Estudio Geológico-Geofísico para la evaluación de los

INFORME FINAL

Estudio Geológico-Geofísico parade los hundimientos y agriet

en el área metropolitaSan Luís Potosí-Soledad de Grac

• H. Ayuntamiento de San Luis P• H. Ayuntamiento de Soledad de Grac

• Agencia Habitat• Agencia Potosina de Desarrollo

• Gobierno del Estado de SL• Secretaría de Desarrollo Social, Dele

San Luis Potosí, Julio del 2006

SGS

la evaluaciónamientosnaiano Sánchez

otosíiano Sánchez

HabitatPgación SLP

Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el ArSan Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez”

Estudio Geológico-Geofísico parade los hundimientos y agriet

en el área metropolitaSan Luís Potosí-Soledad de Grac

Participantes

San Luis Potosí, Julio del 2006

Dr. Jorge Arzate F.; CGEO-UNAM ([email protected]

Dr. Rafael Barboza G.; IG-UASLPDr. Ruben López D.; IG-UASLPMC. Jesús Pacheco M.; CGEO-UNAMIng. José Luis Mata S.; IG-UASLPGeol. Antonio del Rosal; CGEO-UNAIng. Ienisei Peña Díaz; CGEO-UNAMPas. Carlos Olivares; CGEO-UNAM

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Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area MetropolitanaSan Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez”

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C O N T E N I D O

I.- INTRODUCCIÓN ......................................................4

II.- RESUMEN EJECUTIVO .............................................. 5

III.- MARCO GEOLÓGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO ......... 31i.- Localización y marco geológicoii.- Geología del relleno cuaternario del Valle de SLPiii.- Estratigrafíaiv.- Piezometría y basamento hidrológico

IV.- HUNDIMIENTOS Y FALLAMIENTO DEL SUELO .......... 46i.- Antecedentesii.- Esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente

en el peso volumétricoiii.- Propiedades mecánicas del subsueloiv.- Condiciones de frontera y generación de

fallamientos de suelov.- Solución exacta del problema de hundimientos

V.- LEVANTAMIENTO GEOFÍSICO ................................. 59i.- Fundamentos del método gravimétricoii.- Levantamiento gravimétricoiii.- Cartas gravimétricas del Valle de SLPiv.- Fundamentos del método de refracción sísmicav.- Módulo de elasticidad del relleno del valle

VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................... 79

REFERENCIAS .................................................... 84Listas de Figuras .................................................... 91Lista de Planos .................................................... 95ANEXOS ................................................................... 97


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I.- INTRODUCCIÓN

El presente estudio está orientado a dar respuesta a la problemáticarelacionada con los agrietamientos de suelo, los cuales se han multiplicadoen los últimos años en las zonas urbanas de San Luis Potosí y Soledad deGraciano Sánchez (Figura 1). Este trabajo ha sido impulsado por losgobiernos municipales de SLP y SGS y financiado de manera sustancialtanto por la Agencia Habitat como por los gobiernos Estatal y Federal. Elobjetivo central del estudio está enfocado a la adquisición de informacióntécnica que sirva de sustento a las autoridades municipales para unaplaneación adecuada del crecimiento urbano, minimizando los riesgos alas obras civiles derivados de la existencia, presente o futura, de zonas deagrietamientos del suelo en el Valle de SLP.

En el primer capítulo de este documento se presentan los resultados másrelevantes sintetizados que se han producido a partir del presente estudio.El formato del capítulo es intencionalmente el de un Resumen Ejecutivoque incluye los principales resultados de este trabajo de investigaciónaplicada. El capítulo por sí solo es autoconsistente pues representa unresumen de los resultados más relevantes obtenidos sin dejar a un lado lamotivación y objetivos detrás del estudio, por lo cual puede ser impreso demanera independiente con propósitos de difusión.

Los siguientes cuatro capítulos son de carácter mas técnico ycorresponden a la descripción de las metodologías utilizadas en eldesarrollo de este proyecto para alcanzar los objetivos planteados. Así, enel Capítulo III, se describen los resultados del estudio geológico tantoregional como el de la geología urbana, los cuales son el fundamento parapropósitos de comprender la distribución de materiales y estructuras deésta parte del valle. En el Capítulo IV se describe el fenómeno de loshundimientos de suelo inducidos por la extracción de agua del subsueloen términos de las irregularidades que existen en el basamentohidrológico, además se presentan los conceptos que han sido utilizadospara deducir las expresiones utilizadas para estimar la magnitud de losmismos en las condiciones específicas del valle de SLP. El Capítulo Vcomprende la descripción de los elementos teóricos y prácticos de losmétodos geofísicos utilizados para la generación del mapa de riesgo deagrietamientos de suelo y para la estimación de las propiedades elásticasde los rellenos del valle. En el Capítulo VI se describe la colocación detestigos permanentes para monitorear los hundimientos del valle así comoel procedimiento para estimar los esfuerzos y desplazamientos efectivos enla masa de suelo a partir de los datos previamente obtenidos en zonas


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particularmente afectadas por este fenómeno. En el Capítulo VII seproporcionan las principales conclusiones del presente trabajo.

En la parte final de este reporte, en formato de Anexos, se incluye la basede datos geofísicos así como gráficas y tablas diversas que pueden ser deinterés para personal técnico que requiera de los mismos para propósitosde re interpretación, verificación o bien para incorporarlos a un eventualSistema de Información Geográfica (SIG) del Valle de SLP.

II.- RESUMEN EJECUTIVO

Antecedentes

El suelo del Valle de San Luis Potosí se encuentra sometido a un procesode hundimiento paulatino que es imperceptible en periodos de tiempocortos. Los hundimientos provocan agrietamientos que se concentranparticularmente en algunos sectores de la zona urbana. Estos son elresultado del fallamiento del suelo ocasionado por los esfuerzos que seejercen en la masa de suelo por efecto de hundimientos diferenciales. Loshundimientos diferenciales han sido inducidos y continúan siendo unaconsecuencia de un proceso de compactación diferencial producido por eldescenso desigual del nivel piezométrico del acuífero por causa deirregularidades preexistentes en el subsuelo, tales como fallas geológicas.Sus efectos se pueden observar como daños a la infraestructura urbana enlos sectores en donde aparecen. La causa principal de los agrietamientosen el Valle de San Luis Potosí parece coincidir con lo que se ha observadoen otros valles del centro del país (Pacheco et al., 2006), es decir, a lacompactación del suelo por la continua extracción del agua de losacuíferos en combinación con la existencia de lechos rocosos irregulares.

Durante el período comprendido entre 1998-2006 se han reportado en laciudad de San Luis Potosí daños a la infraestructura civil, entre otros,asentamientos y ruptura de pisos y bardas en casas habitación yagrietamientos de calles en algunas colonias de la ciudad. Las principalesafectaciones reportadas se encuentran en el sector norte, en las coloniasAeropuerto, Industrial Aviación y en el Bulevar Río Santiago. Otrascolonias afectadas son los Reyitos y Huerta del Real así como parte de laZona Centro. Al sur-sureste de la ciudad también se han documentado


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afectaciones en la zona universitaria, en las cercanías del parqueTangamanga y a lo largo de la zona hotelera sobre la carretera 57. Algunosde los edificios públicos afectados son la Academia Estatal de Policía, elMercado de La Luz, la Iglesia de la Santa Cruz, la Escuela Primaria FederalIgnacio Zaragoza e incipientemente la Escuela Normal del Estado.

Figura 1.- Carta de agrietamientos de suelo de la zona urbana San LuisPotosí y Soledad de Graciano Sánchez. Las líneas rojas representan laszonas de agrietamiento activo, localizadas principalmente hacia el ponientede la ciudad de SLP. En la figura se muestra también el sistema de drenajey cuerpos de agua en la zona de estudio.


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A pesar de que ha habido esfuerzos por describir desde el punto de vistageológico el fenómeno de los hundimientos y agrietamientos en el áreaurbana de San Luis Potosí (Barboza Gudiño et al., 1998; Mata-Segura etal., 2004; Mata Segura y López Doncel, 2004) además de la geología serequiere de la combinación de otras disciplinas tales como la geofísica y losmétodos numéricos para caracterizar adecuadamente el fenómeno y conello generar información confiable que requieren los organismos degobierno encargados de planear el crecimiento de la ciudad, reduciendocon ello los riesgos de carácter geológico-antropogénico como son losagrietamientos de suelo así como para tomar decisiones relacionadas conla reestructuración de infraestructura afectada y en última instancia paramodificar consecuentemente los códigos de construcción en las zonas demayor riesgo.

Objetivo y Metas

Quienes tienen la responsabilidad de definir las zonas de crecimientourbano o de adecuar el reglamento de construcción vigente para losmunicipios de SLP y SGS deben de contar con elementos técnicosadecuados para tomar decisiones bien fundamentadas, que reduzcan losriesgos de daños a la infraestructura civil, pública y privada, por efecto delfallamiento y agrietamientos del suelo.

Con esta idea en mente, el objetivo central de este estudio es explicar elmecanismo de generación de los agrietamientos por subsidencia, peroprincipalmente ubicar espacialmente las zonas urbanas más propensas asufrir daños debido a los hundimientos diferenciales que provocan losagrietamientos. Es posible lograr estas metas a partir de la localización deirregularidades estructurales en el lecho rocoso del valle utilizando paraello mediciones geofísicas combinadas con el análisis geológico de la zona.

El objetivo final de éste trabajo es entonces el de generar una carta dezonificación de riesgo de agrietamientos para el área metropolitana deSan Luis Potosí-Soledad de Graciano Sánchez, así como cuantificar lamagnitud de los esfuerzos y desplazamientos en zonas específicas de lamancha urbana en donde actualmente se presenta esta problemática.


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Descripción del fenómeno de subsidencia del suelo

La subsidencia es un fenómeno que tiene lugar debido a la extracción desólidos o fluidos del subsuelo, que se manifiesta en la compactaciónpaulatina o súbita de la masa de suelo de la cual se extraen éstos. Enparticular, el fenómeno de la subsidencia se observa frecuentemente encuencas sedimentarías debido a la extracción de grandes volúmenes deagua del subsuelo. Frecuentemente los hundimientos generan fallamientoso agrietamientos que dañan la infraestructura urbana. Existen muchasevidencias que indican que los agrietamientos se desarrollan comúnmentesobre estructuras geológicas sepultadas por capas de sedimentos (p.e.Jachens y Holzer, 1979; Rojas et al., 2002 entre otros). La identificación delas irregularidades del lecho rocoso es por lo tanto clave para la ubicaciónde zonas potencialmente propicias a fallamiento de suelo. De aquí sededuce que tanto la configuración geométrica del lecho rocoso así como suubicación a profundidad son factores importantes para evaluar lamagnitud de las deformaciones en la masa de suelo sobre la cual se llevana cabo los desarrollos urbanos. La Figura 2 muestra esquemáticamentetres configuraciones del lecho rocoso que pueden generar fallamientos desuelo si el nivel piezométrico desciende debajo de un nivel crítico. Ademásde un basamento irregular, el fallamiento depende de factores tales comoel espesor del acuífero, el potencial de consolidación del suelo y laresistencia a la falla del material granular entre otros.

Las zonas de talud se ubican principalmente en los flancos Oeste-suroestey Este del valle de SLP (Figura 3) en tanto que las zonas de escalón yprotuberancia basal se ubican en la parte central del valle. En particular,la zona de agrietamientos que se manifiesta en la mancha urbana de SLP-SGS se localiza en el sector poniente (líneas rojas, Figura 3). Es en estaárea que ha sido detectada la presencia de una falla geológica sepultadabajo depósitos sedimentarios que constituyen el sistema acuífero del cualse extrae una buena parte de los recursos hidrológicos del valle.

Parte fundamental del presente estudio fue determinar la morfología delbasamento en la zona urbana del valle, así como el espesor de la capa dematerial compresible que constituye el sistema acuífero, el cual seencuentra bajo un régimen de extracción intenso (162 millones de metroscúbicos por año según datos de la CNA).


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Figura 2.- Configuraciones del lecho rocoso que pueden generaragrietamientos de suelo en el Valle de SLP: 1) Zona de talud, 2) Zona deprotuberancia basal, 3) Zona de escalón y 4) bordes de paleocauses. Lasflechas indican la dirección de los esfuerzos sobre la masa de suelo y laspequeñas líneas verticales las zonas de agrietamientos.

Adicionalmente otra parte de este trabajo se enfocó a determinar lascaracterísticas mecánicas de los materiales del relleno y de la formaciónrocosa que le subyace. Esta última se considera que se comporta como unmaterial no-compresible para fines de subsidencia. Es a partir delmodelado numérico de la deformación del estrato acuífero compresible quese obtienen los valores de los esfuerzos verticales y horizontales quegeneran los agrietamientos de suelo para la zona urbana de SLP-SGS.

Metodología aplicada

De manera sintetizada, el procedimiento seguido en el desarrollo de estetrabajo comprende cuatro tipos de actividades principales mutuamentecomplementarias:

1) Levantamientos geológico regional y urbano, éste último de mayordetalle en tanto que se requiere para la elaboración del inventario yrecopilación de las zonas de agrietamientos existentes.


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Figura 3.- Distribución aproximada de A) las zonas de talud (enmarcadaspor líneas azules) ubicadas en los flancos del valle y B) las zonas probablesde escalón y protuberancia basal (enmarcadas con línea amarilla). La zonamarcada con la letra C corresponde al cause del Río Santiago. Lasmárgenes de los paleocauses son también zonas propicias a hundimientosdiferenciales y por lo tanto de riesgo de agrietamientos. Las líneas rojasindican los fallamientos y agrietamientos de suelo.

2) Levantamientos geofísicos (gravimetría y refracción sísmica) con elpropósito de identificar las irregularidades del basamento no compresible aescala urbana y regional, así como determinar las propiedades mecánicasde los suelos.

3) Modelado numérico para definir las zonas de mayor tensión ydeformación del suelo en la zona urbana y para evaluar la magnitud de losdesplazamientos que generan los agrietamientos.


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4) Instalación y nivelación periódica de testigos permanentes en el valle, locual permite el monitoreo de los hundimientos a mediano plazo y lacalibración de los modelos de predicción obtenidos.

La realización de éstos trabajos involucró la participación de un grupointerdisciplinario que incluye dos geólogos, dos geofísicos, un ingenierocivil y un hidrólogo, así como personal especializado, principalmenteestudiantes de posgrado de las dos instituciones académicas participantes.Los trabajos realizados tanto en el campo como en la oficina requirió de lautilización de instrumental y software especializado. Entre los equipos quese utilizaron están un Gravímetro Scintrex CG-3/3M, un equipo derefracción sísmica Geometrics GEODE, una Estación Total SOKKIA, unnivel laser SOKKIA LP30A, GPS de precisión Trimble Geoexplorer 7500 ysoftware desarrollado en la propia UNAM (Pacheco et al., 2006) tanto parael procesamiento de datos gravimétricos como para el modelado de lasubsidencia entre otros.

Resultados del estudio Geológico

Geológicamente el área de estudio se encuentra ubicada en lo queregionalmente se conoce como Campo Volcánico de San Luis Potosí(CVSLP), en el extremo norte de una fosa tectónica local conocida comoGraben de Villa de Reyes. El Valle de San Luis Potosí representa unadepresión que contiene una columna considerable de rellenos aluvialescompuestos por productos volcánicos retrabajados y en generalsedimentos continentales. El piso rocoso esta constituido comúnmente porriolitas, que son rocas volcánicas extrusivas de composición ácida y degrano muy fino. La única actividad volcánica antes de este evento estárepresentada por derrames andesíticos del Eoceno que descansandiscordantemente sobre rocas cretácicas o sobre sedimentos continentalesde la Formación Cenicera del Paleoceno-Eoceno. Existen además extensosflujos de ceniza riolíticos, derrames de lava riodacíticos y riolíticos connumerosas fuentes.

La tectónica del terciario en el Campo Volcánico de San Luis Potosí(CVSLP) es eminentemente extensional, marcada por la presencia de fosasy pilares tectónicos. La formación de estas fosas sucede después de laextrusión de la mayoría de las rocas volcánicas, pero antes del depósito de


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los volcanoclásticos y flujos de ceniza de la Riolita Panalillo, los cualesrellenaron estas estructuras. En este tiempo empieza un magmatismobimodal el cual está representado por intercalación de basaltos entre rocasfélsicas con basaltos suavemente alcalinos. Existe un hiato entre estasrocas y la emisión de las basanitas de la Joya Honda del Plio-pleistoceno.En general las rocas terciarias son ricas en potasio, pertenecientes a laserie calco-alcalina y se considera que provienen de la cristalizaciónfraccionada de cámaras magmáticas someras, por generación de magmapor fusión parcial de rocas de la corteza en un medio tectónicoextensional, el cual está limitado por fallas normales NNW-SSE y NNE. Laorientación del Graben de Villa de Reyes es NW hacia su porción norte yNE hacia su porción sur.

El espesor de las secuencias cuaternarias en el valle de SLP es muyvariable y está influenciado por el contorno del piso rocoso, variando estede 50 hasta algo más de 500 m (Aguirre Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz,1997). Desde el punto de vista granulométrico los sedimentos delcuaternario que rellenan el valle se componen de fragmentos que vandesde conglomerados y brechas, arenas gruesas, medias y finas hastasedimentos finos como limos y arcillas. Los conglomerados y brechas seencuentran predominantemente hacia los bordes oriental y occidental delvalle, claramente influenciados por las cercanías de las Sierras de Álvarezy Sierra de San Miguelito respectivamente. Estos sedimentos gruesosocurren en forma de fanglomerados y coluviones en los piemontes de lassierras mencionadas. La Figura 4 muestra el mapa geológico urbanocompilado como parte de éste proyecto. La versión escalable de esta cartase proporciona en digital anexa a este reporte.

Debido a que la parte occidental de la mancha urbana (área del Desarrollodel Pedregal, las diferentes zonas que conforman Las Lomas y la zonaUniversitaria hasta el parque de Morales) se encuentra dentro de estaszonas, es de esperarse encontrar bajo una delgada capa de suelo lapresencia de estos conglomerados. Adicionalmente se encuentran algunossedimentos gruesos a lo largo de las camas fluviales (principalmente alargo del Río Santiago y Río Españita), los cuales durante gran parte delaño tienen corrientes importantes que transportaron materiales demedianas fracciones.


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Figura 4.- Carta geológica de la zona urbana de San Luis Potosí y Soledadde Graciano Sánchez, en donde destacan los causes de los ríos Santiago yEspañita y los sedimentos cuaternarios en el centro del valle.

En general los sedimentos clásticos gruesos se pueden dividir en brechas yconglomerados terciarios y cuaternarios. Los primeros se encuentranparcialmente cementados y llegan a tener localmente entre 20 y 100metros de espesor. Con excepción de las zonas influenciadas porcorrientes fluviales, la parte central del Valle de San Luis Potosí seencuentra rellena por sedimentos cuaternarios finos (arenas finas, limos yarcillas), los cuales están comúnmente interdigitados con cuerposlenticulares de conglomerados y arenas gruesas de poca extensión lateral.Es principalmente sobre estos depósitos donde se encuentra la mayorparte de la zona urbana de la Ciudad de San Luis Potosí.


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Resultados de los estudios Geofísicos

Se llevaron a cabo cinco campañas de mediciones gravimétricas enfocadasa tres principales objetivos: 1) elaborar una carta del relieve del basamentohidrológico, el cual se asocia al estrato no-compresible que contiene alsistema acuífero del valle, 2) elaborar una carta de riesgo deagrietamientos a partir del gradiente de la carta de anomalía de Bouguercompleta, y 3) calcular los esfuerzos efectivos y modelar los hundimientosen la masa de suelo en las zonas de la zona urbana más afectadas por losagrietamientos. Los detalles de los procedimientos respectivos se describenen los capítulos subsecuentes de este documento.

La red de estaciones gravimétricas se muestra en la Figura 5 y como sepuede apreciar, comprende mediciones a tres escalas diferentes: a escaladel valle, a escala urbana y a escala local. Las mediciones a escala regionaltuvieron como objeto estudiar la estructura del valle debajo del rellenosedimentario. La Figura 6 muestra una sección geológica a lo largo delperfil regional EW que cruza el valle por la zona urbana, en donde sepuede apreciar la topografía accidentada del valle, típica de una estructurade graben. Estas irregularidades detectadas en el lecho rocoso explican laexistencia de los hundimientos diferenciales que a su vez producen losagrietamientos del suelo. Las mediciones a mayor detalle en la zonaurbana tuvieron como objetivo principal ubicar de manera mas precisa laszonas más propensas a sufrir hundimientos y agrietamientos del suelo apartir de la localización de las principales irregularidades del subsuelo enel área metropolitana. La Figura 7 muestra la carta urbana de anomalíagravimétrica residual la cual indica en tonos rojos y naranjas (máximosgradientes) las zonas con mayor riesgo de ocurrencia de hundimientos yagrietamientos.

Las mediciones gravimétricas a escala local se enfocaron al estudio dezonas específicas que requerían de mayor detalle. Estas zonas fueronseleccionadas sobre la base de los resultados del estudio geológicodetallado a partir del cual se identificaron daños estructurales en obra civily/o agrietamientos incipientes que indicaban posibles zonas de riesgo enproceso de desarrollo.

Se llevaron a cabo estudios en 7 localidades específicas en cada una de lascuales se obtuvo la configuración del lecho rocoso. En 4 de los casos elbasamento muestra irregularidades importantes y por lo tanto estas


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localidades se clasifican como de riesgo para las construcciones a lo largode su traza. La Figura 8 muestra la ubicación de las localidadesestudiadas, en tanto que la Figura 9 muestra un ejemplo de uno de loscasos estudiados.

Figura 5.- Localización de las estaciones gravimétricas en la zona deestudio (puntos negros) y localización de perfiles urbanos detallados (líneasrojas).


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Figura 6.- Perfil geológico del subsuelo a lo largo del perfil EW que cruza elvalle. A lo largo de este perfil se aprecian numerosas irregularidades en ellecho rocoso debidas a fallas geológicas pre-existentes.

Figura 7.- Carta del gradiente horizontal generado a partir de la anomalía deBouguer. Los tonos rojos reflejan las zonas de mayor riesgo de agrietamientospues reflejan los lugares de mayor irregularidad del basamento hidrológico.


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Figura 8.- Ubicación de los perfiles urbanos estudiados a detalle (líneasrojas) en zonas en las que se tiene evidencia de nuevos agrietamientos.


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Figura 9.- Deformaciones horizontales a lo largo del Perfil 11 calculadasutilizando el concepto de esfuerzos efectivos debidos al incrementoaparente en el peso volumétrico para un abatimiento total. Se puedeobservar la ubicación de la zona de grietas existente (triángulo invertido) ydos zonas potenciales que aún no se manifiestan como grietas.

Hundimientos del suelo

Como se mencionó en párrafos anteriores, las principales zona afectadaspor agrietamientos que han sido detectadas en el valle se ubican al nortede la zona urbana en las colonias Aeropuerto, Industrial Aviación y en elBulevar Río Santiago. Otras colonias afectadas son los Reyitos, y Huertadel Real y parte de la zona centro. Al sur-sureste de la ciudad se hanreconocido afectaciones en la zona universitaria, en las cercanías delparque Tangamanga y a lo largo de la zona hotelera en la carretera 57.Edificios públicos afectados son: La Academia Estatal de Policía, elMercado de La Luz, la Iglesia de la Santa Cruz, la Escuela Primaria FederalIgnacio Zaragoza e incipientemente la Escuela Normal del Estado. Larevisión de los distintos casos reportados ha conducido a un registro másdetallado de daños, una mejor definición del fenómeno y la delimitacióndel área del problema. En el Anexo 1, al final de este reporte se incluyeuna síntesis de los nombres proporcionados a las fallas de suelo así comosu orientación y principales calles y avenidas en donde se observan. Eneste mismo anexo se incluyen varios aspectos de los daños que hanproducido varias de ellas. Así mismo, en el Anexo 2, éstas se describencon mayor detalle, en algunos casos identificando las características másnotables de las mismas y el tipo de daños observados en las estructuras.


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Cabe hacer notar que en la descripción de las mismas debe de tenersecuidado en no confundir los agrietamientos observados en las estructurasde los edificios, casas, etc. con los agrietamientos de suelo, que porsupuesto tienen relación unos con otros pero que conceptualmente sondiferentes.

Los daños en las casas consisten de ruptura de pisos y paredes,hundimientos y levantamientos en pisos de las casas y en el pavimento delas calles. También hay ruptura de las tuberías de agua y drenaje. Laruptura de las casas se manifiesta en forma de asentamientos(“hundimientos”) del piso, formación de grietas de tensión paralelas y enescalón. La ruptura de bardas ocurre con asentamiento, torsión (condeformación de ventanas, puertas y barandales) y con ruptura pordesplazamiento a rumbo. La ruptura en las calles afecta el pavimento,provocando hundimientos, pliegues, grietas escalonadas y grietasparalelas. En el bulevar del Río Santiago, el piso y los canales laterales pordonde se encauza el agua negra se rompen continuamente, haciendonecesario realizar reparaciones periódicamente.

Este fenómeno detectado desde ya hace unos 20 años en las casas másantiguas de la Colonia los Reyitos, ocurre a lo largo de líneas deorientación N-W y E-W. La línea de ruptura sigue un patrón burdamenteparalelo a las fallas regionales que están relacionadas a la formación defosas tectónicas. Antes de que fueran urbanizados estos terrenos ya senotaba (aunque de manera ligera) un lineamiento en el lugar donde ahorase manifiestan algunos de los fenómenos. La ruptura afecta la capaendurecida del suelo (“Tepetate”) donde comúnmente se construyen loscimientos de las casas en la ciudad, por lo que no puede tratarse deefectos de mala cimentación o de antiguos cauces de arroyos. Aunque elfenómeno del hundimiento y agrietamiento en el área urbana de San LuisPotosí es relativamente reciente, existen ya algunos reportes y trabajosprevios realizados principalmente por el Instituto de Geología de la UASLP.Aunque la mayoría de estos trabajos son reportes internos, existen yaalgunos publicados y exponen el punto de vista geológico sobre laocurrencia de estos fenómenos. Entre los trabajos que se puedenmencionar están los de Barboza Gudiño et al., 1998; Mata-Segura et al.,2004 y Mata segura y López Doncel, 2004.


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Cuando el nivel piezométrico de un acuífero cae de manera importante y elbasamento rocoso que contiene al acuífero tiene una topografía irregular,entonces los hundimientos del suelo pueden ocasionar desplazamientos enla masa de suelo superficial, ya sea vertical u horizontalmente. En elprimer caso se produce fallamiento del suelo y se manifiesta en forma deescalones en la superficie, en el segundo caso se producen agrietamientos;ambos pueden producir daños severos a la infraestructura.

Figura 10.-Ubicación de testigos topográficos permanentes (puntos rojos) alo ancho del valle. Los testigos en los extremos E y W del perfil constituyenlas referencias que se consideran fijas por estar colocadas sobre rocamaciza. La mancha urbana se representa en color amarillo y losagrietamientos con líneas continuas. Los testigos representados conpuntos verdes fueron también instalados pero aún no han sido nivelados.


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Con el objeto de evaluar la rapidez con la que éstos ocurren además de darseguimiento a los desplazamientos del suelo (verticales u horizontales) porefecto de la extracción de agua en el acuífero del Valle de San Luis Potosí,se instaló una red de 38 testigos permanentes. Cada testigo consiste deuna placa de bronce empotrada en el pavimento (zona urbana) o en rocamaciza (zona suburbana) cada una de las cuales fue numerada y nivelada.

La Figura 10 muestra la distribución del total de testigos topográficosinstalados, cuyo objetivo fundamental es evaluar a mediano plazo lamagnitud de los hundimientos de suelo en las diferentes regiones de lamancha urbana con respecto a las referencias que se consideran fijas enlos flancos del valle. Parte de los testigos se ubicaron a lo largo un perfil deun poco más de 25 km que corta al valle en dirección EW (puntos rojos).En el Anexo 3 se incluyen algunas imágenes de la instalación de lostestigos así como las coordenadas de todos los testigos instalados en elvalle.

En el transcurso del presente proyecto se llevaron a cabo dos nivelacionesde alta precisión con un nivel laser. Las nivelaciones se realizaron durantelos meses de Enero y Abril del año en curso, es decir en un intervalo deaproximadamente cuatro meses.

Figura 11.- Diferencias (en metros) de dos nivelaciones realizadas en unlapso de 4 meses sobre la línea de testigos topográficos a lo ancho del vallede SLP. Los máximos valores medidos (~0.002 m) indican que no hubosubsidiencia en éste periodo.


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Los resultados muestran que si bien el valle se está hundiendo, como lodemuestran los fallamientos y agrietamientos de suelo, la velocidad a laque el hundimiento ocurre no es tan alarmante como en otros valles delcentro del país. La Figura 11 muestra la diferencia entre ambasnivelaciones a lo largo del perfil EW en los dos periodos mencionados, endonde se aprecia una variación insignificante (~ 2 mm) lo cual sugiereestabilidad del terreno en periodos relativamente cortos.

Modelos de subsidencia

Con el objeto de tener una perspectiva regional de las principales zonasque sufren hundimientos en la zona urbana del valle, se llevó a cabo elcálculo de la deformación vertical por efecto de la pérdida de sustentaciónhidráulica causada por un abatimiento del nivel piezométrico. Loshundimientos se calcularon para abatimientos de 50, 100, 150, ..., 700metros utilizando la solución exacta del problema de hundimientos(Capítulo IV, Sección v). Para tal propósito se consideró tanto el efecto enla masa de suelo saturada (acuífero) como en la masa de suelo drenada. Seconsidera que el hundimiento total está dado por la suma de lasdeformaciones verticales de ambos estratos, el parcialmente saturado(Ecuación 22) y el saturado (Ecuación 25). La Figura 12a muestra ladistribución de los hundimientos para un abatimiento del acuífero de 50metros que corresponde aproximadamente a la situación actual. Decimosaproximadamente porque el abatimiento del acuífero en el valle es enpromedio de 35 metros y no de 50, sin embargo esta situación es decualquier modo muy cercana al estado actual del acuífero. Como se puedeobservar las zonas de máximos hundimientos (tonos grises obscuros) sonde 0.50 metros, bajo la suposición de que el nivel freático se encontrabaoriginalmente en la superficie.

Una de las zonas de máximos hundimientos coincide con la zona en dondeactualmente se observan la mayor parte de los agrietamientos observadosen el área urbana. Bajo la misma suposición inicial del nivel freáticosuperficial se calculó la carta de hundimientos para un abatimiento delacuífero de 200 metros, mostrada en la Figura 12b. Esta carta predice quesi el nivel piezométrico desciende hasta los 200 metros, los hundimientosmáximos totales serán de 1 metro y la distribución será como se muestraen esta figura.


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De la diferencia de hundimientos entre los nodos del mallado utilizadopara la generación de las cartas de predicción de hundimientos se calculóla carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo por efecto delos hundimientos (Figura 13). Esta carta se puede visualizar como unacarta de “flujo de la masa”, por lo cual muestra la dirección dedesplazamiento de las partículas de suelo.

Figura 12a.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivelpiezométrico de 50 metros.


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Fgura 12b.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivelpiezométrico de 200 metros


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Figura 13.- Carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo lacual indica la dirección de movimiento de las partículas por efecto de losesfuerzos inducidos por la pérdida de sustentación hidráulica.

Carta de riesgo de agrietamientos

Entre los productos más importantes presentados en este informe seencuentra la carta de riesgo de agrietamientos para la zona urbana delvalle de San Luis Potosí, que en cierta forma representa una primeraaproximación a la predicción de las zonas de riesgo.


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Figura 14.- Carta de riesgo de agrietamientos obtenida a partir delgradiente horizontal de la anomalía completa de Bouguer. Las zonas enrojo son las más propensas a sufrir fallamientos de suelo y por lo tantorepresentan las zonas más críticas para la construcción deinfraestructura.

Esta carta se muestra en la Figura 14, la cual muestra en tonos rojos ladistribución de las zonas más propensas a sufrir agrietamientos por efectode irregularidades en el relieve del basamento hidrológico bajo el régimende extracción actual. Las zonas de tonos naranjas corresponden a sectoresde menos riesgo que los anteriores pero aún de alta probabilidad de


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agrietamientos, en tanto que las regiones con los tonos amarillos y blancoscorresponden a zonas de bajo y extremadamente bajo riesgo de apariciónde fallamiento de suelos. Esta carta se proporciona en formato de AutoCad(dwg) para ubicar con mayor detalle las zonas urbanas bajo riesgo.

Síntesis de Conclusiones

Los fallamientos de suelo en el valle de San Luis Potosí se deben a unacombinación del descenso del nivel piezométrico del acuífero y la presenciade un basamento rocoso irregular.

Los hundimientos diferenciales del suelo generan tensión en la masa desuelo que provoca dos tipos principales de fracturamiento de suelo: a)fallamientos de tensión y b) fallamientos de corte. Los primerosgeneran grietas en el suelo debido a desplazamientos horizontales, entanto que los últimos generan desniveles en el suelo por efecto dedesplazamientos verticales.

Actualmente, la zona que mayor cantidad de fallamientos de suelo coincidecon la zona que registra mayores abatimientos y un basamento hidrológicocon importantes irregularidades.

Existen otras zonas propensas a sufrir fallamientos de suelo, indicadas entonos rojos en la Carta de Riesgos. Este resultado predice espacialmenteen donde surgirán los próximos agrietamientos si no se estabiliza laextracción del sistema acuífero del valle en un futuro próximo.

La carta de riesgo obtenida, es una carta de carácter semi-regional, esdecir, predice espacialmente las zonas de riesgo de agrietamientos, sinembargo, dada la relativamente baja densidad de estaciones gravimétricasaún no es posible predecirlos por calles. Para este propósito se necesitaaumentar en número de mediciones en futuros trabajos, particularmenteen la zona centro en donde se requiere conocer la configuración delsubsuelo para establecer la mecánica de los hundimientos observados.


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Además de los fallamientos de suelo que responden a irregularidades delbasamento, generalmente con orientación NS, existe una familia defallamientos asociada a la presencia de paleocauses, principalmenteorientados EW, es decir, siguiendo la dirección dominante de los antiguoslechos de los principales ríos que drenaban al valle. El fallamiento delsuelo ocurre en los bordes de los paleocauses y se sugiere que elmecanismo de generación es básicamente del mismo tipo que elocasionado por escalonamiento (o fallamiento normal) en el subsuelo, esdecir, por hundimientos diferenciales debidos a diferencias en el espesorde la capa de sedimentos drenados.

A pesar de que las nivelaciones realizadas sobre los testigos muestra que elhundimiento del valle no ocurre de forma acelerada pues en 4 meses seobservan desplazamientos máximos de solo 2 mm, se requiere denivelaciones al menos durante un año para poder evaluar objetivamente lamagnitud de la subsidencia. Recientemente, se realizaron nivelaciones entres puntos a ambos lados de la Falla Aeropuerto después de un periodode 4 años y dos meses con el resultado de que los desplazamientospromedio anuales son de 2 cm en el sector norte (calle Relámpago), 1 cmen el sector central (atrio del Templo de Santa Cruz) y de 0.6 cm en elsector más sureño (Academia de Policía).

Recomendaciones

Para detener la generación de actuales y futuras zonas de fallamientos desuelo la primera y más importante recomendación es tratar de estabilizarel acuífero a mediano plazo a partir de la recarga artificial a través depozos de inyección. El desafío parece complejo, sin embargo el proceso estécnicamente posible construyendo depósitos de captación para almacenaravenidas de escurrimientos en épocas de lluvia para luego inyectarla alacuífero a través de zonas permeables previamente definidas. Esta es unapráctica que se ha llevado a cabo en zonas semiáridas semejantes a la delvalle de SLP con resultados exitosos.

En tanto se estabilizan los hundimientos, es necesario seguirmonitoreando los asentamientos que ocurren en el valle a través denivelaciones periódicas de los testigos instalados al menos tres veces poraño. Se recomienda además que se incremente el número de testigos


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instalados para ampliar la red de monitoreo y contemplar la posibilidad derealizar un estudio de interferometría de imágenes de satélite para éstepropósito, posiblemente con Fondos Mixtos.

Para evitar problemas de contaminación del sistema acuífero a través delas zonas de grietas y fallas existentes se recomienda ubicar los posiblesfocos contaminantes próximos a estas con el propósito de detectar posiblesproblemas de ruptura de ductos (aguas negras, petróleo, etc.), materialespeligrosos de desecho (fabricas, talleres, etc.) o almacenados (p.e.gasolineras). De hecho, las propias grietas son zonas potenciales derecarga artificial siempre y cuando se mantengan protegidas decontaminantes.

Debido a que se detectó que los paleocauses de los ríos que drenaban alvalle son causa también de fallamientos y por lo tanto daño a lasconstrucciones, se recomienda llevar a cabo mediciones geofísicasdetalladas para ubicar con mayor precisión los principales paleocausesque cruzan la zona urbana de SLP-SGS e incorporarlos a la Carta deRiesgo.

Con el propósito de disminuir el impacto en las construcciones futuras,particularmente en las zonas de mayor riesgo (Zona 3 y Zona 4) se requiereactualizar las normas de construcción. Para éste propósito se recomiendallevar a cabo reuniones de consulta entre representantes de la industria dela construcción, autoridades y académicos. Un proceso de este tipo se llevóa cabo en el Estado de Querétaro dando como resultado la modificación dela normatividad para la construcción en las zonas de riesgo.

Algunas recomendaciones prácticas relacionadas con la construcción yremediación en zonas afectadas por los fallamientos que se practican enotras zonas urbanas con problemas semejantes son las siguientes

• Consultar la ubicación del predio en la Carta de Riesgo deFallamientos de Suelo.

• Cartografiar el posible fallamiento en la zona, poniendo especialcuidado en determinar el ancho de influencia de la traza delfallamiento, observando daños visibles a las construccionescontiguas si esto fuera posible.


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• Realizar un estudio geofísico-geológico detallado para verificarque no se construirá sobre la traza de la probable falla. En casode que esto no se pueda evitar y se decida construir (en caso deser autorizado), se recomienda reforzar los cimientos. Losestudios son particularmente necesarios cuando el proyectocontempla la construcción de grandes edificaciones en terrenosmayores a los 500-1000 m2.

• Diseñar el proyecto de construcción de acuerdo a las condicionesdel terreno, dejando la zona de riesgo como áreas verdes o para laedificación de construcciones ligeras bien reforzadas en sucimentación.

• Para las construcciones dañadas se recomienda hacer cortes a laestructura para dividir la construcción en dos partes las cuales semoverán de forma independiente con los bloques generados por elagrietamiento. Las juntas, resultado de los cortes pueden sersimuladas por algún elemento estructural.

Por último, se recomienda la creación de una “Comisión de Grietas yRecarga del Acuífero”. En ciudades como Aguascalientes, se tiene uncomité de grietas que funciona muy bien, sin embargo no incluye lacomponente de recarga, esencial para la estabilización de loshundimientos. Posibles fuentes de financiamiento son los apoyos de losFondos Mixtos o sectoriales de Conacyt o bien de la creación de unfideicomiso. La composición de dicha comisión debe incluir representantesdel sector de la construcción, de las autoridades competentes y del sectoracadémico. Entre otras posibles actividades asignadas estarían lassiguientes:

• Monitorear y actualizar las grietas y la posible aparición de nuevosagrietamientos o hundimientos que pudieran presentarse.

• Coordinar la elaboración de una Carta de Riesgo de contaminaciónrelacionado con los agrietamientos y fallamientos de suelo.

• Coordinar el desarrollo y promoción de un proyecto de recargaartificial y, en caso de llevarse eventualmente a cabo, monitorear larecuperación del acuífero a partir de las nivelaciones de testigos o dela interferometría de imágenes de satélite.


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III.- MARCO GEOLÓGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO

i.- Localización y marco geológico

Geológicamente el área de estudio se encuentra ubicada en lo queregionalmente se conoce como Campo Volcánico de San Luis Potosí(CVSLP), en el extremo norte de una fosa tectónica local conocida comoGraben de Villa de Reyes. El Valle de San Luis Potosí representa unadepresión que contiene una columna considerable de rellenos aluvialescompuestos por productos volcánicos retrabajados y en generalsedimentos continentales con espesores que oscilan entre los 50 a 500 mhasta el piso rocoso. El piso rocoso esta constituido comúnmente porriolitas, que son rocas volcánicas extrusivas de composición ácida y degrano muy fino, de edad Oligoceno, de alrededor de 26 a 31 millones deaños (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz 1997).

La única actividad volcánica antes de este evento está representada porderrames andesíticos del Eoceno que descansan discordantemente sobrerocas cretácicas o sobre sedimentos continentales de la FormaciónCenicera del Paleoceno-Eoceno. Existen además extensos flujos de cenizariolíticos, derrames de lava riodacíticos y riolíticos con numerosas fuentes.La tectónica del Terciario en el Campo Volcánico de San Luis Potosí(CVSLP) es eminentemente extensional, marcada por la presencia de fosasy pilares tectónicos. La formación de estas fosas sucede después de laextrusión de la mayoría de las rocas volcánicas, pero antes del depósito delos volcaniclásticos y flujos de ceniza de la Riolita Panalillo (26.8 Ma,Labarthe Hernández et al., 1982), los cuales rellenaron estas estructuras.En este tiempo empieza un magmatismo bimodal el cual está representadopor intercalación de basaltos entre rocas félsicas, que continúan despuésde los 26 Ma, con basaltos suavemente alcalinos. Existe un hiato entreestas rocas y la emisión de las basanitas de la Joya Honda del Plio-pleistoceno. En general las rocas terciarias son ricas en K, pertenecientes ala serie calco-alcalina y se considera que provienen de la cristalizaciónfraccionada de cámaras magmáticas someras, por generación de magmapor fusión parcial de rocas de la corteza en un medio tectónicoextensional, el cual está limitado por fallas normales NNW-SSE y NNE. Laorientación del Graben de Villa de Reyes es NW hacia su porción norte yNE hacia su porción sur. Como base geológica del área de trabajo se utilizóel estudio de Labarthe-Hernández et al., (1982), además de corteslitológicos de pozos profundos localizados en el área de estudio (AguirreHernández, 1992).


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ii.- Geología del relleno cuaternario del Valle de SLP

Trabajos sedimentológicos que describen la litología y granulometría de lassecuencias cuaternarias que rellenan el Valle de San Luis Potosí son muyescasos. Estos se limitan únicamente a breves descripciones de los“recortes” tomados durante las perforaciones de pozos y normalmenteestas descripciones utilizan términos descriptivos que no dan indiciossobre su génesis y mecanismo de depositación (p.e. Tepetate). Sin embargoestas descripciones han servido como herramienta para interpretar yreconstruir el contorno del piso rocoso que se encuentra bajo el rellenocuaternario (Aguirre Hernández, 1992). El espesor de las secuenciascuaternarias es muy variable y está lógicamente influenciado por elcontorno del piso rocoso, variando este de 50 hasta algo más de 500 m(Aguirre Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz 1997).

De acuerdo al aspecto granulométrico de los sedimentos del cuaternarioque han rellenado el valle, estos se componen en fracciones que van desdeconglomerados y brechas, arenas gruesas, medias y finas hastasedimentos en fracciones de limos y arcillas. Como es de esperarse losconglomerados y brechas se encuentran predominantemente hacia losbordes oriental y occidental del valle, claramente influenciados por lascercanías de las Sierras de Álvarez y Sierra de San Miguelitorespectivamente (ver mapa geológico). Estos sedimentos gruesos ocurrenen forma de fanglomerados y coluviones en los piemontes de las sierrasmencionadas. Debido a que la parte occidental de la mancha urbana (áreadel Desarrollo del Pedregal, las diferentes zonas que conforman Las Lomasy la zona Universitaria hasta el parque de Morales) se encuentra dentro deestas zonas, es de esperarse encontrar bajo una delgada capa de suelo y /o arcillas, la presencia de estos conglomerados. Adicionalmente seencuentran algunos sedimentos gruesos a lo largo de las camas fluviales(principalmente a largo del Río Santiago y Río Españita), los cualesdurante gran parte del año tienen corrientes importantes quetransportaron materiales de medianas fracciones. En general lossedimentos clásticos gruesos pueden ser divididos en dos tipos:

1.- Brecha-Conglomerado terciario: Aflora al pie de la Sierra de Álvarez, ySierra de San Pedro al Este de la Ciudad de San Luis Potosí. Se trata deun conglomera polimíctico (clastos de rocas volcánicas y sedimentarias decarbonatos, areniscas y lutitas), cuyos componentes muestrangranulometrías que varían de gravas hasta guijarros. Estos se encuentrande subangulosos (brechas) a subredondeados (conglomerados) y están


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contenidos en una fábrica soportada en granos, lo cual sugiere unarelativa pobreza en matriz. La matriz es principalmente arena fina y limos,parcialmente litificados. Los conglomerados y brechas terciarias seencuentran parcialmente cementados y llegan a tener localmente entre 20y 100 metros de espesor. Por su posición estratigráfica y determinacionespalinológicas se le ha asignado una edad del Eoceno y es llamada en laliteratura como Conglomerado Cenicera. (44 Ma, Labarthe-Hernández yTristán-González, 1995).

2.- Brecha-Conglomerado Cuaternario: Estos sedimentos se encuentranbien expuestos al Oeste de la ciudad de San Luis Potosí, a los pies de laSierra de San Miguelito y localmente en los bordes de la Sierra de SanPedro (ver mapa geológico). Estos sedimentos se presentan polimicticos,predominantemente con clastos de rocas volcánicas de diferentescomposiciones, así como algunos epiclásticos retrabajados. Sugranulometría varía de bloques (Figura 15), gravas a guijarros enmorfologías predominantemente angulares hasta subredondeados. Lamatriz es principalmente de la fracción de limos y arcillas. La fábrica deestos sedimentos es mayormente soportada en matriz y se encuentranlocalmente en su base bien cementados. Muestran gradación eimbricación. Estos conglomerados y brechas conforman el coluvión(fanglomerados) productos de las zonas proximales de los abanicosfluviales que salen de las Sierras antes mencionadas.

Con excepción de las zonas influenciadas por corrientes fluviales, la partecentral del Valle de San Luis Potosí se encuentra rellena por sedimentoscuaternarios finos (arenas finas, limos y arcillas), los cuales estáncomúnmente interdigitados con cuerpos lenticulares de conglomerados yarenas gruesas de poca extensión lateral. Es principalmente sobre estosdepósitos donde se encuentra la mayor parte de la zona urbana de laCiudad de San Luis Potosí. Los sedimentos de fracciones finas pueden serigualmente separados en dos tipos, de acuerdo a sus mecanismos dedepositación y de su granulometría.

1.- Depósitos cuaternarios fluviatiles: Estos se encuentran a lo largo de lascamas de los ríos y paleoríos que se encuentran dentro del valle. Estosmuestran un flujo preferente SW-NE, y muestran variacionesgranulométricas que van de arenas gruesas (al SW) hasta arcillas (al NE).Estos incluyen los dos ríos principales que cruzan casi totalmente el Vallede San Luis Potosí, que son los ríos Santiago y Españita.


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Figura 15.- Conglomerado Cuaternario (Parque de Morales) con clastossubredondeados de varios decímetros de diámetro

Ambos sistemas fluviales muestran secuencias de arenas gruesas, congradación normal, que pasan transicionalmente a limos y arcillas.Localmente se interdigitan horizontes de material grueso en forma delentes de conglomerados depositados a lo largo de paleocanales. Estassecuencias se repiten rítmicamente indicando variaciones en los caudalesy la energía de acuerdo a cambios estacionales y/o épocas de lluvias.Mineralógicamente las arenas se componen predominantemente de granosde cuarzos subangulosos a subredondeados y en menor cantidad otrosgranos líticos (granos detríticos de rocas volcánicas) en las mismasfracciones. La matriz es limosa hasta arcillosa y su contenido tiende aaumentar, en algunos casos hasta ser el material principal del depósito,hacia las partes centrales del valle.

2.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajados: Estosocupan el mayor volumen y distribución en el Valle de San Luis Potosí. Secomponen principalmente de arenas finas, limos y arcillas, todas casiexclusivamente de origen volcánico (epiclásticos). Los depósitos son enforma de rítmicos horizontes potentes (hasta 20 m de espesor) ycompactos, con contactos planos (no erosivos), y localmente con contactos


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erosivos gradados comúnmente discordantes y/o cruzados rellenandopaleocanales de variable distribución lateral (Figura 16), que soncompuestos de material volcánico en la fracción de los limos y arcillasdonde repetidamente flotan escasos líticos de rocas volcánicas(normalmente menos del 10%), en tamaños de 1 a 2 cm en formasredondeadas a subangulares. La matriz esta compuesta en su mayoría porfragmentos de cristales y ceniza la cual normalmente se encuentraoxidada, lo que da un tono rojizo a los depósitos. Es común encontrardelgadas vesículas, las cuales indican escape de líquidos, así comodelgados horizontes de material arenoso con laminación cruzada ylaminar. Estos depósitos son el producto de la erosión de rocas volcánicastransportadas por agua en flujos laminares y parcialmente turbulentoscon gran contenido de agua (hiperconcentrados), lo cual evidencia que elValle de San Luis Potosí fue continuamente cubierto por importantes flujosde lodo transportados por crecientes de ríos e inundaciones.

Figura 16.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajadosde varias decenas de metros de espesor. Se reconocen horizontescompactos cortados por canales rellenos de sedimentos gradados (Zona alE de Arboledas del Aguaje)


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iii.- Estratigrafía

La columna estratigráfica de las rocas aflorantes en el área de estudiocomprende tanto sedimentos marinos del Cretácico, rocas volcánicasextrusivas e intrusivas del Cenozoico así como depósitos de sedimentosrecientes, las cuales se describen a continuación (Figura 17).

Formación La Peña

FormaciónCuesta del Cura

Formación Indidura

Formación Caracol

Formación Cenicera

Andesita Casita Blanca

Latita Portezuelo

Riolita San Miguelito

Ignimbrita Cantera

Riloita Panalillo

Basalto Cabras

Aluvión

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Columna

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Era Época Ma

Maastrichtiano

Santoniano

Coniaciano

Cret

ácic

o

MiocenoPlioceno

Pleistoceno

Infe

rior

Supe

rior

Edad

Aptiano

Holoceno

Albiano

Paleoceno

Eoceno

Oligoceno

Mes

ozoi

coC

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oico

Seno

niano

Turoniano

Cenomaniano

Periodo

Terc

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Pale

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99

65

54.8

23.8

1.8

Figura 17.- Corte estratigráfico del área de estudio (modificada de Labartheet al.,1982)

CRETÁCICO INFERIOR: Formación La Peña (Kip)

En el área de estudio La Formación La Peña (Imlay, 1936), afloraprincipalmente al nororiente del poblado de Cerro de San Pedro, en el ejedel anticlinal de la Sierra de San Pedro. Consiste en una caliza de colorgris oscuro a claro, los estratos presentan espesores que en forma generalvan de 40–50 cm intercalados con lentes de pedernal negro a castaño,contiene bastante vetillas de calcita y argilización, presenta oxidación ysilicificación, nódulos de hematita y estilolitas. El espesor de la FormaciónLa Peña dentro del área de estudio no se conoce por no aflorar su base,además de estar muy plegada, aunque de acuerdo al estudio de Labarthe-Hernández et al., (1982) se le estiman 225 m. La Formación La Peñasubyace concordantemente y transicionalmente a la Formación Cuesta del


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Cura. Esta formación fue depositada en aguas profundas y tranquilas, deuna cuenca relativamente profunda.

CRETÁCICO MEDIO: Formación Cuesta del Cura (Kcc)

La Formación Cuesta del Cura (Imlay, 1936), dentro del área de estudioaflora principalmente en su porción norte y nororiental, en el anticlinal deSan Pedro, y en algunas ventanas al sureste del área Aquí consiste encapas de caliza por color gris claro intercaladas con lutitas de color café aocre, los espesores de los estratos de caliza varían desde 2 a 3 cm. y de 10–20 cm. Es común encontrar bastante vetilleo de calcita sobre todo en losplanos de los estratos de caliza, así como lentes de pedernal color crema anegro y en algunas ocasiones boudinages. Su espesor dentro del área deestudio no se pudo medir por no aflorar su base además de ser unaformación muy plegada, sin embargo se le estima un espesor no menor de200 m. En localidades al norte del área de estudio, en la Sierra del Coro, laFormación Cuesta del Cura es sobreyacida concordante y transicional porla Formación La Peña y subyace a la Formación Indidura también con uncontacto concordante y transicional. La litología y el contenido fósil de laFormación Cuesta del Cura indica un depósito en aguas tranquilas enforma de lodos calcáreos en una cuenca profunda.

CRETÁCICO SUPERIOR: Formación Indidura (Ksi)

La Formación Indidura (Imlay, 1936), aflora al nororiente del área deestudio sobre todo al poniente de Jesús María y Monte de Caldera. Aquíconsiste de una intercalación de calizas y lutitas en estratos de 10–25 cm.Presenta intenso vetilleo de calcita y algo de oxidación; en algunas partesla caliza se encuentra recristalizada y contiene pedernal de color negro elcual disminuye marcadamente hacia la parte superior. En el área deestudio, La Formación Indidura sobreyace concordantemente ytransicional a la Formación Cuesta del Cura y subyace discordantemente ala Ignimbrita Santa María. Es un depósito de tipo transgresivo que vadesde la parte superior de la subzona epibatial en contacto con laFormación Cuesta del Cura, hasta la subzona infralitoral en su partesuperior.


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TERCIARIO INFERIOR (Paleoceno-Eoceno): Formación Cenicera (Tc)

Labarthe-Hernández et al (1982), le dan el nombre formal de FormaciónCenicera, la cual se encuentra bien expuesta en el arroyo de la Ceniceralocalizado al oriente de Villa de Reyes, S.L.P., considerándose su localidadtipo. Aquí consiste de una secuencia de conglomerados, areniscas pococonsolidadas limos y arcillas que en general presentan una variaciónlateral fuerte, cambiando de conglomerados a zonas arcillo-limosas.Dentro del área de estudio aflora principalmente al NE del Cerro deChiquihuitillo y al sur de Monte de Caldera. La Formación Cenicerosobreyace discordantemente a las rocas marinas del Cretácico de laFormación Indidura y subyace a las unidades de rocas volcánicas delCenozoico que afloran en el área de estudio. Su espesor en el área deestudio es de 20 a 100 m (Labarthe-Hernández et al., 1982). Estossedimentos clásticos del Terciario inferior se depositaron en cuencasintermontañas mas o menos aisladas, en general con poco transporte,dando lugar a una molasse continental.

EOCENO (44.1 ± 2.2 Ma): Andesita Casita Blanca (tcb)

La Andesita Casita Blanca (Labarthe-Hernández et al., 1982), tiene sulocalidad tipo en las inmediaciones de la ranchería de Casita Blanca.Aflora de manera irregular en el área de estudio en forma de ventanassiendo su presencia más notable en el Cerro los Metateros y Cerros elPicacho, los cuales se encuentran situados al NE del área. Consiste en unaroca de color gris oscuro verdoso, de textura porfíritca ± 5% defenocristales de 1-2 mm. de biotita y de 3% de plagioclasa de 1-2 mm. enmatriz afanítica; contiene cuarzo y ferromagnesianos alterados a óxidos dehierro. Su espesor en el área de estudio es de 20 a 30 m. En el cerro de losMatateros (Labarthe-Hernández et al., 1982). le asignan un espesor de 64m y al norte de San martín de Abajo, S.L.P, Garza Blanc (1978) le da unespesor de 120 m. La andesita Casita Blanca sobreyace discordantementea las Formaciones Indidura y Cenicera, subyace a la Latita Portezuelo; alMiembro Superior de la Riolita Panalillo y a la Ignimbrita Santa María; aestas dos últimas con un vitrófido en su base.


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OLIGOCENO: Ignimbrita Santa María (Tis)

La Ignimbrita Santa María (Labarthe-Hernández et al., 1982), tiene sulocalidad y sección tipo en los cerros inmediatamente al norte de la Ciudadde San María del Río, S.L.P., en donde se encuentra bien expuesta. En elárea de estudio aflora sobre todo en el Cerro de Chiquihuitillo, al sur delmunicipio de Cerro de San Pedro; Cerro Santo Niño, Cerro del Frente al SEdel área de estudio, así como en el Cerro Los Metaleros. Esta unidad seidentifica por ser una roca color gris rosáceo con 30-40% de fenocristalesde cuarzo subhedral y sanidino euhedral de 2-5 mm. Contiene magnetitaalterada generalmente a hematita como mineral accesorio en la matrizdesvitrificada y en cuya parte superior del flujo presenta una estructuracolumnar muy notable. Su espesor en el área de estudio, en las cercaníasdel Cerro de San Pedro es de 30 m, aunque Labarthe-Hernández et al(1982), le dan un espesor de 60 m en el Arroyo de la Cenicera y en susección tipo 81 m aflorando sin conocer su base. Sobreyacediscordantemente a la Formación Cenicera y a la Andesita Casita Blanca.Subyace a la Latita Portezuelo y a la Riolita Panalillo.

OLIGOCENO (30.6 ± 1.5 Ma): Latita Portezuelo (Tlp)

Labarthe-Hernández et al., (1982) le dan el nombre formal de LatitaPortezuelo, estando ubicada su localidad tipo en los cerrosinmediatamente al oriente del poblado de Portezuelo, S.L.P. La latitaPortezuelo es la roca volcánica que se encuentra mejor expuesta, sobretodo en los cerros de Portezuelo, Cuesta de Campa, Cerro El Tigre, CerroGordo, Cerro Las Peñas, Cerro del Frente y Cerro Santo Niño. Consiste deun derrame de lava, de color café grisáceo con matriz afanítica, presenta10-15% de fenocristales de sanidino y andesina de 2-6 mm, euhedralessubhedrales y contiene cuarzo subordinado. Su matriz consiste demicrolitos de plagioclasa; los minerales accesorios principalmente sonmagnetita, circón y apatita. Su espesor en el área de estudios se desconocepor no aflorar su base, aunque Labarthe-Hernández et al., (1982),menciona un espesor de 446 m en el pozo de agua PSLO-2 en el pobladode Enrique Estrada al NW de este estudio. La Latita Portezuelo sobreyace alas formaciones marinas, La Peña, Cuesta del Cura, Indidura así como a laAndesita Casita Blanca. Subyace a la Riolita Panalillo, siendo el contactode esta última con la Latita Portezuelo un vitrófido de 1-2 m de espesor.


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TERCIARIO (Oligoceno 30.0 ± 1.5 Ma): Riolita San Miguelito (Tsmb, Tsmo,Tsm, Tsmc)

Fue puesta formalmente por Labarthe et al. (1982) considerando sulocalidad tipo en la estribación norte de la Sierra de San Miguelito,bordeando el valle de la Ciudad de San Luis Potosí. Ocupa gran parte delárea estudiada, aflorando en las porciones central poniente, sureste y sur.Consiste de una toba pobremente estratificada, con cierta gradación, conabundancia de líticos de areniscas (Fm. Caracol?) y la Latita Portezuelo; suespesor es de 10 a 20 m. Sobre la tefra basal aflora en forma lenticularuna zona de brecha que consiste de fragmentos angulares de 3 a 60 cm devitrófido negro y gris oscuro verdoso, en matriz de fragmentos finos yceniza de color crema amarillento. Arriba de las brechas de desintegracióny/o del vitrófido masivo, está lo que es la porción central de los flujos delava riolíticos que consisten en una roca de color gris claro a gris rosáceo,de textura holocristalina, porfirítica, con matriz. Transicionalmente sobrela riolita desvitrificada de la porción central de los flujos de lava, apareceun caparazón que consiste de una mezcla de materiales piroclásticos yvitrófido negro o gris oscuro verdoso. La Riolita San Miguelito sobreyace ala Latita Portezuelo con los contactos descritos.

TERCIARIO OLIGOCENO (29.0 ± 1.5 Ma): Ignimbrita Cantera (Tic, Tics).

Propuesta por Labarthe et al., (1982), considerando su localidad tipo en elArroyo de la Cantera, localizado a 2.5 km al NE del poblado de Arroyos,S.L.P. Aflora en la porción central y N del área, ocupando una depresióntopográfica entre los domos del Cerro Grande al NE y del cerro del Potosí alSW. Se trata de tobas de flujos de ceniza, que se han dividido de acuerdo asu grado de soldamiento en: sin soldar (Tic) y bien soldada (Tics). Elespesor de toda la Ignimbrita Cantera, incluyendo su base sin soldar, esdel orden de 350 m. En el Valle de San Luis el pozo para agua IMMSA,localizado al W de la ciudad Capital, cortó 343 m, que con un echadosupuesto de 15° NE, da un espesor real de 331 m. Sobreyace con loscontactos descritos a la Latita Portezuelo y a la Riolita San Miguelito ysubyace al miembro inferior de la Riolita Panalillo y en ocasionesdiscordantemente al Conglomerado Halcones.


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OLIGOCENO (26.9 ± 1.3 Ma): Riolita Panalillo (Trp)

Labarthe-Hernández et al., (1982), propone formalmente el nombre deRiolita Panalillo. (Trp), (Tap). Su localidad tipo se ubica a 14 km al orientede la Ciudad de San Luis Potosí a 0.5 km al poniente del poblado dePanalillo, S.L.P. Los afloramientos dentro del área de estudio son muyaislados, siendo la parte más importante en su localidad tipo, al ponientedel poblado de Panalillo. Consiste de dos miembros de acuerdo a Labarthe-Hernández et al., (1982). El Miembro Inferior (Tap) consiste de una toba decolor crema a ligeramente rojiza, estratificada y gradada con capas de 5-30cm. El Miembro Superior (Trp), consiste de dos unidades, una ignimbritade color rojizo café claro a roca claro y el miembro superior es unaignimbrita de color gris rosáceo, café o gris con 10-15% de fenocristales decuarzo, sanidino de 1-4 mm y algunas plagioclasas en una matrizdesvitrificada. La parte inferior del miembro superior presenta un sistemade juntas horizontales y la ignimbrita esferolítica se presenta en formacolumnar formando mesetas planas. El espesor de la Riolita Panalillo en elárea de estudio es de 20 m en la localidad tipo (Panalillo). La RiolitaPanalillio sobreyace discordantemente a la formaciones Indidura yCenicera con un vitrófido lenticular de 0.5-2 m, a la Latita Portezuelo convitrófido de 1-3 m. En general no se encuentra cubierta por otras rocas enel área de estudio.

CUATERNARIO: Pumicita del Desierto (Qd)

Labarthe-Hernández et al, (1982) proponen su nombre formacional. Susafloramientos dentro del área de estudio, son muy pequeños y aisladossobre el Río Colorado, al oriente del Cerro Los Metateros, aunque su mejorexposición es su localidad tipo en las cercanías de la Iglesia del Desierto enla Hoja Tepetate (Labarthe-Hernández y Tristán-González, 1979). LaPumicita del Desierto consiste en un delgado horizonte de ceniza volcánicamuy fina de color blanco, mal consolidada y muy ligera. Vista almicroscopio se observa que es un vidrio volcánico con 2-3% de cristales defeldespato. En general se encuentra bien estratificada con estratificacióncruzada. Su espesor es de 3-5 m aunque en su localidad tipo en lascercanías de la Iglesia del Desierto, Hoja Tepetate, el espesor es de 0.5-2.5m (Tristán-González, 1979).


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CUATERNARIO: Sedimentos semiconsolidados, Colusión y Aluvión (Qal)

El subsuelo de la parte central del Valle de San Luis Potosí ha sidointerpretado en su estructura y composición, por medio de la descripciónde cortes de pozos (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz, 1997). Losdepósitos de sedimentos de relleno del valle, incluyendo los más recienteso superficiales en el terreno, son eminentemente de origen volcánico,derivados de las formaciones de este tipo que ocurren en las sierrasaledañas, sin embargo es de resaltar que han sido transportados ydepositados por corrientes superficiales tranquilas y ocasionalmenteturbulentas, que confluyen y han provocado inundaciones en el valle. Estasituación es probablemente la misma en muchas zonas ya urbanizadas.En el Anexo 4 se muestran las correlaciones estratigráficas en dos zonasdel valle obtenidas a partir de litología de pozos.

Aguirre-Hernández (1992), en su sección B-B’ orientada N 65° E muestraen la zona la estructura de fosa tectónica o graben, desde los afloramientosde la Ignimbrita Cantera (Oligoceno, 29 Ma) sobreyaciendo a la LatitaPortezuelo (Oligoceno, 30.6 Ma), apreciándose la primera falla normal en lazona de la vía del ferrocarril a México, para continuar hacia el noreste, enla zona de Mexinox y la Autopista a México, sobre un bloque hundido conel fondo del piso rocoso del valle a una profundidad de 160 m en promedio.Finalmente en la parte central del valle se aprecia el bloque con mayorhundimiento. En esta zona, como lo muestra el pozo “Ciudad 2000”, laprofundidad del piso rebasa los 250 m, para elevarse hasta los 80 a 100 men la zona de La Florida al oriente de la ciudad, a consecuencia de lapresencia de un lóbulo de un domo de la Latita Portezuelo. La falla normalque separa este bloque hundido del hombro oriental del graben presentaun salto vertical total que rebasa los 500 m, al oriente de Jassos.

Según el plano de conformación del piso rocoso del Valle de San LuisPotosí (Martínez-Ruiz, 1997), la isopaca mayor de los depósitos de rellenodel valle, es de 400 m. Únicamente hacia el norte, en el subsuelo de lacabecera municipal de Soledad de Graciano Sánchez, se observa un bajodel piso rocoso que rebasa los 500 m. Cinco pozos representativos al nortede la ciudad de San Luis Potosí, fueron utilizados para obtener unadescripción litológica del subsuelo. De acuerdo a su descripción estos secomponen de una capa de suelo superficial de pocos centímetros deespesor seguido por una gruesa capa de relleno residual, es decirsedimentos retrabajados, principalmente de origen volcánico, así comodepósitos aluviales, los cuales en la porción más occidental (Pozo Morales-


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Polvillo), tienen un espesor de 300. El menor espesor de este rellenoresidual se encuentra en la zona de Jacarandas donde éste alcanza sololos 160 m, en un posible alto estructural del piso rocoso del valle.

El lecho rocoso se compone de rocas volcánicas conocidas comoignimbritas y latitas. Importante es hacer notar la diferencia marcada enlos espesores de la capa de sedimentos residuales, lo cual indica unanotoria diferencia en las profundidades donde aparece el lecho rocosoconsolidado, lo que da un claro indicio de la presencia de fallas geológicasen el subsuelo (fallamiento extensivo del tipo “Normal”), que originaronprevio al relleno del valle, un paleorelieve.

iv.- Piezometría y basamento hidrológico

A partir de la información existente proporcionada a través del Municipiode SLP por INTERAPAS se llevó a cabo la elaboración de la carta deabatimientos del nivel estático del sistema acuífero del Valle de San LuisPotosí. La Figura 18 muestra los niveles de abatimiento ocurridos en unperiodo de 30 años (1971-2001) cuyos valores máximos alcanzan los 50metros, es decir mayor a 1.5 m/año en una zona centrada en el Saucito.En ésta misma figura se han sobrepuesto las zonas de fallamiento de suelo(líneas negras punteadas).

Como se puede observar, existe un cono de abatimiento muy bienlocalizado que se ubica en la zona centro poniente del valle. A pesar de quepudiera pensarse que el abatimiento no ha sido tan severo como en otrascuencas tectónicas, como en la zona del Bajío en donde se observanabatimientos medios anuales de alrededor de 3 m/año, el abatimientoacumulado desde 1970 es en promedio de unos 35 metros en esta zonadel valle. Coincidentemente a la zona de mayor abatimiento se ubicatambién la zona más afectada por hundimientos de suelo y agrietamientos,que además coincide con irregularidades muy importantes en elbasamento, según se puede observar en el perfil gravimétrico de la Figura6, el cual cruza perpendicularmente el área.


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Figura 18.- Niveles de abatimiento ocurridos en un periodo de 30 años(1971-2001) cuyos valores máximos alcanzan los 50 metros.

Figura 19.- Configuración del basamento rocoso (no compresible) quecontiene el relleno del valle, el cual constituye el sistema acuífero de lazona metropolitana. Este relieve del basamento fue obtenido a partir de lassecciones gravimétricas calibradas previamente con litología de pozos.


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La Figura 19 muestra la configuración del basamento rocoso regionalobtenido a partir de la combinación de litología de pozos así como de lainterpretación de datos gravimétricos. Este basamento constituye el pisoconfinante del sistema acuífero del valle y corresponde a una versiónmejorada de la que previamente existía. A partir de ésta configuración seelaboraron los modelos de hundimientos de suelo y de esfuerzos que semuestran más adelante. Como se puede apreciar, la zona de mayorabatimiento mostrada en la Figura 18 coincide con la zona límite oeste dela cuenca rocosa sobre la cual se ubica gran parte de la zonametropolitana de San Luis Potosí. En particular se observa que en estazona es en donde la geometría del basamento es mas accidentada y por lotanto es donde ocurren la mayor parte de los agrietamientos conocidos.


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IV.- HUNDIMIENTOS Y FALLAMIENTO DEL SUELO

i.- Antecedentes

La subsidencia es el fenómeno que tiene lugar debido a la extracción desólidos o fluidos del subsuelo, que se manifiesta en la compactaciónpaulatina o súbita de la masa de suelo. Frecuentemente los hundimientosgeneran fallamientos o agrietamientos que dañan la infraestructuraurbana. El fenómeno de la subsidencia se observa principalmente encuencas sedimentarías asociado a la extracción intensiva de aguasubterránea. En la actualidad es posible predecir espacialmente laaparición de agrietamientos midiendo el gradiente horizontal gravimétricoen un área específica. La ubicación de los valores máximos del gradienteproporciona información acerca de las irregularidades del lecho rocososobre el cual descansa el sistema acuífero y en consecuencia nosproporciona información acerca de los lugares en donde puede ocurrircompactación diferencial y por lo tanto las zonas con potencial defallamiento del suelo.

El fenómeno de subsidencia ha sido abordado usando teorías deconsolidación y deformación de suelos formuladas principalmente parasuelos saturados. Tales teorías (Terzaghi, 1956; Biot, 1941; Sagaseta,1987), son aplicables solo para condiciones en donde la masa de suelopermanece todo el tiempo saturada durante el proceso de drenado delacuífero. Sin embargo, esto no representa la realidad, puesto que una vezdrenado el sistema acuífero suele perder un gran porcentaje de humedad.A pesar de ello, los modelos de subsidencia que se derivan de estas teoríasproporcionan estimaciones aceptables de los hundimientos que se generancuando el nivel del agua subterránea disminuye parcialmente (p.e. Rojas etal., 2002). Alternativamente, a diferencia de éstos modelos de subsidencia,el modelo utilizado para éste estudio (Pacheco, 2006), se basa en losconceptos de peso volumétrico aparente y densidad anómala, los cualestoman en cuenta tanto la influencia de la zona parcialmente saturadacomo la de la zona completamente saturada. Para éste propósito seproponen expresiones para calcular los esfuerzos efectivos en la masa desuelo de las dos zonas (saturada y parcialmente saturada) que se generandurante el proceso de hundimientos diferenciales.


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ii.- Esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente en elpeso volumétrico

Los conceptos de incremento aparente en el peso volumétrico y densidadanómala permiten calcular deformaciones y esfuerzos cuando se presentanabatimientos parciales de los niveles piezométricos y cuando el sistemaacuífero está formado por estratos de sedimentos con diferentespropiedades. En el proceso de drenado de un acuífero coexisten dosestados en la masa de suelo: uno de ellos consiste en un suelo saturadolocalizado del espejo del agua hacia abajo y el otro consiste en un sueloparcialmente saturado que se ubica entre el nivel piezométrico y lasuperficie del suelo.

El sistema acuífero que se considera en este trabajo se encuentrainicialmente confinado y en equilibrio hidrostático. Se asume que cuandoel acuífero se drena lo suficiente su comportamiento cambia de confinadoa libre. Adicionalmente, se asume que el cuerpo del acuífero es granular ycon porosidad aproximadamente constante. Bajo este esquema, las fuerzasque actúan sobre el sistema son a) la gravitacional, b) la producida por lapresión mayor a la hidrostática y c) la generada por el efecto de flotaciónde las partículas sólidas. El análisis de esfuerzos para las diferentes fasesde éste sistema acuífero se pueden encontrar con detalle en Pacheco(2006). En dicho trabajo se deduce que el esfuerzo efectivo en la zonaparcialmente saturado en función de la profundidad del estrato está dadapor

( ) 'He mγ+=σ 12 (1)

y la expresión para los esfuerzos efectivos en la zona saturada por

( ) ( ) 'HeH mws γ++γ−γ=σ 13 (2)

En éstas expresiones γs es el peso propio de la fase sólida del suelo, γw esel peso del agua, γm es el peso de la masa de suelo parcialmente saturada,e es la relación de vacíos, y H y H´ son los espesores del estrato saturado yparcialmente saturado respectivamente. A partir de las expresionesanteriores es posible deducir los esfuerzos que perturban al sistema que seencuentra inicialmente en equilibrio. Para el caso en el que el acuífero


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consista de un solo estrato saturado, los esfuerzos efectivos estarán dadospor

( )Hwγs1 −γ=σ (3)

y para el caso de confinamiento total y condiciones de equilibrio inicial endonde el esqueleto del suelo soporta sin deformarse un esfuerzo efectivodado por

( ) ( )ueHws +−γ−γ=σ 10 (4)

el esfuerzo perturbador para pasar de un estado a otro está dado por ladiferencia σ1 – σ0, es decir

( )uepp +=σ 1 (5).

Esta expresión representa el esfuerzo en el acuífero al desaparecer lapresión por encima de la presión hidrostática, a partir de donde se asumeque el acuífero se comporta como libre. El subíndice “pp” indica que es elesfuerzo efectivo por disipación de la presión de poro

Si se abate el nivel piezométrico se generará una zona parcialmentesaturada y se romperá el equilibrio (Figura 20).


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Figura 20.- Acuífero libre donde se presentan dos condiciones del suelo:parcialmente saturado y saturado.

En este caso el esfuerzo efectivo para la zona parcialmente saturada estarádado por la Ecuación (1). Bajo éstas condiciones el acuífero se deformarápor efecto por un esfuerzo perturbador que ahora será igual a σ2 menos σ1.El espesor H’ es el mismo para ambas expresiones debido a que es a lolargo de esta profundidad que se calcula el esfuerzo al perderse lasustentación hidráulica por el abatimiento del nivel piezométrico. Es decir

( )( )H'e wsmps γ+γ−γ+=σ 1 (6)

El subíndice “ps” indica que se trata del esfuerzo efectivo en la zonaparcialmente saturada del acuífero. En la zona saturada el esfuerzoperturbador será el esfuerzo efectivo para la zona saturada de un acuíferolibre drenado σ3, menos el esfuerzo efectivo para el sistema en equilibriohidrostático σ1. Tomando el mismo espesor del estrato H se tienefinalmente que éste está dado por

( ) 'He ms γ+=σ 1 (7)

El subíndice “s” indica que es el esfuerzo efectivo en la zona saturada delacuífero.

iii.- Propiedades mecánicas del subsuelo

Las propiedades mecánicas de un cuerpo son aquellas que nos permitensaber como se deformará éste ante condiciones de carga o solicitación deesfuerzos específicos. La teoría de la elasticidad predice que es posibleencontrar las constantes elásticas del material del subsuelo si se conocenlas velocidades de propagación de ondas sísmicas P (de compresión) y S(de corte) que viajan a través de éste. El método geofísico de refracciónsísmica permite estimar las constantes elásticas de la masa de suelo apartir de la medición de las velocidades de dichas ondas. Las constanteselásticas requeridas son el módulo de Young (E), la relación de Poisson (ν)y el módulo volumétrico (κ). El módulo de Young y la relación de Poisson sedefinen como:


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E = σxx/εxx (8)

ν = -εyy/εxx = -εzz/εxx (9)

en donde σxx es el esfuerzo de tensión en la dirección x, y εxx, εyy y εzz sondeformaciones unitarias en direcciones mutuamente ortogonales. En tantoque el módulo volumétrico (κ) se define como la relación de la presiónhidrostática P ejercida en todas sus caras dividida entre la deformación, esdecir

κ = -P/∆ (10)

Las constantes elásticas pueden relacionarse con las constantes de Lamé µy λ a partir de

( )µ+λ

µ+λµ=

23E (11)

( )µλλν+

=2

A su vez las constantes de Lamé se pueden determinar si se conocen lasvelocidades de propagación de la onda P y de la onda S, α y βrespectivamente.

ρµ+λ=α /)2( (12)

ρµ=β / (13),

en donde ρ es la densidad promedio de la masa de suelo. Dado que ladeformación del medio granular en el proceso de subsidencia se presentacomo un proceso casi estático, se asume que el módulo de elasticidad querepresenta al subsuelo bajo las condiciones de esfuerzo de un sistemaacuífero libre es el módulo de elasticidad estático.


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Sin embargo, las constantes determinadas a partir del método derefracción sísmica son en realidad las constantes elásticas dinámicas, lascuales difieren de las constantes elásticas estáticas. La relación entre elmódulo de elasticidad dinámico y el estático puede variar de 7 a 8 segúnvarias estimaciones (Nie, 1988; Zeng y Xia, 1997; Qian et al., 1986). Eneste trabajo se utilizará la relación de 1:8 propuesta por Yu (2004) debidoa que el suelo en el que llevó a cabo sus mediciones es muy similar encomposición al del Valle de San Luis.

iv.- Condiciones de frontera y generación de fallamientos desuelo

Las condiciones de frontera son los límites impuestos a la masa de sueloque está bajo la influencia de esfuerzos y cuya principal característica esque no son deformables. Para el caso del Valle de San Luis las condicionesde frontera del relleno sedimentario están siendo estudiadas a partir demediciones gravimétricas y litología de pozos. En el caso general de unacuenca sedimentaria de origen tectónico que forma estructuras de graben,el tipo de frontera física consiste normalmente de un basamento rocosocuya morfología modifica el campo de esfuerzos de la masa de suelodrenada. Las deformaciones de éste basamento o lecho rocoso seconsideran nulas comparadas con la deformación que sufre el rellenosedimentario que alberga al sistema acuífero que se encuentra bajo unintenso régimen de extracción.

A partir de observaciones de campo se ha determinado que losagrietamientos se desarrollan frecuentemente sobre estructuras geológicassepultadas por capas de sedimentos. Por ejemplo Jachens y Holzer (1979)concluyen que los agrietamientos observados en la región de Picacho en elcentro sur de Arizona se encuentran sobre irregularidades del lechorocoso. Por su parte Rojas et al. (2002) encuentran que una de lascondiciones para que se presenten agrietamientos en la superficie es queexista una topografía irregular en el lecho rocoso. La definición y ubicaciónde las irregularidades del lecho rocoso son por lo tanto clave paraconstruir los modelos matemáticos que emulen adecuadamente elfenómeno de subsidencia.


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De aquí se deduce que tanto la configuración geométrica del lecho rocosocomo su ubicación a profundidad son factores importantes para evaluar lamagnitud de las deformaciones de la masa de suelo. La Figura 2 muestraesquemáticamente tres configuraciones del lecho rocoso que puedengenerar fallamientos de suelo si el nivel piezométrico desciende debajo deun nivel crítico. Además de un basamento irregular, el fallamiento dependede factores tales como el espesor del acuífero, el potencial deconsolidación, la resistencia a la falla del material granular, etc. En lasFiguras 21, 22 y 23 se muestra cada una de estas configuraciones porseparado y los parámetros geométricos que determinan la generación deagrietamientos.

El nivel piezométrico crítico a partir del cual se inicia el proceso deagrietamiento de la masa de suelo depende en gran medida de laspropiedades geomecánicas de ésta (plasticidad, porosidad, potencial deconsolidación, resistencia a esfuerzos de tensión etc.). Sin embargo encondiciones de un medio homogéneo uno de los factores críticos que puededisparar el fallamiento del suelo es la profundidad a las irregularidades dellecho rocoso así como las dimensiones de dichas irregularidades. LaFigura 21 muestra un típico escalón producido por fallamiento normal, endonde se indican las variables geométricas que condicionan el campo dedeformación de la masa de suelo.

En ésta figura H1 es el espesor del estrato del acuífero sobre la parte mássomera del basamento, H2 es el desplazamiento vertical neto a lo largo delplano de falla y H´ es la profundidad del nivel piezométrico.

Figura 21.- Configuración de escalón del estrato rocoso


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La Figura 22 corresponde a la configuración de una protuberancia basalque puede deberse a la presencia de un domo volcánico o simplemente a lapresencia de una estructura de horst o pilar tectónico. Como en el caso dela configuración de escalón, H1 corresponde al espesor del estrato delacuífero sobre la parte más somera del basamento, H2 es la altura de laprotuberancia, H´ es la profundidad del nivel piezométrico y L es lalongitud de la base de la estructura.

Figura 22.- Configuración geométrica de una protuberancia basal.

Por último, otra de las posibles configuraciones que pueden generaragrietamientos superficiales consiste en una zona de talud (Figura 6). Enéste caso y de manera análoga a los casos anteriores, H1 corresponde alespesor del estrato del acuífero sobre la parte más somera del basamento,H2 es la altura total del talud, H´ es la profundidad del nivel piezométrico yL es la longitud del talud.


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Figura 23.- Configuración geométrica de un Talud.

Para determinar para qué geometría se presentan los máximos esfuerzosde tensión o de corte que pudieran provocar fallamiento de la masa desuelo es necesario identificar los valores críticos para cada una de lasconfiguraciones presentadas. Esto es posible llevarlo a cabo partiendo delanálisis de los esfuerzos y deformaciones correspondientes, variando unapropiedad geométrica a la vez y manteniendo las condiciones de carga delsistema y las propiedades mecánicas constantes.

Como parte de este trabajo y con base en mediciones gravimétricas hechassobre perfiles que cruzan zonas de agrietamientos bien identificados yubicados espacialmente, se construyeron perfiles geológicos del lechorocoso en zonas específicas de la zona urbana de San Luis Potosí y deSoledad de Graciano Sánchez. En la sección siguiente se describe eltratamiento que se llevó a cabo en cada uno de los perfiles medidos paracalcular los hundimientos en los sitios estudiados.

v.- Solución exacta del problema de hundimientos

En el problema de predicción de agrietamientos un primer paso es conocerla magnitud de los hundimientos y su distribución espacial. En donde elgradiente horizontal de los hundimientos sea mayor se presentarándeformaciones de extensión las cuales pueden ser de tal magnitud que se


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manifiestan en agrietamientos superficiales. Por lo anterior es necesarioprimero encontrar una expresión para calcular los hundimientospuntuales que se generan cuando el nivel piezométrico de un sistemaacuífero se abate. Para el caso estático en donde la variable tiempo no estomada en cuenta se parte de las siguientes consideraciones: 1) Lasdeformaciones del suelo son instantáneas ante la aplicación de unesfuerzo perturbador, 2) La deformación lateral de la masa de suelo esconsiderada nula en comparación con la deformación vertical, 3) La masade suelo es isotrópica, es homogénea y se comporta de manera lineal hastala ruptura, y 4) La presión capilar es nula y el nivel del agua coincide conel nivel piezométrico.

Si una columna del relleno sedimentario que sobreyace a un lecho rocoso(Figura 24) se somete a un esfuerzo ocasionado por el abatimiento delnivel piezométrico (Ecuaciones 5, 6 y 7), la columna experimentará unacortamiento que se manifestará en superficie como un hundimiento. Enéstas condiciones se puede definir la deformación unitaria ε de la columnade la Figura 24 como:

HH∆

=ε , (14)

por lo que el hundimiento ∆H será:

HH ε=∆ .. (15)

Para un elemento de columna diferencial dz el acortamiento d∆z será:

dzzd ε=∆ (16)

o bien

dzEσ

=∆zd , (17)


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en donde σ es el esfuerzo que provoca la deformación de la columna desuelo cuando se abate el nivel piezométrico y E es el módulo de elasticidadpromedio del relleno sedimentario.

Figura 24.- Columna del estrato compresible y acortamientodiferencial producido por el abatimiento piezométrico.

Integrando esta expresión desde cero hasta la profundidad H se tiene

∫∫σ

=∆H

0

H

0dzzd

E(18)

o bien

∫σ

=∆H

0dzH

E(19)


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Sustituyendo en la Ecuación 19 el esfuerzo correspondiente a la zonadrenada para un acuífero libre (Ecuación 6).

( )( )∫

γ+γ−γ+=∆

H'

0wsm dzzeH'

E1 (20)

o bien ( )( )∫

γ+γ−γ+=∆

H'

0wsm zzdeH'

E1 (21)

de donde( )( ) 2

21 H'eH' wsm

Eγ+γ−γ+

=∆ (22)

Esta ecuación representa la deformación vertical que se presenta en elestrato parcialmente saturado por efecto de la pérdida de sustentaciónhidráulica causada por un abatimiento del nivel piezométrico. Para la zonasaturada el hundimiento se calcula sustituyendo el esfuerzocorrespondiente (Ecuación 7) en la Ecuación 19, es decir:

( )∫

γ+=∆

H

0m dzH'eH

E1 (23)

Si se considera que el esfuerzo es constante a lo largo de toda laprofundidad, entonces:

( )∫

γ+=∆

H

0m dzH'eH

E1 (24)

y por lo tanto ( ) HH'eH m⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ γ+

=∆E

1 (25)

La expresión 25 es la deformación vertical que se presentará en el estratosaturado que se encuentra bajo el nivel piezométrico. Tal deformación esproducida por la pérdida de sustentación hidráulica que se genera en lazona drenada por encima del nivel piezométrico cuando dicho niveldesciende. El hundimiento total estará dado entonces por la suma de lasdeformaciones verticales de ambos estratos, el parcialmente saturado


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(Ecuación 22) y el saturado (Ecuación 25). Las Figuras 12 y 13 fueronobtenidas a partir de esta metodología calculando los hundimientos paraun mallado de tamaño de celda de 50 x 50 m.


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V.- LEVANTAMIENTOS GEOFÍSICOS

La Figura 1 muestra en forma esquemática la distribución de lasprincipales trazas de fallamiento de suelo que se pueden observar en laCd. de San Luis Potosí, las cuales se relacionan espacialmente conestructuras geológicas ubicadas a profundidad. En ésta figura se puedeobservar que la orientación de éstas familias de agrietamientos de suelo esmarcadamente Norte-Sur y que la tendencia parece ser a propagarse haciala zona Norte. Sin embargo la distribución aproximadamente paralelasugiere la posibilidad de que existan otras zonas de debilidad a amboslados de éstas. A partir de la distribución de éstas zonas de debilidadestructural se planeó el levantamiento gravimétrico y la instalación detestigos topográficos con el objeto de ubicar a mayor detalle que en elbasamento rocoso, las irregularidades estructurales y poder cuantificar losmáximos hundimientos del valle y la magnitud de los esfuerzos en la masade suelo en las cercanías de éstas.

i.- Fundamentos del método gravimétrico

El método Gravimétrico ha demostrado ser el más apropiado para estudiarel fenómeno de los hundimientos y agrietamientos del suelo porcompactación en zonas urbanas densamente pobladas. Otros métodosgeofísicos tienen la limitante de que se ven afectados por el “ruido cultural”(métodos electromagnéticos y magnético) o porque requieren contacto conel terreno (sísmico, eléctrico) lo cual es muy difícil de lograr dentro de lazona urbana debido a la presencia de la cubierta asfáltica. Lasirregularidades en la distribución de la densidad del subsuelo y de susuperficie topográfica dan lugar a variaciones laterales y verticales en lamagnitud de la aceleración de la gravedad g de un lugar a otro. El objetivodel método gravimétrico es medir esas variaciones y utilizar estainformación para hacer inferencias acerca de la configuración de las rocasen el subsuelo que tengan una densidad mayor o menor que la densidadpromedio (2.67 gr/cm3). Esto generalmente requiere mediciones con unasensibilidad de por lo menos 10−9 cm/s2 debido a que las variacionesesperadas son extremadamente pequeñas.

La teoría de la exploración gravimétrica se basa en la primera ley deNewton, la cual relaciona las fuerzas de atracción entre dos partículas entérminos de su masa y su separación. La ley dice que dos cuerpos de masam1 y m2, se atraen con una fuerza que es inversamente proporcional alcuadrado de la distancia r que las separa:


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221

rmmGF = (26)

donde G es la constante gravitacional universal. En el SistemaInternacional de medidas G = 6.67 x 10-11 N.m2/Kg2. G es la fuerza enNewtons que será ejercida entre dos masa de 1 kg cada una con centro demasa separados 1 m de distancia. La aceleración respecto al cuerpo demasa m2 separada a una distancia r de la masa m1 se obtiene dividiendo lafuerza de atracción F por la masa de referencia m2:

21

rmG

m2

==Fa (27)

La aceleración es la cantidad convencional para medir el campogravitacional sobre la superficie, debido a que es independiente de la masade prueba que se encuentra sobre la que actúa. En el SI, las unidades dela aceleración son metros por segundo por segundo (m/s2).

A una aceleración de 1 cm/s2 se le llama un Gal. La aceleración de latierra en la superficie es de aproximadamente 9.8 m/s2, ó 980 Gal. Entrabajos de exploración gravimétrica se hacen mediciones de diferencias deaceleración del orden de un diezmillonésimo o menos del campogravitacional terrestre. Para fines prácticos, en trabajos donde se manejendatos gravimétricos obtenidos en estudios geofísicos se usa como unidad elmiligal (1 mGal = 1/1000 Gal). En la mayoría de los estudios gravimétricosla cantidad observada realmente no es la atracción gravitacional de latierra, lo que se mide y observa son las variaciones del campo gravitacionalterrestre de un punto a otro, tales diferencias laterales pueden sermedidas más fácilmente que el campo gravitacional total. Como lasmediciones tomadas en trabajos de exploración muestran solamentediferencia en la gravedad de un lugar a otro, la atracción de la tierra essignificativa solamente en la medida en que esta varíe lateralmente sobrela superficie. Tal variación deberá ser tomada en cuenta en la evaluacióndel efecto gravitatorio de cuerpos sepultados que son significativosgeológicamente.

Si la tierra fuera una perfecta esfera, fuera homogénea y además no rotara,la atracción en la superficie del planeta sería la misma en cualquier lugary no afectaría las lecturas de los gravímetros, los cuales miden únicamentediferencias en la aceleración entre un lugar y otro. Pero como la tierratiene un movimiento de rotación (y debido a esto una fuerza centrífugaestá sobrepuesta a la atracción gravitacional), es esferoidal (está achatadaen su polos) y tiene irregularidades laterales en la densidad del subsuelo,entonces el valor de la gravedad depende de la latitud, la elevación, latopografía y de los movimientos de marea, así como de los cambioslaterales en la densidad del subsuelo. Las variaciones en la atraccióngravitacional no asociados a rasgos geológicos pueden ser estimados con


61

un alto grado de precisión. Estas variaciones predecibles se tienen queincorporar a las lecturas gravimétricas que se lleven a cabo con elpropósito de aislar las variaciones que son exclusivamente debidas a lasvariaciones de densidad en el subsuelo que son el objetivo final de loslevantamientos gravimétricos de exploración. A éste proceso se le conocecomo “corrección de datos gravimétricos”.

Efecto de la latitud y la forma esferoidal de la tierra en el campogravitacional: Se han hecho aproximaciones con expresiones teóricaspara describir la forma de la tierra que estrictamente hablando no es la deuna esfera. La que más se ajusta es una que corresponde a un elipsoide derevolución con el eje radial mayor en el ecuador y un achatamiento de enlos polos. En 1967 la Internacional Asociation of Geodesy estimó los valorespara el eje radial del elipsoide (6 378 160 m) y del achatamiento en lospolos de 1/298.247. Con base al elipsoide de 1967 se dedujo una formulade la gravedad normal a nivel del mar en función de la latitud y tomandoen cuenta el efecto de la fuerza centrífuga que se origina por la rotación dela Tierra. La formula es la que se usa para cuestiones de exploracióngravimétrica y es conocida como la formula de gravedad de 1967, oformula de gravedad relativa al elipsoide de 1967 (Telford et al., 1990). Laexpresión es la siguiente:

( ) ( )[ ]φφφ 200000587.00053024.0185.978031 221967 senseng −+= mGal (28)

donde φ es la latitud de la estación gravimétrica. Un concepto importanteen la corrección de datos gravimétricos es el del geoide. El geoide es unasuperficie definida por el nivel medio del mar alrededor de todo el planeta.Si se eliminaran todas las masas continentales por encima del nivel mediodel mar, y se rellenaran las zonas que se encuentran por debajo del niveldel mar, se tendría la forma real del geoide. Las elevaciones del terrenohacia los continentes son referenciadas al Geoide. Una anomalíagravimétrica se define como la diferencia entre el valor de la gravedadreducida al datum (que comúnmente es el nivel del mar) menos el valor dela gravedad deducida con un modelo dado de la Tierra para el mismo sitio.Para nuestros fines usaremos el valor que se obtiene al aplicar la formulade gravedad de 1967.

Las siguientes pasos se aplican normalmente a las lecturas delinstrumento de medición (gravímetro) para obtener un valor observado dela gravedad (gobs):

1.- Calibración (conversión de las unidades del instrumento a mGal).2.- Corrección por mareas.3.- Corrección por deriva del instrumento.


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4.- Ligar los datos a una base de gravedad absoluta (cuando se quierecombinar datos de varios estudios).

Los gravímetros modernos son capaces de realizar los tres primeros pasosautomáticamente por lo que el usuario solo tiene que programar elinstrumento adecuadamente. Una vez realizadas estas correcciones a losdatos de campo se procede a hacer las reducciones con el fin de eliminar elefecto de altitud y el efecto de la masa entre el punto medido y la alturamedia del mar para obtener la gravedad al nivel del geoide y poderlacomparar con la teórica dada por la formula de gravedad de 1967. Lasreducciones o correcciones restantes se conocen como: a) reducción deAire Libre, b) reducción de la losa de Bouguer, y c) reducción topográfica

Reducción de Aire libre: La reducción de aire libre es la compensaciónque hay que hacer a los datos, por efecto de la variación de la altitud decada una de las mediciones con respecto al datum. La corrección se sumaa la gravedad observada si el punto de medición está sobre este nivel dereferencia y se resta se está bajo éste. La reducción de aire libre (gFA) sebasa en el hecho de que la atracción gravitacional de la tierra puede serconsiderada uniforme si toda la masa del planeta se idealiza concentradaen su centro. Si tomamos mediciones en diferentes puntos, cada uno deellos con elevaciones distintas, nos estamos acercando o alejando delcentro de atracción gravitacional y en consecuencia la distancia varía ycon esto aumenta o disminuyen los valores medidos de la aceleracióngravitacional. Las expresiones de la ley de Newton permite determinarcuanto aumenta o disminuye la aceleración de la gravedad con loscambios en la altitud de los sitios de las estaciones gravimétricas.

hh 3G2Gr

mrm

r 2 −=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

Para fines prácticos se emplea:

hg 3086.0FA = mGal (29)

donde h es la altura expresada en metros, sobre o bajo el nivel del marsegún sea el caso.

Reducción simple de Bouguer: Los valores de gravedad medidos tambiénse ven afectados por la atracción de la masa que hay entre la elevación delas estaciones y el datum. La componente vertical de la atracción queejerce esta masa se conoce como la reducción de la losa de Bouguer ocorrección simple de Bouguer. Esta corrección se resta de la gravedad


63

observada con el objeto de reducir los datos a valores de gravedad a niveldel mar.

Figura 25.- Esquema para la reducción de Bouguer. Para la reducciónsimple se determina el efecto de la losa infinita de espesor “h”. Para lareducción por efectos de terreno se determina el “∆εT” del volumen demasa arriba del nivel de la estación, así como el “∆εT” de los vacíos bajodel nivel de la estación.

La reducción simple de Bouguer (gBS), es obtenida substituyendo el efectogravitatorio de una losa horizontal infinita de la gravedad observada. Parauna losa con densidad constante podemos determinar su efecto con:

( )∫ ∫ ∫π ∞

θ+

ρ=2

0

h

0 02/322BS

zrrzG ddzdrg

Integrando esta expresión:

hG2BS ρπ=g

Para fines prácticos se usa:

h0419.0BS ρ=g mGal (30)

en donde h es el espesor de la losa en metros (la elevación de la estaciónsobre el datum) y ρ es la densidad media de la losa (Figura 25)

Reducción completa de Bouguer: La reducción completa de Bouguer(gBT), se obtiene restando el efecto de una losa horizontal infinita cuyasuperficie superior tiene la forma del terreno. La corrección es aplicadapara tomar en cuenta los efectos de la topografía circundante al punto demedición. El radio de influencia de la topografía sobre las medicionesdepende en gran medida de lo accidentado de la topografía. Normalmente,

Losa de Bouguer


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los datos medidos en una topografía suave no requieren de esta correcciónque puede ser muy elaborada pues requiere del modelo digital del terrenoalrededor de cada punto de medición. La reducción (gBT) consiste enrestarle al efecto de la losa de la reducción simple de Bouguer (gBS), unacorrección por terreno “εT”, la cual toma en cuenta las irregularidades de latopografía de la zona.

gBT = (gBS) - εT (31)

La corrección por terreno siempre se suma a la gravedad observada(restándose al efecto de losa). Esto se ve del hecho de que los terrenos conelevación mayor que la de la estación, ejercen una componente deatracción gravitacional vertical hacia arriba sobre el punto de medición,haciendo que la gravedad observada sea menor. Para terrenos más bajosque la estación, ha sido ya restado el efecto de una masa igual al volumenque hay entre el plano horizontal a una altitud igual a la de la estación y lasuperficie del terreno, cuando se substrajo el efecto de la losa (gBS),debiendo entonces ser compensado (Figura 25); es decir debemos desumar el efecto de las partes bajas que se eliminó con la reducción simplede Bouguer (gBS) las cuales no contribuyen a aumentar la aceleracióngravitacional en la estación.

El procedimiento clásico para calcular la atracción producida porsegmentos de un cilindro con la estación en su eje (Figura 26), consiste endividir el cilindro en segmentos de tal forma que para cada cilindro sedetermina su altura promedio “∆h”, que es la diferencia entre el nivel de laestación y la elevación promedio dentro del segmento. La corrección porterreno correspondiente a cada segmento del cilindro con radio interior yexterior r1 y r2, θ1 y θ2 y altura ∆h se puede escribir como:

( )∫ ∫ ∫ θ+

ρ=ε∆2

1

2

1

θ

θ

∆h

0

r

r2/322T zr

zrzrG ddd (32)

Integrando se obtiene:

( ) ( ) ( ) ( )[ ]1222

2

1/222112T rr∆hr∆hrθθG +++−+−ρ=∆ε (33)

La corrección total por terreno es la suma de las correcciones de cadasegmento

( )n

ni

i∑

=

=

∆ε=ε1

TT (34)


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Figura 26.- Elemento para determinar el efecto del terreno circundantecon segmentos de cilindro de altura variable alrededor de la estación(centro del cilindro).

Para efecto de calcular la corrección por topografía se desarrolló unprograma el cual se encuentra disponible en Pacheco (2006).

Anomalías gravimétricas: Las anomalías gravimétricas son obtenidas porla ecuación:

φ−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ε++=∆ ∑ ∑ gggg

l nnlobs (35)

Donde ∑l

lg es la suma de l reducciones, ∑εn

n es la suma de n

correcciones y gφ es el valor de la gravedad a la latitud φ calculada con lafórmula de 1967 (Ecuación 28). Las anomalías más comúnmenteutilizadas son la anomalía de Aire libre y la anomalía de Bouguer simple.

Por definición la anomalía de Aire Libre (∆gFA) es entonces:

( ) φ−+=∆ gggg FAobsFA (36)

donde gFA es la reducción de aire libre. La anomalía se calcula con laformula directa:


66

( ) φ−+=∆ ggg h3086.0obsFA mGal. (37)

con h dada en metros. La gravedad observada ha sido reducida al nivel delmar corrigiendo por elevación sin considerar el efecto de la topografía y lamasa entre la estación gravimétrica y el nivel del mar. Las cartas deanomalía de Aire Libre son particularmente útiles en levantamientosmarinos en donde no se tiene una losa de Bouguer y por lo tanto lapresencia de discontinuidades laterales en el lecho del mar puede serdeducida directamente a partir de éstas.

Por otro lado, la anomalía simple de Bouguer (∆gBS), está definida por:

( ) φ−−+=∆ ggggg BSFAobsBS (38)

En su forma directa es:

( )[ ] φ−ρ−+=∆ ggg h0419.03086.0obsBS mGal (39)

Los valores de gravedad obtenidos con esta expresión son reducidos alnivel del mar haciendo la corrección por la elevación de cada estación yremoviendo el efecto de la masa que hay entre la estación y el nivel delmar. Las cartas de anomalía de Bouguer simple son útiles sobre terrenoscon topografía suave o nula. En estas condiciones, las variaciones en losvalores de la gravedad calculada reflejan variaciones efectivas en ladistribución de masas anómalas del subsuelo. Sin embargo, en presenciade topografía accidentada estas variaciones deben de interpretarse conmayor cuidado puesto que pueden ser debidas a la cercanía de accidentestopográficos.

Cuando éste es el caso, como el que nos ocupa en el Valle de San LuisPotosí, en donde la zona de interés se encuentra rodeada por una zonamontañosa, la mejor alternativa para interpretar la distribución de masaen el subsuelo es el cálculo de la anomalía de Bouguer completa. Laestimación de esta anomalía incluye la corrección por terreno εT, es decir:

( ) φ−ε+−+=∆ ggggg TBSFAobsBT (40)

o bien,

( )[ ] φ−ε+ρ−+=∆ ggg TobsBS h0419.03086.0 mGal (41)


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donde ( )n

ni

i∑

=

=

∆ε=ε1

TT .

A partir de esta expresión (41) la gravedad observada se reduce al nivel delmar haciendo una corrección por la elevación de la estación y quitando elefecto de la masa que se encuentra entre el nivel del mar y la estación,considerando una losa infinita cuya superficie superior tiene la forma de latopografía circundante a la estación. Los efectos de isostasia de las masascontinentales y las fosas oceánicas no son considerados en este trabajodebido a que las mediciones se realizaron sobre una región relativamentepequeña (de aprox. 40 por 40 kilómetros) por lo cual los efectos por lascausas mencionadas afectan por igual al conjunto de datos adquiridos.

ii.- Levantamiento gravimétrico

En la primera etapa de la prospección gravimétrica se realizaron perfiles aescala regional para cubrir zonas urbanas y periferias de San Luis Potosí ydel Municipio de Soledad de Graciano Sánchez. En total se realizaron 43perfiles en avenidas principales y periféricas que cubren todos los sectoresde la mancha urbana, generando alrededor de 1500 mediciones conseparaciones entre 10 a 300 m de distancia entre ellas. La Figura 5muestra la ubicación del total de las estaciones gravimétricas medidasutilizando para este propósito un gravímetro marca Scintrex modelo CG-3/3M automático cuya precisión es de 0.01 mGal, es decir 0.01 x10−9cm/s2.

En el contexto del presente estudio, las variaciones debidas a estructurasgeológicas locales sepultadas se pueden detectar con precisión. Siasumimos que el relleno del valle es relativamente homogéneo entonces lasvariaciones en las mediciones gravimétricas indican en forma directa lasvariaciones de la topografía del estrato rocoso más denso, permitiendo conello además, inferir los espesores del relleno del valle. Bajo estaconsideración se cumple que a una razón de cambio mayor en los valoresde la curva de anomalía gravimétrica le corresponde un desnivel máspronunciado del estrato rocoso. De aquí se desprende que los gradientesmáximos locales de la anomalía gravimétrica están asociados a cambiosabruptos en el estrato rocoso.

El procedimiento de campo consistió en realizar mediciones a lo largo derutas previamente seleccionadas. La desviación estándar en cada estaciónfue en general inferior a 0.1, excepto en algunas zonas en donde el ruidodel tráfico redujo la calidad de los datos. Como parte del proceso de


68

adquisición, en cada una de las estaciones se determinaron lascoordenadas con un GPS de precisión (Trimble Geoexplorer 7500). Con elpropósito de referenciar al datum el campo gravimétrico medido seestablecieron estaciones gravimétricas de tercer grado a partir de unproceso de repetición de mediciones, transportando para ello el valor de gde la estación de segundo orden de PEMEX (BGP-25) ubicada en elDistribuidor Juárez. La principal estación de referencia transportada dedicha estación fue establecida en el Instituto de Geología de la UniversidadAutónoma de San Luis Potosí. Una vez adquiridos los datos, éstos secorrigieron por deriva y por marea. Posteriormente se corrigieron tambiénpor diferencias en latitud, altitud y losa de Bouguer y finalmente por elefecto de la topografía según se explicó en la sección anterior. Para lacorrección de Bouguer se utilizó una densidad de 2.7 g/cm3, la cual fueestimada a partir del método de Netleton (e.g. Telford et al., 1990) queconsiste en seleccionar la densidad que corresponde al perfil de anomalíade Bouguer con poca o nula correlación con la topografía. La Figura 27muestra las gráficas obtenidas para el perfil E-W a partir de éste método.

Figura 27.- Curvas de anomalía de Bouguer utilizando diferentes valoresde densidad. A partir de éste análisis se seleccionaron las densidades de1.8 y 2.7 g/cm3 para el relleno del valle y el lecho rocoso respectivamente.


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Utilizando el mismo procedimiento se obtuvo la densidad del relleno delvalle (1.8 g/cm3), que fue utilizado posteriormente para la realización delos modelos geológicos a lo largo de los perfiles medidos. En el Anexo 5 seproporcionan los modelos obtenidos. A partir de ésta información segeneró la carta de la configuración del basamento, mostrada en la Figura19.

iii.- Cartas gravimétricas del Valle de San Luis Potosí

De acuerdo a la extensión de las anomalías gravimétricas la informaciónque puede extraerse de ellas corresponde a diferentes escalas. Lasanomalías que se extienden por arriba de los 500 kilómetros indicanvariaciones en la forma del geoide. Las anomalías regionales del orden de50 a 500 kilómetros contienen información de las variaciones del espesorde la corteza terrestre y su estructura. Las anomalías menores a 50kilómetros sirven para inferir la presencia de cuerpos con diferentedensidad localizados en la corteza terrestre, en este orden se encuentranlos yacimientos mineros. Para los fines de este trabajo las anomalíasgravimétricas buscadas son aquellas que revelen la variación del lechorocoso bajo la capa de rellenos sedimentarios, es decir anomalías demenos de 1 kilómetro de extensión y a lo mucho amplitudes de unas pocasdecenas de miligales.

La Figura 28 muestra la carta de anomalía de Bouguer completa obtenidasegún la Ecuación 41 utilizando el procedimiento descrito en la secciónanterior. En ésta y las otras cartas gravimétricas siguientes, los tonos rojosy naranjas corresponden a valores mínimos de gravedad en tanto que lostonos verdes y azules corresponden a valores máximos. Los primeros secorrelacionan con mayores espesores del relleno en el subsuelo de la zonaurbana mientras que los segundos corresponden a zonas someras delbasamento hidrológico, es decir a espesores pequeños de rellenosedimentario. La amplitud máxima de la anomalía es de aproximadamente36 mGal, sin embargo la máxima amplitud observada en la zona centraldel área de estudio es del orden de unos 10 mGal.


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Figura 28.- Carta de anomalía de Bouguer completa de la zona de estudio

A partir de la carta de anomalía de Bouguer completa se calculó la cartadel Campo Residual (Figura 29) que refleja los rasgos más superficiales delsubsuelo que corresponden a irregularidades del basamento hidrológico.Para la obtención de esta carta, que muestra con mayor detalle anomalíasasociadas a las irregularidades del basamento, se resta el efecto del camporegional, que en este caso se ajustó a una superficie de primer orden. Unavez obtenida la carta de campo residual se obtuvo la carta de GradienteHorizontal de la misma (Figura 7). En esta última, las regiones de tonosrojos indican las zonas de mayor irregularidad del basamento y por lotanto y de manera directa las zonas de mayor riesgo de fallamientos desuelo. Por lo tanto, se considera la primera aproximación a una carta deriesgo de agrietamientos del suelo de la zona urbana de San Luis Potosí ySoledad de Graciano Sánchez por lo que representa uno de los principalesresultados del presente estudio. Esta carta nos permite prever, aúncuando no se manifiesten agrietamientos superficiales, las zonas en lasque posiblemente aparecerán agrietamientos en caso de que no seestabilice el sistema acuífero y continúen los hundimientos.


71

Por otro lado, la Figura 30 muestra el perfil gravimétrico regional (E-W)con la curva correspondiente del gradiente horizontal en donde se observala relación que éste último guarda con las irregularidades del subsuelo ylos fallamientos observados en superficie. Esta información es útil no solopara calibrar las mediciones en zonas de fallamiento conocidas, sino parapredecir espacialmente las zonas de debilidad estructural en el subsuelo ypor lo tanto las posibles zonas de fallamiento futuras.

La Figura 7 muestra la carta del gradiente horizontal de la zona estudiada,obtenida a partir de la carta del campo Residual (Figura 29). En ella seindica con tonos rojos y amarillos las zonas de mayor cambio en laprofundidad del lecho rocoso localmente, lo cual es una indicación directade las zonas sometidas a esfuerzos máximos y por lo tanto más propensasal fallamiento del suelo.

Figura 29.- Carta del Campo Residual generado a partir de la anomalía deBouguer completa.


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Figura 30.- Anomalía de Bouguer (línea negra continua) a lo largo del perfilgravimétrico E-W y su gradiente horizontal asociado (línea punteada). Unode los máximos de la curva del gradiente coincide con un fallamiento desuelo observado en superficie (triángulo invertido).

iv.- Fundamentos teóricos del método de refracción sísmica.

El principio básico de la exploración sísmica consiste en generar ondassísmicas en un punto conocido y medir el tiempo que tardan en viajardesde la fuente hasta una serie de sensores de movimiento (llamadosgeófonos o sismógrafos) los cuales registran las vibraciones del suelo. Lossensores de movimiento o geófonos se colocan generalmente a lo largo deuna línea recta orientada hacia la fuente de las ondas sísmicas.

La sismología de exploración es una rama de la sismología de terremotosque básicamente trata con el mismo tipo de mediciones, excepto que en lasismología de terremotos las ondas son generadas por el rompimiento de lacorteza terrestre (terremotos), mientras que en la sismología de exploraciónlas fuentes de energía que producen ondas sísmicas son controladas ymóviles, además de que las distancias entre la fuente y los puntos deregistro son considerablemente más cortas. Los explosivos y variosdispositivos mecánicos pueden ser utilizados para generar ondas sísmicasde forma controlada.


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Para el caso que nos ocupa, en el que requerimos poca profundidad deinvestigación para determinar propiedades elásticas de la capa deformable,es suficiente una fuente de ondas sísmicas de tipo mecánico.Concretamente, se utilizó un marro de 4 kg golpeando sobre una placametálica colocada en la superficie del terreno.

Existen dos tipos de trayectorias que pueden seguir las ondas sísmicasdesde una fuente en un medio estratificado, similar al de los rellenos delvalle de San Luis Potosí. El tipo de trayectoria que se puede registrar da elnombre a los dos métodos sísmicos: método de refracción y método dereflexión sísmica. En el método de refracción sísmica las ondas viajanhacia abajo atravesando un medio con una velocidad de propagación daday cuando se encuentra con un medio con velocidad de propagación másalta, la parte principal de la trayectoria de las ondas sigue a lo largo de lainterfase entre los dos medios con diferente velocidad de propagación (laonda es refractada) y viaja aproximadamente horizontal. En el métodosísmico de reflexión: las ondas viajan hacia abajo atravesando un mediocon una velocidad de propagación dada y cuando se encuentran con unmedio con diferente velocidad de propagación parte de la onda es reflejadaa la superficie siendo su trayectoria prácticamente vertical. El método derefracción tiene la restricción de que para que la onda sea refractada a lasuperficie, la capa subyacente debe tener una velocidad de propagación deonda mayor que las sobre yacientes. La Figura 31 muestraesquemáticamente las trayectorias de propagación de las ondas sísmicaspara ambos casos.

EL método fue usado para caracterizar mecánicamente los rellenosaluviales en algunos puntos del valle de SLP. Mediante el conocimiento dela velocidad de propagación de las ondas S y P y la densidad de losmateriales es posible conocer las constantes elásticas de los rellenos. Acontinuación se describen los fundamentos teóricos para la determinaciónde las constantes elásticas de una masa de suelo mediante la medición dela velocidad de propagación de las ondas sísmicas.

Teoría de la elasticidad y constantes elásticas dinámicas: A lapropiedad de un material de experimentar deformaciones por efecto defuerzas externas aplicadas y de regresar a su condición original nodeformada cuando se eliminan las fuerzas se denomina elasticidad.Cuando un cuerpo se recupera totalmente después de haberlo deformadose dice que es perfectamente elástico.


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Figura 31.- Trayectoria de ondas sísmicas.

Las rocas pueden considerarse perfectamente elásticas sin error apreciablecuando las deformaciones son pequeñas y no existe ruptura, por otro ladocuando las ondas sísmicas generadas para fines de exploración sepropagan por un medio rocoso las deformaciones son muy pequeñas ygeneralmente no producen ruptura, se considera entonces que las ondassísmicas producen sólo deformaciones elásticas.

En la teoría de la elasticidad se relacionan las fuerzas que se aplican a uncuerpo con los cambios de tamaño y forma que experimenta el cuerpo porefecto de las fuerzas, esta relación se expresa más convenientemente entérmino de los conceptos de esfuerzo y deformación. Para un material concomportamiento lineal se dice que la deformación es proporcional alesfuerzo (fuerza entre unidad de área). A la constante de proporcionalidadse le llama módulo elástico.

La ecuación que representa el movimiento de ondas sísmicas en elsubsuelo está dada por:

ψ∇=∂ψ∂ 2

2

2

tV(42)

donde ψ es una perturbación que se propaga a través de un medio. ψ esun cambio de volumen cuando ψ = ∆, y ψ es una rotación cuando ψ = θ, y V(α y β) son la velocidad de propagación de la onda a través del medioconsiderado.


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De acuerdo con la ecuación de onda, se pueden presentar dos tipos deperturbaciones que se propagan en un medio considerado isotrópico yhomogéneo, una perturbación asociada a un cambio en la dilatación ∆, yotra asociada a cambios en uno o más componentes de la rotación. Alprimer tipo de perturbación se le conoce como onda dilatacional,longitudinal, irrotacional, compresional u onda P (de primaria) debido a queesta onda es el primer evento en un registro de ondas sísmica. A lasegunda onda se le conoce como onda de cortante, transversal, rotacional uonda S (de secundaria) debido a que este tipo de ondas son el segundoevento observado en un registro sísmico.

Las ondas P tienden a mover las partículas del medio por el que sepropagan en la dirección de propagación de la onda, es decirlongitudinalmente. El movimiento de onda transmite esfuerzos decompresión en la dirección de la propagación. Las ondas S tienden a moverlas partículas del medio por el cual se propagan en direccionesperpendiculares a la dirección de la propagación provocando esfuerzos decortante en el medio. Las ondas S se pueden descomponer en una ondaparalela y otra perpendicular a la superficie, llamadas ondas SH y SVrespectivamente. La onda P tiene una velocidad α y la onda S tiene unavelocidad β, se ve entonces que si

ρµ+λ=α /)2( (43)

ρµ=β / (44)

α será mayor que β, teóricamente la velocidad de la onda S va de cerohasta 70 % de la velocidad de la onda P.

Es posible calcular los valores de las constantes de Lammé (µ y λ) si seconoce la densidad del suelo y si se determinan la velocidad depropagación de las ondas P y S. La determinación de dichas constantes selogra al resolver las ecuaciones 43 y 44. Una vez conocidas las constantesde Lammé es posible calcular las constantes elásticas de la masa de suelocon las ecuaciones 11.

El método de refracción consiste, en su forma más elemental, desincronizar el frente de onda sísmica inicial de un tiro a lo largo de untendido de sensores o geófonos. A partir de la medición de tiempos dearribo y distancias entre sensores es posible obtener una gráfica tiempo-distancia y a partir de ésta deducir las velocidades P y S de la onda queviaja en el estrato que conforma el sistema acuífero.


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De ésta manera es posible deducir los valores de las constantes elásticasdel medio y posteriormente llevar a cavo el modelado de los hundimientosen esta masa de suelo.

La principal ventaja del método de refracción es que, a diferencia delmétodo de reflexión, no depende de técnicas especiales de cancelación deruido o corrección de trayectorias para mejorar la calidad de los datos. Eltiempo de la onda directa de la fuente o punto de tiro a una distancia Xserá

t = x / V1 (45)

en donde V1 es la velocidad de las ondas sísmicas en la capa de rellenosedimentario (Figura 31). Como V2>V1 en donde V2 es la velocidad de lasondas sísmicas en el lecho rocoso, entonces se formará una onda críticarefractada a una cierta distancia crítica xc (Figura 32) donde:

x h i h senVV

h V

V Vc c= =

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ =

−−2 2

21 1

1 1

2

1 1

22

12

tan tan (46)

y llegará a una distancia x con un tiempo:

tx

Vh V V

V V= +

−

2

1 22

12

2 1

2 (47)

La onda críticamente refractada también será generada en estratos másprofundos si Vi>Vi-1> ... >V1. El tiempo de llegada del rayo refractado por eln-ésimo estrato está dado por:


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tx

Vh V V

V Vn

i n i

n ii

n= +

−⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥=

−

∑2 2 2

1

1(48)

Las ecuaciones (45), (47) y (48) representan líneas rectas en una gráfica X-t cuyas pendientes inversas son respectivamente V1, V2 y Vn

La gráfica del tiempo de viaje para este caso consiste por lo tanto de unnúmero de segmentos de líneas rectas. Si este patrón puede ser reconocidoen la curva tiempo-distancia observada, entonces las mediciones de lapendiente inversa y las intersecciones de tiempo de las líneas pueden serusadas para encontrar V1, V2, ... ,Vn y h1, h2, ... , hn. Las profundidades delos estratos también pueden ser calculados a partir de:

hx V V

V Vco

12 1

2 12=

−+

(49)

v.- Módulo de elasticidad del relleno del valle

El método geofísico de refracción sísmica permite estimar las constanteselásticas de la masa de suelo a partir de la medición de las velocidades dedichas ondas. Las constantes elásticas requeridas son el módulo de Young(Ecuación 8), la relación de Poisson (Ecuación 9) y el módulo volumétrico(Ecuación 10). Se llevaron a cabo levantamientos de refracción sísmica entres puntos seleccionados del área metropolitana de SLP-SGS con el objeto demedir las velocidades P y S del relleno del valle y con ello determinar losparámetros requeridos para el cálculo de las deformaciones del suelo y por lotanto para estimar los desplazamientos efectivos en la masa de suelo. LaTabla 1 muestra los valores para el módulo de elasticidad Edin estimados apartir de las mediciones de refracción. Sin embargo, dado que ladeformación del medio granular en el proceso de subsidencia se presentacomo un proceso casi estático, se asume que el módulo de elasticidad querepresenta al subsuelo bajo las condiciones de esfuerzo de un sistemaacuífero libre es el módulo de elasticidad estático.

La relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el estático puedevariar de 7 a 8 según varias estimaciones (Nie, 1988; Zeng y Xia, 1997;Qian et al., 1986). En este trabajo se utilizará la relación de 1:8 propuesta


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por Yu (2004) debido a que el suelo en el que llevó a cabo sus medicioneses muy similar en composición al del Valle de San Luis.

Tabla 1.- Parámetros sísmicos y constantes elásticas para el valle de SLP

Un ejemplo de las gráficas distancia-tiempo obtenidas durante el estudio derefracción se muestra en la Figura 32.

Figura 32.- Gráfica distancia-tiempo a partir de la cual se obtienen lasvelocidad P y S del relleno (en éste caso P), a partir de las cuales se deducenlas constantes elásticas del medio.


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VI.- CONCLUSIONES

Según los resultados del presente estudio, los fallamientos yagrietamientos en el Valle de San Luis Potosí son generados comoconsecuencia de un proceso de compactación diferencial del sueloproducido por la combinación de dos factores: 1) el descenso del nivelpiezométrico y 2) la presencia de irregularidades en el basamentohidrológico.

Se observan tres tipos de fallamiento de suelo en el valle: 1)desplazamientos verticales de la masa de suelo, debidos a esfuerzos decorte, 2) desplazamientos horizontales, debidos a esfuerzos de tensión, y 3)fallamientos en escalón (o en echelon), debidos a esfuerzos de torsión en lamasa de suelo. Las magnitudes de los esfuerzos de corte y horizontalfueron evaluadas en varias zonas urbanas en donde se han detectadorecientemente incipientes daños a infraestructura.

Los daños por esfuerzos de torsión están aparentemente condicionados aque ocurran desplazamientos diferenciales verticales u horizontales, sinembargo se requiere de observaciones más detalladas para determinar conprecisión el mecanismo de generación de éste tipo de fallamiento.

Además de los fallamientos de suelo que responden a irregularidades delbasamento, generalmente con orientación NS, existe una familia defallamientos asociada a la presencia de paleocauses, principalmenteorientados EW, es decir, siguiendo la dirección dominante de los antiguoslechos de los principales ríos que drenaban al valle. El fallamiento delsuelo parece ocurrir en los bordes de los paleocauses y se sugiere que elmecanismo de generación es básicamente del mismo tipo que losfallamientos descritos, es decir, por hundimientos diferenciales debidos aal tipo de materiales presentes y por el descenso del nivel piezométrico.

A partir de los modelos gravimétricos calibrados con litología de pozos, segeneró una carta detallada del basamento no-compresible del vallellamado también basamento hidrológico, el cual es considerado como elpiso del acuífero superficial actualmente en aprovechamiento. Lacorrelación observada entre las irregularidades del basamento y la zona demayor ocurrencia de fallas de suelo conocidas a la fecha, confirman laconexión espacial que existe entre las zonas de mayor irregularidad basal yla ubicación de las zonas de mayor riesgo.


80

De la carta del gradiente horizontal se obtuvo la carta de zonificación deriesgo de fallamientos de suelo de la zona metropolitana de San LuisPotosí-Soledad de Graciano Sánchez. La zonificación se clasifica del 1 al 4,siendo la de mayor riesgo la zonificación tipo 4 y la de menor riesgo la tipo1.

A partir de los modelos de hundimiento generados para diferentesescenarios de abatimiento del nivel freático se estableció la carta devectores de desplazamiento de la masa de suelo, útil para predecirespacialmente el tipo de esfuerzos (verticales u horizontales) esperadospara diferentes zonas del valle.

Debido a que el factor más importante que dispara los hundimientos de sueloes el descenso acelerado del nivel de los mantos acuíferos, se concluye que entanto no se estabilice la extracción con la recarga del acuífero el problema defallamientos de suelo seguirá en aumento.

A pesar de que las nivelaciones realizadas sobre los testigos muestra que elhundimiento del valle no ocurre de forma acelerada pues en 4 meses seobservan desplazamientos máximos de solo 2 mm, se requiere denivelaciones al menos durante un año para poder evaluar objetivamente lamagnitud de la subsidencia. Recientemente (días antes de la entrega deéste informe) y aunque de manera puntual, se realizaron nivelaciones entres puntos a ambos lados de la falla aeropuerto después de un periodo de4 años y dos meses con el resultado de que los desplazamientos promedioanuales son de 2 cm en el sector sur (calle Relámpago), 1 cm en el sectorcentral (atrio del Templo de Santa Cruz) y de 0.6 cm en el sector mássureño (Academia de Policía).


81

RECOMENDACIONES

Para detener la generación de actuales y futuras zonas de fallamientos desuelo la primera y más importante recomendación es tratar de estabilizarel acuífero a mediano plazo a partir de la recarga artificial a través depozos de inyección. El desafío parece complejo, sin embargo el proceso estécnicamente posible construyendo depósitos de captación para almacenaravenidas de escurrimientos en épocas de lluvia para luego inyectarla alacuífero a través de zonas permeables previamente definidas. Esta es unapráctica que se ha llevado a cabo en zonas semiáridas semejantes a la delvalle de SLP con resultados exitosos.

En tanto se estabilizan los hundimientos, es necesario seguirmonitoreando los asentamientos que ocurren en el valle a través denivelaciones periódicas de los testigos instalados al menos tres veces poraño. Se recomienda además que se incremente el número de testigosinstalados para ampliar la red de monitoreo y contemplar la posibilidad derealizar un estudio de interferometría de imágenes de satélite para éstepropósito, posiblemente con Fondos Mixtos.

Para evitar problemas de contaminación del sistema acuífero a través delas zonas de grietas y fallas existentes se recomienda ubicar los posiblesfocos contaminantes próximos a estas con el propósito de detectar posiblesproblemas de ruptura de ductos (aguas negras, petróleo, etc.), materialespeligrosos de desecho (fabricas, talleres, etc.) o almacenados (p.e.gasolineras). De hecho, las propias grietas son zonas potenciales derecarga artificial siempre y cuando se mantengan protegidas decontaminantes.

Debido a que se detectó que los paleocauses de los ríos que drenaban alvalle son causa también de fallamientos y por lo tanto daño a lasconstrucciones, se recomienda llevar a cabo mediciones geofísicasdetalladas para ubicar con mayor precisión los principales paleocausesque cruzan la zona urbana de SLP-SGS e incorporarlos a la Carta deRiesgo.

Con el propósito de disminuir el impacto en las construcciones futuras,particularmente en las zonas de mayor riesgo (Zona 3 y Zona 4) se requiereactualizar las normas de construcción. Para éste propósito se recomiendallevar a cabo reuniones de consulta entre representantes de la industria dela construcción, autoridades y académicos. Un proceso de este tipo se llevó


82

a cabo en el Estado de Querétaro dando como resultado la modificación dela normatividad para la construcción en las zonas de riesgo.

Algunas recomendaciones prácticas relacionadas con la construcción yremediación en zonas afectadas por los fallamientos que se practican enotras zonas urbanas con problemas semejantes son las siguientes

• Consultar la ubicación del predio en la Carta de Riesgo deFallamientos de Suelo.

• Cartografiar el posible fallamiento en la zona, poniendo especialcuidado en determinar el ancho de influencia de la traza delfallamiento, observando daños visibles a las construccionescontiguas si esto fuera posible.

• Realizar un estudio geofísico-geológico detallado para verificarque no se construirá sobre la traza de la probable falla. En casode que esto no se pueda evitar y se decida construir (en caso deser autorizado), se recomienda reforzar los cimientos. Losestudios son particularmente necesarios cuando el proyectocontempla la construcción de grandes edificaciones en terrenosmayores a los 500-1000 m2.

• Diseñar el proyecto de construcción de acuerdo a las condicionesdel terreno, dejando la zona de riesgo como áreas verdes o para laedificación de construcciones ligeras bien reforzadas en sucimentación.

• Para las construcciones dañadas se recomienda hacer cortes a laestructura para dividir la construcción en dos partes las cuales semoverán de forma independiente con los bloques generados por elagrietamiento. Las juntas, resultado de los cortes pueden sersimuladas por algún elemento estructural.

Por último, se recomienda la creación de un Comité de Grietas y Recargadel Acuífero. En ciudades como Aguascalientes, se tiene un comité degrietas que funciona muy bien, sin embargo no incluye la componente derecarga, esencial para la estabilización de los hundimientos. Posiblesfuentes de financiamiento son los apoyos de los Fondos Mixtos o


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sectoriales de Conacyt o bien de la creación de un fideicomiso. Lacomposición de dicho comité debe incluir al menos representantes delsector de la construcción, de las autoridades y del sector académico. Entreotras posibles actividades asignadas del comité estarían las siguientes:

• Monitorear y actualizar las grietas y la posible aparición de nuevosagrietamientos o hundimientos que pudieran presentarse.

• Coordinar la elaboración de una Carta de Riesgo de contaminaciónrelacionado con los agrietamientos y fallamientos de suelo.

• Coordinar el desarrollo y promoción de un proyecto de recargaartificial y, en caso de llevarse eventualmente a cabo, monitorear larecuperación del acuífero a partir de las nivelaciones de testigos o dela interferometría de imágenes de satélite.


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.- Carta de agrietamientos de suelo de la zona urbana San LuisPotosí y Soledad de Graciano Sánchez. Las líneas rojas representan laszonas de agrietamiento activo, localizadas principalmente hacia el ponientede la ciudad de SLP. En la figura se muestra también el sistema de drenajey cuerpos de agua en la zona de estudio.

Figura 2.- Configuraciones del lecho rocoso que pueden generaragrietamientos de suelo en el Valle de SLP: 1) Zona de talud, 2) Zona deprotuberancia basal, 3) Zona de escalón y 4) bordes de paleocauses. Lasflechas indican la dirección de los esfuerzos sobre la masa de suelo y laspequeñas líneas verticales las zonas de agrietamientos.

Figura 3.- Distribución aproximada de A) las zonas de talud (enmarcadaspor líneas azules) ubicadas en los flancos del valle y B) las zonas probablesde escalón y protuberancia basal (enmarcadas con línea amarilla). La zonamarcada con la letra C corresponde al cause del Río Santiago. Lasmárgenes de los paleocauses son también zonas propicias a hundimientosdiferenciales y por lo tanto de riesgo de agrietamientos. Las líneas rojasindican los fallamientos y agrietamientos de suelo.

Figura 4.- Carta geológica de la zona urbana de San Luis Potosí y Soledadde Graciano Sánchez, en donde destacan los causes de los ríos Santiago yEspañita y los sedimentos cuaternarios en el centro del valle.

Figura 5.- Localización de las estaciones gravimétricas en la zona deestudio (puntos negros) y localización de perfiles urbanos detallados (líneasrojas).

Figura 6.- Perfil geológico del subsuelo a lo largo del perfil EW que cruza elvalle. A lo largo de este perfil se aprecian numerosas irregularidades en ellecho rocoso debidas a fallas geológicas pre-existentes.

Figura 7.- Carta del gradiente horizontal generado a partir de la anomalía deBouguer. Los tonos rojos reflejan las zonas de mayor riesgo de agrietamientospues reflejan los lugares de mayor irregularidad del basamento hidrológico.


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Figura 8.- Ubicación de los perfiles urbanos estudiados a detalle (líneasrojas) en zonas en las que se tiene evidencia de nuevos agrietamientos

Figura 9.- Deformaciones horizontales a lo largo del Perfil 11 calculadasutilizando el concepto de esfuerzos efectivos debidos al incrementoaparente en el peso volumétrico para un abatimiento total. Se puedeobservar la ubicación de la zona de grietas existente (triángulo invertido) ydos zonas potenciales que aún no se manifiestan como grietas.

Figura 10.- Ubicación de testigos topográficos permanentes (puntos rojos)a lo ancho del valle. Los testigos en los extremos E y W del perfilconstituyen las referencias que se consideran fijas por estar colocadassobre roca maciza. La mancha urbana se representa en color amarillo y losagrietamientos con líneas continuas. Los testigos representados conpuntos verdes fueron también instalados pero aún no han sido nivelados.

Figura 11.- Diferencias (en metros) de dos nivelaciones realizadas en unlapso de 4 meses sobre la línea de testigos topográficos a lo ancho del vallede SLP. Los máximos valores medidos (~0.002 m) indican que no hubosubsidiencia en éste periodo.

Figura 12a.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivelpiezométrico de 50 metros.

Figura 12b.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivelpiezométrico de 200 metros

Figura 13.- Carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo lacual indica la dirección de movimiento de las partículas por efecto de losesfuerzos inducidos por la pérdida de sustentación hidráulica.

Figura 14.- Carta de riesgo de agrietamientos obtenida a partir delgradiente horizontal de la anomalía completa de Bouguer. Las zonas enrojo son las más propensas a sufrir fallamientos de suelo y por lo tantorepresentan las zonas más críticas para la construcción deinfraestructura.


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Figura 15.- Conglomerado Cuaternario (Parque de Morales) con clastossubredondeados de varios decímetros de diámetro

Figura 16.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajadosde varias decenas de metros de espesor. Se reconocen horizontescompactos cortados por canales rellenos de sedimentos gradados (Zona alE de Arboledas del Aguaje)

Figura 17.- Corte estratigráfico del área de estudio (modificada de Labartheet al.,1982)

Figura 18.- Niveles de abatimiento ocurridos en un periodo de 30 años(1971-2001) cuyos valores máximos alcanzan los 50 metros.

Figura 19.- Configuración del basamento rocoso (no compresible) quecontiene el relleno del valle, el cual constituye el sistema acuífero de lazona metropolitana. Este relieve del basamento fue obtenido a partir de lassecciones gravimétricas calibradas previamente con litología de pozos.

Figura 20.- Acuífero libre donde se presentan dos condiciones del suelo:parcialmente saturado y saturado.

Figura 21.- Configuración de escalón del estrato rocoso

Figura 22.- Configuración geométrica de una protuberancia basal.

Figura 23.- Configuración geométrica de un Talud.

Figura 24.- Columna del estrato compresible y acortamiento diferencialproducido por el abatimiento piezométrico.

Figura 25.- Esquema para la reducción de Bouguer. Para la reducciónsimple se determina el efecto de la losa infinita de espesor “h”. Para lareducción por efectos de terreno se determina el “∆εT” del volumen de masaarriba del nivel de la estación, así como el “∆εT” de los vacíos bajo del nivelde la estación.


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Figura 26.- Elemento para determinar el efecto del terreno circundante consegmentos de cilindro de altura variable alrededor de la estación (centrodel cilindro)

Figura 27.- Curvas de anomalía de Bouguer utilizando diferentes valoresde densidad. A partir de éste análisis se seleccionaron las densidades de1.8 y 2.7 g/cm3 para el relleno del valle y el lecho rocoso respectivamente.

Figura 28.- Carta de anomalía de Bouguer completa de la zona de estudio

Figura 29.- Carta del Campo Residual generado a partir de la anomalía deBouguer completa.

Figura 30.- Anomalía de Bouguer (línea negra continua) a lo largo del perfilgravimétrico E-W y su gradiente horizontal asociado (línea punteada). Unode los máximos de la curva del gradiente coincide con un fallamiento desuelo observado en superficie (triángulo invertido).

Figura 31.- Trayectoria de ondas sísmicas.

Figura 32.- Gráfica distancia-tiempo a partir de la cual se obtienen lasvelocidad P y S del relleno (en éste caso P), a partir de las cuales se deducenlas constantes elásticas del medio.

Tabla 1.- Parámetros sísmicos y constantes elásticas para el valle de SLP


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LISTA DE PLANOS

1.1.- PLANO GEOLÓGICO DE LA ZONA URBANA Y CONURBADA DE SLPY SGS.

1.2.- PLANO GEOLÓGICO DE LA ZONA URBANA Y CONURBADA DE SLPY SGS.

1.3.- PLANO DE CONFIGURACIÓN DEL LECHO ROCOSO (BASAMENTOHIDROLÓGICO)

1.4.- CARTA TOPOGRÁFICA DETALLADA (LEVANTADA CON ESTACIÓNTOTAL).

1.5.- CARTA DE ANOMALÍA DE BOUGER COMPLETA.

1.6.- CARTA DE CAMPO GRAVIMÉTRICO REGIONAL

1.7.- CARTA DE CAMPO RESIDUAL

1.8.- SECCIONES

1.9.- CARTA DE MÁXIMOS ESFUERZOS HORIZONTALES

1.10.- INFORME FINAL EN FORMATO DIGITAL.

1.11.- ELEVACIÓN DEL NIVEL PIEZOMÉTRICO AÑO 1992

1.12.- ELEVACIÓN DEL NIVEL PIEZOMÉTRICO AÑO 1998

1.13.- ESTACIONES GRAVIMÉTRICAS Y TESTIGOS.

1.14.- GRADIENTE DE ANOMALÍA COMPLETA


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1.15.- GRADIENTE DE ANOMALÍA RESIDUAL

1.16.- CARTA DE RIESGO DE AGRIETAMIENTO

1.17.- CARTA DE RIESGO DE AGRIETAMIENTO-2

1.18.- MAPA DE RIESGOS

1.19.- HUNDIMIENTOS


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Anexo 1

Nombre y ubicación de fallas de suelo identificadas en la zona metropolitana SLP-SGS

FALLA ORIENTACIÓN PRINCIPALES ZONAS AFECTADAS

1. FALLA AEROPUERTO (F.A.)N-S en su parte

Norte y N-NW haciasu parte sur

Zona del Fraccionamiento Aeropuerto-Colonia Los ReyitosAvenida Aeropuerto, Nebulosa, Bruma, Selene, Lluvia, Viento,Relámpago y Tormenta (Fraccionamiento Aeropuerto), Privada de Lila yÁngela Peralta.Zona Iglesia de la Santa Cruz-Academia Estatal de PolicíaTemplo de la Santa Cruz y Escuela Primaria Ignacio Zaragoza, calle 3esquina con la calle 14, calle 16, calle 2 y avenida Vasco de Quiroga,Mercado de la Luz, Av. Fray Diego de la Magdalena, Academia EstatalPolicía.Zona Bulevar Río Santiago-Escuela Normal del Estadocalles de Albino García y privada de Azahares, Normal del EstadoZona Colonia División del Norte-Río PaisanosLópez Hermosa, Av. Adolfo López Mateos, Eugenio Aguirre, MaclovioHerrera, Rosalío Ramos, Rodríguez, Villa Amelia y 5° Privada de la Cruz,Anillo Periférico Norte.

2. FALLA MUÑOZ (F.M) NW-SE

Av. Nicolás Zapata, hasta el Boulevard Río Santiago, calle de Terrazas,Madrigal, Antiguo Cortijo, 5 Hermanos, Charro Mexicano, Estribo, ReinaVictoria, Rey Pedro el Grande casi esquina con Rey Carlos V, AlfonsoXlll, Rey Felipe ll y Av. Hernán Cortés casi esquina con Reina Victoria,Av. Hernán Cortés hasta la calle Xipe

3. FALLA CARLO MAGNO (F.C.M) N 40°- 50° WCallejón de López, Rey Conrado, Río Santiago (Frente al Edificio TorresCorzo), Margarita M. de Juárez, Madrigal, Gertrudis Uribe, ReinaAlfonsina.

4. FALLA DAMIÁN CARMONA (F.D.C)N 10°-15° W

Álvaro Obregón (Edificio Ipiña) hasta la Av. Hernán Cortés, Arista, Juliánde los Reyes, Guajardo Reforma, Pedro Montoya, Aquiles Serdán, Juan,Álvarez, Darío de los Reyes y Juan del Jarro.

5. FALLA PARQUE MORALES - AVENIDADE LA PAZ (F.P.M. – AP)

N 75° - 80° EArtistas, Av. del Lago, Condominios del Parque, Becker, Marconi, RubénDarío, Plaza El dorado. Otras calles son Muñoz, Marino Ávila, Villanueva,Pedro Moreno, Damián Carmona, Plan de San Luis y Av. de la Paz ycalle Ponciano Arriaga.

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6. FALLA VALLE DORADO (F.V.D.) N 60°-65° W Azabache, Tecali, Sirconia, Diamante, Coral, Granate, Obsidiana

7. FALLA DESARROLLO DEL PEDREGAL(F.D.P)

N 70°-85° W Fraccionamiento Desarrollo del Pedregal, Tecnológico de Monterrey

8. FALLA Mc. DONAL’S – MORALES(F.Mc.M.)

N 20° - 60°WCaliente, Mc Donal’s, Universidad Cuahutemoc, Zona Universitaria,Escuela de Economía, Office Max, Departamento de Informática, Institutode Física y Biblioteca en la Zona Universitaria, y casas de la fracción deMorales.

9. FALLA SAUZALITO (F.S.) NW - SE Prolongación San Fernando, Zapote, San Ricardo, San Ángel, PánfiloNatera, Pasaje Sauce, San Gustavo, Av. del Sauce, San Daniel y Zapote

10. FALLA HOTEL REAL DE MINAS (F.R.M.) N 45° W Hotel Real de Minas, Central Camionera, Hotel del Potosí.

11. FALLA CONDOMINIOS GAVIOTA(F.C.G.) N 45° W

Av. Salvador Nava, Condominios Gaviota, calle Circuito y calleConquistadores.

12. FALLA FRACCIONAMIENTO SAN JOSÉDE BUENAVISTA (F.S.J.)(SOLEDAD DE GRACIANO SÁNCHEZ)

N 50° ESan José, Juan Bosco, Circuito San Francisco, San Ignacio, Circuito SanGerardo y Circuito San Eduardo.

13. FALLA MUSEO REGIONAL POTOSINO(F.M.R.)

N 70° a 80° Ey

W-E

Museo Regional Potosino y la Capilla de Aranzazú

14. FALLA MUSEO DE LA MASCARA(F.M.M.)

N 80° E Museo de la Máscara, Oficinas de Telégrafos

15. FALLA IGLESIA DEL ESPÍRITU SANTO– MUSEO FEDERICO SILVA (F.E.S.-F.S.)

N 10°-15° W Iglesia del Espíritu Santo, Museo Federico Silva y calle de Reforma

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Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el ASan Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez”

rea Metropolitana105100

Anexo 2

Descripción de Fallamientos de sueloZona metropolitana SLP-SGS

1.- FALLA AEROPUERTO (FA)

Esta falla es la mas importante dentro del área de estudio, tiene un rumbogeneral de N-S en su parte Norte y N-NW hacia su parte sur, estaestructura geológica se ha dividido en cuatro zonas a lo largo de su traza,de acuerdo con el grado de afectación en las obras civiles, siendo elsegmento mas activo el comprendido en la zona del FraccionamientoAeropuerto-Colonia los Reyitos. Las principales características de esta fallason: Presencia de estructuras menores del tipo “tensión” y subsidencia porextensión, ruptura de pisos y paredes, hundimientos y levantamientos enpisos de las casas y en el pavimento de las calles, ruptura de las tuberíasde agua y drenaje, formación de grietas de tensión paralelas y en escalón,torsión (deformación de ventanas, puertas, barandales y ruptura pordesplazamiento a rumbo, tiene una longitud aproximada de 6 km.

A continuación se describen las zonas que muestran afectaciones por laFalla Aeropuerto:

Zona del Fraccionamiento Aeropuerto-Colonia Los Reyitos

Este segmento es el más activo y el que más daños ha ocasionado, tieneestructuras menores del tipo “de tensión” y subsidencia por extensión, lascuales se manifiestan en paredes, muros y pisos de las casas ubicadas enlas siguientes calles: Avenida Aeropuerto, Nebulosa, Bruma, Selene,Lluvia, Viento, Relámpago y Tormenta (Fraccionamiento Aeropuerto). En lacolonia Los Reyitos la falla se identifica en las casas que se encuentraentre las calles de la Privada de Lila y Ángela Peralta, donde el fenómenopresenta las mismas características que en el Fraccionamiento Aeropuerto,aunque con menores daños.

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Zona Iglesia de la Santa Cruz-Academia Estatal de Policía

Las principales obras civiles afectadas en esta zona son: Templo de laSanta Cruz y Escuela Primaria Ignacio Zaragoza, las cuales manifiestanfracturamiento en paredes y pisos. En el caso del Templo de la Santa Cruzlos daños se presentan además en los vitrales y columnas. Los efectos dela falla en las calles del Fraccionamiento Industrial Aviación sonhundimientos del piso, que en algunas calles llega ser hasta de 10 cm,esto se observa en la Calle 3 esquina con la Calle 14, Calle 16, Calle 2 yAvenida Vasco de Quiroga. El área más afectada en esta zona es laubicada en el Mercado de la Luz, el cual presenta daños en 10 locales asícomo en paredes y muros. En el Panteón Municipal Saucito, la falla seobserva en las fracturas que se encuentran en la barda que se ubica sobrela Avenida Fray Diego de la Magdalena. En la Academia Estatal Policía, sepuede ver que la Falla Aeropuerto ocasionó daños en la barda de laentrada de dicha academia, los baños, salón del gimnasio y barda situadaal NE, donde se pusieron testigos de yeso que un mes después ya estabanrotos.

Zona Bulevar Río Santiago-Escuela Normal del Estado

En este tramo, la falla geológica sigue conservando su orientación NW-SEaunque se nota un ligero curvamiento a partir del Bulevar Río Santiago.En éste, se puede observar que existe un hundimiento de bloques en elpiso con desnivel de aproximadamente 8 cm. La ruptura afecta además alos canales laterales que transportan agua negra y potable, lo que ocasionaque continuamente este lugar se encuentre con fugas de agua, a pesar delas constantes reparaciones. Aquí también se puede observar en losarreglos de las fracturas que la falla tiene movimiento lateral izquierdo.

La zona que presenta más daños está en la Colonia Bugambilias entre lascalles de Albino García y privada de Azahares, ahí se observan fracturas enparedes y muros, así como plegamiento en los pisos de las casas. Hacia elsur de la calle de Albino García y hasta la Normal del Estado las evidenciasde la Falla Aeropuerto se manifiestan de manera puntual, por lo que seconsidera a futuro como una zona de posible riesgo.

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Zona Colonia División del Norte-Río Paisanos

En esta zona la orientación de la Falla Aeropuerto sufre una inflexión,tomando un rumbo N-S. Lo que se puede observar en este segmento de lafalla es que al igual que la zona Bulevar Río Santiago-Normal del Estado,sus efectos se manifiestan de manera puntual a partir de las calles LópezHermosa, Av. Adolfo López Mateos, Eugenio Aguirre, Maclovio Herrera,Rosalío Ramos, Rodríguez, Villa Amelia y 5° Privada de la Cruz. A pesar deque los daños en las casas ubicadas en las calles antes mencionadas sonmenores, se considera que se encuentran con alto riesgo en el futurodebido al movimiento lento de la falla. Es posible que la traza de la FallaAeropuerto prosiga hacia el NNW del Río Paisanos en donde en laactualidad aún no se hace evidente. Ahí existen nuevos fraccionamientos yterrenos baldíos, por lo que se debe de mantener estrecha observación enesa zona.

2. FALLA MUÑOZ (FM)

La principal zona de afectación por esta falla se localiza en su extremo sur,desde la Av. Nicolás Zapata, hasta el Bulevar Río Santiago, siendo su zonamás critica en las privadas que se encuentran sobre la calle de Terrazas.Hacia su parte norte la falla se localiza en la colonia los Reyes atravesandolas calles desde Madrigal, Antiguo Cortijo, 5 Hermanos, Charro Mexicano,Estribo, Reina Victoria, Rey Pedro el Grande casi esquina con Rey CarlosV, Alfonso XIII, Rey Felipe II y Av. Hernán Cortés casi esquina con ReinaVictoria. En el segmento de la traza de la falla desde Av. Hernán Cortéshasta la calle Xipe en la colonia Retornos, los agrietamientos se presentande manera muy puntual es decir solo en algunas casas.

Una observación que hay que destacar en la trayectoria de esta falla es queaunque a partir del último punto observable de la falla no existenagrietamientos, no significa que su trayectoria no pueda continuar hacia elNW, por lo que a futuro deberá tenerse especial cuidado por la posibleaparición de indicios de agrietamientos.

3. FALLA CARLO MAGNO (FCM)

La falla Carlo Magno tiene una trayectoria con rumbo general de N 40° -50° W atravesando desde el Callejón de López en su extremo SE, hasta ReyConrado en su parte NW, siendo su parte más afectada la que ubica desdeel Río Santiago (Frente al Edificio Torres Corzo) atravesando las calles,

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Margarita M. de Juárez, Madrigal, Gertrudis Uribe, Reina Alfonsina y ReyConrado. En esta zona se puede observar que la falla presentaramificaciones, lo que nos indica que existen estructuras de tipoescalón.Las características principales de esta falla son: Grietas detensión, asentamientos diferenciales que se manifiestan en rupturas detuberías de agua y drenaje. Al igual que la falla Muñoz esta falla a partirdel último punto verificado en su parte NW, no muestra más afectacionesen las infraestructuras civiles. Esta falla es posible que sea producto de laextensión provocada por la falla Muñoz y la falla Aeropuerto al existir unmovimiento de tipo lateral.

4. FALLA DAMIÁN CARMONA (FDC)

La falla Damián Carmona es una de las fallas que se localizan dentro delCentro Histórico y pertenece al sistema de fallamiento NW-SE, sutrayectoria conserva un rumbo general de N 10°-15° W. Esta falla corre ensu extremo sur desde la calle Álvaro Obregón (Edificio Ipiña) hasta la Av.Hernán Cortés en su parte norte. Las principales calles que cruza la fallason: Arista, Julián de los Reyes, Guajardo, Reforma, Pedro Montoya,Aquiles Serdán, Juan Álvarez, Darío de los Reyes y Juan del Jarro. La zonade afectación de esta falla se comporta de forma similar durante toda sutrayectoria, siendo sus características principales: Grietas de tensión ysubsidencia que se manifiesta en forma de levantamiento de pisos de lascasas y el pavimento de las calles, ruptura de las tuberías de agua ydrenaje. Esta falla al presentarse en el Centro Histórico ha provocadoafectaciones a edificios históricos, por lo que es de suma importancia tenerun monitoreo continuo en esta área. Es probable que la trayectoria de lafalla continúe en su parte NW.

5. FALLA PARQUE MORALES - AVENIDA DE LA PAZ (FPM–AP)

La falla parque Morales-Av. de la Paz tiene su inicio de W a E, en la calleArtistas frente al pozo del Parque de Morales, su orientación general es N75° - 80° E. Esta falla forma parte del sistema de grietas de orientación E-W, las cuales se han manifestado recientemente y de las que no se teníanreportes. El segmento mas activo de esta falla es la que se ubica desde elParque de Morales atravesando las calles Av. del Lago, Condominios delParque, Becker, Marconi, Rubén Darío y Plaza El Dorado. Otras calles sonMuñoz, Marino Ávila, Villanueva, Pedro Moreno, Damián Carmona, Plande San Luis, Av. de la Paz y calle Ponciano Arriaga, su longitudaproximada es de 6 km.


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Los principales efectos se observan como agrietamientos en paredes ypisos, con ligeros hundimientos de pisos y ocasionalmente agrietamientodel techo de las casas. No se observa movimiento de torsión como en lafalla Aeropuerto. Esta falla fue detectada en el subsuelo por el pozo deagua potable CNA–11-888 a una profundidad de 352 m (CNA-2005) y ensuperficie se observo cuando se realizó la zanja para el colector de aguaspluviales llevada a cabo en la parte central del parque de Morales.

6. FALLA VALLE DORADO (FVD)

La falla Valle Dorado se localiza al sur-oriente de la capital de San LuisPotosí, su orientación general es N 60°-65° W. Históricamente se tienendatos de que el fenómeno de agrietamiento comenzó a manifestarse haceaproximadamente 10 años. Los primeros estudios geológicos de estefenómeno se realizaron por Barboza-Gudiño (1999), pero es hasta el 2005,cuando se retoma el estudio en detalle de esta falla.

La falla presenta dos segmentos, uno se localiza en la calle Azabache ycruza las calles de Tecali, Sirconia y Diamante, la zona mas afectada poresta falla se localiza entre las calles de Sirconia y Diamante, donde elagrietamiento se manifiesta en bardas, techos y pisos de las casas, elagrietamiento en varias casas llega a tener una abertura de 7 cm. Ademásse observan hundimientos de torsión, su longitud es relativamentepequeña comparada con las fallas anteriormente descritas pues no esmayor de los 400 m.

El otro segmento de la falla se localiza sobre la calle Coral y su longitud esaproximadamente de 700 m. Aunque los efectos de los agrietamientos sonmenores a los de la calle Azabache, los daños se presentan sobre todo enlas bardas de las casas y ocasionalmente en los techos. En ocasiones sealcanza a percibir un ligero agrietamiento (± ½ cm) también en los pisos.Las calles por donde cruza esta falla son: Granate, Obsidiana, Diamante ySirconia. Posiblemente esta falla se relaciona con la falla que se hareconocido en los Condominios Gaviota.

7. FALLA DESARROLLO DEL PEDREGAL (FDP)

La falla Desarrollo del Pedregal se localiza al sur-poniente de la capital deSan Luis Potosí, y su orientación es N 70°-85° W. Aparentemente está

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relacionada al sistema de fallas asociadas a la falla principal del hombroponiente del graben de Villa de Reyes–San Luis Potosí y tiene una longitudaproximada de 2 km. Anteriormente esta falla había sido detectada pormedio de imágenes de satélite (Labarthe-Hernández, 1982) y en pozos deagua (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz, 1997).

Por no existir actualmente construcción de casas o edificios no existenafectaciones por hundimientos, pero no se descarta la posibilidad de que afuturo se presenten. Adicionalmente al fenómeno de los hundimientos desuelo, en esta zona existe el riesgo adicional asociado al deslizamiento demateriales rocosos en forma de avalanchas debido a la acción de la lluviasobre rocas erosionadas y muy fracturadas.

8. FALLA Mc. DONAL’S – MORALES (FMDM)

La falla Mc Donal’s–Morales se localiza al NW–SE de la ciudad de San LuisPotosí, su orientación general es N 20°-60°W. Hacia el sector sureste, elúltimo punto detallado es en el negocio Office Max, a partir de ahí se tienedetectado en el edificio donde se localiza el Local llamado Caliente McDonal’s, Universidad Cuauhtemoc, Zona Universitaria, Escuela deEconomía y casas de Morales. El de hundimientos se refleja enagrietamientos en bardas, pisos, calles, rompimiento de tuberías de agua ydrenaje, hundimiento de pisos (Mc Donal’s) y aparentes movimiento detorsión (Office Max, Departamento de Informática, Instituto de Física yBiblioteca en la Zona Universitaria). La característica particular de estafalla es que existen segmentos en donde no se han observado daños en laactualidad. Es posible que la falla siga su trayectoria tanto al NW como alSE.

9. FALLA SAUZALITO (FS)

La falla Sauzalito se localiza al noroeste de la capital de San Luis Potosí.Los primeros antecedentes de esta falla se tienen del reporte sobreagrietamientos realizados por Barboza-Gudiño y Mata-Segura (1999). Lasprincipales características del fenómeno de agrietamiento se manifiestanen las paredes de las casas así como en los muros y techos, además sepudo observar hundimientos tanto en casas como en las calles por dondecruza la falla. Las grietas son de tensión, pero también existenmovimientos de torsión. Las calles por donde cruza la trayectoria de lafalla son: Prolongación San Fernando, Zapote, San Ricardo, San Ángel,Pánfilo Natera, Pasaje Sauce, San Gustavo, Av. del Sauce, siendo la zonamas afectada la que se localiza entre las calles de San Daniel y Zapote,

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donde en la actualidad existen casas que han sido demolidas. Esta fallaparece ser un ramal de la falla Aeropuerto.

10. FALLA HOTEL REAL DE MINAS (FRM)

Esta falla se ubica al suroriente de la ciudad de San Luis Potosí, en la zonahotelera y tiene una longitud de afectación de aproximadamente 300 m. Laparte más afectada es la del Hotel Real de Minas donde se puedenobservar agrietamientos en varias partes de dicho hotel, con un rumbogeneral de N 45° W. Existe también hundimiento de pisos, así comomovimiento de torsión en ventanas de los locales de la tabaquería. Otrospuntos donde se pueden observar agrietamientos son: Central Camionera,Hotel del Potosí y la barda ubicada al poniente del Hotel Real de Minas quecolinda con un lote baldío.

11. FALLA CONDOMINIOS GAVIOTA (FCG)

Esta falla se localiza al suroriente de la capital. Su longitud no es degrandes dimensiones sin embargo las afectaciones que ocasiona sonsimilares en cuanto a las características que presenta la falla Aeropuerto,es decir, agrietamiento en bardas escaleras y pisos de las casas. Losagrietamientos presentes son de tensión, se observan tambiénhundimientos de pisos y calles. Los lugares donde se observó el fenómenode agrietamientos son la Av. Salvador Nava, dentro de la zona donde seubican los Condominios Gaviota, calle Circuito y calle Conquistadores. Alparecer esta falla podría formar parte del sistema de fallas paralelas de lazona suroriente de S.L.P.

12. FALLA FRACCIONAMIENTO SAN JOSÉ DE BUENAVISTA (FSJ)(SOLEDAD DE GRACIANO SÁNCHEZ)

Esta falla se localiza al noreste de la ciudad de San Luis Potosí en elMunicipio de Soledad de Graciano Sánchez, su orientación general es N50° E. Las manifestaciones de agrietamientos son relativamente recientes(aproximadamente 2 años). Inicialmente se creía que los agrietamientos sedebían a que las casas afectadas se construyeron sobre un arroyo, canaldel Río Santiago, pero los datos de ubicación de los agrietamientosmuestran que esto no era correcto. Los principales agrietamientos sepresentan en paredes y pisos, con ligeros hundimientos de pisos y calles,se pudo observar movimientos de torsión en las ventas de las casas.

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Los principales puntos donde se observlos daños se localizan en casassobre las calles San José, Juan Bosco, Circuito San Francisco, SanIgnacio, Circuito San Gerardo y Circuito San Eduardo. El fenómeno deagrietamientos en este fraccionamiento ha causado que algunas casas sedemolieran. Su longitud aproximada es de unos 450 m.

13. FALLA MUSEO REGIONAL POTOSINO (F.M.R.)

El Museo Regional Potosino y la Capilla de Aranzazú, se encuentranubicados entre las calles de Independencia y Vallejo al W-E y Universidady Galeana al N-S en el Centro Histórico de la Ciudad de San Luis Potosí.Los daños observados en forma de grietas se presentan en la sacristía,comisaría y vestíbulo de la Capilla, Cuarto del Fraile y a lo largo delespacio conocido como “La sala de los Herrajes”. Las características de lasgrietas presentes en las estaciones antes mencionadas tienen laorientación general de las grietas, es decir, N 70° a 80° E con esporádicasvariaciones de rumbo W-E. La inclinación general de estas grietas es de80° SE y localmente alcanzan la verticalidad, aunque también semanifiestan grietas con inclinación hacia el NW. Otra característica deestas grietas es que no se manifiestan en los pisos de la planta baja pordonde cruzan el Museo y la Capilla, sin embargo son bien reconocibles enla azotea de la planta alta, cortando incluso las ventanas y paredes de laparte superior. El desplazamiento de las grietas es mínimo, en el orden demilímetros, y debido al corto registro histórico de su aparición, resultadifícil determinar si están actualmente activas.

En el área denominada como “Entierro Huasteco”, se encontró agua en laexcavación que se hizo para la colocación del esqueleto para su exhibición.A este respecto se observó que el nivel del espejo del agua se ubicaaproximadamente 3 m del piso del área de la tumba, dato que coincide conel nivel del agua que existe en una noria que se encuentra a pocos metrosal NW de la capilla de Aranzazú. Los agrietamientos en el Museo RegionalPotosino y Capilla de Aranzazu coinciden con la falla geológica detectadapor pozos de agua en el subsuelo, así como por estudios de geofísica(gravimetría) realizados sobre las calles de Aldama Vallejo. Sin embargo, elorigen de estos agrietamientos podría estar asociado a las replicas de lossísmos reportados en años pasados por el Servicio Sismológico Nacional(SSN) puesto que en ésta zona el descenso del nivel freático no parece serun factor determinante, a menos que éste sea debido a fugas de agua quealimentan acuíferos “colgados” de carácter muy superficial.

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14. FALLA MUSEO DE LA MÁSCARA (FMM)

El edificio del Museo de la Máscara se encuentra ubicado entre las callesde Escobedo y Villerías al W y E e Iturbide y Guerrero al N y Srespectivamente en la Zona Centro de la capital. Las grietas que sepresentan se asocian al sistema de fallas geológicas W-E y NW-SE, quecruzan el Centro Histórico de S.L.P. Los primeros indicios de este sistemade fallas geológicas se obtuvieron después de haber realizado estudiosgeofísicos (gravimetría) los cuales dieron como resultado una anomalía quenos indicaba la posible presencia de fallamiento en el subsuelo.Aparentemente, el Teatro de la Paz está siendo afectado por ésta mismaestructura subterránea aunque de manera más leve. La orientaciónpreferencial de las grietas es N 80°-85 E, aunque también existenagrietamientos con rumbo N 10°-20° W, su inclinación es hacia el SE. Elagrietamiento se manifiesta tanto en los pisos como en los techos de lasdiferentes áreas del Museo, así como en las paredes. El desplazamiento delas grietas es desde milímetros hasta 1 cm. Existe hundimiento del pisoque se encuentra en el pasillo enfrente de la Sala 2. Este mismohundimiento se observa en la puerta de la dirección del Museo y lascaracterísticas parecen corresponder al sistema de fallas NW-SE.

También se pudo observar agrietamiento en las oficinas de Telégrafos lascuales se ubican en el mismo edificio del Museo. Estas grietas presentanmovimiento de torsión, además de que se pusieron testigos paramonitorear el agrietamiento obteniéndose como resultado que sigueexistiendo movimiento. Por fuera del edificio del Museo el agrietamientotambién se manifiesta tanto en el sistema de fallamiento E-W como NW-SEobservándose además el salto vertical de este.

15. FALLA IGLESIA DEL ESPÍRITU SANTO–MUSEO FEDERICO SILVA(FIES-MFS)

La Iglesia del Espíritu Santo, así como el Museo Federico Silva se ubicanentre las calles. Escobedo y B al E y W y las calles de Bocanegra yManuel J. Othon al N y S en la Zona Centro de la ciudad de S.L.P. La fallaque produce los daños observados en la estructura del edificio se asocia alsistema de fallamiento NW-SE y se presenta desde el Museo de la Mascara(ver falla Museo de la Mascara) hasta cerca de la calle de Reforma,cruzando la Iglesia del Espíritu Santo y el Museo Federico Silva. Estesegmento de la falla parece ser el más activo ya que los daños registradosen la Iglesia del Espíritu Santo y el Museo Federico Silva son más severospor lo que se considera de mayor riesgo.

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Los principales efectos observados en la iglesia son en forma deagrietamientos que se presentan en diferentes espacios del edificio queocupa la Iglesia entre los cuales están la notaría, el confesionario, el salónde reuniones, el comedor y la cocina, el área de coro, la azotea de la nave,las escaleras que dan a la segunda planta y la torre de la iglesia. Laorientación de los agrietamientos es N 10°-15° W y su inclinación es de80°-85° SE.

Los agrietamientos, que algunas veces son de tensión, se presentan tantoen pisos como en paredes, techos y azoteas, siendo estos de una anchuraque va desde unos cuantos milímetros hasta algunos centímetros.

La evidencia más notable de que los agrietamientos en la estructura de laiglesia están relacionados una falla geológica es el desplazamiento verticaldetectado en una capa de tepetate, observado cuando se realizó una zanjasobre la calle de los Bravo (frente al negocio Mueblerías Garza) parainstalar nueva tubería de agua y drenaje. El agrietamiento que presenta elMuseo Federico Silva es leve comparándolo con el que se observa en laIglesia del Espíritu Santo, debido probablemente a que el edificio fuereconstruido recientemente. La orientación del agrietamiento en el museoal igual que en la Iglesia del Espíritu Santo es N 10° W, presentándose enlas salas 1, 3, y 5 en la planta baja, 7 y auditorio en la planta alta. En laplanta baja el agrietamiento se observa en el piso, su abertura es dealgunos cuantos milímetros. En estas grietas se observan ramificacionesde la grieta principal. Otros ligeros agrietamientos se ubican en la plantaalta en la zona que corresponde a las oficinas, además el agrietamiento seobserva en las paredes. El agrietamiento se puede seguir hacia el norestedel edificio del museo hasta casi llegar a la calle de Reforma yposiblemente se continúa al norte.

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Anexo 3

Aspectos gráficos de la instalación y nivelación deTestigos Topográficos y Tabla con sus coordenadas.

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Ubicación de los testigos instalados en el Valle de San Luis Potosí

No. Testigo Latitud Longitud Descripción del lugar001 288267 2450981 A 100 m Aprox. de la Presa San José, sobre lecho rocoso del margen izqiuerda del arroyo002 288606 2450917 Camino a La Presa San José a 350 m al Este del 001003 289530 2451018 Contrapresa antes de Zona Deportiva del Paseo La Presa San José004 290631 2451082 Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago y Periferico Norte005 291661 2451270 Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago Frente a la salida de la calle Antimonio006 292560 2451343 Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago a 250 m al Oeste de la Av. Club México007 293494 2451673 Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago en la desviación a la calle Capitán Caldera008 294411 2452228 Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago Frente a la salida de la calle Leopoldo Aguillón009 295169 2452475 Sobre Blvd. Rio Santiago en base de muro del Puente Pedro Moreno010 295992 2452878 Sobre Blvd. Rio Santiago en base de columna del Puente de la Prol. 16 de Septiembre011 297031 2453060 Blvd. Rio Santiago sobre banqueta en base de un muro de proteccion peatonal012 298108 2452952 Esquina de calle José Villet y Blvd. Rio Santiago013 299110 2452680 Esquina de calle República Dominicana y Av. San Pedro014 300088 2452688 Esquina de calle Adolfo Lopez Mateos y Av. San Pedro015 300974 2452696 Sobre Av. San Pedro, Frente a la Col. Hacienda Margaritas. A 150m al Oeste de la Prol. Valentín Amador016 301962 2453014 Sobre Prol. Av. San Pedro a 500 m del Blvd. José Clemente Orozco017 302528 2452687 Sobre Blvd. José Clemente Orozco y camino a San Pedro018 303737 2452951 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 1240 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)019 304818 2453200 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 2230 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)020 305699 2453393 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 3340 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)021 306547 2453616 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 4117 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)022 307685 2453892 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 5310 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)023 308723 2454137 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 6360 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)024 309900 2454410 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 7570 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)025 310674 2454772 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 8430 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)026 311338 2455178 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 9210 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)027 312224 2455776 Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 10280 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana)028 297528 2446896 Av. Calzada de Guadalupe y calle República de Honduras029 296963 2448577 Av. Calzada de Guadalupe y Av. Salvador Nava030 296408 2450255 Av. Calzada de Guadalupe y calle Sevilla y Olmedo

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031 296664 2451971 Av. 20 de Noviembre y calle Central032 293987 2454282 Av. Fray Diego de Magdalena y calle Saucito033 291891 2456129 Periférico Poniente y Av. Fray Diego de la Magdalena o carretera a Zacatecas034 294832 2449028 Av Salvador Nava y Mariano Jiménez035 302089 2448012 Carretera San Luis - Querétaro y Periférico Norte036 300323 2454793 Calle Ignacio López Rayón entre Negrete y Mariano Matamoros037 301697 2456652 Periférico Norte y Salida a Saltillo038 295816 2455106 Av. Adolfo López Mateos, afuera de la Academia de Policia Federal

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Anexo 4

Correlaciones estratigráficas a partir de litología de pozos

Correlación estratigráagua localizado

Prof. (m)

0.00

100

200

300

400

Ciudad 2000 Mexinox No 5. La Florida

Productos volcánicos, esencialmentelatita y tobas (piso rocoso del valle)

Rellenosaluvialesdel valle

(volcanogénicos,

epiclásticos)

a
latita toba brecha vitrófido arenisca conglomerado arena-grav
fica basada en la descripción litológica de pozos des en la porción oriental del área de estudio

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SIMBOLOGÍA

RELLENO RESIDUAL

IGNIMBRITA CANTERA

LATITA PORTEZUELO

R

Tic

Tlp

100

200

300

0 m

326

450

262

325

350

160

262

320

250

?

POZOMORALESPOLVILLO

POZOCORTIJO

5 HERMANOS

POZOJACARANDAS

POZOVALLE DE

LOS CEDROS

POZOTANGAMANGA

2

Tic

R

R

TlpTlp

R

Tlp

R

Tlp

R

W E

100

0

METROS

Correlación estratigráfica basada en la descripción litológica de pozos deagua localizados en la porción norte del área de estudio

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Anexo 5

Secciones geológicas obtenidas a partirdel modelado 2-D de los perfiles gravimétricos

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Documents

Estudio Geológico-Geofísico para la evaluación de los