Karstología de yesos : algunas aplicaciones en ingeniería civil

Abstract

El presente trabajo sobre el karst en yesos se realiza desde la perspectiva de una contribucion al estudio de un fenomeno de naturaleza hidrogeologica con una gran repercusion en la Ingenieria Civil. El estudio del karst tiene ademas dos componentes importantes: quimica e hidraulica, que ayudaran a definir el marco hidrogeoquimico en el que se desarrolla el karst en terrenos yesiferos. Se ha estructurado el contenido en tres bloques tematicos 1o. Introduccion a la karstologia de yesos, situacion y descripcion de algunos karst en la Peninsula Iberica. Se dedican a ello los dos primeros capitulos. En el primer capitulo se aborda la caracterizacion del karst en yeso: geologica, geomorfologica e hidrogeoquimica. En el segundo capitulo se presenta la situacion de los principales karst conocidos en la Peninsula Iberica y se describe brevemente algunos de ellos, dividiendo el estudio por la edad de los yesos: triasicos (Keuper) y terciarios (Mioceno). 2o. Estudio de la disolucion del yeso y una primera aproximacion a su relacion con las actividades humanas en general y en particular con la Ingenieria Civil. Este bloque comprende otros dos capitulos. En el capitulo 3 se analiza la disolucion de materiales solubles con el planteamiento de las leyes por las que se rige y los parametros que intervienen en ella. Se pretende asi conocer la solubilidad del yeso y su grado especifico de disolucion con los factores influyentes, temperatura, aceleradores, etc., para intentar determinar la perdida de masa en el terreno cuando en el se desarrolla un karst. En el capitulo 4 se continua el acercamiento del estudio del karst a la ingenieria. En primer lugar se analiza el problema hidraulico, o hidrogeologico, presentando el desarrollo de algunos modelos de flujo conocidos que permiten abarcar tanto los flujos intergranulares, como otros , en general mas turbulentos, que se verifican en fisuras y conductos karsticos. 3o. Aplicaciones del karst en yesos en la Ingenieria Civil. En la tercera y ultima parte de este trabajo se estudia las aplicaciones, o implicaciones, del karst, en diversas actividades de Ingenieria Civil, como son las presas asentadas sobre yesos, capitulo 5, y las infraestructuras de transporte y urbanizacion , capitulo 6. En el capitulo 5 se realiza en primer lugar el analisis teorico de la disolucion del sustrato yesifero de una presa. A continuacion se presenta una experimentacion propia consistente en la puesta en carga de un modelo reducido de una presa construida sobre un terreno yesifero. Se consigue asi que el gradiente hidraulico genere una corriente subterranea de agua, inicialmente subsaturada, que disuelve el yeso, aumentando su salinidad y por tanto su conductividad electrica, y contribuyendo asi al desarrollo de canales y cavidades karsticas en el subsuelo. Se incluyen varios casos de presas en los que la disolucion karstica de los yesos sobre los que se construyeron, o que formaban parte del sustrato del vaso del embalse, ocasionaron averias por filtraciones o perdida de estabilidad, de diversa importancia. Por otra parte el capitulo 6 aborda otro efecto importante relacionado con los riesgos geologicos asociados el karst: los hundimientos por colapso. En este ultimo capitulo se estudia el origen de las depresiones por colapso desde varias perspectivas teoricas para pasar al aspecto que constituye el objetivo fundamental de esta parte del trabajo: la determinacion de la estabilidad de la cubierta de una cavidad karstica en yesos. ------------------- ABSTRACT -----------------This work about Karst in gypsum has been done as a contribution to the study of phenomena of hydrogeological nature that has a big repercussion in civil engineering. The study of Karst has two important components: chemical and hydraulics , which will help describe the hydrogeochemical frame in which karst develops in gypsum. Content has been structured in three thematic units: 1o. Introduction to karst in gypsum, situation and description of some Karst in the – Iberian Peninsula. The first two chapters study this item. The first chapter develops the characterization of karst in gypsum, from different points of view: geologically, geomorphologically and hydrochemically. In the second chapter the best known karsts in Spain are described, emphathizing its geographical distribution, and classifying them based in the age of gypsum: Keuper and Myocen. 2o. Study of gypsum dissolution and a first approximation to it relationship with the human activities in general and particularly with Civil Engineering. This unit contains two chapters more. In chapter 3 soluble materials dissolution is analyzed with the approach of the laws that drives it and the parameters involved. The goal is to know the gypsum solubility and its specific dissolution grade with the influential factors, temperature, accelerators, etc., trying to determinate mass lost in field when a karst develops. In chapter 4 approach to study of karst in engineering continues. Firstly hydraulic, or hydrogeological, problem is analyzed presenting some known flow models development that allows to cover intergranular flows and other, usually more turbulent, flows, that appear in karstic fissures and conduits. 3o. Civil Engineering gypsum karst applications. Third and final unit of this work studies the applications, or karst implications, in several Civil Engineering activities, such as dams settled in gypsum, chapter 5, and transport and urbanization infrastructures, chapter 6. In chapter 5 firstly is done the theoric analysis of gypsum substrate dissolution in a dam. Secondly an specific experimentation of laden a reduced model built over a gypsum field is presented. This way an underground water flow is achieved, originally subsaturated, that dissolves gypsum, increasing its salinity and then its electric conductivity, contributing to development of karstic channels and cavities in the underground. Several dam cases which karstic dissolution of the gypsum is settled over, or where part of dam reservoir substrate, caused infiltration breakdowns or stability lost are presented. Chapter 6 also studies another important effect related with geological risks associated with karst: collapse sinking. In this final chapter collapse sinking origin is studied from several theoric perspectives to move on the main goal of this part of the work: determining the stability of the cover of a karst gypsum cavity.