Para analizar la nueva orografía del territorio y más concretamente de la zona afectada por las coladas de lava, se ha tenido en cuenta el Modelo Digital de Elevaciones (MDE) efectuado por el Cabildo Insular de La Palma y el Gobierno de Canarias tras el periodo eruptivo del volcán de Cumbre Vieja, donde se puede comprobar las alturas de las sucesivas coladas lávicas sobre el terreno primigenio (figura 5).

De conformidad con la información disponible hasta el momento y las condiciones de las coladas de lava (temperaturas de convección, gases, asentamientos, etc.), se opta en coordinación con las Administraciones Públicas (Comunidad Autónoma y Municipales) por estudiar la viabilidad de construcción de una nueva infraestructura viaria sobre las coladas de lava y situada al Este de las montañas de La Laguna y de Todoque, en el Valle de Aridane (figura 6) donde los espesores de las coladas lávicas son relativamente escasos.

El estado físico-químico en el que se encuentran actualmente las coladas lávicas, sus asentamientos y sus movimientos en profundidad determinan la existencia de un constante calor de convección que dificultaría cualquier intervención en la superficie de las coladas. Por lo tanto, para el diseño de la nueva carretera se ha tenido en cuenta una altura de colada lávica máxima de 10 metros a tenor de los datos que ha ofrecido el comportamiento de las temperaturas en el frente de excavación y concretamente en las obras con carácter de emergencia ejecutadas por el del Cabildo Insular de La Palma en los bordes de las coladas de lava en zonas territoriales concretas. Se han realizado mapas de enfriamiento de las coladas por el Instituto Geológico y Minero de España (IGME) en profundidades que oscilan entre un metro (figura 7) y los tres metros de profundidad (figura 8).

No obstante, se han realizado tres sondeos adicionales (figura 9) con sensores para el control y el monitoreo continuo de las temperaturas de convección existentes en las coladas de lava desde un metro a tres metros de profundidad (figura 10) respecto de la cota definitiva de la plataforma de la nueva carretera que se construye sobre las coladas calientes de lava procedentes del volcán.

Para el diseño de la nueva carretera hay que tener presente la probabilidad de encontrar canales lávicos a lo largo del trazado de la infraestructura viaria. Los canales lávicos o tubos volcánicos generalmente con forma de túneles se forman en el interior de coladas lávicas más o menos fluidas mientras dura la actividad reogenética. Por su génesis, son cavidades primarias y se clasifican como singenéticas, reogenéticas y subterráneas. Pueden adquirir una estructura simple de tubo lineal o llegar a formar complejas redes de ramales interconectados a distintos niveles y con dimensiones que abarcan desde unos pocos centímetros hasta varias decenas de metros. El Instituto Geológico y Minero de España (IGME) ha elaborado durante el periodo post-eruptivo un mapa de probabilidad de existencia de estos canales lávicos (figura 11) en base al comportamiento de movilidad de las coladas durante las últimas semanas de la fase efusiva del volcán de Cumbre Vieja.

En el diseño de la nueva infraestructura viaria se ha tenido en cuenta el Sistema General del Catastro con la finalidad de establecer la mínima afectación en cuanto al estado de los terrenos previos a la erupción del volcán. Se realiza un análisis mediante el sistema de información geográfica para determinar el trazado de la nueva carretera evitando en todo momento las edificaciones y minimizando la ocupación en superficie de las propiedades de los afectados (figura 12).

Se realiza un análisis químico de espectroscopia de infrarrojos (IR) y un análisis químico de espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) de dos muestras de ceniza volcánica que se obtuvieron de dos lugares diferentes. Una muestra se recogió en una zona próxima al volcán de Cumbre Vieja (tabla 2) y otra muestra se recogió en el municipio de Villa de Mazo, a 20 Km de la zona eruptiva (tabla 3).

La granulometría media de la ceniza volcánica de ambas muestras se indica en la tabla 4.

Para caracterizar los materiales pétreos de las coladas de lava de reciente formación y determinar la composición elemental de las muestras, se realiza un análisis de fluorescencia de rayos (XRF) y un análisis de espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Geoquímicamente se clasifican como basaltos alcalinos con abundancia de silicatos que se subdividen en tres grupos dominantes y que representan el 90,07 % de la mineralogía modal (11).

Los minerales más abundantes existentes en estos materiales pétreos son los siguientes:

La granulometría de los áridos de machaqueo obtenidos mediante la trituración con una planta móvil de diseño compacto (modelo Terex de simple efecto) de los desmontes de las coladas de lava de las diversas obras de emergencia ejecutadas por el Cabildo Insular de La Palma en distintas zonas de la erupción, es la indicada en la tabla 5.

Para asegurar la idoneidad de los áridos de machaqueo en la construcción de la infraestructura viaria, se lleva a cabo un exhaustivo control de calidad mediante diversos análisis y ensayos para determinar sus propiedades, tales como la granulometría de las partículas mediante los modelos de tamizado según UNE-EN 933-1:1998/A1:2006, la resistencia a la fragmentación según UNE-EN 1097-2:2010, la densidad y la absorción de agua de las partículas entre 0,063 mm y 63 mm según UNE-EN 1097-6:2014 así como los ensayos de equivalentes de la arena para evaluar los finos según UNE-EN 933-8:2000.

El fluido que se emplea para el amasado del hormigón romano, así como la dotación hídrica en l/m² para favorecer la compactación de las diferentes capas de la plataforma de la carretera, es la salmuera que proviene del rechazo del proceso de desalinización del agua de las desaladoras portátiles que se instalaron de forma provisional (obras de emergencia) en la localidad de Puerto Naos, en el municipio de Los Llanos de Aridane, para suplir y dotar de agua de riego al sistema hidráulico insular.

Se realiza un análisis químico mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) y espectrofotómetro de una muestra de la salmuera del emisario de salida de las desaladoras (tabla 6).

En las últimas décadas, se ha puesto el foco en el aprovechamiento del agua de mar como solución a falta de disponibilidad de recursos hídricos. En este sentido, el empleo del agua de mar es una solución viable y muy atractiva para el procesamiento de minerales en el aprovechamiento de materiales para las infraestructuras viarias.

Las cales pueden ser clasificadas de acuerdo con su origen, su composición química, el tamaño de sus cristales, su porosidad y su textura o su composición geológica. Desde hace tiempo, los suelos que conforman las explanadas y los rellenos de algunas carreteras se realizan con cal. En otro orden de cuestiones cabe decir que la cal es un conglomerante que junto a las cenizas volcánicas reactivas y el agua de amasado origina una reacción puzolánica resistente con el paso del tiempo. En este contexto, se ha diseñado una capa previa a la capa de rodadura conformada por hormigón romano reforzada con cemento de 15 cm. de espesor. Esta solución, de marcado carácter empírico, pretende garantizar que los valores de la conductividad térmica sean muy bajos y hacer posible la ubicación de los servicios esenciales sobre la plataforma de la vía.

A continuación, se describen las características químicas de las cales comerciales que se han empleado en esta carretera experimental (tabla 7 y tabla 8).

El cemento que se emplea es de tipo Pórtland CEM I 42,5 R-SR3 (12). Este cemento, de endurecimiento rápido, posee un bajo contenido en aluminato tricálcico, lo que le confiere una resistencia moderada o alta ante los ambientes químicamente agresivos (sulfatos, cloruros, agua de mar, ácidos, etc.).

Los apartados 3.3 y 3.4 contienen una detallada caracterización de los materiales, conectándolos directamente con el objetivo específico EO2 de esta investigación.

Capa uniforme compuesta por una mezcla de asfalto en frío (MAF) de 8 cm. de espesor total, correspondiendo 3 cm. del tipo AF8 con fracciones de áridos de machaqueo 5/10, enriquecida con ceniza volcánica de 3 mm de tamaño máximo y 5 cm. del tipo AF16 con fracciones de áridos de machaqueo 10/20. La dotación del ligante utilizada es de 1 kg/m² de emulsión bituminosa del tipo C67BF3 MBA como riego de curado. De los ensayos de envuelta realizados por el Laboratorio de Asfaltos de ATDN del TechLab de Repsol (tabla 9) de la mezcla de asfalto en frío (MAF), se desprende que los áridos de naturaleza volcánica que envuelven un 70-80% de cubrición a la rotura de emulsión recuperan la envuelta si esta se continua.

Además, para garantizar la calidad de la mezcla de asfalto en frío (MAF) se han realizado ensayos de resistencia, estabilidad y deformación plástica tipo Marshall (tabla 10 y tabla 11).

Bajo la capa de rodadura, se dispone de una capa uniforme de 15 cm. de espesor de un pavimento rígido realizado con hormigón de cal (hormigón romano) reforzado con cemento y compuesto principalmente por áridos de machaqueo procedentes de las coladas de lava de diferentes granulometrías: (20/40) al 20%, (6/12) al 20%, (0/6) al 40% y ceniza volcánica al 20%. Para minimizar la corrosión por cloruros en este pavimento rígido debido al uso de la salmuera como dotación de fluido, se emplean los siguientes conglomerantes: Cal hidráulica (NHL 5) al 75% y cemento Pórtland (CEM I 42,5 R-SR3) al 25%.

Con la finalidad de estudiar el comportamiento resistente de este pavimento rígido frente a las cargas dinámicas que origina el tráfico vehicular, se opta por realizar varios ensayos de resistencia a compresión (tabla 12) a los 7, 28 y 42 días.

Bajo la capa de rodadura se dispone de una capa uniforme de 70 cm. de espesor realizada por la mezcla de áridos de machaqueo de diferentes granulometrías: (20/40) al 20%, (6/12) al 20%, (0/6) al 40%, ceniza volcánica al 20%, dotación de 2 l/m² de salmuera y como conglomerante la cal hidráulica (NHL5). La densidad máxima Proctor de 2,046 gr/cm³.

Las bases y subbases realizadas con el mezclado de grava, ceniza y cal presentan elevada facilidad de compactación por el efecto lubricante de los granos de ceniza, un endurecimiento lento con bajas rigideces a corto plazo, una disminución del agrietamiento originado por asientos diferenciales y retracciones térmicas producidas a corto plazo y la posibilidad de apertura al tráfico tras ser compactada. La resistencia mecánica de las bases de grava-ceniza son más bajas al principio que las realizadas con conglomerantes con elevado contenido de clinker. Sin embargo, las reacciones puzolánicas elevan esta resistencia al cabo de algunos meses (14).

Según el art. 512 del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3) para los suelos estabilizados in situ se establece para la coronación un módulo de deformación vertical en el segundo ciclo de carga del ensayo con placa (E_v2 ≥ 50 MPa) para los suelos seleccionados y (E_v2 ≥ 30 MPa) para el resto. El ensayo con placa de carga consiste en medir los asientos de una placa circular de acero de 700 cm² en el terreno. De los ensayos realizados en esta capa base se obtiene un módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (E_v2) de 162,65 MPa, por lo tanto, se cumple con las condiciones requeridas para esta capa. La categoría de la capa base es de tipo E2 conforme a Norma Española referida a los ensayos de carga con placa NLT 357/98 (15). En relación al coeficiente K, entre el módulo de deformación obtenido en el segundo ciclo de carga (E_v2) y el módulo de deformación obtenido en el primer ciclo de carga (E_v1) se cumple en todos los casos con la condición de (K ≤ 2,2).

Esta capa compactada de espesor uniforme de 1,00 m. está compuesta por la mezcla de áridos de diferentes granulometrías: (20/40) al 30%, (6/12) al 30%, (0/6) al 40% y una dotación de 2 l/m² de salmuera con un valor de densidad máxima Proctor de 2,046 gr/cm³. Al tratarse de una carretera experimental construida sobre un entorno hostil (lavas calientes con temperaturas superiores a 100ºC), se ha considerado oportuno extremar las precauciones y acometer de forma extraordinaria ensayos de carga con placa (E_v2) en las capas de subbase y de la explanada, con la finalidad de alcanzar la máxima seguridad posible desde un punto de vista resistente. De los ensayos realizados en esta capa subbase se obtiene un módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (E_v2) de 182,43 MPa, por lo tanto, se cumple con la condición establecida en el art.512 del PG-3 de (E_v2 ≥ 50 MPa) para suelos seleccionados. La categoría de la capa subbase es de tipo E2. En relación al coeficiente K referido a los ensayos de carga con placa de la norma NLT 357/98, se cumple con la condición de (K ≤ 2,2).

La explanada la conforman una consecución de capas de espesor total no superior a los 1,50 metros y que está compuesta por todo uno de cantera con tamaño máximo de 1000 mm y con una dotación de 2 l/m² de salmuera de forma constante hasta la llegada a la cota de coronación. De los ensayos realizados en esta capa de la explanada con placa de carga se obtiene un módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (E_v2) de 210,94 MPa, por lo tanto, se cumple con la condición establecida en el art.330 del PG-3 de (E_v2 ≥ 50 MPa) para suelos seleccionados. En este sentido, la categoría de la explanada es tipo E2. En relación al coeficiente K referido a los ensayos de carga con placa de la norma NLT 357/98, se cumple con la condición de (K ≤ 2,2).

Está capa de espesor variable de hasta 2,00 metros según la orografía del terreno está formada por varias capas de piedras basálticas con un gramaje que oscila entre los 800 Kg a los 2000 Kg así como áridos de diferentes granulometrías y una dotación de 2 l/m² de salmuera para favorecer la compactación. La protección de los taludes laterales inclinados de la plataforma de la infraestructura se conforma mediante una escollera de piedras del lugar de 1000 Kg aproximadamente. De los ensayos realizados en esta capa del núcleo del terraplén con placa de carga se obtiene un módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (E_v2) de 162,65 MPa, por lo tanto, se cumple con la condición establecida en el art.330 del PG-3 de (E_v2 ≥ 50 MPa) para suelos seleccionados. En relación al coeficiente K referido a los ensayos de carga con placa de la norma NLT 357/98, se cumple con la condición de (K ≤ 2,2)

El apartado 4 proporciona una visión detallada de los resultados obtenidos en los ensayos realizados, vinculándolos directamente con el objetivo específico EO3 de esta investigación.