SGS INFORME FINAL Estudio Geológico-Geofísico para la evaluación de los hundimientos y agrietamientos en el área metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez • H. Ayuntamiento de San Luis Potosí • H. Ayuntamiento de Soledad de Graciano Sánchez • Agencia Habitat • Agencia Potosina de Desarrollo Habitat • Gobierno del Estado de SLP • Secretaría de Desarrollo Social, Delegación SLP San Luis Potosí, Julio del 2006 ٛ SGS Estudio Geológico-Geofísico para la evaluación de los hundimientos y agrietamientos en el área metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez Participantes Dr. Jorge Arzate F.; CGEO-UNAM (Coordinador) [email protected] Dr. Rafael Barboza G.; IG-UASLP Dr. Ruben López D.; IG-UASLP MC. Jesús Pacheco M.; CGEO-UNAM Ing. José Luis Mata S.; IG-UASLP Geol. Antonio del Rosal; CGEO-UNAM Ing. Ienisei Peña Díaz; CGEO-UNAM Pas. Carlos Olivares; CGEO-UNAM San Luis Potosí, Julio del 2006 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 2 CONTENIDO I.- INTRODUCCIÓN ...................................................... 4 II.- RESUMEN EJECUTIVO .............................................. 5 III.- MARCO GEOLÓGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO ......... 31 i.- Localización y marco geológico ii.- Geología del relleno cuaternario del Valle de SLP iii.- Estratigrafía iv.- Piezometría y basamento hidrológico IV.- HUNDIMIENTOS Y FALLAMIENTO DEL SUELO .......... 46 i.- Antecedentes ii.- Esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente en el peso volumétrico iii.- Propiedades mecánicas del subsuelo iv.- Condiciones de frontera y generación de fallamientos de suelo v.- Solución exacta del problema de hundimientos V.- LEVANTAMIENTO GEOFÍSICO ................................. 59 i.- Fundamentos del método gravimétrico ii.- Levantamiento gravimétrico iii.- Cartas gravimétricas del Valle de SLP iv.- Fundamentos del método de refracción sísmica v.- Módulo de elasticidad del relleno del valle VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................... 79 REFERENCIAS .................................................... Listas de Figuras .................................................... Lista de Planos .................................................... ANEXOS ................................................................... Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 84 91 95 97 3 I.- INTRODUCCIÓN El presente estudio está orientado a dar respuesta a la problemática relacionada con los agrietamientos de suelo, los cuales se han multiplicado en los últimos años en las zonas urbanas de San Luis Potosí y Soledad de Graciano Sánchez (Figura 1). Este trabajo ha sido impulsado por los gobiernos municipales de SLP y SGS y financiado de manera sustancial tanto por la Agencia Habitat como por los gobiernos Estatal y Federal. El objetivo central del estudio está enfocado a la adquisición de información técnica que sirva de sustento a las autoridades municipales para una planeación adecuada del crecimiento urbano, minimizando los riesgos a las obras civiles derivados de la existencia, presente o futura, de zonas de agrietamientos del suelo en el Valle de SLP. En el primer capítulo de este documento se presentan los resultados más relevantes sintetizados que se han producido a partir del presente estudio. El formato del capítulo es intencionalmente el de un Resumen Ejecutivo que incluye los principales resultados de este trabajo de investigación aplicada. El capítulo por sí solo es autoconsistente pues representa un resumen de los resultados más relevantes obtenidos sin dejar a un lado la motivación y objetivos detrás del estudio, por lo cual puede ser impreso de manera independiente con propósitos de difusión. Los siguientes cuatro capítulos son de carácter mas técnico y corresponden a la descripción de las metodologías utilizadas en el desarrollo de este proyecto para alcanzar los objetivos planteados. Así, en el Capítulo III, se describen los resultados del estudio geológico tanto regional como el de la geología urbana, los cuales son el fundamento para propósitos de comprender la distribución de materiales y estructuras de ésta parte del valle. En el Capítulo IV se describe el fenómeno de los hundimientos de suelo inducidos por la extracción de agua del subsuelo en términos de las irregularidades que existen en el basamento hidrológico, además se presentan los conceptos que han sido utilizados para deducir las expresiones utilizadas para estimar la magnitud de los mismos en las condiciones específicas del valle de SLP. El Capítulo V comprende la descripción de los elementos teóricos y prácticos de los métodos geofísicos utilizados para la generación del mapa de riesgo de agrietamientos de suelo y para la estimación de las propiedades elásticas de los rellenos del valle. En el Capítulo VI se describe la colocación de testigos permanentes para monitorear los hundimientos del valle así como el procedimiento para estimar los esfuerzos y desplazamientos efectivos en la masa de suelo a partir de los datos previamente obtenidos en zonas Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 4 particularmente afectadas por este fenómeno. En el Capítulo VII se proporcionan las principales conclusiones del presente trabajo. En la parte final de este reporte, en formato de Anexos, se incluye la base de datos geofísicos así como gráficas y tablas diversas que pueden ser de interés para personal técnico que requiera de los mismos para propósitos de re interpretación, verificación o bien para incorporarlos a un eventual Sistema 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 proceso de hundimiento paulatino que es imperceptible en periodos de tiempo cortos. Los hundimientos provocan agrietamientos que se concentran particularmente en algunos sectores de la zona urbana. Estos son el resultado del fallamiento del suelo ocasionado por los esfuerzos que se ejercen en la masa de suelo por efecto de hundimientos diferenciales. Los hundimientos diferenciales han sido inducidos y continúan siendo una consecuencia de un proceso de compactación diferencial producido por el descenso desigual del nivel piezométrico del acuífero por causa de irregularidades preexistentes en el subsuelo, tales como fallas geológicas. Sus efectos se pueden observar como daños a la infraestructura urbana en los sectores en donde aparecen. La causa principal de los agrietamientos en el Valle de San Luis Potosí parece coincidir con lo que se ha observado en otros valles del centro del país (Pacheco et al., 2006), es decir, a la compactación del suelo por la continua extracción del agua de los acuíferos en combinación con la existencia de lechos rocosos irregulares. Durante el período comprendido entre 1998-2006 se han reportado en la ciudad de San Luis Potosí daños a la infraestructura civil, entre otros, asentamientos y ruptura de pisos y bardas en casas habitación y agrietamientos de calles en algunas colonias de la ciudad. Las principales afectaciones reportadas se encuentran en el sector norte, en las colonias Aeropuerto, Industrial Aviación y en el Bulevar Río Santiago. Otras colonias afectadas son los Reyitos y Huerta del Real así como parte de la Zona Centro. Al sur-sureste de la ciudad también se han documentado Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 5 afectaciones en la zona universitaria, en las cercanías del parque Tangamanga y a lo largo de la zona hotelera sobre la carretera 57. Algunos de los edificios públicos afectados son la Academia Estatal de Policía, el Mercado de La Luz, la Iglesia de la Santa Cruz, la Escuela Primaria Federal Ignacio Zaragoza e incipientemente la Escuela Normal del Estado. Figura 1.- Carta de agrietamientos de suelo de la zona urbana San Luis Potosí y Soledad de Graciano Sánchez. Las líneas rojas representan las zonas de agrietamiento activo, localizadas principalmente hacia el poniente de la ciudad de SLP. En la figura se muestra también el sistema de drenaje y cuerpos de agua en la zona de estudio. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 6 A pesar de que ha habido esfuerzos por describir desde el punto de vista geológico el fenómeno de los hundimientos y agrietamientos en el área urbana de San Luis Potosí (Barboza Gudiño et al., 1998; Mata-Segura et al., 2004; Mata Segura y López Doncel, 2004) además de la geología se requiere de la combinación de otras disciplinas tales como la geofísica y los métodos numéricos para caracterizar adecuadamente el fenómeno y con ello generar información confiable que requieren los organismos de gobierno encargados de planear el crecimiento de la ciudad, reduciendo con ello los riesgos de carácter geológico-antropogénico como son los agrietamientos de suelo así como para tomar decisiones relacionadas con la reestructuración de infraestructura afectada y en última instancia para modificar consecuentemente los códigos de construcción en las zonas de mayor riesgo. Objetivo y Metas Quienes tienen la responsabilidad de definir las zonas de crecimiento urbano o de adecuar el reglamento de construcción vigente para los municipios de SLP y SGS deben de contar con elementos técnicos adecuados para tomar decisiones bien fundamentadas, que reduzcan los riesgos de daños a la infraestructura civil, pública y privada, por efecto del fallamiento y agrietamientos del suelo. Con esta idea en mente, el objetivo central de este estudio es explicar el mecanismo de generación de los agrietamientos por subsidencia, pero principalmente ubicar espacialmente las zonas urbanas más propensas a sufrir daños debido a los hundimientos diferenciales que provocan los agrietamientos. Es posible lograr estas metas a partir de la localización de irregularidades estructurales en el lecho rocoso del valle utilizando para ello mediciones geofísicas combinadas con el análisis geológico de la zona. El objetivo final de éste trabajo es entonces el de generar una carta de zonificación de riesgo de agrietamientos para el área metropolitana de San Luis Potosí-Soledad de Graciano Sánchez, así como cuantificar la magnitud de los esfuerzos y desplazamientos en zonas específicas de la mancha urbana en donde actualmente se presenta esta problemática. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 7 Descripción del fenómeno de subsidencia del suelo La subsidencia es un fenómeno que tiene lugar debido a la extracción de sólidos o fluidos del subsuelo, que se manifiesta en la compactación paulatina o súbita de la masa de suelo de la cual se extraen éstos. En particular, el fenómeno de la subsidencia se observa frecuentemente en cuencas sedimentarías debido a la extracción de grandes volúmenes de agua del subsuelo. Frecuentemente los hundimientos generan fallamientos o agrietamientos que dañan la infraestructura urbana. Existen muchas evidencias que indican que los agrietamientos se desarrollan comúnmente sobre estructuras geológicas sepultadas por capas de sedimentos (p.e. Jachens y Holzer, 1979; Rojas et al., 2002 entre otros). La identificación de las irregularidades del lecho rocoso es por lo tanto clave para la ubicación de zonas potencialmente propicias a fallamiento de suelo. De aquí se deduce que tanto la configuración geométrica del lecho rocoso así como su ubicación a profundidad son factores importantes para evaluar la magnitud de las deformaciones en la masa de suelo sobre la cual se llevan a cabo los desarrollos urbanos. La Figura 2 muestra esquemáticamente tres configuraciones del lecho rocoso que pueden generar fallamientos de suelo si el nivel piezométrico desciende debajo de un nivel crítico. Además de un basamento irregular, el fallamiento depende de factores tales como el espesor del acuífero, el potencial de consolidación del suelo y la resistencia a la falla del material granular entre otros. Las zonas de talud se ubican principalmente en los flancos Oeste-suroeste y Este del valle de SLP (Figura 3) en tanto que las zonas de escalón y protuberancia basal se ubican en la parte central del valle. En particular, la zona de agrietamientos que se manifiesta en la mancha urbana de SLPSGS se localiza en el sector poniente (líneas rojas, Figura 3). Es en esta área que ha sido detectada la presencia de una falla geológica sepultada bajo depósitos sedimentarios que constituyen el sistema acuífero del cual se extrae una buena parte de los recursos hidrológicos del valle. Parte fundamental del presente estudio fue determinar la morfología del basamento en la zona urbana del valle, así como el espesor de la capa de material compresible que constituye el sistema acuífero, el cual se encuentra bajo un régimen de extracción intenso (162 millones de metros cúbicos por año según datos de la CNA). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 8 Figura 2.- Configuraciones del lecho rocoso que pueden generar agrietamientos de suelo en el Valle de SLP: 1) Zona de talud, 2) Zona de protuberancia basal, 3) Zona de escalón y 4) bordes de paleocauses. Las flechas indican la dirección de los esfuerzos sobre la masa de suelo y las pequeñas líneas verticales las zonas de agrietamientos. Adicionalmente otra parte de este trabajo se enfocó a determinar las características mecánicas de los materiales del relleno y de la formación rocosa que le subyace. Esta última se considera que se comporta como un material no-compresible para fines de subsidencia. Es a partir del modelado numérico de la deformación del estrato acuífero compresible que se obtienen los valores de los esfuerzos verticales y horizontales que generan los agrietamientos de suelo para la zona urbana de SLP-SGS. Metodología aplicada De manera sintetizada, el procedimiento seguido en el desarrollo de este trabajo comprende cuatro tipos de actividades principales mutuamente complementarias: 1) Levantamientos geológico regional y urbano, éste último de mayor detalle en tanto que se requiere para la elaboración del inventario y recopilación de las zonas de agrietamientos existentes. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 9 Figura 3.- Distribución aproximada de A) las zonas de talud (enmarcadas por líneas azules) ubicadas en los flancos del valle y B) las zonas probables de escalón y protuberancia basal (enmarcadas con línea amarilla). La zona marcada con la letra C corresponde al cause del Río Santiago. Las márgenes de los paleocauses son también zonas propicias a hundimientos diferenciales y por lo tanto de riesgo de agrietamientos. Las líneas rojas indican los fallamientos y agrietamientos de suelo. 2) Levantamientos geofísicos (gravimetría y refracción sísmica) con el propósito de identificar las irregularidades del basamento no compresible a escala urbana y regional, así como determinar las propiedades mecánicas de los suelos. 3) Modelado numérico para definir las zonas de mayor tensión y deformación del suelo en la zona urbana y para evaluar la magnitud de los desplazamientos que generan los agrietamientos. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 10 4) Instalación y nivelación periódica de testigos permanentes en el valle, lo cual permite el monitoreo de los hundimientos a mediano plazo y la calibración de los modelos de predicción obtenidos. La realización de éstos trabajos involucró la participación de un grupo interdisciplinario que incluye dos geólogos, dos geofísicos, un ingeniero civil y un hidrólogo, así como personal especializado, principalmente estudiantes de posgrado de las dos instituciones académicas participantes. Los trabajos realizados tanto en el campo como en la oficina requirió de la utilización de instrumental y software especializado. Entre los equipos que se utilizaron están un Gravímetro Scintrex CG-3/3M, un equipo de refracción sísmica Geometrics GEODE, una Estación Total SOKKIA, un nivel laser SOKKIA LP30A, GPS de precisión Trimble Geoexplorer 7500 y software desarrollado en la propia UNAM (Pacheco et al., 2006) tanto para el procesamiento de datos gravimétricos como para el modelado de la subsidencia entre otros. Resultados del estudio Geológico Geológicamente el área de estudio se encuentra ubicada en lo que regionalmente se conoce como Campo Volcánico de San Luis Potosí (CVSLP), en el extremo norte de una fosa tectónica local conocida como Graben de Villa de Reyes. El Valle de San Luis Potosí representa una depresión que contiene una columna considerable de rellenos aluviales compuestos por productos volcánicos retrabajados y en general sedimentos continentales. El piso rocoso esta constituido comúnmente por riolitas, que son rocas volcánicas extrusivas de composición ácida y de grano muy fino. La única actividad volcánica antes de este evento está representada por derrames andesíticos del Eoceno que descansan discordantemente sobre rocas cretácicas o sobre sedimentos continentales de la Formación Cenicera del Paleoceno-Eoceno. Existen además extensos flujos de ceniza riolíticos, 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 fosas y pilares tectónicos. La formación de estas fosas sucede después de la extrusión de la mayoría de las rocas volcánicas, pero antes del depósito de Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 11 los volcanoclásticos y flujos de ceniza de la Riolita Panalillo, los cuales rellenaron estas estructuras. En este tiempo empieza un magmatismo bimodal el cual está representado por intercalación de basaltos entre rocas félsicas con basaltos suavemente alcalinos. Existe un hiato entre estas rocas y la emisión de las basanitas de la Joya Honda del Plio-pleistoceno. En general las rocas terciarias son ricas en potasio, pertenecientes a la serie calco-alcalina y se considera que provienen de la cristalización fraccionada de cámaras magmáticas someras, por generación de magma por fusión parcial de rocas de la corteza en un medio tectónico extensional, el cual está limitado por fallas normales NNW-SSE y NNE. La orientación del Graben de Villa de Reyes es NW hacia su porción norte y NE hacia su porción sur. El espesor de las secuencias cuaternarias en el valle de SLP es muy variable y está influenciado por el contorno del piso rocoso, variando este de 50 hasta algo más de 500 m (Aguirre Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz, 1997). Desde el punto de vista granulométrico los sedimentos del cuaternario que rellenan el valle se componen de fragmentos que van desde conglomerados y brechas, arenas gruesas, medias y finas hasta sedimentos finos como limos y arcillas. Los conglomerados y brechas se encuentran predominantemente hacia los bordes oriental y occidental del valle, claramente influenciados por las cercanías de las Sierras de Álvarez y Sierra de San Miguelito respectivamente. Estos sedimentos gruesos ocurren en forma de fanglomerados y coluviones en los piemontes de las sierras mencionadas. La Figura 4 muestra el mapa geológico urbano compilado como parte de éste proyecto. La versión escalable de esta carta se proporciona en digital anexa a este reporte. Debido a que la parte occidental de la mancha urbana (área del Desarrollo del Pedregal, las diferentes zonas que conforman Las Lomas y la zona Universitaria hasta el parque de Morales) se encuentra dentro de estas zonas, es de esperarse encontrar bajo una delgada capa de suelo la presencia de estos conglomerados. Adicionalmente se encuentran algunos sedimentos gruesos a lo largo de las camas fluviales (principalmente a largo del Río Santiago y Río Españita), los cuales durante gran parte del año tienen corrientes importantes que transportaron materiales de medianas fracciones. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 12 Figura 4.- Carta geológica de la zona urbana de San Luis Potosí y Soledad de Graciano Sánchez, en donde destacan los causes de los ríos Santiago y Españita y los sedimentos cuaternarios en el centro del valle. En general los sedimentos clásticos gruesos se pueden dividir en brechas y conglomerados terciarios y cuaternarios. Los primeros se encuentran parcialmente cementados y llegan a tener localmente entre 20 y 100 metros de espesor. Con excepción de las zonas influenciadas por corrientes fluviales, la parte central del Valle de San Luis Potosí se encuentra rellena por sedimentos cuaternarios finos (arenas finas, limos y arcillas), los cuales están comúnmente interdigitados con cuerpos lenticulares de conglomerados y arenas gruesas de poca extensión lateral. Es principalmente sobre estos depósitos donde se encuentra la mayor parte de la zona urbana de la Ciudad de San Luis Potosí. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 13 Resultados de los estudios Geofísicos Se llevaron a cabo cinco campañas de mediciones gravimétricas enfocadas a tres principales objetivos: 1) elaborar una carta del relieve del basamento hidrológico, el cual se asocia al estrato no-compresible que contiene al sistema acuífero del valle, 2) elaborar una carta de riesgo de agrietamientos a partir del gradiente de la carta de anomalía de Bouguer completa, y 3) calcular los esfuerzos efectivos y modelar los hundimientos en la masa de suelo en las zonas de la zona urbana más afectadas por los agrietamientos. Los detalles de los procedimientos respectivos se describen en los capítulos subsecuentes de este documento. La red de estaciones gravimétricas se muestra en la Figura 5 y como se puede apreciar, comprende mediciones a tres escalas diferentes: a escala del valle, a escala urbana y a escala local. Las mediciones a escala regional tuvieron como objeto estudiar la estructura del valle debajo del relleno sedimentario. La Figura 6 muestra una sección geológica a lo largo del perfil regional EW que cruza el valle por la zona urbana, en donde se puede apreciar la topografía accidentada del valle, típica de una estructura de graben. Estas irregularidades detectadas en el lecho rocoso explican la existencia de los hundimientos diferenciales que a su vez producen los agrietamientos del suelo. Las mediciones a mayor detalle en la zona urbana tuvieron como objetivo principal ubicar de manera mas precisa las zonas más propensas a sufrir hundimientos y agrietamientos del suelo a partir de la localización de las principales irregularidades del subsuelo en el área metropolitana. La Figura 7 muestra la carta urbana de anomalía gravimétrica residual la cual indica en tonos rojos y naranjas (máximos gradientes) las zonas con mayor riesgo de ocurrencia de hundimientos y agrietamientos. Las mediciones gravimétricas a escala local se enfocaron al estudio de zonas específicas que requerían de mayor detalle. Estas zonas fueron seleccionadas sobre la base de los resultados del estudio geológico detallado a partir del cual se identificaron daños estructurales en obra civil y/o agrietamientos incipientes que indicaban posibles zonas de riesgo en proceso de desarrollo. Se llevaron a cabo estudios en 7 localidades específicas en cada una de las cuales se obtuvo la configuración del lecho rocoso. En 4 de los casos el basamento muestra irregularidades importantes y por lo tanto estas Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 14 localidades se clasifican como de riesgo para las construcciones a lo largo de su traza. La Figura 8 muestra la ubicación de las localidades estudiadas, en tanto que la Figura 9 muestra un ejemplo de uno de los casos estudiados. Figura 5.- Localización de las estaciones gravimétricas en la zona de estudio (puntos negros) y localización de perfiles urbanos detallados (líneas rojas). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 15 Figura 6.- Perfil geológico del subsuelo a lo largo del perfil EW que cruza el valle. A lo largo de este perfil se aprecian numerosas irregularidades en el lecho rocoso debidas a fallas geológicas pre-existentes. Figura 7.- Carta del gradiente horizontal generado a partir de la anomalía de Bouguer. Los tonos rojos reflejan las zonas de mayor riesgo de agrietamientos pues reflejan los lugares de mayor irregularidad del basamento hidrológico. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 16 Figura 8.- Ubicación de los perfiles urbanos estudiados a detalle (líneas rojas) en zonas en las que se tiene evidencia de nuevos agrietamientos. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 17 Figura 9.- Deformaciones horizontales a lo largo del Perfil 11 calculadas utilizando el concepto de esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente en el peso volumétrico para un abatimiento total. Se puede observar la ubicación de la zona de grietas existente (triángulo invertido) y dos zonas potenciales que aún no se manifiestan como grietas. Hundimientos del suelo Como se mencionó en párrafos anteriores, las principales zona afectadas por agrietamientos que han sido detectadas en el valle se ubican al norte de la zona urbana en las colonias Aeropuerto, Industrial Aviación y en el Bulevar Río Santiago. Otras colonias afectadas son los Reyitos, y Huerta del Real y parte de la zona centro. Al sur-sureste de la ciudad se han reconocido afectaciones en la zona universitaria, en las cercanías del parque Tangamanga y a lo largo de la zona hotelera en la carretera 57. Edificios públicos afectados son: La Academia Estatal de Policía, el Mercado de La Luz, la Iglesia de la Santa Cruz, la Escuela Primaria Federal Ignacio Zaragoza e incipientemente la Escuela Normal del Estado. La revisión de los distintos casos reportados ha conducido a un registro más detallado de daños, una mejor definición del fenómeno y la delimitación del área del problema. En el Anexo 1, al final de este reporte se incluye una síntesis de los nombres proporcionados a las fallas de suelo así como su orientación y principales calles y avenidas en donde se observan. En este mismo anexo se incluyen varios aspectos de los daños que han producido varias de ellas. Así mismo, en el Anexo 2, éstas se describen con mayor detalle, en algunos casos identificando las características más notables de las mismas y el tipo de daños observados en las estructuras. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 18 Cabe hacer notar que en la descripción de las mismas debe de tenerse cuidado en no confundir los agrietamientos observados en las estructuras de los edificios, casas, etc. con los agrietamientos de suelo, que por supuesto tienen relación unos con otros pero que conceptualmente son diferentes. Los daños en las casas consisten de ruptura de pisos y paredes, hundimientos y levantamientos en pisos de las casas y en el pavimento de las calles. También hay ruptura de las tuberías de agua y drenaje. La ruptura de las casas se manifiesta en forma de asentamientos (“hundimientos”) del piso, formación de grietas de tensión paralelas y en escalón. La ruptura de bardas ocurre con asentamiento, torsión (con deformación de ventanas, puertas y barandales) y con ruptura por desplazamiento a rumbo. La ruptura en las calles afecta el pavimento, provocando hundimientos, pliegues, grietas escalonadas y grietas paralelas. En el bulevar del Río Santiago, el piso y los canales laterales por donde se encauza el agua negra se rompen continuamente, haciendo necesario realizar reparaciones periódicamente. Este fenómeno detectado desde ya hace unos 20 años en las casas más antiguas de la Colonia los Reyitos, ocurre a lo largo de líneas de orientación N-W y E-W. La línea de ruptura sigue un patrón burdamente paralelo a las fallas regionales que están relacionadas a la formación de fosas tectónicas. Antes de que fueran urbanizados estos terrenos ya se notaba (aunque de manera ligera) un lineamiento en el lugar donde ahora se manifiestan algunos de los fenómenos. La ruptura afecta la capa endurecida del suelo (“Tepetate”) donde comúnmente se construyen los cimientos de las casas en la ciudad, por lo que no puede tratarse de efectos de mala cimentación o de antiguos cauces de arroyos. Aunque el fenómeno del hundimiento y agrietamiento en el área urbana de San Luis Potosí es relativamente reciente, existen ya algunos reportes y trabajos previos realizados principalmente por el Instituto de Geología de la UASLP. Aunque la mayoría de estos trabajos son reportes internos, existen ya algunos publicados y exponen el punto de vista geológico sobre la ocurrencia de estos fenómenos. Entre los trabajos que se pueden mencionar están los de Barboza Gudiño et al., 1998; Mata-Segura et al., 2004 y Mata segura y López Doncel, 2004. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 19 Cuando el nivel piezométrico de un acuífero cae de manera importante y el basamento rocoso que contiene al acuífero tiene una topografía irregular, entonces los hundimientos del suelo pueden ocasionar desplazamientos en la masa de suelo superficial, ya sea vertical u horizontalmente. En el primer caso se produce fallamiento del suelo y se manifiesta en forma de escalones 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) a lo ancho del valle. Los testigos en los extremos E y W del perfil constituyen las referencias que se consideran fijas por estar colocadas sobre roca maciza. La mancha urbana se representa en color amarillo y los agrietamientos con líneas continuas. Los testigos representados con puntos verdes fueron también instalados pero aún no han sido nivelados. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 20 Con el objeto de evaluar la rapidez con la que éstos ocurren además de dar seguimiento a los desplazamientos del suelo (verticales u horizontales) por efecto 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 de una placa de bronce empotrada en el pavimento (zona urbana) o en roca maciza (zona suburbana) cada una de las cuales fue numerada y nivelada. La Figura 10 muestra la distribución del total de testigos topográficos instalados, cuyo objetivo fundamental es evaluar a mediano plazo la magnitud de los hundimientos de suelo en las diferentes regiones de la mancha urbana con respecto a las referencias que se consideran fijas en los flancos del valle. Parte de los testigos se ubicaron a lo largo un perfil de un 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 los testigos así como las coordenadas de todos los testigos instalados en el valle. En el transcurso del presente proyecto se llevaron a cabo dos nivelaciones de alta precisión con un nivel laser. Las nivelaciones se realizaron durante los meses de Enero y Abril del año en curso, es decir en un intervalo de aproximadamente cuatro meses. Figura 11.- Diferencias (en metros) de dos nivelaciones realizadas en un lapso de 4 meses sobre la línea de testigos topográficos a lo ancho del valle de SLP. Los máximos valores medidos (~0.002 m) indican que no hubo subsidiencia en éste periodo. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 21 Los resultados muestran que si bien el valle se está hundiendo, como lo demuestran los fallamientos y agrietamientos de suelo, la velocidad a la que el hundimiento ocurre no es tan alarmante como en otros valles del centro del país. La Figura 11 muestra la diferencia entre ambas nivelaciones a lo largo del perfil EW en los dos periodos mencionados, en donde se aprecia una variación insignificante (~ 2 mm) lo cual sugiere estabilidad del terreno en periodos relativamente cortos. Modelos de subsidencia Con el objeto de tener una perspectiva regional de las principales zonas que sufren hundimientos en la zona urbana del valle, se llevó a cabo el cálculo de la deformación vertical por efecto de la pérdida de sustentación hidráulica causada por un abatimiento del nivel piezométrico. Los hundimientos se calcularon para abatimientos de 50, 100, 150, ..., 700 metros utilizando la solución exacta del problema de hundimientos (Capítulo IV, Sección v). Para tal propósito se consideró tanto el efecto en la masa de suelo saturada (acuífero) como en la masa de suelo drenada. Se considera que el hundimiento total está dado por la suma de las deformaciones verticales de ambos estratos, el parcialmente saturado (Ecuación 22) y el saturado (Ecuación 25). La Figura 12a muestra la distribución de los hundimientos para un abatimiento del acuífero de 50 metros que corresponde aproximadamente a la situación actual. Decimos aproximadamente porque el abatimiento del acuífero en el valle es en promedio de 35 metros y no de 50, sin embargo esta situación es de cualquier modo muy cercana al estado actual del acuífero. Como se puede observar las zonas de máximos hundimientos (tonos grises obscuros) son de 0.50 metros, bajo la suposición de que el nivel freático se encontraba originalmente en la superficie. Una de las zonas de máximos hundimientos coincide con la zona en donde actualmente se observan la mayor parte de los agrietamientos observados en el área urbana. Bajo la misma suposición inicial del nivel freático superficial se calculó la carta de hundimientos para un abatimiento del acuífero de 200 metros, mostrada en la Figura 12b. Esta carta predice que si el nivel piezométrico desciende hasta los 200 metros, los hundimientos máximos totales serán de 1 metro y la distribución será como se muestra en esta figura. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 22 De la diferencia de hundimientos entre los nodos del mallado utilizado para la generación de las cartas de predicción de hundimientos se calculó la carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo por efecto de los hundimientos (Figura 13). Esta carta se puede visualizar como una carta de “flujo de la masa”, por lo cual muestra la dirección de desplazamiento de las partículas de suelo. Figura 12a.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivel piezométrico de 50 metros. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 23 Fgura 12b.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivel piezométrico de 200 metros Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 24 Figura 13.- Carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo la cual indica la dirección de movimiento de las partículas por efecto de los esfuerzos inducidos por la pérdida de sustentación hidráulica. Carta de riesgo de agrietamientos Entre los productos más importantes presentados en este informe se encuentra la carta de riesgo de agrietamientos para la zona urbana del valle de San Luis Potosí, que en cierta forma representa una primera aproximación a la predicción de las zonas de riesgo. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 25 Figura 14.- Carta de riesgo de agrietamientos obtenida a partir del gradiente horizontal de la anomalía completa de Bouguer. Las zonas en rojo son las más propensas a sufrir fallamientos de suelo y por lo tanto representan las zonas más críticas para la construcción de infraestructura. Esta carta se muestra en la Figura 14, la cual muestra en tonos rojos la distribución de las zonas más propensas a sufrir agrietamientos por efecto de irregularidades en el relieve del basamento hidrológico bajo el régimen de extracción actual. Las zonas de tonos naranjas corresponden a sectores de menos riesgo que los anteriores pero aún de alta probabilidad de Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 26 agrietamientos, en tanto que las regiones con los tonos amarillos y blancos corresponden a zonas de bajo y extremadamente bajo riesgo de aparición de 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 una combinación del descenso del nivel piezométrico del acuífero y la presencia de un basamento rocoso irregular. Los hundimientos diferenciales del suelo generan tensión en la masa de suelo que provoca dos tipos principales de fracturamiento de suelo: a) fallamientos de tensión y b) fallamientos de corte. Los primeros generan grietas en el suelo debido a desplazamientos horizontales, en tanto que los últimos generan desniveles en el suelo por efecto de desplazamientos verticales. Actualmente, la zona que mayor cantidad de fallamientos de suelo coincide con la zona que registra mayores abatimientos y un basamento hidrológico con importantes irregularidades. Existen otras zonas propensas a sufrir fallamientos de suelo, indicadas en tonos rojos en la Carta de Riesgos. Este resultado predice espacialmente en donde surgirán los próximos agrietamientos si no se estabiliza la extracción del sistema acuífero del valle en un futuro próximo. La carta de riesgo obtenida, es una carta de carácter semi-regional, es decir, predice espacialmente las zonas de riesgo de agrietamientos, sin embargo, dada la relativamente baja densidad de estaciones gravimétricas aún no es posible predecirlos por calles. Para este propósito se necesita aumentar en número de mediciones en futuros trabajos, particularmente en la zona centro en donde se requiere conocer la configuración del subsuelo para establecer la mecánica de los hundimientos observados. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 27 Además de los fallamientos de suelo que responden a irregularidades del basamento, generalmente con orientación NS, existe una familia de fallamientos asociada a la presencia de paleocauses, principalmente orientados EW, es decir, siguiendo la dirección dominante de los antiguos lechos de los principales ríos que drenaban al valle. El fallamiento del suelo ocurre en los bordes de los paleocauses y se sugiere que el mecanismo de generación es básicamente del mismo tipo que el ocasionado por escalonamiento (o fallamiento normal) en el subsuelo, es decir, por hundimientos diferenciales debidos a diferencias en el espesor de la capa de sedimentos drenados. A pesar de que las nivelaciones realizadas sobre los testigos muestra que el hundimiento del valle no ocurre de forma acelerada pues en 4 meses se observan desplazamientos máximos de solo 2 mm, se requiere de nivelaciones al menos durante un año para poder evaluar objetivamente la magnitud de la subsidencia. Recientemente, se realizaron nivelaciones en tres puntos a ambos lados de la Falla Aeropuerto después de un periodo de 4 años y dos meses con el resultado de que los desplazamientos promedio anuales son de 2 cm en el sector norte (calle Relámpago), 1 cm en el sector central (atrio del Templo de Santa Cruz) y de 0.6 cm en el sector más sureño (Academia de Policía). Recomendaciones Para detener la generación de actuales y futuras zonas de fallamientos de suelo la primera y más importante recomendación es tratar de estabilizar el acuífero a mediano plazo a partir de la recarga artificial a través de pozos de inyección. El desafío parece complejo, sin embargo el proceso es técnicamente posible construyendo depósitos de captación para almacenar avenidas de escurrimientos en épocas de lluvia para luego inyectarla al acuífero a través de zonas permeables previamente definidas. Esta es una práctica que se ha llevado a cabo en zonas semiáridas semejantes a la del valle de SLP con resultados exitosos. En tanto se estabilizan los hundimientos, es necesario seguir monitoreando los asentamientos que ocurren en el valle a través de nivelaciones periódicas de los testigos instalados al menos tres veces por año. Se recomienda además que se incremente el número de testigos Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 28 instalados para ampliar la red de monitoreo y contemplar la posibilidad de realizar un estudio de interferometría de imágenes de satélite para éste propósito, posiblemente con Fondos Mixtos. Para evitar problemas de contaminación del sistema acuífero a través de las zonas de grietas y fallas existentes se recomienda ubicar los posibles focos contaminantes próximos a estas con el propósito de detectar posibles problemas de ruptura de ductos (aguas negras, petróleo, etc.), materiales peligrosos de desecho (fabricas, talleres, etc.) o almacenados (p.e. gasolineras). De hecho, las propias grietas son zonas potenciales de recarga artificial siempre y cuando se mantengan protegidas de contaminantes. Debido a que se detectó que los paleocauses de los ríos que drenaban al valle son causa también de fallamientos y por lo tanto daño a las construcciones, se recomienda llevar a cabo mediciones geofísicas detalladas para ubicar con mayor precisión los principales paleocauses que cruzan la zona urbana de SLP-SGS e incorporarlos a la Carta de Riesgo. Con el propósito de disminuir el impacto en las construcciones futuras, particularmente en las zonas de mayor riesgo (Zona 3 y Zona 4) se requiere actualizar las normas de construcción. Para éste propósito se recomienda llevar a cabo reuniones de consulta entre representantes de la industria de la construcción, autoridades y académicos. Un proceso de este tipo se llevó a cabo en el Estado de Querétaro dando como resultado la modificación de la normatividad para la construcción en las zonas de riesgo. Algunas recomendaciones prácticas relacionadas con la construcción y remediación en zonas afectadas por los fallamientos que se practican en otras zonas urbanas con problemas semejantes son las siguientes • Consultar la ubicación del predio en la Carta de Riesgo de Fallamientos de Suelo. • Cartografiar cuidado en fallamiento, contiguas si el posible fallamiento en la zona, poniendo especial determinar el ancho de influencia de la traza del observando daños visibles a las construcciones esto fuera posible. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 29 • Realizar un estudio geofísico-geológico detallado para verificar que no se construirá sobre la traza de la probable falla. En caso de que esto no se pueda evitar y se decida construir (en caso de ser autorizado), se recomienda reforzar los cimientos. Los estudios son particularmente necesarios cuando el proyecto contempla la construcción de grandes edificaciones en terrenos mayores a los 500-1000 m2. • Diseñar el proyecto de construcción de acuerdo a las condiciones del terreno, dejando la zona de riesgo como áreas verdes o para la edificación de construcciones ligeras bien reforzadas en su cimentación. • Para las construcciones dañadas se recomienda hacer cortes a la estructura para dividir la construcción en dos partes las cuales se moverán de forma independiente con los bloques generados por el agrietamiento. Las juntas, resultado de los cortes pueden ser simuladas por algún elemento estructural. Por último, se recomienda la creación de una “Comisión de Grietas y Recarga del Acuífero”. En ciudades como Aguascalientes, se tiene un comité de grietas que funciona muy bien, sin embargo no incluye la componente de recarga, esencial para la estabilización de los hundimientos. Posibles fuentes de financiamiento son los apoyos de los Fondos Mixtos o sectoriales de Conacyt o bien de la creación de un fideicomiso. La composición de dicha comisión debe incluir representantes del sector de la construcción, de las autoridades competentes y del sector académico. Entre otras posibles actividades asignadas estarían las siguientes: • • • Monitorear y actualizar las grietas y la posible aparición de nuevos agrietamientos o hundimientos que pudieran presentarse. Coordinar la elaboración de una Carta de Riesgo de contaminación relacionado con los agrietamientos y fallamientos de suelo. Coordinar el desarrollo y promoción de un proyecto de recarga artificial y, en caso de llevarse eventualmente a cabo, monitorear la recuperación del acuífero a partir de las nivelaciones de testigos o de la interferometría de imágenes de satélite. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 30 III.- MARCO GEOLÓGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO i.- Localización y marco geológico Geológicamente el área de estudio se encuentra ubicada en lo que regionalmente se conoce como Campo Volcánico de San Luis Potosí (CVSLP), en el extremo norte de una fosa tectónica local conocida como Graben de Villa de Reyes. El Valle de San Luis Potosí representa una depresión que contiene una columna considerable de rellenos aluviales compuestos por productos volcánicos retrabajados y en general sedimentos continentales con espesores que oscilan entre los 50 a 500 m hasta el piso rocoso. El piso rocoso esta constituido comúnmente por riolitas, que son rocas volcánicas extrusivas de composición ácida y de grano muy fino, de edad Oligoceno, de alrededor de 26 a 31 millones de años (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz 1997). La única actividad volcánica antes de este evento está representada por derrames andesíticos del Eoceno que descansan discordantemente sobre rocas cretácicas o sobre sedimentos continentales de la Formación Cenicera del Paleoceno-Eoceno. Existen además extensos flujos de ceniza riolíticos, 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 fosas y pilares tectónicos. La formación de estas fosas sucede después de la extrusión de la mayoría de las rocas volcánicas, pero antes del depósito de los 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 representado por intercalación de basaltos entre rocas félsicas, que continúan después de los 26 Ma, con basaltos suavemente alcalinos. Existe un hiato entre estas rocas y la emisión de las basanitas de la Joya Honda del Pliopleistoceno. En general las rocas terciarias son ricas en K, pertenecientes a la serie calco-alcalina y se considera que provienen de la cristalización fraccionada de cámaras magmáticas someras, por generación de magma por fusión parcial de rocas de la corteza en un medio tectónico extensional, el cual está limitado por fallas normales NNW-SSE y NNE. La orientación del Graben de Villa de Reyes es NW hacia su porción norte y NE hacia su porción sur. Como base geológica del área de trabajo se utilizó el estudio de Labarthe-Hernández et al., (1982), además de cortes litológicos de pozos profundos localizados en el área de estudio (Aguirre Hernández, 1992). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 31 ii.- Geología del relleno cuaternario del Valle de SLP Trabajos sedimentológicos que describen la litología y granulometría de las secuencias cuaternarias que rellenan el Valle de San Luis Potosí son muy escasos. Estos se limitan únicamente a breves descripciones de los “recortes” tomados durante las perforaciones de pozos y normalmente estas descripciones utilizan términos descriptivos que no dan indicios sobre su génesis y mecanismo de depositación (p.e. Tepetate). Sin embargo estas descripciones han servido como herramienta para interpretar y reconstruir el contorno del piso rocoso que se encuentra bajo el relleno cuaternario (Aguirre Hernández, 1992). El espesor de las secuencias cuaternarias es muy variable y está lógicamente influenciado por el contorno 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 cuaternario que han rellenado el valle, estos se componen en fracciones que van desde conglomerados y brechas, arenas gruesas, medias y finas hasta sedimentos en fracciones de limos y arcillas. Como es de esperarse los conglomerados y brechas se encuentran predominantemente hacia los bordes oriental y occidental del valle, claramente influenciados por las cercanías de las Sierras de Álvarez y Sierra de San Miguelito respectivamente (ver mapa geológico). Estos sedimentos gruesos ocurren en forma de fanglomerados y coluviones en los piemontes de las sierras mencionadas. Debido a que la parte occidental de la mancha urbana (área del Desarrollo del Pedregal, las diferentes zonas que conforman Las Lomas y la zona Universitaria hasta el parque de Morales) se encuentra dentro de estas zonas, es de esperarse encontrar bajo una delgada capa de suelo y / o arcillas, la presencia de estos conglomerados. Adicionalmente se encuentran algunos sedimentos gruesos a lo largo de las camas fluviales (principalmente a largo del Río Santiago y Río Españita), los cuales durante gran parte del año tienen corrientes importantes que transportaron materiales de medianas fracciones. En general los sedimentos clásticos gruesos pueden ser divididos en dos tipos: 1.- Brecha-Conglomerado terciario: Aflora al pie de la Sierra de Álvarez, y Sierra de San Pedro al Este de la Ciudad de San Luis Potosí. Se trata de un conglomera polimíctico (clastos de rocas volcánicas y sedimentarias de carbonatos, areniscas y lutitas), cuyos componentes muestran granulometrías que varían de gravas hasta guijarros. Estos se encuentran de subangulosos (brechas) a subredondeados (conglomerados) y están Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 32 contenidos en una fábrica soportada en granos, lo cual sugiere una relativa pobreza en matriz. La matriz es principalmente arena fina y limos, parcialmente litificados. Los conglomerados y brechas terciarias se encuentran parcialmente cementados y llegan a tener localmente entre 20 y 100 metros de espesor. Por su posición estratigráfica y determinaciones palinológicas se le ha asignado una edad del Eoceno y es llamada en la literatura como Conglomerado Cenicera. (44 Ma, Labarthe-Hernández y Tristán-González, 1995). 2.- Brecha-Conglomerado Cuaternario: Estos sedimentos se encuentran bien expuestos al Oeste de la ciudad de San Luis Potosí, a los pies de la Sierra de San Miguelito y localmente en los bordes de la Sierra de San Pedro (ver mapa geológico). Estos sedimentos se presentan polimicticos, predominantemente con clastos de rocas volcánicas de diferentes composiciones, así como algunos epiclásticos retrabajados. Su granulometría varía de bloques (Figura 15), gravas a guijarros en morfologías predominantemente angulares hasta subredondeados. La matriz es principalmente de la fracción de limos y arcillas. La fábrica de estos sedimentos es mayormente soportada en matriz y se encuentran localmente en su base bien cementados. Muestran gradación e imbricación. Estos conglomerados y brechas conforman el coluvión (fanglomerados) productos de las zonas proximales de los abanicos fluviales que salen de las Sierras antes mencionadas. Con excepción de las zonas influenciadas por corrientes fluviales, la parte central del Valle de San Luis Potosí se encuentra rellena por sedimentos cuaternarios finos (arenas finas, limos y arcillas), los cuales están comúnmente interdigitados con cuerpos lenticulares de conglomerados y arenas gruesas de poca extensión lateral. Es principalmente sobre estos depósitos donde se encuentra la mayor parte de la zona urbana de la Ciudad de San Luis Potosí. Los sedimentos de fracciones finas pueden ser igualmente separados en dos tipos, de acuerdo a sus mecanismos de depositación y de su granulometría. 1.- Depósitos cuaternarios fluviatiles: Estos se encuentran a lo largo de las camas de los ríos y paleoríos que se encuentran dentro del valle. Estos muestran un flujo preferente SW-NE, y muestran variaciones granulométricas que van de arenas gruesas (al SW) hasta arcillas (al NE). Estos incluyen los dos ríos principales que cruzan casi totalmente el Valle de San Luis Potosí, que son los ríos Santiago y Españita. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 33 Figura 15.- Conglomerado Cuaternario (Parque de Morales) con clastos subredondeados de varios decímetros de diámetro Ambos sistemas fluviales muestran secuencias de arenas gruesas, con gradación normal, que pasan transicionalmente a limos y arcillas. Localmente se interdigitan horizontes de material grueso en forma de lentes de conglomerados depositados a lo largo de paleocanales. Estas secuencias se repiten rítmicamente indicando variaciones en los caudales y la energía de acuerdo a cambios estacionales y/o épocas de lluvias. Mineralógicamente las arenas se componen predominantemente de granos de cuarzos subangulosos a subredondeados y en menor cantidad otros granos líticos (granos detríticos de rocas volcánicas) en las mismas fracciones. La matriz es limosa hasta arcillosa y su contenido tiende a aumentar, en algunos casos hasta ser el material principal del depósito, hacia las partes centrales del valle. 2.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajados: Estos ocupan el mayor volumen y distribución en el Valle de San Luis Potosí. Se componen principalmente de arenas finas, limos y arcillas, todas casi exclusivamente de origen volcánico (epiclásticos). Los depósitos son en forma de rítmicos horizontes potentes (hasta 20 m de espesor) y compactos, con contactos planos (no erosivos), y localmente con contactos Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 34 erosivos gradados comúnmente discordantes y/o cruzados rellenando paleocanales de variable distribución lateral (Figura 16), que son compuestos de material volcánico en la fracción de los limos y arcillas donde repetidamente flotan escasos líticos de rocas volcánicas (normalmente menos del 10%), en tamaños de 1 a 2 cm en formas redondeadas a subangulares. La matriz esta compuesta en su mayoría por fragmentos de cristales y ceniza la cual normalmente se encuentra oxidada, lo que da un tono rojizo a los depósitos. Es común encontrar delgadas vesículas, las cuales indican escape de líquidos, así como delgados horizontes de material arenoso con laminación cruzada y laminar. Estos depósitos son el producto de la erosión de rocas volcánicas transportadas por agua en flujos laminares y parcialmente turbulentos con gran contenido de agua (hiperconcentrados), lo cual evidencia que el Valle de San Luis Potosí fue continuamente cubierto por importantes flujos de lodo transportados por crecientes de ríos e inundaciones. Figura 16.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajados de varias decenas de metros de espesor. Se reconocen horizontes compactos cortados por canales rellenos de sedimentos gradados (Zona al E de Arboledas del Aguaje) Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 35 iii.- Estratigrafía La columna estratigráfica de las rocas aflorantes en el área de estudio comprende tanto sedimentos marinos del Cretácico, rocas volcánicas extrusivas e intrusivas del Cenozoico así como depósitos de sedimentos recientes, las cuales se describen a continuación (Figura 17). Edad Cuaternario Era Periodo Época Columna Ma Holoceno Aluvión Pleistoceno Plioceno Mioceno 1.8 23.8 v Neógeno v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v Basalto Cabras v Riloita Panalillo Oligoceno Terciario Ignimbrita Cantera Riolita San Miguelito v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v Cenozoico v Latita Portezuelo v Andesita Casita Blanca v 54.8 Paleógeno Senoniano Superior v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v Formación Cenicera Paleoceno 65 Maastrichtiano Santoniano Formación Caracol Coniaciano Turoniano Formación Indidura Cenomaniano 99 Inferior Cretácico Mesozoico v Eoceno Albiano Formación Cuesta del Cura Aptiano Formación La Peña Figura 17.- Corte estratigráfico del área de estudio (modificada de Labarthe et al.,1982) CRETÁCICO INFERIOR: Formación La Peña (Kip) En el área de estudio La Formación La Peña (Imlay, 1936), aflora principalmente al nororiente del poblado de Cerro de San Pedro, en el eje del anticlinal de la Sierra de San Pedro. Consiste en una caliza de color gris oscuro a claro, los estratos presentan espesores que en forma general van de 40–50 cm intercalados con lentes de pedernal negro a castaño, contiene bastante vetillas de calcita y argilización, presenta oxidación y silicificación, nódulos de hematita y estilolitas. El espesor de la Formación La 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 LabartheHernández et al., (1982) se le estiman 225 m. La Formación La Peña subyace concordantemente y transicionalmente a la Formación Cuesta del Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 36 Cura. Esta formación fue depositada en aguas profundas y tranquilas, de una cuenca relativamente profunda. CRETÁCICO MEDIO: Formación Cuesta del Cura (Kcc) La Formación Cuesta del Cura (Imlay, 1936), dentro del área de estudio aflora principalmente en su porción norte y nororiental, en el anticlinal de San Pedro, y en algunas ventanas al sureste del área Aquí consiste en capas de caliza por color gris claro intercaladas con lutitas de color café a ocre, 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 los planos de los estratos de caliza, así como lentes de pedernal color crema a negro y en algunas ocasiones boudinages. Su espesor dentro del área de estudio no se pudo medir por no aflorar su base además de ser una formación muy plegada, sin embargo se le estima un espesor no menor de 200 m. En localidades al norte del área de estudio, en la Sierra del Coro, la Formación Cuesta del Cura es sobreyacida concordante y transicional por la Formación La Peña y subyace a la Formación Indidura también con un contacto concordante y transicional. La litología y el contenido fósil de la Formación Cuesta del Cura indica un depósito en aguas tranquilas en forma de lodos calcáreos en una cuenca profunda. CRETÁCICO SUPERIOR: Formación Indidura (Ksi) La Formación Indidura (Imlay, 1936), aflora al nororiente del área de estudio sobre todo al poniente de Jesús María y Monte de Caldera. Aquí consiste de una intercalación de calizas y lutitas en estratos de 10–25 cm. Presenta intenso vetilleo de calcita y algo de oxidación; en algunas partes la caliza se encuentra recristalizada y contiene pedernal de color negro el cual disminuye marcadamente hacia la parte superior. En el área de estudio, La Formación Indidura sobreyace concordantemente y transicional a la Formación Cuesta del Cura y subyace discordantemente a la Ignimbrita Santa María. Es un depósito de tipo transgresivo que va desde la parte superior de la subzona epibatial en contacto con la Formación Cuesta del Cura, hasta la subzona infralitoral en su parte superior. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 37 TERCIARIO INFERIOR (Paleoceno-Eoceno): Formación Cenicera (Tc) Labarthe-Hernández et al (1982), le dan el nombre formal de Formación Cenicera, la cual se encuentra bien expuesta en el arroyo de la Cenicera localizado al oriente de Villa de Reyes, S.L.P., considerándose su localidad tipo. Aquí consiste de una secuencia de conglomerados, areniscas poco consolidadas limos y arcillas que en general presentan una variación lateral fuerte, cambiando de conglomerados a zonas arcillo-limosas. Dentro del área de estudio aflora principalmente al NE del Cerro de Chiquihuitillo y al sur de Monte de Caldera. La Formación Cenicero sobreyace discordantemente a las rocas marinas del Cretácico de la Formación Indidura y subyace a las unidades de rocas volcánicas del Cenozoico que afloran en el área de estudio. Su espesor en el área de estudio es de 20 a 100 m (Labarthe-Hernández et al., 1982). Estos sedimentos clásticos del Terciario inferior se depositaron en cuencas intermontañas 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 su localidad tipo en las inmediaciones de la ranchería de Casita Blanca. Aflora de manera irregular en el área de estudio en forma de ventanas siendo su presencia más notable en el Cerro los Metateros y Cerros el Picacho, los cuales se encuentran situados al NE del área. Consiste en una roca de color gris oscuro verdoso, de textura porfíritca ± 5% de fenocristales de 1-2 mm. de biotita y de 3% de plagioclasa de 1-2 mm. en matriz afanítica; contiene cuarzo y ferromagnesianos alterados a óxidos de hierro. Su espesor en el área de estudio es de 20 a 30 m. En el cerro de los Matateros (Labarthe-Hernández et al., 1982). le asignan un espesor de 64 m y al norte de San martín de Abajo, S.L.P, Garza Blanc (1978) le da un espesor de 120 m. La andesita Casita Blanca sobreyace discordantemente a las Formaciones Indidura y Cenicera, subyace a la Latita Portezuelo; al Miembro Superior de la Riolita Panalillo y a la Ignimbrita Santa María; a estas dos últimas con un vitrófido en su base. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 38 OLIGOCENO: Ignimbrita Santa María (Tis) La Ignimbrita Santa María (Labarthe-Hernández et al., 1982), tiene su localidad y sección tipo en los cerros inmediatamente al norte de la Ciudad de San María del Río, S.L.P., en donde se encuentra bien expuesta. En el área de estudio aflora sobre todo en el Cerro de Chiquihuitillo, al sur del municipio de Cerro de San Pedro; Cerro Santo Niño, Cerro del Frente al SE del área de estudio, así como en el Cerro Los Metaleros. Esta unidad se identifica por ser una roca color gris rosáceo con 30-40% de fenocristales de cuarzo subhedral y sanidino euhedral de 2-5 mm. Contiene magnetita alterada generalmente a hematita como mineral accesorio en la matriz desvitrificada y en cuya parte superior del flujo presenta una estructura columnar muy notable. Su espesor en el área de estudio, en las cercanías del 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 su sección tipo 81 m aflorando sin conocer su base. Sobreyace discordantemente 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 Latita Portezuelo, estando ubicada su localidad tipo en los cerros inmediatamente al oriente del poblado de Portezuelo, S.L.P. La latita Portezuelo es la roca volcánica que se encuentra mejor expuesta, sobre todo en los cerros de Portezuelo, Cuesta de Campa, Cerro El Tigre, Cerro Gordo, Cerro Las Peñas, Cerro del Frente y Cerro Santo Niño. Consiste de un derrame de lava, de color café grisáceo con matriz afanítica, presenta 10-15% de fenocristales de sanidino y andesina de 2-6 mm, euhedrales subhedrales y contiene cuarzo subordinado. Su matriz consiste de microlitos de plagioclasa; los minerales accesorios principalmente son magnetita, circón y apatita. Su espesor en el área de estudios se desconoce por 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 poblado de Enrique Estrada al NW de este estudio. La Latita Portezuelo sobreyace a las formaciones marinas, La Peña, Cuesta del Cura, Indidura así como a la Andesita Casita Blanca. Subyace a la Riolita Panalillo, siendo el contacto de esta última con la Latita Portezuelo un vitrófido de 1-2 m de espesor. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 39 TERCIARIO (Oligoceno 30.0 ± 1.5 Ma): Riolita San Miguelito (Tsmb, Tsmo, Tsm, Tsmc) Fue puesta formalmente por Labarthe et al. (1982) considerando su localidad tipo en la estribación norte de la Sierra de San Miguelito, bordeando el valle de la Ciudad de San Luis Potosí. Ocupa gran parte del área estudiada, aflorando en las porciones central poniente, sureste y sur. Consiste de una toba pobremente estratificada, con cierta gradación, con abundancia de líticos de areniscas (Fm. Caracol?) y la Latita Portezuelo; su espesor es de 10 a 20 m. Sobre la tefra basal aflora en forma lenticular una zona de brecha que consiste de fragmentos angulares de 3 a 60 cm de vitrófido negro y gris oscuro verdoso, en matriz de fragmentos finos y ceniza de color crema amarillento. Arriba de las brechas de desintegración y/o del vitrófido masivo, está lo que es la porción central de los flujos de lava riolíticos que consisten en una roca de color gris claro a gris rosáceo, de textura holocristalina, porfirítica, con matriz. Transicionalmente sobre la riolita desvitrificada de la porción central de los flujos de lava, aparece un caparazón que consiste de una mezcla de materiales piroclásticos y vitrófido negro o gris oscuro verdoso. La Riolita San Miguelito sobreyace a la 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 el Arroyo 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 depresión topográfica entre los domos del Cerro Grande al NE y del cerro del Potosí al SW. Se trata de tobas de flujos de ceniza, que se han dividido de acuerdo a su grado de soldamiento en: sin soldar (Tic) y bien soldada (Tics). El espesor de toda la Ignimbrita Cantera, incluyendo su base sin soldar, es del 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 echado supuesto de 15° NE, da un espesor real de 331 m. Sobreyace con los contactos descritos a la Latita Portezuelo y a la Riolita San Miguelito y subyace al miembro inferior de la Riolita Panalillo y en ocasiones discordantemente al Conglomerado Halcones. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 40 OLIGOCENO (26.9 ± 1.3 Ma): Riolita Panalillo (Trp) Labarthe-Hernández et al., (1982), propone formalmente el nombre de Riolita Panalillo. (Trp), (Tap). Su localidad tipo se ubica a 14 km al oriente de la Ciudad de San Luis Potosí a 0.5 km al poniente del poblado de Panalillo, S.L.P. Los afloramientos dentro del área de estudio son muy aislados, siendo la parte más importante en su localidad tipo, al poniente del poblado de Panalillo. Consiste de dos miembros de acuerdo a LabartheHernández et al., (1982). El Miembro Inferior (Tap) consiste de una toba de color crema a ligeramente rojiza, estratificada y gradada con capas de 5-30 cm. El Miembro Superior (Trp), consiste de dos unidades, una ignimbrita de color rojizo café claro a roca claro y el miembro superior es una ignimbrita de color gris rosáceo, café o gris con 10-15% de fenocristales de cuarzo, sanidino de 1-4 mm y algunas plagioclasas en una matriz desvitrificada. La parte inferior del miembro superior presenta un sistema de juntas horizontales y la ignimbrita esferolítica se presenta en forma columnar formando mesetas planas. El espesor de la Riolita Panalillo en el área de estudio es de 20 m en la localidad tipo (Panalillo). La Riolita Panalillio sobreyace discordantemente a la formaciones Indidura y Cenicera con un vitrófido lenticular de 0.5-2 m, a la Latita Portezuelo con vitrófido de 1-3 m. En general no se encuentra cubierta por otras rocas en el área de estudio. CUATERNARIO: Pumicita del Desierto (Qd) Labarthe-Hernández et al, (1982) proponen su nombre formacional. Sus afloramientos dentro del área de estudio, son muy pequeños y aislados sobre el Río Colorado, al oriente del Cerro Los Metateros, aunque su mejor exposición es su localidad tipo en las cercanías de la Iglesia del Desierto en la Hoja Tepetate (Labarthe-Hernández y Tristán-González, 1979). La Pumicita del Desierto consiste en un delgado horizonte de ceniza volcánica muy fina de color blanco, mal consolidada y muy ligera. Vista al microscopio se observa que es un vidrio volcánico con 2-3% de cristales de feldespato. En general se encuentra bien estratificada con estratificación cruzada. Su espesor es de 3-5 m aunque en su localidad tipo en las cercanías de la Iglesia del Desierto, Hoja Tepetate, el espesor es de 0.5-2.5 m (Tristán-González, 1979). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 41 CUATERNARIO: Sedimentos semiconsolidados, Colusión y Aluvión (Qal) El subsuelo de la parte central del Valle de San Luis Potosí ha sido interpretado en su estructura y composición, por medio de la descripción de cortes de pozos (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz, 1997). Los depósitos de sedimentos de relleno del valle, incluyendo los más recientes o superficiales en el terreno, son eminentemente de origen volcánico, derivados de las formaciones de este tipo que ocurren en las sierras aledañas, sin embargo es de resaltar que han sido transportados y depositados por corrientes superficiales tranquilas y ocasionalmente turbulentas, que confluyen y han provocado inundaciones en el valle. Esta situación es probablemente la misma en muchas zonas ya urbanizadas. En el Anexo 4 se muestran las correlaciones estratigráficas en dos zonas del valle obtenidas a partir de litología de pozos. Aguirre-Hernández (1992), en su sección B-B’ orientada N 65° E muestra en la zona la estructura de fosa tectónica o graben, desde los afloramientos de la Ignimbrita Cantera (Oligoceno, 29 Ma) sobreyaciendo a la Latita Portezuelo (Oligoceno, 30.6 Ma), apreciándose la primera falla normal en la zona de la vía del ferrocarril a México, para continuar hacia el noreste, en la zona de Mexinox y la Autopista a México, sobre un bloque hundido con el 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 mayor hundimiento. En esta zona, como lo muestra el pozo “Ciudad 2000”, la profundidad del piso rebasa los 250 m, para elevarse hasta los 80 a 100 m en la zona de La Florida al oriente de la ciudad, a consecuencia de la presencia de un lóbulo de un domo de la Latita Portezuelo. La falla normal que separa este bloque hundido del hombro oriental del graben presenta un salto vertical total que rebasa los 500 m, al oriente de Jassos. Según el plano de conformación del piso rocoso del Valle de San Luis Potosí (Martínez-Ruiz, 1997), la isopaca mayor de los depósitos de relleno del valle, es de 400 m. Únicamente hacia el norte, en el subsuelo de la cabecera municipal de Soledad de Graciano Sánchez, se observa un bajo del piso rocoso que rebasa los 500 m. Cinco pozos representativos al norte de la ciudad de San Luis Potosí, fueron utilizados para obtener una descripción litológica del subsuelo. De acuerdo a su descripción estos se componen de una capa de suelo superficial de pocos centímetros de espesor seguido por una gruesa capa de relleno residual, es decir sedimentos retrabajados, principalmente de origen volcánico, así como depósitos aluviales, los cuales en la porción más occidental (Pozo MoralesInforme final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 42 Polvillo), tienen un espesor de 300. El menor espesor de este relleno residual se encuentra en la zona de Jacarandas donde éste alcanza solo los 160 m, en un posible alto estructural del piso rocoso del valle. El lecho rocoso se compone de rocas volcánicas conocidas como ignimbritas y latitas. Importante es hacer notar la diferencia marcada en los espesores de la capa de sedimentos residuales, lo cual indica una notoria diferencia en las profundidades donde aparece el lecho rocoso consolidado, lo que da un claro indicio de la presencia de fallas geológicas en el subsuelo (fallamiento extensivo del tipo “Normal”), que originaron previo al relleno del valle, un paleorelieve. iv.- Piezometría y basamento hidrológico A partir de la información existente proporcionada a través del Municipio de SLP por INTERAPAS se llevó a cabo la elaboración de la carta de abatimientos del nivel estático del sistema acuífero del Valle de San Luis Potosí. La Figura 18 muestra los niveles de abatimiento ocurridos en un periodo de 30 años (1971-2001) cuyos valores máximos alcanzan los 50 metros, 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 bien localizado que se ubica en la zona centro poniente del valle. A pesar de que pudiera pensarse que el abatimiento no ha sido tan severo como en otras cuencas tectónicas, como en la zona del Bajío en donde se observan abatimientos medios anuales de alrededor de 3 m/año, el abatimiento acumulado desde 1970 es en promedio de unos 35 metros en esta zona del valle. Coincidentemente a la zona de mayor abatimiento se ubica también la zona más afectada por hundimientos de suelo y agrietamientos, que además coincide con irregularidades muy importantes en el basamento, según se puede observar en el perfil gravimétrico de la Figura 6, el cual cruza perpendicularmente el área. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 43 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) que contiene el relleno del valle, el cual constituye el sistema acuífero de la zona metropolitana. Este relieve del basamento fue obtenido a partir de las secciones gravimétricas calibradas previamente con litología de pozos. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 44 La Figura 19 muestra la configuración del basamento rocoso regional obtenido a partir de la combinación de litología de pozos así como de la interpretación de datos gravimétricos. Este basamento constituye el piso confinante del sistema acuífero del valle y corresponde a una versión mejorada de la que previamente existía. A partir de ésta configuración se elaboraron los modelos de hundimientos de suelo y de esfuerzos que se muestran más adelante. Como se puede apreciar, la zona de mayor abatimiento mostrada en la Figura 18 coincide con la zona límite oeste de la cuenca rocosa sobre la cual se ubica gran parte de la zona metropolitana de San Luis Potosí. En particular se observa que en esta zona es en donde la geometría del basamento es mas accidentada y por lo tanto es donde ocurren la mayor parte de los agrietamientos conocidos. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 45 IV.- HUNDIMIENTOS Y FALLAMIENTO DEL SUELO i.- Antecedentes La subsidencia es el fenómeno que tiene lugar debido a la extracción de sólidos o fluidos del subsuelo, que se manifiesta en la compactación paulatina o súbita de la masa de suelo. Frecuentemente los hundimientos generan fallamientos o agrietamientos que dañan la infraestructura urbana. El fenómeno de la subsidencia se observa principalmente en cuencas sedimentarías asociado a la extracción intensiva de agua subterránea. En la actualidad es posible predecir espacialmente la aparición de agrietamientos midiendo el gradiente horizontal gravimétrico en un área específica. La ubicación de los valores máximos del gradiente proporciona información acerca de las irregularidades del lecho rocoso sobre el cual descansa el sistema acuífero y en consecuencia nos proporciona información acerca de los lugares en donde puede ocurrir compactación diferencial y por lo tanto las zonas con potencial de fallamiento del suelo. El fenómeno de subsidencia ha sido abordado usando teorías de consolidación y deformación de suelos formuladas principalmente para suelos saturados. Tales teorías (Terzaghi, 1956; Biot, 1941; Sagaseta, 1987), son aplicables solo para condiciones en donde la masa de suelo permanece todo el tiempo saturada durante el proceso de drenado del acuífero. Sin embargo, esto no representa la realidad, puesto que una vez drenado el sistema acuífero suele perder un gran porcentaje de humedad. A pesar de ello, los modelos de subsidencia que se derivan de estas teorías proporcionan estimaciones aceptables de los hundimientos que se generan cuando el nivel del agua subterránea disminuye parcialmente (p.e. Rojas et al., 2002). Alternativamente, a diferencia de éstos modelos de subsidencia, el modelo utilizado para éste estudio (Pacheco, 2006), se basa en los conceptos de peso volumétrico aparente y densidad anómala, los cuales toman en cuenta tanto la influencia de la zona parcialmente saturada como la de la zona completamente saturada. Para éste propósito se proponen expresiones para calcular los esfuerzos efectivos en la masa de suelo de las dos zonas (saturada y parcialmente saturada) que se generan durante el proceso de hundimientos diferenciales. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 46 ii.- Esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente en el peso volumétrico Los conceptos de incremento aparente en el peso volumétrico y densidad anómala permiten calcular deformaciones y esfuerzos cuando se presentan abatimientos parciales de los niveles piezométricos y cuando el sistema acuífero está formado por estratos de sedimentos con diferentes propiedades. En el proceso de drenado de un acuífero coexisten dos estados en la masa de suelo: uno de ellos consiste en un suelo saturado localizado del espejo del agua hacia abajo y el otro consiste en un suelo parcialmente saturado que se ubica entre el nivel piezométrico y la superficie del suelo. El sistema acuífero que se considera en este trabajo se encuentra inicialmente confinado y en equilibrio hidrostático. Se asume que cuando el acuífero se drena lo suficiente su comportamiento cambia de confinado a libre. Adicionalmente, se asume que el cuerpo del acuífero es granular y con porosidad aproximadamente constante. Bajo este esquema, las fuerzas que actúan sobre el sistema son a) la gravitacional, b) la producida por la presión mayor a la hidrostática y c) la generada por el efecto de flotación de las partículas sólidas. El análisis de esfuerzos para las diferentes fases de éste sistema acuífero se pueden encontrar con detalle en Pacheco (2006). En dicho trabajo se deduce que el esfuerzo efectivo en la zona parcialmente saturado en función de la profundidad del estrato está dada por σ 2 = (1 + e )γ mH' (1) y la expresión para los esfuerzos efectivos en la zona saturada por σ 3 = (γ s − γ w )H + (1 + e )γ mH' (2) En éstas expresiones γs es el peso propio de la fase sólida del suelo, γw es el 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 y parcialmente saturado respectivamente. A partir de las expresiones anteriores es posible deducir los esfuerzos que perturban al sistema que se encuentra inicialmente en equilibrio. Para el caso en el que el acuífero Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 47 consista de un solo estrato saturado, los esfuerzos efectivos estarán dados por σ1 = (γ s − γ w )H (3) y para el caso de confinamiento total y condiciones de equilibrio inicial en donde el esqueleto del suelo soporta sin deformarse un esfuerzo efectivo dado por σ 0 = (γ s − γ w )H − (1 + e )u (4) el esfuerzo perturbador para pasar de un estado a otro está dado por la diferencia σ1 – σ0, es decir σ pp = (1 + e )u (5). Esta expresión representa el esfuerzo en el acuífero al desaparecer la presión por encima de la presión hidrostática, a partir de donde se asume que el acuífero se comporta como libre. El subíndice “pp” indica que es el esfuerzo efectivo por disipación de la presión de poro Si se abate el nivel piezométrico se generará una zona parcialmente saturada y se romperá el equilibrio (Figura 20). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 48 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 estará dado por la Ecuación (1). Bajo éstas condiciones el acuífero se deformará por 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 lo largo de esta profundidad que se calcula el esfuerzo al perderse la sustentación hidráulica por el abatimiento del nivel piezométrico. Es decir σ ps = ((1 + e )γ m − γ s + γ w )H' (6) El subíndice “ps” indica que se trata del esfuerzo efectivo en la zona parcialmente saturada del acuífero. En la zona saturada el esfuerzo perturbador será el esfuerzo efectivo para la zona saturada de un acuífero libre drenado σ3, menos el esfuerzo efectivo para el sistema en equilibrio hidrostático σ1. Tomando el mismo espesor del estrato H se tiene finalmente que éste está dado por σ s = (1 + e )γ mH' (7) El subíndice “s” indica que es el esfuerzo efectivo en la zona saturada del acuífero. iii.- Propiedades mecánicas del subsuelo Las propiedades mecánicas de un cuerpo son aquellas que nos permiten saber como se deformará éste ante condiciones de carga o solicitación de esfuerzos específicos. La teoría de la elasticidad predice que es posible encontrar las constantes elásticas del material del subsuelo si se conocen las velocidades de propagación de ondas sísmicas P (de compresión) y S (de corte) que viajan a través de éste. El método geofísico de refracción sísmica permite estimar las constantes elásticas de la masa de suelo a partir de la medición de las velocidades de dichas ondas. Las constantes elásticas 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 se definen como: Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 49 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 son deformaciones unitarias en direcciones mutuamente ortogonales. En tanto que el módulo volumétrico (κ) se define como la relación de la presión hidrostática P ejercida en todas sus caras dividida entre la deformación, es decir κ = -P/∆ (10) Las constantes elásticas pueden relacionarse con las constantes de Lamé µ y λ a partir de E= µ(3λ + 2µ ) λ+µ ν= λ 2(λ + µ ) (11) A su vez las constantes de Lamé se pueden determinar si se conocen las velocidades de propagación de la onda P y de la onda S, α y β respectivamente. α = (λ + 2µ) / ρ (12) β = µ/ρ (13), en donde ρ es la densidad promedio de la masa de suelo. Dado que la deformación del medio granular en el proceso de subsidencia se presenta como un proceso casi estático, se asume que el módulo de elasticidad que representa al subsuelo bajo las condiciones de esfuerzo de un sistema acuífero libre es el módulo de elasticidad estático. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 50 Sin embargo, las constantes determinadas a partir del método de refracción sísmica son en realidad las constantes elásticas dinámicas, las cuales difieren de las constantes elásticas estáticas. La relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el estático puede variar 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 por Yu (2004) debido a que el suelo en el que llevó a cabo sus mediciones es muy similar en composición al del Valle de San Luis. iv.- Condiciones de frontera y generación de fallamientos de suelo Las condiciones de frontera son los límites impuestos a la masa de suelo que está bajo la influencia de esfuerzos y cuya principal característica es que no son deformables. Para el caso del Valle de San Luis las condiciones de frontera del relleno sedimentario están siendo estudiadas a partir de mediciones gravimétricas y litología de pozos. En el caso general de una cuenca sedimentaria de origen tectónico que forma estructuras de graben, el tipo de frontera física consiste normalmente de un basamento rocoso cuya morfología modifica el campo de esfuerzos de la masa de suelo drenada. Las deformaciones de éste basamento o lecho rocoso se consideran nulas comparadas con la deformación que sufre el relleno sedimentario que alberga al sistema acuífero que se encuentra bajo un intenso régimen de extracción. A partir de observaciones de campo se ha determinado que los agrietamientos se desarrollan frecuentemente sobre estructuras geológicas sepultadas por capas de sedimentos. Por ejemplo Jachens y Holzer (1979) concluyen que los agrietamientos observados en la región de Picacho en el centro sur de Arizona se encuentran sobre irregularidades del lecho rocoso. Por su parte Rojas et al. (2002) encuentran que una de las condiciones para que se presenten agrietamientos en la superficie es que exista una topografía irregular en el lecho rocoso. La definición y ubicación de las irregularidades del lecho rocoso son por lo tanto clave para construir los modelos matemáticos que emulen adecuadamente el fenómeno de subsidencia. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 51 De aquí se deduce que tanto la configuración geométrica del lecho rocoso como su ubicación a profundidad son factores importantes para evaluar la magnitud de las deformaciones de la masa de suelo. La Figura 2 muestra esquemáticamente tres configuraciones del lecho rocoso que pueden generar fallamientos de suelo si el nivel piezométrico desciende debajo de un nivel crítico. Además de un basamento irregular, el fallamiento depende de factores tales como el espesor del acuífero, el potencial de consolidación, la resistencia a la falla del material granular, etc. En las Figuras 21, 22 y 23 se muestra cada una de estas configuraciones por separado y los parámetros geométricos que determinan la generación de agrietamientos. El nivel piezométrico crítico a partir del cual se inicia el proceso de agrietamiento de la masa de suelo depende en gran medida de las propiedades geomecánicas de ésta (plasticidad, porosidad, potencial de consolidación, resistencia a esfuerzos de tensión etc.). Sin embargo en condiciones de un medio homogéneo uno de los factores críticos que puede disparar el fallamiento del suelo es la profundidad a las irregularidades del lecho rocoso así como las dimensiones de dichas irregularidades. La Figura 21 muestra un típico escalón producido por fallamiento normal, en donde se indican las variables geométricas que condicionan el campo de deformación de la masa de suelo. En ésta figura H1 es el espesor del estrato del acuífero sobre la parte más somera del basamento, H2 es el desplazamiento vertical neto a lo largo del plano de falla y H´ es la profundidad del nivel piezométrico. Figura 21.- Configuración de escalón del estrato rocoso Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 52 La Figura 22 corresponde a la configuración de una protuberancia basal que puede deberse a la presencia de un domo volcánico o simplemente a la presencia de una estructura de horst o pilar tectónico. Como en el caso de la configuración de escalón, H1 corresponde al espesor del estrato del acuífero sobre la parte más somera del basamento, H2 es la altura de la protuberancia, H´ es la profundidad del nivel piezométrico y L es la longitud de la base de la estructura. Figura 22.- Configuración geométrica de una protuberancia basal. Por último, otra de las posibles configuraciones que pueden generar agrietamientos superficiales consiste en una zona de talud (Figura 6). En éste caso y de manera análoga a los casos anteriores, H1 corresponde al espesor 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 y L es la longitud del talud. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 53 Figura 23.- Configuración geométrica de un Talud. Para determinar para qué geometría se presentan los máximos esfuerzos de tensión o de corte que pudieran provocar fallamiento de la masa de suelo es necesario identificar los valores críticos para cada una de las configuraciones presentadas. Esto es posible llevarlo a cabo partiendo del análisis de los esfuerzos y deformaciones correspondientes, variando una propiedad geométrica a la vez y manteniendo las condiciones de carga del sistema y las propiedades mecánicas constantes. Como parte de este trabajo y con base en mediciones gravimétricas hechas sobre perfiles que cruzan zonas de agrietamientos bien identificados y ubicados espacialmente, se construyeron perfiles geológicos del lecho rocoso en zonas específicas de la zona urbana de San Luis Potosí y de Soledad de Graciano Sánchez. En la sección siguiente se describe el tratamiento que se llevó a cabo en cada uno de los perfiles medidos para calcular los hundimientos en los sitios estudiados. v.- Solución exacta del problema de hundimientos En el problema de predicción de agrietamientos un primer paso es conocer la magnitud de los hundimientos y su distribución espacial. En donde el gradiente horizontal de los hundimientos sea mayor se presentarán deformaciones de extensión las cuales pueden ser de tal magnitud que se Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 54 manifiestan en agrietamientos superficiales. Por lo anterior es necesario primero encontrar una expresión para calcular los hundimientos puntuales que se generan cuando el nivel piezométrico de un sistema acuífero se abate. Para el caso estático en donde la variable tiempo no es tomada en cuenta se parte de las siguientes consideraciones: 1) Las deformaciones del suelo son instantáneas ante la aplicación de un esfuerzo perturbador, 2) La deformación lateral de la masa de suelo es considerada nula en comparación con la deformación vertical, 3) La masa de suelo es isotrópica, es homogénea y se comporta de manera lineal hasta la ruptura, y 4) La presión capilar es nula y el nivel del agua coincide con el 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 del nivel piezométrico (Ecuaciones 5, 6 y 7), la columna experimentará un acortamiento que se manifestará en superficie como un hundimiento. En éstas condiciones se puede definir la deformación unitaria ε de la columna de la Figura 24 como: ε= ∆H , H (14) por lo que el hundimiento ∆H será: ∆H = εH .. (15) Para un elemento de columna diferencial dz el acortamiento d∆z será: d∆z = ε dz (16) o bien d∆z = σ dz , E (17) Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 55 en donde σ es el esfuerzo que provoca la deformación de la columna de suelo cuando se abate el nivel piezométrico y E es el módulo de elasticidad promedio del relleno sedimentario. Figura 24.- Columna del estrato compresible y acortamiento diferencial producido por el abatimiento piezométrico. Integrando esta expresión desde cero hasta la profundidad H se tiene ∫ H 0 d∆z = ∫ H 0 σ dz E (18) o bien ∆H = ∫ H 0 σ dz E (19) Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 56 Sustituyendo en la Ecuación 19 el esfuerzo correspondiente a la zona drenada para un acuífero libre (Ecuación 6). ∆H' = ∫ H' 0 o bien ∆H' = de donde ∆H' = ((1 + e )γ m − γ s + γ w )z dz E ((1 + e )γ m − γ s + γ w ) ∫ H' 0 E ((1 + e )γ m − γ s + γ w ) 2E zdz H' 2 (20) (21) (22) Esta ecuación representa la deformación vertical que se presenta en el estrato parcialmente saturado por efecto de la pérdida de sustentación hidráulica causada por un abatimiento del nivel piezométrico. Para la zona saturada el hundimiento se calcula sustituyendo el esfuerzo correspondiente (Ecuación 7) en la Ecuación 19, es decir: ∆H = ∫ H 0 (1 + e )γ m H' dz (23) E Si se considera que el esfuerzo es constante a lo largo de toda la profundidad, entonces: ∆H = y por lo tanto (1 + e )γ mH' E ∫ H 0 dz ⎡ (1 + e )γ mH' ⎤ ∆H = ⎢ ⎥H E ⎣ ⎦ (24) (25) La expresión 25 es la deformación vertical que se presentará en el estrato saturado que se encuentra bajo el nivel piezométrico. Tal deformación es producida por la pérdida de sustentación hidráulica que se genera en la zona drenada por encima del nivel piezométrico cuando dicho nivel desciende. El hundimiento total estará dado entonces por la suma de las deformaciones verticales de ambos estratos, el parcialmente saturado Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 57 (Ecuación 22) y el saturado (Ecuación 25). Las Figuras 12 y 13 fueron obtenidas a partir de esta metodología calculando los hundimientos para un mallado de tamaño de celda de 50 x 50 m. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 58 V.- LEVANTAMIENTOS GEOFÍSICOS La Figura 1 muestra en forma esquemática la distribución de las principales trazas de fallamiento de suelo que se pueden observar en la Cd. de San Luis Potosí, las cuales se relacionan espacialmente con estructuras geológicas ubicadas a profundidad. En ésta figura se puede observar que la orientación de éstas familias de agrietamientos de suelo es marcadamente Norte-Sur y que la tendencia parece ser a propagarse hacia la zona Norte. Sin embargo la distribución aproximadamente paralela sugiere la posibilidad de que existan otras zonas de debilidad a ambos lados de éstas. A partir de la distribución de éstas zonas de debilidad estructural se planeó el levantamiento gravimétrico y la instalación de testigos topográficos con el objeto de ubicar a mayor detalle que en el basamento rocoso, las irregularidades estructurales y poder cuantificar los máximos hundimientos del valle y la magnitud de los esfuerzos en la masa de suelo en las cercanías de éstas. i.- Fundamentos del método gravimétrico El método Gravimétrico ha demostrado ser el más apropiado para estudiar el fenómeno de los hundimientos y agrietamientos del suelo por compactación en zonas urbanas densamente pobladas. Otros métodos geofísicos tienen la limitante de que se ven afectados por el “ruido cultural” (métodos electromagnéticos y magnético) o porque requieren contacto con el terreno (sísmico, eléctrico) lo cual es muy difícil de lograr dentro de la zona urbana debido a la presencia de la cubierta asfáltica. Las irregularidades en la distribución de la densidad del subsuelo y de su superficie topográfica dan lugar a variaciones laterales y verticales en la magnitud de la aceleración de la gravedad g de un lugar a otro. El objetivo del método gravimétrico es medir esas variaciones y utilizar esta información para hacer inferencias acerca de la configuración de las rocas en el subsuelo que tengan una densidad mayor o menor que la densidad promedio (2.67 gr/cm3). Esto generalmente requiere mediciones con una sensibilidad de por lo menos 10−9 cm/s2 debido a que las variaciones esperadas son extremadamente pequeñas. La teoría de la exploración gravimétrica se basa en la primera ley de Newton, la cual relaciona las fuerzas de atracción entre dos partículas en términos de su masa y su separación. La ley dice que dos cuerpos de masa m1 y m2, se atraen con una fuerza que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa: Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 59 m 1m 2 (26) r2 donde G es la constante gravitacional universal. En el Sistema Internacional de medidas G = 6.67 x 10-11 N.m2/Kg2. G es la fuerza en Newtons que será ejercida entre dos masa de 1 kg cada una con centro de masa separados 1 m de distancia. La aceleración respecto al cuerpo de masa m2 separada a una distancia r de la masa m1 se obtiene dividiendo la fuerza de atracción F por la masa de referencia m2: m F (27) a= = G 21 m2 r La aceleración es la cantidad convencional para medir el campo gravitacional sobre la superficie, debido a que es independiente de la masa de prueba que se encuentra sobre la que actúa. En el SI, las unidades de la aceleración son metros por segundo por segundo (m/s2). F=G A una aceleración de 1 cm/s2 se le llama un Gal. La aceleración de la tierra en la superficie es de aproximadamente 9.8 m/s2, ó 980 Gal. En trabajos de exploración gravimétrica se hacen mediciones de diferencias de aceleración del orden de un diezmillonésimo o menos del campo gravitacional terrestre. Para fines prácticos, en trabajos donde se manejen datos gravimétricos obtenidos en estudios geofísicos se usa como unidad el miligal (1 mGal = 1/1000 Gal). En la mayoría de los estudios gravimétricos la cantidad observada realmente no es la atracción gravitacional de la tierra, lo que se mide y observa son las variaciones del campo gravitacional terrestre de un punto a otro, tales diferencias laterales pueden ser medidas más fácilmente que el campo gravitacional total. Como las mediciones tomadas en trabajos de exploración muestran solamente diferencia en la gravedad de un lugar a otro, la atracción de la tierra es significativa solamente en la medida en que esta varíe lateralmente sobre la superficie. Tal variación deberá ser tomada en cuenta en la evaluación del efecto gravitatorio de cuerpos sepultados que son significativos geológicamente. 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 lugar y no afectaría las lecturas de los gravímetros, los cuales miden únicamente diferencias en la aceleración entre un lugar y otro. Pero como la tierra tiene un movimiento de rotación (y debido a esto una fuerza centrífuga está sobrepuesta a la atracción gravitacional), es esferoidal (está achatada en su polos) y tiene irregularidades laterales en la densidad del subsuelo, entonces el valor de la gravedad depende de la latitud, la elevación, la topografía y de los movimientos de marea, así como de los cambios laterales en la densidad del subsuelo. Las variaciones en la atracción gravitacional no asociados a rasgos geológicos pueden ser estimados con Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 60 un alto grado de precisión. Estas variaciones predecibles se tienen que incorporar a las lecturas gravimétricas que se lleven a cabo con el propósito de aislar las variaciones que son exclusivamente debidas a las variaciones de densidad en el subsuelo que son el objetivo final de los levantamientos gravimétricos de exploración. A éste proceso se le conoce como “corrección de datos gravimétricos”. Efecto de la latitud y la forma esferoidal de la tierra en el campo gravitacional: Se han hecho aproximaciones con expresiones teóricas para describir la forma de la tierra que estrictamente hablando no es la de una esfera. La que más se ajusta es una que corresponde a un elipsoide de revolución con el eje radial mayor en el ecuador y un achatamiento de en los polos. En 1967 la Internacional Asociation of Geodesy estimó los valores para el eje radial del elipsoide (6 378 160 m) y del achatamiento en los polos de 1/298.247. Con base al elipsoide de 1967 se dedujo una formula de la gravedad normal a nivel del mar en función de la latitud y tomando en cuenta el efecto de la fuerza centrífuga que se origina por la rotación de la Tierra. La formula es la que se usa para cuestiones de exploración gravimétrica y es conocida como la formula de gravedad de 1967, o formula de gravedad relativa al elipsoide de 1967 (Telford et al., 1990). La expresión es la siguiente: [ ( ) ( )] gφ 1967 = 978031.85 1 + 0.0053024 sen2φ − 0.00000587sen2 2φ mGal (28) donde φ es la latitud de la estación gravimétrica. Un concepto importante en la corrección de datos gravimétricos es el del geoide. El geoide es una superficie definida por el nivel medio del mar alrededor de todo el planeta. Si se eliminaran todas las masas continentales por encima del nivel medio del mar, y se rellenaran las zonas que se encuentran por debajo del nivel del mar, se tendría la forma real del geoide. Las elevaciones del terreno hacia los continentes son referenciadas al Geoide. Una anomalía gravimétrica se define como la diferencia entre el valor de la gravedad reducida al datum (que comúnmente es el nivel del mar) menos el valor de la 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 formula de gravedad de 1967. Las siguientes pasos se aplican normalmente a las lecturas del instrumento de medición (gravímetro) para obtener un valor observado de la gravedad (gobs): 1.- Calibración (conversión de las unidades del instrumento a mGal). 2.- Corrección por mareas. 3.- Corrección por deriva del instrumento. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 61 4.- Ligar los datos a una base de gravedad absoluta (cuando se quiere combinar datos de varios estudios). Los gravímetros modernos son capaces de realizar los tres primeros pasos automáticamente por lo que el usuario solo tiene que programar el instrumento adecuadamente. Una vez realizadas estas correcciones a los datos de campo se procede a hacer las reducciones con el fin de eliminar el efecto de altitud y el efecto de la masa entre el punto medido y la altura media del mar para obtener la gravedad al nivel del geoide y poderla comparar con la teórica dada por la formula de gravedad de 1967. Las reducciones o correcciones restantes se conocen como: a) reducción de Aire Libre, b) reducción de la losa de Bouguer, y c) reducción topográfica Reducción de Aire libre: La reducción de aire libre es la compensación que hay que hacer a los datos, por efecto de la variación de la altitud de cada una de las mediciones con respecto al datum. La corrección se suma a la gravedad observada si el punto de medición está sobre este nivel de referencia y se resta se está bajo éste. La reducción de aire libre (gFA) se basa en el hecho de que la atracción gravitacional de la tierra puede ser considerada uniforme si toda la masa del planeta se idealiza concentrada en su centro. Si tomamos mediciones en diferentes puntos, cada uno de ellos con elevaciones distintas, nos estamos acercando o alejando del centro de atracción gravitacional y en consecuencia la distancia varía y con esto aumenta o disminuyen los valores medidos de la aceleración gravitacional. Las expresiones de la ley de Newton permite determinar cuanto aumenta o disminuye la aceleración de la gravedad con los cambios en la altitud de los sitios de las estaciones gravimétricas. 2Gm ∂ ⎛ m⎞ ⎜ G 2 ⎟h = − 3 h r ∂r ⎝ r ⎠ Para fines prácticos se emplea: g FA = 0.3086 h mGal (29) donde h es la altura expresada en metros, sobre o bajo el nivel del mar según sea el caso. Reducción simple de Bouguer: Los valores de gravedad medidos también se ven afectados por la atracción de la masa que hay entre la elevación de las estaciones y el datum. La componente vertical de la atracción que ejerce esta masa se conoce como la reducción de la losa de Bouguer o corrección simple de Bouguer. Esta corrección se resta de la gravedad Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 62 observada con el objeto de reducir los datos a valores de gravedad a nivel del mar. Losa de Bouguer Figura 25.- Esquema para la reducción de Bouguer. Para la reducción simple se determina el efecto de la losa infinita de espesor “h”. Para la reducción por efectos de terreno se determina el “∆εT” del volumen de masa arriba del nivel de la estación, así como el “∆εT” de los vacíos bajo del nivel de la estación. La reducción simple de Bouguer (gBS), es obtenida substituyendo el efecto gravitatorio de una losa horizontal infinita de la gravedad observada. Para una losa con densidad constante podemos determinar su efecto con: 2π h ∞ zr g BS = Gρ ∫ ∫ ∫ dr dz dθ 2 2 3/ 2 + r z 0 0 0 ( ) Integrando esta expresión: g BS = 2πGρh Para fines prácticos se usa: g BS = 0.0419ρh mGal (30) en donde h es el espesor de la losa en metros (la elevación de la estación sobre 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 cuya superficie superior tiene la forma del terreno. La corrección es aplicada para tomar en cuenta los efectos de la topografía circundante al punto de medición. El radio de influencia de la topografía sobre las mediciones depende en gran medida de lo accidentado de la topografía. Normalmente, Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 63 los datos medidos en una topografía suave no requieren de esta corrección que puede ser muy elaborada pues requiere del modelo digital del terreno alrededor de cada punto de medición. La reducción (gBT) consiste en restarle al efecto de la losa de la reducción simple de Bouguer (gBS), una corrección por terreno “εT”, la cual toma en cuenta las irregularidades de la topografía 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 con elevación mayor que la de la estación, ejercen una componente de atracción gravitacional vertical hacia arriba sobre el punto de medición, haciendo que la gravedad observada sea menor. Para terrenos más bajos que la estación, ha sido ya restado el efecto de una masa igual al volumen que hay entre el plano horizontal a una altitud igual a la de la estación y la superficie del terreno, cuando se substrajo el efecto de la losa (gBS), debiendo entonces ser compensado (Figura 25); es decir debemos de sumar el efecto de las partes bajas que se eliminó con la reducción simple de Bouguer (gBS) las cuales no contribuyen a aumentar la aceleración gravitacional en la estación. El procedimiento clásico para calcular la atracción producida por segmentos de un cilindro con la estación en su eje (Figura 26), consiste en dividir el cilindro en segmentos de tal forma que para cada cilindro se determina su altura promedio “∆h”, que es la diferencia entre el nivel de la estación y la elevación promedio dentro del segmento. La corrección por terreno correspondiente a cada segmento del cilindro con radio interior y exterior r1 y r2, θ1 y θ2 y altura ∆h se puede escribir como: θ 2 ∆h r2 ∆ε T = Gρ ∫ ∫ ∫ (r θ1 0 r1 zr 2 + z2 ) 3/ 2 dr dz dθ (32) Integrando se obtiene: [( ∆ε T = Gρ(θ 2 − θ1 ) r1 + ∆h 2 2 ) − (r 1/2 2 2 ) ] + ∆h 2 + (r2 + r1 ) (33) La corrección total por terreno es la suma de las correcciones de cada segmento i =n ε T = ∑ (∆ε T ) i =1 (34) n Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 64 Figura 26.- Elemento para determinar el efecto del terreno circundante con segmentos de cilindro de altura variable alrededor de la estación (centro del cilindro). Para efecto de calcular la corrección por topografía se desarrolló un programa el cual se encuentra disponible en Pacheco (2006). Anomalías gravimétricas: Las anomalías gravimétricas son obtenidas por la ecuación: ⎛ ⎞ ∆g = ⎜ g obs + ∑ g l + ∑ ε n ⎟ − g φ l n ⎝ ⎠ Donde ∑g l es la suma de l reducciones, l (35) ∑ε n es la suma de n n correcciones y gφ es el valor de la gravedad a la latitud φ calculada con la fórmula de 1967 (Ecuación 28). Las anomalías más comúnmente utilizadas son la anomalía de Aire libre y la anomalía de Bouguer simple. Por definición la anomalía de Aire Libre (∆gFA) es entonces: ∆g FA = (g obs + g FA ) − g φ (36) donde gFA es la reducción de aire libre. La anomalía se calcula con la formula directa: Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 65 ∆g FA = ( g obs + 0.3086 h ) − g φ mGal. (37) con h dada en metros. La gravedad observada ha sido reducida al nivel del mar corrigiendo por elevación sin considerar el efecto de la topografía y la masa entre la estación gravimétrica y el nivel del mar. Las cartas de anomalía de Aire Libre son particularmente útiles en levantamientos marinos en donde no se tiene una losa de Bouguer y por lo tanto la presencia de discontinuidades laterales en el lecho del mar puede ser deducida directamente a partir de éstas. Por otro lado, la anomalía simple de Bouguer (∆gBS), está definida por: ∆ g BS = ( g obs + g FA − g BS ) − g φ (38) En su forma directa es: ∆g BS = [g obs + (0.3086 − 0.0419ρ ) h ] − g φ mGal (39) Los valores de gravedad obtenidos con esta expresión son reducidos al nivel del mar haciendo la corrección por la elevación de cada estación y removiendo el efecto de la masa que hay entre la estación y el nivel del mar. Las cartas de anomalía de Bouguer simple son útiles sobre terrenos con topografía suave o nula. En estas condiciones, las variaciones en los valores de la gravedad calculada reflejan variaciones efectivas en la distribución de masas anómalas del subsuelo. Sin embargo, en presencia de topografía accidentada estas variaciones deben de interpretarse con mayor cuidado puesto que pueden ser debidas a la cercanía de accidentes topográficos. Cuando éste es el caso, como el que nos ocupa en el Valle de San Luis Potosí, en donde la zona de interés se encuentra rodeada por una zona montañosa, la mejor alternativa para interpretar la distribución de masa en el subsuelo es el cálculo de la anomalía de Bouguer completa. La estimación de esta anomalía incluye la corrección por terreno εT, es decir: ∆g BT = (g obs + g FA − g BS + ε T ) − g φ (40) o bien, ∆g BS = [g obs + (0.3086 − 0.0419ρ ) h + ε T ] − g φ mGal (41) Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 66 i =n donde ε T = ∑ (∆ε T ) . i =1 n A partir de esta expresión (41) la gravedad observada se reduce al nivel del mar haciendo una corrección por la elevación de la estación y quitando el efecto 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 la topografía circundante a la estación. Los efectos de isostasia de las masas continentales y las fosas oceánicas no son considerados en este trabajo debido a que las mediciones se realizaron sobre una región relativamente pequeña (de aprox. 40 por 40 kilómetros) por lo cual los efectos por las causas mencionadas afectan por igual al conjunto de datos adquiridos. ii.- Levantamiento gravimétrico En la primera etapa de la prospección gravimétrica se realizaron perfiles a escala regional para cubrir zonas urbanas y periferias de San Luis Potosí y del Municipio de Soledad de Graciano Sánchez. En total se realizaron 43 perfiles en avenidas principales y periféricas que cubren todos los sectores de la mancha urbana, generando alrededor de 1500 mediciones con separaciones entre 10 a 300 m de distancia entre ellas. La Figura 5 muestra la ubicación del total de las estaciones gravimétricas medidas utilizando para este propósito un gravímetro marca Scintrex modelo CG3/3M automático cuya precisión es de 0.01 mGal, es decir 0.01 x 10−9cm/s2. En el contexto del presente estudio, las variaciones debidas a estructuras geológicas locales sepultadas se pueden detectar con precisión. Si asumimos que el relleno del valle es relativamente homogéneo entonces las variaciones en las mediciones gravimétricas indican en forma directa las variaciones de la topografía del estrato rocoso más denso, permitiendo con ello además, inferir los espesores del relleno del valle. Bajo esta consideración se cumple que a una razón de cambio mayor en los valores de la curva de anomalía gravimétrica le corresponde un desnivel más pronunciado del estrato rocoso. De aquí se desprende que los gradientes máximos locales de la anomalía gravimétrica están asociados a cambios abruptos en el estrato rocoso. El procedimiento de campo consistió en realizar mediciones a lo largo de rutas previamente seleccionadas. La desviación estándar en cada estación fue en general inferior a 0.1, excepto en algunas zonas en donde el ruido del tráfico redujo la calidad de los datos. Como parte del proceso de Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 67 adquisición, en cada una de las estaciones se determinaron las coordenadas con un GPS de precisión (Trimble Geoexplorer 7500). Con el propósito de referenciar al datum el campo gravimétrico medido se establecieron estaciones gravimétricas de tercer grado a partir de un proceso de repetición de mediciones, transportando para ello el valor de g de la estación de segundo orden de PEMEX (BGP-25) ubicada en el Distribuidor Juárez. La principal estación de referencia transportada de dicha estación fue establecida en el Instituto de Geología de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Una vez adquiridos los datos, éstos se corrigieron por deriva y por marea. Posteriormente se corrigieron también por diferencias en latitud, altitud y losa de Bouguer y finalmente por el efecto de la topografía según se explicó en la sección anterior. Para la corrección de Bouguer se utilizó una densidad de 2.7 g/cm3, la cual fue estimada a partir del método de Netleton (e.g. Telford et al., 1990) que consiste en seleccionar la densidad que corresponde al perfil de anomalía de Bouguer con poca o nula correlación con la topografía. La Figura 27 muestra las gráficas obtenidas para el perfil E-W a partir de éste método. Figura 27.- Curvas de anomalía de Bouguer utilizando diferentes valores de densidad. A partir de éste análisis se seleccionaron las densidades de 1.8 y 2.7 g/cm3 para el relleno del valle y el lecho rocoso respectivamente. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 68 Utilizando el mismo procedimiento se obtuvo la densidad del relleno del valle (1.8 g/cm3), que fue utilizado posteriormente para la realización de los modelos geológicos a lo largo de los perfiles medidos. En el Anexo 5 se proporcionan los modelos obtenidos. A partir de ésta información se generó la carta de la configuración del basamento, mostrada en la Figura 19. iii.- Cartas gravimétricas del Valle de San Luis Potosí De acuerdo a la extensión de las anomalías gravimétricas la información que puede extraerse de ellas corresponde a diferentes escalas. Las anomalías que se extienden por arriba de los 500 kilómetros indican variaciones en la forma del geoide. Las anomalías regionales del orden de 50 a 500 kilómetros contienen información de las variaciones del espesor de la corteza terrestre y su estructura. Las anomalías menores a 50 kilómetros sirven para inferir la presencia de cuerpos con diferente densidad localizados en la corteza terrestre, en este orden se encuentran los yacimientos mineros. Para los fines de este trabajo las anomalías gravimétricas buscadas son aquellas que revelen la variación del lecho rocoso bajo la capa de rellenos sedimentarios, es decir anomalías de menos de 1 kilómetro de extensión y a lo mucho amplitudes de unas pocas decenas de miligales. La Figura 28 muestra la carta de anomalía de Bouguer completa obtenida según la Ecuación 41 utilizando el procedimiento descrito en la sección anterior. En ésta y las otras cartas gravimétricas siguientes, los tonos rojos y naranjas corresponden a valores mínimos de gravedad en tanto que los tonos verdes y azules corresponden a valores máximos. Los primeros se correlacionan con mayores espesores del relleno en el subsuelo de la zona urbana mientras que los segundos corresponden a zonas someras del basamento hidrológico, es decir a espesores pequeños de relleno sedimentario. La amplitud máxima de la anomalía es de aproximadamente 36 mGal, sin embargo la máxima amplitud observada en la zona central del área de estudio es del orden de unos 10 mGal. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 69 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 carta del Campo Residual (Figura 29) que refleja los rasgos más superficiales del subsuelo que corresponden a irregularidades del basamento hidrológico. Para la obtención de esta carta, que muestra con mayor detalle anomalías asociadas a las irregularidades del basamento, se resta el efecto del campo regional, que en este caso se ajustó a una superficie de primer orden. Una vez obtenida la carta de campo residual se obtuvo la carta de Gradiente Horizontal de la misma (Figura 7). En esta última, las regiones de tonos rojos indican las zonas de mayor irregularidad del basamento y por lo tanto y de manera directa las zonas de mayor riesgo de fallamientos de suelo. Por lo tanto, se considera la primera aproximación a una carta de riesgo de agrietamientos del suelo de la zona urbana de San Luis Potosí y Soledad de Graciano Sánchez por lo que representa uno de los principales resultados del presente estudio. Esta carta nos permite prever, aún cuando no se manifiesten agrietamientos superficiales, las zonas en las que posiblemente aparecerán agrietamientos en caso de que no se estabilice el sistema acuífero y continúen los hundimientos. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 70 Por otro lado, la Figura 30 muestra el perfil gravimétrico regional (E-W) con la curva correspondiente del gradiente horizontal en donde se observa la relación que éste último guarda con las irregularidades del subsuelo y los fallamientos observados en superficie. Esta información es útil no solo para calibrar las mediciones en zonas de fallamiento conocidas, sino para predecir espacialmente las zonas de debilidad estructural en el subsuelo y por 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 se indica con tonos rojos y amarillos las zonas de mayor cambio en la profundidad del lecho rocoso localmente, lo cual es una indicación directa de las zonas sometidas a esfuerzos máximos y por lo tanto más propensas al fallamiento del suelo. Figura 29.- Carta del Campo Residual generado a partir de la anomalía de Bouguer completa. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 71 Figura 30.- Anomalía de Bouguer (línea negra continua) a lo largo del perfil gravimétrico E-W y su gradiente horizontal asociado (línea punteada). Uno de los máximos de la curva del gradiente coincide con un fallamiento de suelo observado en superficie (triángulo invertido). iv.- Fundamentos teóricos del método de refracción sísmica. El principio básico de la exploración sísmica consiste en generar ondas sísmicas en un punto conocido y medir el tiempo que tardan en viajar desde la fuente hasta una serie de sensores de movimiento (llamados geófonos o sismógrafos) los cuales registran las vibraciones del suelo. Los sensores de movimiento o geófonos se colocan generalmente a lo largo de una línea recta orientada hacia la fuente de las ondas sísmicas. La sismología de exploración es una rama de la sismología de terremotos que básicamente trata con el mismo tipo de mediciones, excepto que en la sismología de terremotos las ondas son generadas por el rompimiento de la corteza terrestre (terremotos), mientras que en la sismología de exploración las fuentes de energía que producen ondas sísmicas son controladas y móviles, además de que las distancias entre la fuente y los puntos de registro son considerablemente más cortas. Los explosivos y varios dispositivos mecánicos pueden ser utilizados para generar ondas sísmicas de forma controlada. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 72 Para el caso que nos ocupa, en el que requerimos poca profundidad de investigación 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 placa metálica colocada en la superficie del terreno. Existen dos tipos de trayectorias que pueden seguir las ondas sísmicas desde una fuente en un medio estratificado, similar al de los rellenos del valle de San Luis Potosí. El tipo de trayectoria que se puede registrar da el nombre a los dos métodos sísmicos: método de refracción y método de reflexión sísmica. En el método de refracción sísmica las ondas viajan hacia abajo atravesando un medio con una velocidad de propagación dada y cuando se encuentra con un medio con velocidad de propagación más alta, la parte principal de la trayectoria de las ondas sigue a lo largo de la interfase entre los dos medios con diferente velocidad de propagación (la onda es refractada) y viaja aproximadamente horizontal. En el método sísmico de reflexión: las ondas viajan hacia abajo atravesando un medio con una velocidad de propagación dada y cuando se encuentran con un medio con diferente velocidad de propagación parte de la onda es reflejada a la superficie siendo su trayectoria prácticamente vertical. El método de refracción tiene la restricción de que para que la onda sea refractada a la superficie, la capa subyacente debe tener una velocidad de propagación de onda mayor que las sobre yacientes. La Figura 31 muestra esquemáticamente las trayectorias de propagación de las ondas sísmicas para ambos casos. EL método fue usado para caracterizar mecánicamente los rellenos aluviales en algunos puntos del valle de SLP. Mediante el conocimiento de la velocidad de propagación de las ondas S y P y la densidad de los materiales es posible conocer las constantes elásticas de los rellenos. A continuación se describen los fundamentos teóricos para la determinación de las constantes elásticas de una masa de suelo mediante la medición de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. Teoría de la elasticidad y constantes elásticas dinámicas: A la propiedad de un material de experimentar deformaciones por efecto de fuerzas externas aplicadas y de regresar a su condición original no deformada cuando se eliminan las fuerzas se denomina elasticidad. Cuando un cuerpo se recupera totalmente después de haberlo deformado se dice que es perfectamente elástico. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 73 Figura 31.- Trayectoria de ondas sísmicas. Las rocas pueden considerarse perfectamente elásticas sin error apreciable cuando las deformaciones son pequeñas y no existe ruptura, por otro lado cuando las ondas sísmicas generadas para fines de exploración se propagan por un medio rocoso las deformaciones son muy pequeñas y generalmente no producen ruptura, se considera entonces que las ondas sísmicas producen sólo deformaciones elásticas. En la teoría de la elasticidad se relacionan las fuerzas que se aplican a un cuerpo con los cambios de tamaño y forma que experimenta el cuerpo por efecto de las fuerzas, esta relación se expresa más convenientemente en término de los conceptos de esfuerzo y deformación. Para un material con comportamiento lineal se dice que la deformación es proporcional al esfuerzo (fuerza entre unidad de área). A la constante de proporcionalidad se le llama módulo elástico. La ecuación que representa el movimiento de ondas sísmicas en el subsuelo está dada por: ∂ 2ψ = ∇ 2ψ V 2∂ t (42) donde ψ es una perturbación que se propaga a través de un medio. ψ es un 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 medio considerado. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 74 De acuerdo con la ecuación de onda, se pueden presentar dos tipos de perturbaciones que se propagan en un medio considerado isotrópico y homogéneo, una perturbación asociada a un cambio en la dilatación ∆, y otra asociada a cambios en uno o más componentes de la rotación. Al primer tipo de perturbación se le conoce como onda dilatacional, longitudinal, irrotacional, compresional u onda P (de primaria) debido a que esta onda es el primer evento en un registro de ondas sísmica. A la segunda onda se le conoce como onda de cortante, transversal, rotacional u onda S (de secundaria) debido a que este tipo de ondas son el segundo evento observado en un registro sísmico. Las ondas P tienden a mover las partículas del medio por el que se propagan en la dirección de propagación de la onda, es decir longitudinalmente. El movimiento de onda transmite esfuerzos de compresión en la dirección de la propagación. Las ondas S tienden a mover las partículas del medio por el cual se propagan en direcciones perpendiculares a la dirección de la propagación provocando esfuerzos de cortante en el medio. Las ondas S se pueden descomponer en una onda paralela y otra perpendicular a la superficie, llamadas ondas SH y SV respectivamente. La onda P tiene una velocidad α y la onda S tiene una velocidad β, se ve entonces que si α = (λ + 2µ) / ρ (43) β = µ/ρ (44) α será mayor que β, teóricamente la velocidad de la onda S va de cero hasta 70 % de la velocidad de la onda P. Es posible calcular los valores de las constantes de Lammé (µ y λ) si se conoce la densidad del suelo y si se determinan la velocidad de propagación de las ondas P y S. La determinación de dichas constantes se logra al resolver las ecuaciones 43 y 44. Una vez conocidas las constantes de Lammé es posible calcular las constantes elásticas de la masa de suelo con las ecuaciones 11. El método de refracción consiste, en su forma más elemental, de sincronizar el frente de onda sísmica inicial de un tiro a lo largo de un tendido de sensores o geófonos. A partir de la medición de tiempos de arribo y distancias entre sensores es posible obtener una gráfica tiempodistancia y a partir de ésta deducir las velocidades P y S de la onda que viaja en el estrato que conforma el sistema acuífero. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 75 De ésta manera es posible deducir los valores de las constantes elásticas del medio y posteriormente llevar a cavo el modelado de los hundimientos en esta masa de suelo. La principal ventaja del método de refracción es que, a diferencia del método de reflexión, no depende de técnicas especiales de cancelación de ruido o corrección de trayectorias para mejorar la calidad de los datos. El tiempo de la onda directa de la fuente o punto de tiro a una distancia X será (45) t = x / V1 en donde V1 es la velocidad de las ondas sísmicas en la capa de relleno sedimentario (Figura 31). Como V2>V1 en donde V2 es la velocidad de las ondas sísmicas en el lecho rocoso, entonces se formará una onda crítica refractada a una cierta distancia crítica xc (Figura 32) donde: ⎡ ⎛ V ⎞⎤ 2 h1V1 x c = 2 h1 tan ic = 2 h1 tan⎢ sen −1 ⎜ 1 ⎟⎥ = ⎝V2 ⎠⎦ ⎣ V22 − V12 (46) y llegará a una distancia x con un tiempo: 2 2 x 2 h1 V2 − V1 t= + V2 V2V1 (47) La onda críticamente refractada también será generada en estratos más profundos si Vi>Vi-1> ... >V1. El tiempo de llegada del rayo refractado por el n-ésimo estrato está dado por: Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 76 2 2 x n−1⎡ 2 hi Vn − Vi t= + ∑⎢ Vn i =1 ⎢⎣ VnVi ⎤ ⎥ ⎥⎦ (48) Las ecuaciones (45), (47) y (48) representan líneas rectas en una gráfica Xt cuyas pendientes inversas son respectivamente V1, V2 y Vn La gráfica del tiempo de viaje para este caso consiste por lo tanto de un número de segmentos de líneas rectas. Si este patrón puede ser reconocido en la curva tiempo-distancia observada, entonces las mediciones de la pendiente inversa y las intersecciones de tiempo de las líneas pueden ser usadas para encontrar V1, V2, ... ,Vn y h1, h2, ... , hn. Las profundidades de los estratos también pueden ser calculados a partir de: h1 = x co V2 − V1 2 V2 + V1 (49) v.- Módulo de elasticidad del relleno del valle El método geofísico de refracción sísmica permite estimar las constantes elásticas de la masa de suelo a partir de la medición de las velocidades de dichas 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 en tres puntos seleccionados del área metropolitana de SLP-SGS con el objeto de medir las velocidades P y S del relleno del valle y con ello determinar los parámetros requeridos para el cálculo de las deformaciones del suelo y por lo tanto para estimar los desplazamientos efectivos en la masa de suelo. La Tabla 1 muestra los valores para el módulo de elasticidad Edin estimados a partir de las mediciones de refracción. Sin embargo, dado que la deformación del medio granular en el proceso de subsidencia se presenta como un proceso casi estático, se asume que el módulo de elasticidad que representa al subsuelo bajo las condiciones de esfuerzo de un sistema acuífero libre es el módulo de elasticidad estático. La relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el estático puede variar 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 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 77 por Yu (2004) debido a que el suelo en el que llevó a cabo sus mediciones es 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 de refracción se muestra en la Figura 32. Figura 32.- Gráfica distancia-tiempo a partir de la cual se obtienen las velocidad P y S del relleno (en éste caso P), a partir de las cuales se deducen las constantes elásticas del medio. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 78 VI.- CONCLUSIONES Según los resultados del presente estudio, los fallamientos y agrietamientos en el Valle de San Luis Potosí son generados como consecuencia de un proceso de compactación diferencial del suelo producido por la combinación de dos factores: 1) el descenso del nivel piezométrico y 2) la presencia de irregularidades en el basamento hidrológico. Se observan tres tipos de fallamiento de suelo en el valle: 1) desplazamientos verticales de la masa de suelo, debidos a esfuerzos de corte, 2) desplazamientos horizontales, debidos a esfuerzos de tensión, y 3) fallamientos en escalón (o en echelon), debidos a esfuerzos de torsión en la masa de suelo. Las magnitudes de los esfuerzos de corte y horizontal fueron evaluadas en varias zonas urbanas en donde se han detectado recientemente incipientes daños a infraestructura. Los daños por esfuerzos de torsión están aparentemente condicionados a que ocurran desplazamientos diferenciales verticales u horizontales, sin embargo se requiere de observaciones más detalladas para determinar con precisión el mecanismo de generación de éste tipo de fallamiento. Además de los fallamientos de suelo que responden a irregularidades del basamento, generalmente con orientación NS, existe una familia de fallamientos asociada a la presencia de paleocauses, principalmente orientados EW, es decir, siguiendo la dirección dominante de los antiguos lechos de los principales ríos que drenaban al valle. El fallamiento del suelo parece ocurrir en los bordes de los paleocauses y se sugiere que el mecanismo de generación es básicamente del mismo tipo que los fallamientos descritos, es decir, por hundimientos diferenciales debidos a al tipo de materiales presentes y por el descenso del nivel piezométrico. A partir de los modelos gravimétricos calibrados con litología de pozos, se generó una carta detallada del basamento no-compresible del valle llamado también basamento hidrológico, el cual es considerado como el piso del acuífero superficial actualmente en aprovechamiento. La correlación observada entre las irregularidades del basamento y la zona de mayor ocurrencia de fallas de suelo conocidas a la fecha, confirman la conexión espacial que existe entre las zonas de mayor irregularidad basal y la ubicación de las zonas de mayor riesgo. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 79 De la carta del gradiente horizontal se obtuvo la carta de zonificación de riesgo de fallamientos de suelo de la zona metropolitana de San Luis Potosí-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 tipo 1. A partir de los modelos de hundimiento generados para diferentes escenarios de abatimiento del nivel freático se estableció la carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo, útil para predecir espacialmente el tipo de esfuerzos (verticales u horizontales) esperados para diferentes zonas del valle. Debido a que el factor más importante que dispara los hundimientos de suelo es el descenso acelerado del nivel de los mantos acuíferos, se concluye que en tanto no se estabilice la extracción con la recarga del acuífero el problema de fallamientos de suelo seguirá en aumento. A pesar de que las nivelaciones realizadas sobre los testigos muestra que el hundimiento del valle no ocurre de forma acelerada pues en 4 meses se observan desplazamientos máximos de solo 2 mm, se requiere de nivelaciones al menos durante un año para poder evaluar objetivamente la magnitud de la subsidencia. Recientemente (días antes de la entrega de éste informe) y aunque de manera puntual, se realizaron nivelaciones en tres puntos a ambos lados de la falla aeropuerto después de un periodo de 4 años y dos meses con el resultado de que los desplazamientos promedio anuales son de 2 cm en el sector sur (calle Relámpago), 1 cm en el sector central (atrio del Templo de Santa Cruz) y de 0.6 cm en el sector más sureño (Academia de Policía). Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 80 RECOMENDACIONES Para detener la generación de actuales y futuras zonas de fallamientos de suelo la primera y más importante recomendación es tratar de estabilizar el acuífero a mediano plazo a partir de la recarga artificial a través de pozos de inyección. El desafío parece complejo, sin embargo el proceso es técnicamente posible construyendo depósitos de captación para almacenar avenidas de escurrimientos en épocas de lluvia para luego inyectarla al acuífero a través de zonas permeables previamente definidas. Esta es una práctica que se ha llevado a cabo en zonas semiáridas semejantes a la del valle de SLP con resultados exitosos. En tanto se estabilizan los hundimientos, es necesario seguir monitoreando los asentamientos que ocurren en el valle a través de nivelaciones periódicas de los testigos instalados al menos tres veces por año. Se recomienda además que se incremente el número de testigos instalados para ampliar la red de monitoreo y contemplar la posibilidad de realizar un estudio de interferometría de imágenes de satélite para éste propósito, posiblemente con Fondos Mixtos. Para evitar problemas de contaminación del sistema acuífero a través de las zonas de grietas y fallas existentes se recomienda ubicar los posibles focos contaminantes próximos a estas con el propósito de detectar posibles problemas de ruptura de ductos (aguas negras, petróleo, etc.), materiales peligrosos de desecho (fabricas, talleres, etc.) o almacenados (p.e. gasolineras). De hecho, las propias grietas son zonas potenciales de recarga artificial siempre y cuando se mantengan protegidas de contaminantes. Debido a que se detectó que los paleocauses de los ríos que drenaban al valle son causa también de fallamientos y por lo tanto daño a las construcciones, se recomienda llevar a cabo mediciones geofísicas detalladas para ubicar con mayor precisión los principales paleocauses que cruzan la zona urbana de SLP-SGS e incorporarlos a la Carta de Riesgo. Con el propósito de disminuir el impacto en las construcciones futuras, particularmente en las zonas de mayor riesgo (Zona 3 y Zona 4) se requiere actualizar las normas de construcción. Para éste propósito se recomienda llevar a cabo reuniones de consulta entre representantes de la industria de la construcción, autoridades y académicos. Un proceso de este tipo se llevó Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 81 a cabo en el Estado de Querétaro dando como resultado la modificación de la normatividad para la construcción en las zonas de riesgo. Algunas recomendaciones prácticas relacionadas con la construcción y remediación en zonas afectadas por los fallamientos que se practican en otras zonas urbanas con problemas semejantes son las siguientes • Consultar la ubicación del predio en la Carta de Riesgo de Fallamientos de Suelo. • Cartografiar cuidado en fallamiento, contiguas si • Realizar un estudio geofísico-geológico detallado para verificar que no se construirá sobre la traza de la probable falla. En caso de que esto no se pueda evitar y se decida construir (en caso de ser autorizado), se recomienda reforzar los cimientos. Los estudios son particularmente necesarios cuando el proyecto contempla la construcción de grandes edificaciones en terrenos mayores a los 500-1000 m2. • Diseñar el proyecto de construcción de acuerdo a las condiciones del terreno, dejando la zona de riesgo como áreas verdes o para la edificación de construcciones ligeras bien reforzadas en su cimentación. • Para las construcciones dañadas se recomienda hacer cortes a la estructura para dividir la construcción en dos partes las cuales se moverán de forma independiente con los bloques generados por el agrietamiento. Las juntas, resultado de los cortes pueden ser simuladas por algún elemento estructural. el posible fallamiento en la zona, poniendo especial determinar el ancho de influencia de la traza del observando daños visibles a las construcciones esto fuera posible. Por último, se recomienda la creación de un Comité de Grietas y Recarga del Acuífero. En ciudades como Aguascalientes, se tiene un comité de grietas que funciona muy bien, sin embargo no incluye la componente de recarga, esencial para la estabilización de los hundimientos. Posibles fuentes de financiamiento son los apoyos de los Fondos Mixtos o Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 82 sectoriales de Conacyt o bien de la creación de un fideicomiso. La composición de dicho comité debe incluir al menos representantes del sector de la construcción, de las autoridades y del sector académico. Entre otras posibles actividades asignadas del comité estarían las siguientes: • • • Monitorear y actualizar las grietas y la posible aparición de nuevos agrietamientos o hundimientos que pudieran presentarse. Coordinar la elaboración de una Carta de Riesgo de contaminación relacionado con los agrietamientos y fallamientos de suelo. Coordinar el desarrollo y promoción de un proyecto de recarga artificial y, en caso de llevarse eventualmente a cabo, monitorear la recuperación del acuífero a partir de las nivelaciones de testigos o de la interferometría de imágenes de satélite. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 83 REFERENCIAS Citadas Aguirre Hernández, M.A., 1992, Geología del subsuelo de las cuencas Geohidrológicas del Valle de San Luis Potosí y Villa de Reyes, en el Edo. de San Luis Potosí: Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Instituto de Geología, Folleto Técnico No. 116, 46 p. Barboza Gudiño, J.R., Tristán González, M., Torres Hernández, J.R., 1998, Dictamen geológico sobre asentamientos del terreno en los fraccionamientos Aeropuerto, San Ángel y Valle de los Cedros: Para obras públicas del Gobierno del Estado de S.L.P., Reporte no publicado. Biot M. 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Figura 3.- Distribución aproximada de A) las zonas de talud (enmarcadas por líneas azules) ubicadas en los flancos del valle y B) las zonas probables de escalón y protuberancia basal (enmarcadas con línea amarilla). La zona marcada con la letra C corresponde al cause del Río Santiago. Las márgenes de los paleocauses son también zonas propicias a hundimientos diferenciales y por lo tanto de riesgo de agrietamientos. Las líneas rojas indican los fallamientos y agrietamientos de suelo. Figura 4.- Carta geológica de la zona urbana de San Luis Potosí y Soledad de Graciano Sánchez, en donde destacan los causes de los ríos Santiago y Españita y los sedimentos cuaternarios en el centro del valle. Figura 5.- Localización de las estaciones gravimétricas en la zona de estudio (puntos negros) y localización de perfiles urbanos detallados (líneas rojas). Figura 6.- Perfil geológico del subsuelo a lo largo del perfil EW que cruza el valle. A lo largo de este perfil se aprecian numerosas irregularidades en el lecho rocoso debidas a fallas geológicas pre-existentes. Figura 7.- Carta del gradiente horizontal generado a partir de la anomalía de Bouguer. Los tonos rojos reflejan las zonas de mayor riesgo de agrietamientos pues reflejan los lugares de mayor irregularidad del basamento hidrológico. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 91 Figura 8.- Ubicación de los perfiles urbanos estudiados a detalle (líneas rojas) en zonas en las que se tiene evidencia de nuevos agrietamientos Figura 9.- Deformaciones horizontales a lo largo del Perfil 11 calculadas utilizando el concepto de esfuerzos efectivos debidos al incremento aparente en el peso volumétrico para un abatimiento total. Se puede observar la ubicación de la zona de grietas existente (triángulo invertido) y dos 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 perfil constituyen las referencias que se consideran fijas por estar colocadas sobre roca maciza. La mancha urbana se representa en color amarillo y los agrietamientos con líneas continuas. Los testigos representados con puntos verdes fueron también instalados pero aún no han sido nivelados. Figura 11.- Diferencias (en metros) de dos nivelaciones realizadas en un lapso de 4 meses sobre la línea de testigos topográficos a lo ancho del valle de SLP. Los máximos valores medidos (~0.002 m) indican que no hubo subsidiencia en éste periodo. Figura 12a.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivel piezométrico de 50 metros. Figura 12b.- Carta de hundimientos de suelo para un abatimiento del nivel piezométrico de 200 metros Figura 13.- Carta de vectores de desplazamiento de la masa de suelo la cual indica la dirección de movimiento de las partículas por efecto de los esfuerzos inducidos por la pérdida de sustentación hidráulica. Figura 14.- Carta de riesgo de agrietamientos obtenida a partir del gradiente horizontal de la anomalía completa de Bouguer. Las zonas en rojo son las más propensas a sufrir fallamientos de suelo y por lo tanto representan las zonas más críticas para la construcción de infraestructura. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 92 Figura 15.- Conglomerado Cuaternario (Parque de Morales) con clastos subredondeados de varios decímetros de diámetro Figura 16.- Depósitos cuaternarios de productos volcánicos retrabajados de varias decenas de metros de espesor. Se reconocen horizontes compactos cortados por canales rellenos de sedimentos gradados (Zona al E de Arboledas del Aguaje) Figura 17.- Corte estratigráfico del área de estudio (modificada de Labarthe et 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) que contiene el relleno del valle, el cual constituye el sistema acuífero de la zona metropolitana. Este relieve del basamento fue obtenido a partir de las secciones 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 diferencial producido por el abatimiento piezométrico. Figura 25.- Esquema para la reducción de Bouguer. Para la reducción simple se determina el efecto de la losa infinita de espesor “h”. Para la reducción por efectos de terreno se determina el “∆εT” del volumen de masa arriba del nivel de la estación, así como el “∆εT” de los vacíos bajo del nivel de la estación. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 93 Figura 26.- Elemento para determinar el efecto del terreno circundante con segmentos de cilindro de altura variable alrededor de la estación (centro del cilindro) Figura 27.- Curvas de anomalía de Bouguer utilizando diferentes valores de densidad. A partir de éste análisis se seleccionaron las densidades de 1.8 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 de Bouguer completa. Figura 30.- Anomalía de Bouguer (línea negra continua) a lo largo del perfil gravimétrico E-W y su gradiente horizontal asociado (línea punteada). Uno de los máximos de la curva del gradiente coincide con un fallamiento de suelo observado en superficie (triángulo invertido). Figura 31.- Trayectoria de ondas sísmicas. Figura 32.- Gráfica distancia-tiempo a partir de la cual se obtienen las velocidad P y S del relleno (en éste caso P), a partir de las cuales se deducen las constantes elásticas del medio. Tabla 1.- Parámetros sísmicos y constantes elásticas para el valle de SLP Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 94 LISTA DE PLANOS 1.1.- PLANO GEOLÓGICO DE LA ZONA URBANA Y CONURBADA DE SLP Y SGS. 1.2.- PLANO GEOLÓGICO DE LA ZONA URBANA Y CONURBADA DE SLP Y SGS. 1.3.- PLANO DE CONFIGURACIÓN DEL LECHO ROCOSO (BASAMENTO HIDROLÓGICO) 1.4.- CARTA TOPOGRÁFICA DETALLADA (LEVANTADA CON ESTACIÓN TOTAL). 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 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 95 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 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 96 Anexo 1 Nombre y ubicación de fallas de suelo identificadas en la zona metropolitana SLP-SGS FALLA ORIENTACIÓN N-S en su parte Norte y N-NW hacia su parte sur 1. FALLA AEROPUERTO (F.A.) 2. FALLA MUÑOZ (F.M) NW-SE 3. FALLA CARLO MAGNO (F.C.M) N 40°- 50° W 4. FALLA DAMIÁN CARMONA (F.D.C) N 10°-15° W 5. FALLA PARQUE MORALES - AVENIDA DE LA PAZ (F.P.M. – AP) N 75° - 80° E PRINCIPALES ZONAS AFECTADAS Zona del Fraccionamiento Aeropuerto-Colonia Los Reyitos Avenida Aeropuerto, Nebulosa, Bruma, Selene, Lluvia, Viento, Relámpago y Tormenta (Fraccionamiento Aeropuerto), Privada de Lila y Ángela Peralta. Zona Iglesia de la Santa Cruz-Academia Estatal de Policía Templo de la Santa Cruz y Escuela Primaria Ignacio Zaragoza, calle 3 esquina con la calle 14, calle 16, calle 2 y avenida Vasco de Quiroga, Mercado de la Luz, Av. Fray Diego de la Magdalena, Academia Estatal Policía. Zona Bulevar Río Santiago-Escuela Normal del Estado calles de Albino García y privada de Azahares, Normal del Estado Zona Colonia División del Norte-Río Paisanos López Hermosa, Av. Adolfo López Mateos, Eugenio Aguirre, Maclovio Herrera, Rosalío Ramos, Rodríguez, Villa Amelia y 5° Privada de la Cruz, Anillo Periférico Norte. Av. Nicolás Zapata, hasta el Boulevard Río Santiago, calle de Terrazas, Madrigal, Antiguo Cortijo, 5 Hermanos, Charro Mexicano, Estribo, Reina Victoria, Rey Pedro el Grande casi esquina con Rey Carlos V, Alfonso Xlll, Rey Felipe ll y Av. Hernán Cortés casi esquina con Reina Victoria, Av. Hernán Cortés hasta la calle Xipe Callejón de López, Rey Conrado, Río Santiago (Frente al Edificio Torres Corzo), Margarita M. de Juárez, Madrigal, Gertrudis Uribe, Reina Alfonsina. Álvaro Obregón (Edificio Ipiña) hasta la Av. Hernán Cortés, Arista, Julián de los Reyes, Guajardo Reforma, Pedro Montoya, Aquiles Serdán, Juan, Álvarez, Darío de los Reyes y Juan del Jarro. Artistas, Av. del Lago, Condominios del Parque, Becker, Marconi, Rubén Darío, Plaza El dorado. Otras calles son Muñoz, Marino Ávila, Villanueva, Pedro Moreno, Damián Carmona, Plan de San Luis y Av. de la Paz y calle Ponciano Arriaga. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 97 102 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 (F.Mc.M.) N 20° - 60°W – MORALES Caliente, Mc Donal’s, Universidad Cuahutemoc, Zona Universitaria, Escuela de Economía, Office Max, Departamento de Informática, Instituto de Física y Biblioteca en la Zona Universitaria, y casas de la fracción de Morales. 9. FALLA SAUZALITO (F.S.) NW - SE Prolongación San Fernando, Zapote, San Ricardo, San Ángel, Pánfilo Natera, 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 (F.C.G.) N 45° W Av. Salvador Nava, Condominios Gaviota, calle Circuito y calle Conquistadores. N 50° E San José, Juan Bosco, Circuito San Francisco, San Ignacio, Circuito San Gerardo y Circuito San Eduardo. CONDOMINIOS GAVIOTA 12. FALLA FRACCIONAMIENTO SAN JOSÉ DE BUENAVISTA (F.S.J.) (SOLEDAD DE GRACIANO SÁNCHEZ) 13. FALLA MUSEO REGIONAL POTOSINO (F.M.R.) N 70° a 80° E y W-E 14. FALLA MUSEO DE LA MASCARA (F.M.M.) N 80° E 15. FALLA IGLESIA DEL ESPÍRITU SANTO – MUSEO FEDERICO SILVA (F.E.S.-F.S.) N 10°-15° W Museo Regional Potosino y la Capilla de Aranzazú Museo de la Máscara, Oficinas de Telégrafos Iglesia del Espíritu Santo, Museo Federico Silva y calle de Reforma Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 98 103 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 99 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 100 105 Anexo 2 Descripción de Fallamientos de suelo Zona metropolitana SLP-SGS 1.- FALLA AEROPUERTO (FA) Esta falla es la mas importante dentro del área de estudio, tiene un rumbo general de N-S en su parte Norte y N-NW hacia su parte sur, esta estructura 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 el segmento mas activo el comprendido en la zona del Fraccionamiento Aeropuerto-Colonia los Reyitos. Las principales características de esta falla son: Presencia de estructuras menores del tipo “tensión” y subsidencia por extensión, ruptura de pisos y paredes, hundimientos y levantamientos en pisos de las casas y en el pavimento de las calles, ruptura de las tuberías de agua y drenaje, formación de grietas de tensión paralelas y en escalón, torsión (deformación de ventanas, puertas, barandales y ruptura por desplazamiento a rumbo, tiene una longitud aproximada de 6 km. A continuación se describen las zonas que muestran afectaciones por la Falla Aeropuerto: Zona del Fraccionamiento Aeropuerto-Colonia Los Reyitos Este segmento es el más activo y el que más daños ha ocasionado, tiene estructuras menores del tipo “de tensión” y subsidencia por extensión, las cuales se manifiestan en paredes, muros y pisos de las casas ubicadas en las siguientes calles: Avenida Aeropuerto, Nebulosa, Bruma, Selene, Lluvia, Viento, Relámpago y Tormenta (Fraccionamiento Aeropuerto). En la colonia Los Reyitos la falla se identifica en las casas que se encuentra entre las calles de la Privada de Lila y Ángela Peralta, donde el fenómeno presenta las mismas características que en el Fraccionamiento Aeropuerto, aunque con menores daños. 101 ٛ Zona Iglesia de la Santa Cruz-Academia Estatal de Policía Las principales obras civiles afectadas en esta zona son: Templo de la Santa Cruz y Escuela Primaria Ignacio Zaragoza, las cuales manifiestan fracturamiento en paredes y pisos. En el caso del Templo de la Santa Cruz los daños se presentan además en los vitrales y columnas. Los efectos de la falla en las calles del Fraccionamiento Industrial Aviación son hundimientos 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 y Avenida Vasco de Quiroga. El área más afectada en esta zona es la ubicada en el Mercado de la Luz, el cual presenta daños en 10 locales así como en paredes y muros. En el Panteón Municipal Saucito, la falla se observa en las fracturas que se encuentran en la barda que se ubica sobre la Avenida Fray Diego de la Magdalena. En la Academia Estatal Policía, se puede ver que la Falla Aeropuerto ocasionó daños en la barda de la entrada de dicha academia, los baños, salón del gimnasio y barda situada al NE, donde se pusieron testigos de yeso que un mes después ya estaban rotos. Zona Bulevar Río Santiago-Escuela Normal del Estado En este tramo, la falla geológica sigue conservando su orientación NW-SE aunque se nota un ligero curvamiento a partir del Bulevar Río Santiago. En éste, se puede observar que existe un hundimiento de bloques en el piso con desnivel de aproximadamente 8 cm. La ruptura afecta además a los canales laterales que transportan agua negra y potable, lo que ocasiona que continuamente este lugar se encuentre con fugas de agua, a pesar de las constantes reparaciones. Aquí también se puede observar en los arreglos de las fracturas que la falla tiene movimiento lateral izquierdo. La zona que presenta más daños está en la Colonia Bugambilias entre las calles de Albino García y privada de Azahares, ahí se observan fracturas en paredes y muros, así como plegamiento en los pisos de las casas. Hacia el sur de la calle de Albino García y hasta la Normal del Estado las evidencias de la Falla Aeropuerto se manifiestan de manera puntual, por lo que se considera a futuro como una zona de posible riesgo. 102 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 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 la falla 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 López Hermosa, Av. Adolfo López Mateos, Eugenio Aguirre, Maclovio Herrera, Rosalío Ramos, Rodríguez, Villa Amelia y 5° Privada de la Cruz. A pesar de que los daños en las casas ubicadas en las calles antes mencionadas son menores, se considera que se encuentran con alto riesgo en el futuro debido al movimiento lento de la falla. Es posible que la traza de la Falla Aeropuerto prosiga hacia el NNW del Río Paisanos en donde en la actualidad aún no se hace evidente. Ahí existen nuevos fraccionamientos y terrenos baldíos, por lo que se debe de mantener estrecha observación en esa 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 zona más 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 atravesando las calles desde Madrigal, Antiguo Cortijo, 5 Hermanos, Charro Mexicano, Estribo, Reina Victoria, Rey Pedro el Grande casi esquina con Rey Carlos V, Alfonso XIII, Rey Felipe II y Av. Hernán Cortés casi esquina con Reina Victoria. En el segmento de la traza de la falla desde Av. Hernán Cortés hasta la calle Xipe en la colonia Retornos, los agrietamientos se presentan de manera muy puntual es decir solo en algunas casas. Una observación que hay que destacar en la trayectoria de esta falla es que aunque a partir del último punto observable de la falla no existen agrietamientos, no significa que su trayectoria no pueda continuar hacia el NW, por lo que a futuro deberá tenerse especial cuidado por la posible aparición 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 Rey Conrado en su parte NW, siendo su parte más afectada la que ubica desde el Río Santiago (Frente al Edificio Torres Corzo) atravesando las calles, 103 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” Margarita M. de Juárez, Madrigal, Gertrudis Uribe, Reina Alfonsina y Rey Conrado. En esta zona se puede observar que la falla presenta ramificaciones, lo que nos indica que existen estructuras de tipo escalón.Las características principales de esta falla son: Grietas de tensión, asentamientos diferenciales que se manifiestan en rupturas de tuberías de agua y drenaje. Al igual que la falla Muñoz esta falla a partir del último punto verificado en su parte NW, no muestra más afectaciones en las infraestructuras civiles. Esta falla es posible que sea producto de la extensión provocada por la falla Muñoz y la falla Aeropuerto al existir un movimiento de tipo lateral. 4. FALLA DAMIÁN CARMONA (FDC) La falla Damián Carmona es una de las fallas que se localizan dentro del Centro Histórico y pertenece al sistema de fallamiento NW-SE, su trayectoria conserva un rumbo general de N 10°-15° W. Esta falla corre en su extremo sur desde la calle Álvaro Obregón (Edificio Ipiña) hasta la Av. Hernán Cortés en su parte norte. Las principales calles que cruza la falla son: Arista, Julián de los Reyes, Guajardo, Reforma, Pedro Montoya, Aquiles Serdán, Juan Álvarez, Darío de los Reyes y Juan del Jarro. La zona de afectación de esta falla se comporta de forma similar durante toda su trayectoria, siendo sus características principales: Grietas de tensión y subsidencia que se manifiesta en forma de levantamiento de pisos de las casas y el pavimento de las calles, ruptura de las tuberías de agua y drenaje. Esta falla al presentarse en el Centro Histórico ha provocado afectaciones a edificios históricos, por lo que es de suma importancia tener un monitoreo continuo en esta área. Es probable que la trayectoria de la falla 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 calle Artistas frente al pozo del Parque de Morales, su orientación general es N 75° - 80° E. Esta falla forma parte del sistema de grietas de orientación EW, las cuales se han manifestado recientemente y de las que no se tenían reportes. El segmento mas activo de esta falla es la que se ubica desde el Parque de Morales atravesando las calles Av. del Lago, Condominios del Parque, Becker, Marconi, Rubén Darío y Plaza El Dorado. Otras calles son Muñoz, Marino Ávila, Villanueva, Pedro Moreno, Damián Carmona, Plan de San Luis, Av. de la Paz y calle Ponciano Arriaga, su longitud aproximada es de 6 km. 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” Los principales efectos se observan como agrietamientos en paredes y pisos, con ligeros hundimientos de pisos y ocasionalmente agrietamiento del techo de las casas. No se observa movimiento de torsión como en la falla Aeropuerto. Esta falla fue detectada en el subsuelo por el pozo de agua potable CNA–11-888 a una profundidad de 352 m (CNA-2005) y en superficie se observo cuando se realizó la zanja para el colector de aguas pluviales 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 Luis Potosí, su orientación general es N 60°-65° W. Históricamente se tienen datos de que el fenómeno de agrietamiento comenzó a manifestarse hace aproximadamente 10 años. Los primeros estudios geológicos de este fenómeno 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 y cruza las calles de Tecali, Sirconia y Diamante, la zona mas afectada por esta falla se localiza entre las calles de Sirconia y Diamante, donde el agrietamiento se manifiesta en bardas, techos y pisos de las casas, el agrietamiento en varias casas llega a tener una abertura de 7 cm. Además se observan hundimientos de torsión, su longitud es relativamente pequeña comparada con las fallas anteriormente descritas pues no es mayor de los 400 m. El otro segmento de la falla se localiza sobre la calle Coral y su longitud es aproximadamente de 700 m. Aunque los efectos de los agrietamientos son menores a los de la calle Azabache, los daños se presentan sobre todo en las bardas de las casas y ocasionalmente en los techos. En ocasiones se alcanza a percibir un ligero agrietamiento (± ½ cm) también en los pisos. Las calles por donde cruza esta falla son: Granate, Obsidiana, Diamante y Sirconia. Posiblemente esta falla se relaciona con la falla que se ha reconocido en los Condominios Gaviota. 7. FALLA DESARROLLO DEL PEDREGAL (FDP) La falla Desarrollo del Pedregal se localiza al sur-poniente de la capital de San Luis Potosí, y su orientación es N 70°-85° W. Aparentemente está Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 105 relacionada al sistema de fallas asociadas a la falla principal del hombro poniente del graben de Villa de Reyes–San Luis Potosí y tiene una longitud aproximada de 2 km. Anteriormente esta falla había sido detectada por medio de imágenes de satélite (Labarthe-Hernández, 1982) y en pozos de agua (Aguirre-Hernández, 1992 y Martínez-Ruiz, 1997). Por no existir actualmente construcción de casas o edificios no existen afectaciones por hundimientos, pero no se descarta la posibilidad de que a futuro se presenten. Adicionalmente al fenómeno de los hundimientos de suelo, en esta zona existe el riesgo adicional asociado al deslizamiento de materiales rocosos en forma de avalanchas debido a la acción de la lluvia sobre 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 Luis Potosí, su orientación general es N 20°-60°W. Hacia el sector sureste, el último punto detallado es en el negocio Office Max, a partir de ahí se tiene detectado en el edificio donde se localiza el Local llamado Caliente Mc Donal’s, Universidad Cuauhtemoc, Zona Universitaria, Escuela de Economía y casas de Morales. El de hundimientos se refleja en agrietamientos en bardas, pisos, calles, rompimiento de tuberías de agua y drenaje, hundimiento de pisos (Mc Donal’s) y aparentes movimiento de torsión (Office Max, Departamento de Informática, Instituto de Física y Biblioteca en la Zona Universitaria). La característica particular de esta falla es que existen segmentos en donde no se han observado daños en la actualidad. Es posible que la falla siga su trayectoria tanto al NW como al SE. 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 sobre agrietamientos realizados por Barboza-Gudiño y Mata-Segura (1999). Las principales características del fenómeno de agrietamiento se manifiestan en las paredes de las casas así como en los muros y techos, además se pudo observar hundimientos tanto en casas como en las calles por donde cruza la falla. Las grietas son de tensión, pero también existen movimientos de torsión. Las calles por donde cruza la trayectoria de la falla son: Prolongación San Fernando, Zapote, San Ricardo, San Ángel, Pánfilo Natera, Pasaje Sauce, San Gustavo, Av. del Sauce, siendo la zona mas afectada la que se localiza entre las calles de San Daniel y Zapote, 106 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” donde en la actualidad existen casas que han sido demolidas. Esta falla parece 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 zona hotelera y tiene una longitud de afectación de aproximadamente 300 m. La parte más afectada es la del Hotel Real de Minas donde se pueden observar agrietamientos en varias partes de dicho hotel, con un rumbo general de N 45° W. Existe también hundimiento de pisos, así como movimiento de torsión en ventanas de los locales de la tabaquería. Otros puntos donde se pueden observar agrietamientos son: Central Camionera, Hotel del Potosí y la barda ubicada al poniente del Hotel Real de Minas que colinda con un lote baldío. 11. FALLA CONDOMINIOS GAVIOTA (FCG) Esta falla se localiza al suroriente de la capital. Su longitud no es de grandes dimensiones sin embargo las afectaciones que ocasiona son similares en cuanto a las características que presenta la falla Aeropuerto, es decir, agrietamiento en bardas escaleras y pisos de las casas. Los agrietamientos presentes son de tensión, se observan también hundimientos de pisos y calles. Los lugares donde se observó el fenómeno de agrietamientos son la Av. Salvador Nava, dentro de la zona donde se ubican los Condominios Gaviota, calle Circuito y calle Conquistadores. Al parecer esta falla podría formar parte del sistema de fallas paralelas de la zona 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 el Municipio de Soledad de Graciano Sánchez, su orientación general es N 50° E. Las manifestaciones de agrietamientos son relativamente recientes (aproximadamente 2 años). Inicialmente se creía que los agrietamientos se debían a que las casas afectadas se construyeron sobre un arroyo, canal del Río Santiago, pero los datos de ubicación de los agrietamientos muestran que esto no era correcto. Los principales agrietamientos se presentan en paredes y pisos, con ligeros hundimientos de pisos y calles, se pudo observar movimientos de torsión en las ventas de las casas. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 107 Los principales puntos donde se observlos daños se localizan en casas sobre las calles San José, Juan Bosco, Circuito San Francisco, San Ignacio, Circuito San Gerardo y Circuito San Eduardo. El fenómeno de agrietamientos en este fraccionamiento ha causado que algunas casas se demolieran. 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 encuentran ubicados entre las calles de Independencia y Vallejo al W-E y Universidad y 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 del espacio conocido como “La sala de los Herrajes”. Las características de las grietas presentes en las estaciones antes mencionadas tienen la orientación general de las grietas, es decir, N 70° a 80° E con esporádicas variaciones de rumbo W-E. La inclinación general de estas grietas es de 80° SE y localmente alcanzan la verticalidad, aunque también se manifiestan grietas con inclinación hacia el NW. Otra característica de estas grietas es que no se manifiestan en los pisos de la planta baja por donde cruzan el Museo y la Capilla, sin embargo son bien reconocibles en la azotea de la planta alta, cortando incluso las ventanas y paredes de la parte superior. El desplazamiento de las grietas es mínimo, en el orden de milímetros, y debido al corto registro histórico de su aparición, resulta difícil determinar si están actualmente activas. En el área denominada como “Entierro Huasteco”, se encontró agua en la excavación que se hizo para la colocación del esqueleto para su exhibición. A este respecto se observó que el nivel del espejo del agua se ubica aproximadamente 3 m del piso del área de la tumba, dato que coincide con el nivel del agua que existe en una noria que se encuentra a pocos metros al NW de la capilla de Aranzazú. Los agrietamientos en el Museo Regional Potosino y Capilla de Aranzazu coinciden con la falla geológica detectada por pozos de agua en el subsuelo, así como por estudios de geofísica (gravimetría) realizados sobre las calles de Aldama Vallejo. Sin embargo, el origen de estos agrietamientos podría estar asociado a las replicas de los sísmos reportados en años pasados por el Servicio Sismológico Nacional (SSN) puesto que en ésta zona el descenso del nivel freático no parece ser un factor determinante, a menos que éste sea debido a fugas de agua que alimentan acuíferos “colgados” de carácter muy superficial. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 108 14. FALLA MUSEO DE LA MÁSCARA (FMM) El edificio del Museo de la Máscara se encuentra ubicado entre las calles de Escobedo y Villerías al W y E e Iturbide y Guerrero al N y S respectivamente en la Zona Centro de la capital. Las grietas que se presentan se asocian al sistema de fallas geológicas W-E y NW-SE, que cruzan el Centro Histórico de S.L.P. Los primeros indicios de este sistema de fallas geológicas se obtuvieron después de haber realizado estudios geofísicos (gravimetría) los cuales dieron como resultado una anomalía que nos indicaba la posible presencia de fallamiento en el subsuelo. Aparentemente, el Teatro de la Paz está siendo afectado por ésta misma estructura subterránea aunque de manera más leve. La orientación preferencial de las grietas es N 80°-85 E, aunque también existen agrietamientos con rumbo N 10°-20° W, su inclinación es hacia el SE. El agrietamiento se manifiesta tanto en los pisos como en los techos de las diferentes áreas del Museo, así como en las paredes. El desplazamiento de las grietas es desde milímetros hasta 1 cm. Existe hundimiento del piso que se encuentra en el pasillo enfrente de la Sala 2. Este mismo hundimiento se observa en la puerta de la dirección del Museo y las características parecen corresponder al sistema de fallas NW-SE. También se pudo observar agrietamiento en las oficinas de Telégrafos las cuales se ubican en el mismo edificio del Museo. Estas grietas presentan movimiento de torsión, además de que se pusieron testigos para monitorear el agrietamiento obteniéndose como resultado que sigue existiendo movimiento. Por fuera del edificio del Museo el agrietamiento también se manifiesta tanto en el sistema de fallamiento E-W como NW-SE observándose 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 ubican entre las calles. Escobedo y B al E y W y las calles de Bocanegra y Manuel J. Othon al N y S en la Zona Centro de la ciudad de S.L.P. La falla que produce los daños observados en la estructura del edificio se asocia al sistema 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. Este segmento de la falla parece ser el más activo ya que los daños registrados en la Iglesia del Espíritu Santo y el Museo Federico Silva son más severos por lo que se considera de mayor riesgo. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 109 Los principales efectos observados en la iglesia son en forma de agrietamientos que se presentan en diferentes espacios del edificio que ocupa la Iglesia entre los cuales están la notaría, el confesionario, el salón de 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. La orientación de los agrietamientos es N 10°-15° W y su inclinación es de 80°-85° SE. Los agrietamientos, que algunas veces son de tensión, se presentan tanto en pisos como en paredes, techos y azoteas, siendo estos de una anchura que va desde unos cuantos milímetros hasta algunos centímetros. La evidencia más notable de que los agrietamientos en la estructura de la iglesia están relacionados una falla geológica es el desplazamiento vertical detectado en una capa de tepetate, observado cuando se realizó una zanja sobre la calle de los Bravo (frente al negocio Mueblerías Garza) para instalar nueva tubería de agua y drenaje. El agrietamiento que presenta el Museo Federico Silva es leve comparándolo con el que se observa en la Iglesia del Espíritu Santo, debido probablemente a que el edificio fue reconstruido recientemente. La orientación del agrietamiento en el museo al igual que en la Iglesia del Espíritu Santo es N 10° W, presentándose en las salas 1, 3, y 5 en la planta baja, 7 y auditorio en la planta alta. En la planta baja el agrietamiento se observa en el piso, su abertura es de algunos cuantos milímetros. En estas grietas se observan ramificaciones de la grieta principal. Otros ligeros agrietamientos se ubican en la planta alta en la zona que corresponde a las oficinas, además el agrietamiento se observa en las paredes. El agrietamiento se puede seguir hacia el noreste del edificio del museo hasta casi llegar a la calle de Reforma y posiblemente se continúa al norte. 110 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” Anexo 3 Aspectos gráficos de la instalación y nivelación de Testigos Topográficos y Tabla con sus coordenadas. Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 111 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 112 Ubicación de los testigos instalados en el Valle de San Luis Potosí No. Testigo 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 026 027 028 029 030 Latitud 288267 288606 289530 290631 291661 292560 293494 294411 295169 295992 297031 298108 299110 300088 300974 301962 302528 303737 304818 305699 306547 307685 308723 309900 310674 311338 312224 297528 296963 296408 Longitud 2450981 2450917 2451018 2451082 2451270 2451343 2451673 2452228 2452475 2452878 2453060 2452952 2452680 2452688 2452696 2453014 2452687 2452951 2453200 2453393 2453616 2453892 2454137 2454410 2454772 2455178 2455776 2446896 2448577 2450255 Descripción del lugar A 100 m Aprox. de la Presa San José, sobre lecho rocoso del margen izqiuerda del arroyo Camino a La Presa San José a 350 m al Este del 001 Contrapresa antes de Zona Deportiva del Paseo La Presa San José Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago y Periferico Norte Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago Frente a la salida de la calle Antimonio Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago a 250 m al Oeste de la Av. Club México Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago en la desviación a la calle Capitán Caldera Base de poste de luz sobre Blvd. Rio Santiago Frente a la salida de la calle Leopoldo Aguillón Sobre Blvd. Rio Santiago en base de muro del Puente Pedro Moreno Sobre Blvd. Rio Santiago en base de columna del Puente de la Prol. 16 de Septiembre Blvd. Rio Santiago sobre banqueta en base de un muro de proteccion peatonal Esquina de calle José Villet y Blvd. Rio Santiago Esquina de calle República Dominicana y Av. San Pedro Esquina de calle Adolfo Lopez Mateos y Av. San Pedro Sobre Av. San Pedro, Frente a la Col. Hacienda Margaritas. A 150m al Oeste de la Prol. Valentín Amador Sobre Prol. Av. San Pedro a 500 m del Blvd. José Clemente Orozco Sobre Blvd. José Clemente Orozco y camino a San Pedro Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 1240 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 2230 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 3340 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 4117 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 5310 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 6360 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 7570 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 8430 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 9210 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Camino a San Pedro en Ejido Soledad a 10280 m aprox. al este del 017 por la carretera (sin referencia urbana) Av. Calzada de Guadalupe y calle República de Honduras Av. Calzada de Guadalupe y Av. Salvador Nava Av. Calzada de Guadalupe y calle Sevilla y Olmedo 113 ٛ 031 032 033 034 035 036 037 038 296664 293987 291891 294832 302089 300323 301697 295816 2451971 2454282 2456129 2449028 2448012 2454793 2456652 2455106 Av. 20 de Noviembre y calle Central Av. Fray Diego de Magdalena y calle Saucito Periférico Poniente y Av. Fray Diego de la Magdalena o carretera a Zacatecas Av Salvador Nava y Mariano Jiménez Carretera San Luis - Querétaro y Periférico Norte Calle Ignacio López Rayón entre Negrete y Mariano Matamoros Periférico Norte y Salida a Saltillo Av. Adolfo López Mateos, afuera de la Academia de Policia Federal Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 114 Anexo 4 Correlaciones estratigráficas a partir de litología de pozos Prof. (m) Ciudad 2000 Mexinox No 5. La Florida 0.00 Rellenos aluviales del valle (volcanogén 100 icos, epiclásticos) 200 300 Productos volcánicos, esencialmente latita y tobas (piso rocoso del valle) latita toba brecha vitrófido arenisca conglomerado arena-grava 400 Correlación estratigráfica basada en la descripción litológica de pozos de agua localizados en la porción oriental del área de estudio 115 ٛ W POZO JACARANDAS POZO MORALES POLVILLO POZO CORTIJO 5 HERMANOS POZO POZO VALLE DE TANGAMANGA 2 LOS CEDROS 0m E R SIMBOLOGÍA R 100 R R 160 R RELLENO RESIDUAL Tic IGNIMBRITA CANTERA Tlp LATITA PORTEZUELO R 200 0 ? 250 Tlp 262 Tlp 262 Tlp M E T R O S 300 100 Tic 320 326 325 Tlp 350 450 Correlación estratigráfica basada en la descripción litológica de pozos de agua localizados en la porción norte del área de estudio 116 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” Anexo 5 Secciones geológicas obtenidas a partir del modelado 2-D de los perfiles gravimétricos 117 104 Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” Informe final del “Estudio de Hundimientos y Agrietamientos en el Area Metropolitana San Luís Potosí-Soledad de Graciano Sánchez” 104 118