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Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana
versión impresa ISSN 1405-3322
Bol. Soc. Geol. Mex vol.58 no.2 Ciudad de México ago. 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.
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Recibido: 15 de Noviembre de 2006; Revisado: 08 de Enero de 2007; Aprobado: 01 de Febrero de 2007
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