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303Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2009 (17. 3)

RIESGO DE SUBSIDENCIA KÁRSTICA EN ÁREAS URBANAS: EL CASO DE ZARAGOZA

Karstic subsidence risk in urban areas: the case of Zaragoza

José Luis Simón, Mª Asunción Soriano, Andrés Pocoví, Luis E. Arlegui, Antonio M. Casas, Carlos L. Liesa, Arancha Luzón, Antonio Pérez, Óscar Pueyo (*); Emilio Pueyo, Tania Mochales (**);

Fco. Javier Gracia Abadías (***) y Diego Ansón (****).

RESUMEN

Este trabajo analiza, desde múltiples puntos de vista, la problemática del karst en yesos en el entorno de Za-ragoza, el desarrollo de dolinas aluviales y los riesgos que éstas conllevan. La morfología de las dolinas depen-de del comportamiento mecánico de la cobertera situada sobre el sustrato yesífero: en coberteras sin cohesiónaparecen morfologías en embudo y en cubeta, producidas por subsidencia continuada, mientras en coberterascon cohesión se producen dolinas en ventana provocadas por colapso brusco. El reconocimiento superficial delas dolinas se basa en la observación de fotografías aéreas, en el análisis visual del terreno (depresiones topo-gráficas, escalones, áreas de vegetación o rellenos antrópicos anómalos) y en la observación y análisis de da-ños en áreas urbanizadas. También pueden estudiarse la geometría y la estructura interna de las dolinas en sec-ciones del terreno donde éstas hayan quedado expuestas. Así, las características de sus rellenos naturalespermiten conocer las pautas y tasas de evolución y las interacciones entre la subsidencia kárstica y los procesossedimentarios. El estudio de la evolución temporal de las dolinas, a partir de la comparación de fotografías aé-reas de distintos años o del seguimiento instrumental de las mismas, ha permitido reconocer que se trata de unproceso dinámico que llega a alcanzar velocidades de hundimiento de 12 cm/año. En dicha evolución es fre-cuente la ocurrencia cíclica de periodos de subsidencia lenta y eventos de hundimiento brusco. La afección cau-sada por la subsidencia kárstica en Zaragoza es muy significativa. Ésta se incrementó a partir de los años 70del siglo pasado, cuando buena parte del suelo agrícola que circundaba la ciudad fue destinado a uso urbano,industrial y grandes infraestructuras. La prevención y manejo del riesgo kárstico en áreas urbanas y peri-urba-nas debe contemplar: (1) la detección precoz de los fenómenos tanto en superficie como en profundidad (a par-tir de estudios geofísicos), y (2) la adaptación del uso del suelo a su grado de afección por fenómenos kársticosy a su susceptibilidad potencial a los mismos. La geología, la geotecnia y la ingeniería desempeñan, cada una,un papel específico en la estrategia para reducir el riesgo, bien sea evitando la exposición al peligro o disminu-yendo la vulnerabilidad de las construcciones.

ABSTRACT

This paper deals with the problems generated by karst in gypsum around Zaragoza, the development ofalluvial sinkholes and the concomitant risks. Sinkhole geometry depends on the mechanical behaviour of thecover overlying the evaporitic bedrock: non-cohesive soils favour the development of basin and funnel shapeddolines, whereas cohesive covers lead to the development of well-shaped collapses. Surface survey in areasprone to develop dolines is based on aerial photographs, in situ features (such as topographic depressions,stepped ground, anomalous man-made fills, wet-ground vegetation), and location of building pathologies inurban areas. In some cases, the structure and geometry of dolines can be studied in section (road cuts, forinstance), where the features of natural fills allow to characterize the evolutionary patterns and sedimenta-tion-subsidence interactions. Through dating of such fills the rate of subsidence can be estimated, and linkedto possible episodes of climate variations. Doline evolution through time, either by comparison of aerial pho-tographs taken in different years or by instrumental survey, yields the scenario of a dynamic process withsubsidence rates up to 12 cm/year, where cycles of steady subsidence periods and sudden collapse are identi-fied. In the Zaragoza area, the consequences of karst subsidence are outstanding. They dramatically increa-sed from the 70’s, when large portions of the territory, formerly of agricultural use, turned into urban, indus-trial and service uses. Prevention and hazard management of karstic risks on urban and peri-urban areasmust include: 1) early detection of the problem, in surface as well as underground (by means of geophysicalsurveys), and 2) adaptation of land use to the degree of affection by karst and the potential susceptibility. Geology, geotechnics and engineering have specific roles on risk management strategies by diminishing either the exposition to karst hazard or the vulnerability of man made structures.

Palabras clave: dolina, subsidencia kárstica, peligrosidad, riesgo, prospección geofísica.Keywords: sinkhole, karstic subsidence, hazard, risk, geophysical survey.

(*) Dep. Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza. C/ Pedro Cerbuna, 12, 50009 Zaragoza. E-mail: [email protected](**) Instituto Geológico y Minero, Oficina de Proyectos en Zaragoza. C/ Manuel Lasala, 44, 50006 Zaragoza. (***) CONTROL 7, Polígono Malpica-Santa Isabel, C/ E, 59-61, nave 9, 50057 Zaragoza. (****) ARCO-TECNOS, Polígono Molino del Pilar, C/ Carl Benz, 21, nave 68, 50015 Zaragoza.

Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 2009. (17.3) 303-315I.S.S.N.: 1132-9157

INTRODUCCIÓN

El karst es uno de los fenómenos geológicosque debe ser considerado como fuente potencial deriesgo en el territorio y, en particular, en zonas ur-banas. Su peligro radica en la subsidencia o colapsode la superficie del terreno que puede producirsecomo consecuencia de la formación de cavidadesen el subsuelo, y que se manifiesta en la formaciónde depresiones cerradas conocidas como dolinas.Tradicionalmente se ha prestado mayor atención alkarst desarrollado en calizas; sin embargo, el gene-rado sobre yesos entraña un mayor peligro, ya quela velocidad de disolución del yeso en agua pura esdel orden de 103 veces mayor, de modo que el karstpuede desarrollarse en yesos en sólo unas decenasde años, incluso en zonas de clima semiárido (Coo-per, 1998). El riesgo de subsidencia kárstica en ye-sos es todavía mayor cuando éste aparece cubiertopor materiales detríticos, formándose entonces loque se conoce como dolinas aluviales.

El sector central de la Cuenca del Ebro, y enparticular la ciudad de Zaragoza y su entorno, esun área propicia para el desarrollo de estos proce-sos. En el registro geológico existen abundantesevidencias de que fueron ya activos a lo largo delPleistoceno. Las estructuras de deformación queproducen en glacis y terrazas de esa edad permitenanalizar sus mecanismos de detalle. Históricamen-te, las dolinas han afectado a amplias áreas agríco-las, y quedan claramente reflejadas en fotografíasaéreas y mapas topográficos. Con la expansión ur-bana de la ciudad, sobre todo a partir de la décadade 1970, se acrecentó el riesgo, y desde entoncesson numerosos los casos de ruina o daños graves aedificaciones e infraestructuras (Benito et al.,1995; Soriano y Simón, 1995). En los últimosaños, como consecuencia de la construcción denuevas vías de comunicación, alguna de ellas tanimportante como la línea ferroviaria de alta veloci-dad (AVE) entre Madrid y Barcelona, el interés yla preocupación por este riesgo natural se ha incre-mentado, obligando a numerosos estudios especia-lizados que han abordado el tema desde sus múlti-ples perspectivas: geomorfológica, hidrológica,sedimentológica, geotécnica o geoambiental. Eneste artículo se hace una síntesis del conocimientocientífico adquirido sobre las dolinas aluviales enel área de Zaragoza, y sobre su relevancia prácticaen relación con los usos del territorio y con la se-guridad de las construcciones.

La zona estudiada se encuentra en el centro dela Cuenca del Ebro (Fig. 1). Durante el Neógeno és-ta se rellenó en condiciones endorreicas, depositán-dose materiales detríticos en sus márgenes y de pre-cipitación química en el centro, incluidasabundantes evaporitas (yeso, halita, glauberita…).La estructura de los materiales es simple: estratossubhorizontales o con buzamientos muy suaves, engeneral de sentido centrípeto, y cortados por undenso diaclasado de direcciones preferentes ESE-WSW y N-S a NNE-SSW y, localmente, por fallasnormales de salto decimétrico a métrico (Arlegui ySoriano, 1998, 2003; Arlegui y Simón, 2000).

Al final del Terciario cesa el régimen endo-rreico por la apertura de la Cuenca del Ebro haciael mar Mediterráneo y se pasa a un régimen exo-rreico. Se instala y encaja progresivamente la redfluvial, provocando el vaciado parcial del rellenoneógeno y generando sucesivos niveles escalona-dos de terrazas y glacis de acumulación que lo re-cubren en extensas áreas. Soriano (1990) recono-ce en esta zona ocho niveles de terrazas, de loscuales afloran con mayor extensión los cuatromás recientes. Sus alturas relativas sobre el caucedel río son: T1: 3-6 m; T2: 10-14 m; T3: 29-34 m;T4: 64-73 m. Todos ellos están formados por gra-vas, arenas y limos, con frecuentes costras carbo-natadas a techo.

CÓMO SE FORMAN Y PROGRESAN LASDOLINAS ALUVIALES

El agua que se filtra en la cubierta aluvial (engeneral, de permeabilidad elevada) suele quedar re-tenida al alcanzar el yeso infrayacente, en sí mismobastante impermeable. No obstante, si éste contienefisuras, el agua percola por ellas. Las trayectoriasde flujo se concentran hacia esos puntos, el procesode disolución se acelera y las fisuras comienzan aensancharse. El material de la cobertera puede serarrastrado y evacuado a través de las cavidades yconductos incipientes, formándose en aquélla cavi-dades secundarias (mecanismo de sufosión opiping). Sobre unas u otras cavidades el material dela cobertera tiende a inestabilizarse y, en función desus características mecánicas, podrá sufrir o no sub-sidencia y hacerlo según dos pautas principales(Fig. 2):

(a) En el caso de una cobertera sin cohesión (Fig.2.A) el modelo de respuesta es el de un material gra-nular que descansa sobre un orificio (el análogo seríaun reloj de arena). El material granular es arrastradocontinuamente hacia el conducto, que de ese modonunca llega a quedar vacío. La superficie del terrenova hundiéndose de forma suave y continua formandodolinas en embudo y dolinas en cubeta.

(b) En el caso de una cobertera con cohesión

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Fig. 1. Esquema de situación geográfico-geológicade la zona estudiada.

(Fig. 2.B) el material situado inmediatamente porencima de la cavidad permite que ésta pueda mante-nerse y agrandarse durante un tiempo. La cavidadproduce una desviación de las trayectorias de ten-siones, que se curvan y convergen en sus hastiales.Cuando éstos comienzan a soportar mayor tensiónde la que pueden resistir, se producen fracturas detracción con esa misma geometría en bóveda, quedan lugar al desprendimiento de lajas y al ensancha-miento de la cavidad. Finalmente el techo cede y seproduce un colapso repentino del mismo que puedepropagarse hasta la propia superficie dando lugar auna dolina en ventana, con paredes escarpadas quepueden presentar segmentos extraplomados, reflejode la rotura en bóveda.

En una misma dolina pueden coexistir ambostipos de procesos, actuando cada uno a una profun-didad distinta, o bien sucederse en el tiempo (So-riano y Simón, 1995). Caben muchas combinacio-nes posibles, según cuál sea el mecanismo enprofundidad y según si el proceso se transmite o noa la superficie. Los modelos analógicos de labora-torio permiten simular esos mecanismos, estudiar

qué variables litológicas o hidrológicas determinanque domine uno u otro y, en general, evaluar cuálesson los factores que favorecen el desarrollo de do-linas. La Figura 3 muestra, a modo de ejemplo, lasección de un modelo reproducido en una coberteraarenosa superpuesta a un sustrato de sal común(Soriano y Simón, 1993, 1997). En él se aprecia eldesarrollo de un colapso en la zona con menor es-pesor de cobertera (dolina en ventana con paredesen bóveda, parte izquierda del modelo), junto aotra cavidad formada bajo cobertera más potente(parte derecha) que no ha llegado a propagarse ha-cia la superficie.

El mecanismo básico descrito supone que la di-solución tiende a concentrarse (y, por tanto, las ca-vidades tienden a localizarse) junto al contacto en-tre el sustrato evaporítico y la cubierta aluvial. Elexperimento mostrado en la Fig. 3 ilustra perfecta-mente este hecho. No obstante, también puede pro-ducirse subsidencia lenta del terreno debido a la di-solución intercapa selectiva en niveles de sales(especialmente halita y glauberita) situados a mayorprofundidad (Gutiérrez et al., 2008).


Fig. 2. Los dos modelos evolutivos básicos de dolinas. (A) Dolina en cubeta, formada por subsidencia lenta y con-tinuada (cobertera sin cohesión). (B) Dolina en ventana, formada por colapso brusco (cobertera con cohesión).

LO QUE NOS ENSEÑA EL PALEOKARST

En las canteras, trincheras y taludes de vías decomunicación abiertos en las terrazas y glacis pleis-tocenos del área de Zaragoza se observan expuestosnumerosos ejemplos de estructuras de deformaciónproducidas por paleokarst de los yesos terciarios.Las morfologías son muy variadas, aunque suelentener en común la presencia de cuerpos de sedimen-tos fluviales o aluviales hundidos y encajados anó-malamente en los yesos neógenos o en niveles cua-ternarios más antiguos. Analizándolos con criteriosestructurales y sedimentológicos pueden interpretar-se los mecanismos de detalle por los que progresa lasubsidencia kárstica. Los tipos más comunes son:

(a) Estructuras tubulares estrechas, profundas yde paredes subverticales (Fig. 4.A). En su interioraparece material cuaternario desestructurado, eva-cuado a través de conductos verticales de disolu-ción dentro de los yesos.

(b) Estructuras en embudo, de anchura mayorque en el caso anterior y paredes con pendiente mo-derada hacia el interior (Fig. 4.B).

(c) Estructuras en bóveda, que pueden afectar ayeso, margas o limos. La masa colapsada en su in-terior está limitada por paredes en contrapendiente,y suele estar constituida por bloques con una dispo-sición caótica (Fig. 4.C).

(d) Estructuras en cubeta suave, visible en la es-tratificación o laminación de la cobertera detríticay/o del sustrato evaporítico. Suelen aparecer por en-cima de cualquiera de los tres tipos anteriores, allídonde la deformación va atenuándose (Fig. 5), ytambién sobre zonas donde se ha producido disolu-ción selectiva de sales interestratificadas en nivelesprofundos (Gutiérrez et al., 2008).

Las secciones de paleodolinas en el registrogeológico pleistoceno permiten conocer asimismosu velocidad y pautas de evolución, así como lasinteracciones entre la subsidencia kárstica y losprocesos sedimentarios. El estudio sedimentológi-co de los rellenos de paleodolinas (Luzón et al.,2008) pone de manifiesto que, dentro de la suce-sión de depósitos típicos de terrazas fluviales, ta-les como canales y barras de gravas, existen otrosque no son propios de estos medios de sedimenta-ción. Se reconocen lóbulos de grava, así como

gravas y arenas desorganizadas generadas porprocesos gravitacionales, que se relacionan late-ralmente con depósitos lutíticos en forma de cu-beta. Además, la presencia de discordancias pro-gresivas demuestra la existencia de deformaciónsinsedimentaria (Fig. 5). Estos depósitos se inter-pretan como resultado del relleno de depresionesgeneradas dentro de la zona activa del sistemafluvial. Éstas pudieron actuar, una vez generadas,como pequeños paleolagos que recibirían aportes(gruesos y finos) en momentos de desbordamientode los canales principales. La comparación de laedad de estas paleodolinas con la escala paleocli-mática obtenida a partir del análisis isotópico delos sondeos de hielo en Groenlandia (Walker etal., 1999) permite plantear la hipótesis de que elmáximo desarrollo de dolinas pudo estar relacio-nado con periodos más cálidos dentro de la últimaglaciación (episodios interestadiales). Se pone así


Fig. 3. Modelo analógico de laboratorio que mues-tra la formación de cavidades en un sustrato solu-ble (sal común) y el desarrollo de dolinas en unacubierta arenosa.

Fig. 4. Ejemplos de paleodolinas en el registro geo-lógico. (A) Estructuras tubulares verticales en unaantigua cantera de yeso al sur de Zaragoza. (B) Es-tructura en embudo en una excavación de la plata-forma logística PLAZA (SW de Zaragoza). (C) Es-tructuras en bóveda en yesos miocenos de laCuenca de Calatayud.

de manifiesto el importante papel del clima en laacentuación de los procesos de disolución, y portanto en la evolución de las formas y estructurasde subsidencia kárstica.

LAS DOLINAS EN SUPERFICIE: MORFO-LOGÍA Y CRITERIOS DE RECONOCIMIENTO

Las dolinas aluviales de este entorno se desarro-llan sobre todo en los niveles de terrazas inferioresdel río Ebro (T2 y T3; Fig. 6). También se observanen niveles de glacis que se dirigen hacia el cauce delrío desde los relieves estructurales terciarios. Sumorfología es variada, incluyendo tipos en cubeta,embudo y ventana. Los tamaños oscilan entre 10 y100 m de diámetro, y entre 1 y 20 m de profundidad.Suelen tener forma redondeada o elíptica en planta,aunque hay también depresiones de contorno irregu-lar producto de la coalescencia de varias dolinas, encuyo caso pueden llegar a superar 1 km de longitudmáxima (Soriano, 1990; Soriano y Simón, 1995).

La expresión superficial de las dolinas es clara ymanifiesta en el caso de la morfología en ventana oen embudo, y más tenue y sutil en las morfologíasen cubeta. En este segundo caso, si además ha habi-do actuaciones humanas destinadas a contrarrestarla subsidencia con el relleno periódico de la depre-sión, puede no ser detectada a primera vista. Hemosde aplicar entonces métodos de observación indi-rectos y criterios de interpretación muy diversos:


Fig. 5. Paleodolina expuesta en una gravera próxi-ma a Garrapinillos (W de Zaragoza). Elementos ar-quitectónicos reconocidos (Luzón et al., 2008):SGS: arenas convolucionadas; FF: sedimentos degrano fino; GL: lóbulos de grava; SG: gravas de-sorganizadas y convolucionadas; GB: barras degrava. 1 y 2: Situación de muestras datadas me-diante lumniscencia óptica (OSL), que han propor-cionado edades de 77,8 ± 7,7 ka y 73,0 ± 5,2 ka,respectivamente. Dichas dataciones y la geometríade los niveles de referencia (líneas gruesas discon-tinuas) sugieren una tasa media de subsidencia delorden de mm/año (Simón et al., 2008).

Fig. 6. Mapa geomorfológico del área al NW de Zaragoza (a partir de fotografías aéreas de 1957). T1, T2, T3y T4: niveles de terrazas. G3 y G4: glacis relacionados con T3 y T4, respectivamente.

(1) Cartografía geomorfológica detallada (Fig.6) sobre fotografías aéreas con recubrimiento este-reoscópico. Dado que se dispone de colecciones defotografías tomadas con intervalos de varios dece-nas de años, entre 1947 y la actualidad, esa carto-grafía no es ‘estática’ sino que nos proporciona laimagen evolutiva del fenómeno. Las escalas de tra-bajo oscilan entre 1:3500 y 1:43000.

(2) Reconocimiento visual sobre el terreno (Fig.7), a la búsqueda de indicios directos o indirectosde subsidencia en el terreno; por ejemplo:

a) depresiones topográficamente cerradas;b) balsas permanentes o estacionales (en ocasio-

nes el fondo de las dolinas se halla por deba-jo del nivel freático, Fig. 7C);

c) áreas con suelo anómalamente húmedo o convegetación diferenciada del entorno;

d) rellenos antrópicos anómalos en un entornode suelo agrícola;

c) escalones anómalos del terreno o sistemas degrietas arqueadas con disposición concéntrica.

(3) Reconocimiento visual de daños producidospor subsidencia en áreas urbanizadas (Fig. 8):

a) Depresiones cerradas y basculamientos enpavimentos inicialmente horizontales. Permi-ten un control topográfico fino de los centrosde subsidencia y sus tasas.

b) Fracturas y escalones en pavimentos. Confrecuencia tienen morfología curvada con-céntrica, lo que permite también determinarla posición de los centros de hundimiento.

c) Basculamiento o cizalla de edificios por hundi-miento diferencial de la cimentación (Fig. 8C).

d) Fracturas en muros. Estudiando su geometría sepuede identificar la dirección hacia donde seproduce el hundimiento diferencial (Fig. 8C,D).

(4) Consulta de documentación histórica y en-trevistas con los habitantes y propietarios de las zo-nas afectadas. La existencia de dolinas activas en elpasado suele quedar en la memoria de las gentes y,en ocasiones señaladas, en documentos cartográfi-cos, catastrales o notariales.

A partir de la cartografía de dolinas pueden es-tablecerse mapas de peligrosidad, distinguiendo gra-dos en función de la densidad o de las tasas de acti-vidad. El fundamento conceptual de estos mapas esla evidencia de que las zonas de subsidencia activaactual coinciden en una proporción muy elevada, se-gún se detalla más adelante, con las que han regis-trado hundimiento en las últimas décadas. Junto aesta zonificación de peligrosidad constatada, puedeestablecerse asimismo una zonificación de peligrosi-dad potencial en función de la existencia o no defactores de riesgo, esto es, de aquellas variables geo-lógicas o hidrológicas que aumentan la susceptibili-dad del terreno a sufrir procesos kársticos y a queéstos se manifiesten en superficie: bajo espesor decobertera, bajo contenido en lutitas, existencia deuna topografía en el contacto sustrato-cobertera quefavorezca la concentración de flujo, variaciones es-tacionales de gran amplitud en el nivel freático, irri-gación y usos del suelo… (Soriano et al., 1994; So-riano y Simón, 1995; Galve et al., 2008).

EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LAS DOLINAS

La actividad kárstica en yesos opera a una velo-cidad tal que sus efectos y su evolución puede ras-trearse a una escala temporal de decenios o inclusode años. En el entorno de Zaragoza se manifiestapor la continua formación de nuevas dolinas y laampliación de las ya existentes. El seguimiento de


Fig. 7. Ejemplos de dolinas de colapso actuales en terrenos no urbanizados. (A) La Puebla de Alfindén, E deZaragoza. (B) El Burgo de Ebro, SE de Zaragoza. (C) Junto al Canal Imperial, W de Zaragoza.

los cambios que han tenido lugar en la distribucióncartográfica de dolinas a lo largo de los sesentaaños que abarcan las colecciones disponibles de fo-tografías aéreas permite conocer algunas pautasevolutivas (Fig. 9; Soriano y Simón, 1995; Simónet al., 2008). Así, la extensión de las áreas afectadasse va modificando: en unos casos se amplía, mien-

tras en otros se atenúa o desaparece. Hay dolinasque fueron rellenadas en un momento dado y nohan vuelto luego a manifestarse, mientras otras nue-vas se generan en áreas anteriormente estables. Eltamaño de las dolinas también varía a lo largo deltiempo. Hay una tendencia común al crecimiento desu superficie por migración de los bordes. En el ca-


Fig. 8. Afecciones por dolinas en zonas urbanizadas e infraestructuras. (A) Pequeña dolina de colapso junto ala autovía A-68, W de Zaragoza. (B) Carretera CV-615 de acceso a Luceni, NW de Zaragoza. (C) Fachada devivienda en el barrio de Miralbueno (Zaragoza), con la ventana y la puerta ‘cizalladas’ por hundimiento dife-rencial y afectada por fracturas en su base. (D) Interior de edificación en Luceni, que muestra un combamien-to de la solera y una gran fractura en bóveda.

Fig. 9. Evolución de la distribución de dolinas en unazona industrial contigua a la autovía A-68, al W deZaragoza, reconstruida a partir de fotografías aéreasy de las afecciones observadas en pavimentos y cons-trucciones (ver situación en Fig. 6). El área gris re-presenta el área urbanizada a partir de 1970. Modifi-cado de Simón et al. (2008).

so de dolinas con relleno antrópico (abundantes enlas zonas periurbanas de Zaragoza a partir de 1970),es muy frecuente que dicha migración se produzcapor un mecanismo de nacimiento de nuevas dolinas,pequeñas y numerosas, con su centro situado sobreel límite de las antiguas. Esto convierte en áreas po-tencialmente peligrosas a todas aquéllas que existenen el entorno de las dolinas activas, hasta al menosunas decenas de metros de distancia.

La subsidencia en el interior de las dolinas alu-viales de Zaragoza se produce a una velocidad apre-ciable en unos pocos años, incluso con procedi-mientos de observación y medida básicos. En zonasurbanizadas es fácil tomar como referencia pavi-mentos que se construyeron o repararon en fechasconocidas, y cuya superficie ha experimentado mo-vimientos diferenciales de orden centimétrico o de-cimétrico. También pueden utilizarse elementos es-tructurales de edificaciones, que en su momento sesabe que eran horizontales o guardaban relacionesde altura conocidas. Utilizando niveles ópticos(usuales en trabajos de topografía convencional), oincluso niveles de agua “caseros” como los emplea-dos en albañilería, puede reconstruirse con preci-sión la historia de subsidencia en dolinas que afec-tan a pavimentos (Fig. 10). En varios casosestudiados entre los años 1993 y 2005 se han calcu-lado velocidades de hundimiento de entre 12 y 120mm/año, a partir de referencias fijas en pavimentosy construcciones, y de entre 24 y 92 mm/año, a par-tir de las nivelaciones topográficas sucesivas (So-riano y Simón, 2002; Simón et al., 2008). Estas ta-sas (del orden de cm/año) resultan ser un orden demagnitud superiores a las estimadas en paleodolinas(ver Fig. 5).

Además de las zonas en que se produce hundi-miento lento, hay que recordar asimismo los episo-dios de colapso brusco de la cubierta cuaternaria.Hay numerosos casos conocidos en todo el entornode la ciudad, algunos en puntos aislados y otros demanera recurrente en un mismo lugar. Algunosejemplos con consecuencias dañinas para personaso bienes se citan en el apartado siguiente. Tanto encasos conocidos de paleodolinas como en el com-portamiento que muestran las dolinas actuales, esfrecuente la ocurrencia cíclica de periodos de subsi-

dencia lenta y eventos de hundimiento brusco. Me-nos frecuente, pero más peligroso, resulta el caso delos colapsos repentinos que acontecen en áreas desuelo firme (caso de las terrazas con un encostra-miento superficial importante, conocido localmentecomo mallacán), donde el umbral de inestabilidadde la bóveda se supera sin haber sido precedido porun periodo de deformación dúctil.

LOS DAÑOS QUE CAUSA LA SUBSIDENCIAKÁRSTICA

Los agricultores de Zaragoza han convivido se-cularmente con las dolinas aluviales o simas, man-teniendo con ellas un complejo equilibrio. Allí don-de la velocidad de hundimiento es controlable, hanconseguido conservar la superficie de cultivo proce-diendo a rellenar periódicamente las depresiones,bien redistribuyendo la tierra vegetal o medianteaportes del exterior. En los casos de evolución de-masiado rápida han optado por abandonarlas y cul-tivar en derredor suyo, o bien por abancalarlas inte-riormente y seguir explotándolas en parte. Dejadasen su estado natural, esas depresiones han sido co-lonizadas por la vegetación y, en muchos casos,convertidas en balsas naturales al descender su fon-do por debajo del nivel freático.

Esta situación de relativo ‘entendimento’ entrelos intereses humanos y los procesos naturales serompe a partir de la década de 1970, al acelerarsela expansión urbana e industrial de Zaragoza y ur-banizarse indiscriminadamente grandes extensio-nes de suelo agrícola. En muchos lugares se repro-duce una sucesión de hechos similar. En primerlugar, una finca dedicada a la explotación agrícolaes recalificada y pasa a ser suelo industrial o urba-no. Las depresiones kársticas en su interior, queproducen irregularidades topográficas, son rellena-das y aplanadas, lo que conlleva su aparente ‘extin-ción’. Sobre ellas se edifican naves industriales oviviendas (con conocimiento o no, por parte de lospromotores y constructores, del peligro latente).Aproximadamente 10 ó 15 años después de suconstrucción, en los edificios comienzan a aparecerdaños de diversa consideración (Fig. 8), que re-quieren costosos mantenimientos o, incluso, aca-


Fig. 10. Perfiles topográficos detallados de una dolina localizada en la zona industrial de la autovía A-68, alW de Zaragoza, realizados de forma sucesiva entre septiembre de 1993 y noviembre de 1997. (A) Perfiles ab-solutos. (B) Perfiles incrementales tomando como referencia la nivelación de septiembre de 1993. Modificadode Soriano y Simón (2002).

ban por provocar su ruina. Cuando se compara ladistribución de zonas dañadas con la de dolinascartografiadas sobre antiguas fotografías aéreas seaprecia que la mayoría (hasta un 90%) se sitúandentro o muy próximas al contorno de éstas. Se de-muestra así que el proceso kárstico sigue activo, yque los intentos de ‘taparlo’ sólo han supuesto unamayor exposición al peligro.

Por su peso cuantitativo, el mayor riesgo de pér-didas económicas por deterioro o ruina de construc-ciones e infraestructuras se da en las numerosas zo-nas sujetas a hundimiento lento, en las que losdaños estructurales a edificaciones, viales y con-ducciones es continuo. No obstante, el mayor riesgohumano lo constituyen los episodios de colapso re-pentino, aun cuando, afortunadamente por el mo-mento, no se tiene noticia de ninguna víctima hu-mana grave a consecuencia de los mismos. Estossucesos son relativamente escasos, pero no excep-cionales. A título de ejemplo, en el P.K. 292,500 dela autopista Vasco-Aragonesa, se produjeron cincocolapsos en un periodo de once años (1981, 1983,1984, 1984 y 1991) alguno de los cuales superó los3 m de profundidad. El hundimiento súbito del jar-dín de una vivienda particular en el barrio de Garra-pinillos produjo en 1995 un socavón de unos de 10m de diámetro y 5 m de profundidad. En 1999 co-lapsó el suelo de parte de una nave industrial, arras-trando por succión la techumbre de la misma y oca-sionando heridas leves a varios empleados. En 2002ocurrieron dos hundimientos repentinos que origi-naron sendas dolinas en ventana (de 4 y 20 m deprofundidad, respectivamente) en terrenos agrícolasjunto a los cinturones de circunvalación de Zarago-za. En 2003 se generaron al menos cuatro colapsosconocidos en el entorno de la ciudad, uno de loscuales afectó al nuevo corredor ferroviario de entra-da a la ciudad (ver apartado siguiente).

PREVENIR Y MANEJAR EL RIESGO. LADETECCIÓN PRECOZ

Una vez conocido el peligro de la subsidenciakárstica, tomada conciencia de los daños que éstaproduce, e identificadas sus manifestaciones en su-perficie, el sentido común dicta que la prevenciónmás eficaz pasa por evitar la exposición a dicho pe-ligro. Ello se traduce en una planificación de usosdel territorio que excluya de las áreas peligrosascualquier edificación o trazado de infraestructurasde importancia estratégica.

La administración municipal de Zaragoza tomóclara conciencia del problema de la subsidenciakárstica a principios de los años 90. El detonantefue la rotura repetida de la tubería de abastecimien-to de agua al barrio de Casetas. A partir de ahí,nuestro grupo de la Universidad de Zaragoza reali-zó diversos estudios enfocados a delimitar las zonasde peligro, cuyos resultados fueron incorporados ytenidos en cuenta en la revisión del Plan General deOrdenación Urbana de 1999. Se restringieron algu-nas zonas consideradas inicialmente como urbani-zables al estar afectadas por peligro de subsidencia,

y se modificó la distribución de detalle de los blo-ques de viviendas, viales o zonas verdes para mini-mizar el riesgo. Comenzaba así a actuarse en la pri-mera y fundamental línea de prevención: elconocimiento espacial del peligro kárstico y la pla-nificación de usos del territorio enfocada a evitar ominimizar la exposición al mismo.

No obstante, en 2003 aconteció un episodio, sinduda el más divulgado y controvertido de los relacio-nados con este tema, que demostró las limitacionesde dicha planificación. El 1 de marzo se produjo unhundimiento en el nuevo corredor ferroviario de en-trada a Zaragoza, construido para dar acceso a lanueva línea AVE Madrid-Barcelona. Este corredoratraviesa zonas de karst activo en un tramo de unos 3km de longitud (un 10% de su longitud total). Sonzonas en que se han identificado con claridad doli-nas, tanto en fotografías aéreas como en campo, unade las cuales registra una tasa de hundimiento de 6,5cm/año (Simón et al., 2008). El colapso afectó a lavía del ferrocarril convencional que discurre conti-gua a la del AVE, y fue atribuido oficialmente a lasobras de hinca de un colector bajo las vías. Sin em-bargo, un estudio posterior permitió diagnosticar quehabía sido causada por una cavidad subterránea deorigen natural, y que su contexto geológico no ofre-cía dudas sobre el nivel de peligrosidad de la zona(Fig. 11A,C; Simón et al., 2004). Durante el veranoy comienzos del otoño se produjeron otras dolinas enel entorno de la línea AVE, una de ellas producidapor colapso repentino y con una profundidad supe-rior a los 15 m. Todo ello desató una intensa polémi-ca entre el Colegio de Geólogos de Aragón, la admi-nistración (Ministerio de Fomento, GIF), empresasproyectistas y consultoras del proyecto, o expertos enriesgos geológicos del IGME, de la que se hicieronamplio eco los medios de comunicación (Fig. 11B).El suceso puso de manifiesto la diversidad de enfo-ques científicos y técnicos con que se aborda este ti-po de problemas, el interés real que suscita en la so-ciedad y sus importantes implicaciones políticas.

La delimitación de zonas de peligro con vistas aplanificar el territorio o diseñar el trazado de infraes-tructuras se hace teniendo en cuenta, en primer lu-gar, las manifestaciones de la subsidencia activa ensuperficie, según los criterios expuestos anterior-mente. Pero deben considerarse también, a continua-ción, los posibles fenómenos kársticos que esténocurriendo en el subsuelo sin que todavía se expre-sen en el suelo, junto a aquellas dolinas activas en elpasado que fueron cubiertas y de las que no se tieneevidencia actualmente. Para ello es necesario desa-rrollar estrategias de aplicación de métodos geofísi-cos adecuadas para la prospección y “auscultación”del terreno, que permitan la identificación de cavi-dades o de rellenos anómalos y sirvan, en definitiva,para una ‘detección precoz’ de la subsidencia.

Los diversos métodos geofísicos más o menosconvencionales (geo-radar, prospección electro-magnética multifrecuencia, sísmica de reflexión dealta resolución, microgravimetría, tomografía eléc-trica, magnetometría) tienen, no obstante, serias li-mitaciones para enfrentarse a la valoración de estos


fenómenos. Estas limitaciones dependen de variosfactores: (i) de la resolución y alcance propios decada método; (ii) del cambio de propiedades físicas(contraste) que los fenómenos kársticos hayan oca-sionado sobre el terreno “normal” o inalterado; (iii)del ruido inducido por las infraestructuras en las zo-nas urbanizadas. No debemos olvidar tampoco quela interpretación de la “señal” que representa la va-riación de un parámetro geofísico nunca es unívoca:diferentes objetos o fenómenos en el subsuelo pue-den dar una respuesta similar.

La efectividad de los diversos métodos de detec-ción de dolinas o cavidades kársticas depende decuáles sean, en cada caso, las propiedades físicasque sufren mayores cambios con relación a su entor-no (Mochales et al., 2008). Por ejemplo, cavidadespoco profundas que sólo contienen aire o agua pre-sentan un fuerte contraste de densidad respecto alentorno, y el consiguiente defecto de masa da lugar

a una fuerte anomalía gravimétrica, detectable aun-que se encuentre a decenas de metros de profundi-dad. En cambio, dolinas que se han ido rellenandocon materiales superficiales ricos en arcillas, o conescombros de construcción que contiene restos deladrillos o de hormigón armado, muestran valores desusceptibilidad magnética y conductividad eléctricaconsiderablemente más altos que las gravas o los ye-sos; son entonces los métodos geomagnético, elec-tromagnético y de tomografía eléctrica los que me-jor las detectan. Los colapsos en niveles de gravasque, a su vez, están rellenos de gravas suelen pre-sentar cambios poco significativos en cuanto a den-sidad y propiedades electromagnéticas. Sin embar-go, el cambio entre el terreno normal bienestratificado y el relleno deformado o desestructura-do puede ser distinguible en los perfiles de geo-ra-dar, capaces de detectar cambios a veces muy sutilesen la estructura del subsuelo.


Fig. 11. El colapso de marzo de 2003 en el corredor ferroviario del AVE. (A) Mapa de dolinas activas en elsegmento central del corredor (ver situación en Fig. 6). El pequeño rectángulo longitudinal indica la localiza-ción de la fotografía C. (B) El evento dio lugar a un debate técnico y social ampliamente recogido por la pren-sa. (C) Margen este del corredor ferroviario, cuyo talud corta una dolina activa en la que se ha medido unatasa de hundimiento de 6,5 cm/año (Simón et al., 2008).

En el caso de los alrededores de Zaragoza, lasprofundidades a las que se sitúan las cavidades y elvolumen de las mismas, así como los condicionan-tes propios del entorno urbano, hacen que la micro-gravimetría sea en principio el método que puededar una respuesta satisfactoria en prácticamente to-da la gama de situaciones encontradas. Sin embargouna prospección gravimétrica de alta resolución(con precisión del al menos 10μGal) requiere esta-blecer una red densa de puntos de medida y un tra-bajo muy costoso. Por ello, la estrategia más indica-da consiste en llevar a cabo un estudio preliminar

orientado a detectar anomalías mediante los méto-dos geomagnético y electromagnético, que permitenoperar con rapidez en el campo y en el procesadode los datos. Los resultados de esta primera fasepermiten distinguir zonas “normales” y zonas “anó-malas”. Sobre estas últimas deberán aplicarse otrosmétodos de mayor resolución, como la microgravi-metría y los perfiles continuos de geo-radar, sísmicade reflexión o tomografía eléctrica, para realizar lainterpretación final una vez comparados los resulta-dos de todos ellos (Mochales et al., 2008) (Fig. 12).Cuando la prospección tiene como finalidad el estu-


Fig. 12. Resultados obtenidos de la prospección y modelización geofísica con distintos métodos sobre una dolina desubsidencia. (a) Tasa de variación de reflectividad de los materiales superficiales a partir de la prospección porgeo-radar, con antena apantallada y frecuencia central de 100 MHz (RAMAC). (b) Mapa de intensidad de gradientede campo magnético obtenido con un magnetómetro de efecto Overhausser (separación de sensores 0.5 m, GSM-19). (c) Intensidad residual de anomalía de campo magnético terrestre (valores de la intensidad relativa tras la co-rrección a un datum local. (d) Mapa de conductividad magnética aparente obtenida de la modelización de resulta-dos de radiación electromagnética multifrecuencia (frecuencia modelizada: 18625 Hz; equipo: GEM-2-193). (e)Fotografía área de la dolina sobre la que se ha realizado la prospección. (f) Sección de geo-radar que muestra lasvariaciones geométricas de reflectores atribuibles a subsidencia continuada y relleno posterior. (g) Perfil de con-ductividad aparente según una dirección S-N en la zona central de la dolina. (h) Perfil residual de anomalía de cam-po magnético terrestre. (i) Perfil residual de anomalía de campo gravitatorio terrestre (gravimétro Burris ZLS), yresultados de la modelización matemática (realizada a través de Gravmag 2.5). (j) Perfil de reflectividad aparente.(k) Perfil de gradiente de campo magnético terrestre. (l) Modelo obtenido de la modelización gravimétrica.

dio geotécnico de terrenos destinados a la construc-ción, el reconocimiento geofísico no cambia la obli-gatoriedad de ejecución de sondeos mecánicos queprescribe el Código Técnico de la Edificación, peropermite decidir su emplazamiento con la máximarepresentatividad y eficacia.

Otra línea de prevención, necesaria en aquellaszonas con exposición al peligro, es la actuación so-bre los factores que contribuyen a desatar o acelerarlos procesos kársticos, muy en particular sobre laentrada de agua al sistema. Dentro de las áreas urba-nas habría que evitar el riego excesivo de zonas ver-des, diseñando jardines de tipo árido o mediterráneoy evitando el césped común. Como alternativa, laszonas con peligro evidente de subsidencia puedenser usadas para canchas deportivas exentas de ele-mentos estructurales vulnerables. El simple pavi-mento de aglomerado asfáltico o sintético podrá lle-gar a ceder, pero lo hará de forma continua y lenta,sin riesgo para los usuarios, y con costes de mante-nimiento asumibles. En cuanto a la red de abasteci-miento y saneamiento, hay que tomar las medidasnecesarias para que las fugas que se produzcan enella sean mínimas. De lo contrario, puede desenca-denarse un círculo vicioso: una tubería atraviesa unadolina; se deforma hasta que una de sus juntas seabre y se inicia una fuga; ésta alimenta puntualmen-te la disolución o el arrastre de material por los con-ductos subterráneos, lo que provoca una aceleracióndel proceso kárstico y de los daños consiguientes.

DISMINUIR LA VULNERABILIDAD: EL PA-PEL DE LA GEOTECNIA Y LA INGENIERÍA

En áreas con subsidencia kárstica activa en lasque, por algún motivo, es obligado construir (es de-cir, donde no puede evitarse la exposición al peli-gro) entran en juego las medidas encaminadas a dis-minuir la vulnerabilidad de las construcciones.Cualquier actuación puede ser posible, aun en loscasos más desfavorables, mediante la utilización delas técnicas de ingeniería adecuadas, pero hay queevaluar cuál es el coste tanto en la ejecución de lasmismas como en el mantenimiento que deberá rea-lizarse, con toda seguridad, durante su vida útil. Co-mo medida adicional, es conveniente en tal caso lainstalación de dispositivos para monitorizar de for-ma continua la subsidencia del suelo o las deforma-ciones de las estructuras.

Las técnicas constructivas buscarán, en general,apoyar las estructuras sobre porciones de terreno fir-me, bien fuera de los márgenes de la dolina (hacien-do un efecto puente sobre ella) o bien en niveles delsubsuelo por debajo de aquéllos que se ven afecta-dos por la karstificación. En el primer caso, la solu-ción extrema es una cimentación de losa continua,con un tamaño superior al diámetro de la dolina, quepermita así apoyarla enteramente sobre sus márge-nes estables. Si el tamaño de la losa es menor y éstaqueda apoyada sobre terreno subsidente, se conse-guirá al menos que la edificación se comporte comoun bloque rígido y los daños internos queden mini-mizados. La segunda opción son las cimentaciones

profundas (pilotajes), que transmiten la carga de laestructura a niveles de alta capacidad portante bajolas cavidades y conductos kársticos. En el entornode Zaragoza hay ejemplos en los que ha llegado adescender hasta más de 50 m de profundidad.

Las soluciones técnicas deberán basarse siem-pre en estudios geológicos y geotécnicos cuidado-sos, orientados no a la simple caracterización geo-mecánica del terreno superficial, sino a la detecciónde las cavidades subterráneas y sus posibles relle-nos. Tal y como indica la Norma Tecnológica de laEdificación, los preceptos comunes de la misma noson de aplicación “en los terrenos con precedentesde oquedades subterráneas naturales o artificiales”,en los que se hace obligatoria una investigación es-pecífica. Ésta debe incluir reconocimientos geológi-cos y geomorfológicos, prospección geofísica ysondeos mecánicos que permitan conocer con sufi-ciente detalle las anomalías del subsuelo. Un estu-dio geotécnico convencional puede caracterizar, porejemplo, terrenos de gravas cementadas que consti-tuirían aparentemente un apoyo seguro para una ci-mentación superficial. Sin embargo, su elevada re-sistencia es engañosa si se ubica en un contexto dekarst aluvial, ya que bajo ellas pueden existir cavi-dades que irán probablemente agrandándose hastaproducirse el colapso súbito de la bóveda.

ALGUNAS REFLEXIONES FINALES

Nuestra sociedad del conocimiento tiene dere-cho a estar informada, entre otras cosas, de los ries-gos que asume ante fenómenos naturales como elkarst. A partir de estudios técnicos de zonificaciónde la peligrosidad (distribución espacial de fenóme-nos kársticos constatados, y valoración de la sus-ceptibilidad en áreas donde éstos no se hayan mani-festado), la planificación urbanística debería excluirde la calificación de suelo urbanizable las zonasdonde existe subsidencia activa, y establecerrequisi tos especiales a los proyectos de construc-ción en aquellas otras donde exista un grado de pe-ligro apreciable. No se trata de adoptar una actitudalarmista, pero sí de proceder de una forma respon-sable para incrementar la seguridad de las personasy de los bienes públicos y privados, evitando pérdi-das económicas innecesarias.

Por otra parte, nuestra sociedad se ha acostum -brado a que la técnica acepte todos los retos que lanaturaleza le plantea y, en muchos casos, salga vic-toriosa. Pero no siempre es así. Todo es relativa-mente sencillo mientras la plataforma de una obralineal o el terreno sobre el que se sustenta una ci-mentación pueden describirse en términos de pro-piedades físicas cuantificables. El especialista engeotecnia, tanto sea geólogo como ingeniero, cono-ce perfectamente los procedimientos para muestreary ensayar ese terreno y expresar los resultados entérminos numéricos. Pero ese enfoque puede no serútil cuando en el terreno se desarrollan procesos di-námicos de difícil cuantificación y previsión. Ahílos criterios puramente geotécnicos no sirven, y sehace necesaria la consideración y la comprensión


de los procesos geológicos como tales. Ya no es unproblema exclusivamente ‘técnico’; es un problema‘científico’.

En definitiva, se requiere un enfoque científicopara conocer a fondo un fenómeno natural que im-plica procesos interconectados controlados por la li-tología, estructura, morfología, hidrología, hidro-química y reología del terreno. Un fenómenocomplejo, por tanto, que debe ser abordado desdeuna óptica pluridisciplinar. Se requiere también unenfoque técnico; en primer lugar, al servicio del ob-jetivo científico, por cuanto debe proporcionar a és-te herramientas de exploración y caracterización(geofísica, sondeos, ensayos…); en segundo lugar,para traducir a recomendaciones y parámetros dediseño los resultados científicos. Y se requiere, fi-nalmente, un enfoque pragmático guiado por el sen-tido común y la prudencia, para manejar el proble-ma sin exponer a las personas ni a los bienes ariesgos innecesarios, y sin menospreciar los costesque, tarde o temprano, acarrean tales desafíos.

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Este artículo fue solicitado desde E.C.T. el día 16de enero de 2009 y aceptado definitivamente parasu publicación el 5 de junio de 2009.


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