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Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana
Print version ISSN 1405-3322
Bol. Soc. Geol. Mex vol.58 n.2 Ciudad de México Aug. 2006
https://doi.org/10.18268/bsgm2006v58n2a6
Artículos
Mecanismos de fracturamiento de depósitos arcillosos en zonas urbanas. Caso de deformación diferencial en Chalco, Estado de México
Fracturation mechanisms of clay deposits in urban areas. The case of differential deformation in Chalco, State of México
1Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México Campus Juriquilla, Querétaro, México.
2Colegio de Posgraduados. Campus Montecillo, Texcoco, México.
3Dept. of Geological Sciences Virginia Tech. USA.
El fracturamiento de los depósitos arcillosos que rellenan las cuencas lacustres sobre las que se han desarrollado zonas urbanas se ha convertido en un problema que afecta a varias ciudades del centro de México. Los estudios realizados revelan la coexistencia de varios factores que determinan las características de diversos tipos de fracturamiento a diferentes escalas. Como factores principales, en este trabajo se analiza: la variación en la compresibilidad de los sedimentos que ocasiona deformaciones diferenciales y la extracción del agua subterránea que subyace a las secuencias lacustres y provoca la disminución de la presión de poro. La compresibilidad depende de la consolidación, que en mecánica de suelos se refiere a la expulsión de agua intersticial, y tiene como consecuencia la disminución de volumen y la subsidencia del terreno. Aún cuando la mayor reducción volumétrica se da en el sentido vertical, la consolidación de los materiales limo-arcillosos genera esfuerzos de tensión tanto verticales como horizontales. Considerando este fenómeno como determinante para la generación de fracturas, se llevó a cabo un análisis de las condiciones de deformación de una secuencia limo- arcillosa integrando sus características estratigráficas y mecánicas. Se hace particular énfasis en la heterogeneidad mineralógica del material arcilloso para mostrar que ésta se puede traducir en variaciones de compresibilidad y generar fracturamiento por deformación diferencial. Como caso de estudio se presenta un análisis de propiedades geológicas y mecánicas de la secuencia lacustre de Chalco, para relacionar las diferencias de compresibilidad de los materiales con sus condiciones de formación. La historia paleoambiental de- termina el grado y tipo de cristalización de las diferentes fases minerales arcillosas, la granulometría y su historia de cargas litostáticas. En este trabajo se demuestra que el fracturamiento en depósitos fluvio-lacustres no es un fenómeno aleatorio, sino que depende de las propiedades geológicas de los materiales. Consideramos que el análisis de los parámetros que determinan la generación de fracturas debe llevar a la evaluación precisa de su propagación y del peligro que implica para la infraestructura urbana.
Palabras clave: Compresibilidad; Deformación; Depósitos lacustres; Arcillas; Fracturamiento
Fracturing of clayey lacustrine deposits below urban areas has become a major problem in several cities of central Mexico. The available data reveals the coexistence of several factors determining fracturing at different scales. As main factors we analyze in this study: the variation in compressibility of sediments causing differential deformation and withdrawal of groundwater causing a drop in pore pressure. Compressibility depends on consolidation, a term that in soil mechanics refers to the expulsion of interstitial water, and provokes volume decrease and land subsidence. Although major volume decrease occurs in the vertical scale, consolidation of silty clayey materials generates also horizontal tensile stresses. Considering that this factor can be determining to the generation of fractures, in this study we analyzed the deformational conditions of a silty clayey sequence integrating their stratigraphy and mechanical characteristics. A particular emphasis is made in the mineralogical heterogeneity of the clay fraction that can be related to compressibility variation and generate fracturing by differential deformation. As a study case we analyze the mechanical and geological properties of the Chalco lacustrine sequence in order to relate these properties with the differences in compressibility of materials. The paleoenvironmental history determines the type and degree of crystallization of different clay minerals, grain size, and history of lithostatic loads. Thus, the fracturing in fluvial lacustrine deposits is not a random phenomenon but is highly dependent of the geological properties of materials. We consider that the analysis of the parameters determining the generation of fracturing should permit a more precise evaluation of their propagation and of the implied danger to urban infrastructure.
Key words: Compressibility; Deformation; Lacustrine deposits; Clays; Fracturing
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo recibido para esta investigación por el Centro de Geociencias de la UNAM para el desarrollo del proyecto interno investigación de Dora C. Carreón Freyre: “Análisis de subsidencia y fracturamiento en cuencas fluvio-lacustres. Estudios multidisciplinarios en valles del centro de México”. También se agradece el apoyo del Sr. Ricardo Carrizosa para la caracterización de materiales en el laboratorio de Geomecánica del Centro de Geociencias. Asimismo, se agradece a la Química Patricia Girón, por las determinaciones de mineralogía de arcillas en el Laboratorio de Fluorescencia de Rayos X del Instituto de Geología de la UNAM.
Referencias bibliográficas
ASTM D4318-95a, 98. Standard test method for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of soils. American Society for Testing and Materials. [ Links ]
ASTM D2435-96, 1998. Standard test method for one-dimensional consolidation properties of soils. American Society for Testing and Materials. [ Links ]
Alberro, J. y Hernández. R., 1990. Génesis de las grietas de tensión en el Valle de México. En “El subsuelo de la cuenca del Valle de México y su relación con la ingeniería de cimentaciones a cinco años del sismo”. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 95-106. [ Links ]
Álvarez-Manilla Aceves., A., 2000. Modelo del mecanismo de agrietamiento en el Valle y zona metropolitana de Querétaro. Tesis de maestría. Universidad Autónoma de Querétaro. [ Links ]
Auvinet, G. y Arias, A., 1991. Propagación de grietas. En “Agrietamiento de Suelos”. Ed. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 21- 31. [ Links ]
Caballero, M. y Ortega-Guerrero, B., 1998. Lake levels about 40,000 years ago at Lake Chalco, near Mexico City. Quaternary Research 50, 69-79. [ Links ]
Carreón-Freyre, D. C., 2005. Importancia de la caracterización de arcillas en laboratorio para la adecuada evaluación de sus propiedades mecánicas, pp. 273-282. En Bucio, L., Cristalografía: Fundamentos Técnicas y Aplicaciones, Sociedad Mexicana de Cristalografia. A. C., ISBN 970-9888-07-2, 528 p. [ Links ]
Carreón-Freyre, D., Cerca, M. 2006. Delineating the near-surface geometry of the fracture system affecting the valley of Queretaro, Mexico: Correlation of GPR signatures and physical properties of sediments. Near Surface Geophysics, EAGE (European Assoc. of Geoscientists and Engineers). 4(1): 49-55. [ Links ]
Carreón-Freyre, D.C., Gama-Castro, J., Palacios-Mayorga, S., Garnica-Anguas, P., 1998. Propiedades y clasificación de los suelos residuales de México. Memorias de la XIX Reunión Nacional de Mecánica de Suelos, 75-80. [ Links ]
Carreón-Freyre., D., Cerca Martínez, M. y Hernández Marín, M., 2005a. Propagation of fracturing related to land subsidence in the Valley of Queretaro, Mexico. Proceedings of the 7th International Symposium on Land Subsidence SISOLS 2005, Shanghai, P.R. China.. ISBN 7-5323-8209-5. Vol. I: 155-164. [ Links ]
Carreón-Freyre., D., Cerca M., Luna-González, L., Gámez-González, F. J., 2005b. Influencia de la estratigrafía y estructura geológica en el flujo de agua subterránea del Valle de Querétaro. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 22(1): 1-18. [ Links ]
Carreón-Freyre., D.C., Cerca M., Hernández-Marín, M., 2003. Correlation of near-surface stratigraphy and physical properties of clayey sediments from Chalco Basin, Mexico, using Ground Penetrating Radar. Journal of Applied Geophysics 53: 121-136. [ Links ]
Carrillo, N., 1947. Influence of artesial wells in the sinking of Mexico City, en Volumen Nabor Carrillo “El hundimiento de la Ciudad de México y el Proyecto Texcoco”. Comisión Impulsora y Coordinadora de la Investigación Científica Anuario 47: 7-14. [ Links ]
De Pablo Galán, L., De Pablo, J. J., Chávez Garcia, L., 2001. Diagenesis and shear rheology of a Recent-Pleistocene volcanogenic sequence, Mexican Basin. Implication ti swelling and stability. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas 18(2): 175-185. [ Links ]
Díaz-Rodríguez, A., and Santamarina, J.C., 2001. Mexico City soil behavior at different strains: Observations and physical interpretation. J. of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 127 (9), 783- 789. [ Links ]
Díaz-Rodríguez, A., Lozano-Santacruz, R., Dávila-Alcocer, V.M., Vallejo, E and Girón, P., 1998. Physical, chemical, and mineralogical properties of México City sediments: a geotechnical perspectiva. Can. Geotech.J. 35, 600-610. [ Links ]
Ellstein, A. 1978. Teoría sobre el mecanismo de falla. El subsuelo y la ingeniería de cimentaciones en el área urbana del valle de México, SMMS, 177-181. [ Links ]
Figueroa Vega, G. E., 1989. Mecanismos de producción de grietas inducidos por la explotación del agua subterránea. Academia Mexicana de Ingeniería. Alternativas Tecnológicas 29, 371-378. [ Links ]
Gama Castro .J. E., Carreón Freyre .D.C., Palacios M. S., Solleiro Rebolledo .E., 1998, Guía para la Identificación de Suelos Residuales. Aplicación a la Construcción de Vías Terrestres. Ed. Instituto Mexicano del Transporte, 156 p. [ Links ]
Gutiérrez Castorena, M. del C., Stoops, G., Ortiz Solorio, C. A., López Avila, G. L., 2005. Amorphous silica materials in soils and sediments of the Ex-Lago de Texcoco, México: An explanation for its subsidence. Catena 60: 205-226. [ Links ]
Hernández Marín, M. y Carreón-Freyre., D., 2002. Análisis de variación de la presión de poro durante pruebas de consolidación incrementales en suelos vulcano lacustres. Memorias de la XXI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos. 1: 3-12. ISBN 968-5350-09-4. [ Links ]
Hillier, S., Erosion, sedimentation and sedimentary origin of clays, 162-214. [ Links ]
Hiriart, F., Marsal, R. J., Cruickshank, G. y Key, F., 1952. Contribución de la comisión Federal de Electricidad a la solución del problema de abastecimiento de agua a la Ciudad de México. Comisión Federal de Electricidad.. [ Links ]
Holzer, T. L. and Davis, S. N., 1976. Earth fissures associated with watertable declines (abs.). Geological Society of America: 8(6): 923-924. [ Links ]
Holzer, T. L., 1984. Ground failure induced by ground-water withdrawal from unconsolidated sediment. Geological Society of America. Reviews in Engineering Geology VI: 67-105. [ Links ]
Juárez Badillo, E., 1962. Mecanismos de grietas de tensión en el Valle de México. Tesis doctoral, UNAM. México. [ Links ]
Juárez Badillo., E. y Figueroa Vega, G. E., 1984. Stresses and displacements in an aquifer due to seepage forces (one dimensional case). Journal of Hydrology 73: 259-288. [ Links ]
Juárez Badillo., E., 1991. Grietas por fuerzas de filtración. “Agrietamiento de Suelos ”. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 39-42. [ Links ]
Juárez Luna, G., Rangel Nuñez, J. L., Ayala Milán A. G., Romo Organista, M. P., 2002. Modelado del fracturamiento en las arcillas del Valle de México. Memorias de la XXI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos 1: 183-192. ISBN 968-5350-09-04. [ Links ]
Kreitler, C. W.,1977. Fault control of subsidence, Houston, Texas. Ground Water 15 (3): 203-214. [ Links ]
Kreitler, Ch. W., 1976. Faulting and land subsidence from groundwater and hydrocarbon production, Houston-Galveston, Texas, U.S.A. Second IASH, California. No. 121, 435. [ Links ]
Larson, M. K., 1984. Potential for subsidence fissuring in the Phoenix Arizona USA area. Third IAHS. Venice, Italy. No. 151: 291-299. [ Links ]
Lozano-García, M.S., Ortega-Guerrero, B., Caballero-Miranda, M., and Urrutia-Fucugauchi, J., 1993. Late Pleistocene and Holocene paleoenvironments of Chalco Lake, Central Mexico. Quaternary Research 40, 332-342. [ Links ]
Lugo Hubp J., Pérez Vega A., Rojas Salas M., 1991. Formación de grietas en la margen del antiguo lago al oriente de la cuenca de México. Geofísica Internacional, 30(2): 87-95. [ Links ]
Marsal, R. J. y Mazari, M. 1959. El subsuelo de la Ciudad de México. Instituto de Ingeniería. U.N.A.M. [ Links ]
Mazari, M. y Alberro, J. 1990. Hundimiento de la Ciudad de México. En “Problemas de la Cuenca de México”, coordinado por J. Kumate y M. Mazari. Ed. El Colegio Nacional. pp 83-114. [ Links ]
Mazari-Hiriart, M, Hernández-Eugenio, C., Rojo-Callejas, F., Lozano- Santacruz, R., 2000. Vertical variability of PCE sorption in the lacustrine clays of Mexico City. Environmental Geology 39(6), 595-602. [ Links ]
Mesri G., Rokhse A. y Bonor B. F., 1976. Compositive and compressibility of typical samples of Mexico City, Geotechnique 25(3), 527-554. [ Links ]
Mooser, F. 1975. Historia geológica de la Cuenca de México. En “Memorias de las Obras del Sistema de Drenaje Profundo del Distrito Federal”. DDF. Tomo I: 7-38. [ Links ]
Ohtsubo, M., Takayama, M. y Egashira, K., 1983. Relationships of consistency limits and activity to some physical and chemical properties of Ariake marine Clays. Soils and foundations. 23 (1): 38-46. [ Links ]
Orozco, J. M. y Figueroa V., G., 1991. Descripción cronológica del desarrollo de los conocimientos sobre el agrietamiento de terrenos. Agrietamiento de suelos, Soc. Mex. Mec. de Suelos, 1-12. [ Links ]
Peralta y Fabi, R., 1989, Sobre el origen de algunas propiedades mecánicas de la formación arcillosa superior del Valle de México. Simposio sobre Tópicos Geológicos de la Cuenca del Valle de México. [ Links ]
Poland, J. F., 1984. Guidebook to studies of land subsidence due to groundwater withdrawal. UNESCO. 304 p. [ Links ]
Righi, D. and Meunier, A., Origin of Clays by rock weathering and soil formation, 43-157. [ Links ]
Rojas González, E., Arzate Flores, J., Arroyo, M., 2002. A method to predict the group fissuring and faulting caused by regional groundwater decline. Engineering Geology, 65, 245-260. [ Links ]
Saarenketo, T., 1998. Electrical properties of water in clay and silty soils. J. of Applied Geophysics 40: 73-88. [ Links ]
Sandoval, J. P., and Bartlett, S.R., 1991. Land subsidence and earth fissuring on the central Arizona Project. IAHS. Houston, Texas. No. 200: 249-260. [ Links ]
Schumann, H.H., and Poland, J. F., 1969. Land Subsidence, Earth Fissures and Groundwater withdrawal in South-Central Arizona, U.S.A.. First Symposium IASH-UNESCO, Tokio, 295-302. [ Links ]
Trejo M., A. y Baini M., A., 1991. Agrietamiento de suelos en la zona de Querétaro. En “Agrietamiento de Suelos ”. SMMS, 67-74. [ Links ]
Trujillo Candelaria, J. A., 1989. Fallamiento de terrenos en Celaya, Gto. Academia Mexicana de Ingenieria. Alternativas Tecnológicas 29, 367-369. [ Links ]
Tuckwell, G. W., Lonergan, L, and Jolly, R. J., 2003. The control of stress history and flaw distribution on the evolution of polygonal fracture networks. J. of Structural geology 25: 1241-1250. [ Links ]
Velde, B., 1995. Origin and Mineralogy of Clays. Clays and the environment. Springer-Verlag. [ Links ]
Velde, B., Composition and mineralogy of Clay Minerals, 8-41. [ Links ]
Wada, K., 1987. Minerals formed and mineral formation from volcanic ash by weathering. Chemical Geology 60, 17.28. [ Links ]
Warren, C.J., and Rudolph, D.L., 1997. Clay minerals in basin of Mexico lacustrine sediments and their influence on ion mobility in groundwater. Journal of Contaminant Hydrology 27, 177-198. [ Links ]
Wesley, L.D., 2001. Consolidation behaviour of allophane clays. Géotechnique 51(10), 901.904. [ Links ]
Zeevaert, L., 1953. Estratigrafía y problemas de ingeniería en los depósitos de arcilla lacustre de la Ciudad de México. Memoria del Congreso Científico Mexicano Vol. 5: 58-70. [ Links ]
Recibido: 15 de Noviembre de 2006; Revisado: 08 de Enero de 2007; Aprobado: 01 de Febrero de 2007
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