Geotecnia del ATC. Caracterización geotécnica

Con este último post sobre la geotecnia del ATC vamos a terminar nuestro análisis de un asunto que tanta polémica ha traído. Espero que se cumplan las expectativas.

Si no sabes de qué estamos hablando, te animo a leer las dos anteriores entradas sobre este tema.

  • Geotecnia del ATE. Centro de la polémica: En él se explica en qué consistía esta instalación, cómo influenció la geología en la designación de la ubicación y las razones por las que la geología está en el centro de la polémica.
  • Geotecnia del ATC. Enclave geológico: En esta segunda entrega nos relajamos un poco. Se realiza un resumen de lo que serían las condiciones geológicas regionales, comarcales y, sobre todo del emplazamiento.

Hoy nos vamos a ir al detalle de la geotecnia del ATC. En el post anterior vimos que son dos niveles litológicos los que nos van a interesar a la hora de diseñar la cimentación de estas instalaciones.

geotecnia del ATC, Villar de Cañas, almacén temporal centralizado, ATC, geotecnia, geología, yesos, sísmica, hidrogeología, expansividadGeotecnia del ATC. Características geotécnicas de los materiales.

A continuación, vamos a pasar a describir geotécnicamente los materiales que podemos destacar de la geotecnia del ATC. Daremos algunos parámetros, pero sobre todo resaltaremos los aspectos que pueden generar patologías en la cimentación. También haremos algunos comentarios sobre cómo se podría profundizar en el análisis y qué soluciones se pueden emplear para evitar posibles patologías.

Lutitas Rojizas (LBS)

Es el material más abundante en el subsuelo del emplazamiento. Dentro de las lutitas aparecen de manera escasa paquetes delgados de yeso. El espesor de las lutitas es bastante importante (casi 50m).

La “lutita” es una roca sedimentaria constituida por granos muy finos (arcilla y limo). Como roca que es, tiene gran capacidad portante. Como veremos más adelante, guarda un punto interesante.

Los valores medios de parámetros geotécnicos que más nos interesan, son:

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Este nivel puede aparecer alterado en algunas partes del emplazamiento. Esto hace que sus propiedades resistentes se reduzcan y no sea un terreno apto para una cimentación mediante zapatas aisladas. En algún sondeo se ha localizado algún nivel de grava yesífera, que podría ser el residuo de una disolución parcial de las intercalaciones de paquetes de yesos que señalábamos más arriba.

Yesos y lutitas (YBT4)

Aparece principalmente el SE del emplazamiento. Si no está alterado, es geotécnicamente muy competente, con presiones admisibles para zapatas aisladas equivalentes a las lutitas inalteradas (4,0 kgf/cm2). Así mismo, si no están alteradas, pueden considerarse impermeables. Es el otro material que nos interesa de la geotecnia del ATC.

En general está poco fracturado y a la vista de los sondeos realizados, no se ha localizado ninguna cavidad. Sobre este asunto profundizaremos más adelante.

Geotecnia del ATC. Posibles patologías en la cimentación. Soluciones.

Cuando uno va caminando por el campo no se imagina los secretos que puede guardar. Y este campo de “La Manchuela” no es una excepción.

Expansividad de las lutitas.

Un terreno expansivo es aquel en el que se pueden producir cambios volumétricos si se producen cambios en la humedad del suelo. Este fenómeno no aparece en todos los terrenos, ya que depende de la composición mineralógica y del tamaño de grano. La cuestión es que a partir de ensayos de identificación básicos realizados en laboratorio, podemos “sospechar” que el terreno puede ser expansivo.

Este asunto lo tratamos en un antiguo post del blog (pincha aquí) y en él veíamos que el “límite líquido” y el “índice de plasticidad” son parámetros indicativos de expansividad. Las lutitas tienen valores medios de 53 y 25 respectivamente.

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Esta misma conclusión tuvieron los técnicos que hicieron el reconocimiento del terreno, ya que han hecho ensayos de potencial de hinchamiento, y los que son más interesantes, de presión de hinchamiento. De este último dato se tienen valores de 7,0kgf/cm2. Esto es un aspecto muy peligroso ya que, aunque “carguemos” una zapata aislada a la máxima presión admisible del suelo (4,0kgf/cm2), si el terreno se expande a su mayor potencial, tendría la capacidad de levantar la cimentación con una presión de 3,0kgf/cm2. Es cierto que es complicado que esto suceda, pero incluso si no se desarrolla a su máximo potencial, es peligroso. Este fenómeno no sólo afecta a los elementos de cimentación. Hay que considerarlo también a la hora del diseño de los muros de contención o de sótano.

Soluciones para controlar la expansividad de las lutitas

A continuación, vamos a ver cómo se debería afrontar esta situación.

Lo primero que hay que hacer es realizar un reconocimiento pormenorizado y diferenciado de los terrenos de las parcelas que albergarán los distintos edificios que conforman las instalaciones. No necesariamente todo el terreno que aflora va a tener el mismo potencial expansivo. De esta manera podremos dar soluciones específicas a cada edificio.

Para que un terreno desarrolle su potencial expansivo es condición indispensable que se produzcan cambios de humedad en el subsuelo. Es por ello que sería recomendable proyectar elementos de impermeabilización específicos para evitar que se produzcan cambios de humedad en el subsuelo.

Algo que hay que tener en cuenta es que, a pesar de poner medidas para “tapizar” los alrededores de los edificios, el terreno puede sufrir cambios de humedad. Como veíamos en la entrada anterior, el nivel freático es muy superficial (2 -5 metros) llegando a casi la superficie en época de fuertes lluvias. Sabiendo esto podemos considerar que los cinco primeros metros del terreno pueden sufrir cambios de humedad debido a fluctuaciones del nivel freático. Para esto se pueden buscar un tipo de cimentación que apoye bajo esta “capa activa” de cinco metros (zapilotes, pilotes, …)

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Problemas de humedades.

Sin duda es algo que a muchos lectores les resultará familiar. Un nivel freático tan superficial es muy probable que algún muro se encuentre bajo el mismo, ya sea porque es un sótano o porque el rebaje del terreno para encajar el edificio en la topografía del terreno. No es un asunto que en sí mismo deba traer patologías importantes en la cimentación, pero sí que puede afectar a la habitabilidad de las instalaciones. Algunas soluciones pasan por proteger con geotextiles el trasdós del muro y proyectar elementos que permita drenar el agua freática.

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Agresividad de suelos y agua.

Como ya hemos visto, el terreno que servirá de cimentación de las instalaciones serán principalmente lutitas con presencia de yesos (Sulfato de Calcio hidratado). Esto significa, y así ha sido constatado en los análisis químicos, que el suelo y el agua freática tendrá una importante concentración de sulfatos. Que el suelo y/o el agua tenga una concentración alta de sulfatos es una situación bastante común en los suelos de España por lo que la normativa tiene implantada las medidas a tomar. Estas pasan básicamente por incrementar el recubrimiento de la armadura de la cimentación y aumentar la resistencia del hormigón vía cantidad mínima de cemento o relación agua/cemento.

Lutitas alteradas.

Como hemos visto, las lutitas que tiene una capacidad portante muy alta, pero pueden aparecer alteradas en algunas partes del emplazamiento. El estar expuestas al medio ambiente, fundamentalmente a la acción del agua de lluvia, hace que se pierda el “cemento” que une las partículas de arcillas y que da a las lutitas su condición de roca. Como veíamos un poco más arriba, la presión admisible se reduce drásticamente y hace que no sea viable la cimentación directa (zapatas aisladas), por lo que habrá que optar por otras soluciones como son losas de cimentación o pilotes.

Disolución de yesos.

Dejamos el plato fuerte para el final, que es sin duda del que más ha dado que hablar.

Los yesos aparecen de dos maneras: masivos, con niveles de limos intercalados, y como intercalaciones submétrica dentro del nivel de lutitas. Es importante señalar que en zonas del emplazamiento los yesos masivos constituirán el soporte de la cimentación de parte de las instalaciones.

Al igual que los terrenos calizos, los terrenos yesíferos pueden sufrir procesos de disolución y crear verdaderos sistemas de cuevas y galerías, como en Sorbas (Almería).  

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Si estas cavidades son superficiales pueden llegar a colapsar creando dolinas. Si el proceso de karstificación está activo y es relativamente superficial (menos de 5-10m), el proceso de «dolinización» es bastante rápido, apareciendo dolinas de manera súbita

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Ver vídeo (https://cadenaser.com/emisora/2019/12/27/ser_cuenca/1577464634_843667.html?fbclid=IwAR0HmEPVmiJwUQrOmiWSsM8kJGD4lbSHI0yo_N90LTR5w2mkMjLy2gVD4B0)

Está documentado (en España y el mundo) que el fenómeno de disolución de rocas evaporativas, de la que forma parte los yesos, han sido causa de numerosas afecciones a infraestructuras y edificios, por lo que conviene tomarse este asunto con la seriedad necesaria. Un dato importante es que los afloramientos de yesos son muy abundantes en España, alrededor del 30% de la superficie de las cuencas cenozoicas, que constituyen casi la totalidad de la mitad Este de la península.

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El yeso (CaSO4 2H2O), en condiciones de laboratorio tienen una solubilidad en agua pura de 2.5g/l (la sal común es de 260g/l). Esta solubilidad y su movilización depende de muchos factores: la solución tenga iones de cloro, magnesio o sodio; cómo sea el flujo de agua entre las partículas de yeso (intergranular, fisuras, cavidades, …) o el régimen del agua subterránea (turbulenta o laminar). En fin, el proceso de disolución de yesos y la posible aparición de cavidades es un proceso bien conocido.

En el documento que nos está sirviendo de fuente de las investigaciones realizadas (pincha aquí) se ha prestado especial atención a este asunto.

Principales observaciones.

  • En el entorno del emplazamiento aparecen con bastante frecuencia dolinas de borde difuso y campos de lapiaces. La existencia de lapiaces indica que la disolución superficial de estos materiales es activa, aunque sobre todo hay que prestar atención a las dolinas, cuya génesis es por colapso de cavidades.
  • Como decíamos más arriba, el yeso también aparece en el emplazamiento del ATC, en general poco fisurado. En ningún sondeo se han encontrado cavidades, salvo alguna brecha yesífera que es indicativo de procesos de disolución.

Comentarios y soluciones.

  • Los afloramientos yesíferos son menos abundantes en el cuadrante NO del emplazamiento así que lo ideal sería situar en esa zona las instalaciones más sensibles del ATC, ubicando el resto de edificios auxiliares en el resto del emplazamiento.
  • Los sondeos no es un procedimiento adecuado para localizar cavidades, ya que es una metodología que sólo nos da información del punto en el que se ejecuta.
  • El documento indica que se ha realizado investigaciones geofísicas que nos permiten tener una información global sobre la presencia de cavidades, y que en base a su análisis se ubicaron los sondeos. Las técnicas geofísicas más recomendables para localizar cavidades a baja profundidad son la microgravimetría, resistividad eléctrica del terreno y el georadar. En cualquier caso, cualquier investigación adicional sería bienvenida.
  • Las medidas antes comentadas para evitar cambios en la humedad del suelo, también favorecerá a que no haya flujos de agua bajo el emplazamiento y protejamos el subsuelo de procesos de disolución.
  • Si finalmente se localizan en subsuelo cavidades, la mejor técnica de tratamiento del terreno es mediante inyecciones de lechada de cemento o microcemento.

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  • Una solución alternativa y que habría que estudiar con mucho detenimiento es la de realizar un muro pantalla perimetral que quede «empotrado» en un nivel claramente impermeable y/o que tenga una profundidad tal que se impidiera la entrada de agua a través del trasdós de los muros. Este muro se puede realizar en toda el área del ATC o en las zonas donde se ubiquen las instalaciones más sensibles. Tras realizar el muro pantalla, se debería bombear toda el agua freática del subsuelo del recinto. Con esta solución, tendríamos un recinto de partida seco con lo que solucionaríamos la posible activación de procesos de disolución de yesos y de expansividad.

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Consideraciones de esta solución

Esta solución si funciona es muy efectiva, pero hay que señalar que es cara y requiere que tengamos en cuenta:

      • El muro pantalla se debe ejecutar con altos estándares de calidad. No nos podemos permitir que no se alcance la profundidad de diseño o que las juntas entre paneles estén mal ejecutadas. Si quieres conocer más sobre cómo se ejecuta este tipo de estructuras, te dejo un par de links:

Ejecución de muro pantalla con junta trapezoidal (plana) y circular

Ejecución de muro pantalla con junta trapezoidal y circular II.  

      • Como hemos visto cuando describíamos los materiales que de manera más especial afectan a la geotecnia del ATC, el terreno es en términos generales bastante impermeable, por lo que el sistema de bombeo debe ser diseñado con rigor para que sea efectivo.
      • A pesar de dejar el recinto «seco», el agua de lluvia puede infiltrase en el recinto. Es por ello que se deberá diseñar una pavimentación y ajardinamiento que impidan la infiltración de la lluvia en el subsuelo.
      • Como medida de control, se debería dejar instalados unos piezómetros que permitan controlar si el muro pantalla y la pavimentación están funcionando correctamente.
  • Por último, es recomendable hacer seguimiento de posibles procesos de disolución de los yesos a lo largo de la vida útil de la instalación. Para esto lo mejor es analizar la salinidad del agua fréatica. Un aumento en la concentración de iones sulfato nos puede indicar que hay procesos de disolución de yesos, lo que nos permitirá tomar medidas preventivas. Este seguimiento se puede complementar con tomografías eléctricas periódicas, que pueden servirnos para localizar posibles flujos de agua en el subsuelo.

Conclusiones

Con este repaso a la solubilidad de los yesos, damos por terminado esta última entrada dedicada a la caracterización geotécnica del terreno que conforma el emplazamiento del futuro ATC de Villar de Cañas. Alguien podrá pensar que este emplazamiento es problemático, y no diremos aquí que no es así. No es responsable tomar esta postura, ya que sería un punto de partida erróneo para afrontar los retos que este terreno presenta. También hay que señalar que el terreno tiene aspectos muy positivos, como es la gran capacidad portante. Además, todos los terrenos, de una manera o de otra, presentan particularidades y la obligación de los técnicos es estudiarlas en profundidad y tomar las medidas necesarias para controlar los riesgos.

Espero que a los lectores les haya resultado interesante estos posts acerca de la geotecnia del ATC de Villar de Cañas, y que más allá de la polémica que puede rodearlo, hayan podido aprender sobre la geología de la zona y adquirir conciencia de lo importante que es la geotecnia a la hora de planificar infraestructuras.

Muchas gracias.

Desdeelmuretehttp://www.desdeelmurete.com
Blog de Geotecnia, cimentaciones y Tratamientos del terreno

3 COMENTARIOS

  1. Hola Nacho, la referencia de la publicación del CEDEX es:
    Caracterización experimental de la expansividad de una roca evaporítica. Identificación de los mecanismos e hinchamiento. Fernando Esteban Moratilla, 1992. De las publicaciones del CEDEX, es el Cuaderno de Investigación C28, con ISSN 0211-6499 y con ISBN 84-7790-093-0.
    Salu2!

  2. Hola Nacho… muchos problemas geotécnicos a resolver veo en el emplazamiento y para dar una opinión más técnica y objetiva debería conocer datos clave del proyecto y del EG tipo: excavaciones previstas, espesores de cada capa, cotas de apoyo, cargas concentradas, densidad de puntos de investigación, entre otros. Dejo algunas reflexiones que permitirían adoptar algunas soluciones, quizá más baratas, y espero entrar en discusión con otros usuarios. Contar con el EG completo daría luz sin duda.
    De entrada, si hay riesgo de solubilización del plano de apoyo y no puede asegurarse su estabilidad a futuro, para una instalación tan sensible, yo optaría por una cimentación profunda en cada apoyo. Para asegurar el funcionamiento de los pilotes realizaría geofísisca eléctrica (el georradar no profundiza mucho) y delimitaría posibles «campos solubilizados», rápido y barato. En estas áreas no quedaría más remedio que realizar un sondeo por apoyo cuya longitud debe ser = al fuste del pilote + la zona de seguridad bajo la punta necesaria para la movilización de la resistencia de diseño, en general 6 diámetros.
    Respecto a la expansividad de las lutitas me resulta excesivamente alto el valor de presión de hinchamiento contando con mi experiencia en Geotecnia. Es verdad que si el LL = 53, su clasificación es «PLASTICIDAD ALTA», pero está en el límite con «PLASTICIDAD MEDIA» que es LL = 50. Por tanto, no parecen tan peligrosas a priori. Si hay nivel freático tan próximo a la superficie, las lutitas deben estar saturadas o próximas a la saturación por lo que me extraña que incorporen a su estructura una cantidad de agua tan alta como para alcanzar 7 kg/cm2. Revisaría en detalle los ensayos realizados al respecto, humedades naturales del suelo, peso específico y grado de saturación; y comprobarían que no se han hecho sobre muestras remoldeadas. Suelos tan «duros» resultan complicados de ensayar y puede ser que se esté interpretando un ensayo no realizado en condiciones naturales.
    Si hay grandes excavaciones, es importante considerar el posible levantamiento a largo plazo del fondo de la excavación. En este sentido, hay una tesis del CEDEX sobre ASCÓ II en la que se manifiestan estos efectos en margas duras (geotecnicamente muy similar a lutitas). Esto sí que sería causa de una patología grave y dificilmente resoluble.
    ¡Espero discusión de verdad!

    • Hola Bran!
      Gracias por tus comentarios…A ver si se animan a comentar los lectores.
      La verdad es que es un terreno bastante interesante. ¡Quién lo diría! Pero creo que estamos de acuerdo en que es perfectamente asumible con el conocimiento y técnicas actuales. Sólo hacer algunas aportaciones:
      – El documento que me ha servido de base para estos post lo puedes descargar aquí (es público): https://drive.google.com/file/d/1JAMUj4eItS9l4V6K3YHUfNv1n23R3a63/view
      Es cierto que no es un estudio geotécnico con todo detalle. Sería más bien una memoria en que se describe de manera general y se dan algunos datos. Sin duda sería interesante tener acceso a las columnas de los sondeos, actas de ensayos in situ y laboratorio, detalles geofísicos, etc.
      – Estoy de acuerdo que hay que hacer un estudio pormenorizado de cada edificio, y dar soluciones específicas a problemas de expansividad/solubilidad de los yesos.Es cierto que una solución con pilotes «mataríamos dos pájaros de un tiro» (solubilidad y expansividad).
      – Los datos que se dan de LL e IP son valores promedio, y el valor de presión de hinchamiento(PH) es el máximo. Entiendo que deben haber muestras con LL e IP elevados, y son estas las que dan mayores PH. Es cierto que es imposible cargar una zapata a 7kp/cm2.Son estructuras muy livianas (2P+1S, en general). En cualquier caso la presión admisible para zapatas la fijan en 4kp/cm2. Para mí el tema de la expansividad es el que más delicado.
      – Si esa tesis de ASCÓ II es pública nos podrías pasar el link. ¡Sería interesante echarle un ojo!
      Gracias de nuevo!
      Salu2!

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