La presencia de procesos activos de subsidencia kárstica afectando a infraestructuras requiere de caracterizaciones detalladas, evaluación de la progresión temporal e incorporar diseños compatibles de convivencia con el fenómeno que no produzcan incrementos del riesgo asociado. En este trabajo se analiza el caso de la carretera Luceni-Boquiñeni en la que se decidió retirar el nivel cementado del aluvial para evitar la aparición de colapsos repentinos. Con el objetivo de monitorizar la afección kárstica a la nueva estructura, se ha realizado un seguimiento por medio de prospección geofísica por georradar cuyo análisis comparado 2010-2015 se realiza en este trabajo. La evaluación integra información superficial, geofísica, geotécnica y geomorfológica de la zona

Casas Sainz, Antonio María

Liesa Carrera, Carlos Luis

López Julián, Pedro Luis

Pocoví Juan, Andrés

Pueyo Anchuela, Óscar

Ramajo Cordero, Javier

Spanish

Repositorio Universidad de Zaragoza

IntroducciónLas tasas de actividad y subsidencia en elentorno del sector central de la Cuenca delEbro asociadas a la disolución de materialesevaporíticos son ampliamente conocidas (verpor ejemplo Simón et al., 2009). Considerandoque la prevención y ordenación del territorio esel mayor factor de éxito en minimizar las afec-ciones, la presencia de infraestructuras en con-textos con subsidencia kárstica, requiere deadaptaciones y  de monitorización continuapara evitar los riesgos o minimizarlos. En estoscasos, el mayor riesgo responde a la apariciónde colapsos repentinos. En este trabajo se ana-liza un tramo de carretera entre las localidadesde Luceni y Boquiñeni (provincia de Zaragoza;Fig. 1) en el que existen evidencias históricasGEOGACETA, 63, 201851Copyright© 2018 Sociedad Geológica de España / www.geogaceta.comEvaluación de la aplicación de prospección geofísica por georradaren la caracterización previa y monitorización de la peligrosidadkárstica por subsidencia y colapso en carreteras(caso del tramo Luceni-Boquiñeni, Zaragoza)Evaluation of the application of the geophysical survey by GPR in the preliminary characterization and monitoring ofkarst hazards by subsidence and collapse affecting to roads (case study of the Luceni-Boquiñeni road, Zaragoza)Óscar Pueyo Anchuela, Andrés Pocoví Juan, Antonio M. Casas Sainz, Carlos L. Liesa, Pedro L. López Julián y Javier Ramajo Cordero Dpto. de Ciencias de la Tierra. Instituto Universitario de Ciencias Ambientales. Universidad de Zaragoza. C/Pedro Cerbuna, 12, 50.009, Zaragoza, Spain.opueyo@unizar.es, apocovi@unizar.es, acasas@unizar.es, carluis@unizar.es, pllopez@unizar.es, javierramajo@gmail.comABSTRACTThe presence of active karstic subsidence processes affecting infras-tructures requires detailed characterization, temporal evolutionevaluations and the incorporation of compatible designs that do notincrease the karstic risk. In this work a sector from the Luceni-Boquiñeniroad is evaluated. In this area, the cemented alluvial levels were removedto avoid the appearance of sudden collapses affecting the road. With theaim to monitor the karst affection to the new structure, a GPR analysiscomparing results between 2010 and 2015 profiles is carried out. Thisevaluation integrates surficial information, geophysics, geotechnical dataand the geomorphology of the area.Key-words: Karst risk, subsidence, Ebro basin, GPR, mitigation, monitoring.RESUMENLa presencia de procesos activos de subsidencia kárstica afectando ainfraestructuras requiere de caracterizaciones detalladas, evaluación de laprogresión temporal e incorporar diseños compatibles de convivencia con elfenómeno que no produzcan incrementos del riesgo asociado. En este trabajose analiza el caso de la carretera Luceni-Boquiñeni en la que se decidió retirar elnivel cementado del aluvial para evitar la aparición de colapsos repentinos. Conel objetivo de monitorizar la afección kárstica a la nueva estructura, se harealizado un seguimiento por medio de prospección geofísica por georradar cuyoanálisis comparado 2010-2015 se realiza en este trabajo. La evaluación integrainformación superficial, geofísica,  geotécnica y geomorfológica de la zona.Palabras clave: Riesgo kárstico, subsidencia, Cuenca del Ebro, GPR,mitigación, auscultación.Fig. 1.- Cartografía geológica y serie tipo geotécnica de la zona de estudio (cartografía modificada de Castiellaet al., 1977; Hernández et al., 1995; Esnaola et al., 1995 y Gil Marín et al., 1995). Ver figura en color en la web.Fig. 1. -Geological map and geotechnical general vertical serie.of the studied zone (modified from Castiella etal., 1977; Hernández et al., 1995; Esnaola et al., 1995  and Gil Marín et al., 1995). See color figure in the web.Recepción: 14 de julio de 2017Revisión: 13 de octubre 2017Aceptación: 23 de octubre 2017Geogaceta, 63 (2018), 51-54ISSN (versión impresa): 0213-683XISSN (Internet): 2173-6545GEOGACETA, 63, 2018 Ó. Pueyo Anchuela, A. Pocoví Juan, A.M. Casas Sainz, C.L. Liesa, P.L. López Julián. y J. Ramajo Cordero52 Geofísica / Geophysicsde aparición de colapsos repentinos y que mo-tivaron la incorporación de restricciones de ve-locidad (Fig. 2). La serie vertical general estácompuesta por un substrato cenozoico evapo-rítico a profundidades medias entre los 7 y 8metros, donde se producen los procesos de di-solución, y una serie cuaternaria compuestapor gravas y limos asociada a la actividad flu-vial del río Ebro (Fig. 1). Las unidades de gravasaparecen puntualmente, cementadas por pro-cesos edáficos/freáticos. Esta cementación in-fluye en la individualización de comportamientosentre los procesos de disolución en el substratoy la superficie. En 2010 se decide acometer unareconstrucción completa de la carretera, reti-rando los materiales cementados de la terrazafluvial. En este trabajo se evalúan las evidenciasprevias, la caracterización geotécnica de la es-tructura de la carretera tras la retirada del nivelcementado y la prospección geofísica por geo-rradar realizada en el mismo tramo viario en2010 y 2015. ResultadosLa evaluación geomorfológica de la zonano permite identificar afecciones directas a lacarretera en las fotografías aéreas, pero sí sepueden identificar una serie de concentracionesde colapsos y zonas de subsidencia en sus már-genes (Fig. 2b). Desde el análisis realizado en2010 no se habían producido colapsos en lavertical de la carretera aunque sí en su entorno(ver Fig. 2c). Sin embargo, siguen existiendoprocesos de subsidencia que han tenido que serreparados superficialmente. Tras la remisión deeste artículo un colapso apareció en la carreterael 18/07/2017. Las restricciones de velocidaden dicho entorno existían previamente a la re-paración pero se mantienen, especialmente, porla presencia de procesos progresivos de subsi-dencia que producen firmes no homogéneos(Fig. 2d). La retirada del nivel cementado obligóa un cambio topográfico de la cota de la carre-tera que puede identificarse en las fotografíasde la figura 2d (cota actual casi 2 metros pordebajo de su cota previa). En 2010 se realizó una primera campañade prospección geofísica por georradar inte-grando distintas antenas de frecuencias cen-trales que se ha repetido posteriormente conel objetivo de comparar los resultados y de-terminar la viabilidad de esta técnica en laidentificación de cavidades en el substrato.Los perfiles obtenidos (Fig. 3a) muestran pe-netraciones similares con distintas antenas ycon un límite de atenuación que aparece a laesperable cota del substrato evaporítico de lazona. En los sectores con geometrías de co-lapso, la penetración se incrementa dentro delsubstrato debido a la presencia de materialesgranulares arrastrados (ver Fig. 3a). La partesuperior de los perfiles presenta una estruc-tura homogénea asociada al nivel de aportede materiales realizada durante el saneo pre-vio de la carretera que, en algunos puntos, su-pera el metro de espesor. En este sentido, seconstata una unidad superficial homogéneay de estructura horizontal en el momento dela prospección realizada en 2010. Esta disposición homogénea subhorizontalidentificada en 2010 se pierde en los perfilesrealizados en 2015 tanto en la estructura comoen el comportamiento de los materiales. Laszonas superficiales con deformaciones o bas-culamientos en 2015 se localizan en sectoresFig. 2.- Contexto histórico-geomorfológico de los colapsos de la carretera Luceni-Boquiñeni. a) Fotografíasdel colapso de 2002. b) Fotografías históricas y recientes de la zona (la cartografía geomorfológica se basaen el análisis de 18 vuelos aéreos: 1927-2015). c) Aspecto de la carretera en el vuelo de dron de 2015. d)Modificación de las señales viarias previamente y posteriormente a las actuaciones en la carretera (nóteseel cambio topográfico de los arcenes tras la excavación del vial). Ver figura en color en la web.Fig.2.-Historical-geomorphological context of collapses affecting the Luceni-Boquiñeni road. a) 2002 co-llapse photographs affecting the road. b) Historical and recent photographs from the area (geomorpholo-gical mapping from 18 photographs from 1927 to 2015). c) 2015 state of the road (drone flight). d) Changein the road signs previous and after the road reconstruction (note the topographical change of the roadshoulders). See color figure in the web.con cambios estructurales previos más profun-dos (Fig. 3a). Para evaluar las anomalías pun-tuales de alto contraste que pudieran existir, serealizó un análisis de reflectividad aparente delos registros para tratar de identificar cambiosque pudieran denotar la presencia de cavidades(ver metodología en Pueyo Anchuela et al.,2011). El análisis comparado de los perfiles degeorradar muestra en el perfil de 2010 (Fig. 3b)medios heterogéneos y anomalías a profundi-dades superiores a los 5 metros. Estos elemen-tos anómalos desaparecen en los perfiles másmodernos o se identifican anomalías en lamisma posición horizontal pero en condicionesmás superficiales y con mayores dimensiones.El sector con mayores problemas actualesde subsidencia continuada en los perfiles co-rresponde al intervalo comprendido entre los500 y 600 metros en la dimensión horizontalde tramo estudiado. En esta zona no existíanevidencias claras de actividad previa a 2010. Enel perfil de georradar de 2010, este sector estáen una posición marginal de una zona concambios estructurales significativos. El análisiscomparado de los cambios entre ambos perfilesmuestra un incremento del radio y de la exten-sión de los materiales no horizontales a cotassomeras (incremento de la extensión del mediono horizontal entre 2010 y 2015). Los reflecto-res superficiales se encuentran interrumpidos ycon deformaciones pero sin existir, a esa altura,cambios profundos o anomalías puntuales quepudieran definir la presencia de cavidades en2010 en la vertical de la subsidencia actual. Enlos perfiles de 2015 en la vertical de la zona consubsidencia reciente existe una anomalía dealto contraste (reflectividad) a una profundidadde entre 3 y 5 metros y una anomalía de mayorcontraste al S de dicho punto y a una cota com-patible con el substrato evaporítico. Para intentar evaluar si pueden definirsesectores o dominios en los perfiles con clarasevidencias de cambios estructurales, como seidentifica en los perfiles de georradar, se han re-alizado modelos de reflectividad aparente conmayor rango de interpolación lateral (Fig. 4b yd). Estos modelos pretenden identificar no tantola presencia de una anomalía puntual de altocontraste, sino si existen variaciones progresivasdel comportamiento de los materiales si se ana-lizan de forma lateral. Estos modelos muestranla presencia de una unidad homogénea super-ficial y anomalías puntuales de alto contrastetanto a cotas compatibles con el aluvial comoen el substrato (anomalía  m30 y m670; Fig. 4a;esta anomalía ha coincidido con el colapso ocu-rrido en julio de 2017). En la evaluación más re-ciente (Fig. 4d) se siguen identificandoanomalías profundas pero pueden identificarsegeometrías de reflectores combados de amplioradio, como el caso del sector mencionado comomás problemático (475 a 625) y también en laszonas con colapsos previos (metros 250 a 450).Estos cambios se identifican en los perfiles degeorradar (Fig. 3a) como cambios estructurales,geometrías en sección plano-cóncavas y dondeexiste una desestructuración de los niveles. Laausencia de reparaciones profundas o inyeccio-nes durante el intervalo analizado supone quedichos cambios en los mapas de reflectividadresponden a cambios estructurales y del com-portamiento de los materiales aluviales. Previamente a la implantación de la nuevacapa de rodadura de la carretera se hizo tam-bién una campaña de penetrómetros dinámi-cos para evaluar la resistencia de la nuevaplataforma. Este análisis se realizó para deter-minar la resistencia del terreno sobre el que seapoyaría la nueva carretera. Los ensayos con-sisten en la evaluación de la resistencia del te-rreno a la penetración de una puntazanormalizada, los ensayos calculan el númerode golpeos necesarios para penetrar 20 cm(considerándose rechazo cuando no se lograpenetrar tras 100 golpes). La localización ycota de rechazo aparece representada en lafigura 4a. El rechazo se identifica en unos casosdentro del aluvial, en otros casos en el esperablecontacto con el substrato, y en otros penetrandoen éste. El modelo de correlación de estos datospresenta varias zonas en las que se producenincrementos de la resistencia dinámica de losmateriales entre los metros 300 y 700 de losperfiles dibujando geometrías en sección plano-cóncavas. Estos dominios de mayor resistenciadinámica responden a sectores con presenciade anomalías de reflectividad previas, cambiosestructurales significativos en los registros ydonde el mayor paralelismo se identifica con losperfiles de reflectividad (Fig. 4d). Es decir, lasmayores resistencias del terreno se identificanen aquellos sectores con mayores tasas de ac-tividad de subsidencia superficial o inferida dela geofísica.GEOGACETA, 63, 201853Geofísica / GeophysicsEvaluación de la aplicación de prospección geofísica por georradar en la caracterización previa y monitorización de la peligrosidadkárstica por subsidencia y colapso en carreteras (caso del tramo Luceni-Boquiñeni, Zaragoza)Fig. 3.- a) Perfiles de georradar (100 MHz) del mismo trayecto en 2010 y 2015 sobre la carretera de estudio. b)Tomografía de reflectividades aparentes realizadas para ambos perfiles de a). Ver figura en color en la web.Fig. 3.- a) GPR section carried out with 100 MHz antennas in the same road transect in 2010 and 2015.b) Apparent reflectivity tomography for both profiles from a). See color figure in the web.GEOGACETA, 63, 2018 Ó. Pueyo Anchuela, A. Pocoví Juan, A.M. Casas Sainz, C.L. Liesa, P.L. López Julián. y J. Ramajo Cordero54 Geofísica / GeophysicsDiscusión y conclusionesLa evaluación de los procesos de subsiden-cia kárstica afectando a infraestructuras debeevaluar la tipología de las evidencias kársticas, eltipo de fenómenos y desarrollar propuestas deadaptación y de minimización del riesgo. En elcaso analizado, la alta disponibilidad hídrica(acuífero aluvial del Ebro) con el nivel freático porencima del nivel soluble, y con alta recurrenciade eventos de subsidencia, supone que las pro-puestas de intervención deben ir orientadas aminimizar las consecuencias del proceso kárstico. La evaluación comparada sobre la capacidadde predicción de cavidades dentro del substratono parece accesible a través de las técnicas yaproximaciones realizadas (todas ellas relacionadascon la caracterización indirecta de la peligrosidady no su origen como tal; Pueyo Anchuela et al.,2016). Sin embargo, el georradar sí muestra unbuen registro de la deformación que afecta alaluvial en zonas con actividad previa de subsi-dencia y que constatanque aquellas zonas quehan registrado previa-mente actividad (super-ficial o inferida por me-dio de la geofísica) pre-sentan actividad super-ficial actual y tienenmayor probabilidad dedesarrollar nuevos even-tos de subsidencia enel futuro. En el caso de laszonas que desarrollanmayor actividad re-ciente, no se identifica-ban anomalías signifi-cativas en la vertical dela zona de estudio (de-bido a la posible posi-ción de la cavidad fuerade la vertical de pros-pección o dentro delsubstrato al que no esposible acceder por losmétodos empleados).Sin embargo, en dichasanomalías se identificala presencia de una pro-gresión de la propaga-ción de cavidades conincremento del radio, dela extensión superficialcon el tiempo y de la aparición de colapsos enlos medios marginales a zonas subsidentes pre-vias (ver Pueyo Anchuela et al., 2017). En elcaso del colapso aparecido en 2017, sí se iden-tifica la presencia de una anomalía de reflectivi-dad profunda en 2010, que aparece a una cotamás somera en 2015 y que supondría un registroindirecto de la propagación de la cavidad quegeneró el reciente colapso. Aunque el riesgo es muy difícil de evitar enla posición actual de la infraestructura, las me-didas de mitigación y de reducción del riesgo(subsidencia progresiva en lugar de colapsos),unida a la monitorización continua, si bien conlas limitaciones planteadas, pueden colaboraren el mantenimiento en uso de la infraestruc-tura. Sin embargo, la modificación de la reologíade los materiales asociados a la misma, por in-yecciones o nuevos elementos rígidos, volveríaa producir, en este  contexto, la generación decolapsos repentinos en lugar de subsidenciaprogresiva.AgradecimientosLos autores quieren agradecer la colabo-ración de Carlos Curiel (Diputación Provincialde Zaragoza) y el apoyo de CTA y Ensaya alo largo de los distintos periodos de investi-gación. Este trabajo se engloba dentro de lasactividades del Grupo de Investigación Geo-transfer de la Universidad de Zaragoza. Losautores quieren agradecer los comentarios ysugerencias del Dr. José Ángel Pérez Bene-dicto, el editor Manuel Díaz Azpiroz y un re-visor anónimo que han permitido mejorar laversión original del artículo.ReferenciasCastiella Muruzabal, J., del Valle de Lersundi,J. y Ramírez del Pozo, J. (1977).  Mapa geo-lógico de España 1:50.000, hoja nº 321(Tauste) y memoria. IGME, Madrid, 18p.Esnaola, J.M., Leyva, F., Marqués, L., Ramí-rez, del Pozo, J., Herranz, J.M., Fernán-dez-Gianotti, J. y Martín-Serrano, A.(1995) Mapa geológico de España escala1:50.000, hoja nº 353 (Pedrola) y memo-ria. IGME, Madrid,  71 p.Gil Marín, C., Santos, J.A., Marqués, L.A., Es-naola, J.M., Ramírez del Pozo, J., Marín, G.,Crespo, E., Fernández-Gianotti, J. y MartinSerrano, A. (1995) Mapa geológico de Es-paña escala 1:50.000, hoja 354 (Alagón)y memoria. IGME, Madrid, 45p.Hernández, A., van den Hurk, A., Ramírez,J.I., Navarro, J.K., Simón, J.L., Rodríguez,Santisteban, R., García Villar, A., delOlmo, A., Ramírez del Pozo, J., Cuenca,G., Fernández-Gianotti, J. y Martín Se-rrano, A. (1995) Mapa geológico de Es-paña escala 1:50.000, hoja 322(Remolinos). ITGE, Madrid, 65 p.Pueyo Anchuela, Ó., Casas Sainz, A.M. y Po-coví Juan, A. (2011). Journal of AppliedGeophysics 75, 151-160. Pueyo Anchuela, Ó., Casas Sainz, A.M. y Po-coví, A., (2016). 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Ver figura en color en la web.Fig. 4.- a) Location of dynamic penetration essays. b) Apparent reflectivity mo-dels from GPR profile from 2010. c) Model of interpolation of dynamic soil re-sistance. d) Apparent reflectivity models from GPR profile of 2015. Behind theplots collapse and subsidence known areas are also included. See color figurein the web.

Evaluación de la aplicación de prospección geofísica por georradar en la caracterización previa y monitorización de la peligrosidad kárstica por subsidencia y colapso en carreteras (caso del tramo Luceni-Boquiñeni, Zaragoza)

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