al., 2003; Hanssen, 2003) alcanzando precisiones del or-den del milímetro.

En la presente tesis doctoral se hará uso de los resultados obtenidos mediante una variante de esta técnica denominada Stable Point Network (SPN). Algunos detalles de la técnica pueden consultarse en Arnaud et al., (2003).

2.2.4.1.2.2. Píxeles Coherentes

Constituye una técnica interferométrica en la que se seleccionan aquellos puntos de una serie de interferogramas obtenidos a lo largo del tiempo en los que la coherencia se conserva por encima de un determinado umbral (Mora et al., 2003a; Mora, 2004). Posteriormente se establece un tratamiento particu-lar de los puntos que cumplen esta condición para obtener así mapas de deformación del terreno. Esta técnica ha sido la empleada en el presente estudio, por lo que se desarrollará con mayor detalle en aparta-dos posteriores.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

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2.2.4.1.2.3. Ground Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR)

El Radar de Apertura Sintética Terrestre (Ground Based Synthetic Aperture Radar, GB-SAR) no constituye una técnica interferométrica propiamente dicha, sino un sistema para obtener imágenes radar desde tierra. Su fundamento es el mismo que el de los sistemas SAR espaciales, con la diferencia que los sensores se encuentran situados en tierra y no sobre una plataforma espacial o aérea. El equipo empleado hace uso de un Radar de Apertura Sintética que ilumina la zona objeto de estudio. Las antenas transmiso-ra y receptora (TX/RX) del radar van montadas sobre un posicionador controlado por ordenador que sintetiza una apertura lineal en la dirección del eje x o azimut. Las bandas utilizadas por el equipo suelen ser la C, L y la Ku y la apertura del radar oscila entre 2 y 5 m. El equipo puede ir montado sobre una plataforma fija construida in situ, generalmente de hormigón armado, o sobre plataforma móvil con re-molque que permita su transporte de un sitio a otro. En el segundo caso es preciso que una vez fijada la plataforma se asegure su estabilidad con el fin de evitar movimientos de la misma. En ambos casos, el sistema de medida debe situarse a distancias inferiores a unos 2.000 m de la zona a estudiar y sobre suelo estable. Generalmente suele instalarse en zonas elevadas respecto a aquellas que pretendemos estudiar.

Este sistema se empleó inicialmente para el control de movimientos de ladera y avalanchas de nieve con resultados muy satisfactorios (Tarchi et al., 2000; Casagli et al., 2002; Antonello et al., 2003; Casagli et al., 2003; Leva et al., 2003; Tarchi et al., 2003; Antonello et al., 2004). Actualmente, se ha empleado también para monitorizar fenómenos de subsidencia (Pipia et al., 2007a; 2007b).

2.2.4.2. Técnicas láser

2.2.4.2.1. Airborne Laser Scanner (ALS)

El Airborne Laser Scanner (ALS), también conocido como Light Detection and Ranging (LI-DAR) o Airborne Laser Terrain Mapper (ALTM), es un sistema activo cuyo funcionamiento consiste en la emisión de un pulso láser y su posterior recepción a bordo. El tiempo que tarda el pulso emitido en retornar al receptor, junto con los datos de posición del avión, permiten referenciar el punto medido en el terreno.

El sistema se compone de tres partes fundamentales: un sistema GPS diferencial (DGPS) que permite determinar la posición del sensor en cada instante, un Sistema de Navegación Inercial (INS) ca-paz de proporcionar la orientación exacta del sensor, y por ende la posición respecto al sensor del punto en el terreno, y un sistema de medida que emite pulsos láser midiendo simultáneamente el tiempo que tardan en llegar al avión al reflejar en el terreno (Figura 2.23).

Esta técnica se ha utilizado en el estudio de subsidencia satisfactoriamente (Bock et al., 1998; Fischer, et al. 1999; Bock y Tom, 2001; Palamara et al., 2007).

Figura 2.23. Componentes del LIDAR.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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En la Tabla 2.5 se resumen las principales características de los métodos de teledetección emplea-dos en la medida de deformaciones de la superficie terrestre.

Tabla 2.5. Características principales de los métodos de teledetección1.

Método Uso Resultados Rango Precisión

Interferometría diferencial SAR convencional (DIn-SAR)

Desplazamientos en la Línea de Vista (Line of Sight)

dX, dY, dZ

Baseline<200 m

Coherencia >0.3 en varios puntos ad-

yacentes

3-5 mm

Persistent Scatterers (PS) Desplazamientos en la Línea de Vista (Line of Sight)

dX, dY, dZ Nº de imágenes > 30 1 mm

Coherent Píxel Technique (CPT)

Desplazamientos en la Línea de Vista (Line of Sight)

dX, dY, dZ Nº de imágenes > 7 6 mm

Ground Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR)

Desplazamientos en la Línea de Vista (Line of Sight)

dX, dY, dZ < 1.5 Km <1 mm

Airborne Laser Scanner (ALS), Light Detection and Ranging (LIDAR) o Air-borne Laser Terrain Mapper (ALTM)

Superposición de MDT dX, dY, dZ - 1 cm

2.2.5. Métodos instrumentales Dentro de este grupo se engloban todos aquellos sistemas capaces de medir in situ los desplaza-

mientos, giros o deformaciones que se producen en el tereno asociados a fenómenos de subsidencia.

Los métodos de instrumentación pueden clasificarse en tres grandes grupos: aquellos que miden las deformaciones o movimientos producidos en superficie, aquellos que lo hacen en profundidad, gene-ralmente a lo largo de un sondeo, y los que miden la apertura o separación de fisuras o grietas (IGME, 1987; Gili, 1989; Mikkelsen, 1996; González de Vallejo et al., 2002). A su vez, estos métodos pueden clasificarse según el tipo de magnitud medida, que puede ser angular o lineal. Las medidas lineales y angulares pueden también ser estimadas en uno, dos o incluso tres direcciones perpendiculares entre sí.

2.2.5.1. Métodos de medida de apertura de grietas y fisuras Utilizan instrumentos cuya finalidad es cuantificar el movimiento relativo superficial de apertura

de fisuras y grietas. Constan de dos partes fijas próximas entre sí, ancladas firmemente al terreno cuya separación o inclinación relativas se medirá a lo largo del tiempo.

La lectura de estos dispositivos puede ser manual o automática, siendo cada vez más frecuentes las segundas dada la comodidad de la toma de datos así como la posibilidad de trabajar en cualquier tipo de situación.

Uno de los equipos utilizados para medir estos desplazamientos son los clinómetros (Figura 2.24), que miden la inclinación relativa de la horizontal que une los puntos de medida, que puede a su vez des-componerse en desplazamientos vertical y horizontal.

1 Los términos técnicos recogidos en la tabla se definen en el apartado 2.3 del presente capítulo.

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Figura 2.24. Clinómetro de tornillo micrométrico.

Los medidores de juntas (Figura 2.25) miden el movimiento relativo de separación o aproxima-ción entre dos puntos a controlar. Cuando las distancias de medida son grandes pueden utilizarse las cin-tas de convergencia, consistentes en cintas metálicas dotadas de un sistema de lectura y otro sistema ten-sor que asegura la tensión de la cinta. Pueden proporcionar medidas de décimas de milímetros, aunque presentan el inconveniente de estar muy influidas por los cambios térmicos, por lo que en ocasiones se fabrican de invar.

Figura 2.25. Medidor de juntas (IGME, 1987)

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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La Tabla 2.6 resume las principales características de los métodos de medida de apertura de grie-tas y fisuras.

Tabla 2.6. Características de los métodos instrumentales (modificado de Gili, 1989, Gili et al., 2000 Malet et al., 2002).

Método Uso Resultados Rango Precisión

Clinómetro con nivel de burbuja y tornillo micromé-trico

Desplazamientos angu-lares dα 0.1 radián 4.10-4 radianes

Extensómetro de base corta Abertura de grietas dD 25-450 mm ±0.1 mm

Cinta metálica de precisión (Cinta de convergencia)

Desplazamiento de blancos móviles dD <30 m 0.5 mm/30 m

Fisurómetro Movimiento diferencial dD <20 mm ±0.1 mm

Regla para grietas Abertura de pequeñas grietas dD <5 m 0.5 mm

2.2.5.2. Métodos de medida de deformaciones en superficie y en profundidad Estos métodos hacen uso de instrumentos de medida colocados en sondeos perforados previamen-

te para definir la profundidad a la que se sitúa la zona afectada por el movimiento. El inclinómetro, el micrómetro deslizante y los extensómetros de barras o de cable son los equipos más utilizados para tal fin.

Los inclinómetros pueden ser fijos o móviles. Los primeros (Figura 2.26) se sitúan en el interior del sondeo, a una profundidad conocida, determinando el historial de inclinación del punto donde se sitúa en dos direcciones, pudiendo ser traducidas en movimientos horizontales o desplazamientos. Los segun-dos facilitan las inclinaciones, y por lo tanto los movimientos, a lo largo de la vertical del sondeo.

El micrómetro deslizante es utilizado para la medición de asientos a lo largo de un sondeo, siendo de gran utilidad para el seguimiento de fenómenos de asiento y subsidencia facilitando la determinación de las capas más compresibles. Presenta la ventaja de poder ser combinado con un inclinómetro móvil, lo que supone que puedan determinarse las tres componentes del movimiento.

La línea continua de asientos (LCA) se ha utilizado en numerosas ocasiones para el seguimiento de los asientos de terraplenes de carretera (Tomás et al., 2000; 2002; Zvanut, 2003), instalándolas de forma previa a la ejecución del relleno. Consiste en la colocación de una manguera resistente al aplasta-miento, a la vez que flexible para adaptarse a las deformaciones del terreno, que se entierra en una peque-ña zanja del cimiento del terraplén. Las deformaciones de ésta como consecuencia de los asientos del terreno se miden a través de la Unidad de Adquisición de Datos, que facilita los asientos verticales produ-cidos en cada punto de la manguera, proporcionando un perfil longitudinal de asientos (Figura 2.27).

Los extensómetros constituyen una familia de instrumentos, basados en diferentes esquemas de funcionamiento, cuya finalidad es la determinación del movimiento relativo entre dos puntos. A veces estos puntos se encuentran próximos entre sí, mientras que en otras ocasiones se mide el movimiento relativo entre la boca del sondeo y uno o varios puntos de su interior.

Los extensómetros de cable (Figura 2.28) determinan el movimiento relativo entre la boca del sondeo y un punto de su interior (Corominas et al., 2000) a través de la medida del giro de una polea unida al cable que se mueve solidariamente. Aunque sólo está documentado su uso en el estudio de mo-vimientos de ladera (Corominas et al., 2000; Angeli et al., 2000) proporcionando medidas con una preci-sión del orden de décimas de milímetro, el fundamento del sistema permitiría su aplicación en el estudio de fenómenos de subsidencia.

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Figura 2.26. Inclinómetro fijo (modificado de Mentes, 2003).

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El extensómetro de varilla (Figura 2.29) también mide el movimiento relativo entre la boca del sondeo y uno o varios puntos situados en el sondeo. En este sistema, un extremo de la varilla se encuentra anclado de forma sólida en la boca del sondeo mientras que el extremo opuesto se fija en el interior del mismo. Las varillas van recubiertas de un tubo de revestimiento elástico solidario con el terreno en cuyo interior se alojan las varillas. Los movimientos del terreno se traducen en desplazamientos de las varillas que son medidos en superficie de forma manual o automática.

Figura 2.27. Ejemplo de registro de asientos bajo un terraplén de la Vega Baja del Segura. Isocronas de

deformación obtenidas mediante LCA.

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Figura 2.28. Extensómetro de cable (adaptado de Corominas et al., 2000).

El extensómetro de cuerda vibrante mide la separación entre dos puntos a través de la frecuencia de vibración de un filamento que los une. Esta frecuencia depende de la tensión del filamento, que a su vez está condicionada por la separación relativa de ambos puntos. La medida se realiza a través de un lector que excita el filamento con unos electroimanes, pudiendo así medir la frecuencia de vibración.

El extensómetro magnético mide la posición de una serie de sensores instalados en el interior del sondeo y solidarios al terreno a través de unos sensores que circulan por el interior del tubo (Alonso, 1997). La posición de los electroimanes a lo largo del tiempo nos permite conocer el historial de movi-mientos dentro del sondeo.

Los asentómetros o células de asiento son instrumentos empleados para determinar las deforma-ciones verticales, o asientos, producidas en el punto de medida. Pueden ser de diferentes tipos dependien-do del fundamento de su funcionamiento, distinguiendo entre asentómetros hidráulicos, rebosantes, de presión diferencial y neumáticos. Generalmente se utilizan para la medida de asientos en obras de carrete-ra, aunque no se descarta su uso para medición de asientos por subsidencia.

Los deflectómetros determinan los movimientos transversales, aunque realmente mide el cambio de curvatura, a lo largo del sondeo, deducidos a partir de los cambios angulares producidos por la defor-mación en varios puntos. Los instrumentos de medida pueden consistir en un hilo tensor acompañado de

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sensores fijos en el interior del sondeo, de sondas móviles articuladas o de un sistema láser que determina la propagación de un haz (Gili, 1989).

En la Tabla 2.7 se muestra un resumen de los métodos instrumentales utilizados para medir de-formaciones en superficie y en profundidad con sus rangos de trabajo y las precisiones de cada uno de ellos.

Figura 2.29. Extensómetro de varillas (IGME, 1987).

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Tabla 2.7. Características de los métodos instrumentales (modificado de Gili, 1989, Gili et al., 2000 Malet et al., 2002).

Método Uso Resultados Rango Precisión

Micrómetro deslizante (Micrometer sliding) Asientos del terreno dZ <50 m 0.001 mm

Línea continua de asientos, LCA Asientos del terreno dZ ±1 cm

Inclinómetro móvil Desplazamientos del terreno dX,dY < 50 m 1 mm/10 m

Inclinómetro fijo Desplazamientos del terreno dX, dY <50 m 0.05 mm/3 m

Asentómetro o célula de asiento Asientos del terreno dZ 0.2-2.0 mm

Deflectómetro Curvatura de un sondeo dR <50 m 0.01g

Extensómetro de cable Desplazamiento de blancos móviles dD Superior a 100 m ±0.5 mm

Extensómetro de cuerda vibrante

Desplazamiento de blancos móviles dD

Extensómetro de barras Desplazamiento de blancos móviles dD <50 m <0.1 mm

Extensómetro magnético Desplazamiento de blancos móviles dD 0.1-1.0 mm

Extensómetro de cable de resistencia

Desplazamiento de blancos móviles dD 1-2 m 0.005 mm

2.2.6. Combinación de sistemas de medida de las deformaciones Los diferentes métodos de seguimiento de fenómenos de subsidencia descritos en los apartados

precedentes no suelen utilizarse de forma única, sino que es práctica habitual combinar varios de ellos para conseguir cubrir las necesidades de control de cada situación particular.

Una combinación de métodos muy habitual consiste en hacer uso de técnicas topográficas para el seguimiento de la subsidencia del terreno en combinación con extensómetros.

El uso del GPS también ha adquirido gran importancia en los últimos años, siendo cada vez más común su uso conjunto con otras técnicas de control de deformaciones. La principal ventaja de este siste-ma, aparte de su alto grado de precisión conseguido con los equipos actuales, es el hecho de proporcionar coordenadas absolutas de los puntos medidos, lo que supone una importante ventaja respecto a otros sis-temas. Precisamente este hecho es una de las razones por las que se emplea el GPS en combinación de

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otros métodos topográficos, ya que facilita la asignación de coordenadas a las bases topográficas que servirán para realizar las operaciones topográficas posteriores de auscultación.

Las técnicas topográficas y geodésicas son también utilizadas a menudo como método de calibra-ción y validación de otros métodos más novedosos como la Interferometía SAR Diferencial. En la Figura 2.30 se muestra el uso conjunto de medida de deformaciones mediante GPS y reflectores radar para medir la subsidencia del terreno debido a actividades mineras subterráneas. Los reflectores radar consisten en unos elementos artificiales que por su orientación y geometría devuelven gran cantidad de señal al satéli-te, proporcionando medidas de gran calidad.

Figura 2.30. Control de la subsidencia minera (modificado de Ge et al., 2001).

2.2.7. Estudio comparativo entre las diferentes técnicas de medida de deforma-ciones

La elección de un método de auscultación y seguimiento de las deformaciones producidas en una zona subsidente depende de gran número de factores, algunos de ellos difíciles de cuantificar. Las princi-pales variables son el coste de aplicación de la técnica, la precisión y la resolución requerida, el tipo y distribución de los datos, la frecuencia con la que se dispone de ellos, las características del escenario y las condiciones ambientales en que son aplicables, la flexibilidad y los grados de libertad o independen-

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cia, la facilidad de acceso a los métodos, el tiempo de adquisición de datos, la geometría, cinemática y naturaleza del fenómeno a estudiar, el grado de automatización de los procesos de adquisición y trata-miento de los datos, etc.

Todas estas cuestiones han de ser consideradas a la hora de llevar a cabo la selección de un méto-do, ponderando cada una de ellas en función de las necesidades que se requieran en cada caso.

El coste de aplicación de la técnica suele ser un importante factor condicionante a la hora de lle-var a cabo el análisis de alternativas. Éste incluye tanto el coste de la adquisición de datos como del tra-tamiento de los mismos. El primero se determina considerando el precio del instrumental empleado en la toma de datos o la parte proporcional a su amortización, los gastos de explotación, la mano de obra y la depreciación del instrumental. El segundo generalmente considera la amortización y depreciación de equipos, así como los gastos de explotación del software, hardware y demás equipos necesarios para llevar a cabo el tratamiento de los datos.

La precisión hace referencia a la exactitud del método, es decir, la cercanía del valor facilitado por éste al valor real. Por lo general, constituye otro factor condicionante en el proceso de selección. No se trata de un parámetro inherente al método, ya que puede variar en función de cómo se aplique la técnica, aunque sí que está íntimamente relacionado con él. La precisión suele ser un parámetro que se fija en función de la naturaleza del fenómeno, requiriendo valores de medida muy precisos para fenómenos de deformación lentos y de pequeña magnitud.

La resolución hace referencia al tamaño espacial de los datos. Este término se utiliza para referirse al tamaño de los píxeles de las imágenes SAR u ópticas. La resolución nos condiciona el tipo de fenóme-no a estudiar, ya que resoluciones bajas (tamaños de píxeles grandes) sólo nos permitirán observar fenó-menos de tamaño superior al del propio píxel, debiendo incrementar la resolución para el seguimiento de fenómenos de pequeño tamaño.

La naturaleza o tipo de dato es otro factor a tener en cuenta. Los datos pueden ser puntuales, li-neales, espaciales, etc. Los métodos topográficos y algunas técnicas avanzadas de interferometría diferen-cial determinan los movimientos superficiales con carácter puntual, mientras que otros métodos como el láser o la Interferometría Diferencial SAR convencional proporcionan un mapa continuo de deformacio-nes del escenario completo.

La frecuencia es la inversa de la diferencia de tiempo que existe entre dos medidas consecutivas. Ésta puede ser horaria, diaria, mensual, anual, bianual, etc. o incluso llegar a consistir en un registro con-tinuo. La frecuencia requerida está íntimamente ligada a la cinemática del fenómeno, debiendo ser menor cuando más lenta es la velocidad de deformación del mismo. Los sistemas susceptibles de ser automati-zados como el GPS, el distanciómetro o algunos métodos instrumentales permiten obtener registros con-tinuos o quasi continuos en el tiempo, mientras que otros sistemas como los topográficos o incluso el GPS de registro no continuo tan sólo son aplicables en espacios de tiempo variables desde unos días hasta varios años. Otros métodos como los interferométricos presentan frecuencias definidas por la frecuencia de paso de los satélites por el escenario, del orden de semanas o meses.

Las características del escenario también condicionan la elección del método de medida. Los es-cenarios rurales suelen caracterizarse por la presencia de vegetación que puede condicionar el uso de algunas técnicas. Igualmente, los escenarios urbanos pueden dificultar el uso de otras o por el contrario hacerlas aptas para ser aplicadas. La topografía del área de estudio también puede limitar el uso de una u otra técnica.

En general, la vegetación suele dificultar el uso de todas las técnicas al ocultar bajo ella la super-ficie a estudiar. Además, afecta en gran medida a algunas técnicas como las interferométricas, derivando en una pérdida de coherencia de la imagen. A otros métodos, como los topográficos, la vegetación les puede afectar en mayor o menor grado en función de la configuración de la misma al dificultarle el visio-nado de las estaciones o puntos de control. Otros métodos como los instrumentales suelen ser igual de efectivos en este tipo de escenarios que en cualquier otro.

Los escenarios urbanos también pueden impedir el uso de algunos métodos de medida de defor-maciones. Los GPS pueden encontrarse en algunos casos con problemas a la hora de disponer un horizon-te de localización de satélites o por recibir múltiples señales rebotadas de edificaciones próximas al punto de control. Los métodos radar suelen dar buenos resultados en este tipo de escenarios al disponer de pun-tos de gran coherencia, aunque por el contrario en estos escenarios también suelen producirse sombras indeseadas.

Page 67: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

61

La topografía del área de estudio condiciona en algunas ocasiones el método a utilizar. En el con-junto de los métodos topográficos, la nivelación geométrica suele resultar costosa de aplicar en terrenos accidentados, en contra de la nivelación trigonométrica que permite mayores velocidades de avance en el proceso de toma de datos.

Algunos métodos de medida de deformación no pueden ser aplicados en determinadas condicio-nes ambientales. La lluvia, la nieve, el viento y la niebla son los principales agentes meteorológicos que pueden intervenir en la selección de un método de medida. La posibilidad de toma de datos durante la noche es otro condicionante ambiental a tener en cuenta.

Las técnicas que utilizan imágenes obtenidas en el espectro visible como la fotogrametría, no pueden ser aplicadas en determinadas condiciones meteorológicas como niebla o nubes en el caso de la aérea. Igualmente se descarta su uso nocturno. La mayor parte de técnicas topográficas precisan de luz solar que les permita el visionado de las miras o los prismas resultando además incómodas de utilizar en condiciones meteorológicas adversas. Sin embargo, algunos métodos instrumentales de registro continuo capaces de operar en prácticamente todo tipo de circunstancias meteorológicas o nocturnas, así como las técnicas radar, para las que las nubes y el agua resultan invisibles y también pueden operar de noche, resultan muy eficaces en todo tipo de circunstancia ambiental.

La flexibilidad y los grados de libertad o independencia se refieren a la posibilidad de seleccionar el tiempo y el lugar en los que aplicar el método sin estar condicionados por la existencia o no de datos. Como bien es sabido, cuando se va a hacer uso de algunos métodos, se determina de forma voluntaria el escenario de estudio y los instantes en los que se llevará a cabo la toma de datos. Éste es el caso de los métodos topográficos o geodésicos en los que escogemos los puntos de control de forma deliberada, claro está adaptándonos a las necesidades de control y al propio escenario. Sin embargo, al aplicar las técnicas radar de satélite no existe posibilidad alguna de escoger los puntos de control, ya que éstos vienen defi-nidos por la permanencia en el tiempo de las propiedades físicas de los puntos del escenario.

La facilidad de acceso a los datos es también un aspecto de gran relevancia. Existen sistemas de medida, como el GPS o todo el instrumental de topografía, que es fácilmente asequible en el mercado, permitiendo obtener por nuestra propia cuenta los datos o incluso subcontratarlo a empresas especializa-das existentes en el mercado. Otros métodos, como el sistema DORIS, requieren el establecimiento de acuerdos con organismos oficiales que permitan integrarnos dentro de programas de actuación.

El tiempo de adquisición de datos es aquel que se invierte en la toma de las medidas o lecturas del escenario durante una campaña. Este tiempo ha de ser lo más reducido posible para evitar la posibilidad de que ocurran movimientos durante la toma de datos. Este factor puede ser de segundos, minutos, horas, días o incluso meses. Por ejemplo, las medidas automáticas de instrumental o GPS pueden hacerse simul-táneamente en un intervalo de segundos, mientras que una campaña de nivelación geométrica o de trian-gulación puede llevarnos desde un día hasta alguna semana en función del número de puntos de control. El seguimiento de una radiobaliza de DORIS precisa de una observación mensual para poder conseguir una precisión centimétrica.

La geometría, cinemática y naturaleza del fenómeno a estudiar también influyen en el método a emplear. Para geometrías de pequeñas dimensiones y alargadas son preferibles métodos topográficos a otros como los radares cuya resolución final, con píxeles de varias decenas de metros de lado, lo descar-tan como método de seguimiento al proporcionar tan sólo unos pocos píxeles de información.

A su vez, la naturaleza del fenómeno puede condicionar el uso de, por ejemplo, métodos topográ-ficos al resultar imposible establecer bases de control que perduren en el tiempo.

Otro aspecto a considerar es el grado de automatización de los procesos de adquisición y trata-miento de los datos, puesto que resulta más cómodo hacer uso de procesos con un elevado grado de au-tomatización.

La Tabla 2.8 resume la valoración hecha para cada método de medida de deformaciones y para cada uno de los factores descritos.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

62

Tabla 2.8. Características principales de los diferentes sistem

as de medida de las deform

aciones (P: puntual; L: lineal; E: espacial; PP: puntual en profundidad; B: bue-no; M

D: m

edio; M: m

alo; MN

: manual; SA: sem

iautomático; A: autom

ático).

CO

ND

ICIO

NE

S Y E

NT

OR

NO

DE

TR

AB

AJO

GR

AD

O D

E

AU

TO

MA

TIZ

AC

IÓN

TO

DO

PR

EC

ISIÓN

(unidad de

medida)

TIPO

DE

M

ED

IDA

R

ústico (arbolado)

Rústico

(matorral)

Urbano

Accidentado

Condiciones

meteorológicas

adversas N

octurno

Toma de

datos Procesado

FRE

CU

EN

CIA

DE

M

ED

IDA

S

Nivelación trigonom

étrica cm

P

MD

-M

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-M

B-M

D

B

M

M

M

N

SA

Mensual-anual

Nivelación geom

étrica m

m

P M

D-M

M

D-M

B

-MD

M

M

M

MN

SA

M

ensual-Anual

Nivelación geom

étrica de precisión

mm

P

MD

-M

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-M

B-M

D

M

M

M

M

N

SA

Mensual-A

nual

Triangulación m

m-cm

P

MD

-M

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-M

B-M

D

B

M

M

M

N

SA

Mensual-A

nual Itinerario topográfico

mm

-cm

P M

D-M

M

D-M

B

-MD

B

M

M

MN

SA

M

ensual-anual

Topografía clásica

Distancióm

etro m

m-cm

P

MD

-M

MD

-M

B-M

D

B

M

B

M

N-A

M

N-A

M

ensual-anual (o continuo)

CG

PS m

m-cm

P

MD

-M

B-M

D

MD

-M

B

B-M

B

MN

M

N

Mensual-anual

DG

PS m

m

P M

D-M

B

-MD

M

D-M

B

B

-M

B

M

N-A

M

N-A

M

ensual-anual (o continuo)

DO

RIS

mm

P

MD

B

B

-MD

B

B

B

A

A

Continuo

Geode-sia

SRL

cm

P M

D

MD

B

B

M

D

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A

A

M

ensual

Fotogrametría terrestre

cm

E M

D-M

M

D-M

B

B

M

M

MN

SA

D

iaria-mensual

Fotogrametría aérea

dm

E M

M

D-M

B

B

M

M

A

SA

Mensual-anual

Foto-gra-

metría

Fotogrametría satélite

m

E M

M

D-M

B

B

M

M

A

SA

Mensual (variable)

Convencional D

InSAR

m

m

E M

M

D-M

B

B

-MD

B

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A

SA-A

M

ensual (variable) Persistent Scatterers

mm

P

MD

-M

MD

-M

B

B-M

D

B

B

A

SA

-A

Mensual (variable)

GB

SAR

m

m

E M

D-M

M

D-M

B

B

B

B

A

SA-A

H

orario-diario

Teledetección

LIDA

R/A

LS/ALTM

dm

P

MD

M

D

B

B

MD

-M

B-M

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A

SA

-A

Mensual-anual

Instrumental

variable P

B

B

B

B

B-M

B

-M

M

N-A

M

N-A

D

iario-mensual

Micróm

etro deslizante m

m

P B

B

B

B

M

M

MN

M

N-A

M

ensual Línea C

ontinua de Asiento

cm

L B

B

B

M

D

M

M

M

N

MN

-SA

Mensual

Inclinómetro fijo

mm

PP

B

B

B

B

B

B

M

N-A

M

N-A

C

ontinuo Inclinóm

etro móvil

mm

PP

B

B

B

B

M

M

M

N

MN

-SA

Mensual

Instrumental

Asentóm

etro m

m

P B

B

B

B

B

-M

B-M

MN

-A

MN

-A

Continuo

Page 69: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

63

La elección del método de seguimiento o monitorización de los fenómenos de subsidencia consti-tuye el primer paso en cualquier estudio de riesgos geológicos. Esta elección debe hacerse considerando todos los aspectos señalados.

En la mayor parte de los casos se busca conseguir precisión al mínimo coste posible. Otras veces se busca una relación tiempo-coste óptima. Sin embargo, en prácticamente todos los casos se busca un compromiso entre los factores principales, que son la precisión proporcionada por el método, el coste del mismo y la rapidez con la que se obtienen los datos. A su vez, dependiendo de las necesidades y de los condicionantes impuestos por el fenómeno a monitorizar, el resto de factores podrán establecer la idonei-dad de uno u otro método.

Algunos autores han estudiado precisamente la conveniencia de hacer uso de uno u otro método o sistema de control de deformaciones a través de la experiencia obtenida al aplicarlos a casos reales. Wegmüller et al. (1999) llevaron a cabo un estudio comparativo entre las técnicas de Interferometría SAR diferencial, nivelaciones geométricas y el GPS aplicadas al fenómeno de subsidencia de la ciudad italiana de Bolonia (Tabla 2.9). Tras aplicar estas técnicas de forma combinada concluyen que:

- La mejor resolución espacial en la zona urbana la proporcionaba la técnica DInSAR, que proporcionaba datos de movimiento cada 50 metros frente a la nivelación que proveía de puntos nivelados cada 250 metros aproximadamente. Asimismo, el GPS tan sólo facili-taba unos pocos puntos de medida, poco significativos frente al área monitorizada.

- La mejor precisión se obtuvo con la nivelación, ya que la técnica DInSAR sufrió una pérdida de precisión debido a las condiciones atmosféricas reinantes.

- El coste generado en las tres campañas de nivelación de toda la red fue muy elevado, ya que la red contaba con 455 puntos de nivelación a lo largo de 375 km. El GPS, sin em-bargo, supuso un coste menor a pesar de que la nivelación de un punto es más cara que la de un kilómetro de red de nivelación. Respecto al coste de la Interferometría Diferencial, aseguran que puede establecerse un servicio de seguimiento anual de la subsidencia a un coste moderado.

Si trabajamos con costes totales (Tabla 2.9) a partir de los datos del estudio de Wegmüller et al. (1999) y consideramos únicamente los precios de las imágenes SAR, se observa que la nivelación resulta siete veces más cara que la aplicación de técnicas interferométricas. Si bien el coste de las imágenes no se corresponde con el coste real de aplicar la técnica, al cual habría que añadir los costes derivados del soft-ware y de la mano de obra, la diferencia es considerable, haciéndose más notable aún si consideramos que la interferometría proporciona una visión global del problema, extensible a todo el área de estudio frente a la nivelación que lo hace de forma puntual.

Tabla 2.9. Comparación entre métodos de monitorización de la subsidencia (modificado de Wegmüller et al., 1999)

DInSAR Nivelación DGPS

Resolución espacial 50 m >250 m ~10 Km

Características espa-ciales Zonas urbanas Líneas de nivela-

ción Escasos puntos significativos

Frecuencia temporal > 1 año Anual 2-3 años

Precisión < 1 cm 1 mm por Km 1-2 cm

Coste unitario Investigación: 200 € por imagen

Comercial: 1000 € por imagen 206 € por Km 516 € por punto

Coste total Investigación: 2.000 €*

Comercial: 10.000 €* 77.250 € -

(*) No se ha considerado el coste adicional del software de tratamiento de las imágenes y de la mano de obra.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

64

Strozzi et al. (2003) también han llevado a cabo un estudio comparativo entre diferentes técnicas aplicadas al problema de la subsidencia de la ciudad de Venecia (Tabla 2.10). Aunque los autores no hacen referencia al factor coste, sí que consideran otros aspectos como la resolución espacial y la preci-sión conseguida llegando a conclusiones similares a las obtenidas en otros casos.

Tabla 2.10. Comparación entre diferentes sistemas de medida de subsidencia (Strozzi et al., 2003)

Nivelación GPS continuo DGPS InSAR PS

Resolución espacial 900 m

Pocas estacio-nes permanen-

tes > 1Km2 30 m 5 x 25 m

Características espaciales

Líneas de nivelación

Pocos puntos significativos

Líneas de nivelación

Áreas cons-truidas

Reflectores persistentes

Otras caracte-rísticas

Han de dispo-nerse estructu-

ras para la nivelación

Necesario pocos años de adquisición de

datos

Han de dispo-nerse estructu-

ras para la nivelación

Posible uso de los reflectores radar artificia-

les

Precisión ver-tical 1-2- mm/año 1-2 mm/año 1 mm/Km 1-2 mm/año 1mm/años

A su vez Baltsavias (1999) y Gold (2003) han llevado a cabo estudios comparativos entre la foto-grametría y el escáner láser aéreo. Según Baltsavias (1999) el precio de la técnica láser se sitúa entorno a los 500-2000 €/km2, afirmando que este precio puede variar en función de la empresa que realiza los trabajos, el área a investigar, el tipo de postprocesado y otros gastos extra. Igualmente afirma que el coste de esta técnica resulta del orden del 70-75% más barato que la fotogrametría. Contrariamente, Gold (2003) afirma que los precios para las técnicas láser del orden de 200 €/km2 y de 10 €/km2 para las técni-cas fotogramétricas.

2.3. La interferometría SAR diferencial

2.3.1. Introducción Como ya se ha explicado con anterioridad, la teledetección, en inglés remote sensing, se define

como la técnica empleada para la extracción de información acerca de las propiedades de objetos situados a cierta distancia del observador. Esto es posible siempre y cuando se disponga de sensores capaces de detectar las variaciones en algún tipo de radiación del entorno en el que se encuentra el objeto. Por tanto, consiste en la medida de magnitudes físicas, como el campo electromagnético, y su posterior análisis e interpretación mediante modelos matemáticos basados en un cierto grado de conocimiento a priori del elemento en cuestión. De esta forma, el producto final proporcionado al usuario puede ser un mapa que muestre alguna característica del elemento.

Los sensores pueden ser pasivos o activos. Los primeros miden la cantidad de energía elec-tromagnética emitida, o reflejada de otra fuente como el Sol, del objeto observado. Los segundos miden la radiación reflejada por el objeto observado previa excitación electromagnética generada o enviada por el propio sensor.

La teledetección activa (mediante un sensor activo) emplea generalmente microondas, cuya fre-cuencia está comprendida entre 1 GHz y 100 GHz o, lo que es lo mismo, longitudes de onda com-prendidas entre 3 mm y 30 cm.

En el presente estudio se hace uso de frecuencias de microondas cuyas ventajas principales se enumeran a continuación:

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

65

- Son capaces de atravesar nubes y lluvia dada la baja absorción de las mismas.

- El sistema es capaz de trabajar en condiciones de oscuridad al no depender de la ilumina-ción solar.

- Pueden penetrar en estructuras vegetales, nieve y suelo.

- Proporcionan una alta sensibilidad a parámetros que caracterizan el elemento observado ta-les como distancia, rugosidad, humedad, etc.

- Se basan en la medida coherente de la radiación electromagnética. Esto significa que el procesado de la señal considera tanto la fase como la polarización de la onda, propor-cionando así una mayor cantidad de información sobre el medio iluminado.

Por lo tanto, como se ha comentado con anterioridad, los datos obtenidos por los sensores suelen representarse en forma de mapas o imágenes del área de interés. En los apartados siguientes se analizan diversos aspectos relacionados con la obtención de estas imágenes en los sistemas Radar de Apertura Sintética (SAR) en los que se centra la presente tesis doctoral.

2.3.2. Fundamentos del Radar de Apertura Sintética (SAR) La geometría básica de un sistema SAR es la mostrada en la Figura 2.31. El satélite se desplaza a

una velocidad V a lo largo de su órbita, situada a una determinada altitud. La plataforma transporta una antena lateral que ilumina la superficie terrestre con cierto ángulo de inclinación mediante pulsos de ra-diación electromagnética. La dirección de desplazamiento del satélite se denomina azimut y la distancia comprendida entre la plataforma y la escena radiada se llama slant range (R0). Otros parámetros a consi-derar en los sistemas SAR son el ground range y el track, que son la proyección del slant range y de la órbita del satélite sobre la superficie terrestre, respectivamente.

La antena tiene forma rectangular con unas dimensiones de h × l, donde h es la altura de la antena y l es su longitud. Estas dimensiones resultan de interés puesto que determinan el área de iluminación, condicionando también la resolución espacial, que se define como la distancia mínima entre dos objetos que pueden ser detectados separadamente por el sensor.

Cuando el radar emite un pulso de duración τ, éste recorre la distancia correspondiente R0 hasta alcanzar la superficie radiada. En este momento el pulso retorna en dirección al satélite, al cual llegará con un tiempo de retraso (τR) igual a:

/c2Rτ 0R = (2.20)

donde c es la velocidad de la luz.

Los ecos obtenidos en diferente tiempo permiten diferenciar objetos separados. Así, los ranges máximos y mínimos (denominados far range y near range; Figura 2.31) pueden diferenciarse entre sí a través del tiempo comprendido entre el inicio de la recepción de la señal y el final de la misma deno-minado slant swathwidth. Para evitar la superposición entre la transmisión y la recepción de un pulso, el slant swathwidth ha de ser menor que c/(2×PRF) donde PRF es la frecuencia de repetición del pulso (pulse repetition frecuency).

Los pulsos empleados típicamente poseen longitudes de onda de 3 cm (banda X), 6 cm (banda C), 9 cm (banda S) y 24 cm (banda L). La frecuencia de repetición del pulso (PRF) de estos sistemas se en-cuentra comprendida entre 1 y 10 kHz.

Los sistemas radar suelen emplear pulsos comprimidos del tipo chirp de larga duración. Éstos se caracterizan porque su frecuencia varía linealmente con el tiempo, presentando una mejor resolución en rango que otros tipos de pulsos más cortos, precisando además una menor energía de transmisión (Figura 2.32).

En vistas de lo expuesto, el radar de apertura sintética es el tipo de sistema utilizado en el de-sarrollo del presente trabajo, dado que la resolución que alcanza implica la posibilidad de descomponer, en términos de respuesta electromagnética, un blanco relativamente grande en varios centros de disper-

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

66

sión. De este modo es posible elaborar una imagen de reflectividad de la escena que constituirá la materia prima para el análisis interferométrico posterior.

Figura 2.31. Geometría del sistema SAR de los satélites ERS-1, ERS-2 y ENVISAT.

Las imágenes SAR son diferentes a las imágenes ópticas no sólo debido a que emplean otras fre-cuencias o longitudes de onda que producen diferentes interacciones con la escena. Además, las imágenes SAR sufren distorsiones geométricas debido a la adquisición inclinada de datos, ya que la información con la que se forma la imagen consiste en distancias a la escena y no en coordenadas espaciales de la misma.

Page 73: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

67

Figura 2.32. Pulso chirp.

Un primer tipo de distorsión geométrica se denomina foreshortening (Figura 2.33) y consiste en la expansión o contracción de la celda de resolución en función de la pendiente (α) de la escena, siempre y cuando esté comprendida en el rango [–θ, θ].

Figura 2.33. Fenómeno de foreshortening.

El layover (Figura 2.34) es otro tipo de distorsión geométrica que consiste en la inversión de la geometría de la imagen en presencia de relieves elevados con pendientes (α) superiores al ángulo de ob-servación del satélite (θ).

Por último se encuentran las zonas de sombra o shadows (Figura 2.35) donde, debido a la presen-cia de pendientes pronunciadas, no se produce señal dispersada hacia el radar, y por tanto no contribu-yendo a la imagen. Las zonas de sombra se producen cuando la pendiente del terreno (α) es menor o igual al ángulo de observación del satélite menos π/2.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

68

Figura 2.34. Fenómeno de layover.

Figura 2.35. Fenómeno de sombra (shadow).

Tal y como se ha comentado con anterioridad, las imágenes SAR contienen información muy útil sobre el medio que representan. La amplitud de estas imágenes está relacionada con el coeficiente de backscattering de la escena, mientras que la fase contiene información sobre la distancia de viaje de la señal emitida desde la plataforma móvil hasta el suelo. Como ejemplo, en la Figura 2.36 se muestra una típica imagen SAR de la Vega Media y Baja del Segura (provincias de Alicante y Murcia) adquirida me-diante el satélite ERS-2.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 2.36. Imagen SAR de amplitud de la Vega Media y Baja del río Segura adquirida el 10 de Junio de 2000 a las 10:47 horas GMT por el satélite ERS-2. Obsérvese que las áreas urbanas aparecen como zonas brillantes debido al elevado coeficiente de backscattering. La dimensión de los píxeles es aproxi-

madamente de 20 x 4 (range x azimut) metros.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

70

No obstante, la aplicabilidad de una sola imagen SAR es nula si lo que pretendemos es trabajar con la fase, puesto que ésta viene dada por la expresión:

scatteringr φλπφ +⋅−=

4 (2.21)

donde λ es la longitud de onda electromagnética, r es el range, y φscattering es el cambio de fase debido a la dispersión (backscattering) producida por el blanco, siendo este segundo término, en general, una varia-ble aleatoria con una distribución uniforme entre 0 y 2π. Consecuentemente, la imagen de la fase es apa-rentemente ruidosa, por lo que solamente será de interés cuando se compare con la fase de otra imagen del mismo escenario, tal como se explica en los capítulos sucesivos.

Una vez caracterizado el sistema y expuestos sus fundamentos, es necesario conocer el tipo de aplicación bajo estudio, que en el caso que nos ocupa se centra en el seguimiento de los movimientos sufridos por la superficie terrestre, debido a fenómenos de subsidencia, mediante Interferometría SAR diferencial, que se trata en los apartados siguientes.

2.3.3. Fundamentos de Interferometría SAR (InSAR) La Interferometría SAR hace uso de la información de la fase proporcionada por la combinación

de dos imágenes SAR de la misma escena adquiridas desde posiciones ligeramente diferentes (Massonnet y Rabaute, 1993) para obtener Modelos Digitales del Terreno (MDT). El planteamiento teórico es muy sencillo y puede simplificarse en los siguientes pasos (Mora, 2004):

1. Se adquieren dos imágenes de la misma escena desde posiciones orbitales diferentes (Figura 2.37). Según la expresión (2.21) la fase correspondiente a un determinado píxel de cada imagen es:

1114

scatteringr φλπφ +⋅−= (2.22)

2224

scatteringr φλπφ +⋅−= (2.23)

2. Si suponemos que la morfología del terreno es la misma y no se han producido cambios en su superficie, los términos correspondientes a la dispersión (backscattering) pueden suponerse igua-les:

21 scatteringscattering φφ ≈ (2.24)

3. Por lo tanto, si restamos las fases de ambas adquisiciones obtenemos la fase interferométrica:

)(441221int rrr −=∆≈−=

λπ

λπφφψ (2.25)

La expresión (2.25) constituye el término de fase correspondiente a una nueva imagen conocida como interferograma, y únicamente depende de la diferencia de distancias de los sensores al píxel considerado en cada una de las dos imágenes. La fase interferométrica puede también expresarse en función de otros parámetros de interés, resultando la expresión (Mora, 2004):

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

71

noiseatmosnn hB

rrB

rψψρ

λπ

αλπ

αλπψ ∆+∆+∆⋅+

∆⋅⋅+

∆⋅⋅=∆

4sin

4tan

4

00int (2.26)

donde ∆ψint es el incremento de fase entre dos puntos del interferograma, λ es la longitud de onda, r0 es la distancia desde la plataforma al terreno, α es el ángulo de incidencia de la onda respecto al suelo, Bn es la baseline perpendicular (distancia entre dos adquisiciones SAR medida en la dirección perpendicular a la correspondiente al ángulo de incidencia), ∆r es el incremento de distancia satélite-suelo existente entre dos puntos de la imagen, ∆h es el incremento de altura existente entre dos puntos de la imagen, y ∆ρ es el incremento de deformación medido en la dirección slant range.

Figura 2.37. Geometría de un sistema interferométrico.

La expresión (2.26), por lo tanto, descompone la fase interferométrica en los siguientes términos:

- Tierra plana. Este término depende de la distancia (∆r) y es intrínseco para cada interfero-grama. Se manifiesta a modo de franjas de fase que crecen desde el near range hacia el far range.

- Topografía. Este otro término contiene la información correspondiente a la topografía de la escena (∆h). Como puede apreciarse en la expresión (2.26) depende de la baseline perpendi-cular (Bn).

- Deformación. Este sumando depende de las deformaciones producidas en el terreno (∆ρ) que hayan podido producirse durante el intervalo de tiempo transcurrido entre ambas adqui-siciones.

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Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

72

- Factor atmosférico. Este término causa ruido en la fase y es debido a cambios de las condi-ciones atmosféricas reinantes en el momento de adquisición de cada una de las imágenes.

- Ruido. Este último sumando agrupa el conjunto de factores de decorrelación que degradan la calidad de la fase interferométrica.

2.3.4. Fundamentos de Interferometría SAR Diferencial (DInSAR) La Interferometría SAR Diferencial (DInSAR) constituye una técnica interferométrica empleada

para determinar la magnitud de las deformaciones que puedan afectar a la superficie del terreno. El pre-sente trabajo hace uso de esta técnica para determinar los movimientos del terreno producidos por descen-sos de nivel freático, de donde se deriva el interés en conocer su fundamento.

El principal objetivo de esta técnica consiste en cancelar o minimizar, en la medida de lo posible, todos los términos que intervienen en la fase interferométrica (∆ψint) (expresión 2.26) excepto aquel que hace referencia a las deformaciones del terreno (∆ρ). Empleando DInSAR sólo podemos estimar la pro-yección (∆ρ) del vector de deformación total (ur ) sobre el slant range o line of sight (LOS) (Figura 2.38).

Figura 2.38. Geometría de la Interferometría SAR Diferencial considerando una baseline perpendicular nula.

Por otro lado tenemos que, considerando exclusivamente el término correspondiente a la de-formación asociado a un ciclo de la fase, podemos escribir la expresión (2.26) como:

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

73

ψπλρ ∆⋅=∆

4ciclo (2.27)

Si, además, tenemos en cuenta que la longitud de onda (λ) de los satélites ERS es de 5.6 cm, po-demos establecer que a una franja interferométrica (ciclo de 2π) le corresponde una deformación de 2.8 cm en la dirección de la LOS. Esto demuestra que la Interferometría SAR Diferencial presenta una gran sensibilidad a la deformación.

2.3.5. Métodos convencionales de interferometría SAR diferencial (DInSAR) Como ya se ha citado con anterioridad, los métodos empleados en Interferometría SAR diferencial

pueden agruparse en dos grupos, los llamados convencionales y los avanzados. En este apartado se des-criben los denominados métodos convencionales que pueden dividirse en tres (Mora, 2004): el método de la baseline corta, el método de las tres imágenes y el método de las dos imágenes con un modelo digital del terreno (MDT) externo.

2.3.5.1. Método de la baseline corta Constituye el método más sencillo para generar interferogramas diferenciales. Se basa en el hecho

de que la componente topográfica de la fase depende directamente de la baseline perpendicular, Bn (ex-presión (2.26)). Si la baseline es lo suficientemente pequeña podemos considerar al término topográfico despreciable frente al término derivado de las deformaciones. El método consiste en seleccionar un par de imágenes SAR con una baja baseline perpendicular. Llevando a cabo la corrección de tierra plana a partir de la información orbital del satélite, y despreciando los términos derivados del ruido y el factor atmosfé-rico (ver diagrama de flujo del procesado en Figura 2.39) la expresión de la fase diferencial queda como:

ρλπψ ∆⋅=∆

4dif (2.28)

y despejando la deformación estimada tendremos que:

difest ψπλρ ∆=∆

4 (2.29)

donde el error producido con esta simplificación es:

noiseatmosn

est rhB

Errorest

ψπλψ

πλ

αψρρρ ∆⋅+∆⋅+

⋅∆⋅

=∆=∆−∆=∆ 44sin0int (2.30)

Page 80: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

74

Figura 2.39. Método de la baseline corta.

2.3.5.2. Método de las tres imágenes En el método de las tres imágenes, en lugar de despreciar el término de la fase dependiente de la

topografía, se hace uso de una tercera imagen SAR para cancelarlo. Esta tercera imagen se emplea para generar un segundo interferograma con una baseline temporal corta y una baseline espacial grande para conseguir una buena precisión en la componente topográfica (interferograma topográfico). Cuando se emplea este método es muy común hacer uso de las imágenes ERS en tándem, que cuentan con una base-line o separación temporal de tan sólo un día. El nuevo interferograma así obtenido posee exclusivamente información topográfica del término de la fase, evidentemente sin considerar los términos correspondien-tes al ruido y a la atmósfera. La fase interferométrica correspondiente al interferograma topográfico pue-de expresarse como:

111

01int sin

4noiseatmos

n hBr

ψψαλ

πψ ∆+∆+∆⋅

⋅=∆ (2.31)

El otro interferograma (interferograma de deformación) se obtiene por combinación de dos de las tres imágenes disponibles, sin que en este caso existan restricciones en la baseline temporal ni espacial existente entre las dos imágenes escogidas, más que las establecidas por el fenómeno de deformación que queremos medir (Figura 2.40). La fase interferométrica correspondiente al interferograma de deforma-ción puede expresarse como:

Page 81: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

75

222

02int

4sin

4noiseatmos

n hBr

ψψρλπ

αλπψ ∆+∆+∆⋅+

∆⋅⋅=∆ (2.32)

El siguiente paso consiste en la cancelación de la topografía estimada a partir del interferograma topográfico en el interferograma de deformación. Para ello expresamos la relación entre baselines a través de una constante K para compensar la diferencia de escala entre ambos interferogramas, cuyo valor es:

1

2

n

n

BB

K = (2.33)

De manera que la fase interferométrica diferencial queda expresada como:

)sin

4(

4sin

4

111

01

2

222

012

noiseatmosn

n

n

noiseatmosn

difdifdif

hBrB

B

hBr

K

ψψαλ

π

ψψρλπ

αλπψψψ

∆+∆+∆⋅

⋅−

−∆+∆+∆⋅+∆⋅

⋅=∆⋅−∆=∆

(2.34)

quedando por tanto:

)(411

1

222 noiseatmos

n

nnoiseatmosdif B

Bψψψψρ

λπψ ∆+∆−∆+∆+∆⋅=∆ (2.35)

Finalmente, considerando la expresión (2.29) el desplazamiento estimado queda como:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∆+∆−∆+∆+∆=∆ )(

4 111

222 noiseatmos

n

nnoiseatmosest B

Bψψψψ

πλρρ (2.36)

El error cometido en la estimación de la deformación es debido a los dos procesos de desenrollado de fase, el llevado a cabo antes de del primer interferograma y el creado para la obtención de los valores de deformación, y se calcula según la expresión siguiente:

⎥⎥

⎢⎢

⎡∆+∆⋅−∆+∆⋅=∆−∆=∆ )(

41122

2

1noiseatmos

n

nnoiseatmosest

B

BError

estψψψψ

π

λρρρ (2.37)

En este método, de forma contraria a lo que ocurre en el método de la baseline corta, el error co-metido no depende directamente de la topografía.

Page 82: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

76

Figura 2.40. Método de las tres imágenes.

Page 83: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

77

2.3.5.3. Método de las dos imágenes y el Modelo Digital del Terreno externo Este método hace uso de un Modelo Digital del Terreno (MDT) para poder substraer a la fase in-

terferométrica el término correspondiente a la topografía (Figura 2.41). Como habíamos visto, la fase interferométrica, sin tierra plana, puede expresarse de la siguiente manera:

noiseatmosn hB

rψψρ

λπ

αλπψ ∆+∆+∆⋅+

∆⋅⋅=∆

4sin

4

0int (2.38)

El término de la fase debido a la topografía puede reconstruirse considerando los datos del MDT y la información orbital a través de la expresión (2.39), donde ∆hMDT son las cotas deducidas del propio MDT.

αλ

πψsin

4

0

MDTntopo

hB

rest

∆⋅⋅=∆ (2.39)

Substrayendo la ecuación (2.39) a la (2.38) obtenemos la fase interferométrica diferencial:

noiseatmosMDTn

topodifhhB

rest

ψψρλ

π

αλ

πψψψ ∆+∆+∆⋅+∆−∆⋅

⋅=∆−∆=∆4

sin

)(4

0

int (2.40)

de donde obtenemos la deformación estimada considerando la ecuación (10):

)(4sin

)(

0

noiseatmosMDTn

est

r

hhBψψ

π

λρα

ρ ∆+∆+∆+⋅

∆−∆⋅=∆ (2.41)

El error cometido en la estimación de la deformación dependerá en este caso de la precisión del MDT y de la baseline perpendicular:

)(4

)(sin0

noiseatmosMDTn

est hhr

BError

estψψ

π

λ

αρρρ ∆+∆⋅+∆−∆⋅

⋅=∆−∆=∆ (2.42)

Page 84: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

78

Figura 2.41. Método de dos imágenes y el MDT externo.

Page 85: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

79

2.3.6. Fuentes de decorrelación La Interferometría SAR diferencial no puede ser aplicada siempre, debido a que existen ciertas li-

mitaciones que degradan sustancialmente los interferogramas. El conocimiento de estos factores resulta de gran relevancia en el cálculo de los movimientos del terreno, pues presentan una influencia directa en la precisión final. La coherencia (γ), también llamada coeficiente de correlación compleja normalizada de dos imágenes SAR, es un parámetro cuya magnitud está relacionada con la calidad de la fase. Su expre-sión analítica para un determinado píxel (s1) de la primera imagen SAR y el homólogo (s2) de la segunda imagen, a partir de las cuales obtenemos el interferograma es:

[ ]

[ ] [ ]22

21

*21

sEsE

ssE

⋅=γ (2.43)

donde E[] es el operador valor esperado o esperanza matemática, que comúnmente se sustituye por un promediado espacial de los píxeles vecinos. El valor absoluto de la coherencia |γ| es un parámetro indica-tivo de la calidad conseguida en la estimación de la fase, que varía entre 0 (escena totalmente decorrela-da) a 1 (imagen perfecta o sin decorrelación).

Figura 2.42. Función densidad de probabilidad de la fase (pdf).

Otro estadístico de la estimación de la fase es la función densidad de probabilidad (pdf) que se define como:

⎟⎟⎟

⎜⎜⎜

−+⋅

−⋅

−=

)cos(1

))cos(arccos()cos(1

)(cos1

1

2

1)(

222

2

ψγ

ψγψγ

ψγπ

γψpdf (2.44)

Page 86: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

80

Esta función nos indica la calidad con la que se estima la fase interferométrica en función de la coherencia. Como puede observarse en la Figura 2.42 para valores altos de coherencia la función de den-sidad de probabilidad de la fase se estrecha considerablemente, lo que supone una determinación más precisa del valor de la fase interferométrica.

El módulo de la coherencia puede expresarse como producto de las diferentes fuentes de deco-rrelación según la expresión (Hanssen, 2001; Mora, 2004):

fcspyxtht γγγγγγγ ⋅⋅⋅⋅⋅= ∆∆ (2.45)

donde:

- γt es la decorrelación temporal. Ésta se debe básicamente a los cambios que se producen en la escena en el intervalo de tiempo para el cual se genera el interferograma diferen-cial. En áreas con abundante vegetación el coeficiente de backscattering cambia según la estación del año o simplemente por el movimiento de la vegetación por efecto del viento. De forma contraria, en zonas urbanas la coherencia de la escena se mantiene constante durante largos periodos de tiempo.

- γ∆x, γ∆y y γfc, constituyen los términos correspondientes a la decorrelación espacial por la corregistración en range y azimut, así como por la diferente posición del centroide Dop-pler entre las dos adquisiciones.

- γsp es la decorrelación geométrica. Ésta se debe al desplazamiento relativo que sufren los espectros en range de las dos imágenes empleadas, debido a la diferencia existente en el ángulo de incidencia de las dos adquisiciones.

- γth es la decorrelación por ruido térmico. Esta fuente de decorrelación está directamente relacionada con los equipos empleados para la transmisión y recepción de los datos.

Además de las fuentes de decorrelación enumeradas existen otras fuentes de error no consideradas en la expresión (2.45) que pueden llegar a afectar a la estimación de la fase interferométrica. La primera consiste en los errores orbitales cometidos en la determinación de las coordenadas de la órbita de los satélites, que son necesarias para llevar a cabo la corrección de tierra plana, la eliminación de la fase de-bido a la topografía o la georreferenciación de la información del radar para obtener coordenadas. La situación atmosférica reinante en la escena puede ser diferente durante la adquisición de las imágenes SAR que conforman el interferograma diferencial. Estos cambios atmosféricos generan nuevas franjas en los interferogramas, que no son debidas a movimientos del terreno y que por lo tanto han de ser elimina-das en la medida de lo posible, aunque esta tarea no es nada sencilla debido a su similitud con las franjas producidas por las deformaciones que pretendemos medir.

2.4. La Técnica de los Píxeles Coherentes (Coherent Pixels Technique, CPT) El seguimiento mediante técnicas interferométricas de movimientos lentos de la superficie te-

rrestre, como los producidos por subsidencia del terreno, pasa inevitablemente por la selección de imáge-nes con una baseline temporal alta. Este requisito impone dilatados intervalos temporales entre dos imá-genes consecutivas con el fin de poder abarcar amplios periodos en los que el lento movimiento acumula-do resulte perceptible. Sin embargo, la exigencia de baselines temporales grandes entra en contraposición con el hecho de que cuanto más tiempo transcurre entre dos imágenes de una misma escena, más decorre-ladas se encuentran.

Además, las condiciones atmosféricas, que pueden variar rápidamente sobre la escena, degradan las imágenes ocasionando distintos retrasos en la propagación de la señal. Estos retardos puede aparecer en los interferogramas como si de deformación se tratara, modificando sustancialmente los resultados.

Con el fin de eliminar, o simplemente minimizar, las limitaciones propias de las técnicas inter-ferométricas convencionales enumeradas en los párrafos anteriores, durante los últimos años se han pu-blicado diversos trabajos encaminados a estudiar la evolución temporal de la deformación a partir de series temporales de imágenes (Ferreti et al., 2000.a; Ferreti et al., 2000.b; Ferreti et al., 2001; Mora et al., 2003.a; Werner et al., 2003; Mora, 2004).

El presente apartado se centra en la técnica de los Píxeles Coherentes (Coherent Pixels Technique, CPT) desarrollada en Mora et al. (2003.a) y Mora (2004), ya que será empleada en el Capítulo 4 del pre-

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

81

sente trabajo de investigación para estudiar el problema de la subsidencia de la ciudad de Murcia. A con-tinuación se describe la formulación de dicho método.

2.4.1. El modelo de la fase La fase de un interferograma (∆ψint) obtenido por combinación de dos imágenes SAR puede ex-

presarse como (Hanssen, 2001; Mora, 2004):

noiseatmosmovtopoflat ψψψψψψ ∆+∆+∆+∆+∆=∆ int (2.46)

donde:

- ∆ψflat es la componente de Tierra plana relacionada con la distancia en range.

- ∆ψtopo es la fase topográfica.

- ∆ψmov es la componente de la fase interferométrica debida al desplazamiento del terreno entre las dos imágenes, medida en la dirección de range (o Line Of Sight, LOS).

- ∆ψatmos es la componente de la fase relacionada con los fenómenos atmosféricos.

- ∆ψnoise constituye el factor de degradación de la componente de la fase interferométrica.

A su vez, los tres primeros términos de la expresión (2.46) pueden expresarse como:

αλ

πψtan

4

0

rB

r

nflat

∆⋅⋅=∆ (2.47)

αλ

πψsin

4

0

hB

r

ntopo

∆⋅⋅=∆ (2.48)

linealnolinealnolinealmov Tv −− ∆⋅+⋅∆⋅=∆+∆=∆ ρλ

π

λ

πψψψ 44 (2.49)

donde λ es la longitud de onda, r0 es la distancia en range, Bn es la baseline perpendicular, ∆r es el incre-mento del range entre píxeles, α es el ángulo de incidencia, ∆h y ∆v son respectivamente los incrementos de altura y velocidad de deformación entre píxeles vecinos, T es la baseline temporal entre las dos adqui-siciones SAR y ∆ρno-lineal es el término no lineal de desplazamiento.

Descontando las contribuciones por Tierra plana y topografía obtenemos la fase DInSAR si-guiente:

noiseatmostopoerrormovdif ψψψψψ ∆+∆+∆+∆=∆ − (2.50)

donde ∆ψerror-topo representa la componente de la fase asociada al error del MDT empleado en la cancela-ción de la topografía:

α

ε

λ

πψsin

4

0

∆⋅⋅=∆ −

ntopoerror

B

r (2.51)

siendo ∆ε el incremento de error de altura entre píxeles.

Page 88: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

82

Se puede apreciar que la deformación se ha descompuesto en dos términos, uno denominado “li-neal” a velocidad constante y otro no lineal, tal y como se muestra en (2.49).

2.4.2. Selección de interferogramas Si se llevaran a cabo todas las combinaciones posibles de imágenes disponibles, se generaría un

enorme número de interferogramas. Con el fin de minimizar este número, el algoritmo empleado para implementar la metodología CPT lleva a cabo una triangulación de Delaunay de las imágenes disponibles donde los tres ejes son la baseline espacial, la baseline temporal y la frecuencia Doppler. Esta selección presenta la ventaja de seleccionar las imágenes necesarias para cubrir de la forma más homogénea que sea posible todo el espacio de observación, sin introducir excesiva redundancia, lo cual mejora la coherencia además de reducir considerablemente los tiempos de procesado (Blanco et al., 2006).

Además, sólo se seleccionan aquellos interferogramas cuya diferencia de frecuencia Doppler y sus baselines temporales y espaciales presentan valores por debajo de unos umbrales preestablecidos, garantizando un mínimo de calidad en la fase.

2.4.3. Obtención de la componente lineal de deformación El modelo de deformación lineal (2.49) no puede aplicarse directamente a todos los píxeles de la

escena, dada la decorrelación que pueden sufrir algunos de ellos que tan sólo hace aptos a aquellos cuya fase posee suficiente calidad.

La selección de los píxeles de las imágenes se lleva a cabo a partir de la estabilidad de su cohe-rencia, haciendo uso de una imagen de coherencia media (selección por coherencia media) o estudiando el número de veces que un determinado píxel supera un determinado valor umbral de coherencia prefijado (selección por porcentajes).

La coherencia media se obtiene a partir de todo el conjunto de imágenes de coherencia según la expresión:

∑=

=01 i

Nimedia

Nγγ (2.52)

donde N es el número de interferogramas y γi es la coherencia del píxel considerado en el mapa de cohe-rencia i. Aquellos píxeles cuya coherencia media (γmedia) es superior a un valor umbral prefijado son acep-tados como candidatos para el procesado posterior. Mora (2004) afirma que valores medios de coherencia de aproximadamente 0.3 pueden considerarse como aptos en muchos casos, ya que este criterio tan sólo es empleado para la selección de píxeles candidatos, de los cuales tan sólo algunos de ellos serán utiliza-dos finalmente en la obtención de los mapas de deformación.

El otro criterio alternativo de selección de píxeles consiste en seleccionar aquellos píxeles en los que el porcentaje (p(%)) de interferogramas en los que la coherencia supera un valor umbral preestableci-do (c) es también igual o superior a un valor en tanto por ciento prefijado. Analíticamente podemos ex-presar este criterio como:

100)((%) ×>

=N

cnp iγ (2.53)

donde N es el número de interferogramas, n(γi>c) es el número de píxeles en los que la coherencia es mayor que el valor umbral preestablecido y γi es la coherencia del píxel considerado en el mapa de cohe-rencia i.

Una cuestión importante a considerar es que el procesado permite establecer varios niveles de se-lección (selección multinivel o multicapa) empleando diversos umbrales de calidad para así incrementar

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

83

el número de píxeles de la escena seleccionados sin que por ello los resultados de los píxeles de menor calidad empeoren los resultados obtenidos para los píxeles de mayor calidad, tal y como detallaremos más adelante.

En general, los mapas de coherencia de las imágenes ERS se obtienen utilizando una ventana es-pacial de promediado de 4 x 20 ó 5 x 25 (range x azimut). Esta misma resolución será la resultante para los mapas de deformación del terreno. Cuando esta ventana de promediado es muy pequeña la coherencia obtenida puede sobrevalorar la calidad de la fase (Hanssen, 2001) y, en consecuencia, hacer que en el paso siguiente del procesado sean rechazados la mayor parte de ellos, o bien que se obtengan resultados erróneos.

En la Figura 2.43 se muestra un ejemplo de evolución de la coherencia y del valor medio de dos píxeles de una serie de 40 interferogramas.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Coh

eren

cia

0 10 20 30 40Interferograma

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Coh

eren

cia

gmedia=0.739

gmedia=0.213

(a)

(b)

Figura 2.43. Ejemplo de evolución de la coherencia de dos píxeles empleando 40 interferogramas. El gráfico (a) muestra los resultados para un píxel con elevada coherencia (coherencia media de 0.739). El

(b) muestra un píxel de baja coherencia (coherencia media de 0.213).

Una vez seleccionados los píxeles candidatos, la fase de cada píxel es difícil de emplear directa-mente debido a un término de offset desconocido y constante para cada interferograma completo, así que resulta necesario relacionar píxeles vecinos (xm, ym) e (xn, yn) cuyo offset es idéntico y en consecuencia se anulan entre sí. Para ello, Mora (2004) propone hacer uso de la triangulación de Delaunay. Una ventaja adicional de vincular píxeles vecinos (Mora, 2004) es que la componente atmosférica y los errores come-tidos en el cálculo de las órbitas se reducen considerablemente para cada relación, dada la proximidad espacial existente.

Puesto que la velocidad lineal de deformación y el error del MDT son constantes para toda la se-rie de interferogramas, podemos estimarlos ajustando el siguiente modelo de la fase a los datos (Mora, 2004):

Page 90: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

84

[ ]

[ ]),(),()(sin)(

)(4

),(),(4),,,,(

modmod

0

modmodmod

nnelmmeli

ii

in

nnelmmeliinnmmel

yxyxTTTr

TB

yxvyxvTTyxyx

εεαλ

πλ

πψ

−⋅⋅

⋅+

+−⋅⋅=∆

(2.54)

En el que x e y indican la posición del píxel de la imagen, Ti y Bn son las baselines temporal y es-

pacial normal del interferograma i-ésimo, λ es la longitud de onda, ν es la velocidad lineal constante del modelo de desplazamiento, r0 es la distancia de range, α es el ángulo de incidencia y ε es el error topo-gráfico.

Es importante señalar que, en el caso de haber empleado varios niveles de selección de píxeles, primero se triangularán aquellos que posean un criterio de selección más estricto, para posteriormente unir a la malla los píxeles seleccionados con los criterios menos exigentes mediante una nueva triangula-ción. De este modo conseguimos que los cálculos correspondientes a los píxeles de mayor calidad se lleven a cabo sin interferencias de los de menor calidad. Una vez ajustado el modelo a estos puntos, se procederá a ajustarlo a los puntos de menor calidad, de modo que el cálculo de los segundos se apoye en el de los primeros. Este proceso se realiza tantas veces como niveles de calidad se hayan establecido ini-cialmente.

El procesado multicapa permite relacionar los píxeles de buena calidad entre sí para obtener así unos resultados de mejor calidad para estos píxeles. A su vez, estos píxeles de mayor calidad colaboran en la mejora de los resultados de los píxeles de peor calidad y de esta manera permiten bajar el umbral de selección. Como consecuencia, podemos “rescatar” algún píxel de peor calidad consiguiendo tener una mayor densidad de puntos que ayudará posteriormente a la estimación de la componente atmosférica.

Para calcular la velocidad de deformación (ν) y el error topográfico (ε) debe llevarse a cabo la op-timización de la siguiente función del modelo de ajuste para cada relación de píxeles establecida por la triangulación de Delaunay:

[ ] [ ]2

0 mod ),,,,(exp),,,,(exp),,,( ∑ =∆⋅−∆⋅=Γ

N

i innmmelinnmmdifnnmm TyxyxjTyxyxjyxyx ψψ (2.55)

En la que N es el número de interferogramas. El uso de un reducido número de interferogramas puede ocasionar errores. Mora (2004) establece que incluso con tan sólo siete interferogramas pueden obtenerse buenos resultados, siendo difícil trabajar con menos de cinco.

Para estimar la calidad del ajuste del modelo de los datos, Mora (2004) propone la función del modelo de coherencia siguiente:

[ ]∑=

∆−∆⋅=ΩN

iinnmmelinnmmdifnnmm TyxyxTyxyxj

Nyxyx

0mod )),,,,(),,,,((exp1),,,( ψψ (2.56)

En la que Ω es igual a uno cuando el ajuste del modelo es perfecto y tiende a cero cuando la deco-rrelación entre los datos y el modelo es total. El valor de la función Ω es empleado para rechazar aquellos puntos, de los seleccionados anteriormente en función de su coherencia media, que no se ajustan al mode-lo.

Una vez que hemos llevado a cabo el proceso de minimización de la función (2.55) para cada par de píxeles relacionados por la triangulación, habremos estimado los incrementos de la velocidad lineal y el error topográfico de los mismos.

[ ] imizadannelmmelnnmmest yxvyxvyxyxv min_modmod ),(),(),,,( Γ−=∆ (2.57)

Page 91: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

85

[ ] imizadannelmmelnnmmest yxyxyxyx min_modmod ),(),(),,,( Γ−=∆ εεε (2.58)

Figura 2.44. Iteraciones para el cálculo de la velocidad lineal absoluta de los píxeles coherentes.

El siguiente paso consiste en determinar los valores absolutos de deformación y del error to-pográfico de cada píxel a partir de los incrementos calculados con las expresiones (2.57) y (2.58). La integración se lleva a cabo partiendo de diferentes puntos semilla (Carrasco, 1998), escogidos de entre todos los existentes por conocerse su velocidad absoluta (generalmente nula) y/o el error de MDT para calcular la velocidad y error absoluto de cada píxel según las expresiones:

[ ] ),,,(),,,(),(.),,,(

1),( iii

iiestiiest

ii i

est yxyxyxyxvyxvyxyx

yxv Ω⋅∆+Ω

= ∑∑

(2.59)

[ ] ),,,(),,,(),(.),,,(

1),( iii

iiestiiest

ii i

est yxyxyxyxyxyxyx

yx Ω⋅∆+Ω

= ∑∑

εεε (2.60)

donde i corresponde a aquellos píxeles vecinos conectados con aquel que está siendo integrado. El proceso de integración se muestra de forma gráfica en la Figura 2.44.

Otro método de integración de los incrementos es el basado en el método del gradiente conjugado (Mallorquí, 1995) que se caracteriza por no depender del camino seguido para encontrar los valores abso-lutos pues minimiza el error medio de todos los valores, con lo cual es mucho más robusto y a su vez también es mucho más rápido que el método anterior de crecimiento de regiones.

Este segundo método consiste en la resolución del sistema de ecuaciones:

YWXAW ∆⋅=⋅⋅ (2.61)

donde W es una matriz diagonal con las ponderaciones de cada relación, A es la matriz de dimen-siones M x N (con M número de relaciones y N número de píxeles), X es el vector columna incógnita que representa los valores absolutos de los píxeles, y ∆Y es el vector columna de dimensión M que contiene los incrementos de las relaciones.

Page 92: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

86

Al igual que para el método de crecimiento de regiones, una vez resuelto el sistema, disponemos de los datos de velocidad lineal y error de MDT, por lo que resulta necesario llevar a cabo un test de cali-dad de la integración. El test de integración permite eliminar relaciones y píxeles que no superan ciertos requisitos establecidos.

2.4.4. Obtención de la componente no lineal de deformación Una vez calculada la deformación lineal y el error del MDT, estamos en condiciones de obtener la

componente no lineal. El fundamento de este cálculo es diferente al realizado para la componente lineal, pues no se trata de ajustar ningún modelo. En él se utiliza un filtrado espacio-temporal para obtener la deformación no lineal y la contribución atmosférica a la fase. La suma de las imágenes de deformación lineal, obtenida anteriormente, y no lineal, calculada en este apartado, permiten determinar el patrón de deformaciones totales en el área estudiada.

El primer paso en la estimación de la deformación no lineal consiste en el cálculo de los residuos de la fase, que se obtienen sustrayendo la deformación lineal estimada y el error del MDT, a la fase inter-ferométrica original según la expresión siguiente:

),,(),,(),,( model yxTyxTyxT iidifiresiduo ψψψ ∆−∆=∆ (2.62)

donde ∆ψdif es la fase interferométrica original y ∆ψmodel es la fase obtenida para el modelo lineal para un píxel dado (x,y) que considera el movimiento y el error del MDT mostrados en la siguiente ex-presión:

estii

inestiiel TTr

TBvTT εαλ

πλπψ ⋅

⋅⋅+⋅⋅=∆

)(sin)()(44)(

0mod (2.63)

Este cálculo se realiza sobre los píxeles coherentes y va precedido de una interpolación espacial bilineal con el fin de conseguir un espaciado uniforme de los píxeles. El nuevo residuo de la fase contiene los términos restantes de la expresión (2.27):

)()()()( inoiseiatmosilinealnoiresiduo TTTT ψψψψ ∆+∆+∆=∆ − (2.64)

donde los términos ∆ψatmo y ∆ψno-lineal pueden ser diferenciados dadas las diferentes características

de sus frecuencias en el espacio y el tiempo. Las perturbaciones atmosféricas de cada interferograma son consideradas como señales de baja frecuencia espacial, debido a que su distancia de correlación es aproximadamente 1 Km. Sin embargo, para un solo píxel la contribución atmosférica puede considerarse como un proceso de ruido que tiene lugar en el tiempo. A su vez, la deformación no lineal presenta una ventana de correlación en el espacio y un comportamiento paso bajo en el tiempo.

En vistas de lo expuesto, la estimación de las perturbaciones atmosféricas puede determinarse a partir de un proceso de filtrado en los dominios del espacio y del tiempo.

Primero se aplica un filtro espacial paso bajo. El filtro espacial se lleva a cabo mediante una ven-tana móvil de promediado de 1 x 1 Km sobre los residuos interpolados de la fase.

Una vez aplicado el filtro al residuo de la fase tan sólo restan dos términos (además del ruido at-mosférico):

)()()( iSLRlinealnoiatmosiSLRresiduo TTT −−− ∆+∆=∆ ψψψ (2.65)

donde ∆ψno-lineal-SLR es la componente no lineal de la deformación con resolución espacial baja (Spatial Low Resolution, SLR). En este paso del procesado se asume que el término de la fase residual relacionado con la contribución atmosférica no es afectado por el filtro espacial. Para eliminar este térmi-no ha de aplicarse un filtro temporal paso alto.

Page 93: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

87

El siguiente paso del procesado consiste en separar la contribución de la componente atmosférica y la no lineal. Para ello hay que tener en cuenta que los interferogramas han sido generados a partir de la fase de dos imágenes SAR separadas temporalmente, sin que hasta ahora se hayan establecido restriccio-nes en la selección de pares. Mora (2004) propone la siguiente expresión para calcular la componente ∆ψresiduo-SLR en un determinado instante ti en el que se lleva a cabo la adquisición de una imagen:

⎩⎨⎧

−≤≤∆−∆+∆=

=∆−−

− 11)()()(00

)(0 Mittt

it

atmosiSLRlinealnoiatmosiSLRresiduo φφφ

φ (2.66)

En la que ∆φatmos(ti) es la contribución atmosférica en el instante de adquisición ti, ∆φno-lineal-

SLR(ti)es la componente de desplazamiento no lineal filtrado en el espacio y M es el número de imágenes SAR adquiridas en diferentes instantes.

Para determinar ∆φatmos(t0) se considera el diferente comportamiento temporal de los tres com-ponentes que intervienen en la expresión (2.66). Por un lado, es bien sabido que la fase correspondiente al desplazamiento no lineal (∆φno-lineal-SLR(ti)) de un determinado píxel entre dos instantes diferentes de tiem-po es diferente. Lo mismo ocurre con el término atmosférico ∆φatmos(ti), ya que las condiciones atmosféri-cas son diferentes de un día a otro. Sin embargo, la componente ∆φatmos(t0) será igual para todas las imá-genes consideradas (M). En consecuencia, podemos calcular el valor medio de todas las imágenes para estimar el término común de todas ellas según la expresión:

∑ −

= −∆⋅−

≈∆1

10 )(1

1)( M

i iSLRresiduoatmos tM

t φφ (2.67)

Una vez hecho esto, tendremos las fases pertenecientes a cada imagen SAR respecto a la master quedando la expresión (2.66) como:

⎩⎨⎧

−≤≤∆+∆=

=∆−−

− 11)()(00

)(Mitt

it

iSLRlinealnoiatmosiSLRresiduo φφ

φ (2.68)

donde M es el número de imágenes SAR. Ahora se elimina la contribución atmosférica aplicando un filtro temporal paso bajo (LPF), para así determinar la parte correspondiente a la deformación no lineal a baja resolución. La frecuencia de corte de este filtro supone un parámetro clave en el procesado para discrimi-nar la parte no lineal de la atmosférica, siendo un valor aceptable el 25% del ancho de banda (Mora, 2004). Por lo tanto, la fase filtrada puede expresarse como:

⎩⎨⎧

−≤≤∆=

=∆−−

− 11)(00

)(Mit

it

iSLRlinealnoLPFiSLRresiduo φ

φ (2.69)

Una vez obtenida la fase filtrada de la expresión (2.66) sólo resta determinar la deformación espa-

cial no lineal de alta resolución (SHR). El procedimiento para obtener el desplazamiento no lineal de alta resolución consiste en generar un modelo de fase considerando la información de deformación lineal, deformación no lineal SLR, el error del MDT y la contribución atmosférica determinados con anterioridad según la expresión:

Ni ,...,1=∀ )(

)(sin)(

)(4

)(4)(

0

mod

iatmosest

ii

in

iSLRlinealnoestiiel

TTTr

TB

TvTT

ψεαλ

π

ψλ

πψ

∆+∆⋅⋅

⋅+

+∆+∆⋅⋅=∆ −−

(2.70)

Page 94: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

88

donde ∆ψno-lineal.SLR son las fases interferométricas del desplazamiento no lineal, generado del si-guiente modo:

NittT kSLRlinealnojSLRlinealnoiSLRlinealno ,...,1)()()( =∀∆−∆=∆ −−−−−− φφψ (2.71)

donde tk y tj son los instantes de adquisición de las imágenes SAR master y slave, siendo además Ti =tk - tj.

Si restamos el modelo de la expresión (2.70) a las fases interferométricas originales (∆ψint) obte-nemos el residuo de la expresión (2.72), que se compone básicamente de un término debido a la deforma-ción espacial no lineal de alta resolución (∆ψno-lineal.SHR) y de otro término (∆ψnoise) relacionado con la decorrelación y el ruido térmico.

)()()( inoiseiSHRlinealnoiSHRresiduo TTT ψψψ ∆+∆=∆ −−− (2.72)

Suponiendo que el segundo término de la expresión (2.72) es mucho menor que el correspon-

diente a la deformación, podemos plantear un sistema de ecuaciones cuya solución nos proporciona los valores de desplazamiento no lineal de cada imagen. El sistema de ecuaciones a resolver tendrá la si-guiente forma:

NittT kSHRresiduojSHRresiduoiSHRresiduo ,...,1)()()( =∀∆−∆=∆ −−− φφψ (2.73)

siendo la solución al sistema:

⎩⎨⎧

−≤≤∆=

=∆−−

− 11)(00

)(Mit

it

iSHRlinealnoiSHRresiduo φ

φ (2.74)

Finalmente, podemos calcular la evolución de la deformación total (ρ) en un determinado píxel (x,

y) y para una determinada imagen adquirida en un instante ti, considerando todos los componentes calcu-lados con anterioridad según la expresión:

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡++⋅−⋅⋅= −−−− ),,(),,(),()(4

4),,( 0 iSHRlinealnoiSLRlinealnoestii tyxtyxyxvtttyx φφ

λ

π

π

λρ (2.75)

2.4.5. La geocodificación Los valores de deformación, velocidad, coherencia, etc. de cada píxel obtenidos durante el proce-

sado interferométrico se expresan matemáticamente como elementos de una matriz en la que la posición del punto viene dada por el número de fila (line) y columna (sample) dentro de la citada matriz. Sin em-bargo, estos datos resultan de poca utilidad si no son superpuestos a otras capas de información, como por ejemplo la topografía, con el fin de facilitar el proceso de interpretación de los resultados.

En interferometría suele ser habitual la superposición de resultados a mapas de intensidad, lo que permite tener una mejor idea de la situación de los píxeles en la escena real. No obstante, la información geográfica suele presentarse referida a sistemas universales de referencia. Por todo ello, la conversión de los valores obtenidos a coordenadas referidas a un sistema de referencia estándar resulta fundamental para el posterior análisis de la información proporcionada tras el procesado. Éste es, esencialmente, un proceso geométrico que ocupa por sí solo un conjunto de pasos del proceso interferométrico y que se denomina geocodificación.

El proceso de geocodificación (geocoding) implica la conversión de la información obtenida en el procesado interferométrico desde la geometría de slant range a un sistema estándar de coordenadas como es el Universal Transverse Mercator (UTM). Es decir, la geocodificación permite relacionar una coorde-nada de la imagen SAR con su posición en la superficie de la Tierra.

Page 95: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

89

Un punto P = (Px, Py, Pz) de la superficie de la Tierra queda definido por sus coordenadas carte-sianas XYZ referidas al centro de la misma. De otro lado, un punto de la imagen SAR estará definido por las coordenadas range y azimut.

Por lo tanto, para la determinación de las tres ecuaciones que relacionan las coordenadas de la imagen con las de la superficie de la Tierra hemos de tener en cuenta que:

La distancia entre el píxel situado sobre la superficie de la Tierra y el satélite viene dada por

la ecuación:

22222 )()()( RPSPSPSPS zzyyxx =−+−+−=− (2.76)

donde S = (Sx, Sy, Sz) es la posición orbital desde la cual se ha radiado el píxel considerado y R es el radio de una esfera centrada en la posición del satélite de valor igual a la distancia existente en-tre el satélite (S) y el píxel situado sobre la superficie de la Tierra (P) tal y como se muestra en la Figura 2.45a.

La relación entre las velocidades del satélite y el píxel con la frecuencia Doppler del blanco (fD) da lugar a una nueva ecuación, que cuando el punto de la escena considerado se enfoca a su posición de cero Doppler (distancia mínima), se reduce a:

0)()(2=

−⋅

−⋅−=

SPSPVV

f psD λ

(2.77)

donde Vs es la velocidad del satélite y Vp la velocidad del punto considerado sobre la superficie de la Tierra. Esta expresión define la ecuación de un plano perpendicular a la órbita del satélite dado que el punto es radiado desde la posición más corta a la órbita (Figura 2.45b).

La superficie terrestre puede ser aproximada a un elipsoide de semiejes (a, b). La altitud h

del punto de la superficie de la Tierra puede ser añadida al elipsoide expandiendo los ejes, resultando así la expresión (Figura 2.45c):

2

2

2

2

2

2

)()()(1

hbP

haP

haP zyx

++

++

+= (2.78)

Figura 2.45. Representación gráfica de las tres ecuaciones de geocodificación: (a) Esfera centrada en el satélite de radio igual a la distancia o range. (b) Plano perpendicular a la órbita. (c) Modelo elipsoidal

de la superficie de la Tierra.

Page 96: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo II. Aspectos metodológicos para el control y análisis de la subsidencia por extracción de agua

90

La geocodificación de los resultados derivados del procesado SAR se denomina geocodificación

directa. En este caso las coordenadas de range y de azimut son conocidas mientras que la posición del punto P es desconocida. Resolviendo el sistema de ecuaciones, constituido por las tres expresiones ante-riormente expuestas (eqs. 2.76-2.78), generalmente por métodos iterativos dado que no constituyen un sistema lineal, determinaremos las coordenadas del punto P que corresponden a la intersección de las tres superficies definidas.

Resumiendo, el método de los Píxeles Coherentes se compone de dos partes principales, el cálcu-lo de la deformación lineal y el cálculo de la deformación no lineal. En ambos casos, el procesado es diferente y los resultados se expresan como velocidad de subsidencia, en el caso de la deformación lineal, o como deformación total. Finalmente, los resultados obtenidos son geocodificados para un mejor trata-miento espacial y para facilitar su interpretación física.

Page 97: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

93

CAPÍTULO III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia 3.1. Rasgos generales del área de estudio

El presente trabajo se centra en la ciudad de Murcia, situada en la Vega Media del río Segura, al SE de la Península Ibérica. El municipio de Murcia se encuentra ubicado en la parte meridional de la región de su mismo nombre, de la que es capital de provincia (Figura 3.1).

El municipio de Murcia, que contaba en 2006 con 416.996 habitantes, linda al Norte con Las To-rres de Cotillas, Molina de Segura y Fortuna, al Sur con Fuente Álamo, Cartagena, San Javier y Torre Pacheco, al Este con Santomera, Beniel, Orihuela y Pilar de la Horadada y al Oeste con Alhama de Mur-cia, Librilla, Mula, y Campos del Río, quedando Alcantarilla situada dentro del área descrita constituyen-do un municipio independiente.

El término está dividido de E a W por las estribaciones montañosas que originan las sierras de Carrascoy (1.065 m), El Puerto (600 m), Villares (487 m), Columbares (645 m), Altaona (529 m) y Esca-lona (345 m). Estos relieves permiten la diferenciación entre la zona norte, conocida como Huerta, y la zona sur o Campo de Murcia (Figura 3.1).

Figura 3.1. Mapa físico de la Vega Media del Segura con la localización de la zona de estudio.

La ciudad de Murcia constituye el centro neurálgico de la Huerta, llanura por la que discurre el río Segura hasta unirse con su afluente, el Guadalentín o Reguerón, como se le conoce localmente, aguas abajo de la ciudad de Murcia. Esta llanura se extiende de SW a NE y es también conocida como Vega Media del río Segura. La Huerta murciana o Vega Media del Segura, que discurre a una altitud media de unos 43 m s.n.m., queda limitada al Sur por el conjunto de sierras mencionadas con anterioridad y al Norte por una serie de cerros calizos y conglomeráticos de poca altitud (Espinardo, Monteagudo, Torres, Esparragal Cabezo de la Cruz, Monte de las Brujas y Peñicas) (Figura 3.1).

Page 98: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

94

En la llanura de la Huerta murciana se desarrollan cultivos tradicionales que son regados, gene-ralmente, con aguas procedentes del río Segura. Sin embargo, en toda la cuenca se ha producido un aban-dono progresivo de la agricultura a favor de actividades urbanas e industriales.

En resumen, el área de estudio es la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano que a grandes rasgos queda situada dentro de los siguientes límites geográficos:

X Y

Extremo SW: 663000 4204000

Extremo NE: 667000 4208000 Coordenadas UTM. Datum Europeo de 1950.

3.2. Marco climático

La cuenca Media del río Segura goza en general de un típico clima mediterráneo de tipo semiári-do, con inviernos suaves y veranos calurosos. Dicho clima se continentaliza ligeramente aguas arriba del río Segura, donde la influencia del Mediterráneo es menor.

Las precipitaciones se caracterizan por ser escasas, irregulares, tanto espacial como temporal-mente, con periodos de sequía de hasta cinco meses y un pequeño número de días lluviosos en la que se concentran la mayor parte de los aguaceros. Los máximos mensuales se sitúan en otoño, con fuertes aguaceros, y en primavera, con un invierno menos lluvioso y un verano con un acusado mínimo (Figura 3.2).

En general, las precipitaciones anuales medias son inferiores a los 320 mm (la Vega Media del río Segura queda englobada entre las isoyetas de precipitación media de 280 y 320 mm). Dada la impor-tancia que tienen las precipitaciones en el balance hídrico de la cuenca en general, y en la infiltración y recarga de los acuíferos en particular, en la Figura 3.3 se muestra el registro de precipitaciones correspon-diente al periodo 1950-2005 para diversas estaciones meteorológicas de la Vega Media del Segura.

El patrón de temperaturas es muy similar al de las precipitaciones. La temperatura es cálida du-rante todo el año, con una media anual de 18ºC. Las máximas y mínimas varían desde 4 y 16ºC en enero hasta los 20 y 34ºC en agosto, llegando a superar los 40° muchos veranos (Figura 3.2). Como efeméride cabe destacar los 47,2°C que se alcanzaron el 4 de julio de 1994, récord de temperatura del siglo XX de España.

Ene

Feb

Mar

Abr

May Jun

Jul

Ago Sep

Oct

Nov Dic

Mes

0

10

20

30

40

50

Tem

pera

tura

(ºC

)

0

100

200

300

400

Prec

ipita

cion

es (m

m)

Figura 3.2. Precipitaciones y temperatura media para el periodo 1971-2000 (Observatorio de Alcanta-

rilla).

Page 99: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

95

En el PNIAS (1978) se establecía que la evapotranspiración potencial en la Vega Baja y Media del Segura calculada según el método de Thornthwaite era del orden de 800-950 mm, valor superior al de las precipitaciones. En el mismo documento se indicaba que la evapotranspiración real era igual a las precipitaciones, por lo que la lluvia útil era nula. Este aspecto influye de forma importante en la deseca-ción superficial del suelo, que como veremos en el siguiente capítulo interviene en el proceso de precon-solidación del mismo.

Históricamente, se conocen doce secuencias secas vividas en el sureste peninsular (Labclima, 2007; CHS, 2007): 1841-1842, 1875-1879, 1909-1914, 1920-1921, 1935-1937, 1940-1941, 1944-1945, 1953-1954, 1973-1974, 1980-1985, 1990-1995 y 1999-2000. Actualmente, y desde el año 2005, se vive un nuevo periodo de sequía en todo el sureste español.

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

2000

4000

6000

Prec

ipita

ción

(mm

x 1

0-1)

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

2000

4000

6000

Prec

ipita

ción

(mm

x 1

0-1)

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

2000

4000

6000

Prec

ipita

ción

(mm

x 1

0-1)

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

2000

4000

6000

Prec

ipita

ción

(mm

x 1

0-1)

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

2000

4000

6000

Prec

ipita

ción

(mm

x 1

0-1)

Santomera

Llano de Brujas

Beniaján

Murcia (CHS)

Alcantarilla

Sin datos

Figura 3.3. Evolución anual y mensual de las precipitaciones en diferentes estaciones meteorológicas de

la zona de estudio (datos cortesía INM).

Page 100: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

96

3.3. Marco geológico

3.3.1. Geología regional y tectónica La zona de estudio en la que se centra la presente tesis doctoral se localiza al sureste de la Penín-

sula Ibérica (Figura 3.4.a), dentro del sector oriental de la Cordillera Bética (Figura 3.4.b). Constituye el extremo nororiental de la zona de desgarre de Trans-Alborán (Silva, 1993). Su origen se remonta al Mio-ceno Superior (Tortoniense), tras la fase compresiva finiserravalliense. Desde entonces ha tenido lugar un proceso de relleno y colmatación simultáneo a la deformación del mismo sedimento recién depositado.

Figura 3.4. Encuadre geológico regional de la zona de estudio.

Dentro de este sector se encuentran ampliamente representados los materiales neógeno-cuaternarios de carácter postorogénico que rellenan la cuenca del río Segura-Guadalentín (Figura 3.5). El material que rellena la cuenca comprende términos de edades Mioceno Superior, Plioceno y Cuaternario (Montenat, 1977; Montenat et al., 1990).

Los materiales pertenecientes a la Zona Interna afloran localmente en las sierras de Carrascoy y de Espuña, situadas al S y W de Murcia respectivamente. Hacia el E, las sierras de Orihuela y Callosa constituyen los últimos vestigios de esta unidad (Figura 3.5).

Desde un punto de vista morfoestructual, la cuenca Media, junto con la cuenca Baja del Segura, recibe el nombre de cuenca de Murcia-Alicante (Estévez et al., 2004). Asimismo, la cuenca de Murcia-Alicante constituye una morfoestructura que se encuentra delimitada por dos sistemas de fallas activas principales. Al primero pertenece la Falla de Carrascoy (Rodríguez Estrella et al., 1986; Silva, 1994; Rodríguez Estrella et al., 1999; Silva et al., 2004), situada al sur de la depresión, que separa los bloques del basamento de la cuenca de naturaleza fundamentalmente Alpujárride, que junto con otros afloramien-tos de menor entidad Maláguides y de edad neógena configuran la Sierra de Carrascoy (Sanz de Galdeano et al., 1997). La prolongación natural de esta falla hacia el mar Mediterráneo es la falla del Bajo Segura (Alfaro, 1995) que recorre la Vega Baja del Segura paralelamente al río en su tramo final y separa la zona de rellenos más reciente de la cuenca de los relieves pliocenos. Diversos estudios de tectónica activa (Somoza, 1989; Silva et al., 1993; Taboada et al., 1993; Alfaro, 1995) muestran una baja tasa de activi-dad durante el Cuaternario, con movimientos de 0.1 a 0.5 mm por año.

Page 101: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

97

El segundo sistema de fallas está constituido por la falla de Lorca-Alhama de Murcia de orienta-ción NE-SW (Bousquets y Montenat, 1974; Silva, 1994; Silva et al., 2004) que se sitúa al NW de la de-presión. Dicho accidente separa unidades de basamento aflorante de naturaleza Maláguide, como es el caso de la Sierra de Espuña, de los depósitos sedimentarios pliocuaternarios que rellenan la cuenca (Amo-res et al., 2001). Hacia el E, la prolongación de dicha falla está constituida por la Falla de Crevillente que recorre el borde norte de la cuenca con dirección SW-NE.

La tectónica activa de la zona, junto con las variaciones del nivel del mar sufridas durante el Cuaternario, ha controlado la sedimentación en el valle (Soria et al., 1999).

Figura 3.5. Mapa de situación y esquema geológico de las Vegas Baja y Media del río Segura.

3.3.2. Estratigrafía

3.3.2.1. El basamento de la cuenca El substrato de la cuenca está constituido por margas del Mioceno y ocasionalmente por materia-

les metamórficos de las Unidades Béticas Internas en la Vega Media del río Segura y el Valle del Guada-lentín (Cerón y Pulido-Bosch, 1996; Amores et al., 2001; Mulas et al., 2003), así como en la Vega Baja del Segura (IGME-DPA, 1996).

En la parte central del Medio Segura, estas unidades se encuentran afectadas por numerosas fa-llas que dan lugar a una configuración del substrato a base de horsts y grabens. Uno de los sondeos lleva-dos a cabo en Barriomar por la CHS, al SE de la ciudad, con motivo de la sequía iniciada en 2005, inter-ceptó el basamento metamórfico a 305 m de profundidad.

Page 102: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

98

Este basamento aflora localmente en varios puntos de los bordes de la Vega Media del río Segu-ra, así como en las sierras de Orihuela y Callosa, en la Vega Baja del Segura (Figuras 3.5 y 3.6).

3.3.2.2. El relleno sedimentario Las Vegas Baja y Media del río Segura constituyen fundamentalmente un medio sedimentario

continental fluvial de carácter meandriforme. En el sector más oriental, próximo a la costa, los sedimentos presentan una mayor fracción de arena como consecuencia de su origen costero, con la excepción de la zona NE cuyo origen es claramente lagunar.

En general, en la Vega Baja y Media del Segura se pueden diferenciar las siguientes unidades sedimentarias (Rodríguez-Jurado et al., 2000; Delgado et al., 2003; Mulas et al., 2003): llanura de inun-dación, meandros abandonados, terrazas fluviales, abanicos aluviales, depósitos palustres y depósitos litorales.

La zona de llanura de inundación está constituida por materiales limo-arcillosos de color marrón o gris. A menudo, en esta unidad encontramos niveles orgánicos de color más oscuro, así como arenas-limosas. Estos sedimentos ocupan la mayor parte de la superficie de la Vega Baja y Media del Segura.

Los meandros abandonados están rellenos por materiales limo-arcillosos con escasa consistencia, mezclados con sedimentos de la llanura de inundación. A lo largo del recorrido del río pueden observarse vestigios de numerosos meandros abandonados por causas naturales o artificialmente mediante cortas.

La zona de terrazas fluviales presenta escasas dimensiones debido fundamentalmente a la acción antrópica, extendiéndose a lo largo de la traza del río. Está constituida por arenas flojas. En general, cons-tituyen formaciones muy locales con propiedades similares a las de los sedimentos de llanura de inunda-ción.

Los abanicos aluviales tapizan las pendientes de los relieves periféricos a la cuenca, indentándo-se a menudo con sedimentos fluviales y de la llanura de inundación. Están constituidos por varias genera-ciones de abanicos aluviales superpuestas. Se caracterizan por presentar una granulometría variable desde bloques hasta limos y arcillas, dispuestos en capas de 1 a 5 m de espesor. Estos abanicos están compues-tos por una masa caótica de clastos de cuarcitas, pizarras, arcillitas, filitas, areniscas, etc. (IGME, 1976). Las facies distales de estos abanicos pueden estar parcialmente encostradas. En algunos puntos de las partes distales de los abanicos aluviales se han reconocido materiales margosos asociados a ambientes palustres (Rodríguez Jurado et al., 2000). Esta unidad constituye el substrato geotécnico en el que se apoyan algunas cimentaciones profundas (pilotes) en el área de la ciudad de Murcia.

La zona de sedimentos litorales se sitúa al E de la zona de estudio a lo largo de toda la línea de costa. Está constituida fundamentalmente por arenas bien clasificadas y limpias que forman playas y cordones dunares. Una característica particular de estos sedimentos es la presencia de Posidonia oceánica. Estos depósitos se encuentran, a su vez, bajo sedimentos de llanura de inundación más recientes, lo que indica que la comunicación con el mar se ha reducido a lo largo del tiempo, probablemente debido al desarrollo de un cordón litoral que aisló una porción de mar, que progradó a ambiente palustre y de llanu-ra de inundación (Delgado et al., 2003). Esta hipótesis parece acorde con las descripciones llevadas a cabo en la obra Ora Maritima de Rufo Festo Avieno, que data del siglo IV, en la cual parece describirse un arco de territorio inundado entre Santa Pola, Elche, Albatera, Orihuela y Guardamar separado del mar por una barra de arena que los romanos llamaban Sinus Illicitanus. Esta unidad se encuentra fuera del área de estudio.

La zona de sedimentos palustres se localiza en el sector N y NE de la cuenca. Corresponde a un área deprimida constituida esencialmente de limos y arcillas grises de baja capacidad portante con lámi-nas de arena de espesor variable entre pocos milímetros y algún metro correspondientes a depósitos de canal y de tempestad. Dicha zona ha sido drenada por el hombre para aprovechamiento agrícola desde el siglo X. En el XVIII el Cardenal Belluga decidió terminar de drenar las zonas pantanosas que aún existían (Canales y Vera Rebollo, 1985). De todas estas áreas quedan como vestigios de su carácter palustre la laguna del Hondo de Elche y las salinas de Santa Pola (Figura 3.5). Esta unidad se encuentra también fuera del área de estudio.

La Figura 3.7 muestra con mayor detalle los diferentes ambientes sedimentarios reconocidos en la ciudad de Murcia, zona objeto de estudio. Estos ambientes son básicamente fluviales diferenciando los siguientes: meandros abandonados, terrazas, cauce actual y llanura de inundación. Algunas de las zonas

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

99

donde afloran estos ambientes presentan un elevado grado de alteración humana, observándose paquetes de rellenos antrópicos que pueden alcanzar puntualmente la decena de metros.

Por otro lado, la “Guía para la planificación de estudios geotécnicos para edificación en la Re-gión de Murcia” (COPVT, 2006) diferencia para toda la región de Murcia siete zonas geotécnicas diferen-tes (Tabla 3.1). Según las descripciones y definiciones que en ella se realizan, la Vega Media del Segura estaría comprendida en su totalidad en zona V (Arcillas blandas y fangos). No obstante, los relieves del borde de la cuenca pertenecerían a las zonas I (Sustrato rocoso. Rocas Duras), II (Sustrato rocoso. Rocas blandas) y III (Aluvio-coluvial).

Tabla 3.1. Zonificación geotécnica de la Región de Murcia (COPVT, 2006).

CTE GuíaMurcia Denominación Problemática geotécnica

Zona I Sustrato rocoso: Rocas duras Inestabilidades puntuales. Voladuras o explosivos. Karstificación (calizas). Recubrimientos y altera-ción superficial T-1

Zona II Sustrato rocoso: Rocas blandas. Alteración superficial. Deslizamientos en laderas naturales o taludes. Asientos diferenciales

T-1/T-2 Zona III Aluvio-coluvial

T-2 Zona III1 Aluvio-coluvial (Nivel freático superficial)

Abarrancamiento e inestabilidades en áreas proxi-males. Asientos diferenciales. Asientos en térmi-nos arcillosos con nivel freático elevado. Expan-sión moderada.

Zona IV Arcillas y margas con yesos Karstificación en yesos. Agresividad del terreno. Riesgo de expansividad elevado. Inestabilidad de laderas naturales y taludes.

Zona V Arcillas blandas y fangos Asientos de consolidación. Nivel freático elevado o superficial (entibación y drenajes). Variaciones significativas. Agresividad química del agua.

Zona VI Arenas litorales Nivel freático elevado. Drenajes e inestabilidad de taludes. Agresividad química del agua freática. Materia orgánica. Asientos adicionales.

T-3

Zona VII Zonas especiales Problemas geotécnicos variados e impredecibles. Empleo de técnicas de investigación específica.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 3.6. Esquema geológico de la Vega Media del Segura (modificado de Aragón et al., 2004). Véan-

se cortes en Figuras 3.14 a 3.16 y piezómetros en Figura 3.43.

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

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Figura 3.7. Distribución de ambientes sedimentarios en el casco urbano de la ciudad de Murcia (Mulas

et al., 2003).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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3.4. Marco hidrogeológico

3.4.1. El acuífero El acuífero de la Vega Media y Baja del río Segura, con 425 km2 de superficie, forma parte del

denominado Sistema acuífero cuaternario número 47 Segura-Guadalentín. Este acuífero constituye un potente paquete de relleno aluvial formado por una alternancia irregular de capas permeables, semiper-meables e impermeables (IGME-DPA, 1996). La potencia de este acuífero puede superar los 250 m (PNIAS, 1978; IGME-DPA, 1996; Vázquez y De Justo, 2002; Mulas et al., 2003) y la edad de los mate-riales que lo constituyen es Plioceno-Cuaternaria (IGME-DPA, 1996; Cerón y Pulido-Bosch, 1996; Mulas et al., 2003).

En él se diferencian dos conjuntos principales (PNIAS, 1978; IGME-DPA, 1996): un primero constituido por un acuífero superficial (Acuífero superficial o manto superficial) de carácter libre y un segundo (Acuífero profundo o manto profundo) situado a muro de la unidad anterior, constituido por un conjunto de niveles confinados capaces de funcionar como un solo acuífero o como un acuífero multica-pa.

El acuífero superficial está básicamente constituido por limos, limos arenosos, margas arenosas, arcillas limosas, arenas margosas, etc. encontrándose el nivel freático por debajo de su techo a una pro-fundidad de 1 a 3 m respecto de la superficie. Su espesor varía entre 3 y 30 m (PNIAS, 1978; IGME-DPA, 1996; IGME-CHS-CTOT, 2002).

El acuífero profundo presenta mejores propiedades hidráulicas que el superficial. Está constitui-do por un número variable de niveles detríticos permeables cuyo espesor máximo y mínimo varía entre 1 y 45 m (IGME-DPA, 1996). Su comportamiento es variable según la zona y la composición litológica, pudiendo presentarse como un acuífero multicapa o como varios acuíferos independizados hidráulicamen-te. Generalmente, los acuíferos más profundos presentan el nivel piezométrico por encima de la superficie del terreno (IGME-DPA, 1996). No obstante, aguas arriba de Murcia, los niveles piezométricos de ambos acuíferos, superficial y profundo, son coincidentes (IGME-DPA, 1996).

3.4.1.1. Límites hidrogeológicos El substrato impermeable está constituido por las margas del Mioceno Superior (Cerón y Pulido-

Bosch, 1996; Rodríguez Jurado et al., 2000; Amores et al., 2001; IGME-CHS-CTOT, 2002; Mulas et al., 2003). Este límite basal, situado en torno a 300 m de profundidad se ha llegado a establecer a través de geofísica ante la inexistencia de sondeos de tal profundidad. Como se ha comentado anteriormente, las últimas investigaciones de la CHS en la Vega Media han permitido interceptar a 305 m de profundidad el basamento de la cuenca.

Los límites laterales del acuífero de la Vega Baja y Media del Segura coinciden con los contac-tos entre los materiales pliocuaternarios y las formaciones neógenas o permotriásicas que, dada su escasa permeabilidad, delimitan la cuenca hidrogeológica hasta su desembocadura en el mar Mediterráneo. Estos límites quedan abiertos en las zona de contacto con la Vega Alta del Segura así como en el área de la Cresta del Gallo, al NE de Carrascoy.

3.4.1.2. Geometría del acuífero El acuífero de la Vega Baja y Media del Segura está constituido por una suave depresión topo-

gráfica de dirección ligeramente SW-NE, delimitada por los relieves más antiguos de edad Triásica a Neógeno. Es esta depresión la que se encuentra rellena por el conjunto aluvial plio-cuaternario (Figura 3.8).

Las facies que constituyen el relleno de la cuenca se caracterizan fundamentalmente por su hori-zontalidad y la existencia de facies ricas en sedimentos clásticos, cuyo origen se asocia a episodios de torrencialidad. El resultado es una gran heterogeneidad en la distribución lateral y vertical. Esta heteroge-neidad se pone de manifiesto al analizar datos procedentes de sondeos, la mayor parte de las veces impo-sible de correlacionar entre sí, dada su diferente composición litológica.

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

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Figura 3.8. Bloque diagrama del acuífero de la Vega Baja y Media del Segura (CHS, 2007)

3.4.1.3. Características hidrogeológicas Tal y como se ha descrito en los apartados precedentes, en la cuenca de la Vega Baja y Media

del río Segura se diferencian dos conjuntos con comportamiento acuífero.

El primero de ellos (acuífero superficial), libre, constituye un acuífero de características hidráuli-cas deficientes que puede ser considerado como un acuitardo. Está formado principalmente por limos y arcillas con algunas capas de arena fina con muy baja permeabilidad (horizontal de 0.5-5 m/día y vertical de 0.03-0.1 m/día). Presenta gran importancia desde el punto de vista hidrogeológico, ya que es desde él desde donde se producen las transferencias de agua hacia el acuífero profundo, encontrándose muy ligado a la red de drenaje del río Segura.

El segundo tramo (acuífero profundo), confinado, está constituido por un número variable de ni-veles detríticos permeables cuyos espesores pueden llegar hasta los 45 m de potencia. La permeabilidad horizontal de estos tramos es de 100 m/día y vertical de 5-60 m/día (Mulas et al., 2003). Constituye la principal fuente de explotación de agua para uso humano dado su elevado rendimiento.

La recarga de este acuífero tiene lugar básicamente a través de las infiltraciones que se producen por los excedentes de los tradicionales riegos a manta de la Huerta Murciana, las lluvias, las pérdidas que tienen lugar a través de las redes de acequias y azarbes, y los procedentes del río Segura.

3.4.1.4. Funcionamiento hidrodinámico En condiciones normales de régimen natural, es decir, en ausencia de bombeos y sistemas de

drenaje, los dos conjuntos de acuíferos de la Vega Media del Segura debían comportarse como un único acuífero libre. No obstante, la proliferación de bombeos (especialmente desde los años 90) y la reducción de infiltración superficial por urbanización de amplias zonas y encauzamiento del río, principalmente, han roto este equilibrio natural, dejando patente el diferente comportamiento de ambos sistemas frente a estas alteraciones del régimen natural.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Esta diferencia se manifiesta claramente en las medidas proporcionadas por los piezómetros mul-ticapa que la Confederación Hidrográfica del Segura (CHS) ha instalado en el entorno de la ciudad de Murcia. Desde hace algunos años, se dispone de numerosos piezómetros de control como herramienta de seguimiento de la evolución del acuífero superficial de Murcia y del primer tramo de gravas perteneciente al acuífero profundo infrayacente (Figura 3.9). Es importante destacar que en todos los piezómetros mul-ticapa el nivel piezométrico de estas gravas se encuentra por encima del techo de las mismas.

Figura 3.9. Piezómetros instalados en la Vega Media del Segura para el control de los niveles piezomé-

tricos del acuitardo (a) y del acuífero de gravas (b).

Mulas et al. (2003) propusieron el siguiente modelo conceptual para explicar el comportamiento hidrodinámico del acuífero superficial en relación al primer tramo acuífero presente en una gran parte del valle (Figura 3.10):

1. En estado natural, el conjunto de acuíferos se comporta como un solo acuífero libre.

2. Al comenzar los bombeos en el primer nivel de gravas del acuífero profundo, el nivel piezomé-trico en éste decae considerablemente con relativa velocidad.

3. Se establece un gradiente hidráulico que genera un flujo gradual de agua desde el acuitardo (acuífero superficial) hacia el acuífero de gravas. Este flujo disminuye las presiones de poro a lo largo del tiempo hasta alcanzar el equilibrio correspondiente al nuevo estado. La velocidad del proceso depende básicamente de la permeabilidad del medio, por lo que suele ser lenta dadas las malas propiedades hidrogeológicas correspondientes al acuífero superficial. Localmente, las are-nas localizadas sobre las gravas y éstas actúan como una única unidad, conectando hidráulica-mente los limos con las gravas, observando comportamientos prácticamente de acuífero libre.

4. Una vez que se ha recuperado el nivel piezométrico en el acuífero de gravas, hecho que tiene lu-gar con relativa rapidez una vez que cesan las causas que originalmente han deprimido el nivel piezométrico, se establece un nuevo flujo ascendente desde las gravas hacia el acuífero superfi-cial en busca de un nuevo equilibrio. Las presiones de poro en el acuífero superficial aumentan gradualmente a lo lago del tiempo, fenómeno que, como se ha dicho, está condicionado por la permeabilidad de los materiales.

Las lecturas de nivel en los piezómetros multicapa construidos por la CHS (Figura 3.11) ponen de manifiesto la validez de este modelo en gran parte de las ubicaciones, indicando una clara diferencia-ción entre el acuífero de gravas y los limos/arcillas suprayacentes. No obstante, en algunos piezómetros

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

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ambos niveles se confunden, lo que se podría explicar por la existencia de arenas o limos arenosos sobre las gravas, que permiten el rápido drenaje en el entorno del piezómetro del acuitardo.

Figura 3.10. Evolución de presiones intersticiales en el acuífero superficial como consecuencia de los

bombeos en el primer nivel de gravas del acuífero profundo (Mulas et al., 2003).

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El acuitardo ha estado seco desde agosto hasta final de año 2006

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P1718C ATALAYAS

P1718L ATALAYAS

Figura 3.11. Evolución piezométrica (en m) del acuitardo (C) y del acuífero (L) en diferentes lugares de

la ciudad de Murcia (CHS, 2007).

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P2728C S DOMINGOP2728L S DOMINGO

Fugas de agua desde alguna conducción próxima

Figura 3.11 (Continuación). Evolución piezométrica (en m) del acuitardo (C) y del acuífero (L) en dife-

rentes lugares de la ciudad de Murcia (CHS, 2007).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Como ya se ha comentado con anterioridad, la principal causa perturbadora del equilibrio exis-tente en el acuífero es el bombeo intensivo de agua. El número de pozos de agua inventariados en la Vega Media del Segura hasta 1997 superaba el millar, número que posiblemente es aún mayor si consideramos los pozos ilegales existentes a lo largo del valle.

De todos estos pozos, la mayoría (en términos de moda) presentaban una profundidad de 15 m (Figura 3.12a), existiendo un gran número de pozos con profundidades inferiores, lo que indica que, a pesar de las malas propiedades hidráulicas del acuífero superficial, un elevado número de captaciones se encuentran en éste. Por orden de frecuencia, las profundidades a las que se encuentran la mayor parte de los pozos inventariados, y con datos disponibles, son 15, 10 y 20 m. Si tenemos en cuenta que la profun-didad media a la que se encuentran situadas las gravas es de 16.6 ± 4.8 m podemos concluir que la mayo-ría de los pozos las interceptan, extrayendo posiblemente el agua de dicho nivel.

La localización de las bombas también es indicativa del nivel desde el que se extrae la mayor parte del agua (Figura 3.12b). En la mayor parte de los pozos las bombas se sitúan a 20 y 15 m.

A partir del análisis temporal de aquellos pozos inventariados y de los cuales se dispone de da-tos, se ha elaborado la figura 3.12c en la cual se representa el número de pozos ejecutados cada año. Co-mo puede observarse, especialmente para los dos últimos episodios de sequía, se produce un incremento del número de pozos perforados, posiblemente debido a la ejecución de pozos de emergencia (denomina-dos de sequía). Aunque la serie temporal no es completa, durante el último periodo de sequía que aún persiste se han perforado 25 pozos de sequía en la Vega Media del Segura de gran profundidad, lo que pone de manifiesto la relación existente entre la perforación de pozos y el déficit hídrico de la cuenca.

0 50 100 150 200 250Profundidad pozo (m)

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ía 1

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a) b)

c)

Figura 3.12. Características de los pozos inventariados de la Vega Media del Segura con los datos dis-ponibles (a) Profundidad del pozo. (b) Profundidad de la bomba. (c) Evolución temporal de la ejecución de los pozos. Los gráficos se han elaborado exclusivamente a partir de los datos disponibles, ya que un

gran número de los pozos inventariados carecen de ficha técnica.

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

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3.5. Marco geotécnico 3.5.1. Introducción

Los sedimentos más superficiales que rellenan la cuenca del Medio y Bajo Segura son de muy reciente acumulación, por lo que parece obvio que existen unas condiciones geotécnicas deficientes, cuya influencia en el desarrollo del proceso de consolidación del terreno por descenso de los niveles de agua en el subsuelo será decisiva.

La amplia zona objeto de estudio plantea numerosas dificultades. La primera de ellas, y princi-pal, es el volumen de información necesario para una correcta caracterización geotécnica del medio. El número de sondeos y ensayos requeridos es muy elevado. Sin embargo, la información utilizada está limitada a la procedente de diversas obras, estudios de investigación y sondeos hidrogeológicos cuya información ha sido consultada. En total se ha empleado información geológico-geotécnica procedente de 224 sondeos geotécnicos, 85 sondeos hidrogeológicos y numerosos ensayos de penetración (Figura 3.13). Esta información ha sido muy heterogénea tanto por su procedencia como por su naturaleza u objeto. En algunos casos, como en el de los sondeos hidrogeológicos, sólo se disponía de una columna litológica poco detallada del sondeo que simplemente ha servido para reconocer algunos niveles guía. En otros casos, como en el de la mayoría de los sondeos geotécnicos, se disponía del informe geotécnico completo.

Figura 3.13. Situación de los sondeos geotécnicos e hidrogeológicos de la ciudad de Murcia y su entor-

no metropolitano empleados en esta tesis doctoral.

El otro inconveniente observado es la enorme heterogeneidad geográfica de los datos disponi-bles, limitándose la información generalmente a aquellos puntos del territorio en los que se han ejecutado obras.

Page 114: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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3.5.2. Niveles guía

Para llevar a cabo la caracterización geotécnica de los materiales que constituyen el subsuelo de la ciudad de Murcia ha sido necesario identificar una serie de niveles guía que sirvan como base para correlacionar las propiedades de los materiales existentes entre los sucesivos niveles guía. Asimismo, se han consultado las publicaciones científicas y normativas municipales existentes.

Los trabajos publicados por varios autores (Rodríguez Jurado et al., 2000; Vázquez y De Justo, 2002; Mulas et al., 2002a,b) diferencian cuatro niveles muy característicos dentro del aluvial de la ciudad de Murcia cuya variabilidad lateral es manifiesta, especialmente en algunos de ellos.

Los niveles diferenciados son:

a. Un relleno superficial, con potencias que oscilan entre los 0 y los 15 m localmente, de baja re-sistencia a compresión y escasa capacidad portante que se extiende por la mayor parte de la superficie del casco urbano antiguo. En las zonas de reciente ocupación los rellenos presentan en general menor poten-cia.

b. Por debajo de los rellenos existe una segunda capa compresible de arcillas y limos arcillosos o arenosos, cuya potencia varía entre los 0.6 y 30 m aproximadamente, que presentan una baja permeabili-dad.

c. La siguiente capa posee una potencia comprendida entre 1 y 14 m, estando constituida básica-mente por arenas limosas y limos arenosos. Su comportamiento hidrogeológico y tenso-deformacional depende del contenido de arena y limo, que son variables según la zona. Cuando el porcentaje de arena es elevado esta capa se comporta como acuífero, conjuntamente con la capa inferior de gravas, mientras que si abundan los limos su comportamiento es de acuitardo.

d. Por último, debajo de la capa de arenas y limos arenosos se sitúan unas gravas, con potencias comprendidas entre 10 y más de 33 m. Estas gravas corresponden al acuífero profundo descrito en el apartado anterior.

Las figuras 3.14 a 3.16 muestran tres cortes aproximadamente paralelos y de dirección NW-SE que atraviesan en sentido perpendicular el eje de la cuenca de la Vega Media del Segura. El corte II (Fi-gura 3.15) recorre la ciudad de Murcia mientras que los otros dos cortes se sitúan a las afueras.

Del análisis de los sondeos y de los cortes realizados podemos establecer que la columna litoló-gica tipo propuesta por otros autores corresponde en gran medida a la disposición de litologías existente en la ciudad de Murcia.

Las Figuras 3.17 y 3.18 muestran los histogramas correspondientes a las potencias y profundida-des de las diferentes capas que componen el subsuelo de la ciudad de Murcia.

El substrato geotécnico de la ciudad está constituido por las gravas, de edad supuestamente Plio-cuaternarias. Aunque la mayoría de los sondeos geotécnicos que se realizan en Murcia se detienen al alcanzar esta capa sin llegar a atravesarla, el análisis de los 224 sondeos proporciona un valor medio de su potencia de 7.7 ± 3.2 m (Figura 3.16) con valores máximos de 12.5 m y mínimos de 1.6 m. Por otro lado, la información de tipo hidrogeológico proporciona valores medios similares a los obtenidos para los son-deos geotécnicos (7.4 ± 5.1 m). El techo de esta formación se encuentra en 16.6 ± 4.8 m con valores ex-tremos de 8.5 y 32.8 m.

Page 115: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

111

Figu

ra 3

.14.

Cor

te I-

I’ d

e la

Veg

a M

edia

del

Seg

ura

(bas

ado

en IG

ME,

200

0b).

Véas

e lo

caliz

ació

n co

rte

en la

Fig

ura

3.6.

Page 116: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

112

Figura 3.15. Corte II-II’ de la Vega M

edia del Segura (basado en IGM

E, 2000b). Véase localización corte en la Figura 3.6.

Page 117: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

113

Figu

ra 3

.16.

Cor

te II

I-II

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200

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en la

Fig

ura

3.6.

Page 118: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

114

En los bordes de la cuenca, el substrato geotécnico está constituido por los materiales permotriá-sicos (calizas, dolomías, filitas, cuarcitas y metabasitas principalmente) y terciarios (areniscas, margas y conglomerados fundamentalmente). Estos materiales son interceptados por los sondeos disponibles en muy pocas ocasiones.

La siguiente capa está constituida por las arenas suprayacentes a las gravas del substrato geotéc-nico. Estas arenas se disponen generalmente de forma directa a techo de las gravas, aunque también es frecuente la intercalación de niveles de limos entre las arenas y las gravas. Estas arenas no aparecen en todas las columnas de sondeos estudiadas en la ciudad, existiendo amplias zonas de la misma en las que hay ausencia absoluta de arena (Figura 3.17). La potencia total de arenas, entendiendo ésta como la suma del espesor de todas las capas de arena existentes por encima de las gravas, es de 2.3 ± 2.8 m, con valores máximos de 14 m. Las arenas inferiores, es decir, las situadas inmediatamente después que las gravas, en su techo, poseen una potencia media de 1.7 ± 2.8 m, con valores máximos también de 14 m. El techo de las arenas se encuentra a 11.7 ± 5.7 m.

0 10 20 30

Potencia relleno (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Frec

uenc

ia (%

)

0 10 20 30 40

Potencia limos-arcillas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30 40

Potencia total arenas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30

Potencia arenas inferiores (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Frec

uenc

ia (%

)

0 10 20 30 40

Potencia gravas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30 40

Potencia suelo deformable (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

X= 2.1 ± 1.3 m X= 11.8 ± 5.9 m X= 2.3 ± 2.8 m

X= 1.7 ± 2.8 m X= 8.0 ± 3.0 m X= 14.1 ± 5.8 m

Figura 3.17. Histogramas de las potencias de las diferentes capas que constituyen el acuífero superficial

de la Vega Media del Segura (X = media ± desviación estándar).

En orden ascendente, a continuación de las arenas se encuentran dispuestos los limos y arcillas. Estos materiales poseen una potencia de 11.8 ± 5.9 m, con el valor máximo de 31.8 m. Su techo se sitúa a una profundidad media de 2.2 ± 1.3 m de la superficie del terreno, mientras que su muro se encuentra a 14.2 ± 5.5 m.

Finalmente, por encima de los limos, ya en superficie, existe un nivel de rellenos bastante des-arrollado con una potencia media de 2.1 ± 1.3 m que alcanza valores máximos de 8.0 m.

Page 119: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

115

0 10 20 30 40Profundidad muro rellenos (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4Fr

ecue

ncia

(%)

0 10 20 30 40

Profundidad techo limos-arcillas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30 40

Profundidad muro limos-arcillas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30 40

Profundidad techo arenas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Frec

uenc

ia (%

)

0 10 20 30 40

Profundidad muro arenas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 10 20 30 40

Profundidad techo gravas (m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

X= 2.1 ± 1.3 m X= 2.2 ± 1.3 m X= 14.2 ± 5.5 m

X= 11.7 ± 5.7 m X= 15.1 ± 5.5 m X= 16.6 ± 4.8 m

Figura 3.18. Histogramas de las profundidades de las diferentes capas que constituyen el acuífero super-

ficial de la Vega Media del Segura (X = media ± desviación estándar).

Las Figuras 3.19 a 3.24 muestran la distribución espacial de los espesores de rellenos, limos-arcillas, capas de arena situadas por encima de las gravas, capas de arena situadas inmediatamente encima de las gravas y la profundidad del techo de las gravas. Los mapas se han elaborado exclusivamente a partir de la información geotécnica, cuya descripción litológica es más fiable.

Como puede observarse, el espesor de rellenos alcanza profundidades de hasta 8 m con una dis-tribución errática (Figura 3.19).

La distribución espacial de los espesores de limos y las arcillas (Figura 3.20) muestra potencias de aproximadamente unos 15-20 m al sur del río Segura. Esta potencia disminuye hacia el norte hasta alcanzar espesores de 5-15 m a la altura de la Plaza Circular, para de nuevo aumentar progresivamente hasta alcanzar espesores de más de 20 m al norte de la citada Plaza.

El espesor total de arena presente en la zona de estudio se muestra en la Figura 3.21. Como pue-de observarse, en el entorno del actual cauce del río Segura y del antiguo meandro abandonado localizado al Este de la ciudad (Figura 3.7) existen importantes espesores de arena, con toda probabilidad asociados a la actividad sedimentaria del río. Existen también zonas de la ciudad (NW y S de la ciudad) en las que no se disponen arenas por encima de las gravas.

La distribución del espesor de la capa de arena situada inmediatamente encima de las gravas (Fi-gura 3.22) es similar a la comentada en el párrafo precedente.

Page 120: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

116

Figura 3.19. Distribución de espesores de rellenos.

Figura 3.20. Distribución de espesores de las capas de limos y arcillas situados por encima de la capa de

gravas.

Page 121: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

117

Figura 3.21. Espesor total de arena hasta llegar a las gravas.

Figura 3.22. Espesor de arenas situadas inmediatamente encima de las gravas.

Page 122: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

118

El techo de las gravas marca el comienzo del sustrato geotécnico, ya que en esa capa se empo-tran la mayor parte de las cimentaciones profundas construidas en el valle. La distribución de profundida-des de esta capa se muestra en la Figura 3.23. Como puede observarse, la distribución es similar a la de los limos y arcillas, ya que al sur del río la capa se sitúa a unos 15-20 m de profundidad para después disminuir notablemente en dirección norte hasta alcanzar los 10-15 m de profundidad. A partir de la Plaza Circular y en la dirección N la profundidad aumenta considerablemente hasta más de 30 m. Según estu-dios recientes (CHS, 2007) no existe tal profundización gradual de las gravas hacia el N de la ciudad y E de la cuenca, sino que se trata del acuñamiento de la primera capa de gravas hasta llegar a desaparecer. La capa de gravas interceptada en estas zonas corresponde a un segundo nivel localizado a mayor profundi-dad.

Figura 3.23. Profundidad del techo de las gravas.

El IGME (2000b) elaboró un mapa de espesor de suelo blando de toda la Vega Media del Segura (Figura 3.24) a partir de la información disponible, según el cual el espesor de suelo blando en la ciudad de Murcia oscila entre 1 y 15 m. Según este mapa el espesor se incrementa hacia el centro del valle, sien-do nulo en las zonas de borde. Los espesores de suelo blando alcanzan su mayor profundidad aguas deba-jo del río Segura, en el entorno de las localidades de Beniel y El Raal así como en el límite con la provin-cia de Alicante.

3.5.3. Características geotécnicas medias

En el presente apartado se lleva a cabo la caracterización geotécnica de los materiales presentes en la Vega Media del Segura. La mayor parte de los datos pertenecen a sondeos realizados en la ciudad de Murcia, aunque también existe un gran número de ellos realizados a lo largo y ancho de toda la Vega Media del Segura.

Para la correcta caracterización geotécnica del medio se ha procedido a generar una base de da-tos en la que se han registrado los resultados de los 224 sondeos geotécnicos disponibles.

Page 123: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

119

Posteriormente, se ha procedido a su localización geográfica mediante coordenadas UTM con el fin de conocer su posición en la cuenca. Algunos sondeos no han podido ser ubicados con exactitud al no disponer de los datos para hacerlo debidamente, pues no se conocía el número de policía del solar, sólo se disponía del nombre del barrio en el que se habían realizado, etc.

Figura 3.24. Mapa de espesores de suelo blando de la Vega Media del Segura (IGME, 2000b).

A continuación, mediante el análisis de la columna del sondeo y la ubicación del mismo en la cuenca, los datos han sido asignados a un medio sedimentario concreto, atendiendo a la nomenclatura propuesta por Delgado et al. (2003) para los suelos de la Vega Baja del Segura: sedimento aluvial (FPZ), coluvial (AFZ) o substrato geotécnico (SR).

Finalmente, dentro de cada ambiente sedimentario se ha procedido a clasificar las muestras aten-diendo al grupo al que correspondía en función del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS) que fundamentalmente se basa en su granulometría y en la plasticidad de la porción de finos del suelo.

3.5.3.1. Llanura de inundación (FPZ)

Esta unidad está compuesta por sedimentos detríticos finos con predominio de arcillas limosas y limos arcillosos. También abundan los limos arenosos, especialmente al W de la ciudad de Murcia, aguas arriba de la misma.

La difracción de rayos X llevada a cabo sobre una muestra de suelo limo-arcilloso perteneciente a esta unidad procedente de un sondeo localizado en la ciudad de Murcia proporciona importantes conte-nidos mineralógicos de calcita, dolomita, cuarzo, yeso, feldespatos y arcillas. Asimismo, las arenas de la

Page 124: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

120

llanura de inundación situadas sobre las gravas del substrato geotécnico poseen importantes contenidos en calcita, dolomita, cuarzo y arcilla en menor medida. Los espectros correspondientes al análisis de estas muestras se incluyen en el Anejo II.

Es importante reseñar que en el presente estudio no se han diferenciado los materiales que cons-tituyen el canal y las terrazas del Segura, dada la escasez de datos disponibles de dichas unidades, que-dando incluidas dentro de la unidad geotécnica de sedimentos de llanura de inundación (FPZ). No obstan-te, se observa cierto predominio de fracciones más arenosas (arenas y limos arenosos) en las proximida-des del río Segura.

La Figura 3.25 recoge fotografías de muestras alteradas de limos, arenas y arcillas de los sondeos G-94 y G-95 pertenecientes a la llanura de inundación.

3.5.3.1.1. Arcillas (FPZ-Arcillas)

Las arcillas presentes en la llanura de inundación de la Vega Media del río Segura son funda-mentalmente de baja plasticidad (CL) aunque algunas de las muestras presentan límites líquidos ligera-mente superiores al 50%, por lo que se clasifican como de alta plasticidad (CH).

Texturalmente se trata de limos arcillosos con un alto porcentaje de finos (partículas inferiores a 0.08 mm) con porcentajes de arena generalmente inferiores al 13%. Su contenido de partículas inferiores a 0.08 mm es de 91.4 ± 9.9 %. Su diámetro medio (D50) es de 0.0136 ± 0.0144 mm. Las Figuras 3.26 y 3.27 muestran las curvas granulométricas y la representación de los porcentajes de arena, limo y arcilla correspondientes a varias muestras pertenecientes a esta unidad.

El índice de plasticidad medio de estos suelos es de 17.3 ± 6.5 %. Su actividad es de 0.61 ± 0.56, valor típico de arcillas inorgánicas depositadas en agua dulce (Jiménez Salas y De Justo, 1976). El índice de fluidez es de 0.30 ± 0.60, evidenciando la proximidad de la humedad natural del suelo a su límite plás-tico cuyo valor medio es del 25.1 ± 5.7 %. La gran desviación de los valores del índice de fluidez se debe a la existencia de un gran número de muestras situadas por encima del nivel freático en un estado de de-secación importante. La Figura 3.28 muestra la representación de las muestras ensayadas en la carta de plasticidad de Casagrande.

El grado de saturación medio del suelo es del 99%, con valores mínimos del 25% y una alta va-riabilidad con la profundidad, especialmente en los primeros 5-10 m.

El peso específico medio de las partículas es de 27.1 ± 1.0 kN/m3 y su peso específico seco de 16.1 ± 1.4 kN/m3, siendo su índice de huecos medio de 0.670 ± 0.147.

El ángulo de rozamiento y la cohesión medidos en presiones efectivas medios son de 28.7 ± 5.3º y 21 ± 16 kN/m2. Los valores medidos en presiones totales son de 13.8 ± 8.3º y 31 ± 21 kN/m2.

Los valores medios del ensayo SPT son de 8 ± 4 golpes. Los valores de resistencia a compresión simple medios son de 92 ± 71 kN/m2, valores indicativos de una arcilla semidura.

El índice de compresión (Cc) y el de entumecimiento (Cs) medios son de 0.139 ± 0.054 y 0.021 ± 0.011, siendo el coeficiente de consolidación (Cv) medio de 2.67 x 10-4 ± 1.59 x 10-4 cm2/s. La Figura 3.29 muestra las curvas edométricas normalizadas de numerosas muestras de suelo pertenecientes a esta unidad.

Por último, cabe destacar el contenido medio de carbonatos en las muestras analizadas, que es de 26.1 ± 19.1 %, con valores mínimos del 2.8%, lo que evidencia la existencia de materiales de mineralogía no calcárea. Asimismo, como cabe esperar, el contenido en materia orgánica disminuye con la profundi-dad, con un valor medio de 0.8 ± 0.6 %.

Page 125: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

121

Figura 3.25. Aspecto de los limos, arenas de la unidad FPZ y gravas de la unidad SR (ordenados por

profundidad) obtenidos en los sondeos G-94 y G-95 realizados en la ciudad de Murcia (FPZ).

Page 126: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

122

100 10 1

0.1

0.01

0.00

1

Diámetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% q

ue p

asa

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

% q

ue re

tiene

FPZ - HCSZArcilla dura

100 10 1

0.1

0.01

0.00

1

Diámetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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ue p

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100

90

80

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60

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30

20

10

0

% q

ue re

tiene

FPZ - Limo

100 10 1

0.1

0.01

0.00

1Diámetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% q

ue p

asa

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

% q

ue re

tiene

FPZ - Arena

100 10 1

0.1

0.01

0.00

1

Diámetro (mm)

0

10

20

30

40

50

60

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80

90

100

% q

ue p

asa

100

90

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70

60

50

40

30

20

10

0

% q

ue re

tiene

FPZ - Arcilla

Figura 3.26. Curvas granulométricas de los suelos fluviales (FPZ). Los círculos indican valores del por-

centaje que pasa por el tamiz 0.08 mm (nº 200).

0 20 40 60 80 100% Arena

100

80

60

40

20

0

% Lim

o

100

80

60

40

20

0

% A

rcilla

FPZ - ArcillaFPZ - LimoFPZ - Arena

0 20 40 60 80 100% Arena

100

80

60

40

20

0

% Lim

o

100

80

60

40

20

0

% A

rcilla

AFZ - ArcillaAFZ - Limo

Figura 3.27. Gráficos ternarios de la granulometría presente en los suelos de la Vega Media del Segura.

Page 127: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

123

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) SR - Grava

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) AFZ - Grava

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) FPZ - Arena

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) AFZ - Arena

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) FPZ - Limo

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

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idad

(%) AFZ - Limo

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

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40

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90

100

Índi

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e pl

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idad

(%) FPZ - Arcilla

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

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90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) AFZ - Arcilla

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite líquido (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índi

ce d

e pl

astic

idad

(%) FPZ - Arcilla dura

Figura 3.28. Representación de los valores de plasticidad en la carta de plasticidad de Casagrande para

las diferentes unidades geotécnicas de la Vega Media del Segura.

Page 128: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

124

3.5.3.1.2. Subunidad de arcillas duras (FPZ-Arcillas duras)

Dentro de la llanura de inundación de la Vega Media del Segura se ha detectado un nivel de arci-llas ocres-rojizas que proporciona elevados valores de golpeo en el ensayo de penetración estándar (31 ± 21 golpes), así como altos valores de resistencia a compresión simple (256 ± 126 kN/m2) característicos de arcillas duras.

Estos materiales están presentes a una profundidad media de 12.8 ± 7.3 m localizándose en son-deos realizados en las siguientes áreas: en la zona limítrofe con la Vega Baja del Segura; próximo a los relieves de Los Garres, Beniaján y Torreagüera; al Norte de la ciudad de Murcia; y desde la salida Sur de Murcia hasta la localidad de Alcantarilla.

Frecuentemente, en las columnas de sondeos en las que aparecen estas arcillas se describe la existencia de nódulos de carbonatos, horizontes carbonatados o cementaciones. Es posible que sedimento-lógicamente estas arcillas constituyan las facies más distales de los abanicos antiguos que se indentan con los depósitos de llanura de inundación. Su color rojizo típico de ambientes oxidantes y la existencia de carbonatos delatan el carácter continental de estos materiales a lo largo de su historia geológica.

Estos materiales contienen porcentajes medios de finos (partículas inferiores a 0.08 mm) del 91.2 ± 11.5. El diámetro medio de las partículas que constituyen estas arcillas es de 0.0092 ± 0.0043 mm. Las curvas granulométricas correspondientes a estas arcillas se muestran en la Figura 3.26.

El límite líquido y el índice de plasticidad medios son de 38.9 ± 7.7 y 20.4 ± 6.0 respectivamente (Figura 3.28), con un índice de fluidez medio de 0.2 ± 0.3 y una humedad natural de 22.7 ± 4.5 %.

El peso específico medio de las partículas es de 27.0 ± 0.8 kN/m3 y su peso específico seco de 16.6 ± 0.9 kN/m3, presentando un índice de huecos medio de 0.633 ± 0.098.

Su valor de ángulo de rozamiento efectivo es de 22.0 ± 6.2º siendo su cohesión de 37 ± 7 kN/m2.

Los parámetros derivados de los ensayos de consolidación unidimensional proporcionan un índi-ce de compresión (Cc) medio de 0.129 ± 0.039, así como un coeficiente de consolidación medio (Cv) de 2.31 x 10-4 ± 1.26 x 10-4 cm2/s.

El contenido en carbonatos es del 22.4 ± 24.8, con valores mínimos y máximos del 4.9 y 40.0 % respectivamente.

3.5.3.1.3. Limos (FPZ-limos)

Los limos de la llanura de inundación de la Vega Media del río Segura son fundamentalmente de baja plasticidad (ML y en menor medida CL-ML) sin que existan muestras con límites líquidos mayores del 50% (MH)(Figura 3.28).

Desde el punto de vista granulométrico se clasifican como limos arenosos con porcentajes me-dios de partículas de tamaño arcilla del 16.3 ± 5.9 % y máximos del 23%.

Texturalmente se trata de limos con un alto porcentaje de finos y con porcentajes de arena gene-ralmente inferiores al 28%. Su contenido de partículas inferiores a 0.08 mm es del 77.1%. Su diámetro medio (D50) es de 0.0301 ± 0.0123 mm.

Su actividad media es de 0.22 ± 0.16, valor típico de arcillas residuales caoliníticas (Jiménez Sá-las y Justo, 1976). La humedad natural presenta un valor medio es del 22.5 ± 6.0 %. Diversas muestras superficiales proporcionan valores negativos del índice de fluidez, típicos de suelos desecados (González Vallejo et al., 2002).

El peso específico medio de las partículas es de 27.0 ± 11 y su peso específico seco de 15.9 ± 11 kN/m3, siendo su índice de huecos medio de 0.688 ± 0.146.

El ángulo de rozamiento y la cohesión efectivos medios son de 22.0 ± 7.0º y 49 ± 18 kN/m2. Los valores totales son de 19.5 ± 11.3 y 22 ± 23 kN/m2.

El valor medio del ensayo SPT es de 11 ± 12 golpes. Los valores de resistencia a compresión simple medios son de 71 ± 58 kN/m2, valores indicativos de un suelo de resistencia media.

Page 129: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

125

Los índices de compresión (Cc) y de entumecimiento (Cs) medios son de 0.124 ± 0.037 y 0.014 ± 0.001, siendo el único valor del coeficiente de consolidación (Cv) medido de 3.13 x 10-4 cm2/s.

No se disponen de valores de materia orgánica ni carbonatos en los limos de llanura de inunda-ción. No obstante, la presencia de materia orgánica se percibe a simple vista en las muestras más superfi-ciales a modo de raíces y partículas carbonosas de materia orgánica en descomposición.

3.5.3.1.4. Arenas (FPZ-Arenas)

Las arenas de la unidad geotécnica de llanura de inundación (FPZ) se clasifican fundamental-mente como arenas con matriz limosa y arcillosa (SC y SM).

Granulométricamente se trata de arenas limosas con porcentajes medios de arena, limo y arcilla de 68.3 ± 16.5, 23.8 ± 8.7 y 8.0 ± 8.0 % respectivamente (Figura 3.27). Su diámetro medio (D50) es de 0.13 ± 0.04 mm (Figura 3.26). El contenido de finos (tamaño inferior a 0.08 mm) es de 31.4 ± 11.9 %.

El índice de plasticidad medio de la fracción fina de estas arenas es de 4.3 ± 4.7 %, presentando un índice de fluidez medio de -1.1 ± 1.1 (Figura 3.28).

El peso específico seco medio del suelo es de 17.3 ± 9 kN/m3. El peso específico medio de las partículas es de 27.3 ± 9.0 kN/m3, siendo su índice de huecos medio de 0.650 ± 0.063.

No se dispone de ensayos de corte llevados a cabo sobre estos materiales como era de esperar.

El ensayo SPT proporciona valores medios de golpeo de 17 ± 12 golpes, resultados típicos de suelos de compacidad media. No obstante, los valores máximos de golpeo disponible alcanzan los 56 golpes (suelo muy compacto). Por otro lado, la resistencia a compresión simple media de las muestras más cohesivas de estas arenas es de 94 ± 32 kN/m2, valores indicativos de un suelo de consistencia blan-da-media.

El índice de compresión (Cc) medio es de 0.081 ± 0.013, no disponiendo de valores del índice de entumecimiento (Cs). El único valor disponible del coeficiente de consolidación (Cv) en estos suelos es de 1.04 x 10-4 cm2/s.

Solo se dispone de un análisis de materia orgánica en estos materiales que proporciona un por-centaje del 0.4%.

3.5.3.2. Abanicos aluviales (AFZ)

La unidad de abanicos aluviales se localiza en los bordes de la cuenca junto a los relieves que contribuyen a su alimentación a través de los rellenos coluviales. Estos abanicos se extienden hacia el interior de la cuenca indentándose frecuentemente con las diferentes generaciones de sedimentos de la llanura de inundación. A menudo se encuentran parcialmente cementados en algunas zonas (Viseras et al., 2003; Silva et al., 1992).

En esta unidad se diferencian fundamentalmente cuatro tipos de materiales: arcillas, limos, are-nas y gravas. La Figura 3.30 muestra el aspecto de los materiales presentes en la unidad de abanicos alu-viales en varios cortes frescos de excavaciones realizadas para edificación.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

126

0.01 0.1 1 10 100σ'/σ'0

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0.01 0.1 1 10 100σ'/σ'0

0.6

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e/e 0

A

B

C

Figura 3.29. A. Rama de carga edométrica normalizada. B. Rama de recarga edométrica normalizada.

C. Curvas edométricas normalizadas.

Page 131: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

127

Figura 3.30. Aspecto de los materiales detríticos de los abanicos aluviales en varias excavaciones reali-

zadas en La Alberca de Torres, en el borde S de la cuenca Media del Segura.

3.5.3.2.1. Arcillas (AFZ-arcillas)

Las arcillas presentes en los abanicos aluviales de la Vega Media del río Segura son todas de ba-ja plasticidad (CL).

Texturalmente se trata de limos arcillosos con un alto porcentaje de finos (partículas inferiores a 0.08 mm) con porcentajes medios de arena del 16.5 ± 11.2%. Su contenido de partículas inferiores a 0.08 mm es de 77.4 ± 13.1 %. Su diámetro medio (D50) es de 0.0104 ± 0.0086 mm. Las Figuras 3.27 y 3.31 muestran la representación de los porcentajes de arena, limo y arcilla y las curvas granulométricas corres-pondientes a varias muestras pertenecientes a esta unidad respectivamente.

El índice de plasticidad medio de estos suelos es de 13.8 ± 5.3 % (Figura 3.28). Su actividad es de 0.41 ± 0.04. Su índice de fluidez es de -0.40 ± 0.80 y su humedad natural es del 16.0 ± 5.9 %. El valor negativo del índice de fluidez es típicos de suelos desecados (González Vallejo et al., 2002), lo que podría explicar los elevados valores de resistencia a compresión simple y penetración que presentan estos mate-riales.

El peso específico medio de las partículas es de 27.6 ± 1.0 y su peso específico seco de 17.4 ± 1.3 kN/m3, siendo su índice de huecos medio de 0.547 ± 0.152.

El ángulo de rozamiento y la cohesión efectivos de la única muestra ensayada son de 29º y 15 kN/m2. Los valores totales medios son de 18.4 ± 4.3º y 75 ± 38 kN/m2.

El valor medio del ensayo SPT es de 18 ± 12 golpes. El valor de resistencia a compresión simple medio es de 211 ± 133 kPa, valores indicativos de un material duro.

El índice de compresión (Cc) medio es de 0.121 ± 0.040, siendo el coeficiente de consolidación (Cv) medio de 3.35 x 10-4 ± 2.50 x 10-4 cm2/s.

Page 132: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

128

3.5.3.2.2. Limos (AFZ-limos)

Los limos de la unidad de abanicos aluviales de la Vega Media del río Segura son fundamental-mente de baja plasticidad (CL-ML y en menor medida ML) sin que existan muestras con límites líquidos mayores del 50% (Figura 3.28).

El análisis granulométrico de la única muestra ensayada por sedimentación indica que se trata de una arena limosa con un porcentaje de partículas de tamaño arcilla del 18 % (Figura 3.27). Su contenido medio de partículas inferiores a 0.08 mm es del 65.7 ± 11.6.

Los valores medios del límite líquido y del índice de plasticidad son 15.4 ± 12.1 % y 3.4 ± 2.7 % respectivamente. La humedad natural media es de 21.2 ± 4.0 % y su peso seco de 16.2 ± 0.9 kN/m3.

Los valores medios del ensayo SPT son de 10 ± 7 golpes. A su vez, la resistencia a compresión simple es de 35 ± 18 kN/m2, valores correspondientes a un limo de resistencia blanda.

No se disponen de valores de materia orgánica y el porcentaje de carbonatos en la muestra es del 51.9 ± 2.1 %.

100 10 1

0.1

0.01

0.00

1

Diámetro (mm)

0

10

20

30

40

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70

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100

% q

ue p

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100

90

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70

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50

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30

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0

% q

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tiene

AFZ - Grava

100 10 1

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Diámetro (mm)

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10

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tiene

AFZ - Arena

100 10 1

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Diámetro (mm)

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10

20

30

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30

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AFZ - Limo

100 10 1

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1

Diámetro (mm)

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20

30

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70

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100

90

80

70

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50

40

30

20

10

0

% q

ue re

tiene

AFZ - Arcilla

Figura 3.31. Curvas granulométricas de los suelos aluviales (AFZ). Los círculos indican valores del

porcentaje que pasa por el tamiz 0.08 mm.

3.5.3.2.3. Arenas (AFZ-arenas)

Las arenas de la unidad geotécnica de abanicos aluviales (AFZ) se clasifican fundamentalmente como arenas con matriz limosa y arcillosa (SC y SM).

Granulométricamente la única muestra disponible indica que se trata de limos arenosos con por-centajes de arena, limo y arcilla de 44, 44 y 16% respectivamente. Su diámetro medio (D50) es de 0.48 ± 0.49 mm. El contenido de finos (tamaño inferior a 0.08 mm) es de 30.7 ± 10.1 %.

El índice de plasticidad medio de estas arenas es de 5.5 ± 4.9 %, presentando un índice de fluidez medio de -1.9 ± 1.1. La Figura 3.28 contempla la representación de las muestras ensayadas en la carta de plasticidad de Casagrande. Su humedad media es del 7.2 ± 3.4%.

Page 133: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

129

El ensayo SPT proporciona valores medios de golpeo de 12 ± 11 golpes, resultados típicos de suelos de compacidad media. No obstante, los valores máximos de golpeo disponible alcanzan los 37 golpes (suelo compacto). Por otro lado, la resistencia a compresión simple de la única muestra ensayada proporciona una resistencia de 66 kN/m2, valores indicativos de un suelo de consistencia media.

El índice de compresión (Cc) medio es de 0.131 ± 0.087, no disponiendo de valores del índice de entumecimiento (Cs).

3.5.3.2.4. Gravas (AFZ-Gravas)

Las gravas de la unidad geotécnica de abanicos aluviales (AFZ) se clasifican fundamentalmente como gravas con matriz limosa y arcillosa (GC - GM).

Granulométricamente se trata de gravas con porcentajes medios de finos del 14.0 ± 6.8 %. Su diámetro medio (D50) es de 9.0 ± 4.3 mm. En la Figura 3.31 se muestran las curvas granulométricas de las muestras de grava ensayadas.

El índice de plasticidad medio de estas arenas es de 6.4 ± 3.5 %. La figura 3.28 recoge la repre-sentación de las muestras en la carta de plasticidad de Casagrande.

La humedad media de esta unidad es del 5.4 ± 0.8%.

El ensayo SPT realizado en los tramos más arenosos proporciona valores medios de golpeo de 15 ± 6 golpes, resultados típicos de suelos de compacidad media. No obstante, los valores máximos de gol-peo disponible alcanzan los 25 golpes (compacidad media).

3.5.3.3. Substrato geotécnico (SR)

El substrato geotécnico de la cuenca está constituido por aquellas unidades litológicas que po-seen suficiente capacidad portante como para permitir el apoyo de cimentaciones directas o el empotra-miento de cimentaciones profundas. Dentro de esta unidad se diferencian las gravas situadas bajo el relle-no sedimentario de la cuenca, así como, todas las unidades rocosas existentes en los bordes de la cuenca (margas, conglomerados, filitas y metabasitas).

A continuación, se describen las principales características de estas unidades.

3.5.3.3.1. Gravas

Las gravas que constituyen el substrato geotécnico de la Vega Media del Segura se sitúan a unos 17 m de profundidad media contando con potencias medias, en aquellos sondeos en los que han llegado a superarse, de 8 m, según se ha explicado en el punto 3.5.2 del presente capítulo.

Estas gravas se clasifican como gravas bien graduadas (GW) o gravas con matriz arcillosa (GC). Su porcentaje medio de finos es del 13.5 ± 6.2 % y su diámetro medio es de 5.5 ± 2.0 mm (Figura 3.32). Su plasticidad es baja, con un índice de plasticidad de 7.6 ± 2.6 %, un límite líquido de 15.9 ± 11.2 %.

Se ha realizado un análisis de difracción de rayos X de una muestra de gravas pertenecientes a esta unidad. Del análisis se deduce un contenido mayoritario de calcita, dolomita y cuarzo con contenidos de arcilla. El espectro de este análisis se incluye en el Anejo II.

El único valor del peso específico de las partículas disponible es de 26.88 kN/m3.

Poseen una humedad media del 11.2 ± 4.6 %.

Los valores medios del ensayo de penetración estándar son de 41 ± 16, con numerosos valores de rechazo, indicativos de una compacidad compacta-muy compacta.

Page 134: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

130

100 10 1

0.1

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Diámetro (mm)

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% q

ue re

tiene

SR - Grava

Figura 3.32. Curvas granulométricas de las gravas del sustrato geotécnico.

3.5.3.3.2. Rocas

Las rocas que constituyen el substrato geotécnico de la Vega Media del Segura se sitúan a gran profundidad en la zona en la que se emplaza la ciudad de Murcia no habiendo sido interceptado hasta el momento por ningún sondeo geotécnico, aunque sí hidrogeológico.

Sin embargo, estos materiales terciarios y permotriásicos, según la zona, afloran o se sitúan a es-casa profundidad en los bordes N y S de la cuenca media del río Segura.

Las litologías son muy variadas, estando principalmente representadas por filitas, metabasitas y conglomerados triásicos y areniscas, margas y conglomerados terciarios.

Los datos disponibles sobre estos materiales son escasos, y en su mayoría se reducen a ensayos de compresión simple y ensayos de penetración estándar.

Las margas y margocalizas que componen el substrato geotécnico se caracterizan por los altos valores de SPT que proporcionan (74 ± 10 golpes) con valores que oscilan entre 65 y 84 golpes. Su resis-tencia a compresión simple media es de 13140 ± 9310 kN/m2 con un valor máximo y mínimo de 22800 y de 4200 kN/m2 respectivamente. Superficialmente se encuentran más meteorizadas, disminuyendo consi-derablemente sus propiedades.

Las areniscas proporcionan valores de SPT de rechazo. Puntualmente, en un sondeo se ha encon-trado un valor de 15 para una arenisca triturada con aspecto de arena.

El comportamiento geotécnico de las filitas también está altamente condicionado por su grado de meteorización y su esquistosidad. Su valor medio del ensayo SPT es de 56 ± 14 golpes, con mínimos y máximos de 39 y 74 respectivamente. En tres de los ensayos disponibles, el valor del ensayo es de recha-zo. La resistencia a compresión simple de esta roca es de 200 ± 40 kN/m2.

Los conglomerados proporcionan valores de penetración estándar de 34 ± 15 golpes con más de un 75% de ensayos con rechazo. Su resistencia a compresión simple media es de 34700 ± 17800 kN/m2.

Las metabasitas se encajan generalmente entre los materiales conglomeráticos y entre las filitas. Son rocas cuyos valores medios de golpeo obtenidos al realizar el ensayo SPT son de 50 ± 17 golpes, con un alto índice de ensayos con rechazo (40%). El valor medio de la resistencia a compresión simple de esta roca es de 330 ± 110 kN/m2.

3.5.4. Resumen de propiedades geotécnicas

En las secciones anteriores se ha llevado a cabo una descripción exhaustiva de las propiedades de los suelos pertenecientes a las diferentes unidades geotécnicas diferenciadas. En el presente apartado se

Page 135: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

131

hace una breve revisión de las citadas propiedades para proporcionar una visión más global y poder com-parar directamente los valores correspondientes a las propiedades de cada unidad.

En primer lugar se presentan las propiedades físicas y de identificación de los suelos. Por un la-do, se representa la variación de estas propiedades con la profundidad para los diferentes ambientes y, por otro, los valores medios con sus desviaciones correspondientes para cada una de las unidades geotécnicas.

Las Figuras 3.33 y 3.34 muestran la variación de las propiedades más importantes de los suelos de la Vega Media con la profundidad. Las Figuras 3.35 a 3.37 representan los parámetros medios con sus correspondientes desviaciones estándar clasificados por ambientes sedimentológicos. Por último, las Tablas 3.2 a 3.4 resumen la estadística de parámetros geotécnicos de los suelos ensayados.

Las Figuras 3.35 y 3.38 muestran la variación del diámetro medio de las partículas, del índice de huecos, de la humedad natural, de los valores de golpeo del ensayo de penetración estándar y de la resis-tencia a compresión simple de los suelos de la Vega Media del Segura.

De la Figura 3.33 cabe destacar que la humedad natural del suelo en muchas de las muestras en-sayadas es inferior a la humedad correspondiente a un estado de saturación total (Sr=100%), lo que es indicativo de una elevada succión a lo largo de los 10 primeros metros de suelo y, especialmente, en los 5 primeros. Esta succión podría ser capaz de generar tensiones efectivas negativas y, por lo tanto, causar una sobreconsolidación de los primeros metros de suelo.

De la Figura 3.34 es interesante resaltar los elevados valores de resistencia a compresión simple de las arcillas de los abanicos aluviales que existen en los 5 primeros metros de suelo. La causa podría ser la existencia de cementaciones o la sobreconsolidación por desecación.

El significado de los parámetros geotécnicos y de las unidades de las Tablas 3.2 a 3.4 puede con-sultarse en el apartado de abreviaturas y símbolos (Anejo XI). Las unidades corresponden siempre al Sistema Internacional de Unidades. Indicar que el número expresado entre paréntesis en la columna co-rrespondiente a los valores de golpeo del ensayo de penetración estándar indica el número de ensayos que han proporcionado valores de rechazo.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

132

0.001 0.01 0.1 1 10Diámetro medio de las partículas, D50 (mm)

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0.001 0.01 0.1 1 10 100Diámetro medio de las partículas, D50 (mm)

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AFZ - ArcillaAFZ - LimoAFZ - ArenaAFZ - Gravel

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Índice de huecos, e0

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Índice de huecos, e0

AFZ - ArcillaAFZ - LimoAFZ - Arena

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(m)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

0 10 20 30 40 50Humedad, W (%)

40

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15

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Pro

fund

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(m)

FPZ - ArcillaFPZ - Arcilla duraFPZ - LimoFPZ - Arena

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40 50Humedad, W (%)

AFZ - ArcillaAFZ - LimoAFZ - ArenaAFZ - Grava

40

35

30

25

20

15

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5

0

Prof

undi

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(m)

0 10 20 30 40 50

Sr = 100% (Limo)

Sr = 100% (Arcilla)

Sr = 100% (Arena)

Sr = 100% (Arcilla dura)

Sr = 100% (Limo)

Sr = 100% (Arcilla)

Figura 3.33. Variación del diámetro medio de las partículas (D50), del índice de huecos (e0) y de la humedad natural (W) con la profundidad (Sr = Grado de saturación del 100%).

Page 137: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

133

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Ensayo de Penetración Estándar,

N30 (nº golpes)

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Pro

fund

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0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Ensayo de Penetración Estándar,

N30 (nº golpes)

AFZ - ArcillaAFZ - LimoAFZ - ArenaAFZ - Grava

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0 10 20 30 40 50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Resistencia a compresión simple,

qu (kg/cm2)

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Prof

undi

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(m)

FPZ - ArcillaFPZ - Arcilla duraFPZ - LimoFPZ - Arena

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Resistencia a compresión simple,

qu (kg/cm2)

AFZ - ArcillaAFZ - LimoAFZ - Arena

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

idad

(m)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Figura 3.34. Variación del número de golpes (N30) del ensayo de penetración estándar (SPT) y de la

resistencia a compresión simple con la profundidad.

0.001 0.01 0.1 1 10 100Diámetro medio de las partículas, D50 (mm)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

Figura 3.35. Diámetro medio de las partículas (D50) y desviación estándar por ambientes sedimentarios.

Page 138: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

134

0 20 40 60 80 100 120Contenido de finos <0.08 mm, (%)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

-10 0 10 20 30 40 50Humedad natural, W (%)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

WP WLWP - σ WL + σ

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9Índice de huecos, e

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

Figura 3.36. Contenido de finos (<0.08 mm), propiedades índice medias (humedad natural ± desviación estándar y límites de Atterberg ± desviación estándar. Las barras representan los límites de Atterberg medios de los suelos. WP: límite plástico medio; WL: límite líquido medio; σ: desviación estándar) e índice de huecos de los suelos de la zona de estudio clasificados por ambientes sedimentológicos.

Page 139: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

135

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9Peso específico seco, γ (g/cm3)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

-20 0 20 40 60Ensayo de Penetración Estándar, N60 (nº golpes)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

0 1 2 3 4Resistencia a compresión simple, qu (kg/cm2)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

Figura 3.37. Peso específico seco (γd), número de golpes del ensayo de penetración estándar (N30) y

resistencia a compresión simple (qu) medios y desviación estándar de las diferentes unidades geotécni-cas.

Page 140: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

136

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001Coeficiente de compresibilidad, Cv (cm2/s)

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - GravaA

FZFP

Z

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25Índice de compresión e hinchamiento, Cc y Cc

FPZ - Limo

FPZ - Arcilla

FPZ - Arena

FPZ - Arcila dura

AFZ - Limo

AFZ - Arcilla

AFZ - Arena

AFZ - Grava

SR - Grava

AFZ

FPZ

CcCs

Figura 3.38. Coeficientes de compresibilidad vertical (Cv) e índices de compresión (Cc) e hinchamiento

(Cs) medios y desviaciones estándar de los diferentes ambientes sedimentológicos.

Page 141: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

137

Figu

ra 3

.39.

Res

ulta

dos d

e lo

s ens

ayos

de

pene

trac

ión

está

ndar

(N30

) en

mat

eria

les d

e la

Veg

a M

edia

del

Seg

ura.

En

el e

je d

e ab

scis

as se

repr

esen

tan

los i

nter

valo

s de

golp

eo y

en

el e

je d

e or

dena

das l

a fr

ecue

ncia

rela

tiva

en ta

nto

por u

no.

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

FPZ-

Arc

illa

dura

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

FPZ-

Arc

illa

AFZ

- A

rcill

a

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

AFZ-

Lim

o

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

SR

-Gra

va

SR

-Mar

ga

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

SR

-Met

abas

ita

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

SR

-Con

glom

erad

o

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

FPZ-

Aren

a

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

FPZ-

Lim

o

010

2030

4050

6070

8090

100

N30

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia %

AFZ

-Are

na

Page 142: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

138

Tabla 3.2. Propiedades medias de los m

ateriales del subsuelo de la Vega Media del río Segura correspondientes a la unidad Llanura de inundación (FPZ).

L

itología

%

Are

%

Li %

A

rc Pasa 200

D75

D60

D50

D30

D25

D10

WL

WP

IP γs

γd γ

W

e0

Ø’

c' Ø

c

qu

N60

Cv (x10

4) C

c C

s %

CaC

O3

Media

12.9 54.4

32.8 91.4

0.0675 0.0218

0.0136 0.0053

0.0085 -

36.3 19.1

17.3 27.1

16.1 20.0

25.1 0.670

28.7 21.0

13.8 31.0

92.0 8

2.67 0.139

0.021 30.5

Desvest

8.6 8.0

10.9 9.9

0.1368 0.0243

0.0144 0.0035

0.0137 -

7.8 2.8

6.5 1.0

1.4 1.9

5.8 0.147

5.3 16.0

8.3 21.0

71.0 4

1.59 0.054

0.011 16.8

Máxim

o 36.0

80.0 55.0

100.0 0.9500

0.1000 0.0700

0.0150 0.0510

- 57.0

38.1 36.0

29.8 19.8

22.1 44.9

1.058 39.0

60.0 35.0

75.0 419.0

17 7.75

0.350 0.048

55.8

Mínim

o 0.1

35.0 3.0

51.0 0.0051

0.0030 0.0015

0.0015 0.0015

- 22.7

13.0 7.0

22.9 12.0

0.0 6.2

0.236 16.0

0.0 4.0

0.0 4.0

1 0.49

0.047 0.002

2.8

Arcilla

Nº valores

41 39

39 191

69 56

52 25

12 0

263 263

263 92

179 181

267 93

28 28

16 16

149 67

34 121

36 6

Media

- -

- 91.2

0.0463 0.0142

0.0092 0.0015

- -

38.9 18.5

20.4 27.0

16.6 20.5

22.7 0.633

22.0 37

- -

256 31

2.31 0.129

- 22.4

Desvest

- -

- 11.5

0.0552 0.0168

0.0043 -

- -

7.7 2.6

6.0 0.8

0.9 0.6

4.5 0.098

6.2 7

- -

126 21

1.26 0.039

- 24.8

Máxim

o -

- -

99.9 0.1600

0.0500 0.0150

0.0015 -

- 55.0

26.0 31.0

28.4 18.3

21.7 32.3

0.877 29.0

44 -

- 644

99 4.30

0.180 -

40.0

Mínim

o -

- -

61.0 0.0040

0.0017 0.0059

0.0015 -

- 26.0

13.0 8.0

25.5 14.2

18.8 13.8

0.474 14.0

28 -

- 40

12 0.73

0.038 -

4.9

Arcilla

dura

Nº valores

2 0

0 34

14 7

4 1

0 0

34 34

34 23

29 27

41 22

4 4

0 0

34 25

14 14

0 2

Media

28.4 52.4

16.3 77.1

0.0872 0.0474

0.0301 0.0129

0.0106 0.0017

18.6 14.2

4.5 27.0

15.9 19.7

22.5 0.688

22.0 49.0

19.5 22.0

71.0 11

3.13 0.124

0.014 -

Desvest

8.5 5.6

5.9 10.3

0.0355 0.0185

0.0123 0.0086

0.0075 0.0004

12.7 9.4

3.8 1.0

1.1 1.0

6.0 0.146

7.0 18.0

11.3 23.0

58.0 12

- 0.037

0.001 -

Máxim

o 37.0

60.0 23.0

91.0 0.1400

0.0800 0.0440

0.0230 0.0190

0.0020 44.0

28.0 16.0

29.3 18.2

21.2 30.0

0.880 27.1

70.0 34.2

60.0 240.0

32 3.13

0.192 0.015

-

Mínim

o 12.0

46.0 10.0

58.0 0.0400

0.0220 0.0150

0.0044 0.0030

0.0014 0.0

0.0 0.0

25.7 13.2

17.0 5.0

0.410 14.0

38.0 4.0

0.0 27.0

2 3.13

0.060 0.014

-

Lim

o

Nº valores

7 7

7 38

13 10

8 8

7 2

39 39

39 11

23 24

39 7

3 3

8 8

13 5

1 9

2 0

Media

68.3 23.8

8.0 31.4

1.2432 0.3967

0.1322 0.1053

0.0870 0.0168

12.3 8.3

4.1 27.30

17.30 18.00

13.7 0.650

- -

- -

94.0 17

1.04 0.081

- -

Desvest

16.5 8.7

8.0 11.9

4.3035 0.9998

0.0422 0.0444

0.0325 0.0114

12.8 8.5

4.7 0.90

0.90 7.40

6.0 0.063

- -

- -

32.0 12

- 0.013

- -

Máxim

o 80.0

36.0 20.0

50.0 19.0000

4.4000 0.2000

0.2000 0.1300

0.0300 32.0

21.0 14.6

28.20 18.00

21.90 24.4

0.692 -

- -

- 139.0

56 1.04

0.090 -

-

Mínim

o 44.0

16.0 3.0

11.0 0.1400

0.1100 0.0800

0.0300 0.0200

0.0050 0.0

0.0 0.0

26.40 15.60

0.00 3.3

0.578 -

- -

- 60.0

4 1.04

0.071 -

-

Arena

Nº valores

4 4

4 42

19 18

17 11

11 4

38 38

38 4

6 8

29 3

0 0

0 0

7 40

1 2

0 0

Page 143: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

139

Tabl

a 3.

3. P

ropi

edad

es m

edia

s de

los m

ater

iale

s del

subs

uelo

de

Vega

Med

ia d

el rí

o Se

gura

cor

resp

ondi

ente

s a la

uni

dad

de a

bani

cos a

luvi

ales

(AFZ

).

Li

tolo

gía

%

Are

%

Li

% A

rc

Pasa

200

D

75

D60

D

50

D30

D

25

D10

W

L W

P IP

γ s

γ d

γ

W

e 0

Ø’

c' Ø

c

q u

N60

C v

(x

104 )

Cc

Cs

%

CaC

O3

Med

ia

16.5

53

.0

30.5

77

.4

0.19

33

0.06

92

0.01

04

0.00

270.

0015

- 31

.417

.6

13.8

27

.617

.420

.0

16.0

0.

547

29.0

15

.0

18.4

75

.0

211.

0 18

3.

35

0.12

1-

-

Des

vest

11.2

7.

5 4.

5 13

.1

0.27

99

0.07

90

0.00

86

0.00

120.

0004

- 6.

9 2.

5 5.

3 1.

0 1.

3 4.

2 5.

9 0.

152

- -

4.3

38.0

13

3.0

12

2.50

0.

040

- -

Máx

imo

33.0

59

.0

36.0

10

0.0

0.90

00

0.17

00

0.02

30

0.00

400.

0020

- 49

.026

.0

30.0

28

.819

.422

.3

32.7

0.

762

29.0

15

.0

24.0

10

1.0

522.

0 41

7.

75

0.20

6-

-

Mín

imo

9.0

42.0

25

.0

51.3

0.

0150

0.

0064

0.

0040

0.

0020

0.00

13-

22.8

14.0

7.

0 26

.415

.20.

0 5.

1 0.

333

29.0

15

.0

14.8

9.

0 52

.0

3 1.

24

0.08

0-

- A

rcill

a

valo

res

4 4

4 36

9

6 4

3 3

0 44

44

44

7

21

27

38

7 1

1.0

5 5.

0 31

.0

15

6 12

0

0

Med

ia

45.8

29

.0

18.0

65

.7

0.14

80

0.12

83

0.10

00

0.02

300.

0130

- 15

.412

.0

3.4

26.9

16.2

19.8

21

.2

0.60

1 -

- -

- 35

.0

10

8.80

0.

088

- 51

.9

Des

vest

- -

- 11

.6

0.07

19

0.03

82

- -

- -

12.1

9.6

2.7

- 0.

9 0.

8 4.

0 -

- -

- -

18.0

7

- -

- 2.

1

Máx

imo

45.8

29

.0

18.0

83

.0

0.26

00

0.17

00

0.10

00

0.02

300.

0130

- 26

.022

.0

6.0

26.9

16.8

20.7

25

.7

0.60

1 -

- -

- 56

.0

18

8.80

0.

088

- 53

.3

Mín

imo

45.8

29

.0

18.0

52

.0

0.08

00

0.09

50

0.10

00

0.02

300.

0130

- 0.

0 0.

0 0.

0 26

.915

.519

.1

14.5

0.

601

- -

- -

23.0

4

8.80

0.

088

- 50

.4

Lim

o

valo

res

1 1

1 8

5 3

1 1

1 0

6 6

6 1

2 3

7 1

0 0.

0 0

0.0

3.0

3 1

1 0

2

Med

ia

40.0

44

.0

16.0

30

.7

2.74

58

0.96

00

0.48

75

0.19

110.

1458

0.00

1716

.611

.1

5.5

- 18

.011

.7

7.2

- -

- -

- 66

.0

12

- 0.

131

- -

Des

vest

- -

- 10

.1

3.55

37

1.10

09

0.49

54

0.12

580.

1118

- 12

.88.

6 4.

9 -

- 10

.8

3.4

- -

- -

- -

11

- 0.

087

- -

Máx

imo

40.0

44

.0

16.0

48

.0

11.0

000

3.00

00

1.40

00

0.40

000.

3000

0.00

1732

.021

.0

15.8

-

18.0

21.4

16

.0

- -

- -

- 66

.0

37

- 0.

192

- -

Mín

imo

40.0

44

.0

16.0

14

.0

0.24

00

0.18

00

0.09

00

0.00

800.

0090

0.00

170.

0 0.

0 0.

0 -

18.0

0.0

3.3

- -

- -

- 66

.0

2 -

0.06

9-

- A

rena

valo

res

1 1

1 35

12

12

12

7

5 1

31

31

31

0 1

5 22

0

0 0.

0 0

0.0

1.0

9 0

2 0

0

Med

ia

- -

- 14

.0

25.5

714

14.7

857

9.00

00

2.86

381.

9810

0.17

4018

.712

.3

6.4

- -

- 5.

4 -

- -

- -

- 15

-

- -

-

Des

vest

- -

- 6.

8 8.

6751

5.

5914

4.

3012

1.

8265

1.41

940.

1517

9.3

6.0

3.5

- -

- 0.

8 -

- -

- -

- 6

- -

- -

Máx

imo

- -

- 30

.0

50.0

000

28.0

000

23.0

000

8.00

006.

0000

0.50

0028

.019

.0

11.0

-

- -

6.1

- -

- -

- -

25

- -

- -

Mín

imo

- -

- 5.

0 14

.000

0 6.

5000

3.

0000

0.

5400

0.40

000.

0800

0.0

0.0

0.0

- -

- 4.

7 -

- -

- -

- 7

- -

- -

Gra

va

valo

res

0 0

0 27

21

21

21

21

21

10

28

28

28

0

0 0

4 0

0 0.

0 0

0.0

0.0

6 0

0 0

0

Page 144: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

140

Tabla 3.4. Propiedades medias de los m

ateriales del subsuelo de la Vega Media del río Segura correspondientes a la unidad de substrato geotécnico (SR).

L

itología

%

Are

%

Li %

A

rc Pasa 200

D75

D60

D50

D30

D25

Q10

WL

WP

IP γs

γd γ

W

E0

Ø’

c' Ø

c

qu

N60

Cv

Cc

Cs

% C

aCO

3

Media

- -

- 13.5

14.8385 8.4769

5.5846 1.6615

0.9454 0.1620

15.910.8

5.1 2.69

- -

11.2 -

- -

- -

- 41 (6)

- -

- -

Desvest

- -

- 6.2

4.7822 2.6574

2.0041 0.7159

0.4510 0.0838

11.27.5

4.0 -

- -

4.6 -

- -

- -

- 16

- -

- -

Máxim

o -

- -

30.0 22.0000

14.0000 10.0000

3.40002.1000

0.2400 28.0

20.011.0

2.69 -

- 18.2

- -

- -

- -

82 -

- -

-

Mínim

o -

- -

4.0 8.0000

4.2000 2.4000

0.60000.4000

0.0600 0.0

0.0 0.0

2.69 -

- 4.7

- -

- -

- -

14 -

- -

-

Grava

valores 0

0 0

24 13

13 13

13 13

5 20

20 20

1 0

0 8

0 0

0 0

0 0

36 0

0 0

0

Media

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

13140 74 (2)

- -

- -

Desvest

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

9310 10

- -

- -

Máxim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 22820

84 -

- -

-

Mínim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 4250

65 -

- -

-

Margas y

margocalizas

Nº valores

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

3 5

0 0

0 0

Media

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 15 (2)

- -

- -

Desvest

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Máxim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

15 -

- -

-

Mínim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

15 -

- -

-

Areniscas

Nº valores

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 1

0 0

0 0

Media

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

34700 34 (32)

- -

- -

Desvest

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

17820 15

- -

- -

Máxim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 47300

59 -

- -

-

Mínim

o -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 22100

21 -

- -

-

Conglom

Nº valores

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

2 41

0 0

0 0

Page 145: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

141

Tabl

a 3.

4 (C

ontin

uaci

ón).

Prop

ieda

des m

edia

s de

los m

ater

iale

s del

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).

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a

%

Are

%

Li

%

A

rc

Pasa

20

0 Q

75

Q60

Q

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25

Q10

W

L W

P IP

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γ

W

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c

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C

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O3

Med

ia

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

200

56 (3

) -

- -

-

Des

vest

-

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 40

14

-

- -

-

Máx

imo

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

240

74

- -

- -

Mín

imo

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

150

39

- -

- -

Filit

as

Nº v

alor

es

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

5 9

0 0

0 0

Med

ia

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

330

50 (1

4)

- -

- -

Des

vest

-

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- 11

0 17

-

- -

-

Máx

imo

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

530

89

- -

- -

Mín

imo

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

180

25

- -

- -

Met

abas

itas

Nº v

alor

es

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

20

35

0 0

0 0

Page 146: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

142

3.6. La subsidencia en la Vega Baja y Media del río Segura: el periodo de sequía

1993-1995

3.6.1. Los recursos de la cuenca y la subsidencia En situación de equilibrio, es decir, en ausencia de extracciones, la Vega Media del Segura fun-

cionaría como un acuífero libre. Sin embargo, la explotación intensiva del acuífero, especialmente desde los años noventa, ha hecho que se diferencien los dos niveles descritos con anterioridad: un acuífero su-perficial, libre, y uno profundo, multicapa y semiconfinado.

Tal y como se describió en los apartados precedentes, la recarga se produce esencialmente a tra-vés de los retornos de riego (estimados en 15 hm3/año) y del agua de lluvia infiltrada (un valor medio de 10 hm3/año con máximos de 30 hm3/año) (Gumiel et al., 2001; Aragón et al., 2006) (Figura 3.38). Las salidas del acuífero de la Vega Media del Segura tienen lugar a través del río y de los sistemas de drenaje existentes (azarbes, Figuras 3.40 y 3.41), lateralmente hacia la Vega Baja del Segura, y a través de los sistemas de bombeo.

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

Año

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Vol

umen

(hm

3 )

Recarga hidrogeológica(Infiltración lluvia)

Demanda de agua para riego

Dotación de agua superficial regulada por la CHS

Déficit hídrico

Recarga agrícola(retorno de riegos)

Demanda recursos complementarios

Figura 3.40. Balance hídrico de la cuenca el Medio Segura. Datos procedentes de Aragón et al. (2006).

Los bombeos de agua han sido relativamente escasos hasta los años noventa (4 hm3/año) aten-diéndolos con agua fundamentalmente superficial (Aragón et al., 2006). A partir de esa fecha las extrac-ciones fueron continuas, alcanzando máximos de 24 hm3/año durante el año hidrológico 1994-95, 20 hm3/año durante el periodo hidrológico 1995-96 y 1999-2001, y mínimos de 12 y 17 hm3/año durante los periodos 1996-99 (Aragón et al., 2006).

A causa de los bajos caudales de infiltración procedentes de lluvia y retornos de riego durante los periodos de sequía, se generó un déficit hídrico de hasta 45 hm3 durante el año 1995. La consecuencia de dicho déficit fue la depresión o caída del nivel piezométrico en el primer nivel de gravas, que derivó en un proceso de consolidación del suelo debido a la reducción de la presión intersticial en los limos supra-yacentes a esta capa.

Page 147: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

143

El Instituto Geológico y Minero de España, la Confederación Hidrográfica del Segura y la Dipu-tación Provincial de Alicante elaboraron un modelo hidrogeológico de la Vega Baja y Media del Segura mediante el software Visual Modflow del cual obtuvieron los datos de balance hídrico mostrados en la Tabla 3.5.

Tabla 3.5. Balance hídrico de la Vega Media del río Segura (IGME-CHS-CTOT, 2002).

Entradas Salidas

Infiltración por lluvia y riego 20 hm3/año Río Segura 12 hm3/año

Infiltración río Segura 45-52 hm3/año Azarbes 25-32 hm3/año

Río Guadalentín 2.5 hm3/año Vega Baja 32 hm3/año

Cresta del Gallo 0.4 hm3/año

Vega Alta 1.1 hm3/año

Figura 3.41. Red de azarbes existentes en la ciudad de Murcia.

Page 148: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

144

Figura 3.42. Aspecto de diversos azarbes localizados en el interior de la ciudad (CHS, 2007).

3.6.2. Daños causados por el descenso piezométrico Como ya se explicó en el Capítulo II, en general el descenso piezométrico dentro de un medio

poroso implica una disminución de las presiones de poro o intersticiales y, en consecuencia, el incremen-to de las tensiones efectivas. Si el medio está constituido por un suelo compresible, este aumento de ten-siones produce inevitablemente la consolidación del mismo. El fenómeno ocurrido en la Vega Baja y Media del Segura responde a este principio. El descenso piezométrico generalizado (Figura 3.43) ha pro-vocado el asiento de una gran extensión de terreno, afectando de forma importante a todas las estructuras y servicios sobre él construidas. Estos descensos de nivel piezométrico han sido mayores en zonas urba-nas, donde generalmente las extracciones de agua suelen ser más abundantes y cuantiosas, generando gran alarma social. Además, estos descensos de nivel piezométrico coinciden con épocas de escasa preci-pitación debido a la reducción de infiltración y el bombeo masivo de agua del acuífero (Figura 3.43).

En el caso concreto del casco urbano de Murcia la consolidación del suelo en profundidad se manifiesta de forma directa en superficie, siendo observable a simple vista a modo de aceras irregulares, separación de peldaños, firmes agrietados, rotura de muros de fábrica, apertura de medianeras de edifi-cios, etc. (Figuras 3.44 a 3.46). Con todo, las patologías más importantes se han observado en edificios, en ocasiones de gran altura, que se han visto obligados en numerosas ocasiones a ser recalzados para conservar su estabilidad.

Vázquez y De Justo (2002a) apuntan la existencia de daños en más de 100 edificios, con diferen-tes tipos de estructuras y cimentaciones, repartidos por toda la ciudad de Murcia. Rodríguez Ortiz y Mu-las (2002) cuantifican los daños producidos en los aproximadamente 150 edificios dañados del núcleo urbano de Murcia, que a su vez dieron lugar a unas 300 denuncias, en unos 38 millones de euros. La Fi-gura 3.47 muestra la distribución de edificios dañados en la ciudad de Murcia.

Los primeros daños en edificaciones, de carácter leve, empezaron a observarse en el año 1991 y no fue hasta 1993 cuando aparecieron las patologías más graves, consistentes en fisuras en tabiques y cerramientos, descuadre de los huecos de puertas y ventanas, desprendimientos de alicatados, giros y desplomes a los que se veían sometidas las estructuras derivados de los asientos diferenciales (Figuras 3.44 a 3.46) (Vázquez y De Justo, 2002a).

Page 149: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

145

Figura 3.43. (a) Variación de niveles piezométricos en diversos puntos de la Vega Media del río Segu-

ra. (b) Precipitaciones anuales en Murcia (c) Relación entre el número de denuncias por daños en edificios y la variación de nivel piezométrico en la ciudad de Murcia. Ver localización de los piezóme-

tros en la Figura 3.6.

La mayor parte de los edificios dañados estaban construidos con cimentaciones superficiales, muchas de las cuales tuvieron que ser recalzadas mediante micropilotes (Martínez-Gomariz, 1996; Pele-grín, 1996).

Las cimentaciones por losas presentaban un mejor comportamiento ante el asiento del terreno por efecto de la subsidencia, ya que el asiento se producía de forma uniforme sin causar asientos diferen-ciales (Vázquez y De Justo, 2002a).

Otra patología muy común en las cimentaciones por pilotes ha sido el rozamiento negativo (Mar-tínez-Gomariz, 1996; Pelegrín, 1996; De Justo et al., 2002) que implica la aparición de nuevas tensiones en el fuste de los pilotes por hundimiento del terreno circundante al pilote. Esta nueva acción sobre el pilote incrementa las solicitaciones sobre el mismo, pudiendo llegar a sobrepasar las cargas admisibles. Además, elimina la resistencia por rozamiento en el fuste del pilote.

Igualmente, se observaron patologías en un gran número de edificios antiguos cimentados me-diante cimentación directa apoyada sobre un suelo reforzado con pilotes de madera de 3 a 5 m de longitud (Martínez-Gomariz, 1996; Pelegrín, 1996; Vázquez y De Justo, 2002a), que sufrieron un proceso de pu-trefacción debido al importante descenso del nivel freático, que los dejó por encima de la zona de suelo saturada. El caso más significativo que sufrió problemas de putrefacción de pilotes fue la Catedral de Murcia.

Page 150: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

146

Figura 3.44. Deformación y agrietamiento de aceras de la ciudad de Murcia. Fotografía superior izquier-

da extraída de Mulas (2007).

Page 151: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

147

Figura 3.45. Agrietamiento de paramentos y apertura de juntas de medianera entre edificios por asiento diferen-

cial de los mismos.

Page 152: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

148

Figura 3.46. Agrietamiento de paramentos y apertura de juntas de medianera entre edificios por asiento

diferencial de los mismos.

Page 153: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

149

Figura 3.47. Mapa de edificios dañados en la ciudad de Murcia (basado en Mulas et al., 2003 y Vázquez

y de Justo, 2002a).

Page 154: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

150

3.6.3. Control de la subsidencia

Tras el periodo de sequía sufrido durante la década de los noventa, las administraciones de la Comunidad de Murcia implicadas decidieron tomar medidas, estableciendo una red de seguimiento y control de la subsidencia cuyo proceso de toma de datos se prolonga hasta la actualidad.

La red de control instrumental ha sido desarrollada por el IGME en el marco del convenio de “Seguimiento y control instrumental de asentamientos del terreno en el área metropolitana de Murcia” (Peral et al., 2000; IGME, 2001a) y consistió inicialmente en 22 extensómetros que fueron instalados en el entorno de la ciudad de Murcia, al S y SE de la misma, y en una red de 628 puntos de nivelación topo-gráfica distribuidos por el entorno metropolitano que serían controlados con una frecuencia aproximada de tres meses a lo largo del tiempo con el fin de establecer las variaciones de cota que el suelo pudiera experimentar como consecuencia de la subsidencia (Figura 3.48).

Figura 3.48. Mapa de localización de los extensómetros y las bases de nivelación topográfica en el

entorno de Murcia.

3.6.3.1. Nivelación topográfica Se instalaron un total de siete bases fijas de referencia. Cinco de ellas, construidas con barras de

acero tipo Gewi, fueron ancladas entre 15 y 25 m de profundidad en sondeos realizados para tal fin en la zona metropolitana de Murcia, en la misma Vega Media. La barra de acero fue envuelta con una camisa de PVC que a su vez fue inyectada con mortero de cemento por su interior con el fin de crear un bulbo a la altura de las gravas que asegurara su anclaje a ellas y a su vez permitiera independizar la base de los

Page 155: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

151

niveles de limos. En el extremo más superficial de la barra se colocó un clavo de nivelación que serviría como referencia para las sucesivas nivelaciones (Figura 3.49). Las dos bases fijas de referencia restantes fueron ancladas del mismo modo que las ya mencionadas en sondeos de un metro de longitud perforados en roca y situadas en la sierra Cresta del Gallo.

Figura 3.49. Clavo de nivelación de punto de medida y tuerca con punto de nivelación para base de refe-

rencia (extraídas de IGME, 2001a).

La nivelación de las bases se ha realizado a lo largo de itinerarios que parten de bases de referen-cia y de los cuales parten otros itinerarios secundarios estructurados en espina de pez. Como comproba-ción se hace un itinerario de cierre que pasa por las cinco bases de referencia. Las distancias de nivelación empleadas han sido inferiores a 120 m.

Desafortunadamente, estos datos de deformación no están disponibles, aunque se tiene constan-cia de que el seguimiento de la red topográfica se abandonará en breve.

3.6.3.2. Extensómetros Los 22 extensómetros fueron instalados en Febrero de 2001. De todos ellos, 6 eran incrementales

(Figuras 3.48 Y 3.50) y 16 eran de varilla (Figuras 3.48 Y 3.51). De los extensómetros incrementales, 3 miden las deformaciones hasta 20 m de profundidad y otros 3 hasta 15 m de profundidad. Los extensóme-tros de varilla fueron anclados a profundidades variables entre 10 y 15 m de profundidad. Siete extensó-metros han sido destruidos debido a la ejecución de obras próximas a su emplazamiento. El resto siguen operativos en la actualidad.

Los extensómetros incrementales (Ei) instalados constan de una tubería dotada de manguitos deslizantes cada metro de longitud, de manera que cada par de anillos, situados equidistantes entre sí a un metro, definen una base de medida. Los tubos se solidarizan al terreno mediante una lechada de cemento con el fin de reproducir las deformaciones verticales del suelo que lo envuelve. La sonda de medida cons-ta de dos captadores inductivos separados entre sí 1 metro (Figura 3.50), de manera que cualquier varia-ción de la distancia de los anillos de la tubería solidarizados con el suelo implique una modificación del campo magnético, que puede ser traducida a deformación vertical. La precisión de los equipos es de 0.1 mm y su rango es de ±40 mm.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

152

Figura 3.50 Extensómetros incrementales. Tubería extensométrica y equipo de lectura (extraídas de

IGME, 2001a).

Los extensómetros de varilla (V) constan básicamente de tres varillas de acero alojadas dentro de fundas de plástico semirígidas dentro de las cuales se pueden mover libremente. Las varillas y los tubos de plástico que las envuelven están a su vez alojados dentro de un tubo de PVC que se encuentra en con-tacto con la lechada de cemento exterior. La varilla de acero está soldada interiormente a la base de medi-da, compuesta por una placa de acero sujeta al terreno mediante lechada para reproducir las deformacio-nes del mismo. Las medidas se realizan mediante un micrómetro capaz de medir las variaciones en la distancia existente entre la cabeza de la varilla y la base de anclaje (Figura 3.51). Para evitar desviaciones, el sistema de medida consta de un elemento tensor que ejerce siempre la misma tensión de referencia sobre la varilla.

Figura 3.51. Extensómetro de varilla empleado en Murcia y unidad de lectura (extraídas de IGME, 2001a).

La Figura 3.52 muestra los valores de deformación correspondientes a los extensómetros que si-guen operativos en la actualidad en el entorno de Murcia.

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

153

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.506

-12-

99

05-1

2-00

05-1

2-01

05-1

2-02

05-1

2-03

04-1

2-04

04-1

2-05

04-1

2-06

04-1

2-07

Fecha

Def

orm

ació

n (c

m)

Ei-1

Ei-2

Ei-3

Ei-4

Ei-6

-4.5

-3.5

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

06-1

2-99

05-1

2-00

05-1

2-01

05-1

2-02

05-1

2-03

04-1

2-04

04-1

2-05

04-1

2-06

04-1

2-07

Fecha

Def

orm

ació

n (c

m) V-1

V-3V-4V-5V-6V-8V-13V-14V-15V-17

Figura 3.52. Deformaciones del terreno medidas mediante extensómetros incrementales (Ei) y de varilla

(V).

Las lecturas en profundidad proporcionadas por estos extensómetros muestran que la mayor par-te de la deformación del terreno producida entre los años 2001 y 2004 se concentra en los 5 primeros metros de columna de suelo (Figura 3.53). Esta franja de suelo es la más afectada por las fluctuaciones de nivel freático, dado que éste se sitúa a lo largo de esta profundidad. En el Anejo III se muestran los gráfi-cos de deformación-profundidad de todos los extensómetros operativos.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

154

V5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-505Subsidencia (mm)

Prof

undi

dad

(m)

2 4 /10 /2 001

01/05/200 3

01/12 /2003

01/04 /2 004

24 /02 /2005

06 /07/2006

26 /03 /2007

Ei4

0

5

10

15

20

-3-2-101

Subsidencia (mm)

Prof

undi

dad

(m)

2 8 -02 -01

10 -0 7-0 2

2 1-0 5-0 3

14 -0 7-0 4

0 4 -08 -06

2 7-03 -0 7

Figura 3.53. Lecturas extensométricas en profundidad en dos de los extensómetros instalados en la

periferia de la ciudad de Murcia.

3.6.4. Relación con las variaciones piezométricas La disminución de la infiltración de agua en el acuífero y la sobreexplotación de sus reservas son

las causas de que se produzcan este tipo de fenómenos de descenso piezométrico. La reducción de la infiltración es debida fundamentalmente a la escasez de lluvias, al abandono de los sistemas convenciona-les de riego por inundación, al alto porcentaje de áreas urbanizadas en la superficie del acuífero, al encau-zamiento del río Segura y a la impermeabilización natural de su lecho con motivo de la sedimentación de materiales finos..

La sequía que periódicamente azota a esta región, disminuyendo los caudales de infiltración, es una de las principales causas del descenso del nivel piezométrico en el subsuelo de la ciudad de Murcia. Se conocen diversos periodos de sequía, entre los que destacan las acaecidas en los años 1982 y 1996. Durante estos periodos de escasez de agua se hace uso de los llamados pozos de sequía que servían para el riego de jardines, baldeado de calles, etc.

De toda la superficie que constituye la Vega Media del Segura, aproximadamente la mitad se en-cuentra cultivada (Gumiel et al., 2001), lo que supone una demanda total de agua de unos 81 hm3/año. El déficit hídrico que genera esta actividad en el balance global del acuífero es evidente.

La urbanización de una gran parte de la superficie del acuífero, que llega a ocupar el 48% de la superficie total del mismo (Gumiel et al., 2001), afecta a la alimentación del sistema al aumentar el coefi-ciente de escorrentía del terreno para dirigir las aguas de lluvia hacia los sistemas de drenaje que constitu-yen el alcantarillado.

El encauzamiento del río Segura, en gran parte de su recorrido, disminuye notablemente la con-tribución por infiltración de agua al acuífero. Además, impide el desbordamiento natural del mismo du-rante los periodos de lluvias torrenciales, dificultando en consecuencia la existencia de nuevos aportes por infiltración. Asimismo, el papel que juega el río en relación a los niveles freáticos es muy importante. Aguas arriba de Murcia, el río Segura es perdedor, es decir, genera importantes aportes de agua hacia el sistema acuífero inferior. Sin embargo, entre Murcia y Orihuela, el cauce del río es ganador, o lo que es lo mismo, drena el terreno adyacente al mismo (IGME-CHS-CTOT, 2002).

Page 159: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

155

Paralelamente a estas causas, debe considerarse el crecimiento demográfico experimentado por la ciudad de Murcia y su periferia. En el año 2006 la ciudad de Murcia contaba con 416.996 habitantes, frente a los 338.250 habitantes en 1991 y los 243.759 con los que contaba en 1970 (INE, 2006). Este crecimiento de la población va íntimamente ligado a un incremento en la demanda de agua. La necesidad de agua para atender las demandas de la población y de otros sectores como la agricultura y la industria obligan a la búsqueda de recursos alternativos. El acuífero es aparentemente la solución a la búsqueda de recursos. Sin embargo, la sobreexplotación de éste supone un importante perjuicio para el medio. Se cal-culan más de 10.000 pozos en el acuífero, de los cuales se extraen anualmente 470 hm3 (Vázquez y De Justo, 2002a; Mulas et al., 2003).

El bombeo de agua del suelo en Murcia no sólo se ha llevado a cabo para su uso como agua de consumo, riego, limpieza, etc. En muchos casos, esta agua es bombeada directamente del terreno para evitar subpresiones y/o filtraciones indeseadas en sótanos de edificios o durante las fases de construcción de los mismos (Figura 3.54). Estos sistemas de bombeo funcionan día y noche, encontrándose ubicados en arquetas alojadas en huecos habilitados para tal fin en las losas de cimentación. El agua bombeada es vertida directamente al sistema de alcantarillado. Las consecuencias son negativas por varios motivos: el coste del bombeo para la comunidad de propietarios (coste eléctrico y de mantenimiento de la instala-ción), el incremento de volúmenes de depuración y el descenso de nivel freático que ocasiona. Al respec-to, Robles (2005) estudió los caudales depurados por la Estación de Aguas Residuales de Murcia-Este que en 2004 fueron 9.4 hm3 mayores que los caudales de agua potable suministrados a los abonados, lo que contrasta con la previsión de trabajo de la estación al 75% de su capacidad. Se estima que durante el pe-riodo de sequía 93-95 existían más de 100 sótanos distribuidos por toda la ciudad de Murcia (Figura 3.55). En la actualidad, prácticamente todas las edificaciones poseen sótanos. Además, recientemente se han construido diversos sótanos de más de 2 plantas.

Figura 3.54. Bombeo de agua durante la construcción de un edificio con sótano y arqueta de bombeo loca-lizada en la losa de un sótano (extraídas de CHS, 2007).

El bombeo de agua durante las primeras etapas de desarrollo de los pozos y durante las fases de ejecución de sótanos puede ocasionar también problemas de arrastre de finos según indican varias senten-cias judiciales del Tribunal Superior de Justicia de Murcia. El arrastre de finos consiste en la movilización de partículas finas de suelo debido a las fuerzas de arrastre ocasionadas como consecuencia de los gra-dientes hidráulicos generados por los bombeos.

Este fenómeno alcanza su máxima intensidad durante los primeras fases de bombeo del pozo, pudiendo prolongarse incluso semanas. Este hecho se ha observado en varias obras de aparcamientos subterráneos municipales (Robles, comunicación personal) en los que el agua era bombeada directamente a balsas de riego localizadas en parques públicos y presentaba gran turbidez debido a la abundante pre-sencia de partículas de suelo arrastradas. A su vez, se ha observado la presencia de arenas y limos de arrastre (Figura 3.56) en acequias en las que previamente se había vertido el agua procedente de pozos de agua (CHS, 2007). En varios pozos de bombeo ha ocurrido subsidencia o hundimiento del terreno circun-dante como consecuencia del arrastre de finos (Figuras 3.57 y 3.58).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

156

En resumen, podemos decir que todos los factores anteriormente enumerados han ocasionado una extracción masiva de agua del acuífero de la Vega Media del Segura y, a su vez, la disminución de la recarga por infiltración del mismo. La consecuencia ha sido un importante descenso del nivel piezométri-co que se ha traducido en una consolidación del terreno, lo que ha afectado a numerosos edificios y servi-cios repartidos por toda el área urbana de Murcia y de su periferia.

El descenso del nivel piezométrico en la ciudad ha sido desigual, estando generalmente asociado a la existencia de parques y jardines, en los que existen pozos de extracción para el riego de los mismos.

Vázquez y De Justo (2003a) afirman que los máximos descensos piezométricos acaecidos en el año 1996 tuvieron lugar en los barrios de Vista Alegre y la Flota, situados al NE de la ciudad, en el entor-no de los Jardines del Malecón, al W, y en el Polígono Infante Don Juan Manuel, al SE, con descensos piezométricos más de 9 m.

Durante el periodo 1972 y 2006 se diferencian cuatro periodos de crisis en los que se produjo un descenso piezométrico considerable. Estos descensos difieren de los estacionales, que poseen una fre-cuencia de 4-5 meses, y cuyo valor no suele superar el metro.

El primer periodo de descenso corresponde a los años 1982-1984, y coincide con una importante sequía que supuso la sobreexplotación del acuífero, dando lugar a descensos piezométricos de hasta 5 m (Figura 3.43).

Sin embargo, la mayor crisis tuvo lugar entre los años 1994-1997, con descensos piezométricos que localmente alcanzaron los 16 m. Fue en este periodo cuando empezaron a detectarse los primeros casos de daños en edificios producidos por la subsidencia del terreno (Figura 3.43).

En el periodo 2000-2001 se observa un nuevo descenso piezométrico. Aunque no se disponen de datos piezométricos durante este periodo en la ciudad de Murcia, algunos piezómetros localizados en la Vega Media registraron caídas piezométricas de casi 5 m (Figura 3.43).

El último periodo de descenso comenzó en 2004 y dura hasta la actualidad. El nivel piezométrico ha alcanzado las mismas cotas que en los años noventa, incluso superándolas en algunas zonas localiza-das.

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Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

157

Figura 3.55. Mapa de distribución de sótanos y pozos de agua de la ciudad de Murcia en el año 1996.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

158

Figura 3.56. Acequia colmatada de finos tras el vertido de agua procedente de un pozo de bombeo

próximo (extraída de CHS, 2007).

Figura 3.57. Hundimiento del terreno en el entorno de un pozo ilegal situado en la zona urbana de Mur-

cia (extraídas de CHS, 2007).

Page 163: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo III. Contexto geológico-geotécnico de la ciudad de Murcia

159

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

160

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

163

CAPÍTULO IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

En este capítulo se describen los parámetros empleados en el procesado interferométrico, se vali-dan los resultados obtenidos y se analizan con detalle los factores desencadenantes y condicionantes de la subsidencia de la ciudad de Murcia. Además, se propone un modelo de cálculo de la subsidencia que se ha aplicado a diversos escenarios de descenso piezométrico con el fin de determinar las consecuencias que tendría en la edificación. 4.1. Aplicación de la técnica interferométrica diferencial avanzada CPT al es-tudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

En el presente apartado se muestran los resultados obtenidos en el procesado interferométrico de la Vega Media del Segura, con especial atención a la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano. Los resultados de subsidencia mostrados se refieren en la mayor parte de casos a los correspondientes al pe-riodo temporal 1993-2007, aunque en los análisis espaciales se emplearán datos de deformación corres-pondientes a los periodos 1993-1997, 2000-2001 y 2003-2007, periodos en los que se produjeron las crisis piezométricas más importantes de los últimos años.

4.1.1. Procesado DInSAR de la ciudad de Murcia

La zona estudiada de la Vega Media del Segura ha sido dividida en dos ventanas de procesado, una primera aproximadamente centrada en la ciudad de Murcia y una segunda situada al NE de la cuenca.

Para el procesado interferométrico se han empleado un total de 81 imágenes SAR procedentes de los satélites ERS-1 (6 imágenes), ERS-2 (56 imágenes) y ENVISAT (19 imágenes) adquiridas entre abril de 1993 y marzo de 2007, comprendiendo por tanto un periodo aproximado de catorce años. Con el fin de minimizar el tiempo de procesado y mejorar la coherencia se ha llevado a cabo una triangulación de De-launay en tres dimensiones de los valores de baseline temporal, espacial y diferencia Doppler correspon-dientes a las imágenes disponibles, para así determinar el número óptimo de enlaces (interferogramas) existentes entre imágenes y poder así evitar cálculos redundante (Figura 4.1). A partir de esta triangula-ción (de las relaciones entre interferogramas) y haciendo uso de los algoritmos propuestos por Blanco et al., (2006) se han seleccionado aquellos interferogramas que permiten optimizar el procesado. El número total de interferogramas obtenido ha sido de 185. Éstos cuentan con líneas de base (baselines) espaciales y temporales máximas de 250 m y 1000 días (aproximadamente 2.7 años) respectivamente y una diferen-cia máxima de Doppler entre imágenes de 800 Hz. En el Anejo IV puede consultarse el listado de imáge-nes e interferogramas empleados en el procesado.

a) b)

Figura 4.1. (a) Ternas de valores correspondientes a las baselines espaciales, baselines temporales y diferen-cias de frecuencia Doppler, así como (b) triangulación de Delaunay de las imágenes.

Page 166: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

164

Esta parte del procesado se ha llevado a cabo haciendo uso del software Prisar desarrollado por la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Este programa informático funciona bajo entorno Linux y ha permitido realizar la corregistración de las imágenes SLC así como los interferogramas diferenciales y los mapas de coherencia (Figura 4.2).

Para la sustracción de la topografía existente se ha empleado un Modelo Digital del Terreno (MDT) del Centro Nacional de Información Geográfica a escala 1: 25.000, que cuenta con una rejilla de datos de 25 x 25 m.

a) b)

c) d)

Figura 4.2. a) Imagen de amplitud promediada a partir de imágenes disponibles entre el 17 de enero de 1998 y el 18 de diciembre de 1999. b) Coherencia diferencial (γ). c) Fase interferométrica (∆ψint). d)

Fase interferométrica diferencial (∆ψdif) correspondientes al par de imágenes 31-7-1999/13-11-1999 de la ciudad de Murcia. Escalas: coherencia entre 0 (totalmente incoherente) a 1 (perfectamente coheren-

te); interferogramas entre -π y π radianes.

Una vez elaborados los interferogramas diferenciales de todas las combinaciones de imágenes, el procesado continúa con el software Subsoft de la UPC. Este programa está especialmente desarrollado para la implementación de la técnica CPT (Mora, 2004), descrita con más detalle en el Capítulo II de la presente memoria.

El primer criterio de selección de los píxeles coherentes que se ha aplicado consiste en la búsque-da de aquellos puntos de los interferogramas en los que la coherencia (γ) era superior o igual a 0,60 en el 40% de los interferogramas, con un límite mínimo de 0.1. A continuación se han establecido otros dos niveles de selección cuyo umbral ha sido fijado en 0.50 y 0.40 en el 40% de los interferogramas. Poste-riormente el propio software establece las triangulaciones de Delaunay correspondientes entre píxeles coherentes, fijándose para ello una distancia entre píxeles máxima de 1000 m, distancia dentro de la que las condiciones atmosféricas se consideran invariables. A cada uno de los enlaces establecidos entre los diferentes píxeles coherentes se les atribuye una calidad en función de la capa de selección a la que perte-necen los píxeles de sus extremos (Figura 4.3a).

El procesado se ha realizado mediante un multilook de 15 x 3 (azimuth x range) que degrada la re-solución a píxeles de 60 x 60 m.

Page 167: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

165

El siguiente paso del procesado consiste en el ajuste del modelo, para lo cual el programa estable-ce un nuevo criterio de selección de píxeles en función del parámetro de coherencia del modelo (Ω). En este caso el valor umbral se estableció en 0.35. El ajuste del modelo proporciona los píxeles coherentes que definitivamente serán considerados en el resto del procesado, cuya triangulación se muestra en la Figura 4.3b. Una vez realizado este paso, la componente de la fase debida al movimiento lineal del proce-so de subsidencia y la debida al error del MDT son conocidas, por lo que se obtiene el mapa de velocidad lineal y el de error del MDT (Figura 4.4).

(a)

(b)

Figura 4.3. Triangulación de Delaunay de la ventana de procesado de Murcia: (a) inicial y (b) tras el ajuste del modelo. De izquierda a derecha: primera capa de selección (coherencia de 0.6 en el 40% de los interfe-rogramas), segunda capa de selección (coherencia de 0.5 en el 40% de los interferogramas) y tercera capa de selección (coherencia de 0.4 en el 40% de los interferogramas). Los colores de los enlaces entre puntos coherentes indican la calidad del ajuste del modelo (verde: 0.5125>Ω>0.35; azul: 0.675>Ω>0.5125; rojo:

0.8375>Ω>0.675; negro: 1>Ω>0.8375).

Llegados a este punto, sólo resta determinar las componentes de la fase debido a la contribución atmosférica (∆ψatmos), al ruido (∆ψnoise) y al movimiento no lineal (∆ψno-lineal). La componente de ruido se determina mediante un filtrado espacial paso-bajo realizando un promediado de 10 x 10 píxeles. Poste-riormente se aplica un filtro temporal paso-alto para aislar el término de la fase debido a la contribución atmosférica, que se muestra en la Figura 4.4.

El residuo de la fase existente una vez realizado este paso corresponde a la deformación no lineal de baja resolución (∆ψno-lineal-SLR) (Figura 4.5). La fase correspondiente al movimiento no lineal de alta resolución (∆ψno-lineal-SHR) se obtiene generando un modelo de fase, considerando la información de de-formación lineal, de deformación no lineal SLR, el error del MDT y la contribución atmosférica ya calcu-lados, que se restan a la fase interferométrica diferencial (Figura 4.5). A partir de esta nueva fase se de-termina la deformación no lineal.

Page 168: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

166

Figura 4.4. De izquierda a derecha y de arriba abajo: Imagen de fase topográfica (interferograma sinté-tico), de velocidad lineal de deformación, de error de MDT y de contribución atmosférica (imagen de

ERS-1 correspondiente al 14-04-1993). Escalas: interferograma sintético entre -π y π; velocidad lineal entre -3 mm/año y 7 mm/año; error de MDT entre -57 y 55 m; contribución atmosférica entre -4 y 4

radianes.

Finalmente, se obtuvo el movimiento total de la escena como suma de las componentes de movi-miento lineal y no lineal obtenidas en los diferentes pasos descritos. Los resultados de deformación así calculados pasan a ser analizados en los apartados sucesivos.

Figura 4.5. Imagen de las fases correspondientes al movimiento no lineal de baja (∆ψno-lineal-SLR) y alta (∆ψno-lineal-SHR) resolución. Escalas: entre -0.95 y 2.0 radianes y -5.47 y 6.2 radianes respecti-

vamente.

Los resultados del procesado obtenidos se exportan a un fichero de texto. Este fichero cuenta con los siguientes campos de información:

o Identificador del píxel.

o Columna y fila que definen la posición del CPT en la imagen SAR recortada.

o UTM-X, UTM-Y, UTM-Z: Coordenadas Universal Transverse Mercator (UTM), Datum Euro-peo de 1950, Huso 30N (ED50).

o Coordenadas geográficas (longitud, latitud y cota) en formato decimal.

Page 169: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

167

o Velocidad lineal del píxel, en metros por año.

o Error de DEM, en metros.

o Coherencia media y desviación estándar de la coherencia del píxel correspondiente al periodo de tiempo analizado.

o Deformación acumulada (en metros) correspondiente a cada una de las fechas de adquisición de la imagen en formato decimal (en años).

Los datos contenidos en la referida tabla de datos permiten llevar a cabo todo tipo de representa-ciones espaciales (x,y,valor) y temporales (fecha,valor) de las variables. La representación espacial de los resultados mostrados a continuación se ha llevado a cabo mediante el Sistema de Información Geográfica (SIG) ArcMap de Esri.

4.1.2. Distribución espacial de la subsidencia

La distribución de subsidencia medida en la totalidad de la Vega Media del río Segura mediante la técnica CPT-DInSAR para el periodo temporal 1993-2007 se muestra en la Figura 4.6. Como puede ob-servarse en ella, durante el referido periodo de tiempo, que abarca aproximadamente 14 años, se ha pro-ducido una importante subsidencia generalizada en toda la cuenca sedimentaria del río Segura, con valo-res que llegan puntualmente hasta los 12 cm.

Los mayores asientos absolutos se localizan en el S y SE de la ciudad de Murcia, así como en to-do el corredor E del valle (localidades de El Raal y Beniel).

En las zonas del borde Norte y Sur de la cuenca Media del Segura, coincidiendo con los relieves que delimitan la cuenca, puede diferenciarse una notable estabilidad de la superficie terrestre.

El análisis espacial realizado con ayuda del SIG ArcGIS para los barrios y pedanías de la zona de estudio pone de manifiesto la existencia de importantes extensiones afectadas por asientos superiores a 5 cm en Aljucer, Bº del Progreso, Bº de la Victoria, El Canute, Ermita de los Remedios, Los Dolores, Moli-na de Nelva, Llano de Brujas, Patiño, Puentetocinos, San Ginés, San Roque, El Secano y Las Tejeras, entre otros. Asimismo se observa un predominio de la estabilidad del terreno en Agridulce, Alcantarilla, Campus de Espinardo, La Ñora, Los Garres, Guadalupe, Jabalí Nuevo, Jabalí Viejo y El Puntal, entre otros. En el Anejo V se muestran las distribuciones de subsidencia correspondientes a los diferentes ba-rrios y pedanías de Murcia.

Las Figuras 4.7 y 4.8 representan la distribución espacial y estadística, respectivamente, de la sub-sidencia acumulada medida mediante DInSAR en la ciudad de Murcia durante diferentes intervalos tem-porales.

La Figura 4.7a muestra los valores de subsidencia medidos en la ciudad de Murcia entre 1993 y 1997, periodo que engloba la primera crisis piezométrica importante sufrida en la Vega Media. Como puede apreciarse (Figuras 4.7a y 4.8a), los asientos medidos fueron inferiores a 4 cm, afectando princi-palmente el S y SE de la ciudad. Un elevado porcentaje de píxeles coherentes localizados en la ciudad presentan valores de subsidencia dentro del intervalo ±1 cm.

En la figura siguiente (Figura 4.7b) se representa la subsidencia acumulada desde 1993 hasta 2001, tras la segunda crisis piezométrica. Esta crisis fue de menor entidad que la de principios de los años 90. Los asientos acumulados medidos desde 1993 alcanzaron en unos pocos píxeles los 5 cm, aunque la mayor parte de la ciudad es estable, con deformaciones inferiores a ±1 cm (Figura 4.8b).

La Figura 4.7c representa las deformaciones correspondientes al periodo completo 1993-2007. Por lo tanto, incluye las deformaciones ocurridas durante las crisis piezométricas del periodo 1993-1997 y del 2000-2001. Como puede apreciarse en el histograma de la Figura 4.8c, los valores de subsidencia en la ciudad fueron inferiores a 10 cm.

La subsidencia media en los materiales detríticos de la Vega Media del Segura durante el periodo 1993-2007 es de 2.5 y 2.4 cm, según se considere toda la zona procesada de la Vega Media del Segura o se limite a la ventana de procesado de la ciudad de Murcia. Los mismos valores obtenidos para el periodo 1993-1997 son de 0.86 y 0.81 cm, respectivamente, y de 1.3 y 1.3 cm para el periodo 1993-2007.

Page 170: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

168

Figura 4.6. Mapa de distribución de la subsidencia correspondiente al periodo 1993-2007 de la Vega M

edia (sobre MD

T).

Murcia

Río Segura

Río G

uadalentín

Beniel

El Raal

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

169

a)

b)

c)

Figura 4.7. Mapa de subsidencia de la ciudad de Murcia correspondiente a los periodos (a) 1993-1997, (b) 1993-2001 y (c) 1993-2007.

Page 172: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

170

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4 13

.7

81.0

133.

9

295.

9

1.4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1Subsidencia (cm)

Área

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a (H

a)

a)

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

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40.3

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7

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0

50

100

150

200

250

300

350

400

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1Subsidencia (cm)

Área

afe

ctad

a (H

a)

b)

0.7

0.7 5.8 23

.0 48.6 76

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6

0.0

1.0

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1Subsidencia (cm)

Área

afe

ctad

a (H

a)

c)

Figura 4.8. Distribución de la subsidencia en la ciudad de Murcia (a) 1993-1997, (b) 1993-2001 y (c) 1993-2007 en las zonas coherentes.

Page 173: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

171

Las Figuras 4.9 a 4.11 muestran la subsidencia del terreno asociada a los tres periodos de crisis piezométrica conocidos.

Las deformaciones que se produjeron durante el periodo 1993-1997, de gran duración y magnitud, afectaron a toda la ciudad, midiéndose deformaciones de hasta 4 cm en la zona Sur (Barrios de Barriomar, Buenos Aires, del Carmen, Nuestra Sra. de la Fuensanta e Infante Juan Manuel) y Este de la ciudad de Murcia (Vistabella, La Paz y San Juan) (Figura 4.9).

La crisis piezométrica del periodo 2000-2001 fue de menor duración y magnitud que la anterior-mente sufrida. Las deformaciones medidas durante este periodo también fueron menores (Figura 4.10) e inferiores a 1 cm, excepto en algunas localizaciones puntuales dispersas principalmente en el extrarradio de la ciudad, en las que se registraron deformaciones de hasta 2 centímetros.

El último periodo de crisis corresponde a los años 2005-07. La caída piezométrica ha sido muy importante y de magnitud similar e incluso superior a la de los años noventa, aunque de menor duración temporal. Sin embargo, la velocidad de caída del nivel piezométrico ha sido mucho mayor, al igual que la recuperación de los niveles. Los valores de subsidencia medidos durante este periodo muestran una de-formación generalizada de 1-2 cm que afecta principalmente al entorno de toda la ciudad (Figura 4.11). También se observan ciertas zonas en las que los asientos han alcanzado magnitudes de hasta 4 cm, como es el caso del sector situado al Norte y Oeste de la estación de ferrocarril (S de la ciudad) o el ubicado entre San Basilio y el Ranero, al NW de la ciudad.

La Figura 4.12 muestra los histogramas de subsidencia correspondientes a los diferentes periodos de crisis piezométrica representados en los mapas de las Figuras 4.9 a 4.11. Como puede observarse, las mayores deformaciones se registraron durante los años 90 (Figura 4.12.a), con asientos de hasta 4 cm. Los asientos máximos registrados en los otros dos periodos de crisis (Figuras 4.12 b y c) fueron de 2 y 3 cm respectivamente. Si bien cabe destacar que la crisis piezométrica del ultimo periodo persiste en la actualidad, por lo que no es de descartar la ocurrencia de asientos aún mayores.

La Figura 4.13 muestra una serie de cortes trasversales de cuenca de dirección aproximada NW-SE (cortes 1 a 3) así como un corte longitudinal aproximadamente a lo largo del río (corte 4). En los dife-rentes cortes se muestra la topografía existente obtenida a partir del Modelo Digital del Terreno (MDT) 1:25.000 del CNIG, así como la evolución de los valores de subsidencia obtenida mediante DInSAR para diferentes periodos temporales. Como puede observarse, la cuenca, rellena por materiales detríticos finos menos consolidados, constituye una cubeta de asientos cuyos valores máximos se localizan en la ciudad de Murcia (Cortes 2 y 3) con valores superiores a los 6 cm, que disminuyen considerablemente hacia los bordes del valle. Cabe destacar la relativa estabilidad de las zonas de borde de la cuenca localizadas al NW y SE de la zona de estudio.

No hemos de olvidar que los cortes han sido elaborados a partir de los mapas interpolados obteni-dos a partir de los datos disponibles exclusivamente en los puntos coherentes mostrados en los mapas de las Figuras 4.9 a 4.11, de ahí que en aquellas zonas en las que no existen, o son escasos, puntos coheren-tes, los valores interpolados puedan diferir de los reales y mostrar tendencias anómalas, como es el caso de los bordes en los que la información ha sido extrapolada.

También se ha realizado un análisis más detallado de la distribución espacial de la subsidencia. Para ello se han estudiado las deformaciones del terreno en las localidades de Algezares y Los Garres (Figura 4.14), Beniaján y Torreaguera (Figura 4.15), los barrios del sur de la ciudad de Murcia (Figura 4.16), Puentetocinos (Figura 4.17), los barrios del norte de Murcia (Figura 4.18), Espinardo y El Puntal (Figura 4.19), Guadalupe y La Ñora (Figura 4.20).

Como puede observarse, al S de la cuenca, en las proximidades de los relieves montañosos de la Sierra de Carrascoy (Figuras 4.14 y 4.15), se diferencia una alineación que parece coincidir con el límite entre los materiales de la sierra y los rellenos de la cuenca que separa las zonas deformables de las esta-bles. En general, las deformaciones mayores se producen en la zona de rellenos de llanura de inundación, donde, a pesar de la existencia de pocos puntos coherentes en los que estimar la deformación, los asientos en los píxeles disponibles están comprendidos entre 4 y 10 cm. En la propia montaña se observan también puntos coherentes, con movimientos de hasta 4 cm. Estas deformaciones se producen en las zonas de conos de deyección y canchales localizados en la propia ladera. Las localidades de Algezares y Los Ga-rres (Figura 4.16) son muy estables, aunque las áreas situadas más al N (hacia el interior del valle) mues-tran mayores deformaciones, que incluso alcanzan los 4 cm. Sin embargo, Beniaján y Torreaguera ex-hiben una deformación generalizada (especialmente Beniaján) que puntualmente supera los 7 cm.

Page 174: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

172

Figura 4.9. Subsidencia de la ciudad de Murcia correspondiente al periodo tem

poral 1993-97.

Page 175: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

173

Figu

ra 4

.10.

Sub

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ncia

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Mur

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ral 2

000-

01.

Page 176: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

174

Figura 4.11. Subsidencia de la ciudad de Murcia correspondiente al periodo tem

poral 2005-07

Page 177: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

175

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Subsidencia (cm)

0

2000

4000

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xele

s

-4.0

-3.5

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1.0

1.5

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2.5

3.0

Subsidencia (cm)

0

2000

4000

6000

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-4.0

-3.5

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1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Subsidencia (cm)

0

2000

4000

6000

# pí

xele

s

(a)

(b)

(c)

Figura 4.12. Histogramas de distribución de subsidencia en la zona de estudio para los tres periodos de sequía experimentados en la Vega Media del Segura (Figura 4.23): (a) 1993-1997, (b) 2000-2001 y (c)

2005-2007.

En el caso concreto de Algezares, el IGME (1972) señala la existencia de una zona minera subte-rránea al S de la localidad, como consecuencia de la actividad extractiva de yesos, en la que se han produ-cido diversos colapsos. En la zona minada no existen píxeles coherentes, por lo que este fenómeno no ha podido ser constatado.

El mismo estudio señala la presencia de materiales margosos expansivos en la zona de la sierra de Carrascoy, lo que podría explicar el comportamiento ascendente de determinados píxeles situados en esta zona.

Page 178: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

176

655000 660000 665000 6700004200000

4205000

4210000

Subsidencia (m)1993-2007

-0.12 to -0.07 -0.07 to -0.04 -0.04 to -0.02 -0.02 to -0.007 -0.007 to 0.007 0.007 to 0.02 0.02 to 0.04 0.04 to 0.07

Corte 1

Corte 2

Corte 3

Corte 4

Figura 4.13. Cortes topográficos y de evolución de la subsidencia durante los periodos: 07/1994,

07/1995, 07/1997, 07/1999, 08/2000, 08/2003, 07/2005, 09/2006. Los gráficos han sido obtenidos a partir de los datos interpolados de los píxeles coherentes mostrados en el plano de planta.

Page 179: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

177

Las deformaciones medidas en el Sur de la ciudad de Murcia oscilan entre 4 y 8 cm (Figura 4.16). Como puede observarse, todo el Sur de la ciudad ha sufrido una deformación generalizada desde 1993 cuyo valor máximo es de 9.5 cm en la estructura de la Ronda Sur con la carretera N301, donde existe una acumulación considerable de puntos indicativos de una subsidencia importante.

Figura 4.14. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en las localidades de

Algezares y Los Garres.

Analizando los valores de subsidencia por barrios observamos que existe una cubeta de asientos alargada que sigue de forma aproximada la carretera N301 y que se extiende por todo el barrio del Car-men en dirección a la Colonia de San Esteban (Figura 4.16). La magnitud máxima de los asientos produ-cidos en esta cubeta es de 8.6 cm y se localiza al N de El Carmen.

Otra cubeta de asientos de menor tamaño se localiza en Barriomar (Figura 4.16). La magnitud de los asientos máximos en esta zona es de 7.1 cm.

Además de las zonas anteriormente descritas, existen numerosos focos de subsidencia de hasta 8.3 cm de magnitud dispersos por los barrios de Infante Juan Manuel, Nuestra Señora de la Fuensanta, San-tiago El Mayor y Buenos Aires. En estos barrios, y especialmente en el barrio de Infante Juan Manuel, la tendencia predominante es la de aumentar la magnitud de los asientos con la distancia al río y hacia las proximidades de la Ronda Sur (desde 1 cm hasta 7 cm), donde los asientos vuelven a reducirse hasta los 1-4 cm.

La zona norte de la ciudad de Murcia también ha sufrido una deformación acumulada considera-ble durante el periodo 1993-2007.

La zona que concentra mayor número de píxeles con deformaciones de 6-8 cm se localiza al E, ocupando los barrios de Vistabella, La Paz y San Juan (Figura 4.17). Esta zona constituye un cuenco de subsidencia con dos depocentros localizados al E y S del estadio de la Condomina y cuyo asiento máximo es de 7.4 cm.

Algezares

Los Garres El Reguerón o Guadalentín

MU302

Page 180: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

178

Figura 4.15. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en las localidades de

Beniaján y Torreaguera.

Otro cuenco de subsidencia se sitúa al S del Jardín de la Seda, en el Barrio de San Andrés (Figura 4.17). La subsidencia máxima medida es de 6.0 cm y la zona subsidente presenta una geometría en planta prácticamente circular.

En San Basilio y Santa María de Gracia también se diferencian dos cuencos subsidentes de geo-metría aproximadamente circular cuya subsidencia máxima es de 9.0 y 6.1 cm respectivamente (Figura 4.17).

En la pedanía de Puentetocinos, al E de la ciudad, se ha medido una deformación acumulada ge-neralizada de unos 5 cm. Como puede observarse en la Figura 4.18., la zona central de éste núcleo urbano es la que ha sufrido mayores deformaciones, con un valor máximo de subsidencia de 10.5 cm localizado al N de la carretera F-2.

Hacia el río Segura, aunque la concentración de píxeles es menor y se encuentran más dispersos, también se han detectado asientos de hasta 8 cm.

Las localidades asentadas sobre los pequeños cerros ubicados al N del valle muestran una clara estabilidad, con algunas zonas puntuales en las que las deformaciones no superan el centímetro (Figuras 4.19 y 4.20).

En el caso de Espinardo y El Puntal las deformaciones medidas son siempre inferiores a 1 cm (Fi-gura 4.19). Estos asientos son algo mayores a lo largo de la carretera que une estas localidades con Mur-cia, incrementándose según nos introducimos en la cuenca asentada sobre rellenos aluviales, donde su magnitud es próxima a los 2 cm.

En las localidades de Guadalupe de Maciascoque, La Ñora y Jabalí Viejo (Figura 4.20) se observa una notable estabilidad, con deformaciones siempre inferiores al centímetro.

En el Anejo V de la presente memoria se muestran los histogramas de distribución de deforma-ciones medidas mediante DInSAR en los diferentes barrios y partidas municipales de Murcia.

Torreaguera

Beniaján

MU300

FF.CC.

Page 181: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

179

Figura 4.16. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en el S de la ciudad de

Murcia.

Figura 4.17. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en el N de la ciudad de

Murcia.

Infante Juan Manuel

Nuestra Sra. De la Fuensanta

El Carmen

Buenos Aires Barriomar

Santiago el Mayor Colonia de San Esteban

El Progreso Patiño

Plaza Circular

Vistabella

La Paz

San Juan

San Miguel

San Antón

San Andrés

San Antolín

Santa María de Gracia

Vistaalegre

La Flota

Molino del Nelva

Santiago y Zaraiche

La Fama

San Basilio

El Ranero

N301

Ronda Sur

Page 182: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

180

Figura 4.18. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en la localidad de

Puentetocinos.

Figura 4.19. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en Espinardo y El Pun-

tal.

El Puntal

Espinardo

N301

Río Segura

N340

F-2

Page 183: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

181

Figura 4.20. Deformaciones acumuladas correspondientes al periodo 1993-2007 en las localidades de

Guadalupe de Maciascoque, La Ñora y Jabalí Viejo.

4.1.3. Distribución temporal de la subsidencia

La Figura 4.21 muestra la subsidencia media obtenida a partir de la evolución de la deformación de todos los píxeles coherentes existentes en la ciudad desde el año 1993 hasta la actualidad. Como puede observarse en la figura, la tasa de deformación fue máxima durante el periodo de sequía de mediados de los años 90 (periodo 1993 a 1997) con una velocidad media de 6 mm/año. A partir de este año (periodo 1997 a 2004) la tasa de subsidencia fue algo menor (3 mm/año). Finalmente, se observa un incremento considerable de la tasa de deformación, correspondiente al periodo 2004-2007 y coincidiendo con el últi-mo periodo de sequía vivido en la cuenca.

También pueden distinguirse una serie de ciclos de duración aproximadamente anual en los que hay una ligera recuperación de la subsidencia para posteriormente volver a decaer. Estos ciclos se mani-fiestan con más nitidez en los periodos en los que el nivel piezométrico no está excesivamente influencia-do por los bombeos, dado que es en estas épocas cuando el ciclo estacional hace predominar los cambios de nivel piezométrico frente a otras causas. En épocas de gran intensidad de bombeo y depresión de los niveles de agua, la influencia estacional es mucho menor, quedando sometida a los efectos de la depresión de nivel por bombeo.

La Figura 4.22 representa los histogramas de evolución temporal de la subsidencia en los puntos coherentes del área estudiada. Como puede observarse, los valores de subsidencia responden aproxima-damente a distribuciones normales cuya media se desplaza hacia la izquierda (valores de deformaciones menores equivalen a mayor subsidencia) según se incrementa el periodo temporal.

Guadalupe de Maciascoque

La Ñora

Jabalí Viejo

N-340

Page 184: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

182

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-0.02

-0.01

0.00

0.0119

84

1985

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1999

2000

2001

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2003

2004

2005

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2007

2008

Tiempo

Subs

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)

31

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41

43

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(m.s

.n.m

)

Deformación mediaNivel piezométrico

Figura 4.21. Evolución temporal de la subsidencia media de la ciudad de Murcia frente a la evolución

piezométrica en un punto situado al SW de la ciudad.

Las Figuras 4.23 y 4.24 muestran la evolución temporal de la subsidencia y de los niveles piezo-métricos en la ciudad de Murcia, respectivamente. Hay que indicar que los mapas de nivel piezométrico se han obtenido mediante una interpolación de los datos disponibles en cada uno de los piezómetros loca-lizados en el área de estudio. Como puede observarse, la interpolación se ha limitado a la zona de la ciu-dad para evitar zonas sin registros piezomético que desvirtuasen los valores reales de piezometría debido a la extrapolación realizada en las áreas sin información. En el Anejo VI se incluyen los mapas de nivel piezométrico interpolado de la ventana de estudio para el periodo 1995-2007 por trimestres.

El origen de medida de las deformaciones mostradas en la Figura 4.23 corresponde al mes de abril de 1993. Al analizar la distribución de la subsidencia a lo largo del tiempo observamos que en noviembre de 1993, tan solo siete meses después, la zona que mayores deformaciones verticales había sufrido fue el Barrio de Los Dolores, al SE de la ciudad, con asientos siempre inferiores a 4 cm.

En julio de 1995 se observa una subsidencia generalizada de la ciudad con asientos comprendidos entre 1 y 4 cm. En julio de 1997 la distribución de subsidencia acumulada es muy similar a la del periodo anteriormente referido, aunque con un mayor número de píxeles indicativos de valores de subsidencia de hasta 4 cm.

En julio de 1999 la subsidencia acumulada era mayor al E de la ciudad (barrios de Vistabella, La Paz, La Flota). Además, comenzaron a desarrollarse de forma localizada nuevos focos de subsidencia distribuidos sobre todo al S del río Segura.

En 2001 los barrios del E de la ciudad antes mencionados habían sufrido asientos acumulados de hasta 6 centímetros. También se observa en este mismo periodo de tiempo un cuenco de subsidencia al S de la ciudad, en el barrio de El Carmen, en el que el asiento máximo era de 8 cm.

Los asientos acumulados del terreno en el año 2003 llegaron a alcanzar magnitudes de hasta 8 cm al E y S de la ciudad. La amplitud de las zonas afectadas por estos asientos se fue incrementando lenta-mente hasta el año 2005, donde el número de píxeles con asientos importantes al S y E de la ciudad era algo mayor que en el periodo anterior.

Page 185: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

183

0

0.1

0.2

0.3

0.4

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0.6

-0.0

9

-0.0

8

-0.0

7

-0.0

6

-0.0

5

-0.0

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3

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2

-0.0

1

0.00

0.01

0.02

Subsidencia (m)

Frec

uenc

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)

1993-20071993-20051993-20031993-20011993-19991993-19971993-1995

Figura 4.22. Evolución de los valores de subsidencia para diferentes periodos de tiempo.

Finalmente, en marzo de 2007 prácticamente todo el S, E y NE de la ciudad contaba con asientos acumulados desde 1993 de hasta 8 cm, con valores puntuales de deformación de 12 cm.

Los niveles piezométricos (Figura 4.24) muestran un gradiente horizontal de sentido SW-NE que parece coincidir con el curso del río Segura durante los periodos de estabilidad piezométrica (Julio de 1997, julio de 1999, enero de 2002, julio de 2003 y julio de 2005).

Sin embargo, durante el periodo de sequía 1993-97 los descensos fueron importantes en todo el valle. Aunque no se dispone de suficientes datos piezométricos como para elaborar mapas de piezometría con anterioridad al año 1995, los niveles de octubre de 1995 ya muestran anomalías, con diferencias máximas respecto a los niveles de equilibrio de hasta 5-6 m. En el mapa correspondiente a esta época pueden diferenciarse hasta 3 conos de depresión piezométrica (Figura 4.24). El más importante se localiza al E de la ciudad, afectando a los barrios de La Flota, San Juan, La Paz, Vistabella y N de Infante Don Juan Manuel. Los otros dos conos de depresión se localizan al NW de la Plaza Circular y en el barrio Infante Don Juan Manuel respectivamente.

Desafortunadamente no existen datos piezométricos en los pozos municipales en el periodo 2000-2001, por lo que no se ha podido elaborar un mapa de niveles piezométricos durante este periodo.

El último periodo con anomalías piezométricas corresponde a 2005-2007. El mapa de octubre de 2006 muestra cotas piezométricas incluso inferiores a las del periodo de la primera crisis (octubre de 1995). Las cotas más bajas de nivel piezométrico se localizan al E de la ciudad de Murcia coincidiendo con Puentetocinos, Zarandona y E del barrio de la Flota. También se observa la presencia de un cono de depresión en las proximidades de la estación de ferrocarril que afecta el E de Barriomar y la Colonia de San Esteban.

En el apartado 4.3 se volverá a analizar con mayor detalle la relación entre el nivel piezométrico y la subsidencia a través de los descensos piezométricos.

Page 186: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

1993-11-10 1995-07-21 1997-07-26

1999-07-30 2001-09-08 2003-08-09

2005-07-09 2007-03-31

Figura 4.23. Evolución temporal de la subsidencia (en m) en la ciudad de Murcia.

Page 187: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

1995-10 1997-07

1999-07 2002-01 2003-07

2005-07 2006-10

Figura 4.24. Mosaico de mapas de nivel piezométrico interpolado (en m) de la ciudad de Murcia.

Page 188: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

186

4.1.4. Valores de subsidencia estimados por diferentes autores

En este apartado se exponen los valores de subsidencia estimados por diferentes autores para la ciudad de Murcia.

Los primeros trabajos sobre la subsidencia de Murcia fueron llevados a cabo por De Justo y Váz-quez (1999) y Vázquez (2001). En estos trabajos se calculan diversas soluciones para la estimación de la consolidación unidimensional del suelo debida a las variaciones de nivel piezométrico en algunos puntos de la ciudad de Murcia, empleando para ello parámetros geotécnicos del terreno obtenidos a partir de ensayos de laboratorio realizados sobre muestras inalteradas de suelo. Los asientos calculados por estos autores para las diferentes soluciones obtenidas estaban comprendidos entre 2.59 cm y 25.54 cm.

Arroyo (2001) también empleó una metodología estadística basada en el método de Monte Carlo, utilizando para ello parámetros geotécnicos y soluciones basadas en la teoría unidimensional de Terzaghi, obteniendo una distribución de asientos, aproximadamente lognormal, comprendida entre 0.5 y 96.5 cm, con una media de 9.2 cm, una moda de 0.7 cm y una mediana de 6.9 cm. Además, concluye que el 90% de los asientos son inferiores a 18.2 cm, el 80% de los asientos es inferior a 13 cm, el 70% de los asientos son menores de 10 cm, el 40% está comprendido entre 0.5 y 5.77 cm, siendo estos últimos más acordes con la realidad.

El IGME (2000b), en Martínez et al. (2004), también estudió la subsidencia del terreno de toda la Vega Media del Segura para diferentes escenarios de variación de nivel freático mediante el programa Zsoil v. 4.2. Los resultados obtenidos para la ciudad de Murcia se sintetizan en la Tabla 4.1.

Tabla 4.1. Síntesis de resultados de simulación de la subsidencia de la ciudad de Murcia para diferentes escenarios de descenso piezométrico (IGME, 2000b).

Descenso piezométrico (m) 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m

Subsidencia (cm) 0.85-2.31 1.79-3.99 2.42-6.04 3.20-8.09 3.98-10.14

Como puede desprenderse de la Tabla 4.1, los asientos máximos que tendrían lugar en el supuesto de que el nivel piezométrico descendiera unos 25 m, valor que aproximadamente corresponde con la potencia máxima de materiales deformables por encima de las gravas, se estiman en 10 cm como máxi-mo. Como veremos en apartados posteriores, la crisis piezométrica de los años 90 generó caídas piezomé-tricas de 6-8 m. Según los cálculos del IGME (2000b), la subsidencia ocasionada por este descenso debe-ría estar comprendida entre 0.85 y 3.99 cm, pudiéndose comprobar en la Figura 4.8a, que los valores medidos mediante CPT-DInSAR para ese periodo son de este orden de magnitud. 4.1.5. Tipos de comportamiento frente a la deformación

Según la evolución de los asientos en el tiempo se han diferenciado tres tipos de comportamien-tos: estabilidad, subsidencia y levantamiento.

Los puntos estables corresponden a zonas en las que a lo largo de todo el periodo estudiado no se ha producido deformación. En estos puntos se han medido deformaciones inferiores a ±1 cm (Figura 4.25.a). Este tipo de comportamiento se observa principalmente en los relieves de la periferia (al N y S de la cuenca) además de en unos pocos píxeles distribuidos por la ciudad y su entorno.

El segundo tipo de comportamiento corresponde a zonas en las que la tendencia general del píxel es la de sufrir un hundimiento progresivo. Según la magnitud del asiento final se han diferenciado zonas con deformaciones inferiores a 4 cm (Figura 4.25.b), zonas con deformaciones de hasta 7 cm (Figura 4.25.c) y zonas con deformaciones extremas de hasta 12 cm (Figura 4.25.d). Este comportamiento se observa en las zonas de relleno sedimentario de la cuenca. Sin embargo, dentro de los rellenos sedimenta-rios, la distribución de estos comportamientos no está, en general, claramente definida, existiendo zonas de relativa poca magnitud en las que se diferencia un patrón concéntrico de deformación que genera una cubeta de asientos con valores máximos en el centro de la misma. Estos asientos disminuyen según nos alejamos del centro de la cubeta.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

187

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#10013

#1366

#2375

Figura 4.25. Tipos de comportamiento diferenciados: a) Píxeles estables; b), c) y d) Píxeles subsidentes; y e)Píxeles

con levantamiento.

Como puede observarse del análisis de estas gráficas (Figuras 4.25.b a 4.25.d) y ya se ha señalado anteriormente, en la mayor parte de los casos existen pequeños ciclos dentro de la tendencia general sub-sidente en los que se observa una recuperación positiva de la deformación, de menor magnitud que la deformación previa. Estas recuperaciones podrían estar relacionadas con ciclos de elevación del nivel piezométrico capaces de generar una recuperación elástica del acuitardo.

También cabe destacar que el comportamiento no es siempre el mismo a lo largo del tiempo. Evi-dentemente, estas diferencias se deben al diferente régimen piezométrico existente en cada zona, las dife-rentes litologías existentes, la relación acuífero-acuitardo, las propiedades geotécnicas de los materiales, la proximidad de zonas de extracción de agua, etc.

Por último, se encuentran los píxeles con levantamiento (Figura 4.25.e). La mayor parte de estos píxeles muestran elevaciones inferiores a 2 cm y se localizan en los relieves del N (especialmente NE) y S

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

188

del valle. Aunque no se ha podido disponer de muestras inalteradas de los suelos presentes en estas áreas, el “Mapa geotécnico y de riesgos geológicos para ordenación urbana de Murcia” (IGME, 1972) califica los materiales margosos presentes en estas áreas como potencialmente expansivos. Robles (comunicación personal) ha reconocido suelos expansivos en la zona de Altoreal y Molina de Segura al N y en Sangone-ra la Verde al S, por lo que no es de descartar que estos movimientos ascendentes de pequeña magnitud en materiales margosos se deban a fenómenos de expansividad.

En el interior de la cuenca se han medido también levantamientos del terreno de magnitud inferior al centímetro como consecuencia de la recuperación, supuestamente elástica, de los materiales de relleno de la cuenca durante los periodos de elevación piezométrica. No obstante, el movimiento general corres-pondiente al periodo 1993-97 en esta zona es negativo (subsidencia).

4.2. Validación de los resultados CPT

Una vez realizado el procesado interferométrico de la zona de estudio y conocidas las deforma-ciones (temporal y espacialmente), debemos validar dichos resultados para detectar, si así fuera, compor-tamientos o valores anómalos que nos alertaran de la existencia de errores en la elección de los paráme-tros de cálculo o en el propio procesado. La validación se ha realizado comparando puntualmente las deformaciones obtenidas a partir del procesado DInSAR con las lecturas de deformación instrumentales in situ. La coincidencia aceptable entre ambos tipos de lecturas nos permitirá aceptar como buenos los resultados DInSAR obtenidos para toda el área de estudio.

Tal y como se describe en el Capítulo III de la presente memoria, el IGME instaló en el año 2001 un total de 22 extensómetros (16 de varilla y 6 incrementales) a profundidades comprendidas entre 0 y 20.8 metros. De todos ellos, actualmente sólo 15 están operativos.

Los extensómetros de varilla se miden con comparadores mecánicos cuya resolución es de 0.01 mm, siendo su precisión del orden de ±0.5 mm. Los extensómetros incrementales emplean sistemas eléc-tricos de medida que proporcionan precisiones finales de ±0.1 mm.

Se ha estudiado la evolución temporal de la subsidencia medida mediante ambas técnicas, CPT y extensómetros, durante el periodo 2001-2007. Para realizar la comparación entre ellas se ha proyectado la lectura extensómetrica sobre la Línea de Vista (LOS) del satélite, y se ha interpolado el primer valor de subsidencia obtenido mediante extensómetros en el gráfico de valores de deformación proporcionado por la técnica DInSAR. Posteriormente se han determinado las diferencias entre ambas gráficas, obteniendo así el error medio (considerando el signo de la diferencia entre ambas lecturas) y el error medio absoluto, con sus respectivas desviaciones estándar.

Dado que se disponía del procesado DInSAR mediante la técnica CPT, objeto de esta tesis docto-ral, y también mediante la técnica SPN (Stable Point Network), se han empleado también los datos de este segundo procesado para compararlos con los resultados obtenidos mediante CPT y con los valores ins-trumentales proporcionados por los extensómetros.

El procesado SPN ha sido llevado a cabo en el marco del proyecto europeo Terrafirma, habiendo sido procesado por Altamira y el IGME (Terrafirma, 2008). La técnica SPN es también un método avan-zado de interferometría que se basa en criterios de estabilidad de la intensidad de los reflectores perma-nentes para la selección de los mismos. Dado que estos resultados sólo se han empleado para comparar los resultados obtenidos mediante esta técnica con las medidas instrumentales y las medidas CPT, no se profundizará más en los fundamentos de la técnica. Para más información sobre la técnica SPN y los parámetros empleados en el procesado pueden consultarse Arnaud et al. (2003) y Herrera et al. (2008).

Los resultados obtenidos al comparar las lecturas extensométricas con las lecturas obtenidas de los procesados DInSAR CPT y SPN se resumen en las Tablas 4.2, 4.3 y 4.4. En el Anejo VII se incluyen también los gráficos de evolución de las lecturas realizadas mediante extensómetros, CPT y SPN.

4.2.1. Comparación con medidas instrumentales

Como puede apreciarse a simple vista en las figuras incluidas en el Anejo VII, la coincidencia de lecturas entre ambas técnicas (extensómetros y CPT) es buena en general, aunque existen algunos puntos en los que ambas técnicas difieren de forma considerable, como son en los extensómetros V1, V4 y Ei6.

Page 191: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

189

La Tabla 4.2 muestra la estadística obtenida de la comparación de los datos obtenidos al aplicar la técnica CPT y los datos instrumentales proporcionados por los extensómetros.

La segunda columna indica el espesor de suelo blando, susceptible de sufrir procesos de consoli-dación ante cambios piezométricos, medido a partir de las columnas litológicas disponibles en los son-deos instrumentados mediante extensómetros o a partir de columnas litológicas de sondeos próximos disponibles. Este valor resulta de gran interés para compararlo con los datos de la siguiente columna, que recoge la profundidad instrumentada mediante los extensómetros.

Las cuatro columnas sucesivas corresponden al error medio y medio absoluto con sus respectivas desviaciones estándar de las dos series temporales de datos (deformación CPT y extensómetros).

En la siguiente columna de datos se incluye la distancia disponible entre el centro del píxel cohe-rente considerado y el extensómetro. Hay que tener en cuenta que el píxel es cuadrado, con 60 de lado, por lo que si la distancia del extensómetro al centro del píxel es aproximadamente mayor de 43 m, po-dremos afirmar con toda seguridad, que el extensómetro se localiza fuera del píxel, y por lo tanto, propor-ciona las medidas de deformación de una zona próxima al extensómetro.

Las últimas columnas corresponden a la coherencia media y el error de MDT obtenidos del proce-sado interferométrico. Estos parámetros proporcionan una idea de la calidad del procesado. Coherencias elevadas indican estabilidad de la señal mientras que errores de MDT bajos son igualmente indicativos de un buen ajuste del modelo a los datos interferometricos.

Hechas las aclaraciones pertinentes, en la Tabla 4.2 observamos que el error medio de la compa-ración CPT-extensómetros es de -2.6 ± 4.7 mm. Este error se incrementa hasta 4.5 ± 4.1 mm si conside-ramos los valores absolutos de las diferencias entre ambas técnicas de medida. La diferencia máxima entre ambos tipos de medida es de -9.0 mm.

Por tipos de extensómetros observamos que el error medio absoluto es de 4.4 ± 4.0 mm para los extensómetros de varilla mientras que este error se incrementa ligeramente hasta 4.9 ± 4.3 mm en el caso de los extensómetros incrementales.

En la misma tabla, podemos observar que los errores medios son siempre negativos excepto para los extensómetros V5 y V6, en los que prácticamente coinciden las medidas de ambas técnicas, y el ex-tensómetro V1, en el que las deformaciones CPT son menores que las instrumentales.

Aunque se han intentado correlacionar entre sí, no se ha determinado ninguna relación entre los errores medios y los parámetros mostrados en la tabla: subsidencia, distancia (medida desde la posición del extensómetro hasta el centro del píxel coherente de tamaño 60 x 60 m), coherencia y error de MDT.

Las diferencias observadas entre ambos tipos de lectura (medidas instrumentales frente a medidas DInSAR) pueden deberse a diversos motivos. La primera causa posible es que los extensómetros miden las deformaciones a lo largo de la profundidad a la que se instalan. Es decir, que miden la subsidencia exclusivamente de la columna de suelo que atraviesan, y dado que prácticamente ningún extensómetro alcanza el primer nivel de gravas indeformables, es posible que exista una porción de la subsidencia total de la superficie del terreno que no se mide. Por el contrario, las técnicas interferométricas determinan la deformación absoluta de los blancos situados en la superficie del terreno y, por lo tanto, de todas las capas de suelo que componen el acuífero hasta llegar al substrato geotécnico. Esta hipótesis parece estar en aparente contradicción con el hecho de que la subsidencia es máxima en la superficie y disminuye con la profundidad, tal y como se ha visto en el Capítulo III y en el Anejo III en el que se muestran las variacio-nes de las lecturas con la profundidad, por lo que el espesor final de la columna de suelo no instrumentada no sería suficiente como para explicar el defecto de deformación medido con interferometría.

Una segunda hipótesis para explicar estas diferencias se debe al propio fundamento de la técnica interferométrica. Como ya se explicó en el Capítulo II, la señal reflejada por cada píxel al satélite es la suma de las señales devueltas por cada uno de los blancos existentes en la escena. Los elementos reflec-tantes pueden ser huecos de ventana de edificios, elementos salientes de edificios, triedros generados por la intersección de dos muros perpendiculares y el suelo, arquetas de registro, etc. Por tanto, la medida realizada por el satélite puede no referirse exactamente al movimiento del terreno sino al de algún otro blanco localizado sobre éste cuyo movimiento difiera del de la subsidencia del terreno instrumentada, ya que el extensómetro se instala en un sondeo realizado en el terreno, y siempre mide la deformación de la columna de suelo que atraviesa. Además, varias de las comparaciones realizadas corresponden a exten-sómetros localizados fuera del píxel disponible. Por lo tanto, en algunos casos concretos podemos estar midiendo deformaciones diferentes con cada uno de los sistemas.

Page 192: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

190

Una tercera hipótesis, que posteriormente se volverá a retomar, se fundamenta en el hecho de que, aparte de aquellos puntos en los que la coincidencia entre ambas técnicas es muy mala debido a alguna de las causas ya mencionadas, las deformaciones medidas con los extensómetros a partir de septiembre de 2005 en algunos casos y julio de 2006 en otros, son en general menores que las proporcionadas por la técnica CPT. La causa de esta diferencia podría ser el comienzo de la extracción de agua desde capas más profundas con motivo de la inauguración de la batería de pozos de sequía, ocasionando la consolidación de capas más profundas, situadas por debajo del primer nivel de gravas y, en consecuencia, no instrumen-tadas mediante los extensómetros. Los primeros pozos de sequía comenzaron a ejecutarse en agosto de 2005 (CHS, 2007), por lo que dicha subsidencia adicional medida mediante CPT podría deberse a la con-solidación de capas de terreno más profundas.

Por último, hemos de tener en cuenta el error de las técnicas, tanto interferométricas como ins-trumentales, que pueden ocasionar desviaciones respecto a las deformaciones realmente existentes.

Cualquiera de las explicaciones dadas, o un cúmulo de ellas, podría justificar las diferencias ob-servadas entre los extensómetros y la técnica CPT. Sin embargo, si la comparación entre las diferencias de la deformación proporcionadas por ambas técnicas la llevamos a cabo dividiendo el periodo de compa-ración en dos subperiodos, la tercera explicación parece tomar fuerza debido a la mayor coincidencia entre ambas lecturas. Para ello se ha calculado la diferencia media absoluta correspondiente al periodo anterior a septiembre de 2005 (puesta en marcha de los primeros pozos de sequía que bombean agua desde el acuífero profundo), resultando un valor medio de 3.2 ± 2.7 mm. Para este mismo periodo la dife-rencia media ha sido de -1.6 ± 3.3 mm con diferencias máximas de 6.8 mm. Estos valores son inferiores a los calculados para el periodo instrumentado completo.

4.2.2. Comparación con medidas SPN

La Tabla 4.3 muestra los valores estadísticos de las comparaciones realizadas para las series tem-porales de datos obtenidas mediante el procesado SPN e instrumental. El significado de los parámetros mostrados en la tabla es el mismo que el empleado para la Tabla 4.2, con la peculiaridad del significado teórico de los parámetros de coherencia media y error de MDT que adoptan en el caso de la técnica SPN y que puede ser consultado en Arnaud et al., (2003).

Los resultados de deformación obtenidos mediante la técnica SPN han servido para realizar una doble comparación estadística. Por un lado, se han comparado las deformaciones SPN-DInSAR con las deformaciones instrumentales proporcionadas por los extensómetros. En segundo lugar se han comparado las deformaciones SPN con las CPT.

La técnica SPN proporciona errores medios absolutos (Tabla 4.3) entre las medidas instrumenta-les y sus estimaciones de 5.9 ± 4.1 mm y errores medios de -3.1 ± 5.0 mm. La diferencia máxima entre ambas técnicas es de -15.9 mm.

Desafortunadamente, la última imagen del procesado SPN corresponde al 22 de octubre de 2005, por lo que no ha podido confirmarse la falta de coincidencia entre las medidas proporcionadas por la técnica SPN y las medidas del espesor instrumentado mediante extensómetros del mismo modo en que se ha hecho con las deformaciones CPT.

La comparación entre los valores de deformación determinados mediante las dos técnicas interfe-rométricas disponibles se ha realizado en los mismos términos que en los apartados anteriores. La compa-ración se ha realizado para el intervalo de tiempo en el cual se solapan ambos procesados y que se en-cuentra comprendido entre Febrero de 2001 y Octubre de 2005. Los resultados de dicha comparación se muestran en la Tabla 4.4. Los errores medios absolutos entre ambas técnicas son de 7.5 ± 4.8 mm y erro-res medios de -0.4 ± 5.4 mm. La diferencia máxima entre ambas técnicas es de -15.2 mm.

Es importante destacar el hecho de que la técnica SPN puede proporcionar diversos puntos esta-bles o persistentes (PS) dentro de un mismo píxel correspondiente al procesado CPT. La estadística y las comparaciones mostradas corresponden siempre al mejor punto persistente de los existentes dentro del píxel considerado, entendiendo éste como aquel cuyo comportamiento deformacional en el tiempo pre-senta una mayor coincidencia con el del extensómetro más próximo. Herrera et al. (2008) estudiaron con mayor detalle este hecho, observando que algunos PSs reproducen el movimiento de elementos elevados y no del suelo, por lo que resulta necesario, a la hora de llevar a cabo la comparación directa, seleccionar los PSs que proporcionan la respuesta deformacional del suelo.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

191

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42

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4 -1

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Page 194: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

192

Tabla 4.3. Estadística correspondiente a la comparación tem

poral de los datos de deformación SPN

y extensométrica durante el periodo de Febrero de 2001

a Octubre de 2005. Los datos de espesor de suelo blando m

arcados con asterisco han sido obtenidos directamente de la colum

na litológica del sondeo extensométri-

co. El resto de espesores han sido determinados a partir de sondeos geotécnicos próxim

os a los extensómetros.

Espesor/Profundidad

(m)

Extensómetro

Suelo Extens.

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(mm

) SPN

-Ext.

Desv. est. del

error medio

(mm

), σ

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m)

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Desv. est. del

error medio

absoluto (mm

)

Distancia del

extensómetro

al píxel SPN

(m)

Coherencia m

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DT (m

)

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14.4 6.1

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0.43 18.70

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20.8 1.6

3.4 2.8

2.4 144.00

0.49 11.20

Ei-3 26.0

20.8 -5.9

9.2 7.8

7.5 72.54

0.51 13.20

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17.2 0.4

4.4

Page 195: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

193

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4.4

Page 196: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR Diferencial (DInSAR) avanzada

194

4.2.3. Comparación de las precisiones conseguidas con datos bibliográficos

Numerosos autores han realizado comparaciones similares a la realizada en esta tesis doctoral, comparando medidas instrumentales, topográficas o geodésicas con deformaciones obtenidas mediante técnicas DInSAR.

La Tabla 4.5 incluye un resumen de los resultados obtenidos por diversos autores para cada uno de los casos estudiados. Como puede apreciarse, las técnicas interferométricas e instrumentales emplea-das son diferentes en cada caso. Los procesos monitorizados corresponden en todos los casos a subsiden-cia, aunque de distinto origen (minera, tectónica y por extracción de agua), por lo que las velocidades de los procesos son también diferentes, oscilando entre 6 y 29 mm/año.

Las diferencias absolutas y los errores resultantes de la comparación, entre las técnicas interfero-métricas e instrumentales, realizada por estos autores son del mismo orden de magnitud que las obtenidas en el procesado realizado en esta tesis doctoral.

4.3. Análisis de los factores condicionantes y desencadenantes de la subsidencia.

En este apartado se analiza espacialmente las relaciones existentes entre: los factores desencade-nantes de la subsidencia, es decir, aquellos que provocan variaciones en las condiciones de estabilidad y pueden romper el equilibrio existente en el suelo (como son la posición y volumen de agua extraída de pozos de bombeo, localización de sótanos, el río Segura y los sistemas de acequias -o azarbes- existentes), los factores condicionantes, es decir, todos aquellos elementos propios del medio que hacen posible la ocurrencia del fenómeno (como son los espesores de suelo blando, la posición de la antigua ciudad y la litología existente), los efectos causados por la subsidencia (como son los daños en edificaciones) y la magnitud de la subsidencia del terreno.

Para llevar a cabo este análisis espacial se ha empleado un Sistema de Información Geográfica (SIG) que permite realizar las operaciones espaciales oportunas mediante las herramientas disponibles. El SIG empleado ha sido el Idrisi Andes de los Laboratorios Clark, aunque los mapas obtenidos han sido exportados a Arcmap de Esri para una salida gráfica más estética.

Previo a la realización de los análisis espaciales, se han digitalizado todas las variables considera-das en los mismos. Esta digitalización se ha hecho directamente en ArcMap, en Cartalinx o en Autocad, dependiendo del formato en el que se disponían los datos y la naturaleza topológica de los mismos. El tamaño de píxel empleado en los análisis es de 60 x 60 m, dado que coincide con el tamaño de píxel del procesado interferométrico. Todas las entidades vectoriales (sótanos, pozos, río y azarbes) han sido con-vertidas a formato ráster mediante la función Rastervector de Idrisi. Esto implica que las entidades pun-tuales (pozos) quedan representadas mediante un píxel de 60 x 60 m, las lineales (río y azarbes) mediante sucesiones de píxeles con la misma resolución de 60 x 60 m y los polígonos (sótanos) mediante grupos de píxeles del mismo tamaño.

A su vez, las propiedades discontinuas, como el caudal de bombeo, o aquellas que, aunque son continuas, sólo se conocen en una serie de puntos, como es el caso de los espesores de arena y suelo blan-do disponibles en los puntos en los que existen sondeos geotécnicos, se han interpolado con el fin de poder llevar a cabo el análisis estadístico para todos los puntos de la ventana temporal de estudio.

Otra consideración a tener en cuenta es que algunos de los datos empleados son variables en el tiempo, como es el caso de los caudales de bombeo, que pueden ser continuos o intermitentes. A su vez, algunos de los inventarios de pozos empleados en los análisis son incompletos o simplemente aproxima-dos debido a la metodología empleada para su elaboración en el campo. En consecuencia, estos datos adolecen, por lo general, de una imprecisión que en ocasiones puede llegar a ser importante.

La digitalización de las entidades, su rasterización y conversión en píxeles o grupos de píxeles de 60 x 60 m, la interpolación de los datos, la variación temporal de algunas propiedades y la imprecisión de otras inducen, de forma inevitable, una serie de errores que pueden incidir de forma directa en la calidad de los análisis estadísticos.

Page 197: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

195

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

196

A partir de estos datos brutos se ha llevado a cabo un análisis estadístico en SPSS 15.0 con el fin de identificar posibles relaciones entre las variables consideradas (distancia a pozos, distancia a río, cau-dales de bombeo, espesores de suelo blando, espesores de arena, etc.) y la subsidencia medida para los dos periodos de crisis más importantes: 1993-97 y 2005-07.

Inicialmente se ha llevado a cabo una representación mediante gráficos de dispersión matricial de todas las variables para la posible identificación gráfica de las relaciones entre parámetros. A simple vista no se distingue ningún tipo de relación predominante, por lo que las correlaciones realizadas serán siem-pre lineales. Posteriormente se han calculado las matrices de correlación lineal de todas las variables para cuantificar la calidad de las correlaciones mediante el coeficiente de correlación de Pearson (r) y el grado de significación. La matriz de correlación completa correspondiente a los datos disponibles para los pe-riodos 1993-97 y 2005-07 se muestra en el Anexo VIII. En las Tablas 4.6 y 4.7 se muestran exclusiva-mente los parámetros de correlación con la subsidencia de las variables anteriormente enumeradas.

Tabla 4.6. Matriz de correlación 1993-97. r: Coeficiente de correlación de Pearson; sig.: Grado de sig-nificación.

Subsidencia 94-97 (mm)

r 0.161 Distancia a azarbes (m) sig. 0.000 r 0.345 Distancia al río (m) sig. 0.000 r 0.171 Distancia a ríos y azarbes (m) sig. 0.000 r -0.144 Distancia a edificios dañados (m) sig. 0.000 r 0.078 Descenso piezométrico enero 98 - enero 96 (m) sig. 0.000 r -0.148 Espesor de arena (m) sig. 0.000 r -0.258 Espesor de suelo blando (m) sig. 0.000 r -0.160 Distancia a pozos municipales (m) sig. 0.000 r 0.019 Distancia otros pozos (m) sig. 0.380 r -0.232 Caudal a pozos municipales interpolados (l/s) sig. 0.000 r -0.161 Caudal a otros pozos interpolado (l/s) sig. 0.000 r -0.197 Distancia a sótanos de 2 y 5 plantas (m) sig. 0.000 r -0.282 Distancia a sótanos de 1 planta (m) sig. 0.000 r -0.246 Distancia a sótanos de 2 plantas (m) sig. 0.000 r -0.263 Distancia a sótanos de 5 plantas (m) sig. 0.000 r -0.265 Distancia a todos los sótanos (m) sig. 0.000

Como es bien sabido, el grado de significación nos indica si la relación encontrada es debida al azar o no. Cuanto más bajo sea el valor del grado de significación, menor será la probabilidad de que las relaciones obtenidas se deban al azar. Generalmente se acepta como suficiente un valor del grado de sig-nificación inferior a 0.05. Por otro lado, se ha considerado el coeficiente de correlación de Pearson, que es

Page 199: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

197

un índice estadístico que mide la relación lineal entre dos variables cuantitativas, siendo mejor la correla-ción cuando más próximo se encuentra de 1 (si la relación es directa) o de -1 (si la relación es inversa).

Los resultados muestran en la mayor parte de los casos una falta de correlación importante o co-rrelaciones sin sentido físico.

Tabla 4.7. Matriz de correlación 2005-07. r: Coeficiente de correlación de Pearson; sig.: Grado de sig-nificación.

Subsidencia 05-07 (mm)

r 0.005 Distancia a azarbes (m) sig. 0.831 r -0.023 Distancia al río (m) sig. 0.284 r -0.020 Distancia al río y azares (m) sig. 0.343 r -0.350 Descenso piezométrico enero 05-octubre 06 (m) sig. 0.000 r 0.140 Espesor arena (m) sig. 0.000 r -0.346 Espesor suelo blando (m) sig. 0.000 r 0.271 Distancia pozos agrícolas (m) sig. 0.000 r 0.243 Distancia a pozos industriales (m) sig. 0.000 r -0.231 Distancia a pozos sequía (m) sig. 0.000 r -0.297 Distancia a pozos municipales (m) sig. 0.000 r -0.036 Distancia a otros pozos (m) sig. 0.095 r -0.244 Caudal pozos agrícolas interpolado (l/s) sig. 0.000 r -0.221 Caudal pozos municipales interpolados (l/s) sig. 0.000 r 0.027 Caudal pozos industriales interpolado (l/s) sig. 0.218 r 0.304 Caudal pozos sequía interpolados (l/s) sig. 0.000 r -0.070 Caudal todos los pozos interpolados (l/s) sig. 0.001 r -0.437 Distancia a sótanos de 2 y 5 plantas (m) sig. 0.000 r -0.439 Distancia a sótanos de 1 planta (m) sig. 0.000 r -0.474 Distancia a sótanos de 2 plantas (m) sig. 0.000 r -0.336 Distancia a sótanos de 5 plantas (m) sig. 0.000 r -0.436 Distancia a todos los sótanos (m) sig. 0.000

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

198

De la correlación global llevada a cabo entre los distintos parámetros correspondientes a los pe-riodos temporales 1993-97 y 2005-07 y mostrada en las Tablas 4.6 y 4.7 y el Anejo VIII cabe destacar las siguientes relaciones que, aunque no siempre proporcionan un gran coeficiente de correlación, merecen ser consideradas y analizadas con mayor detalle a posteriori dado su lógico significado físico:

- El valor absoluto de la subsidencia es mayor en las proximidades del río. Esta correlación sólo se observa durante el periodo 1993-97, no siendo significativa para el periodo 2005-07.

- Los daños en edificios se localizan preferentemente próximos al río Segura.

- Los descensos piezométricos son mayores en las proximidades del río y de los azarbes.

- Los espesores de arena son mayores en las proximidades del río.

- Cuanto mayor es el espesor de suelo deformable, mayor es el valor absoluto de la subsidencia.

- Los edificios dañados se localizan mayoritariamente en las proximidades de los pozos munici-pales, disminuyendo la densidad de daños con la distancia a éstos.

- Los daños en edificios se localizan próximos a los sótanos. Las correlaciones son muy buenas para los sótanos de 2 y 5 plantas, siendo menor para los sótanos de 1 planta. Esta correlación, al igual que la anterior, sólo es válida para el periodo temporal 1993-97, ya que para el otro periodo no existe inventario de daños.

- Aunque aparentemente es contradictorio con la afirmación anterior, la subsidencia, en valor absoluto, es menor en las proximidades de los sótanos inventariados, aumentando con la distan-cia a los mismos.

- Los descensos piezométricos acaecidos durante el periodo 2005-07 son menores en las proxi-midades de los sótanos inventariados, aumentando con la distancia a éstos. Esta correlación es mejor para los sótanos de 1 planta.

En los apartados sucesivos se analizarán de nuevo las correlaciones existentes entre todas las va-riables analizadas.

4.3.1. Factores desencadenantes

Los factores desencadenantes de la subsidencia son todos aquellos que provocan variaciones en las condiciones de estabilidad y pueden romper el equilibrio existente en el suelo.

En este apartado se analiza la relación existente entre la subsidencia y los factores desencadenan-tes identificados en la zona de estudio. Los factores desencadenantes de la subsidencia en la ciudad de Murcia estudiados han sido las variaciones piezométricas y la localización de los pozos y sótanos desde los que se extrae agua. 4.3.1.1. Piezometría

Los descensos piezométricos son el factor desencadenante de la subsidencia más relevante. En es-te apartado se comparan los valores de subsidencia medidos mediante la técnica DInSAR con la distribu-ción temporal y espacial de niveles piezométricos en la zona de estudio.

Para el estudio espacial de los niveles piezométricos se han elaborado mapas interpolados a partir de los valores puntuales de cota absoluta piezométrica de cada uno de los puntos de medida disponibles correspondientes a cada periodo de tiempo. Por otro lado, para el estudio temporal de la subsidencia se han empleado las series completas de lecturas piezométricas y comparado a su vez con la evolución tem-poral de la deformación.

Desafortunadamente, no existen datos piezométricos en los pozos municipales de la ciudad de Murcia durante el periodo de sequía 2000-01, aunque sí para los periodos 1995-2000 y 2001-2006. Asi-mismo, los piezómetros multicapa instalados por la Confederación Hidrográfica del Segura comenzaron a

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

199

estar operativos en el año 2006, por lo que el registro con el que se cuenta es muy corto. Además de los anteriormente mencionados registros piezométricos, se cuenta con una serie de registros piezométricos del IGME en unos pocos pozos distribuidos por todo el valle que sí que disponen de datos desde el año 1973.

La Figura 4.26 muestra la comparación entre las deformaciones medidas mediante DInSAR y las variaciones de nivel piezométrico en el primer nivel de gravas.

Como puede observarse, la mayor parte de los registros piezométricos muestran cambios estacio-nales de unos 2-3 metros de amplitud con un registro de caída máximo de 6-8 metros correspondiente al periodo de sequía acaecido a mediados de los años 90. Tras el periodo de sequía, en la mayor parte de los piezómetros situados en la ciudad de Murcia se observa un descenso gradual de los niveles, superpuesto a las variaciones estacionales. Este comportamiento se observa con mayor claridad en el piezómetro H-46. Tal y como se ha comentado, a partir del año 2000 los piezómetros instalados en los pozos municipales no cuentan con registros, por lo que no queda definido el descenso producido en la ciudad. Sin embargo, los piezómetros del IGME (p.e. H-0179 en Figura 4.26) muestran un descenso de los niveles piezométri-cos de menor magnitud que el acaecido durante el periodo anterior. Por último, a partir del verano de 2005 y hasta prácticamente el año 2007, se observa una caída piezométrica máxima de 6-10 metros que en muchos puntos de la ciudad supera los descensos piezométricos correspondientes a la sequía de los años 90.

En el sondeo H-12, ubicado en Espinardo, al Norte de la ciudad, las deformaciones medidas me-diante DInSAR son inferiores a 1 cm pese a que se producen variaciones de hasta 8 metros en el nivel piezométrico. La razón reside en el tipo de suelo existente. Aunque se trata de un sondeo hidrogeológico y la columna litológica no tiene demasiado detalle, la estratigrafía de este sondeo se compone de 18 me-tros de arcillas con arenas, 11 metros de arcillas con gravas y, arcilla y pizarra (posiblemente esquistos) durante 13 metros más. Según la posición en la cuenca, esta zona corresponde a abanicos aluviales y substrato bético (substrato geotécnico), que presentan una menor deformabilidad que los materiales de la llanura de inundación, estando frecuentemente encostrados.

En el resto de sondeos (H-38, H-11, H-46, H-6, H-21 y H-0179), el comportamiento del nivel pie-zométrico es similar al descrito para el sondeo S12. Sin embargo, el comportamiento deformacional es diferente, presentando un primer periodo de subsidencia asociado al descenso piezométrico ocurrido a mediados de los noventa que va seguido de un ligero levantamiento debido a la recuperación de los nive-les piezométricos. Con posterioridad a este periodo, la subsidencia es continua, con pequeñas recupera-ciones asociadas a elevaciones del nivel del agua. Asociada a la depresión piezométrica de los años 2000-2001 se observa en algunos casos una aceleración de la deformación. Sin embargo, la tasa de deformación se incrementa considerablemente durante el último periodo de sequía que dio comienzo en 2005.

Un hecho a destacar es la recuperación parcial de la deformación que se observa en todos los píxeles subsidentes entre los años 1996 y 1997 debido a la recuperación piezométrica que comenzó en 1995. El retardo existente entre la recuperación del nivel piezométrico y de la deformación se debe posi-blemente a que el acuitardo no cesa de deformarse hasta que las presiones intersticiales en su seno no han alcanzado el equilibrio. Este equilibrio tarda en alcanzarse cierto tiempo, debido a la permeabilidad de los materiales y la recarga del acuitardo que principalmente tiene lugar por su muro.

También debe comentarse que la tasa de deformación (pendiente de la gráfica tiempo-deformación) es mayor durante aquellos periodos en los que el descenso piezométrico supera un cierto valor umbral. Dicho umbral podría corresponder con la presión de preconsolidación aparente del terreno, tal y como se explicó en el Capítulo II de la presente memoria.

En el Anejo IX pueden consultarse las evoluciones de los niveles piezométricos y de la subsiden-cia en la totalidad de los pozos con registros piezométricos de la Vega Media del río Segura.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 4.26. Comparación de los niveles piezométricos de diversos pozos con la evolución temporal de la subsidencia. La curva azul corresponde al nivel piezométrico y la negra a las deformaciones medidas

mediante DInSAR.

Page 203: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

201

Como se desprende del análisis de los datos piezométricos (Figura 4.27) y se ha descrito en apar-tados previos, desde los años 90 hasta la actualidad podemos diferenciar tres periodos de crisis piezomé-trica. La crisis con mayor repercusión económica y social fue la de los años 1993-1997. Posteriormente se produjo una segunda crisis de mucha menos relevancia durante los años 2000-2001. Finalmente, la crisis que se inició en 2005 y que dura hasta la actualidad ha generado descensos piezométricos que en algunas localizaciones de la zona de estudio son incluso superiores a las acaecidos durante la crisis de los 90.

Figura 4.27. Evolución piezométrica en un piezómetro situado al SE de la ciudad de Murcia con indica-

ción de los periodos de subsidencia representados en la Figura 4.12

Como puede observarse de los tres periodos de crisis piezométrica definidos con anterioridad, el de mayor duración temporal fue el correspondiente a los años 90. Durante este periodo el acuífero sufrió el mayor descenso piezométrico conocido en su historia.

Como se desprende del análisis de los niveles piezométricos medidos en los pozos de la ciudad y su entorno, en el año 1998 se habían recuperado los niveles piezométricos hasta alcanzar las cotas exis-tentes antes del periodo de sequía. Dado que los datos de los pozos municipales comienzan sus registros a partir de 1994, no existe una serie completa del descenso piezométrico correspondiente a la sequía de los años 90, excepto en unos pocos pozos dispersos por toda la Vega Media y Baja del Segura. Es por ello que, a efectos de este análisis espacial, el descenso piezométrico correspondiente a este periodo de sequía se ha caracterizado a partir de los datos de recuperación del nivel piezométrico producidos entre enero de 1996 y enero de 1998.

Al cruzar estos valores de recuperación piezométrica interpolados, asimilables a los descensos piezométricos del periodo anterior, con el mapa de distribución de edificios dañados durante esta época, podemos observar que 98 (95.1%) de los 103 edificios digitalizados se encuentran localizados en áreas en las que el descenso piezométrico ha sido superior a 5 metros (Figura 4.28). Sólo 5 (4.8%) edificios daña-dos se encuentran ubicados en áreas con descensos piezométricos inferiores a 4 metros.

A pesar de la observación anterior, el análisis comparativo a nivel de píxel entre los descensos piezométricos correspondientes al periodo temporal 1993-97 y los daños sufridos en los edificios inventa-riados no muestran una correlación significativa, tal y como se recoge en el Anejo VIII.

También se ha llevado a cabo un análisis espacial para estudiar las relaciones entre los descensos de nivel freático correspondientes a los periodos 1993-1997 y 2005-2007 y la subsidencia medida durante ese mismo periodo. La correlación entre ambas variables no es significativa para el periodo 93-97, posi-blemente porque al no disponer de datos del descenso 93-96, los datos empleados corresponden a las lecturas de los piezómetros en la fase de recuperación piezométrica (periodo 1996-98). La correlación entre los descensos piezométricos ocurridos en el periodo 2005-07 y la subsidencia para ese mismo pe-

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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riodo proporciona una mejor correlación en la que, como es de esperar, al aumentar el descenso piezomé-trico aumenta también la subsidencia (Tabla 4.7).

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Figura 4.28. Número de edificios dañados frente a los diferentes valores de descenso piezométri-

co (calculado como recuperación piezométrica correspondiente al periodo enero 96-enero 98 interpola-dos).

Sin embargo, hemos de tener en cuenta que la subsidencia no sólo depende del aumento de es-fuerzos efectivos aplicados al suelo como consecuencia de la caída piezométrica, sino que además está condicionada por otros factores relativos a la deformabilidad del suelo que es sometido al esfuerzo en cuestión y al espesor de suelo deformable.

4.3.1.2. Localización de pozos

Los pozos constituyen puntos de salida de agua desde el acuífero y, como tales, son susceptibles de generar una depresión del nivel piezométrico en torno a su área de influencia. Por lo tanto, pueden considerarse como factores desencadenantes de la subsidencia.

Desde la aparición de los primeros problemas de subsidencia en la ciudad de Murcia, se achacó el problema a un descenso del nivel freático debido al bombeo desde pozos.

Con el fin de tener más datos sobre la influencia real de estos pozos, en este apartado se lleva a cabo una serie de análisis espaciales a partir de los cuales se puede extraer una mejor idea de cómo influ-ye la extracción local de agua en la subsidencia de la ciudad de Murcia.

A la hora de analizar los datos aquí mostrados hemos de ser muy cautos, dado que los datos de partida son a todas luces incompletos. Los datos del primer inventario, llevado a cabo en los años noven-ta, constan de los datos generales de los pozos (coordenadas, nombre, código, etc.) y de algunos datos de explotación (volumen, caudal específico, etc.). La primera serie de datos sí que está completa, mientras que la segunda sólo está disponible para un bajo porcentaje de pozos.

El segundo inventario de pozos fue llevado recientemente por la CHS (2007) y en él se incluyen únicamente aquellos pozos que bombean del primer nivel de gravas. En este caso, los pozos fueron dife-renciados según su uso en pozos agrícolas e industriales. Con el fin de considerar la posible influencia de los pozos más profundos perforados con motivo de la última sequía (pozos de sequía), también se han añadido al último inventario. Este segundo inventario se ha completado con los datos del primer inventa-rio que recogía los pozos ya existentes con anterioridad.

Además hemos de considerar el hecho de que, como es bien sabido, existe un número indefinido de pozos ilegales no registrados en los censos de los organismos de cuenca, que también contribuyen en mayor o menor medida en el fenómeno de subsidencia.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

203

En la Figura 4.29 se muestran los pozos inventariados en los años 90 superpuestos a la subsiden-cia del terreno medida para el periodo 1993-97 (Figura 4.29.a) y los nuevos pozos (superpuestos a los primeros) inventariados en 2007 (Figura 4.29b).

(a)

(b)

Figura 4.29. Superposición los pozos existentes en la ciudad de Murcia a la subsidencia en diferentes periodos a la subsidencia del terreno (a) 1993-1997 y (b) 2005-2007.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

204

En primer lugar se comparará espacialmente la posición de los pozos con los valores de subsiden-cia medidos durante el periodo de crisis de los años 90. Dado que no se conocen los caudales de explota-ción de todos los pozos y que el de los disponibles no es muy fiable, este análisis presenta unos errores conceptuales de partida consistentes en suponer que todos ellos bombean la misma cantidad de agua du-rante el mismo tiempo, desde la misma profundidad y que, por lo tanto, su contribución al descenso pie-zométrico es idéntica. Como es bien sabido, esto no es cierto, ya que estos pozos bombean diferentes caudales específicos, intermitentes o continuos, que son extraídos de distintos niveles acuíferos. Otra posible fuente de error es el hecho de que al digitalizar y rasterizar los pozos, éstos se han asimilado a píxeles cuadrados de 60 m de lado.

Tal y como se muestra en las Tablas 4.6 y 4.7, correspondientes a la correlación realizada al prin-cipio de esta sección, no existe una relación significativa entre la distancia a los pozos y los valores de subsidencia medidos en los píxeles coherentes en ninguno de los dos periodos temporales analizados. La causa de esta falta de correlación se debe posiblemente a que algunos de los pozos considerados en el análisis no están activos, por lo que no generan ningún tipo de efecto sobre el terreno e inducen errores en la correlación.

Los datos disponibles sobre bombeo de agua en pozos de toda la Vega Media del Segura en los dos periodos de tiempo considerados se representan en la Figura 4.30. Como puede apreciarse en la mis-ma figura, en los años 90, 430 pozos (68%) bombeaban caudales inferiores a 10 l/s y tan sólo 3 pozos extraían más de 100 l/s. El resto bombeaban caudales intermedios. En el año 2007, los nuevos pozos existentes alcanzaron mayores profundidades, aunque la mayor parte de ellos (60%) seguían extrayendo caudales inferiores a los 10 l/s. Este hecho avalaría la hipótesis ya mencionada en varias ocasiones de que la subsidencia del terreno medida en la actualidad tuviera una componente de consolidación profunda coincidiendo con el inicio de bombeo desde capas productivas más profundas.

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Figura 4.30. Histograma de caudales de agua extraídos de los pozos de la Vega Media del Segura inven-tariados en (a) los años 90 (b) en el año 2007.

En la Figura 4.31 se muestra la superposición de los caudales específicos, expresados en litros por segundo, bombeados por los pozos inventariados en el entorno de la ciudad de Murcia. En la primera figura (Figura 4.31.a) se han superpuesto los datos disponibles a finales de los años 90 a la subsidencia medida para el periodo 1993-97. En la segunda figura (Figura 4.31.b.) se ha representado la subsidencia correspondiente al periodo 2005-07 frente a los caudales de extracción inventariados en los años noventa (los representados en la Figura 4.29.a) a los que se han añadido los nuevos datos del inventario realizado por la CHS (2007) recientemente. Cabe destacar la inexistencia de pozos con caudales específicos de bombeo superiores a 100 l/s en el entorno de la ciudad durante los dos periodos de tiempo estudiados.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

205

(a)

(b)

Figura 4.31. Superposición de los caudales específicos (l/s) bombeados por los pozos inventariados en la ciudad de Murcia en diferentes periodos frente a la subsidencia del terreno correspondiente a los perio-

dos (a) 1993-1997 y (b) 2005-2007.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

206

Al cruzar los datos correspondientes a los caudales conocidos en los pozos con los valores de sub-sidencia correspondiente al periodo 1993-97 y 2005-07, medidos mediante la técnica CPT, observamos que existe una relación directa según la cual cuanta más agua se bombea, mayor es la subsidencia. No obstante, las correlaciones presentan un bajo coeficiente de correlación (Tabla 4.6).

También se ha estudiado la relación entre la distancia de los pozos municipales a los edificios da-ñados a mediados de los noventa. Como puede observarse en la Figura 4.32 el edificio dañado más aleja-do de los pozos se encuentra a tan sólo 495 m de un pozo municipal. No obstante, esta relación es lógica, dado que la red de pozos municipales es muy densa, siendo la máxima distancia entre los 36 pozos consi-derados en el análisis (distribuidos por toda la ciudad, cuya extensión es aproximadamente de unos 2 x 3 km) inferior a 900 m. Sin embargo, confirmarían que los daños se concentraron en una cubeta de subsi-dencia coincidente con la ciudad de Murcia en la cual tuvo lugar un importante bombeo de agua a través de los pozos existentes en la trama urbana. En los cortes de evolución de la subsidencia mostrados en la Figura 4.13 se observaba la geometría de dicha cubeta de subsidencia.

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0 200 400 600Distancia a pozos municipales

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Figura 4.32. Relación entre la distancia a pozos municipales y los edificios dañados.

Hemos de tener presente que el efecto de los pozos de bombeo se manifiesta a través de descensos

piezométricos.

En las Figuras 4.33 y 4.34 se muestran diferentes perfiles de subsidencia. Estos perfiles han sido generados a partir de los mapas de subsidencia interpolados correspondientes a diferentes periodos tem-porales. Los perfiles se han colocado estratégicamente a través de pozos de bombeo de agua (Figura 4.33b).

La Figura 4.33a corresponde a perfiles de subsidencia que pasan por pozos de sequía de la CHS que bombean agua de los niveles productivos del acuífero profundo, así como por alguno de los pozos industriales y municipales que bombean agua del acuífero superficial. El eje de los pozos queda represen-tado por las líneas continuas verticales dibujadas en los diferentes perfiles, sobre las que se indica la refe-rencia del pozo así como el caudal de bombeo (en l/s) cuando este dato está disponible. Como puede apreciarse en esta figura se han representado las isocronas de asiento correspondientes a la subsidencia de los años 1993 (origen), 2005 y 2007, así como el perfil de deformación correspondiente al periodo 2005-2007.

Es importante resaltar que los pozos municipales e industriales fueron ejecutados con anterioridad al año 2005, por lo que su efecto en la subsidencia debería manifestarse con anterioridad al periodo seña-lado. Por otro lado, los pozos de sequía de la CHS fueron ejecutados durante los años 2004-2005, por lo que sus efectos en la subsidencia, en caso de existir, se deberían manifestar con posterioridad a este pe-riodo.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

207

En el perfil correspondiente a los pozos de sequía de la Figura 4.33a se aprecia lo que parece ser una cubeta de subsidencia con un valor máximo de deformación de aproximadamente 1.7 cm centrada en el pozo de sequía localizado en Barriomar (BARRI) que parece coalecer con una segunda cubeta de asientos centrada en el pozo de La Arboleda (ARBOL). La cubeta de asientos sobre la que se sitúan am-bos pozos tiene un tamaño aproximado de 1.500 m de diámetro.

En el caso de los pozos municipales (Figura 4.34), los cuales bombean agua exclusivamente del primer nivel de gravas, se observa que los pozos con un mayor caudal de bombeo se localizan principal-mente en la zona norte de Murcia, coincidiendo con los materiales terciarios y los depósitos coluviales asociados a ellos. En general, en estos pozos no se observan asientos considerables ni cubetas de asiento relacionadas con dichos bombeos.

En otros pozos municipales localizados en la propia ciudad de Murcia, sobre los materiales clasi-ficados en el Capítulo III como de llanura de inundación (FPZ), se pueden diferenciar claras cubetas de asiento, como es el caso de los sondeos S7, S14 y S16 (Figura 4.34). Estas cubetas de asiento presentan un tamaño de unos 150-200 m de radio.

Evidentemente, estas cubetas de asiento están asociadas al cono de depresión que genera el bom-beo del pozo. La diferencia de tamaños existente entre las cubetas generadas por los pozos de sequía y los pozos municipales se deben posiblemente al referido hecho, ya que los caudales de bombeo de los pozos de sequía son mucho mayores que los correspondientes a los pozos municipales, por lo que la magnitud de los conos de depresión piezométrica son también de diferente tamaño.

En algunos de los pozos analizados no parece observarse una cubeta de deformación clara, o sim-plemente, ésta se prolonga en tamaño más allá de la distancia esperable para el propio pozo. Una razón que explicaría esta desviación sería la existencia de pozos de bombeo no inventariados o simplemente no considerados a la hora de elaborar los perfiles. Obsérvese, por ejemplo, en la Figura 4.34b como la mayor parte de los perfiles de subsidencia elaborados discurren próximos a otros pozos de bombeo no conside-rados en la representación, pero que posiblemente influyen en la subsidencia del perfil por coalescencia de conos de depresión y de cubetas de asiento.

Es importante reseñar que el bombeo intermitente de agua desde los pozos produce una mayor subsidencia en las proximidades del pozo que el bombeo continuo (Wilson y Gorelick, 1996). Este hecho puede generar asociaciones de datos de subsidencia irregulares, ya que la subsidencia local puede ser mayor en los pozos intermitentes mientras que los pozos de bombeo continuo pueden generar patrones más regionales de deformación. Además, el fenómeno de arrastre de finos, que ha sido observado pun-tualmente en algunos pozos concretos y que ha sido objeto de resoluciones judiciales por daños en edifi-cios (CHS, 2007), puede superponerse a los efectos anteriores, complicando aún más el mapa de defor-maciones y haciendo inviable el establecimiento de correlaciones entre las características de los pozos y la subsidencia del terreno.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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(a)

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Figura 4.33. (a) Subsidencia del terreno 2005-2007 entorno a diversos pozos de bombeo. (b) Localiza-ción de los pozos representados en los perfiles además de otros pozos inventariados.

Page 211: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

209

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1997

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

210

Otra correlación que se ha constatado es la existente entre la posición de los pozos y la variación de nivel piezométrico. Para realizar este análisis se han empleado los datos piezométricos registrados en los pozos municipales durante el periodo comprendido entre enero de 2006 y octubre de 2006, así como la distancia de los mismos (de los registros) a los pozos inventariados en 2007 (CHS, 2007). Para el pe-riodo 1996-98 no ha podido realizarse el análisis equivalente ya que los únicos registros piezométricos existentes son los de los propios pozos municipales, resultando imposible correlacionarlos con las distan-cias a ellos mismos para así estudiar la influencia que éstos tienen sobre los descensos piezométricos causantes de la subsidencia.

En el análisis general de correlación efectuado al principio de esta sección pareció establecerse una buena correlación entre la distancia a los pozos agrícolas y los descensos piezométricos interpolados. En la Figura 4.35 se muestran los resultados de la mencionada correlación, considerando únicamente los datos puntuales y no interpolados. Como puede observarse, la correlación mejora considerablemente al hacer el análisis con datos puntuales. Según parece diferenciarse, existe una relación entre los máximos descensos piezométricos en los pozos municipales y la distancia a los pozos de sequía (r=0.57) y agríco-las (r=0.77), pero no con los pozos industriales (r=0.27). Según las relaciones mencionadas, los descensos piezométricos serían mayores en las proximidades de los mencionados puntos de extracción de agua.

Esta correlación pone de manifiesto la estrecha relación que existe entre el bombeo de agua y las variaciones de nivel freático. Por lo tanto, aunque no se han podido establecer de forma clara las correla-ciones existentes entre la extracción de agua y la subsidencia, sí ha podido confirmarse la relación entre el bombeo y las variaciones de nivel piezométrico.

4.3.1.3. Localización de sótanos

En el Capítulo III de la presente tesis se indicó que la mayor parte de sótanos de la ciudad de Murcia bombean agua de forma sistemática desde las arquetas situadas en la parte inferior de la losa de los mismos con el fin de aliviar subpresiones indeseadas. Según numerosos testimonios, en algunas de estas arquetas se bombea agua prácticamente de forma continua, vertiéndola posteriormente a la red de alcantarillado. Por este motivo, parece evidente pensar que entorno a estos edificios pueden producirse conos de depresión capaces de generar la consolidación del terreno circundante al edificio o el asiento del propio edificio. Al igual que los pozos, los sótanos pueden ser considerados potencialmente como facto-res desencadenantes de la subsidencia.

A partir del inventario de sótanos de 1, 2 y 5 plantas expuesto en el Capítulo III, se ha llevado a cabo una serie de análisis de proximidad entre la posición de los sótanos y la subsidencia, con el fin de intentar correlacionar ambas variables. En primer lugar se han digitalizado los sótanos y se han rasteriza-do. La Figura 4.36 muestra la distribución de sótanos de 1, 2 y 5 plantas inventariados en los años 90. Con posterioridad a este periodo se han construido nuevos sótanos, algunos de los cuales están incluidos en el último estudio de la CHS (2007). Sin embargo desafortunadamente en la actualidad se carece de un inventario detallado y completo de sótanos en la ciudad, por lo que el análisis espacial correspondiente al último periodo (2005-07) sólo se ha realizado con los sótanos inventariados en los años 90.

Page 213: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

211

(a)

(b)

(c)

Figura 4.35. Correlaciones entre los descensos piezométricos medidos en los pozos municipales durante el periodo 2006-2007 y las distancias a los pozos (a) de sequía, (b) industriales y (c) agrícolas inventa-

riados por la CHS (2007).

Page 214: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

212

(a)

(b)

(c)

Figura 4.36. Superposición de la subsidencia 1993-1997 a los sótanos inventariados en la ciudad de Murcia a finales de los años noventa de: (a) 1 planta, (b) 2 plantas y (c) 5 plantas.

Page 215: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

213

Al igual que ocurría con los pozos de bombeo, no todos los sótanos bombean agua durante su ex-plotación. Además, el caudal bombeado no es el mismo en todos ellos. Por este motivo, las correlaciones entre la distancia a los sótanos y la subsidencia proporcionan relaciones para los dos periodos estudiados, que aunque presentan coeficientes de correlación relativamente altos en comparación con las demás rela-ciones, indican que la subsidencia es mayor conforme nos alejamos de los propios pozos (Tabla 4.6), hecho aparentemente contradictorio.

También se ha llevado a cabo un análisis de proximidad de los daños observados en edificios du-rante la década de los noventa a los sótanos (Figura 4.37). Como puede observarse, el máximo número de edificios dañados se localiza a tan sólo 60 m de distancia de los sótanos de 1 planta, de 2 plantas y del conjunto de sótanos. Además, un 17.5% de los edificios dañados se localiza sobre los sótanos, lo que podría ser debido a que es el propio edificio al que pertenece el sótano el que ha sufrido los daños o edifi-cios localizados a menos de 43 m del sótano que debido a la pasterización quedan incluidos dentro del mismo píxel que el sótano.

El análisis general realizado al inicio de esta sección muestra precisamente una relación entre los daños en edificios y la proximidad a sótanos, que es especialmente buena para el caso de los sótanos de 2 y 5 plantas.

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Figura 4.37. Distribución de edificios dañados frente a la distancia a sótanos de 1, 2 y 5 plantas y a

todos los sótanos.

Page 216: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

214

4.3.2. Factores condicionantes

Según se ha explicado anteriormente, los factores condicionantes son todos aquellos elementos propios del medio que hacen posible la ocurrencia del fenómeno de la subsidencia.

En este apartado se analiza la relación existente entre la subsidencia y los factores condicionantes identificados en la zona de estudio: la distancia al río Segura y a las acequias/azarbes, el espesor de suelo blando, la litología existente y la situación de la antigua ciudad.

4.3.2.1. Distancia al río Segura y a las acequias/azarbes

El río Segura juega un papel trascendental en el funcionamiento hidrológico del sistema acuífero de la Vega Media del Segura (PNIAS, 1978; IGME, 2001b; IGME-CHS-CTOT, 2002; CHS, 2007). Se-gún la modelización realizada por el IGME-CHS-CTOT (2002), el río Segura se comporta como un sis-tema perdedor aguas arriba de la ciudad de Murcia, aportando agua al acuífero a través de la infiltración de parte del caudal circulante. Según el mismo estudio, el río es ganador aguas abajo de Murcia, es decir, funciona como un sistema de avenamiento, deprimiendo el nivel freático en el entorno del mismo. Sin embargo, en el entorno urbano de Murcia el río está encauzado. Es evidente que el encauzamiento del río lo ha impermeabilizado de forma considerable respecto al entorno del acuífero superficial, evitando así cualquier tipo de transferencia entre ambos. Observaciones recientes muestran que el nivel de agua en el río es superior al observado en pozos del entorno del mismo, lo que hace pensar en la existencia de nive-les independizados en el río y su entorno.

La Figura 4.38 muestra la superposición de datos de subsidencia acumulada durante los periodos 1993-1997 y 1993-2007 y la situación del río y azarbes (digitalizados a partir de la cartografía de la CHS (2007)) que atraviesan la ciudad. Aparentemente, durante el periodo 1993-97 sí que se observa cierta relación entre la proximidad al río y la subsidencia. Como puede diferenciarse, la subsidencia es mayor cuando más próximo al cauce actual del río Segura nos encontramos. Sin embargo, dicha correlación empeora considerablemente si la extendemos al periodo 1993-2007 o la llevamos a cabo para el periodo 2005-07. Esta circunstancia quedaba patente en la Tabla 4.6, que proporciona cierta correlación (r=0.345) entre la distancia al río y la subsidencia acaecida durante el periodo 1993-1997.

Estos datos ponen de relieve que en el primer periodo (1993-97) el río actúa o interviene como elemento causante de la subsidencia, hecho que no se observa en el segundo periodo, probablemente debido a su encauzamiento, la probable impermeabilización natural del lecho del río, así como a la consi-derable reducción de caudal de circulación que ha sufrido el río desde los años 90.

La explicación de esta decorrelación temporal entre ambas variables es posiblemente la desco-nexión del río Segura a su paso por la ciudad de Murcia con el acuífero. Posteriormente, en los años suce-sivos se produjo una depresión del nivel freático en el acuífero causando una importante consolidación del terreno en el entorno del río hasta alcanzar el nuevo equilibrio de presiones intersticiales (es decir, hasta que se llegó a una nueva situación permanente).

En general, la explicación a esta relación entre la distancia a un río y la subsidencia no está del to-do clara, aunque algunos autores la atribuyen a la existencia de suelos blandos no consolidados próximos a los ríos (Hu et al., 2004; Manunta et al., 2008). En el caso que nos ocupa, parece existir cierta tendencia a que los espesores de suelo deformable disminuyan con la distancia al río (Anejo VIII) aunque dicha tendencia desaparece al considerar la zona norte de la ciudad, donde los espesores son aún mayores que en las proximidades del río. La relación entre la distancia al río y el espesor de arena presenta una mejor correlación, siendo mayor cuando más próximo nos encontramos al río (Anejo VIII). Este hecho podría justificar la mayor magnitud de asientos en las proximidades del río para un mismo descenso piezométri-co de duración dada, ya que aceleraría el proceso de consolidación del suelo.

Como puede observarse en las Tablas 4.6 y 4.7, las relaciones de los azarbes con la subsidencia no muestran una correlación significativa para los periodos estudiados. El mismo hecho se observa para el conjunto de redes de azarbes/acequias y el río.

Una relación muy interesante observada en el análisis general entre factores incluido en el Anejo VIII es la existente entre los descensos piezométricos interpolados y la proximidad al río. El citado análi-sis pone de manifiesto que los mayores descensos piezométricos tienen lugar cerca del río Segura.

Page 217: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

215

(a)

(b)

Figura 4.38. Red hidrográfica y de acequias/azarbes frente a la subsidencia (a) 1993-97 y (b) 2005-07.

Para mejorar la correlación entre ambas variables se ha recalculado dicha correlación para los va-lores de descenso medido en los pozos durante los periodos 1993-1997 y 2005-2006. La nueva correla-ción confirma la relación entre ambas variables, proporcionando unos coeficientes de correlación (r) su-periores a 0.7. Esta relación podría justificar los mayores asientos del terreno medidos en las proximida-des del río Segura.

Page 218: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

216

La Figura 4.39 muestra la correlación obtenida entre la distancia al río y los descensos piezomé-tricos máximos.

Por otro lado, la correlación de las variaciones de los niveles piezométricos con la distancia a los azarbes y al río es peor que la anteriormente descrita.

(a)

(b)

Figura 4.39. Correlación entre la distancia al cauce actual del río Segura y los descensos de nivel pie-zométrico acaecidos durante los periodos (a) 1993-97 y (b) 2005-2006.

Las causas del mayor descenso piezométrico en el entorno del río Segura se desconocen hasta el momento, aunque podrían tener relación con la desconexión del río y el acuífero superficial.

Con el fin de identificar la influencia del río y azarbes en la subsidencia, otro análisis espacial rea-lizado ha consistido en estudiar el número de edificios dañados en los años 90 respecto a la distancia al río y azarbes de la ciudad de Murcia (Figuras 4.40 y 4.41). En la Figura 4.41a se muestra la relación exis-tente entre la distancia al río los edificios dañados. La Figura 4.41b representa la relación entre la distan-cia del río y los azarbes a los edificios dañados. En el primer caso, el edificio dañado más alejado del cauce del río se sitúa a unos 2 km del mismo mientras que si consideramos también la red de azarbes como factor condicionante, vemos que esta distancia máxima se reduce a 1 km. Sin embargo, en ambos

Page 219: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

217

casos se observa que la mayor parte de los edificios dañados se encuentran a una distancia del cauce del río o del cauce del río y los azarbes inferior a 300 m.

Figura 4.40. Posición de edificios dañados en los años 90 frente a la red hidrográfica y de ace-

quias/azarbes de la ciudad de Murcia.

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(b)

Figura 4.41. Distancia de los edificios dañados (a) al río; (b) al río y azarbes.

Por lo tanto, podemos concluir que durante el periodo 1993-97 la mayor concentración de daños se localiza en las proximidades del río Segura (Figuras 4.40 y 4.41) de forma análoga a como lo hacen los descensos piezométricos (Figura de 4.39.a) y la subsidencia (Figura 4.38.a). Sin embargo, la relación entre la subsidencia y la proximidad al río no es significativa para el periodo 2005-07 (Figura 4.38.b) pese a que los mayores descensos piezométricos también tuvieron lugar en las proximidades del río (Figura 4.39.b).

Page 220: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

218

4.3.2.2. Litología

A través del análisis espacial llevado a cabo mediante el SIG se han estudiado los valores de sub-sidencia correspondientes a las diferentes zonas desde un punto de vista sedimentológico (Figura 4.42) ya que diversos autores han reconocido una clara relación entre los ambientes sedimentarios y la subsidencia (Hu et al., 2004; Manunta et al., 2008). Las unidades diferenciadas en este análisis han sido las de: cauce actual, terrazas fluviales, llanura de inundación y meandros abandonados. La cartografía geológica em-pleada se ha obtenido por digitalización de los mapas MAGNA a escala 1:50.000, completada con la cartografía de detalle recogida en el Mapa geotécnico y de riesgos geológicos para ordenación urbana de Murcia (IGME, 1972).

Como puede observarse, dada la mayor extensión geográfica de la unidad de llanura de inunda-ción, el mayor porcentaje de los píxeles coherentes se sitúan sobre ésta.

Figura 4.42. Superposición de la subsidencia 1993-2007 a la cartografía geológica de la ciudad de Mur-cia. Unidades sedimentológicas: 1. Cauce actual; 2. Meandro abandonado; 3. Terraza fluvial; 4. Llanura

de inundación.

El análisis estadístico de los valores de subsidencia medidos en las diferentes unidades sedimento-lógicas queda sintetizado en la Tabla 4.8. Como puede observarse, la mayor subsidencia se localiza en la zona de llanura de inundación, con un valor absoluto de 117 mm. Los valores medios absolutos de de-formación son muy parecidos para los tres ambientes analizados, situándose entre 38 y 41 mm de subsi-dencia.

Otra observación significativa, pese a su escasa representatividad espacial, que se reduce a 39 píxeles, es la elevada subsidencia que afecta a la zona de antiguos meandros y que varía entre 17 y 69 mm. Éstos suelen estar constituidos por limos arcillosos muy blandos y saturados recubiertos por espeso-res de relleno artificial de hasta 6 m (IGME, 2000a), por lo que los asientos pueden alcanzar importantes magnitudes.

Page 221: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

219

Tabla 4.8. Estadística de valores de subsidencia correspondientes al periodo 1993-2007 por ambientes sedimentológicos.

Subsidencia (mm)

Ambiente Nº píxeles

Máximo Mínimo Media

Terraza fluvial 55 -4 -75 -38

Meandro abandonado 39 -17 -69 -39

Llanura de inundación 1994 4 -117 -41

Las distribuciones de valores de subsidencia de los tres ambientes sedimentarios diferenciados se muestran en la Figura 4.43. Las distribuciones son muy parecidas entre sí, respondiendo a funciones aproximadamente normales, cuyo valor modal se sitúa en el intervalo 30-40 mm, variando exclusivamen-te en los valores de cola que, como hemos visto en la Tabla 4.8, son diferentes.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

-0.1

2 - -

0.11

-0.1

1 - -

0.1

-0.1

- -0

.09

-0.0

9 - -

0.08

-0.0

8 - -

0.07

-0.0

7 - -

0.06

-0.0

6 - -

0.05

-0.0

5 - -

0.04

-0.0

4 - -

0.03

-0.0

3 - -

0.02

-0.0

2 - -

0.01

-0.0

1 - 0

0 -

0.01

Subsidencia (m)

Frec

uenc

ia

TerrazaMeandro abandonadoLlanura de inundación

Figura 4.43. Valores medios de subsidencia (periodo 1993-2007) por ambientes geotécnicos.

4.3.2.3. Espesor de suelo blando

El espesor de suelo blando es un factor condicionante de gran importancia en el desarrollo de la subsidencia. Cuanto más espesor de suelo susceptible de sufrir procesos de consolidación existe, poten-cialmente existen más posibilidades de sufrir grandes deformaciones. Por este motivo, otro de los análisis

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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espaciales realizados ha consistido en intersectar los valores de subsidencia correspondientes a los perio-dos 1993-97 y 1993-2007 con los espesores de suelo blando susceptible de sufrir importantes deforma-ciones ante cambios de presión efectiva. Para ello se ha empleado el mapa de espesores de suelo blando elaborado por el IGME (2000b) (Figura 4.44).

Este mapa del IGME (Figura 4.44) se elaboró originalmente para toda la Vega Media del Segura a partir de información puntual procedente de sondeos y la cartografía geológica existente de la zona. Se-gún este mapa, el espesor de suelo blando, entendiendo éste como el material más superficial localizado por encima del primer nivel de gravas y susceptible de sufrir consolidación, parte de 0 m en los bordes de la cuenca situados tanto al N como al S en dirección NE-SW. El espesor aumenta rápidamente desde los bordes hacia el interior de la cuenca hasta alcanzar los 11-15 m. En las zonas de Beniel, El Raal y el lími-te con la provincia de Alicante (al NE), los espesores de suelo blando alcanzan localmente valores de hasta 25 m.

Figura 4.44. Superposición de valores de subsidencia 1993-2007 a los espesores de suelo blando (IGME,

2000a).

La correlación entre el espesor de suelo blando proporcionado por el IGME y la subsidencia me-dida con interferometría en la Vega Media del río Segura se muestra en la Figura 4.45. Como puede ob-servarse, la relación obtenida indica que la subsidencia correspondiente a los dos periodos considerados es mayor cuanto más espesor de suelo blando existe, con un coeficiente de correlación (r) para ambos periodos de 0.39 (r2=0.15). Dada la naturaleza discreta del mapa, sólo se dispone de valores de espesor para los intervalos definidos en la figura original del IGME.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

221

(a)

(b)

Figura 4.45. Correlación entre los espesores de suelo blando del IGME (2000b) y los valores de subsi-dencia medidos mediante la técnica CPT para los periodos 1993-97 y 1993-2007.

La correlación llevada a cabo al principio de esta sección mediante los datos interpolados de espe-sor mostraba unas relaciones similares a la obtenida para los datos de espesor del IGME. Aunque las correlaciones no presentaban coeficientes de correlación muy elevados, ponían de manifiesto el aumento de la subsidencia con el incremento de espesor de suelo deformable. Con el fin de afinar más la correla-ción, se han cruzado los datos puntuales disponibles de espesor de suelo blando, entendiendo éste como la suma de los obtenidos de la capa de rellenos superficiales, limos y arcillas existentes por encima de la primera capa de gravas, determinado en 76 sondeos geotécnicos del total disponibles, frente a la subsi-dencia ocurrida hasta 1997 y hasta 2007 respectivamente (Figura 4.46). Como puede apreciarse, existe una correlación con un valor de r de 0.443 para el primer periodo y de 0.222 para el segundo. Al igual que para el mapa del IGME, las deformaciones aumentan proporcionalmente al espesor de suelo blando.

El hecho de que estos espesores tengan una peor correlación con la subsidencia correspondiente al periodo 1993-2007 que con la del periodo 1993-97 podría deberse al ya mencionado hecho de que, a partir de 2005, se pudiera haber producido una migración de la subsidencia a capas más profundas, por lo que el espesor deformable a considerar no sería solamente el de la capa más superficial.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

222

(a)

(b)

Figura 4.46. Correlación entre el espesor de suelo blando (en m) y la subsidencia terreno correspondien-te a los periodos (a) 1993-97 y (b) 1993-2007.

4.3.2.4. Situación de la antigua ciudad

Tal y como se ha descrito en el capítulo anterior, la antigua ciudad árabe se situaba al norte del río Segura a una cota de unos 10-15 m por debajo de la superficie actual del terreno. Diversas excavaciones realizadas en esta zona han puesto de manifiesto la existencia de construcciones de aquella época que han quedo completamente enterradas por sucesiones de capas de materiales finos y rellenos antrópicos.

La Figura 4.47 muestra la superposición de los valores de subsidencia medidos durante los perio-dos 1993-97 y 2005-07 en la ciudad de Murcia y el trazado de la antigua muralla árabe. En ambas figuras, y en especial en la correspondiente al periodo 2005-2007 (Figura 4.47b) se percibe una menor deforma-ción que en su entorno más próximo. Hechos similares fueron observados por Manunta et al., (2008) para la ciudad de Roma, donde las tasas de subsidencia eran mayores en las zonas más jóvenes de la ciudad que en las más antiguas.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

223

(a)

(b)

Figura 4.47. Distribución de la subsidencia del terreno en la ciudad de Murcia en relación al trazado de la muralla árabe (antigua ciudad) para los periodos (a) 1993-2007 y (b) 2005-2007.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

224

A través de las consultas espaciales realizadas con el Sistema de Información Geográfica se ha podido determinar que los valores medios, máximos y mínimos de subsidencia registrados en el periodo 1993-97 en la zona de la ciudad localizada dentro del perímetro de la muralla de la antigua ciudad son de -9, 0 y -26 mm respectivamente. Fuera de las murallas, en el resto de la ciudad y para el mismo periodo temporal, las deformaciones medidas medias fueron de -14 mm. Como podemos observar, las deforma-ciones fueron menores en el interior de la muralla que en el resto de la ciudad.

Durante el periodo 1993-07 la subsidencia media dentro del perímetro de la antigua muralla de la ciudad es de -29 mm, con valores máximos y mínimos de -60 y -11 mm respectivamente. Si comparamos estos valores con los correspondientes a toda la ciudad de Murcia, cuyos valores medios, máximos y mínimos son de -38, -90 y -4 mm, observamos la subsidencia también es menor para este segundo perio-do en la zona que hace siglos ocupaba la antigua ciudad.

4.3.3. Regresión múltiple de la subsidencia

Como hemos visto en los apartados precedentes, la subsidencia no puede explicarse únicamente a partir de un solo factor condicionante o desencadenante, proporcionando en este caso bajos valores de correlación. Éstos se superponen espacio-temporalmente para generar la configuración de deformaciones determinada a través de la técnica CPT y los extensómetros. Por este motivo, se hace necesario llevar a cabo un análisis de regresión múltiple que combine los factores desencadenantes y condicionantes aparen-temente más influyentes con los valores de subsidencia medidos.

Los cálculos de asientos emplean comúnmente en su formulación la potencia de suelo deformable y la variación tensional en la capa. Por este motivo, para el análisis de correlación múltiple se ha emplea-do como variables dependientes el espesor de suelo blando susceptible de sufrir deformaciones y la varia-ción piezométrica, que es la responsable de los incrementos de tensión en el suelo.

El análisis de regresión múltiple se ha llevado a cabo mediante un ajuste de mínimos cuadrados. Los resultados de la regresión múltiple lineal han proporcionado coeficientes de correlación (r) mayores que los obtenidos en las correlaciones anteriormente obtenidas individualmente para cada variable con la subsidencia y resumidas en las Tablas 4.6 y 4.7.

Las correlaciones obtenidas tienen la forma siguiente:

HDa ∆××=δ (4.1)

dónde δ es la subsidencia de una capa de suelo de espesor D debida a un descenso piezométrico ∆H, y a es el coeficiente obtenido en la regresión. La Tabla 4.9 muestra el valor de los coeficientes obtenidos en la regresión correspondientes a los periodos 1993-97 y 2005-07, así como los coeficientes de correlación (r) de los ajustes.

Tabla 4.9. Parámetros de los ajuste de la regresión múltiple.

Periodos a r

1993-97 1.313304482 x 10-4 0.895

2005-07 1.118202085 x 10-4 0.904

Como puede observarse, los coeficientes de correlación obtenidos mediante la regresión múltiple son superiores a los calculados para los análisis de correlación individuales mostrados en las Tablas 4.6 y 4.7. En la Figura 4.48 se han representado los valores de subsidencia medidos mediante la técnica CPT frente a la subsidencia predicha mediante las funciones ajustadas. En dicho gráfico se aprecia cierta des-viación de los valores reales de subsidencia frente a los estimados mediante las fórmulas proporcionadas

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

225

por los ajustes realizados. Dicha desviación puede deberse a varias causas, entre las que destacan la fiabi-lidad de los datos empleados, ya que muchos de ellos proceden de interpolaciones, y la omisión de otras variables no consideradas en el análisis que podrían influir considerablemente en el desarrollo del fenó-meno de la subsidencia del terreno.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Subsidencia predicha (mm)

Subs

iden

cia

CPT

-DIn

SAR

(mm

)

(a)

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Subsidencia predicha (mm)Su

bsid

enci

a C

PT-D

InSA

R (m

m)

(b)

Figura 4.48. Comparación de la subsidencia predicha frente a la real para los periodos: (a) 1993-97 y (b)

2005-2007.

También se han realizado análisis de regresión múltiple considerando otras variables dependien-tes. En ellos se han introducido otros factores condicionantes (como el espesor de arena) y desencadenan-tes (como el caudal de bombeo) sin que ello haya supuesto notables mejoras en los coeficientes de corre-lación obtenidos, por lo que su consideración ha sido rechazada.

En resumen, se ha puesto de manifiesto la influencia conjunta de las dos variables consideradas (espesor de suelo deformable y descenso piezométrico) en el desarrollo del fenómeno de la subsidencia.

4.3.4. Representación gráfica de factores condicionantes y desencadenantes

En las Figuras 4.49 y 4.50 se muestran dos cortes en dirección aproximada N-S de la ciudad de Murcia. En ellos, se ha representado la topografía con superposición de la situación de los sondeos hidro-geológicos conocidos, del río Segura y de los azarbes. También se han representado los perfiles de subsi-dencia interpolada (a partir de los puntos coherentes con información), los niveles piezométricos para diferentes fechas (a partir de los niveles medidos en cada uno de los pozos representados en los corte), los caudales de bombeo medios de los pozos municipales y los espesores de arena y profundidad del techo de gravas obtenidos a partir de los datos geotécnicos e hidrogeológicos interpolados.

En general, se observa una buena relación entre la posición de los pozos municipales y la subsi-dencia. En ambas figuras, y especialmente en la Figura 4.49, parece diferenciarse cubetas de asiento aproximadamente centradas en el eje de los sondeos que alcanzan asientos acumulados en 2006 de hasta 6 cm. Tal es el caso de los pozos H-26, H-07, H-20, H-16 y H-39 de la Figura 4.49 y de los pozos H-61, H-34, H-42, H-5 y H-15 de la Figura 4.50.

El nivel piezométrico representado en los perfiles muestra la tendencia observada con anteriori-dad, consistente en una progresiva disminución del mismo con la proximidad al río Segura. Del análisis

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

226

de dichos datos podemos ver cómo la oscilación del nivel piezométrico es de ±4 m alrededor del nivel piezométrico medio correspondiente al periodo analizado, marcando importantes descensos respecto a estos valores medios en los años 1994 y 2006 durante los periodos de crisis piezométricas conocidas. Debe destacarse que a lo largo de los dos perfiles analizados los descensos piezométricos son mayores en la actualidad que los acaecidos a principios de la década de los años noventa.

Los datos de bombeo de los pozos municipales no son muy fiables, según se indica en el informe de la CHS (2007), de donde han sido extraídos. No obstante, sirven de forma orientativa para saber qué pozos se encuentran actualmente en explotación y cuáles en reserva.

Por último, en las Figuras 4.49 y 4.50 también se ha representado el espesor de arena y la profun-didad del techo de las gravas, que coincide, en gran medida, con el espesor de suelo blando que constituye el acuífero superior. Aunque no se observa una relación clara, sí que parece intuirse una mayor concen-tración de cubetas de asiento en las zonas de mayor profundidad del techo de las gravas, esencialmente en la zona N de ambos cortes (parte izquierda de la figura).

Cabe destacar que el sondeo H-35, localizado en el Jardín del Salitre, próximo a un aparcamiento subterráneo, se emplea como pozo de recarga continua del acuífero, empleando para ello las aguas proce-dentes del bombeo del propio aparcamiento (Hervás et al., 1999). Como puede observarse en la Figura 4.49 no se aprecia una cubeta de asientos asociada a este pozo.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

227

0 1000 2000 3000 40000

40C

ota

(m.s

.n.m

)

H57

H39

H16

H35

H20

H24

H23

H27

H07

H26

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

Subs

iden

cia

(m)

28

30

32

34

36

38

40

Niv

el p

iezo

mét

rico

(m.s

.n.m

.)

0

10

20

30

Esp

esor

ó p

rofu

ndid

ad (m

)

Descenso 2006

Descenso 1994

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Cau

dal (

l/s)

Espesor arena

Profundidad gravas

Rio

Seg

ura

Aza

rbe Aza

rbe

Aza

rbe

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 4.49. Corte N-S de la ciudad de Murcia. (a) Topografía. (b) Subsidencia 07/1994, 07/1995, 07/1997, 07/1999, 08/2000, 08/2003, 07/2005, 09/2006. (c) Variación de nivel piezométrico (las fechas se corresponden con las de subsidencia). (d) caudal de explotación. (e) Espesor de arena y profundidad de

las gravas.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

228

0 1000 2000 3000 4000 5000 60000

40

Cot

a (m

.s.n

.m)

H12

H14

H33

H15

H04

H36

H05

H58

H42

H34

H61

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

Subs

iden

cia

(m)

28

30

32

34

36

38

40

Niv

el p

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mét

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(m.s

.n.m

.)

0

10

20

30

40

Espe

sor o

pro

fund

idad

(m)

Descenso 2006Descenso 1994

0

1

2

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4

5

6

7

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Cau

dal (

l/s)

Espesor arena

Profundidad gravas

Rio

Seg

ura

Azar

be

Aza

rbe

Azar

be

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 4.50. Corte N-S de la ciudad de Murcia. (a) Topografía. (b) Subsidencia 07/1994, 07/1995, 07/1997, 07/1999, 08/2000, 08/2003, 07/2005, 09/2006. (c) Variación de nivel piezométrico (las fechas se corresponden con las de subsidencia). (d) caudal de explotación. (e) Espesor de arena y profundidad de

las gravas.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

229

4.4. Efectos de las variaciones piezométricas en el suelo

Aparte de la subsidencia ya analizada, en esta sección se analizan los efectos adicionales que las variaciones de nivel piezométrico generan sobre los suelos de la zona de estudio. En primer lugar, se calculará la presión de preconsolidación del suelo, según la metodología expuesta en el Capítulo II de la presente tesis doctoral, y se buscará la relación de esta magnitud con las variaciones piezométricas. En segundo lugar, se analizará la relación espacial entre los daños en edificios inventariados en los años 90 y la subsidencia ocurrida con motivo del descenso piezométrico de esa misma época. 4.4.1. Preconsolidación del suelo 4.4.1.1. Cálculo de la presión de preconsolidación

Desde el punto de vista de la subsidencia debida a la consolidación del terreno por la extracción de agua, la presión de preconsolidación, de precompresión o presión máxima a la que se ha visto someti-do el suelo a lo largo de su historia, juega un papel imprescindible en los cálculos y/o estimaciones de asientos del terreno, dado que define el límite que separa las deformaciones elásticas y las anelásticas.

El cálculo de la presión de preconsolidación de los suelos de la Vega Baja y Media del río Segura mostrado en este apartado ha sido llevado a cabo a través del método de Casagrande (1936), utilizando la metodología analítica propuesta por Gregory et al., (2006), que fue expuesta en el Capítulo II de la pre-sente tesis doctoral. La metodología consiste básicamente en el ajuste por mínimos cuadrados de una curva sigmoidal de Gompertz a los datos de la rama noval de carga de la curva edométrica y la determi-nación del mínimo radio de curvatura (máxima curvatura) mediante la optimización de la mencionada curva de ajuste. A partir de dicho valor del radio de curvatura, podremos completar la construcción geo-métrica de Casagrande para obtener la presión de preconsolidación del suelo.

La sobrecarga natural de terreno, que corresponde a la tensión efectiva natural del suelo a una profundidad z, ha sido calculada como:

u−= 0'0 σσ (4.2)

donde la tensión total natural del terreno (σ0) se ha calculado sumando los productos resultantes de multi-plicar los pesos específicos (saturado o aparente dependiendo de la posición respecto al nivel freático) de cada capa por su espesor correspondiente, para todas las capas que constituyen la columna de suelo su-prayacente al punto considerado. La presión intersticial (u) ha sido calculada como la presión generada por la columna de agua que actúa a una profundidad z, multiplicando el peso específico del agua, γw (es-tablecido constante en 10 kN/m3), por la profundidad en cuestión a través de la expresión:

whzu γ)( −= (4.3)

donde h es la profundidad del nivel freático medido desde la superficie del terreno.

A partir de los datos anteriores estaremos en condiciones de calcular el OCR según fue definido en el Capítulo II.

Obsérvese que al calcular de este modo la presión intersticial se asume una distribución hidrostá-tica de la misma. Como veremos a continuación, esta aproximación puede causar desviaciones respecto a la tensión efectiva real cuando el nivel piezométrico es mayor o menor en el acuífero confinado.

En el presente apartado se calculan las presiones de preconsolidación de 139 muestras inalteradas de suelo de 50 mm de diámetro y 12 mm de altura, obtenidas de sondeos geotécnicos llevados a cabo en la Vega Baja y Media del río Segura y ensayadas en célula edométrica (ensayo de consolidación uniaxial) según la norma UNE 103-405-94 (UNE, 1994). Las muestras ensayadas (114 de la Vega Baja y el resto de la Vega Media del río Segura) han sido tomadas de profundidades comprendidas entre 1.3 y 40.4 m.

Aquellas curvas edométricas que presentaban anomalías patentes a simple vista, como escalones anómalos, falta de datos, etc. han sido rechazadas convenientemente.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

230

Los resultados de presión de preconsolidación (σ’p) y de grado de sobreconsolidación (OCR) ob-tenidos al aplicar la ya referida metodología se muestran en las Figuras 4.51 a 4.54 y en la Tabla 4.10. La Figura 4.51 muestra la variación de la presión de preconsolidación con la profundidad. En la Figura 4.52 se han representado los OCR calculados para las diferentes profundidades. Finalmente, en la Figura 4.53 se muestra la variación de la tensión efectiva natural (σ’0), la presión de preconsolidación (σ’p) y el grado de sobreconsolidación (OCR) para varios sondeos representativos y completos de la Vega del río Segura.

Los ajustes de las curvas de Gompertz a los datos de la curva edométrica proporcionan coeficien-tes de correlación siempre superiores a 0.9987, indicativos de un excelente ajuste. La presión de precon-solidación varía desde 49.1 a 813.5 KPa mientras que el OCR oscila entre 0.4 y 12.2 para las muestras obtenidas en sondeos de la Vega Baja del Segura. Para las muestras de la Vega Media del Segura, los valores calculados de la presión de preconsolidación y el OCR varían desde 34.6 a 953.9 KPa y 0.3 a 14.3, respectivamente.

Figura 4.51. Variación con la profundidad de la presiones de preconsolidación calculada a partir de los 139 ensayos edométricos realizados sobre muestras inalteradas de suelo de las Vegas Baja y Media del

río Segura.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

231

Del análisis de las Figuras 4.51, 4.52, 4.54 y de la Tabla 4.10, se deduce con claridad que todas las muestras de suelo tomadas entre la superficie del terreno y los 5 primeros metros de profundidad se encuentran altamente sobreconsolidadas, con OCR variables entre 1.4 y 14.3 (valor medio de 5.2). Desde los 5 hasta los 10 m de profundidad, el 86% de las muestras están ligeramente sobreconsolidadas con valores de OCR variables entre 1.1 y 7.6 (valor medio de 2.0). Desde los 10 a los 25 m las muestras de suelo están también ligeramente sobreconsolidadas (55%) y frecuentemente infraconsolidadas (37%) con valores de OCR que varían entre 0.3 y 4.1 (valor medio de 1.3). Para profundidades mayores a los 35 m la mayoría de las muestras de suelo están infraconsolidadas y solo un 12% están normalmente consolidadas. Solamente una muestra se encuentra sobreconsolidada en este rango de profundidades, con un valor de OCR de 1.3.

Figura 4.52. Variación con la profundidad del grado de sobreconsolidación calculado de los suelo de las Vegas Baja y Media del río Segura.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

232

La infraconsolidación calculada puede explicarse considerando el procedimiento de cálculo de la presión de poro de las muestras. Para ello se considera una situación hidrostática en la que el nivel freáti-co corresponde al nivel alcanzado por el agua en los sondeos y que es el correspondiente al nivel freático del acuitardo constituido por limos y arcillas. Sin embargo, tal y como se mostró en el Capítulo III, los niveles piezométricos en el acuitardo y en el primer acuífero confinado son diferentes, siendo mayor en el segundo. Ese hecho genera un gradiente hidráulico vertical que a su vez da lugar a un flujo ascendente. El gradiente generado deriva a su vez en un incremento de las presiones intersticiales a lo largo de toda la columna de limos y arcillas del acuitardo respecto a la distribución teórica de presiones intersticiales que correspondería a una situación hidrostática. Por ese motivo, las tensiones efectivas iniciales reales son menores que las tensiones efectivas iniciales correspondientes a una situación hidrostática y, en conse-cuencia, los OCR calculados son menores que los reales, de ahí la infraconsolidación. Desafortunadamen-te no se dispone de datos de nivel piezométrico de los dos niveles en la época de obtención de la muestra necesarios para corregir de forma exacta la tensión inicial por este efecto y poder así obtener el valor real de OCR.

En la Figura 4.54 se han representado las isolíneas de igual OCR obtenidas por interpolación de los valores de sobreconsolidación de las muestras disponibles para los tres tramos considerados en pro-fundidad: de 0 a 5 m, de 5 a 10 m y mayores de 10 m. Como puede observarse (Figura 4.54a) los cinco primeros metros de suelo proporcionan valores de OCR muy elevados, especialmente en la zona E de la Vega Baja, coincidiendo con las áreas que fueron desecadas artificialmente para su aprovechamiento agrícola (Canales y Vera Rebollo, 1985). Entre los 5 y 10 m de profundidad los mapas muestran cierta uniformidad espacial en los valores de OCR (Figura 4.54b) indicativos de una sobreconsolidación menor que la existente en las capas más superficiales. El mapa obtenido para profundidades superiores a 10 m (Figura 4.54c) indica el estado normalmente consolidado del suelo a dichas profundidades.

Por lo tanto, los datos de preconsolidación del terreno indican que los mayores valores correspon-den a los primeros 5 m de suelo. Los valores de subsidencia instrumental de la ciudad de Murcia también indican que un alto porcentaje de la deformación superficial del terreno se produce en los primeros 5 primeros metros de profundidad (ver Anejo III). Ambos datos apuntan a que las variaciones piezométricas generan importantes tensiones en el terreno, de mayor magnitud en la zona superficial, que ocasionan la sobreconsolidación del suelo además de generar una deformación del mismo.

Tabla 4.10. Resultados de presión de preconsolidación de las muestras de suelo de la Vega Baja (VBRS) y Media (VMRS) del Segura ensayadas. (Máx.: máximo; Mín.: Mínimo; Med.:Media; DND: Dato no

disponible).

Presión de preconsolidación, KPa ( '

pσ ) OCR VBRS Máx. Mín. Med. Máx. Mín. Med.

0-5 metros 531 49 224 12.2 1.4 5.3 5-10 metros 503 50 216 5.5 0.7 2.1

10-25 metros 813 59 240 5.2 0.3 1.3 >25 metros 404 110 231 1.3 0.4 0.7

VMRS Máx. Mín. Med. Máx. Mín. Med.

0-5 metros 534 78 258 14.3 1.5 4.9 5-10 metros 954 92 256 7.6 0.7 2.5

10-25 metros 336 35 157 2.2 0.3 1.0 >25 metros DND DND DND DND DND DND

VBRS & VMRS Máx. Mín. Med. Máx. Mín. Med.

0-5 metros 534 49 236 14.3 1.4 5.2 5-10 metros 954 50 229 7.6 0.7 2.0

10-25 metros 813 35 239 5.2 0.3 1.3 >25 metros 404 110 233 1.3 0.4 0.7

Page 235: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

233

Figura 4.53. Variación con la profundidad de la presión de preconsolidación (σ’p), de la presión efectiva natural (σ’0) y del grado de sobreconsolidación (OCR) calculados en nueve sondeos de las Vegas Baja y

Media del río Segura

Page 236: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

234

Figura 4.54. Valores de OC

R interpolado para la Vega Baja y Media del Segura: a) 0 a 5 m

de profundidad, b) 5-10 m de profundidad, c) >

10 m

de profundidad. Equidistancia entre isolíneas de 2 m.

4200000

4210000

4220000

4230000

4240000660000670000

680000690000

700000710000

4200000

4210000

4220000

4230000

4240000

(a)

(b)

(c)

Muestra de suelo disponible

Isolínea de OC

R

1952

1950

Siglo XVIII

Laguna actual

Vieja m

arjal drenada artificialmente

(Canales y V

era Rebollo (1985)

LEYENDA

:

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

235

4.4.1.2. Relación de la preconsolidación con otros parámetros geotécnicos

La resistencia al corte del suelo está íntimamente relacionada con la presión de preconsolidación y en consecuencia con el OCR (Stamatopoulos y Kotzias, 1985; Atkinson et al., 1987; Houlsby y Wroth, 1991; Mesri y Ali, 1999; Larsson y Ahnberg, 2005). Mesri y Ali (1999) han establecido relaciones numéricas entre el OCR y la resistencia al corte sin drenaje del suelo (su). Éstas tienen diferentes formas pero todas ellas establecen que la resistencia al corte sin drenaje del suelo aumenta proporcionalmente con el OCR y la presión de preconsolida-ción.

Los resultados de los ensayos triaxial no consolidados y no drenados (UU) realizados en la Vega Baja y Media del Segura muestran un incremento lineal de la resistencia con la profundidad (Figura 4.55a). Sin embar-go, para profundidades inferiores a 10 m existen valores anómalos dos o tres veces superiores a los teóricamente esperados de acuerdo con la ley lineal. Considerando que para suelos normalmente consolidados la resistencia al corte sin drenaje (su) y la sobrecarga natural (σ’0) es próxima a 0.25 (Wood, 1990), observamos cómo los valores superiores indican que el suelo está sobreconsolidado para los 10 primeros metros (Figura 4.55.b).

Figura 4.55. Variación con la profundidad de la resistencia al corte sin drenaje (su), y de la relación su/σ’0 obtenida a partir de ensayos triaxiales UU realizados sobre diversas muestras de suelo de las

Vegas Baja y Media del río Segura

Robles (comunicación personal) observó cómo la resistencia a compresión simple, qu (relacionada con la resistencia al corte sin drenaje, su=qu/2) de las muestras extraídas de las capas más superficiales de limos y arci-llas existentes en la ciudad de Murcia incrementó de forma notable sus valores después de que tuviera lugar la subsidencia asociada al descenso del nivel piezométrico de los años 90.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

236

Aunque no es la mejor manera de estimar la resistencia al corte sin drenaje, el ensayo de penetración es-tándar (SPT) es una manera indirecta de estimar la variación de su en sedimentos finos (Devicenci, 2003). En la zona de Murcia, los resultados de este ensayo, que fueron mostrados en el apartado de propiedades geotécnicas, proporcionan comportamientos similares a aquellos detectados con el ensayo triaxial UU. Igual ocurre si exten-demos el análisis a toda la Vega Baja y Media. En este caso (Figura 4.56) se observa un incremento lineal con la profundidad para ensayos llevados a cabo entre 10 y 40 m. Sin embargo, esta tendencia no se sigue para los resultados de los ensayos más superficiales, los cuales muestran valores mayores.

Figura 4.56. Variación con la profundidad del número de golpes de los ensayos de penetración estándar

(SPT) realizados en diferentes localizaciones de las Vegas Baja y Media del río Segura.

La resistencia al corte sin drenaje (su) obtenida a partir de ensayos de penetración estática no drenados (CPTU) se ha superpuesto a los valores de presión de preconsolidación, tensión vertical efectiva y OCR con el fin de mostrar el aumento de su con la sobreconsolidación en varios sondeos (Figura 4.57).

Page 239: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

237

Figura 4.57. Registros de valores de resistencia al corte sin drenaje (su) obtenidos a partir de ensayos de

penetración estática (CPTU) en varios sondeos de la Vega Baja del río Segura y superposición de los valores de presión de preconsolidación (σ’p), sobrecarga natural (σ’0) y grado de sobreconsolidación

(OCR)

Por lo tanto, en las figuras anteriores puede observarse un mismo comportamiento general: el suelo si-tuado entre 0 y 10 m de profundidad muestra una resistencia al corte sin drenaje superior a aquella localizada bajo éste. Este hecho puede ser interpretado como un efecto de la presión de preconsolidación sobre las propie-dades geotécnicas del suelo.

4.4.1.3. Causas de la preconsolidación del terreno: relación con las variaciones de nivel piezométrico

En la zona de estudio existen dos causas principales que podrían explicar la preconsolidación del terreno observada en las capas más superficiales: los descensos de nivel piezométrico y la desecación del suelo debida a ciclos de humectación-desecación combinados con actividad pedológica. Otras causas parecen tener menor efec-to (tectónica activa) o simplemente son imposibles en este contexto geológico (erosión o glaciarismo).

En este apartado se va a intentar determinar la contribución de cada una de estas causas a la presión de preconsolidación del suelo. Para ello se supone que la presión de preconsolidación es la suma de varios términos:

'''

0'

DMPLDp σσσσ ∆+∆+= (4.4)

donde σ’p es la presión efectiva de preconsolidación calculada, σ’0 es la tensión debida a la sobrecarga natural existente en el presente, ∆σ’MPLD es el máximo incremento de esfuerzo efectivo debido a variaciones de nivel

Page 240: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

238

piezométrico ocurridas en el pasado, y ∆σ’D es el incremento de esfuerzo efectivo debido a la desecación y otras causas asociadas como procesos pedológicos.

La presión de preconsolidación y la tensión efectiva debida a la sobrecarga natural del terreno pueden calcularse según la metodología expuesta anteriormente. El incremento de esfuerzo efectivo debido a variaciones de nivel piezométrico puede calcularse también usando los datos de evolución de nivel piezométrico conocidos. En consecuencia, el tercer término de la eq. (4.4), que corresponde a la tensión efectiva debida a la desecación puede despejarse y ser calculado. La Tabla 4.11 muestra los resultados obtenidos para varias muestras superficia-les distribuidas por toda la Vega Media y Baja del Segura. Obsérvese que no se han incluido muestras de suelo del sector más oriental de la Vega Baja del Segura debido a la inexistencia de series completas de datos piezomé-tricos que permitan calcular el segundo término de la eq. (4.4).

Tabla 4.11. Descomposición de la presión de preconsolidación de muestras inalteradas de suelo de la Vega Baja y Media del río Segura en diferentes términos. Los rangos de variación del nivel piezométrico han sido

obtenidos usando los registros de los piezómetros disponibles más próximos a los sondeos geotécnicos.

Mue

stra

Prof

undi

dad

(m)

NA

P (m

)

Fech

a de

per

fora

-

ción

Loca

lizac

ión Rango de varia-

ción del nivel de

agua (m)

OCR

'pσ

(KPa)

[1]

'0σ

(KPa)

[2]

'MPLDσ∆

(KPa)

[3]

'Dσ∆

(KPa)

[1]-[2]-[3]

ORI PAL 1.9 2.3 1999 VBS 5.7 - 10.1 5.9 226 38 0* 188

ORI IV 2.7 1.8 1996 VBS 5.7 - 10.1 3.4 141 41 1 99

O1 4.3 1.5 1994 VBS 5.7 - 10.1 4.6 267 58 27 182

ORI

AUG 4.3 1.0 1990 VBS 5.7 - 10.1 2.8 140 49 34 57

O2 4.8 1.3 1994 VBS 5.7 - 10.1 3.7 229 63 36 130

BENIEL 2.7 1.3 2006 VMS 17.3 - 17.7 4.8 190 39 14 137

BENIEL 4.9 1.3 2006 VMS 17.3 - 17.7 2.7 158 58 37 63

BENIEL 5.3 1.3 2006 VMS 17.3 - 17.7 3.6 232 64 41 127

CR6 2.8 1.9 2004 VMS 4.8 – 8.9 3.4 148 43 9 96

AT 4.1 4.2 2001 VMS 4.8 - 8.9 1.5 123 81 0* 42

RON-

DASUR 5.2 4.4 2005 VMS 4.8 – 8.9 2.5 235 96 8 131

HP 5.7 4.6 2003 VMS 4.8 – 8.9 2.2 229 102 11 116**

PROG 5.7 2.4 2005 VMS 4.8 – 8.9 2.1 153 73 32 48

(*) Muestra situada sobre el nivel del agua al ejecutar el sondeo. Venas salinas entre 1.4 y 2.5 metros de profundidad. NAP: Nivel de agua durante la perforación.

A continuación se analizan las dos contribuciones más importantes en la sobreconsolidación del suelo observada:

1. Contribución a la preconsolidación debida al descenso del nivel piezométrico

Cuando el nivel piezométrico de un acuífero libre desciende debido a causas naturales o antrópicas, u y σ0 disminuyen, resultando un incremento de la tensión vertical efectiva que actúa sobre las partículas de suelo.

Si asumimos unas condiciones hidrostáticas, cada metro que descienda el nivel de agua implica que la presión de poro (intersticial) disminuye al final del drenaje 10 kPa y que al mismo tiempo se produce un cambio en la tensión efectiva debido a la sobrecarga del terreno. Este segundo cambio de tensión se calculará como la diferencia de esfuerzos debida al espesor de suelo emergido multiplicado por el peso específico aparente, que antes estaba multiplicado por el peso específico saturado.

El incremento de tensión efectiva debido al máximo descenso del nivel del agua sufrido por el suelo a lo largo de su historia (∆σ’MPLD) será grabado por el suelo como “parte” de su presión de preconsolidación. Holzer (1981) calculó los valores de preconsolidación debido a descensos de nivel piezométrico por bombeo de agua en

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

239

varios acuíferos de Estados Unidos basándose en las curvas descenso piezométrico-subsidencia, estimando unos valores comprendidos entre 160 y 620 KPa.

El mayor descenso del nivel piezométrico en las Vegas Media y Baja del Segura fue de 17 y 10 m res-pectivamente durante el periodo 1993-2005, al cual pertenecen la totalidad de las muestras ensayadas. Desafor-tunadamente no se disponen de datos de periodos anteriores. Sin embargo, es bien sabido que la explotación del acuífero es máxima en la actualidad (comparado con el pasado), por lo que asumir que los niveles piezométricos actuales son los mínimos históricos no es irreal. Esos descensos representan incrementos de tensión efectiva máximos de 42-153 kPa en la Vega Media del Segura y de 49-87 kPa en la Vega Baja, dependiendo de la zona.

La máxima tensión efectiva posible calculada (suponiendo un drenaje total y disipación de la presión de poro) debida a la bajada de nivel piezométrico (∆σ’MPLD) ha sido calculada para varias muestras representativas de la Vega Baja y Media del Segura. Estos valores son siempre inferiores a 50 kPa (Tabla 4.11).

Es importante observar que los valores de presión de preconsolidación calculados en las muestras super-ficiales no se justifican totalmente con las tensiones inducidas por los descensos de nivel piezométrico. Sólo justifican una parte de la presión de preconsolidación (menos del 40% de la sobreconsolidación). Un mayor descenso de nivel piezométrico en el pasado que los registrados actualmente podría justificar el exceso de pre-consolidación, pero esta posibilidad parece prácticamente imposible para esta zona.

2. Preconsolidación debida a la desecación

La segunda causa de la preconsolidación de los suelos de la Vega Baja y Media del río Segura es la dese-cación. Cambios estacionales en el contenido de humedad del suelo pueden causar desecación y retrabajado por procesos pedológicos, tal como actividad biológica y formaciones secundarias de calcita (Cetin, 2000). La dese-cación, y especialmente la desecación estacional causada por repetición de ciclos de humectación y secado, in-duce importantes esfuerzos a microescala. Estos esfuerzos, referidos como presiones intersticiales negativas, se deben a tensiones internas equivalentes resultantes de la humedad y la evaporación de agua capilar, estando relacionadas con las presiones de succión del suelo. Tschebotarioff (1951) estableció que la desecación del suelo puede generar tensiones muy elevadas en los suelos finos, que pueden variar desde 0.15 KPa a 305 KPa para tamaños de grano variables entre arena gruesa a arcilla. Otros autores han observado presiones de preconsolida-ción en exceso de 400 KPa (Selby y Lindsay, 1982; Stapledon, 1985). Chu et al., (2002) encontraron valores de OCR de hasta 8 en las capas superficiales de las arcillas de Singapur debido a la desecación de las mismas.

En la Figura 3.33 del Capítulo III se representó la humedad natural del suelo en función de la profundi-dad para muestras de suelo de la Vega Media del Segura. En el mismo gráfico se dibujaron las líneas medias de humedad de saturación para las diferentes unidades. En principio, es de esperar una elevada succión (presión de poro negativa) en las muestras que presentan una humedad natural inferior a la de saturación, siendo ésta más grande cuando más difiere de la humedad de saturación.

En las Vegas Baja y Media del Segura este fenómeno afecta principalmente a la zona vadosa (zona del terreno parcialmente saturada situada entre la superficie del terreno y el nivel freático), donde el contenido de agua cambia notablemente y la actividad pedológica puede ser significativa. Esta actividad pedológica es induci-da principalmente por la actividad de las raíces de las plantas (observadas en las capas más superficiales de casi todos los sondeos geotécnicos disponibles) y se manifiestan a modo de horizontes ligeramente cementados. Al-gunos autores como Won y Chang (2007) han constatado fenómenos de cementación de granos de suelo debida a la existencia de iones sulfato y potasio en el agua que rellena los poros del suelo que precipitan al cambiar las condiciones químicas y causan una preconsolidación del suelo que denominan aparente al no tener un origen tensional puro.

Tal y como se indicó en el Capítulo III, las Vegas Baja y Media del Segura disfrutan de un clima Medite-rráneo con escasas precipitaciones y veranos muy calientes y secos. Cuando se produce la insolación directa sobre la superficie del terreno, pueden ocurrir fenómenos de evaporación del agua presente en el suelo capaces de generar importantes succiones. De la misma forma, la transpiración natural de las plantas puede generar tam-bién efectos similares de pérdida de agua del suelo en la zona radicular. Las pérdidas directas e indirectas del agua del suelo a la atmósfera por evaporación se denominan evapotranspiración, y en las Vegas Baja y Media del Segura puede llegar a alcanzar valores importantes (PNIAS, 1978). El efecto que suele causar la pérdida de agua en estas franjas más superficiales de suelo es la precipitación de sales, generando una sobreconsolidación aparen-te del suelo (Wong y Chang, 2007).

Las variaciones estacionales del nivel freático son también comunes en esta área. Como consecuencia, los primeros cinco metros de columna de suelo pueden estar sobreconsolidados debido a la ocurrencia de estos fenómenos.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

240

En la Figura 4.58 se muestra la variación de la humedad del suelo determinada en muestras inalteradas, procedentes de los sondeos geotécnicos mediante el procedimiento de secado en estufa, frente a la profundidad. Evidentemente, los datos representados corresponden a sondeos realizados en diferentes épocas del año, diferen-tes años y diferentes lugares. No obstante, en la misma figura se observa que la mayor variedad de valores se concentra en los diez primeros metros, donde las humedades determinadas varían entre el 2.1 % y el 41.6 %.

0 10 20 30 40 50Humedad natural (%)

50

40

30

20

10

0P

rofu

ndid

ad (m

)

Vega Baja del rio SeguraVega Media del rio Segura

Figura 4.58. Variación de la humedad natural del terreno frente a la profundidad para muestras inalte-

radas de la Vega Baja y Media del Segura.

En la Figura 4.59 se muestra el registro de varios piezómetros del nivel de gravas junto a los datos de OCR calculados para las muestras de suelo obtenidas en la ciudad de Murcia. Como se aprecia, los valores más altos de OCR se encuentran en la franja de variación del nivel piezométrico, donde los cambios de humedad son mayores, produciéndose a lo largo del tiempo ciclos de saturación y desecación.

Otra observación interesante es que la mayor sobreconsolidación se observa en los primeros 5 m de sue-lo, coincidiendo con la franja de terreno situada inmediatamente por encima del nivel freático. En la ciudad, esta franja se localiza a una profundidad media de 4 m, con valores extremos máximo y mínimo de 7 y 1 m respecti-vamente. Es en esta franja de suelo en la que se producen los ascensos capilares de agua desde la superficie libre del nivel freático.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

241

25

20

15

10

5

0P

rofu

ndid

ad

(met

ros

sobr

e la

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)

0 2 4 6 8 10 12 14OCR

OC

R =

1

RELLENO

LIMO

ARENA

GRAVA

1990

1994

1998

2002

2006

Figura 4.59. Valores de OCR calculados para diferentes muestras de la ciudad de Murcia y compara-

ción con varios piezómetros representativos de las variaciones de nivel freático en la ciudad. Obsérven-se los límites medios de las diferentes capas reconocidas en la ciudad de Murcia.

La Figura 4.60 muestra la variación de OCR de toda la Vega del Segura y de la profundidad de los nive-les freáticos de todos los pozos municipales de la ciudad de Murcia. Como puede observarse, los máximos valo-res de OCR se localizan en la franja de terreno localizada en los 10 primeros metros, en los que las fluctuaciones de nivel freático son mayores, por lo que parece de nuevo lógico atribuir la gran sobreconsolidación superficial al efecto desecación-humectación de la franja vadosa del terreno. Además se observa cómo la mayor subsidencia acumulada en el periodo 2001-07 se concentra también en estos 10 primeros metros. Aparentemente, las oscila-ciones del nivel freático causan ciclos de humectación-desecación que inducen esfuerzos de succión importantes que incrementan las tensiones efectivas actuantes y que derivan en una consolidación del terreno en la franja afectada.

La eq. (4.4) ha permitido calcular los valores correspondientes a la contribución de la desecación a la presión de preconsolidación (∆σ’D) para las muestras representativas de suelo. Estos valores varían entre 42 y 188 KPa (Tabla 4.11).

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

242

Figura 4.60. Histograma de distribuciones de la posición del nivel freático por profundidades medidas desde la superficie del terreno. Al histograma se han superpuesto los valores de OCR calculados por el método expuesto

así como la variación de lecturas de subsidencia con la profundidad del extensómetro Ei-4.

4.4.2. Daños en edificaciones

La Figura 4.61 muestra la distribución de daños en edificación (IGME, 2000a; Vázquez y De Justo, 2002) sobre el mapa de subsidencia medida en el área estudiada durante el periodo comprendido entre el 14 de abril de 1993 y el 12 de abril de 1997. Aunque a simple vista no se observa ninguna relación clara entre los valo-res de subsidencia y los daños, sí que se puede reconocer una cierta acumulación de edificios dañados entorno al río y especialmente al S del mismo tal y como se ha visto en la sección 4.3.2.1.

Con el fin de determinar la subsidencia sufrida por cada edificio durante el referido periodo se ha reali-zado una consulta espacial mediante el Sistema de Información Geográfica. Los resultados de esta consulta se muestran en la Figura 4.62. Como puede observarse en dicha figura sólo 6 (7.4 %) edificios se localizan sobre píxeles en los que la deformación medida mediante DInSAR es superior o igual a 25 mm, valor máximo de asiento admisible según los códigos de buena práctica.

Si admitimos que la precisión de la técnica CPT es de ±6 mm, podemos observar que 10 (12.3 %) edifi-cios se localizan en píxeles en lo que la deformación detectada es inferior a este umbral, y que por lo tanto po-demos considerar como estables.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Profundidad (m)

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

Frecuencia (‰) profundidad nivel freático

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

OCR

-4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5

Subsidencia extensómetro (cm)

Nivel freático

OCR

OC

R=1

Subsidencia 2001-07del extensómetro Ei4

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

243

Estos resultados han de tomarse con cierta precaución ya que la digitalización de los datos en el SIG im-plica ciertas simplificaciones inevitables, que pueden influir sobre los análisis realizados. En primer lugar, los edificios, cuyo tamaño es variable, son asimilados a un píxel de 60 x 60 m al ser rasterizados. Esto hace que cuando existen edificios muy próximos entre sí, el SIG los considere como un solo píxel. Este hecho queda pa-tente al rasterizar los 112 edificios inventariados, que pasan a quedar representados por 103 píxeles.

Por otro lado, la subsidencia es introducida en el SIG como una entidad vectorial definida por sus coor-denadas (x,y) y el valor de deformación medido. Al rasterizarla el SIG asigna al píxel de 60 x 60 m el valor de subsidencia del punto más próximo.

También hay que tener presente que la técnica CPT proporciona la deformación de los blancos dominan-tes situados dentro del píxel, por lo que la deformación medida no tiene por qué coincidir siempre con la defor-mación sufrida por el terreno en el que está cimentado el edificio.

Según las conclusiones del IGME (2000a) relativas a los daños en edificios a mediados de los años no-venta y basadas exclusivamente en el estudio de las patologías observadas y de la tipología estructural y de la cimentación:

o 34.6% son atribuibles directamente a la subsidencia

o 18.6% se atribuyen a combinaciones de problemas estructurales o de cimentación con la subsi-dencia.

o 25.0% no son imputables a la subsidencia.

o 21.8% no se dispone de suficiente información como para emitir un diagnóstico fiable.

Figura 4.61. Superposición de edificios dañados (estrellas) a mediados de los años 90 y subsidencia 1993-1997.

Otro hecho destacable es la evolución temporal de los daños en relación a las variaciones de nivel freáti-co que se produjeron en la zona de estudio. El IGME (2000b) recopiló la evolución de los expedientes de patolo-gías en edificaciones de la ciudad de Murcia entre 1994 y 1997, que ya se mostró en el Capítulo III de la presente memoria. Como puede observarse, el primer expediente tuvo lugar en febrero de 1995, aumentando el número de éstos de forma gradual hasta alcanzar un máximo en noviembre de 1995. Si tenemos en cuenta que el descenso piezométrico comenzó aproximadamente a principios de 1993, vemos cómo existe un desfase temporal de casi

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

244

dos años entre el tiempo transcurrido desde el comienzo del descenso piezométrico (crisis piezométrica) y la aparición de los primeros daños en edificación. Este desfase puede ser atribuido a la existencia de una presión de preconsolidación del terreno a partir del cual las deformaciones del terreno (consolidación) son de mayor magni-tud, y posiblemente irreversibles, de modo que hasta que las tensiones inducidas por el descenso piezométrico no descienden por debajo de este valor de tensión no se producen deformaciones permanentes importantes. El lento drenaje del agua intersticial presente en los materiales limo-arcillosos de baja permeabilidad suprayacentes a las gravas sería otra de las causas (posiblemente la que condicionaría en mayor medida el retraso entre las deforma-ciones y los descensos en las gravas) que se añadirían a la primera.

0 0 01

0 0 0 01 1 1

02

0 03

10

13

61

42

46

86

35

3 36

25

0 01 1

0 0 0 01

0 0 0 00

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-39

-36

-33

-30

-27

-24

-21

-18

-15

-12 -9 -6 -3 0 3 6

Subsidencia (mm)

# Ed

ificio

s da

ñado

s

Figura 4.62. Histograma de valores de subsidencia 1993-97 medidos mediante CPT-DInSAR para los edificios

dañados. Análisis realizado con un tamaño de píxel de 60 x 60 m.

Asimismo, aunque en la Figura 4.63 no se ha superpuesto la evolución del nivel freático, el mínimo valor de nivel freático medido en el primer nivel de gravas coincide exactamente con el periodo con mayor número de expedientes de patologías, correspondiente al último cuatrimestre del año 1995.

La Figura 4.64 muestra la relación espacial existente entre la posición de los edificios dañados y la dis-tancia a los factores desencadenantes de la subsidencia, más concretamente al río, a los azarbes, a los pozos y a los sótanos. Como puede deducirse a simple vista, prácticamente todos los daños en edificios inventariados du-rante a crisis piezométrica de la década de los noventa, se encuentran a distancias inferiores a los 200 m de los factores considerados. Además, el mayor número de edificios dañados se encontraban localizados a unos 70 metros de estos mismos factores.

A partir de los datos de subsidencia se han elaborado una serie de mapas de la ciudad de Murcia en los que se han seleccionado aquellos puntos en los que la subsidencia absoluta ha superado el valor de asiento admi-sible comúnmente aceptado en ingeniería para cimentaciones por zapatas y para losas, establecido en 1” (2.5 cm) y 2” (5 cm), respectivamente.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

245

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96

mar

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Tiempo

Nº d

e ex

pedi

ente

s

Figura 4.63. Evolución temporal del número de expedientes de patologías en edificación de la ciudad de Murcia

entre 1994 y 1997.

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5

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0 100 200 300 400 500Distancia (m)

# Ed

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daña

dos

Figura 4.64. Distribución de edificios dañados frente a distancia a los factores desencadenantes de la subsiden-

cia sótanos, río, azarbes y pozos.

La Figura 4.65 muestra aquellas zonas de la ciudad en las que los asientos medidos mediante la técnica CPT entre los años 1993 y 1997 varían entre 2.5 (1”) 5 cm (2”). Como puede observarse, las zonas con asientos no admisibles para zapatas se localizan preferentemente de forma dispersa al S del río Segura (Barriomar, Infan-te Don Juan Manuel, Buenos Aires y El Carnen) y al E de la ciudad (Barrios de La Paz y Vistabella). El área afectada por estos asientos es de 1.23 km2 (un 2.8 % del área total con píxeles coherentes, es decir, medidas de deformación disponibles) y en ella se han medido asientos comprendidos entre -2.5 y -4.0 cm con un valor me-dio de -2.9 cm. No existen zonas con asientos mayores a 5 cm (2”) para este periodo de tiempo.

La Figura 4.66 representa las zonas del área estudiada en las que el asiento ocurrido entre los años 2005 y 2007 estaba comprendido entre -2.5 y -5 cm. Durante este periodo los asientos inadmisibles medidos están comprendidos entre -2.5 y -3.2 cm con un valor medio de -2.7 cm. Las zonas afectadas por estos asientos inad-misibles cubren un área de 0.14 km2 (un 0.3% del área total con píxeles coherentes) y se encuentran dispersas localizándose al NE y SE del extrarradio de la ciudad Murcia. Durante este periodo no se han medido asientos superiores a los admisibles por losas de cimentación superiores a 5 cm.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 4.65. Distribución de zonas de la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano en las que los asientos

varían entre 2.5 y 5.0 cm de subsidencia entre los años 1993 y 1997. Las estrellas indican la localización de los edificios dañados inventariados por Mulas et al. (2003) y Vázquez y De Justo (2002a).

Figura 4.66. Distribución de zonas de la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano en las que se los asientos

varían entre 2.5 y 5.0 cm de subsidencia entre los años 2005 y 2007.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

247

Al considerar el periodo 1993-2007, observamos que la mayor parte de la ciudad ha sufrido asientos ab-solutos comprendidos entre 2.5 (1”) y 5 cm (2”) (Figura 4.67). El área total afectada por esta magnitud de asien-tos (entre -2.5 cm y -5 cm) es de 13.8 km2 lo que representa un 31.9 % del total de píxeles coherentes disponibles en el área de estudio, con registros que varían en todo el rango desde -2.5 hasta -5.0 cm y con un valor medio de -3.7 cm.

Figura 4.67. Distribución de zonas de la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano en las que los asientos

varían entre 2.5 y 5.0 cm de subsidencia entre los años 1993 y 2007.

También se ha elaborado una figura (Figura 4.68) en la que se representa la localización de los píxeles en los que la subsidencia medida desde 1993 hasta el año 2007 supera los 5.0 cm de asiento absoluto admisible para losas de cimentación. Las zonas en las que se han superado los -5 cm se concentran preferentemente al S del río Segura, en el casco urbano, y SE de la ciudad, en el extrarradio, aunque también existen diversos puntos disper-sos situados en la zona centro y norte de la misma. El área afectada por esta subsidencia es de 3.7 km2 (un 8.6 % de la zona con píxeles coherentes). Los valores de subsidencia medidos para estos píxeles varían entre -5.0 cm y -11.6 cm con un valor medio de -6.0 cm.

Por último, se ha estudiado la relación de los valores de subsidencia correspondientes al periodo de tiem-po comprendido entre 1993 y 1997, medidos mediante la técnica CPT, con la distancia a los elementos desenca-denantes (posición pozos, posición azarbes y acequias, posición río y localización de sótanos) (Figura 4.69). Estos elementos desencadenantes se localizan principalmente en la zona metropolitana de la ciudad. Como puede apreciarse, la mayor parte de la subsidencia se concentra precisamente a menos de 300 m de todos estos elemen-tos desencadenantes, siendo mucho menor desde los 300 m a los 600 m (valor máximo analizado) de distancia. Este hecho es coincidente con los cortes representados en las Figuras 4.49 y 4.50, en los que parece definirse una clara cubeta de asientos en la ciudad de Murcia.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 4.68. Distribución de zonas de la ciudad de Murcia y su entorno metropolitano con asientos superiores a

5 cm entre los años 1993 y 2007.

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# P

íxel

es

-4 cm -2 cm -1 cm 0 cm 1 cm -3 cm

Figura 4.69. Número de píxeles con subsidencia frente a la distancia a los elementos desencadenantes de la subsidencia (azarbes, sótanos, río y pozos). Valores de subsidencia correspondientes al periodo 1993-1997.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

249

4.5. Modelización de la subsidencia

Una vez determinadas las deformaciones del terreno debidas al descenso generalizado del nivel freático, estudiadas las variables que condicionan la subsidencia, y validados los datos disponibles mediante comparación directa con datos extensométricos y obtenidos mediante otras técnicas DInSAR, en el presente apartado se pro-pone un modelo de cálculo que reproduzca de la forma más fidedigna posible las deformaciones del acuífero superficial ocasionadas por las variaciones piezométricas producidas en el mismo.

4.5.1. Introducción En el Capítulo II se enumeraron algunos de los modelos de cálculo empleados por diversos autores para

reproducir la subsidencia del terreno ocasionada por descensos de nivel piezométrico. La mayor parte de esos modelos se aplican a capas confinadas (acuitardos) y consisten en soluciones de la ecuación de la consolidación unidimensional de Terzaghi para diferentes condiciones de contorno.

El principal problema de estos métodos consiste en acoplar las variaciones piezométricas con las defor-maciones ocasionadas por la consolidación del terreno. El problema se resuelve generalmente de forma unidi-mensional, requiriendo sofisticados programas informáticos para poder considerar el efecto bi o tridimensional del problema.

Las formulaciones propuestas por diversos autores requieren gran cantidad de parámetros de entrada, al-gunos de los cuales, como la permeabilidad, suelen influir de forma decisiva en los resultados obtenidos. Ade-más, la gran variabilidad de estos parámetros y su frecuente poca representatividad respecto a los valores reales in situ de los mismos, pueden llegar a simplificar la alimentación de los cálculos, dejando de estar justificado el uso de las soluciones complejas. Otro obstáculo de los cálculos es la escasez de datos, que en muchos casos conducen al mismo grado de simplificación anteriormente enumerado.

En la zona de estudio únicamente se dispone de siete ensayos de permeabilidad sobre probetas de mues-tras inalteradas de suelo, que proporcionan un valor medio de permeabilidad vertical de la capa de limos y arci-llas de 1.75 x 10-8 m/s, con valores máximos y mínimos de 5.23 x 10-8 y 9.48 x 10-11 m/s. Además, se cuenta con unos valores de permeabilidad vertical, obtenidos a partir de ensayos de campo y ajuste de un modelo hidrogeo-lógico por el IGME (Aragón et al., 2004), de 1.2 x 10-6 y 3.5 x 10-7 m/s. Todos estos números ponen de mani-fiesto la escasez de datos y la variabilidad de los mismos.

Por otro lado, dado que la subsidencia es un proceso lento que tiene lugar de forma muy diferente a como ocurre en las condiciones del laboratorio, nos encontramos con la necesidad de decidir qué parámetros emplear en los cálculos. Además, en la realidad, el valor de los parámetros cambia en las diferentes fases del proceso de subsidencia dificultando aún más el procesado. También es posible determinar los parámetros de deformación a partir de ensayos de campo. Sin embargo, en la práctica resulta difícil usar la metodología propuesta para calcu-lar los parámetros del suelo, especialmente para suelos finos (Hu et al., 2002). Por ello, resulta de gran interés la estimación de los parámetros de deformación del acuífero a partir de datos reales in situ como son la deforma-ción de la superficie del terreno y los niveles piezométricos.

4.5.2. Formulación empleada para la modelización En el caso de la ciudad de Murcia, se ha aplicado la formulación propuesta por Hoffmann (2003) para la

modelización de un acuífero detrítico multicapa en Las Vegas (EE.UU.). Este modelo parte de la suposición de una relación directa entre las deformaciones y los descensos piezométricos, tal y como se describió en el Capítu-lo II. Hoffman (2003) resolvió, para el caso unidimensional y carga total constante, la ecuación general de la consolidación para un acuífero confinado sometido a un descenso de nivel piezométrico de igual magnitud en los extremos del acuitardo (∆h). Según éste, despreciando la compresibilidad del agua, y suponiendo una variación de carga hidráulica constante en los bordes del acuitardo (∆h), la evolución temporal del asiento del acuitardo (δ(t)) se expresa a través de la siguiente expresión:

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜

+−××∆=

⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜

+−×××∆= ∑∑

=

−∞

=

02

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2

4

2 )12(81

)12(81)(

22

n

t

kn

t

sk neSh

neDSht

nn τπ

τπ

ππδ (4.5)

donde Ssk es el coeficiente de almacenamiento específico (m-1) del esqueleto sólido, que se calcula como:

DS

S ksk = , (4.6)

siendo Sk el coeficiente de almacenamiento del esqueleto sólido, t es el tiempo transcurrido desde el momento en que ocurre la variación de carga en los bordes del acuitardo, D es el espesor de la capa deformable – acuitardo – (m), y:

kn

SDsk

n 2

2

)12(2+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=τ (4.7)

donde k es la permeabilidad vertical del acuitardo (m/s).

Para el caso particular de n=0 esta expresión adopta la forma:

k

SDsk

2

02⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=τ , (4.8)

conocida como constante de tiempo de consolidación, que corresponde al tiempo tras el cual se ha alcanzado un 93% de la consolidación total del acuitardo.

Para una determinada variación de la carga en los bordes del acuitardo, observamos que para un tiempo infinito (t→∞), se produce el drenaje completo del agua intersticial, pudiendo reescribir la eq. (4.5) como:

ksk ShDSh ×∆=××∆=δ (4.9)

Por lo tanto, podemos decir que el desarrollo en serie incluido dentro del paréntesis de la eq. (4.5) indica el porcentaje de subsidencia que se ha desarrollado en cada instante. En geotecnia este concepto se define como grado de consolidación medio (U) e indica el porcentaje de asiento, respecto al total, que se ha alcanzado en un instante t determinado.

Es también importante reseñar que, en el caso contemplado y según la eq. (4.8), el tiempo necesario para que se alcance un cierto grado de consolidación no depende de la magnitud de la variación de la carga hidráulica, sino que depende de la permeabilidad vertical del suelo, del espesor de la capa a drenar y de las propiedades del suelo. En consecuencia, una mayor variación de carga hidráulica en los extremos de la capa considerada no ace-lerará los tiempos de consolidación, pero sí generará un mayor asiento final. También es interesante observar que esta formulación considera el espesor de suelo deformable y el descenso piezométrico, factores que, como se demostró con anterioridad mediante un análisis de regresión múltiple, explican en gran medida la subsidencia observada.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

251

Obsérvese que toda la formulación anteriormente expuesta es equivalente a la empleada en geotecnia, salvo que se emplean parámetros hidrogeológicos fáciles de obtener a partir de los registros piezométricos y las medidas de subsidencia.

Es importante reseñar que, tal y como se explicó en el Capítulo II, los coeficientes de almacenamiento del acuitardo tomarán un valor diferente en función de si la altura piezométrica es menor o mayor que la máxima altura piezométrica a la que se ha visto sometido el suelo a lo largo de su historia (Hp). Esta altura piezométrica es equivalente a la presión de preconsolidación del suelo y separa las deformaciones elásticas de las anelásticas, es decir:

p

p

kv

kek HH

HHsisi

SS

S<>

⎩⎨⎧

= (4.10)

Para el cálculo de la subsidencia se han determinado los parámetros de deformación del terreno (coefi-cientes de almacenamiento del esqueleto sólido, Ske y Skv) a partir de los pares de datos correspondientes a la serie piezométrica de cada pozo y la deformación del píxel coherente más próximo a él. Estos pares de series de valores permiten determinar las curvas esfuerzo-deformación del suelo presente en los diferentes pozos de agua distribuidos por la ciudad de Murcia y sus alrededores según la metodología gráfica propuesta por Riley (1969) y empleada por diversos autores (Hoffmann, 2003; Burbey, 2003; Zhang et al., 2007a, 2007b) consistente en de-terminar la pendiente de la rama correspondiente (elástica o anelástica según proceda) de la curva esfuerzo-deformación:

hDSk ∆

∆= (4.11)

Este método es equivalente al empleado para determinar los coeficientes de compresibilidad a partir de curvas esfuerzo-deformación obtenidas en laboratorio a partir de ensayos edométricos, y es válido para acuíferos en los que el equilibrio de presiones entre el acuífero y el acuitardo se alcanza rápidamente, no siendo válido de forma directa cuando existen retrasos en el proceso de equilibrio entre ambos sistemas debidos a la baja permea-bilidad del acuitardo (Sneed y Galloway, 2000).

Dado que el registro piezométrico de los pozos municipales de la ciudad de Murcia comienza en 1994, época en la que ya había comenzado la mayor crisis piezométrica conocida en la Vega Media del río Segura, los valores calculados para este descenso se han considerado como valores vírgenes o anelásticos (Skv). Dado que con anterioridad a este periodo el suelo no se había visto sometido a un esfuerzo vertical debido a un descenso piezométrico mayor que el que originó el descenso piezométrico acaecido en esta época, es de esperar que estos descensos superaran la presión de preconsolidación del suelo, generando una deformación anelástica.

La pendiente del tramo de la curva esfuerzo-deformación correspondiente al descenso piezométrico ocu-rrido durante la primera crisis piezométrica (periodo 1994-1995) se ha determinado mediante un simple ajuste por mínimos cuadrados de una recta a los datos disponibles, obteniendo así el coeficiente de almacenamiento anelástico del terreno (Skv) (Figura 4.70). En el Anejo IX se recogen todas las curvas esfuerzo-deformación cal-culadas en todos los pozos con registros piezométricos, así como los valores de Skv y Ske obtenidos a partir del análisis de las mismas. En la Tabla 4.12 también se incluye un resumen de los valores que adoptan los coeficien-tes de almacenamiento y en la Figura 4.71 se lleva a cabo su representación espacial.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Figura 4.70. Procedimiento gráfico para la obtención del coeficiente de almacenamiento anelástico (Skv)

a partir de la curva esfuerzo-deformación en el pozo H-19. Los círculos corresponden a los datos em-pleados para el ajuste por mínimos cuadrados de la recta cuya pendiente es el coeficiente de almacena-

miento anelástico del esqueleto sólido del suelo (Skv) cuyo valor es de 1.1128 x 10-3.

El coeficiente de almacenamiento elástico, Ske, se ha obtenido como un porcentaje del anelástico, Skv. Es-te porcentaje se ha fijado a partir de la relación existente entre los índices de compresión (Cc) y de entumeci-miento (Cs) calculados a partir de las curvas edométricas de los ensayos edométricos disponibles, resultando ser del 15%.

Los coeficientes de almacenamiento anelástico (Skv) calculados varían entre 0.2091 x 10-3 y 3.0581 x 10-

3, con un valor medio de 1.4738 x 10-3 ± 0.6833 x 10-3. Los coeficientes elásticos varían entre 0.314 x 10-4 y 4.587 x 10-4, con un valor medio de 2.21076 x 10-4 ± 1.02487 x 10-4.

Como vemos en la representación espacial de los coeficientes de almacenamiento anelásticos calculados a partir de las curvas esfuerzo-deformación en los pozos de la ciudad de Murcia, Skv, (Figura 4.71) no se observa ningún patrón claro de distribución de estos parámetros.

Estos parámetros, Skv y Ske, calculados en cada pozo han permitido calibrar un modelo para extrapolar los cálculos al resto de variaciones piezométricas acaecidas a posteriori.

Tal y como se comentó en el Capítulo II, la presión de preconsolidación aparente (o altura piezométrica de preconsolidación, Hp) resulta un dato muy importante en los cálculos de la subsidencia, pues separa los dos tipos de deformación existentes, elástica y anelástica. Como hemos visto en los apartados precedentes, los suelos de la Vega Baja y Media del río Segura presentan una preconsolidación que disminuye con la profundidad, al-canzando los valores máximos en los 5 primeros metros, donde, como también se ha justificado, además de los incrementos de tensión inducidos por el descenso piezométrico, se suceden otros fenómenos como la precipita-ción de sales, la desecación y la acción pedológica. Para simplificar el modelo de cálculo, la presión de precon-solidación se ha supuesto constante a lo largo de todo el periodo analizado, e igual al nivel mínimo de las oscila-ciones estacionales durante el periodo estable (régimen permanente). Además, se ha asumido que toda la capa de suelo deformable está igualmente sobreconsolidada. También se ha probado a incrementar de forma lineal la presión de preconsolidación a lo largo del tiempo, no mejorando los cálculos en exceso, y generando la incerti-dumbre acerca de qué pendiente dar a la recta de variación de la presión de preconsolidación.

Otro aspecto a señalar es la inexistencia de datos piezométricos durante gran parte del año 2000 y la to-talidad del año 2001. Esto ha obligado a dividir la modelización de la subsidencia en dos periodos diferentes, aunque empleando los mismos parámetros de deformación del terreno. La modelización se ha llevado a cabo por separado para el periodo anterior y posterior a este salto temporal.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

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Figura 4.71. Mapa de valores de coeficiente de almacenamiento anelástico del suelo (Skv).

Una vez establecidos los parámetros de entrada para el cálculo de la subsidencia, se ha procedido a cal-cular el asiento del terreno debido a la evolución piezométrica de dos modos diferentes: aplicando la eq. (4.5), que considera el efecto del tiempo, y aplicando la eq. (4.9), que presupone que se ha producido la consolidación total del terreno. En los apartados siguientes se exponen los resultados obtenidos al aplicar ambos modelos y se comparan entre sí y con los asientos medidos mediante CPT y extensómetros.

4.5.3. Cálculo de la subsidencia El cálculo de la subsidencia se ha llevado a cabo empleando la eq. (4.5). Esta expresión nos proporciona

la evolución temporal del asiento del terreno debido a un cambio de carga hidráulica (∆h) en los extremos, techo y muro, de la capa considerada. El modelo trata de reproducir la evolución de los asientos debida a variaciones continuas de carga hidráulica en los extremos de la capa considerada. Por lo tanto, el valor de ∆h es variable en el tiempo. La opción más sencilla consiste en discretizar la evolución piezométrica en intervalos temporales iguales y determinar la deformación que genera la variación de carga suponiendo que actúa durante el intervalo de tiempo correspondiente empleando la eq. (4.5). De este modo, se calcula el asiento correspondiente a un ∆h suponiendo que la consolidación asociada a esa variación actúa durante el intervalo de tiempo ∆t establecido. Si consideramos todas las variaciones de carga hidráulica correspondientes a cada uno de los intervalos en los que hemos dividido el nivel piezométrico y determinamos la deformación que produce cada una de ellas podremos estimar la deformación acumulada en cada instante y, por lo tanto, conocer la evolución completa de la subsi-dencia.

En el caso que nos ocupa se ha establecido un intervalo de tiempo (∆t) de un día, y se ha calculado el ∆h correspondiente a cada uno de esos intervalos temporales. Posteriormente se ha calculado mediante la eq. (4.5) la

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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subsidencia ocurrida como consecuencia de la consolidación del terreno debida al ∆h, considerando un periodo de disipación de presiones intersticiales ∆t (1 día). Cuando ∆h>0 indica una recuperación del nivel piezométrico, por lo que el coeficiente de almacenamiento del esqueleto considerado en el cálculo es el elástico (Ske). Cuando ∆h<0, el nivel piezométrico decae, por lo que el coeficiente de almacenamiento del esqueleto sólido empleado dependerá de si la caída piezométrica supera o no a la altura piezométrica equivalente a la presión de preconsoli-dación, siendo elástica cuando las tensiones no superan dicha presión y anelástica cuando sí lo hacen.

Para realizar los cálculos se ha creado un programa informático que permite leer directamente las series piezométricas disponibles. Posteriormente, el programa discretiza la serie en intervalos de 1 día y obtiene la variación de carga piezométrica (∆hi) correspondiente a cada intervalo temporal i y aplica la eq. (4.5) para de-terminar la deformación parcial (δi) que se alcanza en ese intervalo de tiempo preestablecido. La subsidencia total en cada instante (t) se calcula como la correspondiente al sumatorio de las deformaciones de cada uno de los intervalos temporales anteriores al considerado, es decir, desde i=0 hasta t.

El programa permite considerar el espesor de la capa deformable variable según avanza la consolidación, ya que éste se reduce conforme avanza el proceso de deformación. Además permite emplear diferente número de términos (n) en el desarrollo de la serie.

La Figura 4.72 muestra la evolución temporal del grado de consolidación medio de una capa de arcilla de 10 m de espesor, afectada por un descenso piezométrico (∆h) en los extremos de la capa de 1 m, al considerar 1, 10 ó 50 términos en el desarrollo de la serie de la eq. (4.5) y caracterizado por poseer una permeabilidad igual al valor medio observado en las muestras del área de estudio (k=1.75 x 10-8 m/s). Como puede apreciarse, a partir de 1 día las tres curvas coinciden completamente. Además, vemos que a partir de 10 términos los cálculos de la evolución temporal de la subsidencia son prácticamente invariables. Sin embargo, para un número menor de términos podemos generar desviaciones importantes en los valores calculados respecto a los reales obtenidos al considerar un mayor número de términos del desarrollo en serie.

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Tiempo, t (horas)

Gra

do d

e co

nsol

idac

ión,

U(%

)

1 término (n=1)10 términos (n=10)50 términos (n=50)

Figura 4.72. Influencia del número de términos (n) considerado en el cálculo en la evolución temporal de la

subsidencia. Para elaborar el gráfico se ha considerado un valor de permeabilidad (k) igual al valor medio de los datos disponibles (k=1.75 x 10-8 m/s) y una variación de la carga hidráulica en los extremos de la capa (∆h) de 1 m. El espesor deformable se ha considerado de 10 m y el coeficiente de almacenamiento anelástico (Skv) de

1.11276 x 10-3.

Otro análisis realizado ha consistido en determinar la influencia de la permeabilidad vertical en el proce-

so de consolidación. Para ello se han empleado los mismos datos que en el análisis anterior pero se ha ido modi-

1 dí

a

1 m

es

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

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ficando la permeabilidad, considerando siempre n = 50 términos. Como puede apreciarse en la Figura 4.73 la influencia de la permeabilidad sobre los cálculos de subsidencia es muy grande. Para valores de permeabilidad vertical (k) mayores que 2 x 10-8 m/s, la consolidación total (drenaje total) de la capa es evidente en periodos de un solo día. Para permeabilidades menores, el periodo de consolidación ante una cierta variación piezométrica puede llegar a alargarse considerablemente, superando el mes para que se produzca un drenaje completo en casos de permeabilidad muy baja.

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Tiempo, t (horas)

Gra

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e co

nsol

idac

ión,

U(%

)

k=2e-4 m/s

k=2e-6 m/s

k=2e-8 m/s

k=2e-10 m/s

k=2e-12 m/s

Figura 4.73. Influencia de la permeabilidad (k) en el cálculo en la evolución temporal de la subsiden-

cia. Para elaborar el gráfico se ha considerado un descenso de carga hidráulica (∆h) en los extremos de la capa de 1 m. El espesor deformable se ha considerado de 10 m y el coeficiente de almacenamiento

anelástico (Skv) de 1.11276 x 10-3.

Los análisis realizados ponen de manifiesto la rapidez con la que se produce el drenaje en el acuífero su-perficial de la ciudad de Murcia para los datos medios de permeabilidad disponibles para estos suelos. Según estos datos, en un sólo día se alcanza prácticamente el 100% del asiento máximo causado por la variación de carga hidráulica. Esto implica que se puede llegar a una solución aceptable de cálculo de la subsidencia si no se considera la influencia del tiempo de drenaje en el desarrollo de la subsidencia para permeabilidades verticales similares a la representativa de los datos disponibles en la zona de estudio. Además, dada la gran variabilidad espacial de la permeabilidad, que puede llegar con facilidad a cambiar en dos y tres órdenes de magnitud, y la escasez de estos datos, resulta conveniente considerar con cierta precaución los resultados obtenidos. Sneed y Galloway (2000) ya advirtieron sobre la influencia de la permeabilidad en el cálculo de la subsidencia del terreno a partir de un análisis de sensibilidad en Holly Site (California, EE.UU.).

Para analizar la influencia de la permeabilidad en el proceso de consolidación se han calculado también las constantes de tiempo de consolidación (τ0, eq. 4.8), que corresponden al tiempo tras el cual se ha alcanzado un 93% de la consolidación total, para cada uno de los sondeos con datos disponibles. El cálculo se ha llevado a cabo empleando los valores máximo, mínimo y medio del conjunto de datos de permeabilidad disponibles. La Tabla 4.12 muestra los resultados obtenidos. Como puede apreciarse, los tiempos de consolidación varían de forma considerable en función del valor de permeabilidad seleccionado. Para una misma columna de suelo, los tiempos pueden variar desde dos días hasta más de un año, según empleemos los valores mínimo o máximo de los siete disponibles.

En consecuencia, dado el bajo número de datos de permeabilidad vertical disponibles, y la relativa rapi-dez con la que se desarrolla la mayor parte de la subsidencia para una determinada variación de carga hidráulica

1 dí

a

1 m

es

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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al considerar los parámetros medios de permeabilidad, parece razonable aproximar la solución de la subsidencia a través del supuesto de consolidación total de la capa compresible.

También hay que destacar que se ha considerado el espesor deformable correspondiente a la columna de suelo existente hasta la primera capa de gravas, supuestamente indeformable. En la realidad, se ha constatado la existencia de pequeñas capas de arena y limos arenosos intercaladas entre las arcillas y limos, que podrían gene-rar variaciones considerables en los tiempos de consolidación, acelerando los asientos y, por tanto, reduciendo los tiempos calculados en la Tabla 4.12. En la citada tabla se indica también la existencia de capas de arenas intercaladas entre las arcillas y limos de las columnas litológicas de sondeos geotécnicos próximos a los puntos en los que se ha modelizado la subsidencia. Dada la ya mencionada heterogeneidad de los datos geotécnicos y la excesiva simplificación de la columna de algunos de ellos, no es de descartar que aunque en algunos casos se indica la no existencia de capa de arenas intercaladas, éstas existan, tal y como he podido constatar en algunas de las testificaciones realizadas, en las que se han observado capas arenosas de pocos centímetros. Además, hay que tener en cuenta que no se han considerado las capas de limos arenosos, que en ocasiones presentan una elevada transmisividad, pudiendo también actuar como verdaderos drenajes y contribuyendo a la aceleración de los tiem-pos de asiento.

Tabla 4.12. Valores de los coeficientes de almacenamiento anelásticos y elásticos así como de los valo-res máximos, mínimos y medios de la constante de tiempo de consolidación. La última columna indica la exis-tencia (√) o no (X) de capas de arena intermedias capaces de acelerar los asientos o la no disponibilidad de la

columna litológica del sondeo (?). D: Espesor de suelo deformable.

τ0 (días) Sondeo Skv Ske D (m)

Máx. Mín. Med. Capa arena intermedia

H-1 0.0017435 0.0002615 7.6 404 1 2 X H-2 0.0013186 0.0001978 21.7 873 2 5 √ H-4 0.0010018 0.0001503 9.0 275 0 1 X H-6 0.0019033 0.0002855 12.8 744 1 4 X H-7 0.0018354 0.0002753 22.0 1232 2 7 X H-8 0.0009568 0.0001435 21.3 622 1 3 X

H-11 0.0015384 0.0002308 11.5 540 1 3 X H-16 0.0015389 0.0002308 32.0 1503 3 8 X H-19 0.0011128 0.0001669 11.9 406 1 2 X H-20 0.0014624 0.0002194 8.5 379 1 2 ? H-21 0.0029820 0.0004473 11.9 1083 2 6 X H-24 0.0009716 0.0001457 11.6 344 1 2 X H-25 0.0013581 0.0002037 15.5 643 1 3 X H-26 0.0010771 0.0001616 12.0 395 1 2 √ H-27 0.0012015 0.0001802 18.5 678 1 4 √ H-30 0.0019980 0.0002997 - - - - ? H-32 0.0012937 0.0001941 23.0 908 2 5 X H-33 0.0004900 0.0000735 12.0 179 0 1 √ H-34 0.0019680 0.00029521 18.2 1093 2 6 √ H-38 0.0014575 0.0002186 13.7 609 1 3 X H-39 0.0023804 0.0003571 11.9 865 2 5 X H-42 0.0007690 0.0001154 21.5 505 1 3 X H-43 0.0002091 0.0000314 - - - - X H-44 0.0010130 0.0001520 - - - - X H-45 0.0010355 0.0001553 - - - - X H-46 0.0006411 0.0000962 - - - - X H-48 0.0019641 0.0002946 - - - - X H-55 0.0030581 0.0004587 11.9 1111 2 6 X

IGME179 0.0024606 0.0003691 - - - - ?

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

257

La Figura 4.74 muestra los resultados de la modelización de la subsidencia obtenidos mediante el pro-grama desarrollado en cuatro sondeos de la ciudad de Murcia, empleando la eq. (4.5) y los valores de permeabi-lidad máximo y mínimo disponibles. En la misma figura se han superpuesto los resultados de modelización con-siderando drenaje completo (eq. 4.9).

Como puede apreciarse, al emplear el valor mínimo de permeabilidad (k = 9.48 x 10-11 m/s; curva naran-ja), los asientos apenas se desarrollan debido al escaso drenaje que se produce. Los asientos calculados para la permeabilidad máxima (k = 5.23 x 10-8 m/s, curva verde) proporcionan asientos similares a los calculados me-diante la suposición de drenaje completo aunque algo menores cuando los espesores de las capas son importan-tes. En algunos casos, como en el pozo H-19 y H-4, este asiento es prácticamente idéntico al calculado al supo-ner drenaje completo, debido al escaso espesor de suelo deformable considerado, en comparación con los corres-pondientes a los sondeos H-16 y H-38.

En consecuencia, se puede afirmar que los asientos calculados suponiendo drenaje completo son bastante aproximados a los reales, por lo que se analizará su exactitud con más detalle a continuación.

La eq. (4.9) proporciona los asientos del terreno causados por un descenso piezométrico (∆h) en una capa de suelo de espesor D, cuyos coeficientes de almacenamiento Sk son conocidos (anelástico -Skv- para descensos piezométricos que sean inferiores a la altura de carga de preconsolidación y elástico -Ske- para descensos inferio-res a la altura de carga de preconsolidación o recuperaciones de carga hidráulica).

Para considerar drenaje completo de la sobrepresión intersticial causada por la variación piezométrica, se han empleado los coeficientes de almacenamiento calculados según el método gráfico descrito anteriormente en los 29 pozos disponibles y ya presentados en la Tabla 4.12. Posteriormente se ha establecido una altura de pre-consolidación (Hp) constante para toda la capa del acuífero superficial, coincidente con el valor mínimo de H observado durante el periodo de estabilidad anterior al descenso piezométrico de los años noventa. Cuando el descenso de altura de carga se produce por debajo del umbral de altura de preconsolidación prefijado, la defor-mación se supone anelástica, y por lo tanto el asiento correspondiente a esa variación piezométrica se calcula con los parámetros anelásticos. Sin embargo, cuando el descenso de carga hidráulica no es inferior al umbral de preconsolidación, la deformación parcial se calcula a partir de los parámetros elásticos. Cuando se trata de una recuperación de nivel piezométrico, la deformación se calcula siempre a partir de los parámetros elásticos y además se considera positiva (levantamiento).

Para los cálculos se han elaborado una serie de tablas (una para cada pozo en el que se ha modelizado la subsidencia). En cada una de estas tablas se ha representado la evolución piezométrica del nivel del agua en el pozo y la deformación medida mediante CPT en el píxel coherente más próximo al pozo.

Posteriormente, se han interpolado los datos de deformación DInSAR correspondientes a cada registro piezométrico. Los datos así obtenidos han permitido obtener las curvas esfuerzo-deformación de cada uno de los pozos.

Consecutivamente, se ha llevado a cabo el ajuste por mínimos cuadrados de la porción de la curva es-fuerzo-deformación correspondiente al descenso piezométrico 1994-95, obteniendo así el coeficiente de almace-namiento del esqueleto sólido del suelo. Tal y como se ha explicado con anterioridad, el coeficiente de almace-namiento elástico se ha obtenido como un porcentaje del anterior.

A continuación, se ha prefijado la carga hidráulica de preconsolidación, y se ha procedido a calcular la subsidencia/levantamiento que genera cada variación piezométrica considerando la eq. (4.9) y las premisas indi-cadas con anterioridad. La suma de todas las deformaciones parciales nos facilita la subsidencia acumulada en el instante considerado.

En aquellos pozos en los que el registro piezométrico era insuficiente, incompleto, anómalo o que no existía píxel de deformación DInSAR asociado, no ha sido posible calcular la subsidencia del terreno al no dis-poner de los datos de coeficiente de almacenamiento necesarios. Tampoco se ha calculado en los pozos en los que las deformaciones eran muy pequeñas, dado que en ellos no se observa ninguna correlación clara entre las variaciones piezométricas y las deformaciones medidas mediante la técnica CPT, siendo imposible calcular los coeficientes de almacenamiento.

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H-19

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H-16

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0.02Su

bsid

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)

H-38

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Fecha

Cota

(m s.

n.m

.)

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Subs

iden

cia

(m)

H-4

Figura 4.74. Modelización de la subsidencia en varios sondeos. Azul: Nivel piezométrico; Negro: Subsi-dencia medida mediante CPT; Naranja: Subsidencia modelizada empleando una permeabilidad de: 9.48 x 10-11 m/s (mín.) y eq. (4.4); Verde: Subsidencia modelizada empleando una permeabilidad de: 5.23 x 10-8 m/s (máx.) y eq. (4.4); Rojo: Subsidencia modelizada empleando una permeabilidad de: 1.75 x 10-8

m/s (media) y drenaje completo (eq. 4.9).

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

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Para comparar cuantitativamente los resultados de la modelización se ha llevado a cabo un sencillo análi-sis estadístico consistente en determinar la media de las diferencias existentes entre las dos gráficas de evolución de la deformación disponibles: la de deformación CPT y la del modelo. También se ha estudiado el error medio absoluto y las diferencias máximas entre ambas curvas.

En la Tabla 4.13 se muestran los resultados obtenidos en dicho análisis para cada pozo, junto con los da-tos de entrada empleados para el cálculo (Skv, Ske, Hp) y la distancia existente entre el centro del píxel y el pozo. En el Anejo X se muestran los resultados de la modelización de la subsidencia llevada a cabo para cada uno de los pozos con series piezométricas significativas.

Tabla 4.13. Estadística de la comparación entre la subsidencia modelizada (suponiendo drenaje completo, eq.

4.9) y medida mediante DInSAR durante el periodo temporal 1993-2007

Pozo Distancia (m) Skv Ske Hp

(m s.n.m) Error medio

(mm) Error medio

abs. (mm) Error máximo

(mm) H-1 75.64 0.0017435 0.0002615 37 0 2 6 H-2 10.16 0.0013186 0.0001978 36 1 2 9 H-4 65.19 0.0010018 0.0001503 37 3 4 8 H-6 40.56 0.0019033 0.0002855 35 -3 4 14 H-7 31.82 0.0018354 0.0002753 36 3 4 11 H-8 17.51 0.0009568 0.0001435 37 5 5 11 H-11 45.91 0.0015384 0.0002308 36 0 3 10 H-16 20.59 0.0015389 0.0002308 37 -1 2 6 H-19 46.19 0.0011128 0.0001669 36 2 3 10 H-20 30.63 0.0014624 0.0002194 37 0 2 6 H-21 41.31 0.0029820 0.0004473 35 -2 2 13 H-24 214.19 0.0009716 0.0001457 36 2 4 13 H-25 36.49 0.0013581 0.0002037 37 1 2 8 H-26 62.79 0.0010771 0.0001616 37 2 5 14 H-27 46.13 0.0012015 0.0001802 39 3 3 8 H-30 182.14 0.0019980 0.0002997 42 0 4 14 H-32 1677.05 0.0012937 0.0001941 30 -3 6 21 H-33 47.68 0.0004900 0.0000735 40 2 3 15 H-34 24.68 0.00196805 0.00029521 37 1 2 8 H-38 70.83 0.0014575 0.0002186 35 -1 3 6 H-39 102.87 0.0023804 0.0003571 36 -1 3 8 H-42 29.12 0.0007690 0.0001154 35 -2 5 12 H-43 2829.33 0.0002091 0.0000314 29 2 4 20 H-44 20.24 0.0010130 0.0001520 35 0 1 5 H-45 43.97 0.0010355 0.0001553 36 2 3 9 H-46 39.08 0.0006411 0.0000962 39 3 4 8 H-48 557.79 0.0019641 0.0002946 30 -1 3 7 H-55 29.07 0.0030581 0.0004587 36 -1 3 9

IGME179 47.64 0.0024606 0.0003691 39 0 5 17 PROMEDIO 0.0014738 0.0002210 36 1 3 11 MÍNIMO 0.0002091 0.0000314 -3 1 5 MÁXIMO 0.0030581 0.0004587 5 6 21

En la Tabla 4.13 se muestra también la estadística de resultados correspondientes a la modelización de la subsidencia del terreno debida a variaciones del nivel piezométrico en la ciudad de Murcia según la metodología expuesta en el apartado anterior. Los resultados obtenidos mediante el programa que emplea la eq. (4.5) son

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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prácticamente iguales en aquellos pozos en los que la constante τ0 es baja, dado que para los valores de permea-bilidad medios de la zona de estudio, la totalidad de la consolidación del suelo de desarrolla rápidamente.

Como podemos observar en la Tabla 4.13, el error medio cometido al modelizar la subsidencia corres-pondiente al periodo 1993-2007 es de 1 mm, con valores extremos de -3 y 5 mm. Este error se calcula como promedio de las diferencias entre el valor de subsidencia predicho mediante la aplicación del modelo y el valor real de la subsidencia determinado mediante la técnica interferométrica CPT de cada punto de la serie temporal analizada.

El error medio absoluto, calculado a partir del promedio de las diferencias absolutas existentes entre el modelo y la técnica CPT, es de 3 mm, con errores máximos y mínimos de 6 y 1 mm respectivamente.

La última columna de la Tabla 4.13 recoge las mayores diferencias entre el modelo y la subsidencia ob-servada para todo el periodo temporal modelizado en cada sondeo. Como puede observarse, la mayor desviación entre el modelo y la subsidencia real a lo largo de toda la serie temporal es de 21 mm en el sondeo H-32, siendo la menor diferencia de 5 mm. Estas diferencias máximas corresponden, en la mayoría de los casos, al periodo temporal durante el cual se producen recuperaciones piezométricas, ya que es en él cuando el modelo considera una respuesta inmediata de levantamiento mientras que en la realidad la subsidencia sigue progresando durante cierto tiempo hasta haberse establecido el equilibrio total de presiones intersticiales en el acuitardo deformable.

Por lo tanto, las diferencias del modelo respecto a la evolución real de los asientos son mínimas reprodu-ciendo muy bien el comportamiento observado. Las mayores diferencias entre ambas series corresponden al periodo de recuperación piezométrica, durante el cual las diferencias observadas entre el modelo y las medidas DInSAR llegan a alcanzar, e incluso superar, el centímetro.

En la Figura 4.75 se muestran algunos de los resultados de modelización de la subsidencia considerando drenaje completo (eq. 4.9). El resto de gráficos pueden consultarse en el Anejo X.

Otro cálculo realizado ha consistido en la modelización de la subsidencia en el entorno de los extensóme-tros disponibles (Figura 4.76 y Anexo X). Para ello se han empleado los datos de subsidencia CPT del píxel más próximo y del piezómetro más cercano al extensómetro considerado. A partir de este par de series de datos se ha obtenido la gráfica esfuerzo-deformación de la cual se derivan los coeficientes de almacenamiento del suelo necesarios para el cálculo de la subsidencia. Por último, se ha calculado la evolución de la deformación a partir de la eq. (4.9), considerando drenaje completo. En la Figura 4.76 se muestran los resultados obtenidos de la modelización en varios extensómetros superpuestos a las medidas instrumentales obtenidas in situ. En el Anejo X pueden consultarse la totalidad de los cálculos realizados en el emplazamiento de todos los extensómetros disponibles.

Como puede observarse en la Figura 4.76, aunque la serie temporal del registro extensométrico es relati-vamente corta, en la mayor parte de los extensómetros se observa una excelente coincidencia entre el modelo, la deformación extensométrica y la deformación DInSAR, con diferencias máximas del orden de 1 cm.

En consecuencia, queda patente que el modelo de subsidencia considerando drenaje completo de la capa deformable es aceptable y presenta la ventaja de emplear para su calibración datos sencillos procedentes de me-didas reales obtenidas, en este caso, a partir de interferometría.

Es importante señalar que las dos mayores diferencias entre el modelo y la subsidencia medida corres-ponden a los pozos H-32 y H-43 (Tabla 4.13), pozos en los que el píxel considerado para la obtención de las curvas esfuerzo-deformación se encuentra a distancias de más de 1.5 km (segunda columna de la Tabla 4.13), por lo que parece lógico pensar que los valores de subsidencia empleados para la calibración y la posterior com-paración no tienen por qué coincidir con la subsidencia real existente en el entorno del pozo.

Este modelo, que ha sido calibrado con datos pertenecientes al periodo temporal 1994-97 y aplicado y validado con la predicción de la subsidencia durante el periodo 1994-2007, puede ser empleado para la predic-ción de la subsidencia ante variaciones piezométricas conocidas. En el apartado siguiente se aplicará el modelo propuesto a diferentes escenarios de descenso piezométrico con el fin de predecir y analizar las deformaciones ocasionadas que se ocasionarían.

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

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(m)

H-55

Figura 4.75. Modelización de la subsidencia en varios sondeos de la ciudad de Murcia considerando drenaje completo de la capa. Negro: Subsidencia medida mediante la técnica CPT; Rojo: Subsidencia

modelizada.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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33

34

35

36

37

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Fecha

Cot

a (m

s.n

.m.)

-0,035

-0,025

-0,015

-0,005

0,005

0,015

Subs

iden

cia

(m)

V-15

27

29

31

33

35

37

39

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Fecha

Cot

a (m

.s.n

.m.)

-0.065

-0.055

-0.045

-0.035

-0.025

-0.015

-0.005

0.005

Subs

iden

cia

(m)

V-17

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Fecha

Cot

a (m

.s.n

.m.)

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

Subs

iden

cia

(m)

V-3

Figura 4.76. Modelización de la subsidencia en varios extensómetros de la ciudad de Murcia conside-rando drenaje completo de la capa. Negro: Subsidencia medida mediante la técnica CPT-DInSAR; Rojo:

Subsidencia modelizada; Verde: Subsidencia medida mediante extensómetro.

4.6. Análisis de un escenario de riesgo: predicción de la subsidencia

En este último apartado se calculan los asientos que ocasionarían descensos piezométricos de 5, 10, 15, 20 y 25 m, según la eq. (4.9), en los sondeos disponibles por debajo del valor de la altura piezométrica de pre-consolidación (Hp), ya que los asientos que se producirían para cambios piezométricos que no fueran inferiores a la altura de preconsolidación serían elásticos y por lo tanto recuperables una vez se recuperara el nivel piezomé-trico.

Para hacer esta predicción se han empleado los parámetros obtenidos en la calibración del modelo (Ta-blas 4.12 y 4.13) para posteriormente compararlos con los obtenidos por el IGME (2001a) a través de la modeli-zación geotécnica realizada mediante el software de elementos finitos ZSoil v 4.2. Los resultados se muestran en la Tabla 4.14.

Page 265: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

263

Tabla 4.14. Predicción de la subsidencia (cm) en los pozos con registro piezométrico disponible para diferentes

escenarios de descenso piezométrico y comparación con los valores obtenidos en la modelización del IGME (2001a).

Descenso piezométrico (m) Sondeo

5 m 10 m 15 m 20 m 25 m H-1 0.87 1.74 2.62 3.49 4.36 H-2 0.66 1.32 1.98 2.64 3.30 H-4 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 H-6 0.95 1.90 2.85 3.81 4.76 H-7 0.92 1.84 2.75 3.67 4.59 H-8 0.48 0.96 1.44 1.91 2.39

H-11 0.77 1.54 2.31 3.08 3.85 H-16 0.77 1.54 2.31 3.08 3.85 H-19 0.56 1.11 1.67 2.23 2.78 H-20 0.73 1.46 2.19 2.92 3.66 H-21 1.49 2.98 4.47 5.96 7.46 H-24 0.49 0.97 1.46 1.94 2.43 H-25 0.68 1.36 2.04 2.72 3.40 H-26 0.54 1.08 1.62 2.15 2.69 H-27 0.60 1.20 1.80 2.40 3.00 H-30 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 H-32 0.65 1.29 1.94 2.59 3.23 H-33 0.25 0.49 0.74 0.98 1.23 H-34 0.98 1.97 2.95 3.94 4.92 H-38 0.73 1.46 2.19 2.92 3.64 H-39 1.19 2.38 3.57 4.76 5.95 H-42 0.38 0.77 1.15 1.54 1.92 H-43 0.10 0.21 0.31 0.42 0.52 H-44 0.51 1.01 1.52 2.03 2.53 H-45 0.52 1.04 1.55 2.07 2.59 H-46 0.32 0.64 0.96 1.28 1.60 H-48 0.98 1.96 2.95 3.93 4.91 H-55 1.53 3.06 4.59 6.12 7.65

IGME179 1.23 2.46 3.69 4.92 6.15 Máximo 1.5 3.1 4.6 6.1 7.6 Mínimo 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Medio 0.7 1.5 2.2 2.9 3.7

Modelo del IGME (2001a) para la ciudad de Murcia

Descenso piezométrico Subsidencia

(cm) 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m

Máximo 1.9-2.3 3.2-4.0 4.9-6.0 6.6-8.1 8.3-10.1 Mínimo 0.8-0.9 1.6-1.8 2.4-2.7 3.2-3.6 4.0-4.6 Medio 1.4-1.6 2.9-3.1 4.4-4.5 5.9 7.3-7.4

Page 266: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

264

Como puede observarse en la Tabla 4.14, en general, los valores calculados por el IGME (2001a) son li-geramente mayores que los obtenidos puntualmente (en los pozos con registro piezométrico) al aplicar el modelo propuesto en la presente tesis doctoral. Los asientos máximos calculados por ambos modelos son del mismo orden de magnitud. Sin embargo, los asientos medios calculados por el IGME (2001a) son aproximadamente el doble que los predichos mediante el modelo propuesto. Los asientos mínimos predichos también son menores que los calculados por el IGME (2001a). No obstante, puede afirmarse que los asientos calculados en los pozos mediante la aplicación de la eq. (4.9) proporciona valores de subsidencia aceptables y equiparables a los propor-cionados por el modelo del IGME (2001a).

Durante los periodos 94-97 y 2005-07 los descensos piezométricos acaecidos en la ciudad de Murcia fue-ron de 6-8 m y 8-10 m respectivamente. Los asientos medios derivados de dicho descenso piezométrico fueron de 1.4 cm y 1.5 cm, y los máximos de 3.9 cm y 3.1 cm según los valores proporcionados por la interferometría.

Si comparamos estos asientos con los que se derivarían, según los cálculos efectuados (Tabla 4.14) para los pozos con registro piezométrico disponible, para un descenso piezométrico de 10 m, similar al sufrido en la ciudad de Murcia durante los periodos indicados, vemos que la coincidencia es muy buena.

Una vez validado el modelo mediante comparación directa con los valores de subsidencia medidos con interferometría, se han elaborado unos mapas de subsidencia (Figuras 4.77 a 4.81) de los diferentes escenarios de descenso piezométrico. Estos mapas abarcan un área de 4.2 x 4.2 km centrada en la ciudad de Murcia.

Para elaborar dichos mapas se ha generado un mapa de coeficientes de almacenamiento anelásticos (Skv) a partir de la interpolación de los datos puntuales disponibles. Posteriormente, haciendo uso de las herramientas de cálculo del SIG se ha calculado la subsidencia total correspondiente al descenso piezométrico considerado en cada caso a través de la eq. (4.9). Este cálculo se ha realizado para escenarios de descenso piezométrico de 5, 10, 15, 20 y 25 m. El resultado de estos cálculos se ha representado en los mapas de subsidencia de las Figuras 4.77 a 4.81 y en la Tabla 4.15.

Como puede observarse en la Figura 4.77 y la Tabla 4.15, un descenso piezométrico constante de 5 m generaría asientos medios de 0.7 cm. Los asientos máximos alcanzarían valores de 1.5 cm y se localizarían en la zona N de la ciudad, coincidiendo aproximadamente con los barrios de La Flota y Molino de Nelva, Plaza Circu-lar y El Ranero.

Un descenso de nivel piezométrico de 10 m ocasionaría una subsidencia media de 1.5 cm que también afectaría con mayor intensidad (hasta 3.1 cm) a los de La Flota y Molino de Nelva, Plaza Circular y El Ranero (Figura 4.78). La zona más estable se localizaría en los barrios de San Basilio y San Antón, así como a algunos puntos dispersos del SW de la ciudad. Los asientos mínimos en esta zona serían de 0.5 cm.

Si el nivel piezométrico bajara 15 m, los asientos medios serían de 2.2 cm (Figura 4.79). Este descenso ocasionaría deformaciones superiores a los 2.0 cm en la franja N y E de la ciudad (barrios de El Ranero, Santa María de Gracia, Vistalegre, Santiago y Zaraiche, La Flota, Molino de Nelva, La Fama, San Miguel, La Paz y Vistabella) con asientos que puntualmente alcanzarían los 4.6 cm. Los barrios de Infante Don Juan Manuel y El Carmen también sufrirían estos valores de deformación. En el resto de la ciudad, las deformaciones estarían comprendidas entre 0.8 y 2.0 cm.

Un descenso piezométrico de 20 m causaría asientos superiores a 3.0 cm en todo el N y E de la ciudad de Murcia (barrios de El Ranero, Santa María de Gracia, Vistalegre, Santiago y Zaraiche, La Flota, Molino de Nel-va, La Fama, La Paz y Vistabella) que localmente alcanzarían los 6.1 cm (Figura 4.80). El Asiento medio sería de 2.9 cm y el mínimo de 1.0 cm.

Finalmente se ha calculado la distribución de asientos correspondiente a una caída piezométrica de 25 m (Figura 4.81). En este otro escenario de predicción la subsidencia que afectaría a la ciudad de Murcia sería en su mayor parte superior a los 3.0 cm, pudiendo alcanzar valores de 7.6 cm.

Una vez analizados en detalle los mapas de distribución de asientos obtenidos para diferentes escenarios de descenso piezométrico, se han comparado los valores calculados con los proporcionados por el modelo del IGME (2001a) y con los asientos medidos mediante interferometría durante los periodos de descenso piezomé-trico conocidos.

Page 267: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

265

Figura 4.77. Predicción espacial de asientos (en cm) para un descenso piezométrico de 5 m.

Figura 4.78. Predicción espacial de asientos (en cm) para un descenso piezométrico de 10 m.

Page 268: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

266

Figura 4.79. Predicción espacial de asientos (en cm) para un descenso piezométrico de 15 m.

Figura 4.80. Predicción espacial de asientos (en cm) para un descenso piezométrico de 20 m.

Page 269: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

267

Figura 4.81. Predicción espacial de asientos (en cm) para un descenso piezométrico de 25 m.

En la la Tabla 4.15 se comparan los valores de subsidencia predichos por el IGME (2001a) con los obte-nidos en la presente modelización. Como puede apreciarse, los primeros son mayores que los obtenidos al apli-car el modelo propuesto en la presente tesis doctoral. Los asientos máximos calculados por ambos modelos coin-ciden en gran medida siendo del mismo orden de magnitud. Sin embargo, los asientos medios calculados por el IGME (2001a) son aproximadamente el doble que los predichos mediante el modelo propuesto, como ya se había indicado previamente. Los asientos mínimos predichos también son menores que los calculados por el IGME (2001a).

El descenso piezométrico acaecido durante los años 90 en la zona de estudio fue de unos 8 m, ocasio-nando asientos máximos de 3.9 cm y medios de 1.4 cm. Si comparamos estos valores de asiento con los corres-pondientes al modelo del IGME (2001a) cuyos valores de asiento son máximos de 3.2-4.0 cm y medios de 2.9-3.1 cm, comprobamos que existe una buena coincidencia con los valores máximos.

En el caso de los valores de asiento predichos con el modelo propuesto en la presente tesis doctoral para un descenso piezométrico de 10 m, de valor similar al sucedido en los años 90, los asientos máximos son de 3.1 cm y los medios de 1.5 cm mostrando una mejor coincidencia tanto en los valores máximos como medios que con los obtenidos por el IGME (2001a).

Por otro lado se han comparado los valores de subsidencia medida con interferometría durante el periodo 2005-07, que presentan valores máximos de 3.0 cm y medios de 1.3 cm, con los predichos mediante los modelos del IGME (2001a) y de esta tesis doctoral para un descenso de nivel piezométrico de 10 m, puesto que la varia-ción real de nivel piezométrico durante este periodo fue de 6-10. El modelo del IGME (2001a) proporciona valo-res de subsidencia máximos de 3.2-4.0 cm y medios de 2.9-3.1 cm mientras que el modelo propuesto proporcio-na valores de asiento máximos de 3.1 cm y medios de 1.5 cm. Como puede observarse, la predicción realizada mediante el modelo propuesto proporciona valores prácticamente idénticos a los medidos mediante interferome-tría poniendo de manifiesto su validez.

Page 270: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

268

Tabla 4.15. Predicción espacial de la subsidencia para diferentes escenarios de descenso piezométrico y compa-ración con los valores obtenidos en la modelización del IGME (2001a).

Modelo espacial

Descenso piezométrico Subsidencia

(cm) 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m

Máximo 1.5 3.1 4.6 6.1 7.6 Mínimo 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 Medio 0.7 1.5 2.2 2.9 3.6

Modelo del IGME (2001a) para la ciudad de Murcia Descenso piezométrico

5 m 10 m 15 m 20 m 25 m Máximo 1.9-2.3 3.2-4.0 4.9-6.0 6.6-8.1 8.3-10.1 Mínimo 0.8-0.9 1.6-1.8 2.4-2.7 3.2-3.6 4.0-4.6 Medio 1.4-1.6 2.9-3.1 4.4-4.5 5.9 7.3-7.4

Finalmente, se han elaborado una serie de mapas de asientos inadmisibles para cimentaciones superficia-les por zapata o por losa a partir de la distribución de asientos obtenida al aplicar el modelo propuesto. Estos mapas han permitido identificar aquellas zonas en las que un determinado descenso piezométrico generaría asientos inadmisibles para cimentaciones ejecutadas mediante zapatas o losas. Tal y como se ha explicado en 4.4.2 es habitual adoptar el criterio de Terzaghi de 1 pulgada (2.5 cm) como valor máximo admisible para cimen-taciones por zapatas y de 2 pulgadas (5.0 cm) para cimentaciones por losa. Adoptado este criterio estándar y considerando los mapas de distribución de asientos disponibles se ha obtenido la Figura 4.82 cuya estadística se recoge en la Tabla 4.16.

Para descensos piezométricos inferiores a 5 m los asientos del terreno serían admisibles tanto para ci-mentaciones como para losas (Tabla 4.16). Esta afirmación es congruente con el hecho de que las variaciones piezométricas estacionales de 2-3 m no hayan generado daños en las edificaciones a lo largo de todo el periodo anterior a los años 90.

Descensos del nivel del agua de 10 m ocasionarían asientos no admisibles para zapatas en las zonas pun-tuales de la Plaza Circular y de La Flota (Figura 4.82.a) que supondrían el 0.9% de la totalidad del área estudiada (Tabla 4.16).

Si las caídas piezométricas fueran de 15 m las áreas afectadas por asientos superiores a 1” supondrían el 22.9% del total, concentrándose éstos al N y E de la ciudad de Murcia (Figura 4.82.b y Tabla 4.16).

Los descensos del nivel del agua de 20 m darían lugar a asientos inadmisibles para zapatas en un 77.4% de toda el área estudiada (Tabla 4.16), no afectando de forma notable al sector W de la ciudad (Figura 4.82.c).

En el caso de que el descenso piezométrico fuera de 25 m (Figura 4.82.d), prácticamente toda la ciudad de Murcia (98.2 %) sufriría asientos inadmisibles para zapatas (Tabla 4.16).

Únicamente posibles declives piezométricos de 20 y 25 m causarían asientos inadmisibles para losas su-periores a los 5 cm (Figuras 4.82.e y f) afectando en ambos casos a superficies de 0.9 y 3.8 % del área total estu-diada (Tabla 4.16).

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Capítulo IV. Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia

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(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 4.82. Zonas con asientos superiores a 1” para un descenso piezométrico de (a)10 m, (b) 15 m, (c) 20 m, (d) 25 m y asientos mayores de 2” para descensos piezométricos de (e) 20 m y (f) 25 m.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

270

Tabla 4.16. Predicción de porcentajes de superficies de la ciudad de Murcia con asientos inadmisibles para

cimentaciones superficiales.

Descenso piezométrico

5 m 10 m 15 m 20 m 25 m

% área afectada por asientos mayores de 1” (2.5 cm) 0.0 0.9 22.9 77.4 98.2

% área afectada por asientos mayores de 2” (5 cm) 0.0 0.0 0.0 0.9 3.8

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Capítulo V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

273

CAPÍTULO V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

Aunque en cada uno de los capítulos precedentes se han comentado algunos de los aspectos más relevantes del análisis realizado sobre la subsidencia de la ciudad de Murcia, en el presente capítulo se lleva a cabo una recopilación exhaustiva de las conclusiones extraídas del estudio llevado a cabo en esta tesis.

La complejidad del fenómeno de la subsidencia y el gran número de factores intervinientes ponen de manifiesto la necesidad de un buen dominio y conocimiento de varias disciplinas, como son la hidro-geología, la geotecnia y los fundamentos de las técnicas interferométricas para la interpretación de los resultados. Por este motivo, las conclusiones han sido estructuradas según los diferentes aspectos tratados en la presente tesis con el fin de diferenciar entre las cuestiones relacionadas con la técnica, el entorno geológico y geotécnico, el fenómeno de la subsidencia, la validación de resultados, la relación con los diferentes factores desencadenantes y condicionantes de la subsidencia y la modelización del fenómeno. Finalmente, se enumeran las líneas de investigación futuras que darían continuidad a esta tesis doctoral.

5.1. Conclusiones 5.1.1. La técnica

La presente tesis doctoral estudia el fenómeno de la subsidencia que afectó de forma muy intensa a la ciudad de Murcia durante la década de los años 90 y que se prolonga hasta la actualidad. Para ello hace uso de la técnica avanzada de interferometría diferencial de radar de apertura sintética denominada Técnica de los Píxeles Coherentes (CPT), demostrando que es adecuada para la medición e interpretación de fenómenos de subsidencia asociados a descensos de nivel piezométrico.

El análisis se ha llevado a cabo para la totalidad de la Vega Media del Segura, aunque se ha cen-trado con mayor detalle en el entorno de la ciudad de Murcia. Los datos de deformación se han obtenido para aquellos puntos coherentes de la escena estudiada en los que existe cierta estabilidad de la respuesta de la escena a la señal SAR a lo largo del tiempo. Principalmente, los puntos coherentes se han detectado en zonas urbanas y zonas de montaña sin o con escasa vegetación. Sin embargo, en las zonas agrícolas se dispone de poca información, dada la pérdida de coherencia originada por los cambios que generan los cultivos en la escena (arado, siembra, crecimiento, recolección, etc.).

El procesado de las 80 imágenes SAR procedentes de los satélites ERS-1, ERS-2 y ENVISAT de la ESA ha permitido obtener mapas de deformación del terreno para el periodo temporal, de aproxima-damente 14 años, comprendido entre el 14 de abril de 1993 hasta el 31 de marzo de 2007, aportando así datos de subsidencia correspondientes a un periodo (1993-2001) no instrumentado, del cual no existía información alguna excepto los daños observados en la propia ciudad.

También se han obtenido otro tipo de productos, como los mapas de coherencia, los mapas de error de MDT, mapas de velocidad lineal de deformación, etc. La resolución de estos productos ha sido de 60 x 60 m, lo que no ha supuesto ningún problema, pese a su tamaño, para poder identificar zonas con distintos valores de deformación.

Otro producto de gran interés obtenido a partir del procesado CPT ha sido la evolución temporal de las deformaciones. La repetitividad mensual en la toma de imágenes de los satélites ERS-1, ERS-2 y ENVISAT permite disponer prácticamente de forma mensual de imágenes con información de la zona de interés. Sin embargo, finalmente, no ha sido posible hacer uso de todas esas imágenes debido a la existen-cia de líneas de base espaciales y temporales excesivas que generaban decorrelaciones en el procesado, a valores elevados del centroide Doppler o, simplemente, a la indisponibilidad de imágenes en algunos casos.

Se han analizado las diferentes propiedades que pueden hacer idónea o no la técnica para la moni-torización de los movimientos de los fenómenos de subsidencia. Tras el procesado llevado a cabo me-diante la técnica CPT cabe destacar los siguientes inconvenientes:

Page 274: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

274

- La poca flexibilidad a la hora de obtener los datos y a la hora de seleccionar la zona de ba-rrido del satélite, ya que no siempre podemos escoger el lugar y el instante en que queremos llevar a cabo la adquisición de datos.

- La técnica no puede detectar deformaciones del terreno superiores a 2.54 cm entre dos adquisiciones sucesivas debido al conocido efecto del aliasing.

- No es efectiva en áreas cubiertas por abundante vegetación o zonas agrícolas, debido a la elevada decorrelación que generan los cambios en la escena. Este problema podría solven-tarse parcialmente empleando sensores con longitudes de onda mayores.

- La frecuencia de adquisición, o su inversa, el tiempo transcurrido entre dos adquisiciones consecutivas, están predefinidos, no pudiendo seleccionar el instante de la toma de datos.

- En áreas próximas a relieves importantes pueden llegar a producirse zonas de sombra que impiden la obtención de datos de deformación.

- La resolución de la técnica CPT difícilmente puede ser mejor que 60 x 60 m, dado que el concepto estadístico de la coherencia requiere el promediado de suficientes píxeles vecinos para considerarla como representativa.

- Aunque no tiene por qué siempre ser un inconveniente, en ciertos casos en los que se pre-tende conocer la subsidencia de determinados elementos de menor tamaño que el píxel o no dominantes, los datos de deformación proporcionados por la técnica CPT corresponden a las señales devueltas por todos los objetos presentes en la escena, no siendo posible identificar el blanco dominante o la subsidencia con un mayor detalle espacial.

Por otro lado, las ventajas principales que cabe destacar de la técnica CPT son:

- La técnica proporciona gran cantidad de píxeles coherentes, es decir, con información de deformación, en las zonas urbanas, que generalmente son las que presentan un mayor interés debido a la posibilidad de que las deformaciones afecten a las edificaciones. En el caso con-creto de la zona procesada se ha obtenido una densidad de 121 píxeles coherentes por cada kilómetro cuadrado. Esto implica que se ha obtenido información de deformación del 43.9 % del área procesada. Evidentemente no existe ninguna técnica clásica competitiva con tal densidad de información.

- La posibilidad de disponer de datos incluso cuando existen condiciones adversas (p.e. llu-via) o no hay luz solar.

- Permite post-procesar zonas, es decir, estudiar a posteriori si había fenómenos de subsi-dencia. Evidentemente, este procesado está condicionado a la existencia de imágenes. En el caso de Murcia, la técnica ha permitido obtener datos de subsidencia desde abril de 1993, periodo del que no existían datos instrumentales debido a que las primeras denuncias apare-cieron a posteriori, no instrumentando el fenómeno mediante los extensómetros hasta el año 2000.

- El procesado es relativamente económico y competitivo con otras técnicas convenciona-les. Además, existen diversas empresas e instituciones que comercializan los productos de-rivados de los procesados interferométricos.

- La técnica CPT presenta una precisión de orden milimétrico tal y como ha quedado paten-te en los análisis realizados en la presente tesis doctoral.

- La técnica CPT, y el procesado DInSAR en general, permiten caracterizar la variación temporal de la subsidencia con una mayor resolución temporal que cualquier otra técnica geodésica o topográfica dado que el ciclo orbital de los satélites ERS y ENVISAT tiene una duración de 35 días, permitiendo la detección de deformaciones prácticamente mensuales. A pesar de que algunas imágenes hayan de ser rechazadas o simplemente no estén disponibles, la frecuencia es mayor que en otras técnicas actuales.

Page 275: Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante

Capítulo V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

275

5.1.2. Contexto geológico-geotécnico de la Vega Media del Segura En la Vega Media del Segura se diferencian fundamentalmente dos conjuntos acuíferos, un primer

acuífero superficial libre y un acuífero profundo situado a muro del anterior constituido por un conjunto de niveles confinados. El techo del acuífero profundo está constituido por una capa de gravas que tradi-cionalmente ha sido empleada como substrato geotécnico de las cimentaciones construidas en la ciudad de Murcia y que, según han puesto de manifiesto los 224 sondeos geotécnicos y los 85 sondeos hidrogeo-lógicos considerados en la presente tesis doctoral, se sitúa a una profundidad media de 16.6 ± 4.8 m, con valores máximos de 30 m. La mayor profundidad de las gravas se ha detectado al S y N de la ciudad.

Sobre estas gravas suele disponerse una capa de arenas que conecta hidráulicamente las gravas con los limos y arcillas superiores, con una potencia media de 1.7 ± 2.8 m. Estas arenas aparecen en oca-siones intercaladas con los limos y arcillas.

A techo de las arenas se dispone una capa de materiales finos compresibles (limos y arcillas). Es-tos materiales son los principales causantes de la subsidencia y cuentan con potencias variables entre 11.8 ± 5.9 m, con valores máximos de 31,8 m.

Hidrogeológicamente, los bombeos de agua desde la capa de gravas generan desequilibrios de carga hidráulica que provocan variaciones piezométricas. Los limos y arcillas dispuestos sobre las gravas drenan lentamente el exceso de presión intersticial hasta alcanzar de nuevo el equilibrio, lo que genera un flujo descendente de agua hacia las gravas. Este drenaje gradual de agua produce a su vez un incremento de las tensiones efectivas que conlleva la consolidación del suelo que se manifiesta en la superficie del terreno a través de la subsidencia. La duración de los tiempos de drenaje está principalmente condiciona-da por la longitud de recorrido del agua y por la permeabilidad del suelo. Los piezómetros multicapa instalados recientemente por la CHS demuestran que, en muchas ocasiones, los limos y arcillas y las gravas se comportan prácticamente como un mismo acuífero, igualándose rápidamente los excesos de presión insterticial en ambas capas. Este hecho justifica en gran medida el empleo de un modelo de cálcu-lo de la subsidencia que considera el drenaje completo de los excesos de presión intersticial de la capa de limos y arcillas.

También se ha llevado a cabo una caracterización geotécnica los materiales de la Vega Media del Segura anteriormente descritos a partir de ensayos geotécnicos realizados sobre las muestras inalteradas extraídas de los 224 sondeos geotécnicos disponibles. Para ello se han establecido tres ambientes geológi-cos con características claramente diferenciadas: llanura de inundación (FPZ), abanicos aluviales (AFZ) y sustrato geotécnico (SR). Dentro de la unidad “Llanura de inundación” se ha diferenciado una subunidad denominada “Arcillas duras” que posee unas propiedades geotécnicas mejores que las propias arcillas de la unidad FPZ. A partir de los datos geotécnicos disponibles se ha elaborado una base de datos con miles de datos geotécnicos de identificación (granulometías, límites de Atterberg, humedad, peso específico -aparente, seco y de las partículas-), de resistencia y deformabilidad (triaxial, corte directo, resistencia a compresión simple y edómetro) y químicos (materia orgánica y sulfatos) que ha permitido conocer las propiedades medias de cada una de las unidades anteriormente definidas. Por cuestiones evidentes de espacio no se describirán las propiedades de estas unidades, remitiendo al lector a las tablas resumen del Capítulo III.

Las unidades AFZ y SR presentan una menor deformabilidad y susceptibilidad a sufrir fenómenos de subsidencia por descenso piezométrico. Es precisamente la unidad FPZ, constituida mayoritariamente por sedimentos finos poco consolidados, la más susceptible de ser afectada por subsidencia.

5.1.3. La subsidencia

La coincidencia entre las deformaciones medidas en superficie mediante interferometría SAR di-ferencial y los valores proporcionados por los extensómetros instalados en los primeros 10-15 m de suelo confirman que la deformación acaecida en Murcia se debe fundamentalmente a la consolidación de la capa de limos y arcillas más superficial.

Los valores de subsidencia medidos durante el periodo 1993-2007 en la Vega Media del Segura alcanzan puntualmente los 12 cm. Las zonas de mayor subsidencia se concentran al S y SE de la ciudad de Murcia así como en el corredor E del valle, coincidiendo aproximadamente con las localidades de El Raal y Beniel.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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En la ciudad de Murcia, los asientos medidos durante todo el periodo de estudio (1993-2007) son inferiores a 10 cm. Estos asientos se distribuyen de forma irregular, aunque definen una amplia cubeta de asientos de unos 4-5 km de anchura que abarca la totalidad de la ciudad de Murcia y se extiende a lo largo de toda la Vega Media del Segura. La zona de la ciudad de Murcia situada al S del río Segura ha sufrido asientos de 4-8 cm, con valores máximos puntuales de 9.5 cm. En la zona NE de la ciudad de Murcia también se han medido asientos del terreno de 6-7 cm, con valores extremos de 7.4 cm.

El análisis de los datos históricos de piezometría y subsidencia desde el año 1993 pone de mani-fiesto una estrecha relación entre el proceso de consolidación del suelo y los descensos piezométricos causados por la extracción de agua. Los fenómenos de arrastre de finos quedan únicamente limitados a zonas locales en las que un mal diseño del pozo u otras causas relacionadas con la explotación del mismo pueden desencadenar el arrastre de finos, con el consecuente hundimiento del terreno en el entorno del propio pozo, no justificando por sí solo la subsidencia generalizada observada en toda la Vega Media y Baja del río Segura.

Principalmente se han reconocido tres periodos de crisis piezométrica correspondientes a los años 1993-97, 2000-01 y 2005-2007. Las mayores tasas de deformación se han dado durante la primera crisis, con valores medios de 6 mm/año. Posteriormente, se observa un periodo de subsidencia aproximadamen-te constante de unos 3 mm/año cuya tendencia se ha visto incrementada con el último periodo de sequía.

Los niveles piezométricos correspondientes a la crisis piezométrica de los años 90 muestran regis-tros piezométricos de 5-6 m que puntualmente llegaron a los 8 m y que afectaron principalmente al E, S y NW de la ciudad, coincidiendo en gran medida con las zonas de mayor subsidencia.

Estos descensos piezométricos han sido superados en la crisis de los años 2005-07, cuyos máxi-mos superan en ocasiones los 8 m. Lamentablemente, no existen registros piezométricos en la ciudad de Murcia correspondientes a la crisis de los años 2000-01, aunque los piezómetros localizados próximos a la ciudad de Murcia proporcionan descensos muy inferiores a los anteriormente descritos, de tan solo 4-5 m.

Se ha observado, a partir de las medidas extensométricas de la subsidencia, que los mayores valo-res de deformación se concentran principalmente en los 10 primeros metros de suelo. Esta misma franja de terreno proporciona los mayores valores de OCR de las 139 muestras inalteradas de suelo ensayadas, que en los 5 primeros metros de profundidad oscilan entre 1.4 y 14.3. Los valores de resistencia al corte sin drenaje y, en menor medida, los ensayos de penetración dinámica SPT también ponen de manifiesto esta sobreconsolidación superficial del terreno. Este hecho es a priori indicativo de la existencia de ten-siones efectivas en el pasado, muy superiores a las existentes en la actualidad. Sin embargo, la causa aparente de esta sobreconsolidación está relacionada con el incremento de tensiones efectivas generado por el propio descenso piezométrico así como por el efecto de desecación producido por las oscilaciones de nivel freático y la precipitación de sales.

Aunque de momento sólo se han instrumentado las deformaciones del tramo superior del acuífero de la Vega Media del Segura (Acuífero Superior), no se descarta la ocurrencia de fenómenos similares a mayor profundidad como consecuencia de la extracción de agua de capas más profundas. Un hecho signi-ficativo es que las deformaciones de los extensómetros difieren ligeramente de la proporcionada por el CPT-DInSAR. Esta discrepancia podría deberse a dos motivos: consolidación de la parte de la columna de suelo del acuífero superficial no instrumentada mediante el extensómetro o consolidación de capas más profundas debido al incremento del bombeo de las capas más productivas del acuífero profundo. Este segundo fenómeno conllevaría un proceso de migración de la subsidencia a capas deformables más pro-fundas, ya observado en otros acuíferos similares del mundo.

5.1.4. Validación

Con el fin de validar las medidas de deformación obtenidas mediante la técnica CPT-DInSAR se ha llevado a cabo una comparación de las deformaciones obtenidas mediante esta técnica con las propor-cionadas con las medidas instrumentales de los extensómetros instalados en el área periurbana de la ciu-dad, así como con los valores de deformación obtenidos mediante otra técnica interferométrica avanzada denominada SPN que se basa en criterios de selección por amplitud y no por coherencia, tal como lo hace la técnica CPT.

En primer lugar se ha evaluado la precisión de la técnica CPT mediante la comparación de las se-ries temporales de subsidencia con las series temporales obtenidas a partir de los extensómetros instalados

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Capítulo V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

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en la ciudad de Murcia en el año 2000. El error absoluto medio calculado ha sido de 4.5 ± 4.1 mm con valores extremos de 2.1 mm y 9.0 mm. El error medio es de -2.6 ± 4.7 mm con valores máximo y mínimo de 6.6 y -9.0 mm. Estos errores son mayores en los extensómetros incrementales que en los de varilla.

Del análisis comparativo se concluye que los valores de subsidencia medidos mediante la técnica CPT son, en general, mayores en términos absolutos que los obtenidos mediante las técnicas instrumenta-les. Esta diferencia puede deberse a varias causas. La primera sería atribuible al hecho de que el extensó-metro sólo mide las deformaciones del terreno que atraviesa, por lo que podría existir consolidación del tramo más profundo del acuífero superficial no registrado por los extensómetros pero sí por la técnica CPT, que registra la deformación acumulada en la superficie. La segunda causa de las desviaciones entre ambas técnicas podría deberse al propio fundamento de la interferometría, que mide las deformaciones de la señal reflejada por los blancos disponibles en el píxel en cuestión y que no necesariamente se refie-ren a la superficie del terreno. La tercera causa, y más plausible, sería la consolidación de capas confinan-tes del acuífero profundo con motivo del inicio de la explotación de dicho acuífero profundo.

También se han comparado las evoluciones temporales de la técnica interferométrica avanzada SPN con los extensómetros, obteniendo errores absolutos medios de 5.9 ± 4.1 mm y totales de -3.1 ± 5.0 mm.

Por último se ha evaluado el grado de coincidencia entre las técnicas SPN y CPT. Para ello se han comparado también las series temporales, obteniendo un error absoluto medio de 7.5 ± 4.8 mm y total de -0.4 ± 5.4 mm.

En definitiva, se han obtenido coincidencias de orden milimétrico para toda la serie temporal de datos de deformación que ponen de manifiesto la precisión de las técnicas interferométricas a la hora de estudiar fenómenos de subsidencia.

5.1.5. Relación de la subsidencia con otros factores

En la presente tesis doctoral se ha efectuado un análisis estadístico consistente en una regresión lineal entre todas las variables potencialmente condicionantes y/o desencadenantes de la subsidencia. El análisis se ha llevado a cabo para los dos periodos principales de crisis piezométrica: 1993-97 y 2005-07. De este análisis se han obtenido una serie de correlaciones interesantes que posteriormente han sido estu-diadas con más detalle.

También se ha llevado acabo la integración de todos los factores en un Sistema de Información Geográfica con el fin de estudiar las relaciones espaciales entre los referidos factores y la subsidencia. La mayor parte de los datos de campo empleados adolecen de una gran imprecisión. Además, son variables en intensidad en el tiempo, como es el caso de los bombeos desde pozos y sótanos. No obstante, han per-mitido realizar el mencionado análisis, del cual se han extraído las siguientes relaciones más significati-vas:

- Existe una clara relación entre la evolución temporal de la subsidencia, medida mediante la técnica CPT, y la evolución piezométrica de los pozos situados en la ciudad de Murcia.

- La subsidencia es mayor cuanto mayor es el espesor de suelo susceptible de sufrir proce-sos de consolidación.

- No existe relación entre los daños en edificación causados por la crisis piezométrica de los años 90 y los descensos piezométricos, posiblemente debido a que la subsidencia que afecta a las edificaciones depende también de otras variables.

- Los descensos piezométricos máximos se han registrado en las proximidades del río dis-minuyendo con la distancia a éste. Este hecho es acorde con la ligera correlación existente entre la subsidencia y la proximidad al río.

- Los edificios dañados con motivo de la crisis piezométrica de los años 90 se localizan en su mayoría a menos de 300 m del cauce del río Segura y en su totalidad a menos de 495 m de los pozos municipales inventariados en la década de los años 90.

- En el entorno de algunos pozos se observa la existencia de cubetas de asiento.

- Existe una clara correlación entre los descensos piezométricos del primer nivel de gravas y la distancia a los pozos agrícolas y, en menor medida, a los pozos de sequía, para el perio-

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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do 2005-07. Estas correlaciones son indicativas de la relación existente entre la explotación del acuífero y los descensos piezométricos causantes de la subsidencia del terreno.

La concentración de factores desencadenantes de la subsidencia (presencia de pozos y sótanos) y condicionantes (materiales blandos), así como de daños en edificaciones en la ciudad de Murcia son acor-des con la existencia de la cubeta de asiento general que afecta a toda ciudad de Murcia, definida a partir de los datos obtenidos mediante el procesado interferométrico.

Por otro lado, del análisis de la subsidencia en el entorno de algunos de los pozos de sequía cons-truidos en la Vega Media del Segura, concretamente al W de la ciudad, parece intuirse una subsidencia asociada a dichos bombeos que extraen agua del acuífero profundo. La comparación de la evolución de la deformación medida mediante CPT y extensómetros, anteriormente comentada, también parece corrobo-rar esta hipótesis, ya que a partir del año 2005 las lecturas realizadas por ambos métodos difieren nota-blemente, siendo mayores los valores estimados mediante la técnica interferométrica, que mide la defor-mación total de la superficie, frente a los de los extensómetros, que únicamente miden deformaciones a lo largo del espesor de suelo instrumentado. No obstante, también es importante tener en cuenta que, según se ha podido constatar a partir del análisis de sondeos geotécnicos próximos a los extensómetros, todos los extensómetros tienen instrumentada sólo una parte de la totalidad del espesor deformable, por lo que las diferencias de medida indicadas podrían también deberse a la deformación de la porción de terreno no instrumentada hasta llegar a la primera capa de gravas.

Con los datos disponibles, resulta imposible afirmar con rotundidad la ocurrencia de migración de la subsidencia a capas más profundas que afectan a los acuitardos presentes en el acuífero profundo de la Vega Media del Segura. Para asegurarse de ello, sería necesario la colocación de extensómetros profun-dos que proporcionen información sobre la posible ocurrencia de fenómenos de consolidación de las capas constituidas por materiales detríticos finos del acuífero profundo.

También se ha llevado a cabo un análisis espacial de las zonas de la ciudad de Murcia en la que los asientos superaban los valores comúnmente aceptados como máximo admisible para una cimentación (1” para cimentaciones superficiales y 2” para cimentaciones profundas). Este análisis muestra que duran-te la crisis piezométrica de los años 90 1.23 km2 estaban afectados por asientos superiores a 1”, no exis-tiendo zonas con asientos superiores a las 2”. Durante la segunda crisis piezométrica, ocurrida durante los años 2005-07, el área afectada por estos asientos era de 0.14 km2, no existiendo tampoco asientos superio-res a 2”. Al considerar el periodo temporal total estudiado (1993-2007), tenemos que 13.8 km2 están afec-tados por asientos superiores a 1”, mientras que 3.7 km2 han sufrido asientos superiores a las 2”.

El análisis espacial de los daños en edificaciones pone de manifiesto que tan sólo un 7.4 % de los edificios se localizan en píxeles con una subsidencia superior a los 25 mm (1”). Este hecho es acorde con las observaciones realizadas por el IGME (2000a) que afirman que la mayor parte de los daños en edifi-cios no son atribuíbles directamente a la subsidencia del terreno, si no que se deben a otro tipo de causas.

5.1.6. Modelización de la subsidencia

En la presente tesis doctoral se ha desarrollado un modelo sencillo de cálculo de los asientos em-pleando como parámetros de entrada los coeficientes de almacenamiento obtenidos a partir de los datos de subsidencia medidos con interferometría y las evoluciones de los niveles piezométricos de la primera capa de gravas presente en la ciudad. El modelo se ha calibrado o ajustado a partir de los datos de subsi-dencia correspondientes al periodo de descenso piezométrico de los años 90, para posteriormente hacer la predicción de la subsidencia hasta el año 2007.

Para el cálculo se ha establecido una altura de preconsolidación constante, coincidente aproxima-damente con el valor medio del nivel piezométrico de las gravas en cada uno de los pozos y en estado permanente. Esta altura de preconsolidación marca el límite entre las deformaciones elásticas y anelásti-cas. Además se ha asumido drenaje completo de la capa de limos y arcillas ante los cambios de carga hidráulica inducidos por los descensos piezométricos.

Los coeficientes de almacenamiento anelásticos se han obtenido a partir de las curvas esfuerzo-deformación, proporcionando valores comprendidos entre 0.2091 x 10-3 y 3.0581 x 10-3, con un valor medio de 1.4738 x 10-3 ± 0.6833 x 10-3. Los coeficientes de almacenamiento elásticos se han calculado como un porcentaje de los anteriores, considenrando la relación existente entre los indices de compresión

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Capítulo V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

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y entumecimiento de las curvas edométricas disponibles. Éstos varían entre 0.314 x 10-4 y 4.587 x 10-4, con un valor medio de 2.21076 x 10-4 ± 1.02487 x 10-4.

Los valores de subsidencia calculados mediante el modelo proporcionan una diferencia media y media absoluta con la subsidencia real medida para todo el periodo modelizado (1993-2007) de 1 mm y 3 mm, respectivamente, con diferencias máximas a lo largo de todo el periodo temporal de 21 mm. Este valor extremo corresponde a la modelización de un pozo en el que el píxel de subsidencia se sitúa a casi 2 km del pozo, por lo que es de esperar que las deformaciones consideradas para la calibración y la compa-ración no se correspondan con las realmente acaecidas en las proximidades del pozo.

Por otro lado se han calculado los asientos esperados ante diferentes situaciones de descenso pie-zométrico en los pozos disponibles. Para ello se han calculado las deformaciones que producirían descen-sos de 5, 10, 15, 20 y 25 m relativas al nivel piezométrico medio de cada pozo. Los resultados proporcio-nan asientos mínimos, máximos y medios de 0.5, 7.6 y 3.7 cm para descensos piezométricos hipotéticos de 25 m. Para descensos de 5 m, los asientos esperados mínimos, máximo y medio serán de 0.1, 1.5 y 0.7 cm, respectivamente. Estos valores son del mismo orden de magnitud, aunque algo menores, que los obtenidos por el IGME (2001a) en la modelización realizada para la ciudad de Murcia mediante un mode-lo de elementos finitos.

Finalmente se ha calculado la distribución espacial de la subsidencia de la ciudad de Murcia em-pleando el modelo propuesto para diferentes escenarios de caída piezométrica. Los resultados permiten identificar las zonas más susceptibles a sufrir asientos por descenso piezométrico así como las áreas en las cuales se alcanzarían asientos no admisibles para cimentaciones superficiales.

El uso de este modelo queda justificado ante la escasez y variablidad de datos de permeabilidad vertical del terreno, que condicionan de forma significativa los tiempos de consolidación, variando éstos desde 1 día hasta 3 años dependiendo de los valores empleados disponibles.

Por lo tanto, podemos decir que el modelo empleado reproduce con bastante fidelidad las defor-maciones causadas por los descensos piezométricos en el acuífero superficial, permitiendo además esti-mar o predecir la subsidencia esperada para diferentes situaciones futuras de descenso piezométrico.

5.1.7. Conclusiones finales

Los valores de subsidencia medidos mediante la técnica de interferometría diferencial avanzada CPT han puesto de manifiesto la ocurrencia de un fenómeno de subsidencia generalizada en toda la Vega Media del río Segura que ha afectado con gran intensidad a la ciudad de Murcia.

Las cartografías de distribución de asientos obtenidas han proporcionado valores de deformación de épocas no instrumentadas, en las que la magnitud de los asientos se estimaba a partir de aproximacio-nes matemáticas y observaciones in situ de estructuras dañadas.

La magnitud de los asientos indica que el caso de la Vega Media del Segura es de subsidencia moderada, con valores máximos de 12 cm durante los 14 últimos años.

Los resultados del procesado interferométrico han sido contrastados con datos de deformación in situ mostrando una coincidencia de orden milimétrico. No obstante, se ha observado cierta divergencia de los datos instrumentales respecto a los CPT a partir del año 2005 que hace plantearse la posibilidad de ocurrencia de una subsidencia debida a la consolidación de capas confinantes más profundas como conse-cuencia del aumento de pozos de agua de gran longitud que extraen agua desde gran profundidad.

También se han analizado los factores condicionantes y desencadenantes de la subsidencia, po-niendo de manifiesto la influencia que algunos de ellos tienen sobre el fenómeno de la subsidencia. Sin embargo, la imprecisión de los datos de campo empleados y la superposición de los efectos de cada uno de ellos hace muy difícil establecer conclusiones claras acerca de la influencia que tienen en el valor final de la defomación.

Por último, se ha propuesto un sencillo modelo de cálculo de la subsidencia que ha permitido de-terminar con errores de orden milimétrico los asientos del terreno causados por los descensos piezométri-cos, a partir de datos piezométricos y valores de deformación obtenidos previamente mediante el procesa-do CPT-DInSAR. El modelo ha permitido estimar los asientos que generarían diferentes situaciones pie-zométricas.

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5.2. Líneas futuras de investigación El futuro uso de las técnicas de interferometría SAR diferencial avanzadas para el estudio de fe-

nómenos de subsidencia del terreno resulta muy prometedor. Los nuevos procesados, más sofisticados, junto con la puesta en marcha de nuevas plataformas espaciales, aportarán sin duda alguna nuevas mejo-ras que repercutirán directamente en los resultados obtenidos, mejorando la resolución y aumentando la precisión de los valores de deformación calculados.

Uno de los objetivos planteados es la modelización integral de la zona de estudio. Para ello se acaba de iniciar una de las activides del proyecto Terrafirma (www.terrafirma.eu.com), en el cual el autor de esta tesis doctoral participa como partner en la tarea de modelización. El objetivo de este proyecto es realizar un modelo geotécnico capaz de reproducir con mayor precisión el fenómeno de subsidencia oca-sionado por el bombeo intensivo de agua desde el primer acuífero en la ciudad de Murcia.

Otro de los objetivos planteados consiste en extender los análisis, comparaciones y cálculos reali-zados en la presente tesis doctoral a la Vega Baja del Segura hasta la desembocadura del río en el mar Mediterráneo. Para ello se ha realizado ya un procesado preliminar que abarca la zona indicada y que deberá ser incorporado al SIG y analizado con más detalle. Los resultados preliminares muestran en esta zona diversos puntos de interés con valores de subsidencia importantes, como la ciudad de Orihuela, Dolores y El Raal en los que deberá concentrarse dicho análisis.

Tal y como se ha comentado en la sección anterior de este capítulo, algunos datos parecen apuntar a la ocurrencia de fenómenos de consolidación profunda por efecto de bombeo del acuífero profundo de la Vega Media del río Segura. Este efecto de migración de la subsidencia a capas más profundas ha sido documentado en otros acuíferos del mundo. A la vista de estos resultados, se considera necesario la insta-lación de extensómetros profundos que proporcionen datos de deformación de las capas más profundas del acuífero, así como la realización de sondeos que permitan la extracción de muestras inalteradas de suelo para mejorar el conocimiento geotécnico de estas capas.

Un objetivo a medio plazo es la aplicación de la técnica CPT para la determinación de la distribu-ción de la subsidencia de la Vega Media del río Segura empleando imágenes de alta resolución proceden-tes de la nueva plataforma aeroespacial TerraSAR-X lanzada por el instituto alemán DLR (German Ae-rospace Center), cuyas imágenes presentan un tamaño de píxel aproximado de 3 x 3 m. Para ello se ha solicitado un proyecto de adquisición de imágenes (TSX-GEO0389) titulado: “High resolution DInSAR monitoring of subsidence induced by aquifer exploitation in the Vegas Baja and Media of the Segura River, SE, Spain” recientemente aprobado. Con estas imágenes se podrán alcanzar, aproximadamente, tamaños finales de píxel de 21 x 21 m mediante la técnica CPT, suponiendo un multilook de 7 x 7, y de 3 x 3 m mediante técnicas basadas en criterios de selección de píxeles por amplitud.

Otro objetivo planteado consiste en la colocación de reflectores de esquina (corner reflectors) pa-ra medidas puntuales de la subsidencia. Estos elementos consisten en triedros orientados oportunamente para que devuelvan gran señal al radar. De esta manera se asegura la persistencia de señal y una gran relación señal a ruido en ese punto a lo largo del tiempo y por lo tanto la disponibilidad de datos de medi-da de deformación. Recientemente se ha propuesto un convenio de asistencia técnica para la instalación de 20 reflectores localizados estratégicamente en la Vega Media y Baja del río Segura con el fin de con-trolar la deformación que pueda producirse en el entorno de determinados pozos de bombeo. El diseño de los mismos ya ha sido elaborado por el autor de las presente tesis doctoral (Figura 5.1).

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En resumen, el principal objetivo de esta tesis, que era demostrar la utilidad de la técnica avanza-da de interferometría SAR diferencial CPT para el estudio de la subsidencia del terreno en la Vega Media del río Segura, ha sido conseguido. Los resultados han sido rigurosamente validados mediante técnicas instrumentales in situ y comparados con determinados parámetros condicionantes o desencadenantes de la subsidencia. Asimismo, se ha elaborado un sencillo modelo de cálculo de la subsidencia que permite predecir de forma fiable la evolución del fenómeno ante futuras variaciones de nivel piezométrico. Todos los resultados de esta tesis son susceptibles de ser mejorados mediante la utilización de nuevos sensores espaciales así como con el desarrollo o mejora de las técnicas de procesado disponibles, en el caso de los procesados, y mediante nuevos datos y la elaboración de modelos más complejos en el caso de la modeli-zación y los análisis estadísticos.

Finalmente debe destacarse que el trabajo desarrollado en esta tesis ha generado cierto interés en la comunidad científica, derivando en diversas publicaciones tanto en revistas nacionales e internaciona-les como en congresos y un capítulo de libro. A continuación se adjunta el listado de publicaciones.

Revistas

Delgado, J., Alfaro, P., Andréu, J.M., Cuenca, A., Doménech, C., Estévez, A., Soria, J.M., Tomás, R., Yébenes, A. (2002). Engineering-geological model of the Segura river flood plain (SE Spain): a case study for engineering planning. Eng. Geol. 68, 171-187.

Tomás, R., Márquez, Y., Lopez-Sanchez, J.M., Delgado, J., Blanco, P., Mallorquí, J.J., Martínez, M., Herrera, G., Mulas J. (2005). Monitorización de la subsidencia del terreno en la Vega Media del río Segu-ra mediante Interferometría SAR diferencial (DInSAR). Geogaceta 39, 107-110.

Tomás, R., Márquez, Y., Lopez-Sanchez, J.M., Delgado, J., Blanco, P., Mallorquí, J.J., Martinez, M., Herrera, G., Mulas, J. (2005). Mapping ground subsidence induced by aquifer overexploitation using advanced Differential SAR Interferometry: Vega Media of the Segura River (SE Spain) case study. Re-mote Sens. Environ. 98, 269 – 283.

Herrera, G., Tomás, R., Lopez-Sanchez J.M., Delgado, J., Mallorquí, J..J., Duque S., Mulas J. (2006). DInSAR monitoring of ground motion over abandoned mining affecting urban areas: La Union case study (Murcia, SE Spain). Eng. Geol. 90, 148-159.

Tomás, R., Doménech, C., Mira, A., Cuenca, A., Delgado J. (2007). Preconsolidation stress in the Vega Baja and Media areas of the River Segura (SE Spain): Causes and relationship with piezometric level changes, Eng. Geol. 91, 135-151.

Herrera, G., Tomás, R., Lopez-Sanchez J.M., Delgado, J., Vicente, F., Mulas, J., Cooksley, G., Sánchez, M., Duro, J., Arnaud, A., Blanco, P., Duque, S., Mallorquí, J.J., De la Vega-Panizo, R. (2008). Validation and comparison of Advanced Differential Interferometry Techniques: Murcia metropolitan area case study. ISPRS J. Photogramm. Aceptado, en prensa.

Congresos

Tomás, R., Márquez, Y., Lopez-Sanchez, J.M., Delgado, J., Blanco, P., Mallorquí, J.J., Navarrete, D., Duque, S. (2005). Relationship between piezometric level and ground deformations measured by means of DInSAR in the Vega Media of the Segura River (Spain). Proc. Fringe 2005 Workshop, Frascati, Italy, 28 noviembre – 2 diciembre, CD-ROM.

Tomás, R., Delgado, J., López-Sánchez, J.M. (2005). Técnicas de ingeniería cartográfica empleadas en el estudio de subsidencia y movimientos de ladera: principales carácterísticas y análisis comparativo. Proc. XV ADM – XVII INGEGRAF, Sevilla, 1-3 junio, CD-ROM

Tomás, R., López-Sánchez, J.M., Delgado, J., Mallorquí, J.J. (2006). Hydrological parameters of the Vega Media of the Segura River aquifer (SE Spain) obtained by means of advanced DInSAR. IEEE Int. Geosci. Remote Sens. Symp., IGARSS 2006, Denver, Colorado, 31 julio-4 agosto, 3, 1553-1556.

Tomás, R., Lopez-Sanchez, J.M., Delgado, J., Vicente, F., Cuenca, A., Mallorquí, J.J., Blanco, P., Duque S. (2007). DInSAR monitoring of land subsidence in Orihuela city, Spain: comparison with geotechnical data. IEEE Int. Geosci. Remote Sens. Symp., IGARSS 2007, Barcelona, 23-28 Julio, 3027-3030.

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Capítulo V. Conclusiones y futuras líneas de investigación

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Capítulos de libros

Tomás, R., Lopez-Sanchez, J.M., Delgado, J., Mallorquí, J.J., Herrera, G. (2008). DInSAR monitoring of aquifer compaction due to water withdrawal: Vega Baja and Media of the Segura river (SE, Spain) case study. En: Javier M. Sánchez Ed.: Drought: causes, effects and predictions. NOVA Publishers, New York, USA. ISBN: 978-1-60456-285-9. En prensa.

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Estudio de la subsidencia de la ciudad de Murcia mediante interferometría SAR diferencial avanzada

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Referencias bibliográficas

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