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TIERRA Y TECNOLOGÍA Nº 59 | DOI: https://dx.doi.org/10.21028/mlb.2022.03.29 Autores: Manuel Lombardero Barceló. Geólogo colegiado nº 373. Consultor. Marcos Llana Fernández. Geólogo colegiado nº 5.191. Control y Estudios S. L.
Debido al largo proceso administrativo que habitualmente sigue en España el proyecto y construcción de las grandes obras públicas, ha ocurrido algunas veces que, una vez establecido un trazado o un emplazamiento, resulta extremadamente difícil y costoso cambiarlo sustancialmente, incluso aunque los estudios posteriores demuestren la existencia de una geología problemática. En algunas ocasiones, los aspectos geológicos no han tenido la suficiente profundidad en las primeras etapas de proyecto (anteproyecto, estudio de factibilidad, estudio informativo): podrían citarse ejemplos de obras en las que el presupuesto inicial se ha triplicado por problemas geológicos no detectados en las primeras fases de estudio. En este trabajo, pretendemos dar a conocer un ejemplo de lo contrario, como (y gracias a una serie de dilaciones en proceso administrativo), ha sido posible variar sustancialmente el trazado de una línea ferroviaria en fase temprana de proyecto, evitando un terreno salino muy desfavorable.
Veinte años y una DIA
El tramo entre Burgos y Vitoria de la red ferroviaria española de alta velocidad se comenzó a estudiar en 2002, hasta 2015, en varios proyectos del Ministerio de Fomento y del ADIF. Se trata de una actuación importante, que forma parte del Proyecto Prioritario nº 3 del Eje Atlántico Ferroviario Europeo, al cual dará continuidad en el territorio español a lo largo de 95 km. Algunos de aquellos primeros estudios llegaron incluso a someterse a información pública, aprobarse la Declaración de Impacto Ambiental (DIA) y redactarse los proyectos constructivos, aunque afortunadamente no llegaron a licitarse las obras, por diversas razones de tipo económico y administrativo. Para el subtramo Burgos-Pancorbo, de unos 50 km de longitud, el denominador común del trazado en tales proyectos fue seguir, con pocas variaciones, el corredor de infraestructuras por el que discurren la línea ferroviaria actual, la carretera N-I, la autopista AP-1, gasoductos y oleoductos.
En junio de 2017, el Ministerio de Fomento encomendó a la ingeniería INECO la redacción de un nuevo Estudio Informativo. Un aspecto esencial del Estudio fue que, desde los primeros pasos, se consideró que los aspectos geológicos y geotécnicos tuviesen el peso necesario para valorar adecuadamente las diferentes alternativas de trazado.
Terminada la redacción, se sometió a información pública este nuevo Estudio Informativo y, una vez resueltas las alegaciones, el Ministerio para la Transición Ecológica y Reto Demográfico emitió la correspondiente DIA en 2021, casi 20 años después de iniciar los primeros estudios. El pasado 8 de enero de 2022, fue publicada en el BOE la aprobación definitiva del «Estudio Informativo del proyecto de la línea de alta velocidad Burgos-Vitoria”, con un precio base de licitación de la obra de 1.443 M€.
La Geotecnia y las Sales
Durante la ejecución del Estudio Informativo, pronto se comprobó que el corredor ferroviario contemplado en estudios anteriores discurre por la margen nor-oriental de la Cuenca del Duero en su enlace con la del Ebro, donde afloran litologías salinas de la Facies Cerezo, la cual contiene evaporitas lacustres del Mioceno Superior. Concretamente, durante la realización de la primera fase del Estudio a escala 1:25.000, la denominada Alternativa Central cruzaba la F. Cerezo a lo largo de unos 25 km. La F. Cerezo contiene sales sódicas y cálcicas, singularmente yeso, anhidrita y glauberita, ésta última explotada como sulfato sódico natural en Cerezo de Río Tirón y Belorado, en la que es una de las mayores explotaciones mineras de esta sustancia a escala mundial.
La experiencia previa indicaba que las grandes obras públicas en formaciones salinas son caras y complicadas. Antecedentes de infraestructuras construidas en este tipo de formaciones, en las que se dieron graves problemas geotécnicos (algunos de los cuales continúan), son el Túnel de El Regajal y el Desmonte de Seseña, ambos en la línea ferroviaria de alta velocidad Madrid-Valencia; o los que arrastra casi desde su construcción la prolongación de la Línea 7 del Metro de Madrid. Adicionalmente, ya eran conocidos los problemas de expansividad que genera la anhidrita al transformarse a yeso, como ocurrió en la Central de Ascó (Grupo de Geotecnia, 2015), en el Túnel de Montblanc y en el viaducto del Pont de Candí, todos ellos en Tarragona. Hoy en día son conocidos, incluso para el gran público, los problemas que se producen en la obra pública en terrenos salinos, especialmente por la repercusión mediática que tienen los cortes en el servicio de la Línea 7 del Metro de Madrid, para someterse a reparaciones periódicas.
En el Anejo de Geología y Geotecnia del Estudio Informativo redactado por INECO (ADIF, 2017) se dice:
«Los problemas generados por los grandes desmontes y los túneles en series sedimentarias lacustres que contienen sulfatos sódico-potásicos, que además suelen ir acompañados de cloruros como la halita, son de difícil y costosa solución. Llamamos encarecidamente la atención sobre la denominada Facies Cerezo y su equivalente lateral, la Facies Villatoro, que son atravesadas por la Alternativa Central a lo largo de 25 km. Se trata de un terreno salino evolutivo que puede dar problemas geotécnicos serios.»
Gracias al estudio de los antecedentes bibliográficos, se tenían noticias de que en algunos grandes desmontes excavados en la Facies Cerezo al construir la AP‐1, se dieron problemas de inestabilidad por esta causa. Y que ciertos estudios anteriores detectaron sulfatos y cloruros de Ca, Na y de Sr en algunas muestras de testigo de sondeo.
Por tanto, desde la primera fase del Estudio Informativo se valoró evitar el paso por la F. Cerezo, estudiando, además del corredor de los estudios anteriores o Corredor Centro (flechas verdes en la Figura 1), un corredor nuevo u Oeste que atraviesa la comarca burgalesa de La Bureba (flechas azules), donde no aparece la formación evaporítica.
Las unidades geológicas que en España contienen estas sales son las que Ortí (2000) denomina Unidades Glauberíticas, antiguos depósitos lacustres de precipitación química en paleoclima semiárido. Se presentan principalmente en zonas restringidas en el Terciario de las cuencas del Tajo y el Ebro. Además del yeso (sulfato cálcico dihidratado) y la anhidrita (sulfato cálcico anhidro), el mineral salino principal es la glauberita, que es sulfato sódico-cálcico. La glauberita es altamente soluble y, en presencia de agua no saturada, se disuelve incongruentemente con pérdida de volumen (Ordoñez et al. 1982), generando porosidad secundaria y karstificación difusa, lo cual favorece la percolación de más agua. De la salmuera resultante cristalizan mirabilita (sulfato sódico decahidratado), o thenardita (sulfato sódico anhidro). Ambos minerales generan presión de hinchamiento al cristalizar, especialmente la thenardita. La mirabilita y la thenardita pasan de una a otra especie mineral fácilmente, dependiendo de las condiciones de humedad ambiental y temperatura. En invierno suele cristalizar mirabilita, que se disuelve por delicuescencia si aumenta la temperatura para cristalizar inmediatamente thenardita.
En estado natural y debido a la infiltración del agua de lluvia en el terreno, la glauberita de las Unidades Glauberíticas se va transformado lentamente en yeso, que es el producto final de la evolución mineralógica. Este proceso se da en un frente de transformación llamado Capa Activa, de algunos metros de potencia, que se encuentra a profundidad variable, de unos 15 m a más de 40 m (Ordoñez, S; com.per.). Cualquier obra subterránea o gran desmonte que atraviese la Capa Activa puede introducir agua dulce en la parte inferior, acelerando los cambios mineralógicos. En palabras de García del Cura et al. (2017):
«[…] la modificación y desestabilización de la infiltración por las grandes obras por debajo del nivel de saturación, que modifican la circulación del agua en la zona de infiltración, llevan consigo la reactivación del proceso de yesificación.»
La profundidad de la Capa Activa es variable y puede experimentar saltos bruscos de cota en las zonas de falla, como dedujo uno de los autores en el estudio realizado en el Desmonte de Seseña (ADIF, 2013). La excavación del citado Desmonte de Seseña alcanzó precisamente la Capa Activa, a una profundidad de entre 12 y 20 m. Tenía del orden de 3 m de potencia y se reactivó con gran rapidez a raíz de la excavación del desmonte, por la infiltración de agua durante el lluvioso invierno 2009-2010, pocos meses antes de la inauguración oficial de la línea; el contenido en thenardita procedente de glauberita llegó al 53% en alguna muestra (ADIF, 2013). La solución dada a los problemas de hinchamiento del terreno producidos fue cara, ya que hubo que desmontar con urgencia una parte la infraestructura ya construida, para sustituir el terreno evolutivo por material inerte.
Primeros datos de campo y planificación de sondeos
El yeso secundario procedente de la transformación de la glauberita y la anhidrita puede reconocerse por su textura macro y microscópica. Desde los primeros trabajos de campo del Estudio Informativo, se sospechó que gran parte del yeso aflorante a lo largo de la Alternativa Central era yeso secundario. Por ello, cuatro de los cinco sondeos perforados en dicha Alternativa se hicieron con el fin de detectar anhidrita, glauberita y otras sales potencialmente expansivas. Tales sondeos corresponden a tres grandes desmontes y un túnel.
La campaña de sondeos y ensayos de campo fue encargada a la empresa especializada Control y Estudios S.L. (CYE). Fueron los técnicos de esta empresa, de acuerdo con INECO, los que diseñaron los protocolos de perforación y muestreo. Como fluido de perforación se usó salmuera y se tomaron muestras de testigo con precauciones especiales para evitar la descomposición de los minerales solubles.
Sondeos
El objetivo primordial de la investigación fue el de identificar el tipo de sales presentes en la Facies Cerezo. Para garantizar unos resultados fiables, la perforación y el muestreo fueron sumamente cuidadosos, evitando alterar el medio todo lo posible durante la perforación, extracción, conservación y transporte de las muestras.
Se realizaron cinco sondeos mecánicos a rotación dentro del trazado previsto para la Alternativa Central, alcanzando profundidades de exploración entre los 35,4 m y 86,5 m, llegando a cortar los materiales correspondientes a la F. Cerezo en cuatro de ellos (AC S02, AC S03, AC S04 y AC S05).
Todos los sondeos se equiparon como piezómetros abiertos, con tubería piezométrica tipo Preussag y filtro de gravilla silícea calibrada. Para asegurar un buen control del nivel piezométrico se ejecutaron dos bombeos del agua interior, uno inmediatamente tras la finalización de la perforación y previo a la instalación del piezómetro, y otro posterior, con el piezómetro ya instalado. En ambos casos, se controlaron las recuperaciones del nivel piezométrico tras el bombeo hasta su estabilización. Posteriormente, ha venido registrándose la evolución de los niveles piezométricos.
Perforación con salmuera
Para minimizar en lo posible la disolución de los minerales sódicos durante la perforación, se ideó un procedimiento utilizando como fluido de perforación para refrigeración de la corona de corte, una disolución de sulfato de sodio a aproximadamente al 80% de saturación. Dicho procedimiento se resume a continuación:
- Llenado de dos depósitos de agua de 1.000 l cada uno. En uno de ellos se realizó la preparación de la disolución al 80% de saturación. El otro sirvió para poder almacenar un volumen suficiente de agua limpia (no tratada) para ajustar la concentración durante toda la perforación.
- Control de la temperatura del agua.
- Cálculo de la cantidad de soluto necesario para saturar las disoluciones al 80%, en función de la temperatura (Figura 2).
- Perforación con la solución preparada, y recuperación del fluido sobrante de la perforación en depósito anexo, que, tras ser decantado (en la medida de lo posible) se recirculaba, para optimizar el proceso.
- El control de densidad del fluido de perforación se hizo mediante densímetro, siguiendo el siguiente proceso (Figura 3): Toma de muestra de agua en recipiente limpio y estéril, donde se decanta; a continuación, filtrado con papel de filtro y embudo Büchner, y posterior llenado de probeta graduada de vidrio de 1000 ml. En el fluido decantado y filtrado, se midió la temperatura; y la densidad, mediante densímetros, con tres rangos de medida 1,0 – 1,1 g/cm3, 1,1 – 1,2 g/cm3 y 1,2 – 1,3 g/cm3.
- Ajuste progresivo de la concentración de sulfato de sodio en el fluido de perforación en función de la densidad y los cambios de temperatura a lo largo del día (Figura 4).
- Toma diaria de muestra del agua recuperada durante la perforación, para la determinación precisa de la concentración de sulfato de sodio en laboratorio y calibrar así la precisión de la medida de la concentración mediante densímetro en campo.
Cabe destacar, que los frecuentes cambios de temperatura, con variaciones que llegaron a superar los 15ºC a lo largo del día, sumado al rápido consumo del agua de perforación, hicieron que el control preciso de la concentración de sales fuese muy costoso.
Toma de muestras de testigo de sondeo
Los tramos de muestreo se fueron seleccionando en avance de la perforación, inmediatamente tras la recuperación de los testigos del sondeo, buscando los tramos que pudiesen resultar más relevantes para el análisis y objetivos perseguidos. Ello implica le presencia constate de un geólogo a pie de máquina. Una vez seleccionada cada muestra a ensayar, e inmediatamente tras su recuperación, se procedió a su identificación y fotografiado.
La toma de muestras se realizó de una forma sumamente cuidadosa, para minimizar posibles alteraciones/disoluciones o cambios de fase mineral, por variaciones en la temperatura y humedad al exponerse al ambiente externo. Las muestras seleccionadas se aclararon brevemente en agua limpia, para eliminar la salmuera utilizada como fluido de perforación. Seguidamente y de forma inmediata, se secaron con papel absorbente y se envolvieron en film transparente industrial y, finalmente, fueron etiquetadas e introducidas en botes herméticos para preservar sus condiciones intactas hasta el momento del ensayo (Figura 5).
Ensayos de laboratorio
Las muestras de testigo se analizaron primeramente mediante difracción de Rayos X. El resultado fue que casi todas las muestras tienen cantidades significativas de yeso y en algunas se detectó anhidrita; no se detectaron sales sódicas por esta técnica. Sin embargo, como en algunos testigos se observaron de visu indicios de sales solubles, se realizaron petrografías por microscopía de luz transmitida. La petrografía confirmó que gran parte del yeso atravesado por los sondeos es secundario (como ya se sospechaba por los reconocimientos de campo), procedente de la transformación de anhidrita y de glauberita. Y se detectó sulfato sódico en forma de thenardita-mirabilita.
Se concluyó que la Facies Cerezo contiene en esa zona y hasta la profundidad máxima de los sondeos, cantidades significativas de yeso secundario y anhidrita. La Capa Activa de transformación en yeso de la anhidrita y la glauberita está muy cercano a la profundidad máxima alcanzada por los sondeos; de hecho, uno de ellos terminó dentro de la Capa Activa. Otra interesante conclusión fue que el contenido en anhidrita aumenta con la profundidad.
El terreno salino decide la Alternativa Oeste
Basándonos en los cinco sondeos a lo largo de 25 km de la Alternativa Central (Figura 6), se hallaron indicios sólidos (y alarmantes) de la presencia de glauberita en el subsuelo; y de que la Capa Activa de yesificación se encuentra a una profundidad que habría podido ser alcanzada en cualquier desmonte profundo o túnel. Refiriéndose a la Facies Cerezo a lo largo de la Alternativa Central, se afirma por ello en el Estudio Informativo que:
«[…] esta formación es un terreno evolutivo, en el que los fenómenos provocados por el agua de infiltración tienen mucha importancia, ya que pueden provocar problemas geotécnicos graves y de difícil solución […] Para el tramo Burgos-Pancorbo, se recomienda desechar la Alternativa Central y cualquier otra que discurra por la Facies Cerezo y proseguir los estudios únicamente en la Alternativa Oeste.»
Otra importante conclusión del Estudio Informativo redactado por INECO con la colaboración de CYE, es que la detección de sales muy solubles como glauberita, thenardita, mirabilita y halita, que raramente afloran, exige técnicas de perforación de sondeos y de muestreo especiales, las cuales se utilizan en muy pocas ocasiones en los estudios geotécnicos: salmuera como fluido de perforación; limpieza y precintado inmediato de las muestras de testigo; la identificación de estos minerales no puede confiarse exclusivamente al análisis químico y/o a la difracción de RX, hace falta la inspección y estudio de las muestras por un especialista y usar otras técnicas, como la microscopia óptica sobre lámina delgada tallada en aceite.
Todo ello encarece lógicamente la campaña geotécnica y los trabajos de laboratorio y gabinete, lo cual ha de ser tenido en cuenta por la Administración cuando se presupuestan estudios geológico-geotécnicos que interesen unidades salinas. Estas técnicas no se usaron en los estudios anteriores del trazado de la LAV Burgos-Vitoria, por lo cual la presencia de sulfatos de sodio pasó casi desapercibida.
En ciertas obras en otras unidades salinas, donde los estudios geológicos en fase de proyecto se hicieron de manera más convencional o con menor rigor científico o, a veces, con escasez de presupuesto, se produjeron graves problemas constructivos y de mantenimiento de la infraestructura, habiendo sido la solución más sencilla cambiar el trazado en fase temprana de proyecto.
En Estudio Informativo al cual se refieren estas líneas, en el Análisis Multicriterio final, que es la herramienta que decide en definitiva la bondad técnico-económica y medioambiental de cada uno de los trazados estudiados, la Geología tuvo un peso decisivo, contribuyendo notable y acertadamente a inclinar la balanza hacia la Alternativa Oeste.
Agradecemos a la Dra. Mercedes Ferrer Gijón la revisión crítica del manuscrito.
Referencias
- ADIF. 2013. Seguimiento de la auscultación mediante sensores continuos de fibra óptica tenso-deformacional bajo la plataforma de la LAV de Levante a su paso por Seseña. Informe Inédito. INECO.
- ADIF. 2017. Estudio informativo del proyecto de la línea de alta velocidad Burgos-Vitoria. Informe Inédito. INECO.
- García del Cura, M. A; Benavente, D; Cuevas, J; y Ordóñez, S. 2017. Minería y salinas de sulfato sódico en la cuenca de Madrid. Una revisión geológico-geoquímica. XII Congreso Nacional y XI Ibérico de Geoquímica. Libro de Actas. Linares, 26-28/09/2017.
- Grupo de Geotecnia, 2015. Informe de Valoración de la solución de cimentación de edificios de la instalación nuclear ATC. Informe inédito. Universidad de Cantabria.
- Ordoñez. S; Menduiña, J; Garcia del Cura, M. A. 1988. El sulfato sódico natural en España. Tecniterrae, 46: 16-32.
- Ortí, F. 2000. Unidades Glauberíticas del Terciario Ibérico. Revista de la Sociedad Geológica de España, 13(2): 227-249.
