Informe Lomas de Ixtapaluca

ESTUDIO GEOFSICO PARA DETERMINAR LA ESTRATIGRAFA DEL SUBSUELO, EN EL PROYECTO DEL LAGO DE ATLIXCO, MUNICIPIO DE HUAQUECHULA, ESTADO DE PUEBLA.

M A Y O 2 0 1 2NDICE

No.CAPTULOPgina

II.1I.2I.3I.4INTRODUCCINAntecedentesLocalizacin del rea de estudio y vas de accesoObjetivo del estudioActividades realizadas11222

IIII.1II.1.1II.1.2II.1.3II.1.4EXPLORACIN GEOELCTRICAProcesado de datos de Sondeos Elctricos VerticalesDescripcin del equipoResultados alcanzadosSecciones de isorresistividad aparenteSecciones geoelctricas o electroestratigrficas9910101112

III

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

16

BIBLIOGRAFA18

ANEXOSANEXO A.- PLANOS19

ANEXO B.- FUNDAMENTOS TERICOS DEL MTODO DE SEVS20

EXPLORACIN Y EXPLOTACIN DE RECURSOS NATURALES S.A. DE C.V._______________________________________________________________ _____ EXPLORACIN, PERFORACIN Y ESTUDIOS DEL SUBSUELO,S.A. DE C.V.

3Insurgentes Norte No. 1895 Tel. (0155) 24890001Col. Tepeyac Insurgentes Tel. y Fax (0155) 24890002C.P. 07020 Mxico, D.F. Cel. 044 55 54 18 7352epyesa@yahoo.com.mx davidcamargog@yahoo.com.mxIINTRODUCCINI.1 Antecedentes

En la ingeniera civil en general y principalmente en la ingeniera de cimentaciones y construcciones, se requiere conocer la existencia y distribucin de los materiales del subsuelo, sin embargo debido al alto costo de la perforacin directa, los mtodos geofsicos de exploracin, denominados mtodos indirectos, son los ms utilizados y con resultados muy aceptables.

Muchos sitios de la Repblica Mexicana estn afectados por la presencia de hundimientos y fracturamientos en el subsuelo, sobre todo en reas cercanas a fallas y fracturas geolgicas, macizos rocosos y zonas geolgicas de tipo lacustre, adems en cauces de arroyos y ros.

Uno de los fenmenos relacionados a las fallas son las fisuras del terreno, las cuales son visibles en la zona de afectacin, se desarrollan a causa del asentamiento diferencial; en otras palabras resultan cuando el hundimiento no es uniforme en el subsuelo y esto se debe principalmente a los diferentes estratos geolgicos del terreno. Cuando una masa de tierra se hunde lentamente y otra es ms rpida, entonces se genera una zona de fractura.

Las fisuras comienzan como una fractura de tensin debajo del terreno y empiezan a ser visibles en la superficie como agrietamientos como hoyos alineados y cuando el agua fluye principalmente en pocas de lluvia agranda la abertura por erosin y eventualmente el material que la cubre se colapsa, provocando deslizamientos de terreno. Una vez que el fracturamiento comienza en una zona, el proceso continua, incrementando en nmero de fisuras y longitud. Las nuevas fisuras se forman adyacentes y paralelas a las antiguas, dispersndose de manera aleatoria en direcciones inciertas, algunas veces forman complejos patrones de mltiples fisuras.

Por lo anteriormente descrito y debido la problemtica de posibles fallamientos en la zona donde se pretende llevar a cabo el Proyecto del Lago de Atlixco, Municipio Huaquechula, Estado de Puebla, motivo por el cual se solicit a nuestra empresa realizar un estudio geofsico para determinar las posibles zonas fallas y estructuras geolgicas que pongan en riesgo el Proyecto del Lago de Atlixco.

Para realizar este proyecto se utiliz la tcnica de exploracin geofsica de resistividad elctrica en la modalidad de Sondeos Elctricos Verticales (SEVs). Para cumplir con el objetivo del estudio se realizaron en total cinco Sondeos Elctricos Verticales, ubicados en sitios estratgicos y de acuerdo a la problemtica del rea de estudio. Los detalles y resultados obtenidos de cada uno de ellos se describen en la presente memoria tcnica.

I.2 Localizacin del rea de estudio y vas de acceso

El rea de estudio se localiza al 15 km al Noreste de la Cabecera Municipal de Huaquechula, aproximadamente 2 km al Este de la Poblacin Santa Ana, como lo muestran las figuras No. I.1 y I.2. El rea de estudio se encuentra delimitada por las coordenadas UTM con el DATUM WGS84 Zona 14Q 561,300 a 562,200 m Este y 2081,600 a 2083,300 m Norte.

Partiendo del centro de la Ciudad de Puebla, el acceso se realiza por la Carretera Federal 438D Puebla-Atlixco y pasando la Poblacin de Atlixco se avanzan 5 km hasta la poblacin de Santa Ana, una vez ah se toma direccin al Este y aproximadamente a 2 km del Centro de Santa Ana se ubica el rea de estudio, como lo muestra la figura No. I.2.

I.3 Objetivo del estudio

El objetivo principal del estudio es determinar de manera indirecta por el mtodo de resistividad elctrica con la tcnica de Sondeo Elctrico Vertical las unidades estratigrficas del subsuelo, profundidad, posicin de los estratos y de esta forma realizar una caracterizacin del subsuelo.

I.4 Actividades realizadas

Las actividades llevadas a cabo en este proyecto se describen en 4 etapas:

Como primera etapa del estudio geofsico se recopil toda la informacin existente para el rea de estudio, que consisti en lo siguiente: carta topogrfica Esc: 1:50,000 y 1:250,000, carta geolgica 1:250,000 e imgenes de Google Earth, con la finalidad de conocer de una manera preliminar las condiciones del subsuelo.

Para cumplir con los objetivos propuestos se utiliz el siguiente mtodo de prospeccin geofsica:

Mtodo geoelctrico de corriente continua en la modalidad de Sondeo Elctrico Vertical (SEV), cuya finalidad es determinar la variacin de la resistividad elctrica del subsuelo en funcin de la profundidad a lo largo de un perfil en 2 dimensiones (2-D), la geometra de las capas del subsuelo y espesores.

Como segunda etapa se realizaron cinco Sondeos Elctricos Verticales (SEVs) ubicados estratgicamente en toda el rea de inters y en los lugares en donde era posible realizar esta tcnica, como se muestra en la figura No.I.3. Los trabajos realizados con esta tcnica se muestran en las fotos No. I.1 a I.8.

En la tercera etapa se llev a cabo un recorrido geolgico del rea de estudio para conocer las unidades geolgicas que afloran en el rea de estudio, as como su composicin, alteracin y fracturamiento.

Finalmente, se realiz el procesado de todos los datos obtenidos en campo, con el objetivo de conocer la problemtica que presenta el subsuelo del rea de estudio y con estos resultados se obtuvieron los modelos de la estratigrafa del subsuelo. Los resultados se ejemplifican en perfiles geoelctricos y de isorresistividad.

Figura No. I.1. rea de estudio

Figura No. I.2. Vas de acceso

Figura No. I.3. Localizacin de Sondeos Elctricos Verticales (SEVs) y Secciones Geoelctricas

Foto No. I.1 Localizacin SEV-1Foto No. I.2 Panormica SEV-1

Foto No. I.3 Localizacin del SEV-2Foto No. I.4 Panormica del SEV-2

Foto No. I.5 Localizacin del SEV-3Foto No. I.6 Panormica del SEV-3

Foto No. I.5 Localizacin del SEV-4Foto No. I.6 Panormica del SEV-4

Foto No. I.7 Localizacin del SEV-5Foto No. I.8 Panormica del SEV-5

IIEXPLORACIN GEOELCTRICA

II.1.Procesado de datos de Sondeos Elctricos Verticales

Para cada sondeo elctrico se graficaron los valores calculados de resistividad contra la distancia AB/2 en papel bilogartmico, resultando la curva de resistividad aparente ; posteriormente se hace un ajuste por empalme, convirtiendo las curvas de cada SEV en trazos continuos. En estas grficas se observa que los puntos de inflexin caractersticos corresponden a cambios en las propiedades fsicas del subsuelo y estn directamente relacionados a cambios litolgicos, esta informacin analizada adecuadamente con la informacin geolgica, es de gran importancia, pues de ello depende una interpretacin acertada de la litolgica del subsuelo.

Una vez obtenidas las curvas de resistividad aparente para cada SEV, se genera un modelo con el mtodo de punto auxiliar, empleando curvas patrn de dos capas y sus correspondientes grficas auxiliares A, H, K y Q; realizando los clculos correspondientes se obtienen las resistividades verdaderas.

Finalmente el modelo de SEV preliminar fue ajustado con el programa de cmputo ONeill-12, con el cual se generaron los cortes geoelctricos para cada SEV y finalmente se conformaron las secciones geoelctricas correspondientes.

La interpretacin cualitativa consiste en obtener una distribucin espacial de resistividades generadas por la respuesta de las anomalas y estructuras litolgicas. Esta interpretacin se realiz configurando los datos de resistividad aparente en funcin de su profundidad, en este caso se utiliz el programa Surfer para realizar las configuraciones y as obtener las secciones de isorresistividad aparente.

La interpretacin cuantitativa consiste en obtener las resistividades verdaderas y espesores, con ellos se genera un corte geoelctrico o seccin geoelctrica a partir de las curvas de resistividad verdadera. Esta ltima puede hacerse por mtodos grficos, numricos o mixtos, siendo este ltimo el empleado para la interpretacin de este trabajo.

RECEPTORTRANSMISORII.1.1Descripcin del equipo

El equipo utilizado para la ejecucin del levantamiento de campo consisti de un transmisor marca GEOELEC, modelo Tlalli T-1500 cuyas caractersticas son: salida 10 Amp. Max., 100 a 1100 VCD en 11 pasos, dominio de tiempo de 2 y 4 seg., con un moto-generador MG-1.5 de 2500 W, 120 VCA nominal, 60 Hz.; y como receptor fue empleado un multmetro digital con eliminador de potencial natural; as como tambin otros accesorios complementarios al equipo de trabajo (Foto No. II.2).

Foto No. II.2.- Equipo de exploracin geoelctrica

II.1.2 Resultados alcanzados.

El anlisis profundo de la informacin geoelctrica recolectada requiere de los siguientes dos tipos de presentacin:

a) Secciones y/o cortes de isorresistividad aparente

La finalidad de estas secciones es la de mostrar en forma objetiva el comportamiento vertical y la distribucin horizontal de la resistividad a lo largo de la seccin para inferir cualitativamente rasgos estructurales y variaciones litolgicas de las caractersticas fsicas del subsuelo a una profundidad dada.b) Secciones geoelctricas o electroestratigrficas

Con los parmetros reales de los modelos geoelctricos estratificados (resistividades-espesores), se forman secciones geoelctricas a manera de una seccin geolgica elaborada con exploracin directa. En tales secciones las unidades de resistividad real reproducen cercanamente la posicin, forma y otras caractersticas del subsuelo tales como fallamientos. La evaluacin en este caso es cuantitativa, deducindose los rasgos geolgicos principales con la ayuda de pozos y afloramientos de roca:

II.1.3 Seccin de isorresistividad aparenteEn el presente trabajo se realizaron dos secciones geoelctricas, con su correspondiente perfil de isorresistividad aparente (Plano No. II.1), cuyos resultados muestran en forma objetiva el comportamiento de las estructuras geolgicas y la distribucin de las resistividades.

Seccin de isorresistividad aparente A-AEsta seccin est integrada por los sondeos 3, 2 y 1, tiene una longitud de 1711 m, como lo muestra la figura No. II.1 y a mayor detalle el plano No. II.1. Los tonos azules, verdes y amarillos observados en la parte superior y media de la seccin representan depsitos compuestos por arcillas, limos, arenas y gravas. Los colores rojos y morados que se aprecian en la parte inferior corresponden a una caliza con diferente grado de fracturamiento.

Figura No. II.1 Seccin de isorresistividad aparente A-ASeccin de isorresistividad aparente B-BEsta seccin est integrada por los sondeos 4, 2 y 5, tiene una longitud de 511 m, como lo muestra la figura No. II.1 y a mayor detalle el plano No. II.1. Los tonos azules, verdes y amarillos observados en la parte superior y media de la seccin representan depsitos compuestos por arcillas, limos, arenas y gravas. Los colores rojos y morados que se aprecian en la parte inferior corresponden a una caliza con diferente grado de fracturamiento.

Figura No. II.2 Seccin de isorresistividad aparente A-A

II.1.4 Secciones geoelctricas o electroestratigrficas

Los parmetros que se utilizan en los modelos geoelctricos estratificados (resistividades-espesores) son reales, por lo tanto forman secciones geoelctricas a manera de una seccin geolgica elaborada con perforaciones mecnicas directas. En tales secciones las unidades de resistividad real reproducen cercanamente la posicin, forma y otras caractersticas del subsuelo tales como fallamientos y/o fracturas.

Con base a la interpretacin de los cinco Sondeos Elctricos Verticales, se realizaron dos secciones geoelctricas distribuida como se observa en las figuras No. II.3 y II.4 y en el plano No. II.1. A continuacin se presenta la descripcin de los resultados obtenidos:UNIDAD A1Se detect con resistividades de 4 a 12 Ohmmetro, se asocia con la cubierta superficial arcillosa con intercalaciones de arenas. Se presento en los sondeos 3, 4 y 5, con un espesor promedio de 2.5 m. Esta unidad puede presentar asentamientos diferenciales y agrietamientos.

UNIDAD A2Se detect con resistividades de 28 a 30 Ohmmetro, se asocia con la cubierta superficial de arenas y gravas con intercalaciones de arcillas. Se presento en los sondeos 1 y 2, con un espesor promedio de 0.5 m. Esta unidad puede presentar fracturamientos y asentamientos si no se encuentra compactada e impermeabilizada.

UNIDAD BPresenta resistividades de 5 a 27 Ohmmetro, se asocia con un depsito arcilloso con intercalaciones de arenas y gravas. Se presento en toda el rea de estudio, con un espesor mnimo de de 13 m y mximo de 54 m. Esta unidad puede presentar agrietamientos en las arcillas debido a la perdida de agua y asentamiento diferencial por carga mal distribuida.

UNIDAD C1Se registr con resistividades de 105 a 130 Ohmmetro, se correlaciona con una caliza con diferente grado de fracturamiento. Se detect en los sondeos 1, 4 y 5, presenta un espesor mnimo de 13 m y mximo de 30 m. Esta unidad geotcnicamente es estable, no obstante se presentaran fracturamientos por tensin y asentamientos en el contacto con la UNIDAD B.

UNIDAD C2Se detect con resistividades de 30 a 40 Ohmmetro, se correlaciona con una caliza fracturada. Se detect en los sondeos 1, 4 y 5, con un espesor de 41 m como mnimo y 71 m como mximo. Esta unidad muestra caractersticas de permeabilidad, por lo tanto es posible que presente saturacin.

UNIDAD C3Se registr con resistividades de 225 a 400 Ohmmetro, se correlaciona con una caliza compacta. Se detect en toda el rea de estudio y se presenta como base de las unidades antes descritas. Estructuralmente se observan fallamientos y/o plegamientos, los cuales no son un riesgo para la obra ya que son fallas inactivas.

Figura No. II.3.- Seccin Geoelctrica A-A

Figura No. II.4.- Seccin Geoelctrica B-B

VCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El rea de estudio se localiza al 15 km al Noreste de la Cabecera Municipal de Huaquechula, aproximadamente 2 km al Este de la Poblacin Santa Ana. El rea de estudio se encuentra delimitada por las coordenadas UTM con el DATUM WGS84 Zona 14Q 561,300 a 562,200 m Este y 2081,600 a 2083,300 m Norte.

En el presente trabajo se realiz utilizando las tcnicas de geologa y geofsica de resistividad elctrica con la tcnica de Sondeo Elctrico Vertical (SEV), debido a que la integracin de resultados de esta metodologa nos proporciona informacin suficiente para definir la presencia de fallas y/o cambios litolgicos importantes.

El objetivo principal del estudio geofsico fue obtener las unidades geolgicas del subsuelo, profundidad, posicin de los estratos de calizas del predio donde se pretende llevar a cabo el Proyecto del Lago de Atlixco.

La exploracin geofsica muestra los siguientes resultados:

La exploracin geoelctrica con la tcnica de Sondeo Elctrico Vertical registra las siguientes unidades geoelctricas: UNIDAD A1 y A2, se asocia las cubiertas superficiales compuestas por arcillas, arenas y gravas, que son factibles a sufrir asentamientos y deslizamientos si no cuentan con un tratamiento adecuado, sobre todo de compactacin e impermeabilizacin. Posteriormente se presenta a la UNIDAD B, la cual se correlaciona con un depsito arcilloso con intercalaciones de arenas y gravas; estos depsitos son factibles a sufrir agrietamientos y asentamientos diferenciales. Finalmente registramos las UNIDADES C1, C2 y C3, la primera corresponde a una caliza con diferente grado de fracturamiento, la segunda a una caliza fracturada y saturada y la tercera a una caliza compacta.

La exploracin geoelctrica nos define la geometra de la estratigrafa, posicin de los estratos y cambios litolgicos importantes, as como lo presencia de posibles fallas y/o fracturamientos del subsuelo y profundidad de la caliza.

Estructuralmente se observan fallamientos y/o plegamientos de la caliza en ambas secciones geoelctricas, por lo tanto existen cambios litolgicos de materiales finos a gruesos, lo que ocasiona zonas factibles a sufrir fracturamientos y asentamientos diferenciales, donde el material superior es el que se puede retirar para poder realizar la impermeabilizacin de la zona donde se pretende construir el Lago artificial.

Estructuralmente se observan fallamientos y/o plegamientos a profundidad, los cuales no son un riesgo para la obra ya que son fallas inactivas.

El presente trabajo es complementario al estudio de mecnica de suelo, por lo tanto los resultados obtenidos en el presente informe ser de factibilidad para el desarrollo del proyecto.

BIBLIOGRAFA

Orellana E. 1982, Prospeccin Geoelctrica por corriente continua, Paraninfo; Madrid, Espaa.

Prez-Flores M. A. y E. Gmez Trevio, 2001, imaging low-frecuency and dc electromagnetic fields using a simple linear approximation. Geophysics, 66, 1067-1081.

Geologa Aplicada a la Ingeniera Civil 2009, Ruz Vzquez y Gonzlez Huesca, editorial Limusa.

A N E X O S

ANEXO B:EXPLORACIN GEOFSICA

ANEXO BFUNDAMENTOS TERICOS DEL MTODO DE SEVS

El Sondeo Elctrico Vertical (SEV) permite obtener informacin en una dimensin del terreno mediante la aplicacin de pulsos de corriente directa como estmulo y obtener al mismo tiempo el registro de la diferencia de potencial generada por el terreno a modo de respuesta.

Este mtodo permite caracterizar el subsuelo, detectar capas subterrneas, definir el estado del basamento rocoso, conocer la distribucin geolgica de las rocas, determinar fallas y fracturas, etc., que pudieran ser de importancia para el objetivo del estudio.

Un SEV puede realizarse sobre cualquier combinacin de formaciones geolgicas, sin embargo para que la curva de resistividad aparente sea interpretable, el subsuelo debe estar formado por capas horizontales y homogneas. En muchos casos la realidad se acerca lo suficiente a esta descripcin terica para que los resultados sean confiables.

La aplicacin del mtodo exige el conocimiento de las propiedades electromagnticas de las rocas y minerales que constituyen la estructura del subsuelo. Estas se expresan fundamentalmente en tres caractersticas fsicas: la resistividad elctrica () o su inversa la conductividad (), la constante dielctrica o permitividad () y la permeabilidad magntica (). De stas la ms importante es la resistividad cuya distribucin se estudia en el subsuelo.

El estudio del comportamiento elctrico de los materiales se fundamenta en la ley de Ohm, que establece la relacin entre una corriente (I) al pasar por un cuerpo, generando una cada de potencial (V), debido a la resistencia (R) que se opone al paso de ella. Matemticamente se expresa como sigue:

Esta plenamente demostrado que si una corriente elctrica uniforme fluye a travs de un cilindro de composicin homognea en direccin de su eje (figura No. B.1), la resistencia elctrica que presenta se manifiesta directamente proporcional a su longitud L e inversamente proporcional a su seccin transversal A, dando por resultado que la resistencia elctrica medida est dada segn la siguiente relacin:

Donde:= resistencia

= resistencia; depende de la naturaleza y estado fsico del cilindro

= longitud del cilindro

= seccin transversal perpendicular a la direccin de la corriente

= densidad de corriente (la flecha indica la direccin)

Figura No. B.1 Flujo de corriente a travs de un circuito.

Una vez que se obtiene el valor de I y V, se calcula la resistividad aparente mediante la relacin:

Donde K es un coeficiente que depende nicamente de la geometra del dispositivo electrdico, cuyas dimensiones son las de una longitud:

En la ejecucin de cada SEV, con los electrodos MN de potencial se obtiene en la superficie el gradiente de potencial (V) que se produce al introducir un campo elctrico de corriente directa por medio de los electrodos AB de corriente que tambin estn en contacto con la superficie (figura No. B.2). En el arreglo tetrapolar Schlumberger que aqu se utiliz (figura No. B.3), los electrodos A y B permanecen en lnea con los electrodos M y N habiendo independencia entre ellos; durante el levantamiento de datos, A y B cambian simtricamente de distancia. Cuando la lectura del gradiente de potencial (V) se vuelve muy pequea, es necesario incrementar la separacin entre los electrodos M y N para aumentar la resolucin de las mediciones, teniendo en cuenta la restriccin AB 5 MN, que es caracterstico del dispositivo utilizado.

El espaciamiento de electrodos de corriente (AB) depende de los objetivos que se busquen, conforme se abren A y B la profundidad de investigacin es mayor, tericamente se considera que dicha profundidad es la distancia AB/2 sin embargo realmente es mucho menor, lo cual depender de la geologa del rea de estudio. Las aberturas utilizadas de AB/2 en este proyecto son: 1, 2, 3, 5, 7, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80 y 100 metros; aunque puede incrementarse o decrementarse la distancia entre los electrodos AB.

Lneas de corrienteLneas de potencial

Figura No. B.1 Fundamentos tericos del mtodo.

Figura No. B.2. Arreglo tetrapolar Schulmberger y distribucin de equipo.

Los valores de resistividad de una roca estn determinados ms que por su composicin mineralgica, granulometra, cantidad y calidad del agua de formacin, fundamentalmente por la porosidad y por la salinidad del agua. Todo esto hace que la resistividad de cada tipo de roca presente una gran variacin. En general en campo encontraremos los valores que se aproximan en los intervalos que se muestran en la Tabla No. B.1.

ROCA/SUELOS/AGUARESISTIVIDAD m

ARCILLAS 1 - 20

ARENAS 50 - 500

ARENISCAS 50 - 5,000

ALUVIONES 50 - 800

ARENAS Y GRAVAS SECAS 1,000 -10,000

ARENAS Y GRAVAS CON AGUA DULCE50 500

ARENAS Y GRAVAS CON AGUA SALADA0.5 5

ARENAS ARCILLOSAS50 300

ARENAS CUARCITICAS30 -10,000

AGUAS SUBTERRNEAS EN GRANITO Y ROCAS METAMRFICAS20 100

AGUAS SUBTERRNEAS EN CALIZAS Y ACARREOS20 50

AGUAS SALOBRES1 -10

AGUA POTABLE SUPERFICIAL20 300

AGUA DE MAR500

CONGLOMERADO1,000 - 10,000

CALIZAS300 - 10,000

ESQUITOS GRAFITOSOS0.5 5

ESQUITOS ARCILLOSOS O ALTERADOS100 300

ESQUITOS SANOS300 - 3,000

GRANITO300 - 10,000

GNEISS Y GRANITO ALTERADO100 - 1,000

GNEISS SANO1,000 - 10,000

GRAVAS100 - 10,000

LIMOS30 500

MARGAS50 - 5,000

LAVAS (ANDESITAS , BASALTOS Y RIOLITAS)300 - 10,000

TOBAS VOLCNICAS20 100

Tabla B.1.- Intervalos de resistividades ms comunes de rocas, suelos y agua. (Tomada del libro Ingeniera Geolgica de Lus I. Gonzlez de Vallejo).