SECRETARIA GENERAL DE OBRASDEL DEPARTAMENTO DEL

DISTRITO FEDERAL

MANUAL DEEX PLORAC ION GEOTECNICA

SECRETARIA GENERAL DE OBRAS MEXICO OF NOVIEMBRE OE 1988

II

2.2 ZONA DE TRANSICION

2.2.1 Interestratificada del poniente2.2.2 Abrupta cercana a los cerros

27

2729

2.3 ZONA DE LOMAS . . 30 1

3 REFERENCIAS . . 33 i

CAPITULO 3 EXPLORACION GEOTECNICA 35

3.1 RECONOCIMIENTO GEOLOGIC0 ..

35

3.2 SUPERVISION GEOTECNICA 36

3.3 METODOS GEOFISICOS . 40

3.3.1 Refraccin ssmica 403.3.2 Resistividad elActrica 43

3.4 METODOS DE EXPLORACION Y MUESTREO 46

3.4.1 Pozo a cielo abierto . . . 463.4.2 Cono elgctrico . . 493.4.3 Cono mecgnico . . 543.4.4 Penetracin estandar . 583.4.5 Tubo de pared delgada . 663.4.6 Tubo dentado . . 683.4.7 Barril Denison . . 70

ANEXO 1 Control y proteccin de las muestras inalteradas . 73

3.5 TECNICAS DE PERFORACION .'

. 76

3.6 DETECCION DE CAVERNAS .'

83

3.7 BROCAS PARA PERFORACION DE SUELOS . 88

CAPITULO 4 CONCLUSIONES 93

I NYRt3Dt1CCIOIV

El Departamento del Distrito Federal, a travsde su Secretaria General de Obras y Servicios,ha decidido la elaboracin del presente Manuaede Ezptoha.c.6n Geo.tic,uca, para que constituya unapoyo decidido a los Ingenieros Civiles dedi-cados a la mecnica de suelos, y lo utilicencomo una gula que les ayude a resolver el re-to que significa obtener muestras de buena ca-lidad de los depsitos del subsuelo de la Ciu-dad de Mxico, teniendo en cuenta los orgenestan diversos de los cuales provienen.

El buen comportamiento de un proyecto de Inge-nieria Civil desarrollado en esta ciudad, de-pende en gran medida de la ejecucin de un es-tudio cuidadoso de Mecnica de Suelos, y stea su vez, se apoya fundamentalmente en reali-zar un muestreo de calidad, ya que dependien-do de la excelencia de ste, ser la confiabi-lidad del estudio completo.

Teniendo en cuenta los diversos orgenes delos cuales provienen los suelos del Valle deMxico, no existe un procedimiento nico quepueda aplicarse para obtener de ellos muestrasde buena calidad, razn por la cual es indis-pensable que los trabajos de exploracin geo-tcnica sean supervisados continua y cuidado-samente por un ingeniero especializado en es-ta rea de la mecnica de suelos.

Lo anterior permitir afrontar los proyectosque habrn de construirse en el futuro, con unconocimiento firme del comportamiento del sub-suelo, que reflejado en el proyecto arquitec-tnico y estructural de las obras, permitirngarantizar su estabilidad an ante sismos tanintensos y de caractersticas tan peculiarescomo fueron los ocurridos en 1985.

3

PRESENTACION

Como resultado de los programas de exploracingeotcnica que continuamente est desarrollan-do el Departamento del Distrito Federal parael proyecto y construccin de las lineas delMetro en constante desarrollo, en 1987 editun Manual de Diseo Geotcnico (ref 1), en elcual se condensaron las principales activida-des que debe realizar un Ingeniero Civil espe-cializado en mecnica de suelos, para llevara buen trmino el proyecto geotcnico para unalinea del Metro.

En el manual citado se discutieron temas fun-damentales como son: a) los antecedentes geo-lgicos de la cuenca del Valle de Mxico (ca-pitulo en el cual por vez primera se publica-ron avances recientes sobre el tema) a partirde los cuales se propone una zonificacin de-tallada del rea metropolitana; b) las tcni-cas de exploracin y muestreo que con mayoreficiencia pueden utilizarse dependiendo delos tipos de suelos que hay en el Valle; c)los ensayes de laboratorio ms usuales; d) loscriterios de diseo aplicables a la solucindel Metro en cajn; e) la supervisin geotc-nica que debe realizarse tanto en la etapa deproyecto como durante la construccin y, f) lainstrumentacin que es necesario instalar pa-ra conocer el comportamiento de la estructuracon el tiempo.

De este manual destacan los temas a, b y e,por lo cual el DDF decidi actualizarlos ycomplementarlos en el presente Manual. de Exp.Zo-iuicLbn GeotcnLca, incluyendo la normatividadque a este respecto ha editado en las NormasTcnicas Complementarias para Diseo y Cons-truccin de Cimentaciones, que forman partedel Reglamento de Construcciones del DistritoFederal en vigor.

EJ. alarma]. eFt:1_ constituido por tres caPl_tulosr

1 Requisitos de exploracin

2 Antecedentes geolgicos

3 Exploracin geotcnica

En el primero se presenta un resumen de los re-quisitos mnimos de exploracin especificadospor el Reglamento de Construcciones del Dis-trito Federal; el segundo contiene una brevedescripcin de las caractersticas geolgicasy geotcnicas del subsuelo de la Ciudad de M-xico; y en el tercero se presentan, en deta-lle, loe requisitos mnimos para asegurar labuena calidad de las muestras que se extraendel subsuelo, con fines de Ingeniera Civil.

En este ltimo captulo se han tratado, siem-pre que fue posible, los siguientes "temas:

- Objetivo

- Equipo necesario

- Operadin del equipo

-- Resultados obtenidos

- Interpretacin de resultados

- Comentarios, y

- Referencias

Las referencias se han incluido para el lectorque requiere documentarse ms ampliamente so-bre cada tema, y se colocaron al final de ca-da uno de ellos para su fcil localizacin.

REFERENCIAS

1. Comisin de Vialidad y Transporte Urbano(COVITUR), Manual de Diseo Geotcnico, Vo-lumen 1, Mixir_o.

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NOTAI I IiLAbO TONN.13 ON, OGILMIAL xv CG a-I 00

06 LA OE ACPAS DCL VALLE OE O I E D a aMEDICO DC OW.OE DM

EBCAIA OeAPICA

Fig 1

7

En la zona II de transicin la exploracin delsubsuelo se planear tomando en cuenta quesuele haber irregularidades en el contacto en-tre diversas formaciones as como variacionesimportantes en el espesor de suelos compresi-bles.

En las zonas II y III (de lago), adems de ob-tener datos completos sobre las construccionesvecinas existentes, se revisar la historia decargas soportadas previamente por el suelo delpredio y reas circundantes. Se buscarn evi-dencias de rellenos superficiales recientes oantiguos. Por otra parte, se investigar siexisten antecedentes de grietas profundas enel predio o de cimentaciones que hayan sidoabandonadas al demoler construcciones anterio-res.

3 EXPLORACIONES

Las investigaciones mnimas del subsuelo a rea-lizar sern las que se indican en la tabla 1.No obstante, la observancia del nmero y tipode investigaciones indicadas en esta tabla noliberar el responsable de la obra de la obli-gacin de realizar todos los estudios adicio-nales necesarios para definir adecuadamentelas condiciones del subsuelo. Las investiga-ciones requeridas en el caso de problemas es-peciales sern generalmente muy superiores alas indicadas.

Para su aplicacin, se tomar en cuenta lo si-guiente:

a) Se entender por peso unitario medio de unaestructura la suma de la carga muerta y dela carga viva con intensidad media al nivelde apoyo de la subestructura, dividida en-tre el rea de la proyeccin en planta dedicha subestructura. En edificios forma-dos por cuerpos con estructuras desligadas,cada cuerpo deber considerarse separada -mente.

b) El nmero mnimo de exploraciones a reali-zar (pozos a cielo abierto o sondeos segnlo especifica la tabla 1) ser de uno porcada 60 m o fraccin del permetro o envol-vente de mnima extensin de la superficiecubierta por la construccin en las zonas Iy II, y de una por cada 100 m o fraccin dedicho permetro en la zona III.La profun-didad de las exploraciones depender deltipo de cimentacin y de las condicionesdel subsuelo pero no ser inferior a dosmetros bajo el nivel de desplante, salvo sise encuentra roca sana libre de accidentesgeolgicos o irregularidades a profundidadmenor. Los sondeos que se realicen con elpropsito de explorar el espesor de los ma-teriales compresibles en las zonas II y IIIdebern, adems, penetrar el estrato incom-presible y, en su caso, las capas compre-sibles subyacentes si se, pretende apoyarpilotes o pilas en este estrato.

c) Los procedimientos para localizar galerasde minas y otras oquedades debern ser di-rectos, es decir, basados en observacionesy mediciones en las cavidades o en sondeos.Los mtodos indirectos solamente se emplea-rn como apoyo de las investigaciones di-rectas.

d) Los sondeos a realizar podrn ser de lostipos indicados a continuacin (ver Cap-tulo 3) :

- Sondeos con recuperacin continua de mues-tras alteradas con la herramienta de pe-netracin estndar. Se usarn para eva -,luar la consistencia o compacidad de losmateriales bupe/L1 ciatea de la zona I y delos eb#JCatob ne4..atenteb de las zonas II yIII. Tambin se emplearn en las arci-llas blandas de las zonas II y III conobjeto de obtienekun peAgt cont uw de.t con -tendo de agua . No ser aceptable reali-zar pruebas mecnicas de especmenes ob-tenidos en dichos, sondeos.

Sondeos mixtos con recuperacin alterna-da de muestras inalteradas y alteradas enlas zonas II y III. SoLo las pmeJtabse-rn aceptables para determinar propieda-des mecnicas. Las profundidades de mues-treo inalterado se determinarn a partirde contenido de agua determinado previa-mente mediante sondeos con recuperacinde muestras alteradas.

-.Sondeos de verificacin estratigrfica,sin recuperacin de muestras, recurrien-do a la penetracin de un cono mecn -coo elctrico u otro dispositivo similarcon objeto de extender los resultados delestudio a un rea mayor. No ser acepta-ble basar el diseo exclusivamente en es-te tipo de exploracin.

- Sondeos con equipo rotatorio y muestrea-dores de barril, que se usarn en los ma-teriales firmes y rocas de la zona I afin de recuperar ncleos para clasifica-cin.-

- Sondeos de percusin o con equipo tric-nico, que sern aceptables para identifi-car tipos de mateial o descubrir oqueda-des.

Adicionalmente pueden realizarse exploracionesa cielo abierto o con perforadoras neumticas,dependiendo del tipo de suelo existente en elsitio y el objetivo de la exploracin. -

Los Captulos 2 y 3 contienen comentarios ydirectrices especficas para realizar los tra-bajos de exploracin de manera confiable para

- garantizar la buena calidad de las muestrasque se obtengan.

TABLA 1. REWISITOS MINIMOS PARA

Zona

(de lomas)

(de transici6n)

Notas:

w < S -/m 2P 60 inD < 2.5 in

1) Deteccin por procedimientosdirectos, eventualmente apo-yados en mtodos indirectos,de rellenos sueltos, gale-ras de minas, grietas yoquedades

2) Pozos a cielo abierto paradetermiar la cstratigrafa ypropiedades de los materia-les y definir la profundidadde desplante

3) En CRSO de corcideraree en

incremeni.o nsto de presinmayor de S t/m2, el valorrecemendeem cabers juutL'f.-ca= e art..,.7tt t. ylrualb;JB labo:.-a!_n_cio o C7 nao tcaliradas

1) Inspeccin superficial deta-llada deepus da limpieza ydespere r',e1 predio para dei-:cin Un sucl.tosy grietas

2) Pozos a cielo abierto o son-deos para determinei- la es-tratigrafla y propiedades in-dices de los m,:-'ms &Elsubsuelo y dcrinir la pro-fundidad de desplante

3) En caso de conseerar en eldisefto del cimiento un in-cremento neto de presin ma-yor da 5 t/m2 bajo zapatas,o de 2 t/m2 bajo cimentacina base de losa continua., elvalor recomendado ,nbFr:a jut-tificarse a cat:: de los re--sultados de las pruebas delaboratorio o de campo rea-lizadas.

w peso unitario medio de la estruntuza

P permetro de la construccin

D profundidad de desplante

LA INVESTIGA:ION DEL SUBSUELO

w > 5 ilm2> 5t; m

D > 2.5 m

1) Deteccin, por procedimientos directos,eventualmente apoyados en mtodos indi-rectos, de rellenos sueltos; galeras deminas, grietas y otras oquedades

2) Sondeos o pozos profundos a cielo abier-to para determinar la estretigrafia ypropiedades de los matarf,.alte y definirla profundidad de desplante. La profun-didad de la exploracin con respecto alnivel de desplante ser al menos igualal ancho en planta de la subestructuraparo deber abarcar todos los estratos2UEiace o cc.. reblan que pecian afec-tar 21 com-oortamisato de la cimentacindel edificio.

1) Inspeccin superficial detallada deepusdo limpieza y despalme del predi Paradeteccin em =llenos sr,,Itos y gr:;.dtas

2) 6ondeuc eon recuperaeicIl de dalcsl,as ia-alteradas para determinar la estratigra-fIa y pronicdad '_TLCE: y -,7Lccir,'car, delos materiales del subsuelo 1, definir laprofundidad de desplante. Los sondeosd232: :7c .111:: an per'il te-

comtic. can in. cl,LcL-cias de los materiales encontrados y sucontenido de agua- Adems, se obtendrnmuestras inalteradas de los estratos quepuedan afectar el comportamiento de lacimentacin. Los sondeos debern reali-zarse en n5mero suficiente para verifi-car si el subsuelo del predio es homog-neo o definir sus variaciones dentro deldrea estudiada.

3) En case de ci=tacioacc profundas, in-vestigacin de la tendencia de los movi-mientos del subsuelo debidos a consoli-dacin regional y date-minacin de lascondiciones de presin del agua en elsubsuelo: incluyendo deteccin de mantosacuferos coldos arriba del nivel mii-ximo dc excaacin.

III(de lago)

Notas:l

Pb

9

TABLA 1. REQUISITOS MININOS PARA LA INVESTIGACION DEL SUBSUELO

(Continuacin)

w 5 5 t/m2 w > 5 t/m2

P 60 m P > 60 m

D 2.5 m D > 2.5 m

1) Inspeccin superficial deta-llada para deteccin de re-llenos sueltos y grietas

2) Pozos a cielo abierto com-plementados con exploracinms profunda para determinarla estratigrafia y propieda-des de los materiales y de-finir la profundidad de des-plante

3) En caso de considerarse enel diseo del cimiento un in-cremento neto de presin ma-yor de 4 t /m2 bajo zapatas,o de 1.5 t /m2 bajo cimenta-ciones a base de losa conti-nua, el valor recomendadodeber justificarse a partirde los resultados de laspruebas de laboratario o cam-po realizadas.

peso unitario medio de la estructurapermetro de la construccinprofundidad de desplante

1) Inspeccin superficial detallada paradeteccin de rellenos sueltos y grietas

2) Sondeos para determinar la estratigrafiay propiedades indice y mecnicas de losmateriales y definir la profundidad dedesplante. Los sondeos debern permitirobtener un perfil estratigrfico conti-nuo con la clasificacin de los materia-les encontrados y su contenido de agua.Adems, se obtendrn muestras inaltera-das de todos los estratos que puedanafectar el comportamiento de la cimenta-cin. Los sondeos debern realizarse ennmero suficiente para verificar la ho-mogeneidad del subsuelo en el predio odefinir sus variaciones dentro del reaestudiada

3) En caso de cimentaciones profundas, 'in-vestigacin de la tendencia de los' movi-mientos del subsuelo debidos a consoli -dacin regional y determinacin de lascondiciones de presin del agua en elsubsuelo.

CAPITULO 2

11

ANTECEDENTES GEOLOGICOS

O

1. CARACTERISTICAS GEOLOGICASY G EOTECN I CAS

La informacin estratigrfica del subsuelode la Ciudad de Mxico que aqu se presentaest fundamentada en todas las publicacionesdisponibles sobre ese tema y en la derivadade los estudios geotcnicos que se han reali-zado para las distintas lineas del Metro.

En la zonificacin del subsuelo se observacmo se ha podido precisar la compleja ostra -tigrafia de la zona poniente de la Ciudadgracias a los sondeos y experiencia de cons-truccin de la Linea 7. En cuanto a laszonas del lago y transicin, la exploracindel subsuelo con el cono elctrico y muestreoinalterado selectivo ha permitido la defini-cin de perfiles estratigrficos ms preci-sos, demostrando con ello que esta metodolo-ga de exploracin es una tcnica muy efi-ciente y econmica para los estudios del sub-suelo de esas zonas.

En relacin con las propiedades mecnicas delos suelos, particularmente en las zonas dellago y transicin, ocurre una constante evo-lucin, observndose una disminucin de lacompresibilidad y un aumento de la resisten-cia al corte, fenmenos que ocurren en pocosaos y an en meses a consecuencia de: a) elbombeo profundo para el abastecimiento deagua potable, b) el efecto de sobrecarga deantiguos rellenos superficiales, c) el pesode las estructuras, y d) el abatimiento delnivel fretico por bombeo superficial parala construccin de cimentaciones y manteni-miento de stanos. Todo sto hace que lainformacin previa sobre las propiedades

mecnicas de los suelos nicamente deba to-marse como una gula, y que siempre ser nece-sario actualizar el conocimiento del subsuelomediante estudios geotcnicos confiables.

El conocimiento del subsuelo de la Ciudad deMxico evolucionar slo si se mejoran lastcnicas de campo, de laboratorio y de ins-trumentacin; por tanto, los aspectos que porsu importancia deben desarrollarse a cortoplazo sor: a) definir la estratigrafia y pro-piedades mecnicas de la costra superficial,b) mejorar la tcnica del cono elctrico,c) reducir el remoldeo y fisuracin de lasmuestras inalteradas de suelos blandos, d)muestrear en seco los suelos de bajo conteni-do de agua, y e) disminuir el costo de lainstrumentacion del campo.

1.1 GENERALIDADES

Para comprender la naturaleza geolgica delos depsitos sobre los que se edifica laCiudad de Mxico, es necesario considerar lossiguientes tres marcos de referencia: el geo-lgico general, el paleoclimtico y el vulca-nolgico.

1.1.1 Marco geolgico general

La cuenca de Mxico asemeja una enorme presaazolvada: la cortina, situada en el sur estrepresentada por los basaltos de la sierradel Chichinautzin, mientras que los rellenosdel vaso estn constituidos en su parte supe-rior por arcillas lacustres y en su parteinferior por clsticos derivados de la accinde ros, arroyos, glaciares y volcanes(fig 1). El conjunto de rellenos contiene

rroril!`l.'rxlitrrt^i.u.YXr//i.rJirr2.iliwl,rtr.r.rri,s sr.

Arcillas lacustres Depsitos clsticos Sierra del Chichinautzin

FIG 1. ESQUEMA GEOLOGICO GENERAL DEL VALLE DE MEXICO

CAPITULO 2

ANTECEDENTES GEOLOGICOS

1. CARACTERISTICAS GEOLOGICASY GEOTECNICAS

La informacin estratigrfica del subsuelode la Ciudad de Mxico que aqu se presentaest fundamentada en todas las publicacionesdisponibles sobre ese tema y en la derivadade los estudios geotcnicos que se han reali-zado para las distintas lineas del Metro.

En la zonificacin del subsuelo se observacmo se ha podido precisar la compleja estra-tigrafia de la zona poniente de la. Ciudadgracias a los sondeos y experiencia de cons-truccin de la Lnea 7. En cuanto a laszonas del lago y transicin, la . exploracindel subsuelo con el cono elctrico y muestreoinalterado selectivo ha permitido la defini-cin de perfiles estratigrficos ms preci-sos, demostrando con ello que esta metodolo-ga de exploracin es una tcnica muy efi-ciente y econmica para los estudios del sub-suelo de esas zonas.

En relacin con las propiedades mecnicas delos suelos, particularmente en las zonas dellago,y transicin, ocurre una constante evo-lucin, observndose una disminucin de lacompresibilidad y un aumento de la resisten-cia al corte, fenmenos que ocurren en pocosaos y an en meses a consecuencia de: a) elbombeo profundo para el abastecimiento deagua potable, b) el efecto de sobrecarga deantiguos rellenos superficiales, c) el pesode las estructuras, y d) el abatimiento delnivel fretico por bombeo superficial parala construccin de cimentaciones y manteni-miento de stanos. Todo sto hace que lainformacin previa sobre las propiedades

O

mecnicas de los suelos nicamente deba to-marse como una gula, y que siempre ser nece-sario actualizar el conocimiento del subsuelomediante estudios geotcnicos confiables.

El conocimiento del subsuelo de la Ciudad deMxico evolucionar slo si se mejoran lastcnicas de campo, de laboratorio y de ins-trumentacin; por tanto, los aspectos que porsu importancia deben desarrollarse a cortoplazo son: a) definir la estratigrafa y pro-piedades mecnicas de la costra superficial,b) mejorar la tcnica del cono elctrico, .c) reducir el.remoldeo y fisuracin de lasmuestras inalteradas de suelos blandos,:.d)muestrear en seco los suelos de bajo conteni-do de agua, y e) disminuir el costo de lainstrumentacion del campo.

1.1 GENERALIDADES.

Para comprender la naturaleza geolgica delos depsitos sobre los que se edifica laCiudad de Mxico, es necesario considerar lossiguientes tres marcos de referencia: el geo-lgico general, el paleoclimtico y el' vulca-nolgico..

1.1.1.Marco geolgico general

La cuenca de Mxico asemeja una enorme presaazolvada: la cortina, situada en el sur estrepresentada por los basaltos de la sierradel Chichinautzin, mientras que los rellenosdel vaso estn constituidos en su parte supe-rior por arcillas lacustres y en su parteinferior por clsticos derivados de la accinde ros, arroyos, glaciares y volcanes(fig 1). El conjunto de rellenos contiene

//.L%/I % - s/iP/s ' JR1,41.

0 Arcillas lacustres, 20 Depsitos . elsticos Q Sierra del Chichinautzin

FIG 1. ESQUEMA GEOLOGICO GENERAL DEL VALLE DE MEXICO

'13

derado, tendiendo a caliente, o sea elactual.

De lo anterior se deriva que la cuenca deMxico, desde su cierre en el sur por losbasaltos de la sierra del Chichinautzin, hapasado por dos perodos de glaciacin, elIi1inoJ. i y el Oihcon4.in y dos interglaciales,el yaamouth y el Sangamon, tal como se des-cribe en la fig 4.

Investigaciones recientes (ref 1) han permi-tido comprobar en el espacio de Las Lomas,depsitos formados por glaciares pertene-cientes al 12:tinoLA. Debajo de las avenasazute4 de Santa Fe, especialmente en la minaTotolapa, se descubrieron restos de dep-sitos morrnicos, adems de superficies pu-lidas en roca atribuibles a la accin gla-cial, en pequeos domos formados en el Pleis-toceno Medio. Estos indicios de glaciacinson anteriores a 170 000 aos (It inoi4InAa.ioa). An ms, arriba de las mismasarenas azu.2e4 hay otras morrenas ms jvenesque se asignan al avance del IU2no.i4 Supe-

Las profundas barrancas de la Magdalena, deSanta Rosa y de la Caada, caracterizadas porsu seccin clsica en U, se han podido iden-tificar como productos de erosin glacial.Representan estas tres barrancas avances delI2Lrto i4 7a4dL6 , pues sus depsitos morrnicosy los pulimentos y estras en sus paredesaparecen cubiertos localmente por suelos ro-jizos arcillosos, atribuidos al 7e4cen:.Inte4-glac.ial o sea el Sangamon.

Hay que sealar que todas las manifestacionesglaciales descritas sobreyacen a secuenciasde suelos rojos del tipo Interglacial o seael yaamoath. Este horizonte indicador paleo -climtico define los fenmenos de origen gla-cial como pertenecientes a la Tercera Glacia-cin.

Uno de los, productos tpicos acompaado dela 'existencia de glaciares son los sueloselicos. Las llamadas brisas del valle ymontaa que se desarrollan hoy en da en lacuenca, deben haberse acentuado extraordina-riamente durante los climas glaciales, trans-formndose en vendavales. Es casi seguro queestos fuertes vientos acarreaban importantesvolmenes de partculas finas de polvo volc-pico alterado al Valle. Al precipitarse estepolvo llamado loess en el Lago, se hidratabafcilmente creando las conocidas arcillaslacustres del valle; con este mecanismo seinterpreta hoy que las arcillas son productoprincipal de la alteracin fsico- qumica deloess glacial.

1.1.3 Marco vulcanolgico

Todo material contenido en los depsitos dela cuenca del Valle de Mxico es directa oindirectamente de'origen volcnico.

De origen volcnico directo son, por ejemplo,las lavas de los domos pliocnicos del cerrode Chapultepec y del cerr del Tepeyac. Lo

son tambin las lavas, brechas, tezontles ycenizas del Pen del Marqus, as como lasde la sierra de Santa Catarina, con su hilerade conos escoreceos juveniles rodeados delavas y las coladas recientes del Pedregalde San Angel originadas en el Xitle. Losproductos de estos derrames volcnicos meno-res no compiten en variedad y volumen con losde un volcn grande, como lo es el cerro SanMiguel, que se eleva al SW de la Ciudad deMxico. Este complejo volcn con calderasmltiples, estuvo activo desde finales delPlioceno hasta har algo ms de 100 000 aos,habiendo producido en un lapso de dos a tresmillones de aos erupciones pumiticas de granvolumen y energa, varios kilmetros cbicos'de lavas, ademas de extensos lahares calien-tes y fros, avalanchas ardientes y otrosnumerosos .tipos de piroclsticos, que hancontribuido a los extensos abanicos volcni-cos que se conocen como Zona de Lomas.

Entre sus erupciones ms espectaculares, ocu-rridas en el. Pleistoceno Superior, destacanlas conocidas arenas azules que errumpieron.al formarse la caldera del cerro San Miguel,har 170 000 aos, es decir, a mediados de laTercera Glaciacin. Al precipitarse los flu-jos piroclsticos sobre las superficies gla-ciales en las'cumbres del volcn., el vaporproducido gener lahares. calientes' que des -cendieron con velocidades extraordinarias,avanzando hasta distancias de 20 km del cr-ter, para terminar en las barrancas de Taran -go, Tacubaya y San Angel.

As como se produjeron flujos piroclsticos ylahares calientes hubo tambin ocasiones enlas que en el curso de la actividad volcnicaresultaron lahares fros (corrientes d lodo)arrastrando extraordinarios bloques de rocaen una matriz areno -lodosa. Efectivamente,superpuesto a los depsitos de morrenas enTacubaya .y Tarango,. se reconoce un potentelahar ciclpeo que debe haber descendido dela regin de Cuajimalpa a finales del avanceglaciar del Illinoih In441.o4 , antes de laerupcin de las arenas azules.

En el rengln de depsitos volcnicos indi-rectos se deben mencionar las acumulacionesde polvo elico. Las regiones volcnicas depor s abundan en detritos finos derivadosde cenizas volcnicas. El viento levantaeste polvo y lo transporta a veces a grandesdistancias; si el viento los deposita enladeras durante periodos de clima fro, setransforma en suelos inmaduros que con eltranscurso del tiempo se convierten en tobasamarillas que tanto. abundan en las Lomas.Sin embargo, sise depositan en un lago, comoen el antiguo vaso de Texcoco, sus, partculasse hidratan transformndose en arcillas. Porotra parte, si se asientan durante un inter-glacial, o Sea cuando impera un clima relati =vamente caliente, se producen suelos concoloides debido a la actividad fitolgica msintensa; estos suelos con l tiempo se trans-forman en tobas rojizas arcillosas. . Los -suelos rojos, ricos en coloides, son caracte-rsticos del Sangamon; abundan por Cuajimal-pa.

14

Relacionados con los periodos glaciales,especialmente a'finales de ellos, estn lesdeshielos, por los cuales crecieron arroyosy ros caudalosos. Los deshielos generaronpotentes depsitos fluviales que se reconocenhoy en numerosos puntos de Las Lomas, ascomo al pie de ellas en la transicin a laplanicie central, formando abanicos luviofluviales ( "Deltas ").

1.1.4 Estratigrafa general

a) Depsitos del lago

Los depsitos de la planicie del Valle deMxico son los que Comnmente se conocencomo depsitos del lago. Hay que sealarque ello solamente es vlido y correctopara ciertos tiempos geolgicos con condi-ciones climticas que propiciaban la exis-tencia de un lago. En la cuenca cerradapoda existir un lago cuando las lluviassuperaban a la evapo- transpiracin, el quedesapareca cuando sta superaba a. laslluvias. Obviamente, el factor que domi-naba dicho equilibrio era la temperaturaambiental: si el clima se enfriaba, . seformaba un lago; si se calentaba, el lagodisminua y hasta desapareca.

Como consecuencia de lo anterior, sepresentaron transgresiones y regresioneslacustres. El resultado prctico deesta alternancia fue la depositacinde arcillas o formacin..de suelos. Ellago subsista durante las pocas decalor (sequa) en las partes centralesde la cuenca, continuando aqu la deposi-taci6n de, arcillas lacustres; en las partesmarginales (transicin) ocurra lo contra-rio, donde entre arcillas lacustres se in-tercalaban frecuentemente suelos de prade-ra.

Teniendo en mente los conceptos geolgi-cos, litolgicos y de temperatura expues-tos, es, relativamente sencillo interpretarla secuencia de los llamados depositoslacustres, a la luz de los cambios clim-ticos del ltimo medio milln de aos.En ese lapso,. que corresponde al Pleisto-ceno Superior, se han desarrollado enel Hemisferio Norte dos glaciaciones(clima fro) con tres perodos intergla-ciales (clima moderado a caliente).El clima de la cuenca de Mxico ha sidouna funcin directa de dichos cambios,razn por la cual se puede reconoceren la secuencia estratigrfica de losdepsitos del lago las grandes variacio-nes climticas. Esta circustancia, com-binada con un anlisis minucioso. de laserupciones volcnicas, de las cualesha sido posible fechar algunas, ha llevadoa una geologa ciimdl ca de los depsitosdel lago (ref 1). Adems se ha 'logradoestablecer una correlacin estratigraficade dichos depsitos con las secuenciasvolcnicas de las Lomas. al poniente dela ciudad.

Zeevaert present en 1953 (ref 2)

primera interpretacin de la secuenciaestratigrfica de los depsitos lacustres.Mooser (ref 1) ha adicionado informacinreciente, fundamentalmente sobre la inter-pretacin de edades geolgicas y lascorrelaciones estratigrficas establecidasentre las Lomas y la planicie; en estainterpretacin estratigrfica de la plani-cie ya no se habla de formaciones Tacuba-ya, Becerra y Tarango, ya que estasunidades litolgicas, con excepcin dela Tarango, no se prolongan de las LomasAl relleno lacustre aluvial.

En la fig 5 se presenta en forma sintticala interpretacin de la estratigrafapropuesta por Mooser. Ntese que laserupciones de arenas azules, ocurridashace 170 000 aos, representan lo queantes se defina como Formacin Tarango(ref 2).

b) Depe.tto de aan letn. Los depsitos la-custres del centro de la cuenca van cam-biando a medida que se acercan al piede Las Lomas; lo que ocurre es que entrelas arcillas lacustres van intercalndosecapas de suelos limosos, cuerpos de arenasfluviales y, en ciertos casos, en ladesembocadura de arroyos y ros, impor-tantes depsitos 'de gravas y boleos.Obviamente, las aportaciones fluvialesde Las' Lomas al gran vaso de sedimenta-cin, que es la planicie, se depositanespecialmente en el quiebre morfolgicoLomas -Planicie (fig 6).

El lago central nunca fue profundo, deah que los arroyos que bajaban por lasbarrancas y desembocaban en la planicieno lograron formar deltas extensos quese introdujeran mucho a dicho lago.Los elsticos fluviales y aluviales seacumulaban consecuentemente en el- quiebre

.

morfolgico y se interestratificabanlocalmente con la serie arcillosa lacus-tre 'inferior; las aportaciones de los:glaciares que bajaron en el ILL-.inoih lnle-z.ioa hasta Ro Hondo, Virreyes, Tacubaya,Barranca del Muerto y San Angel, deposi-tando morrenas con fuertes volmenesde -elsticos y 'boleos, lograron : formracumulaciones aluviales extensas queparten del pie de Las Lomas y se adentranen la planicie aluvial.

:En la fig 6 se reproduce este hecho enel corte geolgico, que muestra la estra-tigrafla de la zona de transicin..

c) Depe.itoa de Laos Lomas. .En la secuenciaestratigrfica de Las Lomas se identi-fican cuatro fenmenos geolgicos:

- La erosin subsecuente de estos dep-sitos, formndose profundas barrancas.

- El depsito en las barrancas de morre-nas, y

- El relleno parcial de' esas barrancascon los. productos elsticos" de nuevas

15

Suelos Mmicosdel Holoceno_CalichePdmez tripartitoPmez con andesitaCeniza basditicaArcilla

Suelo

Arcilla

Suelo

Arcilla

Capa dura

Arcilla

Erupclort de pmez

Arcilla

Arenas

Y

gravas:

deslaves de glaciaresde IllinoisSuperior

Ardua

Erupcin

ArcillaErupcin dearenas azules

y

deslaves delIllinois Inferior(arenas y gravas)

Reciente

_ .... _ ,p,a`@sente

HOLO CENOOMS Mi _

- 10 000 atice- I 1 00 Odios

Serle lacustre arcillosaSuperior:arcillas pococonsolidadas

-15 000 aos

Ser Interglacial : SA N G A M O N-- - - -- -- -- -i00 000

1.Serie lacustrearcillosa inferior :arcillas consolidadas

Depsitos profundos :arcillas muy consolidadas;varias secuencias pirocis-tIcas y fluvio -glaciales

FIG 5. ESTRATIGRAFIA DE LA PLANICIE LACUSTRE,CIUDAD DE MEXICO

erupciones (flujos piroclsticos rosas yazles).

Las anteriores unidades quedan separadasunas de otras por suelos rojos, amarilloso cafs, segn el clima que rigi despusde su emplazamiento. En la fig 7 semuestra esa estratigrafia, que se extiendesobre un lapso que cubre el ltimomedio milln de aos.

1.2 DEPOSITOS DEL LAGO

1.2.1 Proceso de formacin de los suelos

Los suelos arcillosos blandos son la consecuen-cia del proceso de depsito y de alteracinfisicoqufmica de los materiales elicos, alu-viales y de las cenizas volcnicas en el ambien-

-170 000 duos

te lacustre, donde existan abundantescolonias de microrganismos y vegetacin acu-tica; el proceso sufri largas interrupcionesdurante los periodos de intensa sequa, enlos que el nivel del lago baj y se formaroncostras endurecidas por deshidratacin o porsecado solar. Otras breves interrupcionesfueron provocadas por violentas etapas deactividad volcnica, que cubrieron toda lacuenca con mantos de arenas baslticas opumticas; eventualmente, en los periodos desequa ocurra tambin una erupcin volc-nica, formndose costras duras cubiertas porarenas volcnicas.

El proceso descrito form una secuencia orde-nada de estratos de arcilla blanda separadospor lentes duros de limos y arcillas areno-

16

Serie arcillosalacustre superior

1 Suelos del Holoceno

}Suelos Intercalados al bajar el lago

34 Capa duro (3er.Interglacial- Sangamon)5 Gravas y arenas del Illinois Superior6 Erupcidn de arenas azules7 Gravas y arenas de finales del .Illinois Inferior.8 Morrenas del Illinois Inferior9 Material morrnlco redepositado10 Flujos pirocldsticos Cuquita

Serie arcillosalacustre inferior.

FIG 6. ESTRATIGRAFIA DE LA ZONA DE TRANSICION

sas, por las costras secas y por arenasbaslticas o pumiticas producto de las emi-siones volcnicas. Los espesores de lascostras duras por deshidratacin solar tie-nen cambios graduales debido a las condicio-nes topogrficas del fondo del lago; alcanzansu mayor espesor hacia las orillas del vasoy pierden importancia y an llegan a desapa-recer al centro del mismo. Esto ltimo seobserv!en el vaso del antiguo lago Texcoco,mostrando que esta regin tuvo escasos ybreves perodos de sequa.

1.2.2 Evolucin de las propiedades. mecnicas

a) Consolidacin natural. El proceso de for-macin de los suelos implic que se conso-lidaran bajo su propio peso, excepto enlas costras duras, que se preconsolidaronfuertemente por deshidratacin o secadosolar y que en su parte inferior formaronuna zona ligeramente preconsolidada. Con-siderando que la masa de suelo predominan-te era muy blanda.y normalmente consoli-dada, la variacin 'de su resistencia alcorte con la profundidad debi ser linealy seguramente muy similar' en cualquierpunto del lago. Es factible que en ellago Texcoco, que prcticamente no sufrietapas de sequa, y donde el contenidosalino de sus aguas era ns alto, las ar-

Depsitosprofundos

cillas fueran algo ms blandas y compre -sibles que en el resto de la cuenca.

b) Consolidacin inducida. El desarrollo ur-bano en la zona lacustre de la cuenca de

. Mxico ha ocasionado un complejo procesode consolidacin, en el que se distinguenlos siguientes factores de influencia:

- La colocacin de rellenos desde la pocaprecortesiana, necesarios para la cons-truccin de viviendas y pirmides, ascomo para el desarrollo de zonas agrco-las.

--La apertura de tajos y tneles para eldrenaje de aguas pluviales y negras, queprovoc el abatimiento del nivel freti-co, lo que a su vez increment el espe-sor de la costra superficial y consolidla parte superior de la masa de arcilla.

La extraccin de agua del subsuelo, queha venido consolidando progresivamentea las arcillas, desde los estratos masprofundos a los superficiales.

La construccin de estructuras que hapropiciado el reciente crecimiento urba-no.

laciactdn Wisconsin

Inter -GlacialSangamon

Osactacio'n Illinois.Superior

Otaciaclo'n RicotsInferior

Gran interglacial

YarmouthX600000 altosantes de hoy

17

Suelos residuales recientes

I. Morrenas La Marquess

Suelos residuales rojos Cuajimalpa

Pmez (varias erupciones)Suelos residuales rojo -amarillos Totolopo

Morrenas Totolapa Superior y estras Caada

Erupciones del horizonte Pingo

Suelos residuales cafd- amarillos

Arenas azules, erupcin hace 170 000 aosSurges flujos plrocldsticos y lahares 2 km5)

Suelos residualesLahores cicldpeos

Morrenas Totoiapa Inferior

Suelos residuales pumiticos amarillee

misin del domo Cuajimalpa

/Flujos iiIrocidaticos Cuajimalpa

de andesita de hornablenda (hace 430000 aos)

Emiaidn del domo de Totolapa

Tobas pumiticas amarlllasysuelonrajas

}Tres grandes erupciones de pdmex,entresuelos rojos

Flujos pirocibsticos de la erupcin Cuquito :dacita de Hbl y Qz con biotita ; 20 km3

FIG 7. ESTRATIGRAFIA DE LAS LOMAS

10

40

a

SONde m di

Q Condicin inicial @ Formacin de locostra seca.

18

4c

RANFA

Pce .-

NC

cis t deaso di

Formacin delrelleno artificial

Lia3

RA NFA

8 _-

PC8

NC

Q Aplicacin desobrecarga

04

ds= 4

--r4

-4RAT88

a[ -PC8

NO

PCP

C_.1.

0 Efecto del bombeoprofundo

NFo Nivel fredtico Inicial d Espesor de un estrato de arcillaNFA Nivel fredtico abatido RA Relleno artificial

ac Resistencia de punta de cono 0 Sobrecargas superficialesNC Selo normalmente consolidado Al Diferencias de nivel por asentamientos y rellenosLD Lentes duros PCS. Suelo preconsolidado superficialSS Costra seca por exposicin al sol PCP Suelo preconsolidado profundo

FIG 8. EVOLUCION DE LA RESISTENCIA AL CORTE

c) Resistencia l corte. Las etapas del pro-ceso de consolidacin implican la evolucinde la resistencia al corte de.los suelosdescrita esquemticamente en la.fig 8.

1.2.3 Caractersticas estratigrficas

a) Costra superficial (CS). Este estratoest integrado por tres subestratos, queconstituyen una secuencia de-. materialesnaturales cubiertos con un relleno artifi-sial heterogneo, ,a saber:

- Relleno artificial -(RA). Se trata derestos de construccin y relleno arqueo-lgico, cuyo espesor vara entre 1 y7 m.

- Suelo blando (SB). Se.le. puede descri-bir como una serie de, depsitos,aluvia-les blandos con lentes de materialelico intercalados.

Estratigrafia entrela superficie y lacapa dura

Estratos principales.

Estratos secundarios

-'Costra seca (SS). Se form como conse-cuencia de un'abatimiento del nivel dellago, quedando expuestas algunas zonasdel fondo -a los rayos solares (Altitermal) .

b)' Serie arcillosa lacustre superior. Elperfil estratigrfico de los, suelos' dellago, entre la superficie y la llamadaCapa .Dura, es muy -uniforme; se pueden iden-tificar cuatro ehtaatoh p4.Lnc4paleh, acor-des con su origen geolgico y con losefectos de la consolidacin inducida porsobrecargas superficiales y bombeo,profun-do; 'estos estratos tienen intercaladoslentes duros que se pueden considerar comoehtaatoh hecundai oh. 'A.esta parte_se leidentificar como seria arcillosa lacustresuperior y tiene un espesor que variaentre 25 50 m aproximadamente. La es-trtigrafia anterior se resume a continua-cion.

{

Costra superficialArcillas preconsolidadas superficialesArcillas normalmente consolidadasArcillas preconsolidadas profundas

Capas de secado solarLentes de arena volcnicaLentes de vidrio volcnico

E

o

vc

o

0 5

O `

9

,1

1

1

l0 1

18

- 20

- 25

-- 30

19

Resistencia de punta del cono electrico qc (kg /cm2)10 IS 0 5

N

PCS

O Secado solar

NCQ Secado solar

Vidrio volcanico

Q Vidrio volcnico

a) Sitio ligeramente preconsolidadoCS Costra superficialPCS Suelo precolisolidado superficialNC Suelo normalmente consolidado

10 18

LO

LO

b) Sitio preconsolidadoRA Relleno artificialSB Suelo blando

SS Costra seca por secado solosLO Lentes duros

FIG 9. PERFILES TIPO DE LOS SUELOS DE LA ZONA DELLAGO, EN FUNCION DE LA RESISTENCIA AL CORTEDETERMINADA CON CONO

En la fig 9 se ilustran das ejemplos deestos estratos, excepto los preconsolida-dos profundos, en dos sitios con diferentenivel de preconsolidacin. A continuacinse describen brevemente las caractersti-cas de los estratos que integran estaserie arcillosa:

- Arcilla preconsolidada superficial (PCS).En este estrato superficial, las sobre-cargas y rellenos provocaron un procesode consolidacin que transformo a lossuelos nrma:umente consolidados, locali-zados por debajo de la costra superfi-cial CS, en arcillas preconsolidadas.

- Arcilla normalmente consolidada (NC).Se localiza por debajo de la profundidadhasta la que afectan las sobrecargassuperficiales y por arriba de los suelospreconsolidados por el bombeo profundo,abajo mencionados. Es importante acla-rar que estos suelos se han identificadocomo normalmente consolidados para las

o

PCS

NC

sobrecargas actuales, porque afn estasarcillas han sufrido un' proceso de con-solidacin a partir de su condicin ini-cial.

- Arcilla preconsolidada profunda (PCP).El bombeo para abastecer a la ciudad deagua potable ha venerado un fenmeno deconsolidacin, mas significativo en lasarcillas profundas que en las superfi-ciales.

Lentes duros (LD). Los etstrato. Oarcilla estn interrumpidos por lentesduros que pueden ser costras de secadosolar, arena o vidrio (pmez) volcni-cos; estos lentes se utilizan como mar-cadores de la estratigrafia.

c) Capa dura. La capa dura es un depsitoheterogneo en el que predomina materiallimo arenoso con lentes de arcilla y oca-sionales gravas, tiene una cementacin muyvariable; su espesor es variable desde

20

casi imperceptible en la zona central dellago que no lleg a secarse, hasta alcan-zar unos 5 m en lo que fueron orillas dellago. Desde el punto de vista geolgico,este estrato se desarroll6 en el periodointerglacial Sangamon, que se caracterizpor ser un periodo de sequia y calor. La

ReSi siencia de punta, qc (kg/crn2)

25 50 75 100

1

:

-

_

--TT---1superfReilemm

ices

...-....-....=,

1

Arcillan

preconsol

superf

l

i d

i ciaodas II

i

L

les

1

- Li)Arcillas

mrnairnesiteuonsolfdadas

:

.

formacinPrimera

arcillosa

/

. _! (

1

Arcillasprecon so Ildadas

profundas

1

MIC.,

- -i. dura /

,r"., LC i=1

4._ LO I I

--------_

-.... LOformationSenda

arel llosa

LO

"------1-

tos profundos

----1

Depdsi

LO Lente

_Jdura

IC

1

2

E

2-ooo

6 30

35

40

45

50

55

FIG 10. SONDEO DE CONO EN EL CENTRO DE LA CIUDAD DE MEXICO

fig 10 demuestra que por lo menos ocurrie-ron dos fases de sequia que provocaron elsecado solar de los suelos y su consecuen-te endurecimiento, generandose suelos li-mosos y limo-arenosos, que pueden estar e-rraticamente cementados con carbonatos decalcio.

En algunas zonas, esta capa tiene lentesintercalados de arcillas, que correspondena un tiempo hmedo re ambas fases.

De lo anterior se desprende que su resis-tencia es variable, asi como su espesor,los cuales gradualmente aumentan del orien-te al poniente, como se puede observar enla fig 11, en la que se muestran tres son-deos del tramo que corresponde a la capadura, ordenados segn el sentido indicado.

d) Serie arcillosa lacustre inferior. Es unasecuencia de estratos de arcilla separadospor lentes duros, en un arreglo semejanteal de la serie arcillosa superior; el es-pesor de este estrato es de unos 15 m alcentro del lago y prcticamente desapareceen las orillas. La informacin disponi-ble de este estrato es muy reducida, comopara intentar una descripcitin ms comple-ta.

Oriente

35

25 50 75

Poniente

UgiCACEON DE LOS SONDEOS

O Ciudad Deportiva (La Magdalena )

O San Antonio Abad y L. Atamn

O Ayuntamiento y Dolores

100

FIG 11. SONDEOS QUE ILUSTRAN LAS VARIACIONES DE LA CAPA GURA

21

e) Depsitos profundos. Es una serie de are-nas y gravas aluviales limosas, cementadascon arcillas duras y carbonatos de calcio;la parte superior de estos depsitos, deuno a 5 m, esta ms endurecida, abajo dela cual se encuentran estratos menos ce-mentados y hasta arcillas preconsolidadas.

1.3 DEPOSITOS DE TRANSICION

1.3.1 Caractersticas generales

Los depsitos de transicin forman una franjagua divide los suelos lacustres de las sie-rras que rodean al valle y de los aparatos vol-cnicos que sobresalen en la zona del lago.Estos materiales, de origen aluvial, se clasi-fican de acuerdo al volumen de elsticos quefueron arrastrados por las corrientes haciael lago y la frecuencia de los depsitos; asse generaron doh tipos de transiciones:.rnteitestitat6ica.da y abnupxa; ambas condicio-nes se describen a continuacin.

1.3.2 Condicin interestratificada del po-niente

Esta condicin se presenta en los suelos quese originaron al pie de barrancas, donde seacumularon los acarreos fluviales que descen-dieron de las lomas a la planicie; estosdepsitos tienen semejanza con deltas, sola-mente que se extendieron hasta la arcilla delantiguo lago Texcoco, formndose intercala-ciones de arcillas lacustres con arenas ygravas de ro (figs 2 y 3). En el proce-so de formacin de los suelos, el ancho dela franja de estos depsitos transicionalesinterestratificados vari segn el clima pre-valeciente en cada poca geolgica; as,cuando los glaciares en las barrancas de LasLomas se derritieron, a finales de la TerceraGlaciacin, los depsitos fluviales corres-pondientes (formados al pie de los abanicosvolcnicos) resultaron mucho ms potentes yextensos que los originados a finales de laCuarta Glaciacin, con mucho menor espesorde las cubiertas de hielo en la sierra.

Consecuentemente, y generalizando, puedehablarse de una zona de .taanh.ic.in .intenah-faa.t.ia.icada camAian.te y ancha al pie de LasLomas; esta rea contiene en sus partes msprofundas, debajo de la llamada Capa Dura,depsitos caticos glaciales, lahricos yfluvioglaciales caracterizados por enormesbloques depositados en la boca de las barran -cas de San Angel, del Muerto, Mixcoac, Tacu-baya, Tarango y Rio Hondo (fig 12). Porotra parte, los depsitos aluviales pueden

22

Depsitos

locustres-A

,o escaricices

Depdsltos locust

1MArcilla lacustre

Basaltos y lapillis

1

Pedn delMarqus rff

FIG 14, TRANSICION ABRUPTA DF ISLOTE A OEPOSITOS LA-CUSTRES; FALLAS Y FOSAS POR GRAVEDAD

En estas zonas de transicin abrupta, donde laconsolidacin de los suelos estd muy avanzada,se desarrollan fisuras superficiales que pro-fundizan hasta mds de 20 m; el mecanismo defisuracin se esquematiza en la fig 16, enella se seala el Area de fisuracin A y otraB a 60 m, en la cual todava no se han desa-rrollado las fisuras. La comparacin de lossondeos de cono de esas dos Areas (fig 17),hace evidente que entre 9 y 12.5 is de profun-didad, el cono A coincidi con una de esas fi-suras y por ello la resistencia aparece tanbaja. En el sitio B, entre las mismas pro-fundidades, se obtuvo una resistencia mayorque en el A, paro menor que la envolvente es-perada, debido a que el suele se encuentra enestado de tensi6n (y eventualmentm fisurado),nor lc qua acusa mediciones de resistencia tanbajas.

1.4 DEPOSITOS DE L2AS LOMAS

14_1 (larateristicas generales

La zona de Las Lomas est formada por lasserranas que limitan a la cuenca al ponientey al norte, adem's de los derrames del Xitleal SSw: en las sierras predominan tobas com-pactas de cementaci5n variable, depsitos deorigee glacia) y aluviones, Por su parte,en el Pedregal del Xitle, los basaltos sobre-yacen a las tobas y depsitos fluvioglacialesy glaciales ms antiguos.

1.4.2 Zona poniente

a) Sierra de las Cruces

Se form a partir del Plioceno Superior,extendi6ndose su actividad hasta el Pleis-toceno Superior (Sangamon).

Varios escudo-volcanes andesitico-daclti-cos de estructura compleja, componen estasierra. Cada aparato est. constituido parcumbres 15vicas y extensos abanicos volca-nicos. Se caracterizan estos ltimos porla acumulacin de materiales piroclasticosproducidos principalmente en perodos deactividad explosiva; subsecuentemente es-tos fueron retransportados por agua, airey hielo.

En la formacin de Las Lomas se observanlos siguientes elementos litolgicos:

o

5

10

15

E

N

0-0 20

25

30

35

40

Resistencia de punta qc kg/cm2

10 15 20,

...>--.

......,,=___

VI

Al....

r.4-9-42-4-74-5-7_------

T

---r_-

..

.0,

-L---

c.

T:Tmvertirm

---------

7-40-23

27

2031

2621

71

5842

354225

3764526574

31

150

FIG 15, SONDEO DE CONO ELECTRICO CERCANO AL PENON DELOS BAOS

Capah de e4upcioneh pumIticah pLinianahcorrespondientes a la actividad volcni-ca de mayor violencia; se depositaroncomo lluvia en estratos de gran unifor-midad hasta lugares muy distantes delcrater.

Fiujoh pinocidh.t.icoh (nudes) de grandesvolmenes de grava, bloques y arena fina(Arenas Azles, Arenas Rosas, Cuquita).

Laha4eh ealienteh correspondientes a co-rrientes impulsadas y lubricadas por ga-ses y agua condensada. Estn asociadasa erupciones de flujos piroclIsticos.

Laha4,24 /I-104 son acumulaciones caticasde material piroclstico arrastrado encorrientes lubricadas por agua de 11u-

y %s/ \/

' 1 I\/. .1/ \*"

23

Q- 60m

Superficie original

\' \. v \t I I I\/ \.

I I t

I I 1

i/ \

AHSuperficie final

\/I -t

v \/1\/ \/ \/

i t

' \j v Roca YOICQnca \ / \/v 1

, \ \ . / \/ \/ ./ \/, I t I\/ ./ \ \/ v \/

I I I I t fAH : Hundimiento regional \, \

I\

(/ i/ / \./ \/ ./ ..I I I I5/ \

1

/Arcillablanda

10

15

20

25

30

35

\/ \.! 1

5./1 1

\/ ./ 5/I t I

\I/' t\/ / ./ \/1 1 I I\/ \/

1 \/ 5/ \/./ \/ \/ I I II I I i/ \/

I5/ 5/ 5/ \/ 5,/I 5/I I t I I t

FIG 16. MECANISMO DE FISURACION

Q 5 10 15 20

Resistencia de punta qc (kg /cm2)

5/

0 5 10 15 20

FIG 17. DETECCION DE FISURAS

Resistencia de punta qc t kg /cm2)

24

. . ' .

%% '. : . . :

0 5km

' Sierra Sta. CatarinaJ 1=:-.';',1 Basalto pedregal

rymar .-y i

Gr011 Mote AegreI-r \ AFalla Sta. Catarata

Santiago

. Cerro Xochitepes j,\-i \ BcsaltaChtchinautzin, f\ I Planiciej - \ \ I Tarango G DOmO/ \ / /\I \

Terciario medio/- / I > Valles glaciales

7

\p\ \ /\Ig-9\

Tianguistencu Cerro Ajusco

Nota: El corte A -A' se presentaen le figura 19

nlle del - M ManantialTezontle

FIG 18. GEOLOGIA DEL PEDREGAL XITLE

vias torrenciales inmediatas a la erup-cin.

[7ep4.ifoe ittuvioglac.ia ed producto delarrastre del agua que se derrite y saledel glacial.

Depaio4 ,2uuia/eh ee.faatiPcadoe co-rrelacionables con la Formacin ClsticaAluvial del relleno de la Cuenca de Me-xico.

- Sueio,3 producto de la alteracin de lasdistintas unidades litolgicas, de ceni-zas y acumulaciones de polvo elico. Sonde color rojo cuando estn asociados aclimas hmedos calientes; de color ama-rillo y subdesarrollados cuando son pro-ducto de climas ridos y fros.

b) Pedregal del Xitle

Del cerro del Xitle descendi, hace unos2000 aos, una extensa colada de lavasbaslticas; sus numerosos flujos cubrieronlas lomas al pie del volcn Ajusco y avan-zaron en sus frentes hasta la planicielacustre entre Tlalpan y San Angel. Laslavas descendieron sepultando dos vallesantiguos: uno en el Sur, que se dirijiaanteriormente a las Fuentes Brotantes deTlalpan; otro en el Norte, el mayor, quese extenda entre el cerro Zacaltepetl ylas lomas de Tarango. Este ltimo vallecontaba con dos cabeceras: una en los flan-cos orientales del cerro de la Palma y laotra en la barranca de La Magdalena Con-treras (fig 18). A la zona cubierta porlava se le identificaba como los pedrega-les de San Angel, San Francisco, SantaUrsula, Carrasco y Padierna.

Por otra parte, debe haber existido otroimportante valle an mas al Sur, entre lasfuentes brotantes de Tlalpan y la sierra deXochitepec; este tuvo su cabecera en el Va-lle del Tezontle. Este afluente debe habersido sepultado durante la erupcin delAjusco, en el Cuaternario Superior.

Muy anteriormente a la erupcin del Xitle,en el X.tinoL4 (hace 200 000 aos) avanza-ron grandes cuerpos de hielo; estos gla-ciares fluyeron de la barranca de La Mag-dalena Contreras hasta las partes bajas delantiguo valle, acercndose a lo que hoy esSan Angel.

Indicios de morrenas con multitud de blo-ques grandes se han encontrado en SanAngel, as como en las Fuentes Brotantes;por consiguiente, debajo de las lavas delPedregal de San Angel pueden existir impor-tantes acumulaciones de morrenas y secuen-cias fluvioglaciales derivadas de su ero-sin. Por otra parte, tambin puede ase-gurarse que antes de que las lavas delXitle cubrieran el sitio, este valle fueinundado por otras coladas lvicas; en elcorte geolgicos de la fig 19 se ilustraesquematicamente la estratigrafia descri-ta.

1.4.3 Zona norte

Esta regin corresponde a la sierra de Guada-lupe; se integra principalmente por rocasvolcnicas daciticas y andesiticas, en formade un conjunto de elevaciones dmicas que seextienden desde el Tepeyac, en el SE de lasierra, hasta la zona de Barrientos, en elNW. En su parte central, esta sierra estafectada por un graben que se extiende alNNE, formando el valle de Cuautepec; en el

SSE

;,,

. - - '-

Sierra

Xochitepec

25

NNW

Fosa del

Chichinautzin

1. Aluvin

2. Basaltos Pedregal del Xitle

3. Basaltos Chichinautzin

4. Tobas, arenas azules y depsitos fluviales5. Acarreos ceoticas, fluviogiaciales

6. Formacin Tarongo ( flujos piroclasticos Cuqulta )

FIG 19. SECCION CHICHINAUTZIN -LOMAS CORTANDO EL PEDREGAL DE SAN ANGEL

extremo septentrional de dicho graben y gen-ticamente ligado a l, se eleva un volcn,cuyas cumbres erosionadas constituyen lasporciones ms altas de la sierra de Guadalupey se denomina el cerro Tres Padres.

El tectonismo que ha regido el vulcanismo dela sierra de Guadalupe se remonta al PliocenoSuperior; consiste de fracturas y fallas diri-gidas al ESE. Sigue un tectonismo al ENE;forma la fosa de Barrientos. Enseguida salenlos domos grandes.(Tenayo, Chiquihuite, etc.)mientras se va formando la fosa de Cuauhtepec,dirigida al NE. En su borde N crece un voleancon caldera (Pico del Aguila). Un renovadotectonismo al ENE (Chichinautzin) afecta latotalidad de la sierra de Guadalupe en elPleistoceno.

Una caracterstica de la sierra de Guadalupeson los potentes depsitos de tobas amarillasque cubren los pies de sus numerosas eleva-ciones en forma de abanicos aluviales. Estastobas consisten de estratos de vidrio pumiti-co fino a grueso; son los productos de laserupciones violentas que generaron la sierrade las Cruces durante el Plioceno Superior yPleistoceno.

Durante el Pleistoceno Medio y Superior, lasoscilaciones climticas produjeron periodosglaciales e interglaciales, que sometierona la sierra de Guadalupe a ciclos de erosinpluvial y elica, formndose pequeos depsi-tos de aluviones y loess. Finalmente, alazolvarse la cuenca de Mxico a consecuenciade la formacin de la sierra de Chichinaut-zin, la sierra de Guadalupe fue rodeada pordepsitos aluviales y lacustres en el Sur,Este y Norte; de estos depsitos emerge estasierra hoy como peninsula.

1.5 TECTONICA

Tres fases de tectnica contribuyeron a formarla cuenca:

1.5.1 Antigua

Los sedimentos marinos del Cretacico parecenobedecer a plegamientos laramidicos que formanfrentes al oeste. En el Norte, al Este deApaxco, aparece el Cretcio inferior cabal-gando al Oeste; tambin las calizas en el Sur,en el area de Cuernavaca, revelan frentes ple-gados dirigidos al Oeste. De lo anterior seconcluye que tambin debajo de la cuenca losplegamientos estaran dirigidos al Oeste (fig20).

Apaxco

MCuexienco

ca de

Cuernavaca

FIG 20. PLIEGUES LARAMIDICOS DIRIGIDOS AL PONIENTE ENCALIZAS DEL CRETACICO

1.5.2 Intermedia

Entre 1000 y 2500 m de profundidad se encuen-tran secuencias volcnicas del Oligoceno, pro-ductos de una subduccin en una trinchera an-tigua, frente a la costa occiental de Mxico.Estas vulcanitas se depositaron en grabenesdirigidos al NW (fig 21,a).

1.5.3 Moderna

La nueva subduccibn en la Trinchera de Acapul-co, activa desde fines del Mioceno hasta elPresente, ha reactivado e intensificado el an-tiguo fracturamiento oligocnico en el orien-te y poniente de la cuenca, creando as lasSierras Nevada y de Las Cruces (fig 21,b).Tambin a la nueva subduccin se debe la reac-tivaci6nocreacin de fracturas tectnicas(fig 22) dirigidas al NW (Sistema Tlaloc -Apan)y aquellas dirigidas al ENE (Sistema SantaCatarina).

La tectnica del area urbana y su extensin aLas Lomas del poniente queda reproducida en lafig 22. Son reconocibles tres direccionesprincipales de fracturas y fallas: al NW, NE y

ENE. Los elementos mas viejos por lo ge-neral se dirigen al NW; los ms jvenes alENE. Los que corren al NE tuvieron su ac-tividad maxima en el Pleistoceno inferior.Parece que el hinchamiento, tan tpico dela F`TTM, mantiene en actividad los tressistemas en los flujos piroclasticos de lasarenas azules, con edad de 170 000 aos.

Adems se registran fallas dirigidas WE osla Barranca de Santa F, que afectan lossuelos rojos de Cuajimalpa (100 000 aos)y producen desplazamientos de 20 m en elhorizonte Yarmouth. Esto les d5 una velo-cidad de un 0.05 mm por ao. Se les in-terpreta a estas fallas como de naturalezalistrica, es decir, genticamente ligadasa las emisiones de lavas del Chichinautzin;son probablemente variantes del sistemaSanta Catarina (fig 23).

26

Sierra Chichinautzin

FIG 23. FALLAS LISTRICAS

2 ZON I FICACION GEOTECNICA

En este capitulo se presenta la zonificaciondel rea urbana basada en las propiedades de

E compresibilidad y resistencia de los depsi-tos caractersticos de la cuenca: lacustres,aluviales y volcnicos; en la fig 24 sepresenta una zonificacin actualizada quesigue los lineamientos presentados por Marsaly Mazari en 1959 (ref 3). Durante el estudiode una linea especifica del Metro, esta zoni-ficacin debe consultarse para definir enforma preliminar los problemas geotcnicosque se pueden anticipar relacionados con el

FIG 21. FOSAS DEL OLIGOCENO (a) Y DEL PLIO- PLEISTO- diseo y construccion de las estaciones ytramos intermedios. La zonificacin se com-plementa con informacin estratigrfica tpi-ca, la cual permitir desarrollar las si-guientes etapas iniciales del estudio:

- Realizar un anlisis preliminar de las con-diciones de estabilidad y comportamientode la estructura durante la construcciny funcionamiento de la linea, as podrnidentificarse las alternativas de solucinfactibles a estudiar durante el diseo de-finitivo.

CENO (b), DIRIGIDAS AL NW

a) F. Atizapan-Tiaixpanb) F. Tlaioc-Apanc) F. Sta.Catarina-

Chichinautzin

ibi// s

`

i, s'/ /\ \ ; \ii

\ ,s

%(, ` -*!"""...-r c ...^. / \\ ^. ....`\ f .. '`f rs_ r,,,,..yy3rr

rrrr 4/y!'--" Popocatepetlr,.r'."... --- .

FIG 22. LOS TRES PRINCIPALES FRACTURAMIENTOS TIPICOS DELA CUENCA Y LA FAJA VOLCANICA TRANSMEX I CANA ( FVTM)

- Planear la campaa de exploracin, identi-ficando los sitios donde eventualmente pue-dan presentarse condiciones estratigrficascomplejas.

- Establecer las tcnicas de exploracin ymuestreo aplicables en cada tramo de lalnea.

2.1 ZONA DEL LAGO

Esta zona se caracteriza por los grandes es-pesores de arcillas blandas de alta compresi-bilidad (fig 25), que subyacen a una costraendurecida superficial de espesor variableen cada sitio, dependiendo de la localizacine historia de cargas. Por ello, la zona dellago se ha dividido en tres subzonas aten-diendo a la importancia relativa de dos fac-tores independientes: a) el espesor y propie-dades de la costra superficial; y b) la con-solidacin inducida en cada sitio.

SIM BOLOG1AINSTALACIONES DEL METRO

LINEA SUBTERRANEA

LINEA SUPERFICIAL

LINEA ELEVADAESTACION

- -- LINEA EXPRESSLIMITE DEL D.F.

ZONIFICACION GEOTECN ICA

LAGO VIRGEN, LV

LAGO CENTRO I, C-ILAGO CENTRO II, C-IITRANSICION BAJA, TBTRANSICION ALTA, TALOMAS, LO

ABANICOS ALUVIALESCERROS

ZONA DE INFLUENCIA DE LOS

CERROS TRANSICION ABRUPTA

DERRAMES BASALTICOS DEL XITLE

RIOS

/".

MOO'

4E2 AA.,

\ \\\

so

FIG 2 DIAGRAMA REPRESENTANDO CURVAS DE ISORRESISTIVIDADES

45

2

i0.60.6

0.4

0.2

0.101

ssaas'sssstsausssi.lrs wr,raisssi>,iswsuss1, saslsscrsr1r 111aMu:MUutOMr11.111111.11111111.1///%//I111iti-.,,""- 1

:_-,-...--61161111iAII w`a.`w,...l.1111 1111fillRaNNs>stsastasl! :'t.....-lolansl>s.aaar.aMMOSIt,\!jtsN11 MlIa Pi, P2,G2 Cf_ 1:`.1ltlk

P2+pI

1 ,0.2 0.4 0.6081 2 4 6 010

A/M

FIG 3 CURVAS DE RESISTIVIDAD APARENTE PARA EL CASODE UNA CAPA MEDIANTE EL ARREGLO WENNER (REF 4)

se tenga duda de este valor se recomienda ha-cer una grfica de variacin de la equidistan-cia h con la resistividad aparente; extrapo-lando se puede determinar pl como el valor dePa cuando h tiende a cero. Conocidas P1 y P2para un valor de h se traza en la grfica unahorizontal para pa /pi y se obtiene una seriede valores de k y h /H; de este conjunto de va-lores se dibuja la variacin de K vb H, ya queh es constante para cada medicin. Se dibu-jan las curvas de K v4 H para los diferentesvalores de h; si las curvas se cruzan en unpunto (H,K) (fig 4), se tiene el caso deuna capa sobreyaciendo un estrato infinito.En caso de no cruzarse en un punto, se compa-ra la curva Pa v4 h con curvas tericas paradiferentes configuraciones de estratificacin,que han sido preparadas por investiagdores co-mo Mooney y Wetzel (ref 4).

z.spesur F a crspca i`r,er rr

FIG 4 GRAFICA H vs. K PARA EL CASO DE UNA CAPA

En general, el nmero de 'capas involucradasen una prueba se puede detectar en la curvaPa vb h mediante el nmero de cambios de pen-diente.

b) Rastreo elctrico. Para interpretar laprueba se hace una grfica de distancias,de origen arbitrario al centro del arre-

glo, contra resistividades aparentes; lasresistividades reales en cada zona a laprofundidad h sern las que estn locali-zadas fuera de las zonas de transicin(fig 5).

Pm

FIG 5 GRAFICA TIPICA DE RESISTIVIDADES PARA ELCASO DE UN CONTACTO

5.3 Clasificacin de suelos

La clasificacin tentativa de los materialesse hace por comparacin de la resistividadelctrica con valores tpicos, como los de .latabla 2.

La posicin del nivel fretico se detecta f-cilmente-en la seccin de isorresistividades.

6. COMENTARIOS

La precisin de este mtodo para predecir laestratigrafa de un sitio es generalmente me-nor que la de refraccin ssmica y por ellose utiliza menos; sin embargo, es ms confia-ble para determinar la posicin del nivelfretico y detectar estratos blandos.

En la bsqueda de cavernas con esta tcnicase incurre en errores, porque las anomalasque producen zonas con diferente contenido deagua pueden fcilmente interpretarse como ca-vernas.

7. REFERENCIAS

1. Dobrin. M, "Introduction to geophysicalprospecting ", McGraw Hill Book Co., NuevaYork (1961)

2. Grant, F y West, G, "Interpretation theoryin applied geophysics', McGraw Hill HookCo , , Nueva York (1965)

3. Hummel, J N, "A theoretical study ofapparent resistivity in surface potential"Geophysical Prospecting 1932, Trans.American Institute of Mining and Metalur-gical Engineers, Vol 97, EUA (1932)

4. Mooney, H y Wetzel, W, "The potentialsabout a point electrode and apparent re-sistivity curves for a two, three, andfour -layered earth ", Universidad deMinnesota, EUA (1956)

TABLA 1.

46

CARACTERISTICAS DE ALGUNOS EQUIPOS PORTATILES USADOS

EN EL METODO DE RESISTIVIDAD ELECTRICA

Fuente de

poder

Capacidad, en

m

Intensidad de

corriente, en mA*

Intervalo de

mediciones

Peso total,

en kg

30 20 0.1 a 1000 0 20

Bateras 20 50 0.1 a 1000 Q 15

recargables 300 100 a 150 0.002 a 10 0 60

200 0 a 1000 0.0002 a 100 0 75

*mA: miliamperes

TABLA 2, RESISTIVIDAD ELECTRICA 71:E DISTINTOSTIPOS DE ROCA Y SOELOS

Material Restividad, en ohm-m

Sueloe finos

Arenas

Deposito glacial

1

2.2

5 x

a 10

a 4

102

x

x

104

102

3.4 METODOS DE EXPLORAC1ON'Y MUESTREO

3.4.1 Pozo u cielo abierto

47

1. OBJETIVOS

El pozo a cielo abierto permite: a) observardirectamente las caractersticas estratigr-ficas del suelo, y b) rescatar muestras inal-teradas de los estratos principales. Estatcnica de exploracin y muestreo es particu-larmente recomendable en suelos secos yduros,como los de la costra superficial de la zonadel lago y los depsitos de lomas y de algu-nas transiciones.

2. EQUIPO NECESARIO

Se requiere equipo para la excavacin del po-zo y labrado de las muestras inalteradas; laexcavacin puede hacerse con herramienta ma-nual o con mquinas perforadoras capaces deabrir en seco pozos de por lo menos 80 cm dedimetro. El labrado de las muestras se rea-liza con herramientas manuales.

2.1 Excavacin manual

El equipo se integra por picos, palas, cablede manila, botes, un malacate mecnico para250 kg, escaleras y herramienta para carpin-tera y albailera. Adems, si el nivelfretico est cercano a la superficie, puederequerirse una bomba elctrica con puntaseyectoras, es factible que tambin se nece-siten martillos elctricos o neumticos paraatravesar suelos muy duros, as como algunastobas.

2.2 Excavacin con mquina

Se puede utilizar una mquina perforadora arotacin del tipo de la que se emplea para laconstruccin de pilas de cimentacin. La se-leccin de la mquina quedar condicionadapor la profundidad que se requiera alcanzar;como gua, puede decirse que perforando enseco suelos duros, las ms ligeras (tipoCadweld) pueden perforar hasta 15 m en dime-tros de 0.8 m y las ms pesadas (tipo Watsono Soilmec), aproximadamente 30 m, con dime-tros de 1.0 a 1.5 m.

2.3 Herramientas y materiales para elmuestreo

Para el labrado y proteccin de las muestrasinalteradas se requieren esptulas, cincel,martillo, brochas, estufa, manta de cielo,parafina y brea.

DESARROLLO DEL TRABAJO

3.1 Excavacin manual

El pozo puede excavarse con seccin cuadradao circular, la forma se eligir en razn a latcnica de estabilizacin de las paredes dela excavacin. Si se utilizan tablones y mar-cos estructurales, la forma cuadrada es lams adecuada; en la fig 1 se muestra cmose adema un pozo. Por otra parte, la formade pozo circular es la conveniente cuando se

estabilizan sus paredes con tubo de lmina co-rrugada o con ferro -cemento. Esta ultima so-lucin se ha venido empleando con mucha fre-cuencia por su sencillez y bajo costo; esen-cialmente consiste en colocar anillos de ma-lla electrosoldada (4, 4 -10, 10) separadospor lo menos 2 cm de la pared de excavacin.La malla se fija con anclas cortas de varillacorrugada hincadas a percusin, y despus seaplica manualmente el mortero con un espesormnimo de 4 cm. Los anillos generalmente em-pleados son de 1 m de altura; si el terreno esestable, este valor puede incrementarse.

Esquinero

Larguera

Tablones'

CORTE A-A

(-11.5.a 2.OmSe decremento can

la profundidad)

Cas donde serequiera ajustar

FIG 1 ADEMADO PARA UN POZO A CIELO ABIERTO

3.2 Excavacin con mquina

La perforacin mediante mquina rotatoriatambin puede presentar paredes inestables,en esos casos, el problema deber resolverseperforando tramos cortos y estabilizndoloscon anillos de malla de acero y mortero.

Las zonas de tobas duras, donde las perfora-ciones pierden velocidad de avance, se acos-

48

tumbra atravesarlas agregando agua para abtan-daA los materiales; esta practica es inade-cuada porque altera las propiedades de lossuelos.

3.3 Labrado de las muestras inalteradas

En la excavacin se deja un escaln (fig21, en el cual se limpia un rea de unos50 cm de dimetro; a continuacin se marca laseccin deseada y se labran los lados del cu-bo de suelo (de 25 x 25 cm). Posteriormente,la muestra se envuelve con manta de cielo, quese impregna con una mezcla caliente de para-fina y brea mediante una brocha. En la partesuperior de la muestra se coloca una etiquetade identificacin (fig 3).

II fi-1.. ,

1111.1111

Proyeccin del

corte A- A

FIG 2 LABRADO DE MUESTRAS

4. REGISTRO DE CAMPO

Conforme avanza la excavacin del pozo se lle-va un registro (fig 4) donde se anota ladescripcin y clasificacin de los estratos,indicando grficamente la profundidad de lasmuestras; en el registro se incluirn comen-

tarios relativos al procedimiento de excava-cin y ademe utilizados. Asimismo, convieneregistrar los valores de resistencia al cortedeterminados en las paredes y fondo del pozocon torcmetro y penetrmetro portatil.

25

25 cm

Etiqueto en la

parte .;;.ipPricv

DDF] ObraSondeo Muestra

Clasificacidn 4Profundidad

Operador

Fecha

FIG 3 IDENTIFICACION DE MUESTRAS

5. COMENTARIOS

El pozo a cielo abierto es una tcnica de ex-ploracin y muestreo que puede clasificarsecomo excelente; en suelos secos es la Lnicaconfiable, ya que los mtodos de perforaciny muestreo convencionales que emplean agua olodo como fluido de perforacin pueden provo-car cambio de sus propiedades mecnicas.

Los factores que deben tomarse en cuenta parala seleccin del pozo a cielo abierto comotcnica de muestreo en un caso particular son:a) la profundidad maxima que pueda alcanzar-se, b) el tiempo y costo de ejecucin y c) queel nivel fretico sea profundo.

49

SONDEO

COMENTARIOS El pozo seadem con ferro- cemento

PENETROMETRO DE BOLSILLO

en m. Muestro Tipo de suelo kq /ems

2.5Limo orCWoso con

OMI-I lentes de arena 2.0

3.0

2-2

Arena limosa pum(fica >3.0

1.9

1-3 2.3

Lima arcillosa>3.0

DMi-4 >3.0

QMI- -S >5.0

Material muy duro; se requiri-pistola neumtica para so-

6lo, "1 "< excavacin >5.0

DDF Sondeo Realiz Supervis

OBRA Localizacin Fecha

FIG 4

3.4.2 Cono elctrico1. OBJETIVO

PERFIL ESTRATIGRAFICO

Determinar la variacin con la profundidadde la resistencia a la penetracin de puntay friccin del cono; la interpretacin de es-tos parametros permite definir con precisincambios en las condiciones estratigrficas delsitio y estimar la resistencia al corte delos suelos mediante correlaciones empricas.

2. EQUIPO

2.1 Cono elctrico

Es una celda de carga con dos unidades sensi-bles instrumentadas con deformmetros elc-tricos (d.Ucai.n gage6) , (ref 1) ; usualmente tie-ne 2 ton de capacidad de carga y resolucinde t 1 kg, pero en el caso de suelos durospodr alcanzar una capacidad de 5 ton y reso-lucin de t 2 kg; en la fig 1 se muestraesquemticamente dicho instrumento; general-mente tienen 3.6 cm de dimetro exterior, aun-que para suelos blandos se han utilizado has-ta de 7.0 cm.

Como se observa en la fig 1, la fuerza quese desarrolla en la punta cnica (1) se midaen la celda inferior (2), y la que se desa-rrolla en la funda de friccin (3) se mide enla celda superior (4).

La seal de salida del cono se transmite concables a la superficie, la recibe un aparatoreceptor y la transforma en seal digital,impresin numdrica o directamente en una gr-fica.

2.2 Mecanismo de carga

El cono se hinca en el suelo empujndolo conuna columna de barras de acero, usualmente de3.6 cm de dimetro exterior, por cuyo inte-rior sale el cable que lleva la seal a lasuperficie. La fuerza necesaria para el hin-cado se genera con un sistema hidrulico convelocidad de penetracin controlada.

3. OPERACION DEL EQUIPO

La velocidad de hincado del cono es usualmen-

130

Cortes AA y BB

b)Elemento sensible

1 Cono (60 , 036 mm,10.18 cm2)

2 Celda de punta3 Funda de friccin (036mm,I47.02cm )4 Celda de friccin5 Elemento sensible (bronce SAE-64)

6 Pieza de empuje7 Perno de sujecin (3 el 120)8 Copla conector a la tubera EW9 Cable conductor blindado de 8 hilos

10 Sello de silicn blandoII Rondana de bronce12 Deformmetros elctricos13 Aro -sello Acotaciones , en mm

50

te de 2 cm /s; sin embargo, en la norma tenta-tiva (ASTM D3441 -75T para operacin del conoelctrico) se propone de 1 a 2 cm /s i 25%. Pa-ra las arcillas de la Ciudad de Mxico se haadoptado 1 cm /s porque asi se controla mejorla prueba; sin embargo, es admisible operarcon 2 cm /s, sabiendo que se obtienen valoresligeramente mds altos (ref 2); sin embargo,es muy importante que durante la prueba lavelocidad de penetracin se mantenga constan-te, ya que es inevitable que en las capas d'sr-ras el cono pierda velocidad de penetracin yque al pasarlas se acelere.

4. RESULTADOS

La prueba de penetracin esttica de conopermite definir la variacin de la resis-tencia de punta y friccin con la profundi-dad; la fig 2 muestra un ejemplo de un son-deo en el centro de la Ciudad; no se presen-ta la grfica de la friccin porque enlos suelos blandos su medicin es incier-ta (ref 3) .

5Resistencia lOde punta gc,l

o

o s 10

S

to

\

i

iE

-oo.

c

18

o

ci 20

28

30

51

Resistencia de punta del cono eldctrico qc (kg/cm2)IS 0

r--

PCS

Secado solar

NC Secado solar

n Vidrio volcanico

Vidrio volcdnico

a) Sitio ligeramente preconsolidadoCS Costra superficialPCS Suelo preconsolidado superficialNC Suelo normalmente consolidado

FIG 3

10 Is

LD

LO

b) Sitio preconsolidadoRA Relleno artificialSS Suelo blandoSS Costra seca por secado solarLD Lentes duros

TIPOS DE VARIACION DE RESISTENCIA DE PUNTA

con precisin los cambios estratigraficos,utilizando como indicador la variacin de laresistencia de punta (fig 3).5.2 Identificacin indirecta de loa suelos

La identificacin de los suelos se hace demanera indirecta mediante correlaciones emp-ricas como las de las figs 4 y 5, unaelaborada por Sanglerat y la otra porSchmertmann (refs 4 y 5). En el caso del sub-suelo de la Ciudad de Mxico, particularmenteen la Zona del Lago la identificacin de lossuelos se puede hacer comparando la variacinde la resistencia de punta con la estratigra-fia definida mediante sondeos con muestreoinalterado continuo.

5.3 Parmetros de resistencia de los suelos

a) Suelos cohesivos. La resistencia al cortede suelos cohesivos en condiciones no dre-nadas se puede obtener aproximadamente conla expresin:

?cCuu rjK

o

o

RA

-#-

SB CS

SS

PCS

NC

1

(1)

donde

cm, resistencia al corte no drenada, ent /m2

ca

`JK

resistencia de puntakg /cm2

de

coeficiente de correlacin

cono, en

Los valores del coeficiente NK, determi-nados para suelos de la Ciudad de Mxi-co, aparecen en la tabla 1.

b) Suelos friccionantes. La correlacin en-tre la resistencia de punta del cono y lacompacidad relativa de arenas finas semuestra en la fig 6.

52

Para determinar el valor del ngulo defriccin interna, 0', usualmente se utili-zan las frmulas de capacidad de carga, era.-pleando como datos la capacidad de cargaltima y la estimacin del peso volumfitri-co; en la fig 7 se presenta una solu-cin grfica para determinar el valor de

c funcin de qc y de G.', donde o,' es'1

eohesiv-friccionantes. El,:to casose icsuelve considerando dos valores de laresistencia de punta cercanos, que corres-ponden a un mismo estrato (cici y qc2). ASse pueden plantear dos expresiones de lacapacidad de carga ltima, que al conside-rarlas simultneamente resultan:

0 = tan-I[qc2 qc, 1_1

Y(Z2 - ZI)Ng'

qci+cic,) (14-tan 0) (31+32)c

2 Nc(1 +

donde

(2)

(3)

c y 0 parametros de la resistencia alcorte

gclY qc2 valores de la resistencia de pun-ta (qoz > go,)

200

I OC)

NE

50El'

oo

V

ou

o

Vmo ;o

(C/Impacta

cementoda)J Mezclas Urna-

-lamMomm yarena, arenas

irnos

Arcillas arenosasy limosas

o

Arena

5

( Suelta)

Arcillastnccgtinlcasno sensitivas

Muy duras

20

Medias /Arcillasorgdnicas y

/ mezclas deBlandas suelos

Muy blandas1 I

2 3 4 5

Reiaclth e friccdn,fs/q, en porcentaje

FIG 4 CLASIFICACION DE SUELOS CON PFNETROMETROESTATICO (REF 4)

z1 y z2 profundidades de medicin

Nc y Ng coeficientes de capacidad de car-ga

NE

V 1 /Arenarun()

a. y gravt;

g 200ca

100o

a

-

,urT.11k1

% 30

.40doo

o.

1' 20o

11 10

12 00

Frican laca! fs, kg/em2

i

Arena erufay gray

ir ArenaUrna, arel

,.....

,

_,

rf:, Turba

05 10 15

FrIccicn lace: fs, kg/cm2

2,0

FIG 5 CLASIFICACION DE SUELOS CON PENETROMETROESTATICO (REF 5)

qcz qc,N - .

Y(.1. + tan 0) (z2 - 31) (4)

Para determinar el valor de 0 se debarsolver por aproximaciones TucEsi'.7a,-, Iaecuacionec implicitas 2 y 4; paraprimero se supone un valor de 4, pal:alar Ng (ec 4) y con el valor obtenido cal-cular 0 (ec 2) este ltimo se tema co-mo valor inicial y se repite el clculo cueconverge en dos o tres iteraciones.

6. COMENTARIOS

La prueba de penetracin con cono es la tc-nica de exploracin de suelos aids eficiente yeconmica de que se dispone actualmente.

Cuando se trata de suelos blandos, el ourx,elctrico tiene mayor precisin que el conomecnico.

tir-0 Od

1/1aI;aa

ECo

o

0vi%

40

o

60

o

80

53

i J Del anlisis de SANGLERAT0

I

kilin SCHMERTMANN 90%nd los datos caen entreC51a6 tneaS

,

.( , `

1 2 5 10 20 30 40 50 60 708080100 1550 200 230

Resistencia de punta gc, en kg/cm o ton /piel

FIG 6 CORRELACION ENTRE LA RESISTENCIA DE PUNTA Y LA COMPACIDADRELATIVA DE ARENAS FINAS (REFS 4 Y 5)

Muy400

qc 300

c3". zoo

100

50

10

Compacidad relativasuelta Suelta Media Densa Muy densa

=(1 +tan O')tan2(45+ 2)eTrt n 0'

200 23 30a 39 4 43Angulo de friccin interna, f'

FIG 7 CORRELACION DE LA RESISTENCIA DE PUNTA Y EL ANGULO 0'DE ARENAS

54

TABLA 1 VALORES DEL COEFICIENTE DE CORRELACION NK

PARA LA CD. DE MEXICO (ref 2)

Tipo de suelo qt.

P r u e b a Termmetro

Penetrmetro

de nc.isiilo

Triaxial

UU

Compresin

simple

Lab Campo

Costra seca

Arcillas blandas

Limos arcillososduros

5 < qc < 10

qc > 5

qc >10

qc /14

qc /13

qc /24

qc /20

qc /16

qc /54

-

qc /12

-

-

qc /14

-

-

-

qc /29

qc resistencia de punta en kg /cm2

Los coeficientes de correlacin NK entre lasmediciones con cono y la resistencia al cor-te no drenada de los suelos, estn basados enun nmero reducido de sondeos inalterados;por ello deben utilizarse con reserva y depreferencia ratificarse con sondeos de corre-lacin, para asegurarse de su validez.

El cono deber calibrarse despus de cadadiez sondeos a fin de comprobar su confiabili-dad.

7. REFERENCIAS

1. Santoyo, E y Olivares, A, "Penetrmetroesttico para suelos blandos y sueltos ",Series del Instituto de Ingeniera No.435, UNAM (1981)

3.4.3. Cono mecnico

1. OBJETIVO

Determinar la variacin con la profundidadde la resistencia de punta y friccin delcono; la interpretacin de estos parmetrospermite definir con precisin las condicionesestratigrficas del sitio y estimar la resis-tencia al corte de los suelos.

En general la operacin del cono mecnico esms confiable que la del elctrico, porque lasfallas de trabajo son poco frecuentes; encambio, su sensibilidad y precisin son meno-res que las del cono elctrico.

2. EQUIPO

El penetrometro mecnico consta esencialmen-

2. Santoyo, E, "Empleo del cono esttico enun tnel de la Ciudad de Mxico ", Memo-rias X Reunin Nacional de la SociedadMexicana de Mecnica de Suelos, SMMS, Mo-relia (1980)

3. De Rutier, J, "Current penetrometer prac-tice", Proceedings ASCE Convention, Ses-sion 35, Cone Penetration -Testing andExperience, St Louis (1981)

4. Sanglerat, G, "The penetrometer and soilexploration ", Elsevier Scientific Publish-ing Co., Nueva York (1972)

5. Schmertmann, J H, "Guidelines for CPTperformance and design ", Federal HighwayAdministration HDV, 22, EUA (1977)

te de una tubera de acero, con barras slidasconcntricas, la tubera tiene 3.5 cm de .in.-metro exterior y 1.6 cm de interior, en tra-mos de 1 m de longitud, unidos con cuerdascnicas; la barra slida interior es tambinde 1 m de longitud y 1.5 cm de dimetro. Lasbarras interiores se apoyan simplemente a to-pe para transmitir la fuerza vertical descen-dente, con la que se hinca la punta -cnicamediante un mecanismo hidrulico.

2.1 Cono mecnico

La punta del cono puede ser de dos tipos:a) la Delft, que dnicamente permite determi-nar la resistencia de punta, y b) la Begemannque sirve para determinar las resistencias depunta y friccin (refs 1 y 2); ambos tipos se

QI Cana

Funda Barra slida Copie

55

Carrada

Off

FIG 1

describen brevemente a continuacin.

a) Punta Ve.at. En la fig 1 se muestra es-ta punta, que consta del cono (1) de 3.6 cmde dimetro (10.0 cm2 de rea), montado enel extremo inferior de una funda deslizan-te (2) de 9.9 cm de longitud, cuya formacnica lo hace poco sensible a la friccindel suelo confinante; el cono penetra gra-cias a la fuerza axial que le transmiteel vstago (3), roscado al cono y protegi-do por el copie conector (4).

b) Punta Begemann. Diseada para medir la re-sistencia de punta y friccin (fig 2).Consiste del cono (1) de 3.57 cm de dime-tro (10.0 cm2 de rea), montado en una pie-za cilndrica deslizante (2) de 11.1 cm delongitud y 3.25 cm de dimetro, que su for-ma la hace poco sensible a la friccin conel suelo confinante; ms atrs va la fundade friccin (3), de 13.3 cm de longitud y3.6 cm de dimetro (150.4 cm2 de rea), es-ta funda tambin es una pieza deslizante.El vstago (4) est enroscado al cono ytiene una ampliacin para jalar a la fundade friccin; finalmente, el copie conec-tor (5) .

PUNTA DELFT

031,Smm

2.2 Mecanismo de carga axial

En la fig 3 se muestran dos mecanismos decarga, uno mecnico y otro hidrulico con ca-pacidades de 250 a 10 000 kg, respectivamen-te; sus elementos principales son: 1) el sis-tema de carga axial de 1 m de carrera, igualque la longitud de las barras, genera la car-ga mediante engranes y cremallera o una bombahidrulica, 2) la pieza de cerrojo, que puedeaplicar carga selectivamente a la columna debarras centrales, a las barras huecas o si-multneamente a ambas, 3) los manmetros dealta y baja presin, que determinan la pre-sin de la celda hidrulica hermtica en laque se apoya el dispositivo de cerrojo, 4) elsistema de anclaje, resuelto mediante cuatrobarras helicoidales, que se hincan en el sue-lo a rotacin.

3. OPERACION DEL EQUIPO

3.1 Punta Delft

El procedimiento convencional de operacin delcono Delft consiste en obtener lecturas cada20 cm; para ello se hinca el cono un mximode 7 cm; por medio de las barras centrales,

56

Cerrada Eixtsnd(daOiSmm 036-mm

FIG 2 PUNTA BEGEMANN

observando en los manmetros la presin desa-rrollada durante el hincado; la condicin fi-nal del cono (extendido) se muestra en la fig1. A continuacin se hinca la columna debarras exteriores 20 cm; en los primeros ocho,el cono debe recuperar la condicin inicial(cerrada) y en los 13 cm restantes, el cono,las barras centrales y las exteriores penetran

juntos, completndose de esta manera un ciclode medicin.

3.2 Punta Begemann

El procedimiento convencional se realiza conmediciones de la resistencia del suelo cada20 cm, determinando primero la fuerza de pun-ta (Q" para hincar c; mono de barras..enttalua un in omento 3.5 cm; _. cnc!ui3C .. _moaimiento, la ampliacin del vstago hacecontacto con la funda de friccin, asi al con-tinuar empujando la barra central otros 3.5 cmse hinca el cono y simultneamente se arras-tra la funda, registrando los manmetros lapresin debida a las fuerzas de punta y fric-cin (Qc + Fs). La condicin extendida delcono se muestra en la fig 2; a continua-cin se hincan las barras exteriores 20 cm;con ello se cierra el mecanismo los 7 cm quese abri, y la punta llega a la siguiente po-sicin donde se iniciar otro ciclo de medi-cin.

4. RESULTADOS OBTENIDOS

Los resultados que se obtienen son similaresa los descritos para el cono elctrico, aun-que la falta de sensibilidad y precisin delos manmetros afecta a las mediciones. En lafig 4 se muestran dos sondeos, uno con co-no mecnico y otro elctrico; se adiverte .enel mecnico, que muchos tramos aparecen Ver-ticales, como de igual resistencia, dando unafalsa impresin de estratificacin, que noocurre en el sondeo con cono elctrico. En lazona de menor resistencia el cono mecnicodetermina resistencias de la mitad del conoelctrico; este es un error debido a que nose puede controlar el peso de las barras cen-trales, que por estar simplemente apoyadaspermanentemente gravitan sobre el cono, ha-ciendo poco confiable a este tipo de conocuando se sondean suelos blandos.

5. INTERPRETACION DE RESULTADOS

5.1 Determinacin de las resistencias

Con las presiones medidas en los manmetros yconociendo el rea de la celda hidrulica, sepueden determinar la fuerza mecnica parahincar el cono y para el cono y funda simul-tneamente; a continuacin se aplican las si-guientes expresiones:

q =c Ac

donde

(1)

Qc fuerza necesaria para hincar el co-no, kg

Ac rea transversal del cono, 10 cm2

qc resistencia de punta, kg /cm2

f8 = (2)

b) 2 5 0 kg de capacidad

cadena

cremallera

57

gata hidrulico

a) 10 t de capacidad

manmetro -l! lcerrojo

nivel deaceite

donde

siendo

Rt

Fs

Af

Fs - Rt - Qc

ancla

FIG 3 MECANISMO DE CARGA AXIAL

(3)

fuerza necesaria para hincar el conoy la funda, en kg

friccin lateral local en ladeslizante, en kg

5.2 Correlaciones con los parmetros de re-sistencia

En el inciso 3.4.2 relativo al cono elctrico sedescriben las correlaciones que se han logra-do establecer para los suelos de la zona dellago; desafortunadamente, en la literaturatcnica (refs 1 y 2) se reconoce que las di-ferencias en la forma de los conos elctricoy mecanico afecta estas correlaciones. En con-

funda clusi6n, para adoptar el cono mecnico en lossuelos de la Ciudad de Mxico, se requiereobtener los factores de correlacin con laspruebas de laboratorio convencionales.rea lateral de la funda, 150 cm2

58

0o

5

Resistencia de punta , kg /c 25 10 15

E Cono elctrico

M Cono mecnico

20

25

FIG 4 GRAFICA RESISTENCIA DE PUNTA- PROFUNDIDAD CONCONO MECANICO EN SUELOS BLANDOS

3.4.4. Penetracin estndar1. OBJETIVOS

La prueba de penetracin estndar (SPT porsus siglas en ingls) permite estimar la re-sistencia al esfuerzo cortante del suelo, me-diante el nmero de golpes necesario parahincar el penetrmetro estndar, y obtenermuestras alteradas para identificar los sue-los del sitio. Con estas prueb