Zonific Zonif icación ación geotécni g eotécnica ca para para el el área área urbana ur bana del valle de Puebl Puebla a Geotechnical Geotechnical zonin g for the urban area of Puebla´s Puebla´s v alley
G. Azomo za Pon Ponce, ce, Director General de I C D, S. A de C. V. A. Vera Ver a Aleja Al ejand nd re, re , Gerente Técnico de I C D, S. A. de C. V. L. Reyes Santos, Gerente de Geotecnia de I C D, S. A. de C. V.
RESUMEN. Con el deseo de compartir nuestra experiencia en el conocimiento del subsuelo de la ciudad de Puebla
y áreas conurbadas, contando aproximadamente con 400 estudios seleccionados de mecánica de suelos efectuados en los últimos 14 años, elaboramos el presente artículo, con objeto de orientar a la mejor aplicación de la ingeniería de cimentaciones, vías terrestres y materias afines. 1. INTRODUCCIÓN
En la VIII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos, efectuada en el año de 1976 en la ciudad de Guanajuato, Gto. (SMMS, Tomo II, 1976: 183-210), el Dr. Gabriel Auvinet G., propone la primera zonificación geotécnica para la ciudad. Esta gran aportación, sin embargo, es muy generalizada, limitada por el reducido número de estudios que fue posible recopilar en esa época, alrededor de 50. El gran crecimiento de la mancha urbana a partir de entonces, ha sobrepasado notablemente el área de la zonificación propuesta, pretendiendo este trabajo su actualización. En los capítulos 2 y 3, se presentan en ese orden, una reseña histórica de la fundación y crecimiento de la ciudad y una breve síntesis de la geografía regional. El estado actual de la propuesta de la zonificación sísmica para la ciudad, se resume en el Capítulo 4. En el Capítulo 5, se describen los métodos y procedimientos de exploración del subsuelo. En los capítulos 6 y 7, se describe la estratigrafía y propiedades del subsuelo y la propuesta de zonificación geotécnica para el área urbana de Puebla, respectivamente. En el Capítulo 8, se anotan los comentarios finales derivados de este trabajo. 2. ANTECEDENTES ANTECEDENT ES HISTÓRICOS DEL DESARROLLO URBANO
Puebla se declara oficialmente fundada por Fray Julián Garcés en el año de 1531, correspondiendo a un segundo asentamiento, ya que el primero, situado al oriente del río San Francisco, sobre su margen izquierda, fue trasladado al lado opuesto por razones de seguridad ante riesgos de inundación. La traza original se proyectó en forma ortogonal, con una inclinación de 24º en dirección NO-SE, la cual se conservó en la época colonial y en buena parte del siglo XIX.
En 1930 se da el primer dato preciso de la superficie urbana de la ciudad: 10.6 km 2. En 1990, Puebla cuenta con 128 km 2 y una tasa de crecimiento anual, estimada en el último periodo de 1982 a 1990, de 4.27%, lo que significa que actualmente la superficie de la ciudad es del orden de 179 km2. La tabla 1 reporta el crecimiento urbano para los periodos referidos. Tabla Tabla 1. Crecimiento Crecimiento ur bano histór ico Año
Superf Sup erfic icie ie km 2
Tasa de Crecimiento %
1930 10.60 1950 14.60 1.61 1965 25.80 3.87 1974 59.50 9.73 1982 91.50 5.55 1990 128.00 4.27 1998 179.00* *Estimada para la tasa de crecimiento 1982-90 Es evidente que la mayoría de las ciudades se fundan en lugares que ofrecen mayores ventajas en cuanto a características geográficas, topográficas, agua, materiales de construcción, etc., sin embargo, el crecimiento urbano obliga a asentamientos, muchas veces irregulares, en sitios que no ofrecen estas ventajas y merecen mayor atención por parte de los ingenieros y arquitectos. 3. SÍNTESIS GEOGRÁFICA
El Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, ha elaborado una Síntesis Geográfica para el Estado de Puebla (INEGI, 1987), de donde nos hemos permitido tomar para la ciudad capital algunos datos de interés que referimos a continuación. 3.1 Fisiografía
La ciudad de Puebla se encuentra en la Provincia Fisiográfica del Eje Neovolcánico (Fig. 1), que abarca una gran porción del centro y noroeste del Estado de Puebla, a
una altitud de 2,150 m respecto al nivel medio del mar, en una zona de lomeríos suaves constituidos por aparatos volcánicos y afloramientos calcáreos recientes. Al norte se limita por cañadas labradas por los escurrimientos que descienden de la Malinche; al poniente por la Sierra Nevada; al sur y al oriente por las cuencas Atlixco-Izúcar y Oriental, respectivamente.
1993 del Observatorio Meteorológico de la ciudad. En los dos últimos años, 1997 y 1998, estos datos seguramente se han modificado en forma sustancial. 3.2 Geología
En la ciudad existen diversos afloramientos de rocas ígneas y sedimentarias, así como depósitos de suelos tobáceos, aluviales y lacustres. Está rodeada del paisaje volcánico más espectacular del país: La Malinche, como representante del periodo más antiguo del volcanismo en Puebla; el Iztaccíhuatl en un periodo posterior, y el Pico de Orizaba y el Popocatépetl, que corresponden al Plioceno Medio de las Eras Geológicas. Estructuralmente, se presentan fallas geológicas importantes en el Estado y ciudad capital: Primarias (Fig. 3), en un sistema con direcciones E-W y NE-SW, denominadas Zacamboxo, Clarión, Popocatépetl y Malinche y, Secundarias (Fig. 4), una en dirección E-W, que une entre sí los cerros de Loreto y Guadalupe, San Juan (La Paz) y Amalucan y, otra, en dirección prácticamente normal, que corre aproximadamente de los balnearios “Agua Azul” a “Rancho Colorado”.
Fig. 1. Provinc ia del Eje Neovolcáni co Hidrográficamente, la ciudad se delimita al poniente y al oriente por el río Atoyac y el río Alseseca (Fig. 2), respectivamente, fluyendo en dirección norte-sur. Atravesando la ciudad se encontraba el antiguo río San Francisco, que actualmente entubado constituye el bulevar Héroes del 5 de Mayo.
R I O E L Z AP AT E R O
C Y A O A T O R I
O S C I N C R A F N S A I O R
RIO ALSESECA
Fig. 3. Fallas geológic as regionales
SIMBOLOGIA TRAZA URBANA VIA F.F.C.C. LAGO DE VALSEQUILLO RIOS
LAGO DE VALSEQUILLO
Fig. 2 Hidrogr afía del área urbana Su hidrología corresponde a la predominante en la región, con escurrimientos superficiales medidos entre 50 y 100 mm y una precipitación media anual de 850 mm. Puebla es una ciudad con climas de tipo templado regular, subhúmedos, con temperatura media anual de 15.9 ºC, de acuerdo a las Normales Climatológicas en el periodo 1971-
Fig. 4. Fallas geoló gicas en el área urbana 2
5. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Predominan en la ciudad las formaciones de suelos tobáceos, tobas y rocas andesíticas y basálticas, sobre las que yacen depósitos de materiales de orígenes fluvial, aluvial y lacustre. Como último suceso, se encuentran mantos de travertino y tufa calcárea, de origen hidrotermal, que se intercalan de manera importante en dichas formaciones, principalmente en las zonas de fallas geológicas estructurales, constituyendo, en algunos casos, manantiales de aguas sulfurosas templadas.
5.1 Trabajos de campo
Consisten en la aplicación de procedimientos mecánicos y manuales para obtener la resistencia y la recuperación de muestras alteradas e inalteradas de los suelos con la profundidad, a fin de medir directa e indirectamente sus propiedades índice y mecánicas. En la actualidad, gracias al avance tecnológico que vivimos, se han desarrollado métodos sofisticados de exploración, sin embargo, por su alto costo comercial han sido poco empleados en nuestro país. En lo que sigue, nos referiremos solamente a los procedimientos que comúnmente hemos utilizado en la ciudad, a partir de los cuales interpretamos las características y propiedades del subsuelo.
4. ESTADO ACTUAL DE LA ZONIFICACIÓN SÍSMICA
La Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla, UPAEP, en colaboración con la Universidad Autónoma Metropolitana, UAM, realizaron un primer trabajo de investigación como parte del proyecto: Zonificación Sísmica para la Ciudad de Puebla.
5.1.1 Sondeos
La prueba de penetración estándar (Norma ASTM D-1586), es el procedimiento de exploración indirecto más empleado, en virtud de que permite medir la resistencia de los suelos a la penetración y recuperar muestras alteradas para su ensaye posterior en el laboratorio. Además, en la ejecución de esta prueba, se han combinado muestreadores de pared delgada tipo “Shleby”, barriles “Denison” y barriles doble giratorios provistos con broca de diamante, para la recuperación de suelos inalterados blandos y duros, así como núcleos de roca y muestras representativas en depósitos que contienen grava y/o boleo.
En el reporte de esta primera etapa (Ruiz, 1993), se incluye la caracterización geodinámica de la ciudad, basada en la determinación en campo de las propiedades del terreno y la propuesta de parámetros de diseño sismo-resistente, derivados de la estimación de intensidades producidas por sismos pasados. El trabajo propone el mapa de zonificación sísmica que se muestra en la Fig. 5, en el cual se distinguen dos zonas principales: terreno firme (Zona A) y terreno intermedio (Zona B).
En la mayoría de los casos, las paredes de las perforaciones se han mantenido estables mediante el uso de lodos bentoníticos y, en menor número, con ademe metálico recuperable. La ejecución de sondeos ha sido necesaria en proyectos con cargas importantes y condiciones difíciles del subsuelo, como son depósitos blandos y presencia de nivel freático somero. En los estudios realizados, la longitud de los sondeos ha variado generalmente entre 10 y 20 m; el número de sondeos por proyecto, desde luego, depende, entre otros factores, de las características de éste y del conocimiento previo del sitio de emplazamiento.
R I O E L Z AP A T E RO
C Y A O A T O R I
O S C I N C R A F N S A O R I
RIO ALSESECA
SIMBOLOGIA ZONA A ZONA B
TRAZAURBANA VIA F.F.C.C. LAGODE VALSEQUILLO
ZONA
C
RIOS
Tb
Zona A
0.24
0.60
Zona B
0.36
1.00
5.1.2 Pozos a cielo abierto
LAGO DE VALSEQUILLO
En proyectos con cargas reducidas a la cimentación, suelos de mediana a alta resistencia y nivel freático a más de 3 m de profundidad, la excavación de pozos a cielo abierto ha permitido una exploración directa del subsuelo, resultando ser, además, el procedimiento más apropiado.
Fig. 5. Propuesta de zonificación sísmica En la tabla 2, se indican para estas zonas los valores propuestos para el coeficiente sísmico c y el periodo dominante del terreno Tb .
En los pozos, se ha realizado una inspección visual de la estratigrafía de los suelos y la recuperación de muestras alteradas representativas y cúbicas inalteradas, las que posteriormente se ensayan en el laboratorio.
Tabla 2. Espectros de diseño recomendados para la ciudad de Puebla Zona Zona A Zona B
c
Tb
0.24 0.36
0.60 1.00
Usualmente, la excavación de pozos se realiza a profundidades variables entre 2 y 4 m, empleando en algunas ocasiones taludes y ademes para la estabilidad de sus paredes.
Este trabajo continúa y seguramente se enriquecerá con la información que brinda la presente zonificación geotécnica. 3
5.1.3 Estaciones piezométricas
5.2 Ensayes de laboratorio
Cuando las condiciones hidráulicas en la masa de suelos cobran importancia en el comportamiento de las cimentaciones, se han instalado estaciones piezómétricas, a fin de conocer el estado de presiones totales y neutrales y los cambios de la presión efectiva o intergranular, que permitan determinar las propiedades de resistencia y deformación de los suelos explorados para el nivel de esfuerzos de trabajo del proyecto.
Todas las muestras recuperadas en los estudios se han clasificado de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), obteniendo a la vez su contenido natural de agua. En suelos representativos, además, se han determinado sus propiedades índice: límite líquido (LL), índice plástico (IP) y de contracción lineal y volumétrica, distribución granulométrica y/o porcentaje de partículas finas.
Los piezómetros instalados han sido celdas abiertas, tipo “Casagrande”, colocadas a profundidades significativas en la profundidad de influencia de la cimentación.
Las propiedades mecánicas de los suelos se han determinado en muestras inalteradas mediante ensayes de resistencia en compresión simple y triaxiales, variando sus condiciones de drenaje, normales y cíclicas para fines de investigación estática y dinámica, y de deformación en consolidación unidimensional. En depósitos granulares, los parámetros esfuerzo-deformación se han determinado a partir de correlaciones con el número de golpes de la prueba de penetración estándar.
Es costumbre que la estación se complemente con tubos de observación del nivel freático superficial, constituidos por tubería perforada empacada en filtros de material granular. Las estaciones que se han instalado en la ciudad generalmente cuentan con tres piezómetros abiertos y un tubo de observación, colocados a profundidades entre 3 y 20 m.
Los materiales susceptibles a cambios volumétricos de expansión y contracción al variar su contenido natural de agua, se han ensayado en pruebas de expansión libre, presión de expansión y saturación bajo carga.
5.1.4 Exploración geosísmica
En particular, el método empleado por lo menos en una ocasión en la ciudad fue el de sísmica de refracción, basado en la propiedad que tienen los materiales de permitir a través de ellos la transmisión de ondas sísmicas o elásticas.
6. ESTRATIGRAFÍA Y PROPIEDADES
A partir de los casi 400 estudios de mecánica de suelos (ICD, 1984-1998), distribuidos en toda el área urbana de acuerdo a la Fig. 6 que se encuentra al final del escrito, es posible definir las unidades estratigráficas que se describen a continuación.
El propósito de este estudio, efectuado para la cimentación de un puente vehicular en la Central de Autobuses, fue caracterizar los materiales del subsuelo en la influencia de la cimentación, en función de la velocidad de la propagación de las ondas sísmicas. Para este caso, resultaba de suma importancia detectar contrastes de velocidades que fueran indicios de cambios litológicos en la formación rocosa, en particular cavidades, que pusieran en peligro la estabilidad de la estructura.
Unidad 1. Depósitos eólicos de origen volcánico La situación geográfica del Estado de Puebla evidencia la presencia de depósitos eólicos de origen volcánico, constituyendo incluso estos materiales la base sobre la que yacen las otras formaciones existentes en la región.
Bajo este procedimiento, se busca conocer en el campo el tiempo que tarda la onda en propagarse desde el punto donde se genera, siguiendo hacia los diferentes horizontes refractores del subsuelo y luego hasta emerger a la superficie, en donde su llegada es detectada con una serie de geófonos conocida como tendido sísmico.
Las tobas arenosas y gravosas y los suelos tobáceos, son los últimos productos manifestados por la actividad volcánica regional. En las tobas existe generalmente un alto grado de cementación que les da la consistencia de una roca suave; en los suelos, esta consistencia es variable, dependiendo de su compacidad, cementación y grado de alteración.
El sismograma puede imprimirse en forma inmediata en papel electrosensitivo, o bien puede ser grabado para facilitar el proceso de análisis de las señales mediante el uso posterior de equipos de cómputo.
En la ciudad predominan los suelos tobáceos como una capa basal, con afloramientos importantes en extensión y espesores; regionalmente, estos materiales son conocidos como “tepetates”. Se clasifican de acuerdo al SUCS, como limos o arcillas arenosas y arenas limosas o arcillosas, de colores café y café claro (amarillento), con contenido natural de agua de 15 a 40%. La fracción fina, limosa o arcillosa, es de baja plasticidad (LL<50%), con índice plástico (IP) variable entre 15 y 25% y porcentaje de partículas finas variable de 30 a 70%.
Un aspecto importante es la longitud de la línea sísmica, la cual debe ser tres veces mayor que la profundidad que se desea investigar. 5.1.5 Instrumentación
La instalación de las estaciones piezométricas constituyen ya una instrumentación del subsuelo, desde luego, a través de mediciones periódicas. Además, sólo como referencia, nombraremos entre otros instrumentos, la colocación de bancos de nivel superficiale y profundos y control topográfico de precisión.
La consistencia de estos suelos varía de firme a dura con 15 a más de 50 golpes en la prueba de penetración estándar, su cohesión, medida como un medio de su resistencia a la compresión simple, es del orden de 6 a más de 15 t/m 2. 4
Por sus propiedades, estos materiales son comúnmente empleados en toda la región para la conformación de rellenos estructurados.
y su límite líquido es generalmente superior a 60%. A partir de sus propiedades índice y pruebas mecánicas de laboratorio a propósito, la arcilla se clasifica de mediana expansividad, con presiones de expansión del orden de 3 a 7 t/m2.
Unidad 2. Depósitos aluvio-palustre-lacustre La antigua existencia de lagunas y pantanos en la ciudad, originó zonas importantes de sedimentos de materiales arcillo-limosos y descomposición de materia vegetal, que han dado lugar a potentes mantos de suelos compresibles.
Una de las características primordiales para la identificación de este material es su alta resistencia al esfuerzo cortante en estado seco. La capa de arcilla plástica en algunas ocasiones se ha explorado bajo depósitos aluviales recientes, con espesores no mayores de 1.50 a 2 m y, ocasionalmente en zonas puntuales, hasta de 4 m.
Estos materiales, clasificados como arcillas y limos de mediana y alta plasticidad y suelos orgánicos, se han detectado en la ciudad con espesores hasta de 20 m, generalmente intercalados con otras formaciones, pero característicos por su baja resistencia al esfuerzo cortante y su gran compresibilidad.
Unidad 5. Depósitos aluviales Al noreste de la ciudad y a lo largo de las zonas de inundación de los ríos que la atraviesan, se encuentran formaciones netamente de origen aluvial: materiales arcillosos y limosos, arena, grava y boleos, que generalmente forman depósitos erráticos en estratigrafía y propiedades, en virtud de obedecer a las diversas energías de transportación
Las arcillas y limos inorgánicos reportan contenidos naturales de agua de 60 a 80%; en los suelos orgánicos se determinan valores de 100 a 200% o más. Su resistencia a la penetración estándar es prácticamente nula o de no más de 5 golpes; su cohesión en compresión simple y pruebas triaxiales no drenadas varía de 3 a 6 t/m 2. Unidad 3. Depósitos hidrotermales
Como casos particulares, en las márgenes del rio Atoyac al sur de la ciudad, se han explorado depósitos aluviales que se presentan en potentes estratos de más de 10 m, constituidos por arenas finas en estado suelto, prácticamente limpias y uniformes en presencia de nivel freático superficial, características que los hacen susceptibles al fenómeno de licuación.
La precipitación de carbonatos de calcio en aguas sulfurosas templadas origina la formación de la roca travertino. La presencia de estas aguas en tres importantes y conocidos manantiales en la ciudad, a saber: Agua Azul, Rancho Colorado y un ex-balneario en la Av. Juárez, entre las calles 15 y 17 sur, orienta la presencia de esta formación rocosa, que se extiende en dirección SE-NW, a lo largo de una de las fallas estructurales antes mencionadas (Fig. 4), y en gran parte del Centro Histórico.
Unidad 6. Calizas Al oriente de la ciudad se localiza un importante afloramiento de roca caliza color gris, que constituye un lomerío suave, actualmente habitado en torno a una cantera de explotación de este material.
El travertino es una roca caliza, color café amarillento, con espesores que varían en capas de algunos centímetros hasta más de 10 m. Su índice de calidad varía de 0 a 100%, es decir, se encuentra totalmente fracturada y alterada o masiva, sana y poco porosa, con resistencia a la compresión simple de más de 150 kg/cm 2.
La roca se encuentra totalmente fracturada sin dirección preferencial, aunque presenta lajeado en espesores de 10 a 50 cm, y está cubierta por una capa vegetal de poco espesor y, ocasionalmente, por una arcilla gris oscuro tipo expansiva.
Es común en esta formación la presencia de cavidades por disolución de la roca y su intercalación con los depósitos aluvio-palustres.
Unidad 7. Basaltos y andesitas
Otra formación ligada a la formación del travertino son las “tufas calcáreas”, que constituyen estructuras sumamente abiertas o porosas, con pesos volumétricos secos de 0.60 a 0.90 t/m3 y resistencias en compresión simple de 3 a 6 t/m 2.
Los basaltos y andesitas constituyen otras zonas importantes de afloramientos en la ciudad, formando los cerros de Loreto y Guadalupe, San Juan, Amalucan, Tepozúchitl, etc., cubiertos por las tobas y suelos tobáceos antes descritos (Unidad 1). En general, estas formaciones se encuentran sanas o con grados medios de alteración.
Unidad 4. Ar cill as expansivas
Unidad 8. Escorias basálticas En una gran extensión al sur y parte al poniente de la ciudad, la formación de suelos tobáceos (Unidad 1), se encuentra parcial o totalmente cubierta por una arcilla de alta plasticidad, producto residual de la formación volcánica del lugar, susceptible a experimentar cambios volumétricos de expansión y contracción al variar su contenido natural de agua.
Este importante afloramiento constituye el cono volcánico del cerro de San Juan (La Paz), formado por productos de proyección denominados técnicamente piroclastos. Predominan materiales gruesos tamaño grava y mayores como bombas y escorias basálticas, que en conjunto forman depósitos aglomerados y, en menor proporción, brechas volcánicas cuando aparecen afloramientos de la roca basal
La arcilla se distingue por tener una coloración gris oscuro a negro y presentar fuertes agrietamientos, notables a simple vista. Su contenido natural de agua es variable de 15 a 50% 5
Las partículas entre 0.42 y 20 mm de tamaño son pavesas o lapillis; la fracción fina son cenizas que cubren superficialmente el cono y forman las cinerítas o suelos tobáceos que aun se conservan en las zonas circundantes.
construcciones ligeras que evidencian la inestabilidad del terreno de cimentación. Los depósitos aluviales se asocian a las márgenes de los ríos y arroyos que atraviesan la ciudad, así como en la influencia de inundación de las zonas conurbadas como San Andrés y San Pedro Cholula al poniente. Estudios en las márgenes de los ríos y arroyos, entre otros, Atoyac, San Francisco, Alseseca, Chinguiñoso, El Zapatero, etc., reportan subsuelos constituidos por sedimentos blandos de muy baja resistencia al corte y alta deformabilidad, con espesores variables hasta de más de 15 m, que han obligado al empleo de cimentaciones profundas; como antes se menciona, se han detectado zonas al sur en las márgenes del rio Atoyac, susceptibles a experimentar fenómenos de licuación. De más de 75 sondeos y pozos realizados para diferentes estudios en terrenos de la Universidad de las Américas y distribuidores viales para el Periférico de la ciudad, es notable la influencia del rio El Zapatero, detectando sobre la formación de suelos tobáceos, importantes espesores de suelos y materiales aluviales con gran erraticidad en estratigrafía y propiedades.
Estos materiales cubren a la roca basáltica que constituye gran parte del cerro. Discontinuidades naturales y artificiales
Se ha mencionado antes que en los depósitos hidrotermales en algunas ocasiones aparecen asociadas cavernas, formadas por la disolución de los carbonatos de calcio al paso o recirculación de las aguas sulfurosas templadas. Desde luego, estas discontinuidades son de origen natural. Al norte y noreste de la ciudad, se han detectado discontinuidades importantes en forma de túneles, formadas artificialmente como antiguas galerías filtrantes o minas para la explotación de materiales para la construcción. 7. ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA
Las formaciones de basaltos, andesitas y calizas en la ciudad aparecen con afloramientos importantes bien definidos, principalmente en el segundo caso. Los basaltos y andesitas se detectan en la influencia de los cerros de Loreto y Guadalupe en la zona centro, Amalucan y Tepozúchitl al oriente; al poniente, en la Col. La Paz, el cerro de San Juan, cuya transición con los depósitos hidrotermales se detectó en la construcción del Edificio Atalaya y el Centro Financiero Banamex, situados al poniente de la Av. Juárez. La formación caliza más importante se sitúa al oriente de la ciudad, es conocida como “La Calera” y forma frentes actualmente de explotación y en sus alrededores terreno de cimentación de un fraccionamiento.
La Fig. 7 al final del escrito, muestra el plano con la Zonificación Geotécnica propuesta para el área urbana del valle de Puebla. Destaca la presencia de los depósitos tobáceos como una formación basal del subsuelo, sobre la que yacen el resto de las unidades estratigráficas descritas en el inciso anterior y la gran extensión que cubren las arcillas expansivas en la zona sur y parte poniente de la ciudad. Los suelos tobáceos, de mayor abundancia en la ciudad, denominados comúnmente en la región como “tepetates”, evidenciando la actividad volcánica de la provincia fisiográfica a la que pertenecen, se detectan prácticamente en toda el área urbana. Desde el punto de vista geotécnico, estos materiales son los que presentan las mejores condiciones de trabajo para el constructor. Sólo al noreste de la ciudad, estos depósitos se han encontrado en estado suelto, con compacidades bajas, como es el caso en algunas zonas donde se asienta el parque industrial Puebla 2000.
El cerro de San Juan en la Col. La Paz, citado antes, constituye una de las lomas más importantes en el paisaje de la ciudad. Formado por productos piroclásticos variables, constituyó un gran frente de explotación para la industria del cemento. La influencia de estos materiales es reducida y quizá de no más de 500 m a la redonda, donde aparece su transición con las cenizas volcánicas o suelos tobáceos Las discontinuidades en el subsuelo, formadas natural o artificialmente, presentan un problema de alto riesgo para las colonias que se asientan sobre ellas y, desde luego, para las construcciones futuras. Tal es el caso de las colonias ubicadas al norte: Tepeyac, Naciones Unidas, Morelos, etc., cercanas al estadio Cuauhtémoc y, al noreste, próximas al cerro de Amalucan. Su ubicación geográfica en el área urbana, al pie de las cañadas labradas por los escurrimientos de la Malinche, acentúa el problema.
Los suelos lacustres y palustres, generalmente intercalados con los depósitos hidrotermales, cubren una buena parte de la zona centro del área urbana, con importantes afloramientos al poniente, circundantes al balneario “Rancho Colorado”. Las tufas calcáreas se han detectado con mayor frecuencia al noreste, en los fraccionamientos Valle Dorado, Plaza San Pedro, Puerta de Hierro, Moratilla, etc. La formación arcillosa potencialmente expansiva, detectada al sur de la ciudad, cobra últimamente singular importancia por su gran extensión dentro del área urbana, del orden de 30%, en virtud de sus implicaciones geotécnicas en el desarrollo urbano del municipio, tanto en obras de edificación e infraestructura como para proyecto de vialidades. Esta zona se limita al norte aproximadamente desde la Av. 31 Poniente, extendiéndose al sur más allá del límite de la zona urbana con el trazo del Anillo Periférico. Al poniente, se alarga una franja interesando parte de la carretera federal a Atlixco y, al oriente, en el sentido de la carretera a la presa de Valsequillo, donde es común ver en su recorrido
El 30 de julio de 1987, en la colonia Tepeyac, la falla del techo de una discontinuidad en forma de túnel, ocasionó pérdidas humanas. 8. COMENTARIOS FINALES
Mencionamos al principio del escrito que la primera propuesta de zonificación geotécnica para la ciudad la presentó el Dr. Auvinet, basada aproximadamente en 50 estudios. Si consideramos que el área urbana cuenta ahora 6
con 179 km2, casi tres veces más que en 1976, es evidente la necesidad de la actualización que pretende este trabajo, la cual parte aproximadamente de 400 estudios realizados por toda la ciudad y áreas conurbadas.
En las zonas conurbadas de San Andrés y San Pedro Cholula, particularmente en los terrenos de la Universidad de las Américas, en la influencia del río El Zapatero, se han realizado intensas campañas de exploración del subsuelo, reportando una gran variación de espesores de depósitos compresibles que yacen sobre la formación tobácea, la cual llega a tener afloramientos importantes. Esta gran irregularidad del terreno, ha obligado al empleo de cimentaciones desde zapatas hasta pilas coladas en el sitio.
Es importante recordar en nuestra experiencia, que a principios de los años 80, seguramente al igual que en otras localidades del país, el ejercicio formal de los estudios de mecánica de suelos no era práctica común, considerando, en particular para nuestra ciudad, que el subsuelo no representaba mayores problemas para la ingeniería de cimentaciones y las vías terrestres. Fue a partir del crecimiento del área urbana en la zona sur, en que muchas de las edificaciones acusaron mal comportamiento por la presencia de las arcillas expansivas, así como la fatal experiencia de los sismos de 1985, que el gremio de la construcción ha ido tomando conciencia de la importancia que siempre debió haber tenido esta rama de la ingeniería civil.
Con la instrumentación instalada en algunas obras, en las que el comportamiento hidráulico de los suelos cobra importancia para el análisis del comportamiento de las cimentaciones, hemos detectado fuertes fluctuaciones y abatimientos de los niveles piezométricos y niveles superficiales de mantos colgados de agua, que en algunos casos van de 1 a 2 m por año. Desde luego, para contar con datos más precisos al respecto, es necesario realizar mayores campañas de instrumentación, particularmente en zonas con fuerte explotación por bombeo para abastecimiento de agua potable, como es el caso de las zonas industriales al norte y sur de la ciudad y áreas conurbadas de San Andrés y San Pedro Cholula. Estos abatimientos, no obstante incrementan las propiedades de resistencia al corte de los suelos blandos, pueden generar hundimientos locales y regionales que habrá que tomar en cuenta en el análisis geotécnico de las cimentaciones.
No sólo las arcillas expansivas han representado un serio problema para la construcción, no obstante que los espesores detectados rara vez exceden más de 2 m, sino también la gran erraticidad con que se presentan intercalados los depósitos hidrotermales y los suelos lacustres, principalmente en la zona centro del área urbana; es común encontrarse en colonias circunvecinas al Bulevar Norte y diagonal Defensores de la República, edificios de tres y hasta cinco niveles, apoyados sobre una formación rocosa superficial, contrastando con edificaciones más pequeñas, en distancias relativamente cortas, en las que ha sido necesario recomendar cimentaciones parciales y totalmente compensadas por la baja resistencia y gran deformabilidad del terreno. Como hecho notable, podemos referir la construcción del Centro Comercial Plaza San Pedro, donde se practicó compactación dinámica para alcanzar una capacidad de carga de zapatas de cuando más 15 t/m 2 (Girault, 1980). Incluso la roca, cuando aparenta macizos sanos de gran extensión, llega a presentar carsticidad, es decir, cavidades de tamaños variables, hasta de 2 m de sección transversal, como fue el caso en la construcción del puente vehicular de la Central de Autobuses. En el Centro Histórico, después de una campaña de más de 15 sondeos y pozos en el edificio Carolino de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, se detectó tan sólo bajo el inmueble, una variación notable del horizonte superior de la roca travertino y de los depósitos de suelos aluviales y tobáceos; además, de rellenos con restos arqueológicos de hasta 3 m de espesor.
Particularmente interesante resulta la presencia de discontinuidades del subsuelo al norte y noreste de la ciudad, siendo relevante plantear programas topográficos y de exploración geotécnica a propósito, a fin de conocer con precisión su influencia en las zonas de interés. Por sus características, hasta ahora, el comportamiento mecánico de estas irregularidades es impredecible. De los últimos 12 años, podríamos seguir enumerando para la ciudad de Puebla y áreas conurbadas, muchos casos que han merecido un tratamiento especial, justificando plenamente los estudios realizados de mecánica de suelos. Es necesario reiterar que esa justificación es válida para todas las obras, recordando que todas son importantes, independientemente de su magnitud, en la medida de que todas representan el patrimonio de nuestros clientes. La zonificación geotécnica propuesta, no pretende evitar la realización de estudios, sino, como antes lo anotamos, debe contribuir a fomentar la ejecución de éstos, para una mejor aplicación de la ingeniería de cimentaciones, vías terrestres y materias afines, evitando ahorros mal entendidos y logrando estructuras seguras y económicas. Debemos recordar que la realización de estudios y proyectos siempre se pagan: adecuadamente en forma previa a la realización de las obras, o incrementando el costo de las mismas por datos supuestos y procedimientos inapropiados cuando no se cuenta con ellos.
Los depósitos y sedimentos aluviales en la influencia y márgenes de los ríos, también han planteado problemas geotécnicos interesantes. A lo largo del río San Francisco, que actualmente entubado constituye el bulevar Héroes del 5 de Mayo, se han detectado espesores de estos materiales hasta de 20 m, obligando en algunos casos al empleo de pilas y pilotes, como la clínica del IMSS sobre la Av. 9 oriente, sobre la margen derecha, y el Centro de Convenciones, en la margen opuesta, a la altura de la Av. 4 oriente. En la influencia del rio Atoyac, durante la construcción del distribuidor vial del Anillo Periférico, en el arco sur, hubo necesidad de modificar el cruce en dos ocasiones, en virtud de la presencia de arenas finas en estado suelto, limpias, de tamaño uniforme, con nivel de aguas freáticas superficiales, que las hacían susceptibles de experimentar fenómenos de licuación.
El presente trabajo de actualización es un segundo paso que parte de la primera propuesta del Dr. Auvinet, que podrán enriquecer las empresas consultoras en geotecnia para contar cada vez con mayor información del área urbana del valle de Puebla. Un tercer paso, que bien podría orientarse a las universidades, sería complementar el trabajo con investigación enfocada a la caracterización de los suelos, es decir, una mejor definición de sus propiedades índice y mecánicas. 7
Este artículo está en proceso de mejora continua, datos adicionales que contribuyan a precisar la carta de zonificación, podrán ser enviados a: mailto:
[email protected] REFERENCIAS Auvinet G., 1976, VIII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos (Tomo II), Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, Guanajuato, Gto. INEGI, 1987, Síntesis Geográfica, Nomenclátor y Anexo Cartográfico del Estado de Puebla. Ingeniería Civil en Desarrollo, S. A. de C. V., 1984-1998, Archivo Particular , Puebla, Pue. PAGIRA, S. A., 1980, Mecánica de Suelos Plaza San Pedro, Puebla, Pue. Ruiz C., 1993, Zonificación Sísmica de la Ciudad de Puebla, Pue. Tesis de m aestría UPAEP-UAM, Puebla, Pue.
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CARTA DE ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA PARA EL ÁREA URBANA DEL VALLE DE PUEBLA
