FEDERICO MOOSER ENRIQUE TAMEZ ENRIQUE ERNESTO CARLOS E.
DE VIALIDAD Y TRANSPORTE:
PROLOGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
PRESENTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. INTRODLJCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2. 2.1
. . . . . . . . . . . . . . GENERALIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Mar M arco co g eológi co g eneral
......... .
9
ll ll
2.1. 2. 1.22 M arco ar co paleocli má 2.1. 2. 1.33 M arco ar co vulcanol vul canol ógi co 2.1.4 Estratigrafía general
2.2 DEPOSITOS DEL LAGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Proceso de formación de los suelos 2.2.2 E volución volución de de las las pr pr opi edades me mecánicas cánicas 2.2.3 Caracte Caracter í sticas sticas 2.3 DEPOSITOS DE TRANSICION
............... .
21
Características generales 2.3.2 Condi Condi ción del del poniente poni ente 2.3.3 Condi Condi ción abr upta upta cer cer cana cana a los los 2.4 DEPOSITOS DE LOMAS
.....................
24
2.4.1 generale gener aless 2.4.2 Zona Zona poniente niente 2.4.3 Zona Zona nor nor te 3. ZONIFICACION GEOTECNICA . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
3.1 ZONA DEL LAGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
3.1.1 3.1.1 Lago Virgen Vi rgen 3.1.2 Lago Centro Cent Centr o I I 3.2 ZONA DE TRANSICION . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . .
35
3.2.1 del del poniente poni ente 3.2.2 A br upta upta cer cer cana cana a los los ce cer r os 3.3 ZONA DE LOMAS
........ ........ ......... .
REFE REFERE RENC NCIA IAS S .. .. .. .. .. .. .. ,. ., .. .. .. .. .. .. ..
37 40
Como resultado de la gran aceptación y demanda que el presente artículo técnico: GEOLOGICAS Y GEOTECNICAS DEL VALLE DE MEXICO”, ha tenido entre los ingenieros, técnicos, estudiantes y en general los profesionales directa o indirectamente relacionados con las obras del Metro, la Comisión de Vialidad y Transporte Urbano, ha llevado a cabo con gran satisfacción esta primera reimpresión esperando que tenga la misma acogida que la anterior. Resultará de gran valor los comentarios y observaciones que seguramente de gran utilidad para mejorar y enriquecer futuras ediciones de este valioso artículo técnico. ATENTAMENTE Comisión de Vialidad y Transporte Urbano
Para solucionar en parte el grave problema de transporte colectivo de la Ciudad de México, en el año de 1967 las autoridades del Departamento del Distrito Federal decidieron construir las obras del Metro. En esa época se determinó su Primera Etapa, con una longitud de 41.5 kilómetros.
En el año de 1977 el DDF creó la Comisión Técnica Ejecutiva del Metro, que en 1978 se convirtió en la Comisión de Vialidad y Transporte Urbano organismo entre cuyas funciones está la de continuar con la ampliación del Metro, teniendo como meta inmediata para el año de 1988, configurar una red cuya extensión sea del orden de ciento cuarenta kilómetros, lo que significa el proyecto y construcción de 100 KILOMETROS DE METRO adicionales. Simultáneamente con el crecimiento de esta red, se ha continuado y enriquecido una tecnología, muy propia del Metro de la Ciudad de México, que tuvo su origen durante la construcción de la Primera Etapa en 1967, tecnología que ha sido capaz de enfrentar con éxito los problemas inherentes del subsuelo, particularmente del Valle de México. Como consecuencia de la realización de esta obra, se ha generado valiosa información derivada de la experiencia de ingenieros, técnicos y especialistas de diferentes campos de la ingeniería, la cual COMTUR desea divulgar entre los profesionales directamente relacionados con las obras del Metro, y entre aquellos que tengan y les sea de utilidad práctica dentro del campo de sus actividades. Por ello, inicia la publicación de una serie de artículos técnicos bajo el titulo de “100 KILOMETROS DE METRO”. El primero de ellos, “Características Geológicas y Geotécnicas del Valle de México”, será además una aportación al Simposio “Los Sismos de Casos de Mecánica de Suelos” y al Congreso Internacional de los Temblores de 1985 en México y Lecciones Recibidas”, que se celebrarán en la Ciudad de México en este mes de septiembre, por considerar que la mencionada publicación constituye un adecuado marco de referencia para ambos. México, D.F., septiembre de 1986. Comisión de Vialidad y Trasporte Urbano.
CARACTERISTICAS GEOLOGICAS
información estratigráfica del subsuelo de la Ciudad de México que aquí se presenta está fundamentada en
todas las publicaciones disponibles sobre ese tema y en la derivada de los estudios geotécnicos que se han realizado para las distintas líneas del Metro. En la del subsuelo se cómo se ha podido precisar la compleja estratigrafia de la zona
poniente de la Ciudad gracias a los sondeos y experiencia
de construcción de la Linea 7. En cuanto a las zonas del lago y de transición, la exploración del subsuelo con el cono eléctrico ha permitido la definición de perfiles
más precisos, demostrando con ello que esta herramienta de exploración es una técnica muy eficiente y económica para los estudios del subsuelo de esas zonas. En relación con las propiedades mecánicas de los suelos,
particularmente en las zonas del lago y de transición, ocurre una constante evolución, observándose una disminución de la compresibilidad y un aumento de la
resistencia al esfuerzo cortante, fenómenos que ocurren en pocos años, y aun en meses, a consecuencia de: 2.1
2.1.1 MARCO
GENERALIDADES
Cualquiera que intente comprender la naturaleza geológica de los depósitos sobre los que se edifica la Ciudad de México, deberá partir de tres marcos de referencia: el geológico general, el y el vulcanológico.
el
bombeo profundo para el abastecimiento de agua potable, el efecto de sobrecarga de antiguos rellenos el peso de las estructuras, y el abatimiento del nivel freático por bombeo superficial para la construcción de cimentaciones y mantenimiento de sótanos. Todo esto hace que la información previa sobre las propiedades
mecánicas de los suelos únicamente deba tomarse como una guía, y que siempre será necesario actualizar el
conocimiento del subsuelo mediante estudios confiables.
El conocimiento del subsuelo de la Ciudad de México
evolucionara solo si se mejoran las técnicas de campo, de laboratorio y de instrumentación; por tanto, los aspectos
que por su importancia deben desarrollarse a corto plazo son: definir la estratigrafia y propiedades mecánicas de la costra mejorar las técnicas del cono eléctrico, reducir el y inalteradas de suelos blandos,
suelos de bajo contenido de agua, y disminuir el costo de la instrumentación de campo. GENERAL
La cuenca del Valle de México asemeja una enorme presa azolvada: la cortina, situada en el sur, está por los basaltos de la sierra de Chichinautzin, mientras que los rellenos del vaso están constituidos en su parte superior
por arcillas lacustres-y en su parte inferior por derivados de la acción de arroyos, glaciares y volcanes
SIERRA
1
Esquema geológico
g eneral del
Valle
de
de las muestras en seco los
DE
CHICHINAUTZIN
DEL METRO
El conjunto de rellenos contiene además capas de ceniza y estratos de pómez producto de las erupciones volcánicas menores y mayores durante el último medio millón de años o sea en el Pleistoceno Superior, que es aproximadamente el lapso transcurrido a partir del inicio del cierre de la cuenca. También se reconocen en el citado relleno numerosos suelos, producto de la meteorización de los depósitos volcánicos, fluviales, aluviales y glaciales; estos suelos, hoy transformados en paleosuelos, llevan el sello del clima en el que fireron formados, siendo veces amarillos, producto de ambiente s otras veces y hasta rojizos, producto de ambientes moderados a subtropicales. Sobre este complejo relleno ha crecido la Ciudad de México. Desde la fundación de Tenochtitlan, hará 600 años, los pobladores del lugar han tenido que enfrentarse a las del relleno, hacia la mitad de este siglo, sus edificios y obras se desplantando sobre los rellenos correspondientes al borde de la planicie, compuestos por sedimentos transicionales 31, y en lo que va de la segunda mitad de la centuria, la ha extendido aún más, limites de la planicie los extensos flancos la cuenca, espacio cubierto abanicos volcánicos la las Cruces, conocido como Lomas Sus depósitos difieren en mucho de los arcillosos superficiales del la cuenca.
CIUDAD
DE
LOMAS DEPOSITOS
ARCILLAS SUELOS
LACUSTRES NEGROS
DEL
HOLOCENO
LIMO-ARCILLOSOS
DEL
PLEISTOCENO,
m FORMACION
LACUSTRE DEL HOLOCENO NEGROS Sm
0
LIMO-ARCILLOSO
DEL
PLEISTOCENO,
FORMACION
E squema g eológ ico general de la trans ición Lomas
“delta”
aluvial
planicie fuera de un
El clima uniformemente cálido a menudo desértico del Plioceno, en las latitudes de la Meseta Central mexicana, cedió climas cambiantes extremosos del Pleistoceno. Las causas de esta mutación, que afectó toda la Tierra hace dos millones de se desconocen. Principio el cambio con ligeras oscilaciones de calurosos fríos, los que se acentuando hasta hace un millón de años cuando se inició una primera gran glaciación con una duración aproximada de 100 000 años. Siguió un lapso de clima caluroso, el cual cedió un segundo periodo de glaciación prolongada Entonces se produjo un lapso extenso de clima caliente de unos 200 000 años. Este se denomina en Norteamérica el Yarmouth o el Gran imperó hace 400 000 600 000 años en todo el orbe. Siguió un tercer periodo glacial para el cual se han podido determinar dos separados por un periodo con clima moderado. Esta tercera glaciación terminó desarrollarse de nuevo un clima relativamente cálido lo largo de 000 80 000 años; se le conoce como el Tercer o Sangamon en Norteamérica. De nuevo se fue el clima, imponiéndose la cuarta glaciación, caracterizada por tres oscilaciones dos estadiales de clima moderado; terminó hace 10 000 años aproximadamente. Es entonces que principió el Holoceno o Reciente, periodo climático moderado, tendiente caliente, 0 sea el actual. De lo anterior se deriva que la cuenca de México, desde su cierre en el sur por los basaltos de la sierra de Chichinautzin, ha pasado por dos de glaciación, el Illinois el Wisconsin dos
Yarmouth el Sangamon, tal como se describe en la fig 4. han permitido comprobar en el espacio de Las Lomas, depósitos formados por glaciares pertenecientes al Illinois. Debajo de las arenas azules de Santa Fe, especialmente en la mina se restos inconfundibles de depósitos morrenicos, ademas de pulidas en roca atribuidas exclusivamente la acción glacial, en pequeños domos formados en el Pleistoceno Medio. Estos indicios de glaciación son anteriores 170 000 años Illinois Inferior). Aún más, arriba de las mismas arenas azules hay otras morrenas más que se asignan al avance del Illinois Superior. . .
Las profundas barrancas de la Magdalena, de Santa Rosa de la Cañada, caracterizadas por S U sección clásica en sea han podido identificar como productos de erosión glacial. Representan estas tres barrancas avances del Illinois Tardío, pues sus depósitos y los pulimentos estrías en sus paredes aparecen cubiertos localmente por suelos rojizos arcillosos, atribuidos al Tercer o sea Sangamon. Hay que señalar que todas las manifestaciones glaciales descritas sobreyacen secuencias de suelos rojos del tipo Interglacial o sea el Yarmouth. Este horizonte indicador paleoclimático define los fenómenos de origen glacial como pertenecientes la Tercera Glaciación.
Años antes de hoy Holoceno-Reciente Glaciación: Wisconsin 3 avances
4
Uno de los productos típicos acompañado de la existencia de glaciares son los suelos eólicos. Las llamadas brisas del y de montaña que se desarrollan hoy en en la cuenca, deben haberse acentuado extraordinariamente durante los climas glaciares, transformándose en vendavales. Es casi seguro que estos fuertes vientos acarreaban importantes volúmenes de partículas finas de volcánico alterado al Valle. Al precipitarse este polvo -llamado en el lago, se hidrataba fácilmente creando las conocidas arcillas lacustres del valle; por este fenómeno se interpreta hoy que las arcillas son producto principal de la alteración de glacial. MARCO
Todo material contenido en los depósitos de la cuenca del valle de México es directa o indirectamente de origen volcánico. De origen volcánico directo son, por ejemplo, las lavas de los domos pliocénicos del de Chapultepec y del cerro del Lo son también las lavas, brechas, tezontles y cenizas del Peñón del Marqués, así como las de la sierra de Santa con su hilera de conos escoreáceos juveniles rodeados de lavas, y las coladas recientes del Pedregal de San Angel originadas en el Los productos de estos derrames volcánicos menores no compiten en variedad y volumen con los de un volcán grande, como lo es el cerro San Miguel, que se eleva al SW de la Ciudad de México. Este complejo volcán con calderas múltiples, estuvo activo desde finales del Plioceno hasta hará algo más de 100 000 habiendo producido en un lapso de dos a tres millones de años erupciones pumíticas de gran volumen y energía, varios kilómetros cuadrados de lavas, además de extensos lahares calientes y avalanchas
ardientes y otros numerosos tipos de piroclásticos, que han contribuído a los extensos abanicos volcánicos que se conocen como Formación Lomas. Entre sus erupciones más espectaculares, ocurridas en el Pleistoceno Superior, destacan las conocidas arenas azules que irrumpieron al formarse la caldera del cerro San Miguel hará 170 000 años; es decir, a mediados de la Tercera Glaciación. precipitarse los piroclásticos sobre las superficies glaciales en las cumbres del volcán, el vapor producido generó lahares calientes que descendieron con velocidades extraordinarias, avanzando a distancias de hasta km del cráter, para terminar en las barrancas de Tacubaya y San Angel. Así como se produjeron lahares calientes hubo también ocasiones en las que en el curso de la actividad volcánica resultaron lahares fríos (corrientes de lodo), arrastrando extraordinarios bloques de roca en una matriz areno-lodosa. Efectivamente, superpuesto a los depósitos de morrenas en Tacubaya y se reconoce un potente ciclópeo que debe haber descendido de la región de a finales del avance glacial del Illinois Inferior, antes de la erupción de las arenas azules. En el renglón de depósitos volcánicos indirectos se deben mencionar las acumulaciones de polvo eólico. Las regiones volcánicas de por sí abundan en detritos finos derivados de cenizas volcánicas. El viento levanta este polvo y lo transporta a veces a grandes distancias; si el viento lo deposita en laderas durante de clima frio, se transforma en suelos inmaduros que con el transcurso del tiempo se convierten en tobas amarillas que tanto abundan en Lomas. Sin embargo, si se depositan en un lago, como el vaso de Texcoco, sus partículas se hidratan, transformándose en arcillas. Por otra
parte, si se asientan durante un o sea cuando impera un clima relativamente caliente, se producen suelos con coloides debido a la actividad mas intensa: estos suelos con el tiempo se transforman en tobas rojizas arcillosas. Los suelos rojos, ricos en coloides, son característicos del Sangamon. Relacionados con los glaciales, especialmente a finales ellos, están los deshielos, por los cuales crecieron arroyos caudalosos. Los deshielos generaron potentes depósitos fluviales SC reconocen hoy en numerosos puntos de Las Lomas, así como al pie de ellas en la transirion a planicie central, formando aluviales deltas. 2.1.4
Depósitos del lago. Los depósitos de la planicie del de México son los que comúnmente se conocen como depósitos del lago. Hay que señalar que ello solamente es válido y correcto para ciertos tiempos geológicos con condiciones climáticas que propiciaban la existencia de un lago. En la cuenca cerrada podía existir un lago las lluvias superaban a la transpiración, el que desaparecía cuando ésta superaba a las Obviamente, el factor que dominaba dicho equilibrio era la temperatura ambiental: si el clima se enfriaba, se formaba un lago; si se calentaba, el lago disminuía y hasta desaparecía. Consecuencia de lo anterior es lo que llaman los geólogos transgresiones lacustres 0 lacustres. El resultado práctico de este juego era la depositación de arcillas o formación de suelos. El lago subsistía durante las épocas de calor en las partes centrales de la cuenca, continuando aquí su depósito de arcillas en las partes marginales (transición) ocurría lo
contrario, donde entre arcillas lacustres se intercalaban suelos secos. Teniendo en mente los conceptos litológicos de temperatura expuestos, es relativamente fácil interpretar la de los llamados depositos lacustres, a la luz de los cambios climaticos del último medio millón de anos. En ese lapso, que rorresponde al Pleistoceno Superior, se han desarrollado en el Hemisferio Norte dos glaciaciones con tres interglaciares moderado a caliente). El clima de la cuenca del Valle de ha sido una de dichos cambios, razón por la cual se puede reconocer en la secuencia de los depósitos del lago las grandes variaciones Esta circunstancia, combinada con un minucioso de las erupciones de las cuales ha sido posible fechar algunas, ha llevado a una climática de los depósitos del lago Además, se ha logrado establecer una correlación estratigráfica de dichos depósitos con las secuencias volcánicas de Las Lomas al poniente de la ciudad. Zeevaert presentó en 1953 la primera interpretación de la secuencia estratigráfica de los depósitos lacustres. Mooser le ha agregado información reciente, fundamentalmente sobre la interpretación de edades geológicas y las correlaciones estratigráficas establecidas entre Lomas y la planicie; en esta interpretación estratigráfica de la planicie ya no se habla de formaciones Tacubaya, Becerra ya que estas unidades litológicas, con excepción de la no se prolongan de Las Lomas al relleno lacustre aluvial. En la fig 5 se presenta en forma sintética la interpretación de la propuesta por Mooser. Nótese que las erupciones de arenas azules, ocurridas hace 000 años,
PROFUNDIDAD PRESENTE
SUELOS HUMICOS DEL HOLOCENO
RECIENTE
HOLOCENO
CALICHE
ANOS
TRIPARTITA CON ANDESITA
-11
CENIZA
-15 000
SERIE
ARCILLA SUELO DURO
SUELO 000 3er.
DE GLACIARES
DE
SERIE INFERIOR: ARCILLAS MUY CONSOLIDADAS
DE
INFERIOR Y
5
Estratigrafía de la planicie lacustre, Ciudad de
-170
representan lo que antes se definía como Formación Depósitos de transición. Los depósitos lacustres del centro de la cuenca van cambiando a medida que se acercan al pie de Las Lomas; lo que ocurre es que entre las arcillas lacustres van intercalándose capas de suelos limosos, cuerpos de arenas fluviales y, en ciertos casos, especialmente en la desembocadura de y ríos, importantes depósitos de gravas y boleos. Obviamente, las aportaciones fluviales de Las Lomas al gran vaso de sedimentación, que es la planicie, se depositan especialmente en el quiebre morfológico Lomas-Planicie El lago central nunca fue profundo; de ahí que los arroyos que bajaban por las barrancas y desembocaban en la planicie no
6
lograron formar deltas extensos que se introdujeran mucho a dicho lago. Los fluviales y aluviales se acumulaban consecuentemente en el quiebre morfológico y se interestratificaban localmente con la serie arcillosa lacustre superior. Sin embargo, en la serie arcillosa lacustre inferior, las aportaciones de los glaciares que bajaron en el Illinois Inferior hasta Hondo, Virreyes, Tacubaya, Barranca del Muerto y San Angel, depositando morrenas con fuertes volúmenes de y boleos, lograron formar acumulaciones aluviales extensas que parten del pie de Las Lomas y se en la planicie aluvial. En la fig 6 se reproduce este hecho en el corte geológico, que muestra la de la zona de transición. Depósitos de Las Lomas. En la
de la zona de transición
secuencia de Las Lomas se identifican cuatro fenómenos geológicos: La acumulación de potentes depósitos de erupciones volcánicas explosivas, La erosión subsecuente de estos depósitos, formándose barrancas. El depósito en las barrancas de morrenas, y El relleno parcial de esas barrancas con los productos de nuevas erupciones. Las anteriores unidades quedan separadas unas de otras por suelos rojos, amarillos 0 el clima que rigió después de su emplazamiento. En la fig 7 se muestra esa que se extiende sobre un intervalo que cubre el último medio millón de años. l
l
l
l
MORRENAS
WISCONSIN
MARQUESA III
MORRENAS IA
II
MORRENAS SUELOS ROJOS
SANGAMON
MORRENAS
ILLINOIS
SUPERIOR
ERUPCIONES DEL HORIZONTE PINGO
SUPERIOR ARENAS AZULES, ERUPCION HACE 170
MORRENAS
ILLINOIS INFERIOR
AÑOS
INFERIOR
SUELOS
ERUPCION “ARENAS HORNBLENDA 430,000
DE ANDESITA DE
DEL
MBAS
ROJOS
TRES GRANDES ERUPCIONES DE
YARMOLJTH
SUELOS ROJOS
P-500 000 AÑOS ANTES DE HOY FLUJO DE
7
de
DE
2.2
DEL JACO PROCESO DE
DE
2.2.2
LOS SUELOS
PROPIEDADES
Los suelos arcillosos blandos son la consecuencia del proceso de depósito y de alteración fisicoquímica de los materiales aluviales y de las cenizas volcánicas en el ambiente lacustre, donde existían abundantes colonias de microorganismos vegetación acuática; el proceso sufrió largas interrupciones durante los de intensa sequía, en los que el nivel del lago bajó y se formaron costras endurecidas por deshidratación o por secado solar. Otras breves interrupciones fueron provocadas por violentas etapas de actividad volcánica, que cubrieron toda la cuenca con mantos de arenas o pumíticas; eventualmente, en los de sequía ocurría también una erupción volcánica, formándose costras duras cubiertas por arenas volcánicas. El proceso descrito formó una secuencia ordenada de estratos de arcilla blanda separados por lentes duros de limos arcillo-arenosos, por las costras secas y por arenas o pumíticas productos de las emisiones volcánicas. Los espesores de las costras duras por deshidratación solar tienen cambios graduales debido a las condiciones del fondo del lago; alcanzan su mayor espesor hacia las orillas del vaso y pierden importancia y, aun llegan a desaparecer, al centro del mismo. Esto último se observa en el vaso del antiguo lago Texcoco, demostrando que esta región del lago tuvo escasos y breves de sequía.
Consolidación natural. El proceso de formación de los suelos implicó que se consolidaran bajo su propio peso, excepto en las costras duras, que se preconsolidaron fuertemente por deshidratación o secado solar y que en su parte inferior formaran una zona ligeramente pmconsolidada. Considerando que la masa de suelo predominante era muy blanda y normalmente consolidada, la variación de su resistencia al corte con la profundidad debió se lineal y seguramente muy similar en cualquier punto del lago. Es factible que en el lago Texcoco, que prácticamente no etapas de sequía, y donde el contenido salino de sus aguas era más alto, las arcillas fueran algo más blandas y compresibles que en el resto de la cuenca. Consolidación inducida. El desarrollo urbano en la zona lacustre de la cuenca del Valle de México ha ocasionado un complejo proceso de consolidación, en el que se distinguen los siguientes factores de l
superficial y consolidó la parte superior de la masa de arcilla.
DE
La colocación de rellenos desde la época precortesiana, necesarios para la construcción de viviendas y pirámides, así como para el desarrollo de zonas agrícolas. La apertura de tajos y túneles para el drenaje de aguas pluviales y negras, que provocó el abatimiento del nivel lo que a su vez incrementó el espesor de la costra
l
l
extracción de agua del subsuelo, que ha venido consolidando progresivamente a las arcillas desde los estratos más profundos a los La construcción de estructuras.
Resistencia al corte. Las etapas del proceso de consolidación implican la evolución de la resistencia al corte de los suelos descrita esquemáticamente en la 8. 2.2.3
Costra superficial Este estrato está integrado por tres subestratos, que constituyen una secuencia de materiales naturales cubiertos con un relleno artificial heterogéneo, a saber: Relleno artificial (RA). Se trata de restos de construcción y relleno arqueológico varia entre 1 y 7 metros. Suelo blando Se le puede describir como una serie de depósitos aluviales blandos con lentes de material eólico intercalados. Costra seca Se formó como consecuencia de una disminución del nivel del lago, quedando expuestas algunas zonas del fondo a los rayos solares.
t
0
10
NC 40
DE LA
CONDICION COSTRA
INICIAL
4
SOBRECARGAS NIVEL
RELLENO
DE
DE
NC
Y RELLENOS
INICIAL
PCP SUELO
RELLENO DUROS
DE J’UNTA DEL CONO DE
SECA
SS
APLICACION DE
DEL
COSTRA SECA
EFECTO DEL BOMBEO PROFUNDO
NORMALMENTE PROFUNDO
AL SOL
Estratos principales
Costra superficial precansolidadas superficiales Arcillas normalmente consolidadas Arcillas preconsolidadas profundas
entre la superficie y la Capa Dura Capas de secado solar de arena secundarios
Lentes de vidrio
En la 9 se ilustran dos ejemplos de la de estos estratos, excepto los preconsolidados en dos sitios con diferente nivel de describen brevemente las de los estratos que integran esta serie arcillosa. Arcilla superficial (PCS). En este estrato las sobrecargas rellenos provocaron un proceso de los suelos normalmente consolidados, localizados por debajo la costra en arcillas preconsolidadas. normalmente consolidada Se localiza por debajo la profundidad hasta la que afectan las sobrecargas superficiales por
arriba de los suelos por bombeo aclarar estos han identificado como normalmente consolidados para las sobrecargas actuales, aun estas arcillas han sufrido un de consolidación partir de su condición inicial. profunda bombeo para abastecer la agua potable ha generado un de más en las arcillas que en las superficiales. Lentes duros estratos de por duros que pueden ser costras secado solar, arena o estos s e utilizan como marcadores de la
Capa Dura
Capa Dura
un algo
de la lago
no unos orillas
que punto se desarrollo
hasta lo lago
en el
arcillosa Es una secuencia de por duros, en un arreglo semejante al la arcillosa superior; el este estrato es de unos metros al centro del lago prácticamente sus orillas. de
este estrato es muy reducida, como para intentar una descripción completa. Depósitos profundos. Es una serie de arenas y gravas aluviales limosas, cementadas con arcillas duras y de calcio; la parte superior de estos depósitos, de unos cinco metros, está más de la cual se encuentran estratos menos cementados hasta arcillas
2.3
geológica; así, cuando los glaciares en las barrancas de Las Lomas se a finales de la Tercera los depósitos fluviales correspondientes (formados al pie de los abanicos volcánicos1 resultaron mucho más potentes y extensos que los originados a finales de la Cuarta Glaciación, con mucho menor espesor de las cubiertas de hielo. Consecuentemente, generalizando, puede hablarse de una
zona de interestratificada cambiante y
pie de Las Lomas; esta contiene en sus partes más profundas, debajo de la llamada Capa Dura, depósitos caóticos glaciales, y caracterizades por enormes depositados en la boca de las barrancas de San Angel, del Muerto, Mixcoac, Tacubaya, ancha al
DE
de transición forman que divide los suelos de las sierras que rodean al valle, de los aparatos volcánicos que sobresalen en la zona del lago. Estos una
de origen
se
clasifican de acuerdo al volumen de que fueron arrastrados por las corrientes hacia el lago a la de los depósitos; así, se generaron dos tipos de transiciones: interestratificada abrupta: ambas se describen
Esta condición se presenta en los suelos que se originaron al pie de barrancas, donde se acumularon los acarreos que descendieron de las lomas a la planicie; estos depósitos tienen semejanza con deltas, solamente que se extendieron hasta la arcilla antiguo lago Texcoco, formándose intercalaciones de arcillas lacustres con arenas y gravas de 2
31.
En el proceso de formación de los suelos, el ancho de la franja de estos depósitos transicionales interestratificados varió según el clima prevaleciente en cada época
CORTE
LACUSTRE DEPOSITOS ALUVIALES
‘0
10
TOBAS
ancha
y
Hondo
Por otra parte, los depósitos aluviales pueden ser recientes, y entonces
a los
lacustres, como lo muestra la 3; tal es el caso de la cubierta de suelos negros, arenosos y limoarcillosos del Holoceno, que se extienden desde el pie de Las Lomas sobre 2 ó 3 km al las del lago
DE TBANSICION
CERRO DE IZTAPALAPA
formando de los
toltecas y Otra zona de transición intemstmtificada ancha se extiende del valle de Cuautepec hacia el sur 2.3.3
AB RUPTA
Esta condición se identifica en el contacto entre los rellenos de la cuenca y los cetros que sobresalen de dicho relleno, a manera de islotes; en este caso, los depósitos fluviales al pie de los cerros son pnícticamente nulos, lo cual origina que las arcillas lacustres estén en contacto con la roca 121. Esta transición abrupta se
en el
BASALTOS Y
Transición
ll
angosta
de los
el del Marques, el de la Estrella y el cerro del la típica de estas zonas está integrada por la serie arcillosa lacustre interrumpida por numerosos lentes duros, de los materiales erosionados de los cerros vecinos.
. .
PEÑON DEL
Y Fig . 12
abrupta de islote a depósitos lacustres
Es interesante mencionar que en la del Peñón de los Baños se encuentran intercalaciones de lentes delgados de travertino silicificado, producto de las emanaciones de aguas termales; lo anterior se ilustra con el sondeo de cono eléctrico que se presenta en la fig. 13.
RESISTENCIA DE
27
37 04 52 30
74
3.5
31
40 ’
13
Sondeo de cono
al
de los Baños
2.4
DEPOSITOS DE
2.4.1
GENERALES
La zona de Las Lomas está formada por las serranías que limitan a la cuenca al poniente y al norte, además de los del Xitle al SSW; en las sierras predominan tobas compactas de cementación variable, depósitos de glacial y aluviones. Por su parte, en el Pedregal del Xitle, los basaltos sobreyacen a las tobas y depósitos fluviglaciales más antiguos. 2.4.2 ZO N A P O N I E N TE
Sierra de las Cruces. Está constituída por abanicos volcánicos, caracterizándose por la acumulación de materiales durante su actividad explosiva (principalmente en el Plioceno Inferior) y que fueron retransportados por agua y hielo en épocas posteriores. En la formación de Las Lomas se observan los siguientes elementos litológicos, producto de erupciones de grandes volcanes andesiticos estratificados. Horizontes de cenizas De granolumetria variable, producidos por erupciones violentas que formaron tobas cementadas depositadas a decenas de kilómetros de distancia del cráter. Capas de erupciones Correspondientes a la actividad volcánica de mayor violencia y que se depositaron como lluvia, en capas de gran uniformidad hasta lugares muy distantes del Lahares. Definidos como acumulaciones caóticas de material piroclástico arrastrado lentamente en corrientes lubricadas por agua, generadas por lluvia torrencial inmediatas a la erupción. calientes. Correspondientes a corrientes impulsadas y lubricadas por gases calientes; son las menos frecuentes ya que están asociadas a erupciones
de extraordinaria violencia; las arenas y gravas azules son las más representativas de estos depósitos. Depósitos glaciales. Caracterizados por grandes bloques angulosos en una matriz más fina, dispuestos en forma caótica; estos depósitos generalmente presentan un color rosa. Depósitos Producto del arrastre del agua que se derrite y sale del glacial; se distinguen por su ligera estratificación. Depósitos fluviales. Correlacionables con la formación aluvial del relleno de la cuenca del Valle de México. Suelos Producto de la alteración de lahares y cenizas, de color rojo y gris asociados a climas húmedos y áridos, respectivamente. otra parte, los depósitos más antiguos presentan y fallamiento tectónico dirigidos principalmente al NE, dirección que mantienen la mayoría de las barrancas de la zona. Pedregal del Xitle. Del cerro del Xitle descendió, hace unos dos mil años, una extensa colada de lavas basálticas; sus numerosos flujos cubrieron las lomas al pie del volcán y avanzaron en sus hasta la planicie lacustre entre Tlalpan y San Angel. Las lavas descendieron sepultando dos importantes valles antiguos: uno en el sur, que se dirigía anteriormente a las Fuentes Brotantes de Tlalpan; otro en el norte, el mayor, que se extendía entre el cerro Zacaltépetl y las lomas de Este último valle contaba con dos cabeceras: una en los flancos orientales del cerro de la Palma y la otra en la barranca de La Magdalena Contreras A la zona cubierta por lavas, se le identifica como los pedregales de: San Angel, San Francisco, Santa
Ursula, Carrasco Padierna. Por otra parte, debe haber existido otro importante valle aún más al sur, entre las Fuentes Brotantes de Tlalpan y la sierra de Xochitepec; este valle tuvo su cabecera en Monte Alegre. Este afluente debe haber sido sepultado durante la erupción del en el Cuaternario Superior. Muy anteriormente a la erupción del Xitle, en el Illinois (hace 200 000 años) avanzaron grandes cuerpos de hielo; estos glaciares fluyeron de la barranca de La Magdalena Contreras hasta las partes bajas de la antigua planicie lacustre, acercándose a lo que hoy es San Angel.
CONOS BASALTO
PEDREGAL
BASALTO
TERCIARIO MEDIO . GLACIALES CERRO
. . .
.
C. DE
ESTRELLA
NOTA: El
corte A-A
se presenta en la fig. 15
Indicios de morrenas con multitud de bloques grandes se han encontrado en San Angel así como en las Fuentes Brotantes; por consiguiente, debajo de las lavas del Pedregal de San Angel deben existir importantes acumulaciones de morrenas y secuencias fluvioglacíales derivadas de su erosión. Por otra parte, también puede asegurarse que antes de que las lavas del Xitle cubrieran el sitio, este valle fue inundado por otras coladas lávicas; en el corte geológico de la fig. 15 se ilustra esquemáticamente la descrita. ZONA NORTE
Esta región corresponde a la sierra de Guadalupe; se integra principalmente por rocas volcánicas dacíticas y andesíticas, en forma de un conjunto de elevaciones que se extienden desde el en el SE de la sierra, hasta la zona de
en el NW. En su parte central, esta sierra está afectada por un graben que se extiende al NNE, formando el valle de Cuautepec; en el extremo septentrional de dicho graben y genéticamente ligado a él, se eleva un volcán, cuyas cumbres erosionadas constituyen las porciones más altas de la sierra de Guadalupe y se denomina el cerro Tres Padres. El tectonismo que ha regido el vulcanismo de la sierra de Guadalupe remonta al Mioceno Medio; consiste de fracturas y fallas dirigidas al ESE. El graben de Cuautepec, como se dijo, obedece a un tectonismo dirigido al NNE ocurrido en el Mioceno Superior. Finalmente, un tectonismo orientado hacia el ENE, y coincidiendo en dirección con el alineamiento de la sierra de Santa Catarina, afecta a la totalidad de la sierra de Guadalupe en el Plioceno Superior y Pleistoceno. Una de la sien-a de
1 BASALTOS PEDREGAL DEL CHICHINAUTZIN ARENAS
15
Y
5
ACARREOS
6
FORMACION
Guadalupe son los potentes depósitos de tobas amarillas que cubren los pies de sus numerosas elevaciones en forma de abanicos aluviales. Estas tobas consisten de estratos de vidrio pumitico fino a grueso; son los productos de las
erupciones violentas que generaron la sierra de las Cruces durante el Mioceno y Pleistoceno Inferior. Durante el Pleistoceno Medio y Superior, las oscilaciones climáticas pmdujemn glaciales que sometieron a la sierra de Guadalupe a ciclos de pluvial y eólica, formándose pequeños depósitos de aluviones y Finalmente, al azolvarse la cuenca de México a consecuencia de la formación de la sierra de Chichinautzin, la sierra de Guadalupe fue po r depósitos aluviales y lacustres en el sur, este y norte; de estos depósitos emerge esta sierra hoy como isla.
FLLMOGLACIALES
7 SIERRA XOCHITEPEC FLUVIALES
Chichinautzin-Lomas cortando el Pedregal de San Angel (corte A-A’de la
RESISTENCIA DE
En este capítulo se presenta la zonificación del área urbana basada en las propiedades de compresibilidad resistencia de los depósitos característicos de la cuenca:
q
aluvialesyvolcánicos; en la fig.
16
se presenta una
zonificación actualizada que sigue los lineamientos presentados por y en 1959 COSTRA SUPERFICIAL
Durante el estudio
línea específica del Metro, esta
zonificación debe consultarse para definir en forma preliminar los problemas geotécnicos que se pueden
anticipar, relacionados con el diseño y construcción de las estaciones y tramos intermedios. La zonificación se
complementa con información estratigráfica típica, la cual
permitirá desarrollar las siguientes etapas iniciales del
estudio: l
Realizar un análisis preliminar de las condiciones de
estabilidad y comportamiento de la estructura durante la construcción y funcionamiento de la línea; así podrán identificarse las alternativas de solución factible
SERIE ARCILLOSA SUPERIOR
a estudiar durante el diseño definitivo. l
Planear la campaña de exploración, identificando los sitios donde eventualmente puedan presentarse
condiciones estratigráficas complejas.
l
Establecer las técnicas de exploración y muestreo
aplicables en cada tramo de la linea.
3.1 ZONA DEL CAPA DURA SERIE INFERIOR t DEPOSITOS PROFUNDOS
Fig. 17
Sondeo de cono
en
la zona del lago
Esta zona se caracteriza por los grandes espesores de arcillas blandas de alta compresibilidad que subyacen a una costra endurecida superficial de espesor variable en cada sitio, dependiendo de la localización e historia de cargas. Por ello, la zona del lago se ha dividido en tres atendiendo a la importancia relativa de dos factores independientes: el espesor y propiedades de la costra superficial, y la consolidación inducida-en cada sitio.
LAGO
VIRGEN
Corresponde al sector oriente del lago, cuyos suelos han mantenido sus propiedades mecánicas desde su formación; sin embargo, el reciente desarrollo de esta zona de la ciudad, está incrementando las sobrecargas en la superficie y el bombeo profundo. La típica de la subzona Lago Virgen arriba de la Capa Dura se ilustra en la fig. 18; en la tabla 1 se presentan las prop iedades medias de los estratos.
S ondeo de con o
1.
en la subzona lago Virgen
Y PROPIEDADES,
a 10
la2 a
Serte arcillosa inferior En
dr la es muy
los
VIRGEN
1.25
presentados corresponden
25 a 36
3.1.2
Esta asociada al sector no colonial de la ciudad que se desarrollo desde principios de este siglo y ha estado sujeto a las sobrecargas generadas por construcciones pequeñas y medianas; las propiedades mecánicas del subsuelo en esta subzona representan una condición intermedia entre bago Virgen y Lago Centro II. Las
propias de esta subzona se presentan en la tabla 2, y en la fig. 19 la resistencia del cono eléctrico de la serie arcillosa superior; es interesante comparar esta figura con la fig. 18, para observar el incremento de resistencia originado por las sobrecargas.
19
S ondeo de cono eléctri co en la s ubzona del Lag o C entro
TABLA 2. Estrato’ Costra superficial Serie arcillosa superior Capa
Y PROPIEDADES, Espesor, en m
Serie arcillosa interior En La
de
partir de superficie es muy limitada; los
20 a 30 8 a 10
CENTRO
en
en
en grados
1.6
4
1.2
la2
1.5 a 1.6 1.3 a 1.35
presentados corresponden
pruebas
0 a 10
25
25 a 26
3.1 .3
sobrecargas de construcciones aztecas y coloniales, arcillas blandas, asociadas a lugares que han alojado plazas y jardines durante largos de tiempo, y cl arcillas muy blandas en los cruces de antiguos canales. Asimismo, el intenso bombeo para surtir de agua a la ciudad se refleja
Esta subzona corresponde con la antigua traza de la Ciudad, donde la historia de cargas aplicadas en la superficie ha sido muy variable; esta situación ha provocado que en esta subzona se encuentren las siguientes condiciones extremas: arcillas fuertemente consolidadas por efecto de rellenos y grandes
en el aumento general de la resistencia de los estratos de arcillas por efecto de la consolidación inducida, como se observa en la fig. 20, que conviene comparar con la 18 y 19; en la tabla 3 se resume la estratigrafia característica de esta subzona.
1
q
1
20
21
S ondeo de con o eléctri co en la s ubzon a del
en la zona de
alta
Centro TABLA 3. Estrato’ Costra
l
l
En *
Espesor, en m superficial
de
Y PROPIEDADES,
de la superficie. disponible es muy limitada: los
6
a
CENTRO II
e n
10
en
en grados
1.7
4
1.3
3
25
1.5
a 1.6
0
a
10
1.3
a 1.4
6
a
12
presentados corresponden pruebas
2.5
a 36
3.2
ZONA DE DE L
RESISTENCIA DE PUNTA q
PONIENTE
Es la comprendida entre las zonas del lago de Las Lomas; en esta zona se estratos arcillosos depositados en un ambiente lacustre con suelos gruesos de origen aluvial, dependiendo sus espesores de las transgresiones regresiones que experimentaba el antiguo lago. La entre las zonas de transición del lago se definió donde desaparece la serie arcillosa inferior, que aproximadamente con la curva de nivel donde la Capa Dura está a 20 m de profundidad respecto al nivel medio de la planicie. esta transición en subzonas, en función de la cercanía a Las Lomas sobre todo del espesor de suelos relativamente blandos: se identifican así las transiciones alta v baja, que se describen a
CE CON
al Transición Alta. Es la subzona de más próxima a Las Lomas; presenta irregularidades estratigráficas producto de los depósitos aluviales cruzados; la frecuencia disposición de estos depósitos depende de la cercanía a antiguas barrancas. Bajo estos materiales encuentran estratos arcillosos que a los depósitos propios de Las Lomas La comúnmente encontrada tiene las características anotadas en la tabla
TABLA 4.
Estrato’
10
Suelos blandos de
en la subzona de transición alta
Y PROPIEDADES,
Espesor, en m
Costra En orden de
S ondeo de con o
en
ALTA
c, en
1
en, grados
1.6
10
1.3
5
0
Transición Baja. Corresponde a la transición vecina a la zona del lago; aquí se encuentra la serie arcillosa superior con intercalaciones de estratos limoarenosos de origen que se depositaron durante las regresiones del antiguo lago. Este proceso dio origen a una estratificación compleja, donde los espesores y propiedades de los materiales pueden tener variaciones importantes en cortas distancias, dependiendo de la ubicación del sitio en estudio respecto a las corrientes de antiguos ríos y barrancas. Por lo anterior, puede decirse que las características estratigráficas de la parte superior de la transición baja son similares a la subzona del Centro 1 o Centro II, ‘teniendo en cuenta que: la costra superficial está formada esencialmente por depósitos aluviales de capacidad de carga no uniforme, los materiales compresibles se extienden únicamente a profundidades máximas del orden de veinte metros,
RESISTENCIA DE PUNTA
existe
de
arcillas y suelos limoarenosos, y presentan mantos colgados. En la fig. 23 se muestran los
se
resultados de un sondeo de cono
de esta subzona.
3.2.2 AB R UPTA LOS CERROS
A
Es la transición entre la zona del lago y cerros aislados como el del Peñón de los Baños, en la que arcillas lacustres están intercaladas con numerosos lentes de
erosionados de los cerros y hasta lentes delgados de travertino silicificado. La fig. se ilustra la complejidad de una de estas transiciones.
23
Sondeo de cono
en
la s ubzona de
baja
3.3 ZONA DE LOMAS En la formación de Las Lomas se observan los siguientes elementos litológicos, producto de erupciones de los grandes volcanes andesíticos estratificados de la sierra de las Cruces: Horizontes de cenizas volcánicas. l
Capas de erupciones
Lahares. l
Avalanchas
l
Depósitos
glaciales.
l
Depósitos
fluviales.
l
l
Depósitos
ardientes.
fluvioglaciales.
Suelos.
Eventualmente se encuentran rellenos no. compactados, utilizados para nivelar terrenos cerca de las barrancas y tapar accesos y galerías de minas antiguas. Todos estos materiales presentan condiciones irregulares de compacidad y cementación, que determinan la estabilidad de las excavaciones en esta zona: por ello, exceptuando a los cortes en lahares compactos, en los demás depósitos pueden desarrollarse mecanismos de Tobas y lahares fracturados. Estos materiales pueden presentar en direcciones concurrentes que generan bloques potencialmente inestables; estos bloques pueden activarse bajo la acción de un sismo o por efecto de la alteración de las superficies de fracturamiento, al estar sometidas a un humedecimiento producto de la infiltración de escurrimientos no controlados. En algunos casos, las fabas locales en la del corte podrían generar taludes invertidos de estabilidad precaria.
Un aspecto significativo de las tobas, es que algunas de ellas son muy resistentes al intemperismo y que incluso endurecen al exponerse al ambiente mientras que otras son fácilmente degradables y erosionables. Depósitos de arenas pumíticas y de arenas azules. Estos suelos están en estado semicompacto y se mantienen en taludes verticales debido principalmente a la cohesión aparente generada por la tensión superficial asociada a su bajo contenido de agua; por tanto, el humedecimiento o secado de estos materiales puede la falla de los cortes. poco compactos y depósitos glaciales y fluvioglaciales. Estos depósitos presentan una compacidad y cementación muy errática, por lo que la erosión progresiva de origen eólico y fluvial tiende a generar depósitos de talud creciente, que sólo detiene su avance cuando alcanzan el ángulo de reposo del suelo granular en estado suelto. De la descripción anterior se concluye que los principales agentes de activación son el agua y el viento, por lo cual es necesario proteger estos materiales contra un intemperismo prolongado. Basaltos. Son los pedregales generados por el Xitle formados por coladas lávicas que presentan discontinuidades como y cavernas, eventualmente rellenas de escoria. La estabilidad de excavaciones en estos basaltos debe analizarse en función de los planos principales de y no de la resistencia intrínseca de la en el caso de cavernas grandes debe estudiarse la estabilidad de los techos. En la exploración geotécnica de esta zona tiene más valor el
reconocimiento geológico detallado y la perforación con martillos neumáticos en mayor número de puntos, que la obtención de muestras con barriles de diamante y máquinas rotatorias.
