UNIVERSIDAD AUTóNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

#‘. DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DEL SUELO

MEDIANTE SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL Y SUS

CONSECUENCIAS PARA LA HIDROGEOLOGíA EN LA CUENCA DEL VALLE DE MONTE ALEGRE, AJUSCO,

MÉXICO D. F.

‘RICARDO ALAíN VlLLQN BRACAMONTE

INGENIERíA HIDR0LC)GICA’

CIENCtAS BASICAS E INGENIERíA“

DEPARTAMENTO DE PROCESOS E HIDRÁULICA

I 9 9 6

Casaabataaltiempo

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

Méxiw, D.F. a 26 de Septiembre de 1996.

A QUIEN CORRESPONDA :

Por este conducto me permito informar que el alumno : VILLON BRACAMONTE RICARDO ALAIN con número de matrícula 87330647, finalizi, la licenciatura de Ingenieria Hidrológica que imparte esta institución en la división de C.B.I., cubriendo satisfhctoriamente el requisito de Proyectos terminales I, II, III (calificación de MI3 en cada uno) a las cuales corresponde el presente reporte que tiene la aprobación del asesor directo.

Agdeciendo la atención de lap-, quedo de usted.

Asesor

Ing. Red Morales Luis

Profesor Asociado B

Ingeniería Hidrológica

,

vo. Bo. L

Dr. Leonardo Travkoi Dominguez

Coordinador de la Licenciatura en

Ingeniería Hiblógica

UNIDAD IZTAPAIAPA Av. Michoach y La Purísima, Col. Vicentina, 09340 Mbxico, D.F. Tel.: 724-4600 TELEFAX: (5) 61 2 0885

A MI PADRE :

Por su incondicional apoyo a lo largo de mi formacion profesional, siendo gracias a éI que uno de mis anhelos este hecho realidad.

A MI MADRE :

Por brindarme y enseñarme a dar amor y amistad a todos los seres vivos sobre la tierra.

A MI NOVIA :

Por su tenaz impulso en los momentos de debilidad a través de todos estos afios de estudio, por su amor y sobre todo por su comprensih en los instantes de distanciamiento.

AGRADECIMIENTOS

A la Dra. Birgit Steinich por su ensefianza en el manejo e interpretación de los Sondeos Eléctricos Verticales, al Dr. Luis Marin Stillman por facilitar los . medios necesarios para realizar este trabajo, al Dr. Jorge Arate por su colaboración en la interpretación de los registros eléctricos, a mi asesor el Ing. René Morales Luis por sus consejos y dedicación a mi trabajo y a mis amigos y demás personas que hicieron posible la realización de este trabajo.

1 .- INTRODUCCI~N.

l. 1 .- OBJETIVOS.

1.2.- JUSTIFICACI~N.

1.3.- ANTECEDENTES.

1.3. l. - Geología, geomorfologia e hidrogeologia.

1.3.2.- Clima y Vegetación.

2.- METODOLOGíA.

2.1 .- Estudio Geoeléctrico (Dispositivo Schlumberger).

2. l. 1 .- Aspectos Teóricos.

2.1.2.- Método de Interpretación.

2.1.3.- Limitantes del Sondeo Eléctrico Vertical.

2.2.- Barrenado.

3.- RESULTADOS Y DISCUS16N.

4.- CONCLUSIONES.

5.- LITERATURA CITADA.

6.- ANEXO.

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1

I . INTRODUCCI~N

El presente trabajo consiste en la determinación del espesor de las capas

someras del suelo mediante Sondeos Eléctricos Verticales (SEV), apoyados con

barrenados, en el Valle de Monte Alegre, Ajusco.

La Sierra del Ajusco, se encuentra situada sobre la altiplanicie mexicana y en la

porción austral de la cuenca de México (Fig. 1). Comprende parte de los estados de

Morelos, Edo. de México y Distrito Federal. Los limites de la serranía son : por el Norte,

se extiende hacia los antiguos lagos de Xochimilco y Chalco; por el Sur, llega hasta la

porción septentrional de los valles de Cuemavaca, Yautepec y Cuautla; al Oeste, tiene

como limite la Sierra de las Cruces y al Este, llega hasta el Valle de Amecameca, que lo

separa del Popocatepetl, el cual pertenece a la Sierra Nevada.

Figura 1 Ubicación del Valle de Monte Alegre

La zona de estudio es una subcuenca del valle de Monte Alegre que se localiza

en la parte noroeste de la Sierra del Ajusco, al sur del Distrito Federal (Fig. 1). La cuenca

de Monte Alegre tiene una superficie de aproximadamente cinco kilómetros cuadrados,

2

ubicados entre: 19O13’48” y 19O13’51” latitud norte , 99” 17‘32” y 99O17’36” longitud

oeste (Fig.2).

La determinación del espesor del suelo y de sus caracteristicas físicas es de gran

importancia en la hidrogeología, ya que conociendo los parámetros se obtiene

información sobre las características de transporte o almacenamiento del agua en el

subsuelo. A la fecha no existen estudios geofísicos en esta zona por lo cual resulta de

interés el esfuerzo que se lleva a cabo con este propósito.

Valle “Monte’ Alegre” N

Punro de salida de la Cuenca

O 0.5 1 km ___v___

Figura 2 Ubicación de la zona de estudio dentro del Valle de Monte Alegre

Este trabajo se llevó a cabo en época de estiaje. En esta temporada la zona de

estudio se caracteriza por pequeñas zonas de rezumen en cortes naturales de la zona

(barrancas) y flujos de agua a través de raíces huecas y el suelo (tubificación). La

presencia de fracturas en gran parte del Ajusco beneficia a la conducción del agua, esta

conducción a través de fracturas en el subsuelo se manifiesta determinantemente en

forma de manantiales.

3

1

En inspecciones previas al estudio, se observó que las características del suelo

en el Valle de Monte Alegre varian espacialmente. En la zona de estudio la capa de

suelo alcanza hasta más de tres metros, mientras que en otras partes de la sierra con

pendientes mayores el suelo no llega a más de 30 c m .

Existe un río que corre en la parte baja de la zona de estudio. Durante la

temporada de trabajo, dicho río presentó un bajo caudal comparado con la época de

lluvias (Rivera, 1996). En época de lluvias se pudo apreciar un significativo cambio en

volúmenes de agua en las zonas de rezumen, fracturas y a6n más notable en los

afluentes del río, En varios afluentes se observó un aumento del volumen de conducción

de un litro por segundo hasta más de 12 litros por segundo. Igualmente se incrementó el

número de estos, en consecuencia de ello, el río aumento su caudal considerablemente.

En la parte media del rio existe una presa reguladora controlada por la DGCOH,

en la cual hay obra de toma para el abasto de agua potable a las poblaciones de la

cercanía. Después de dicha estructura hidraulica se puede observar una notable

disminución en el volumen que conduce el río, lo cual indica que existe una gran

infiltración de agua hacia el subsuelo, por lo que es de gran importancia saber si dicho

volumen se transporta a través del suelo o mediante zonas fracturadas existentes en la

zona.

4

I .l. OBJETIVOS

Los objetivos del presente trabajo son :

a).-La determinación del espesor de suelo y de sus estratos mediante :

1- Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) y,

2- Barrenado:

b).-Caracterizar eléctricamente la estratigrafía somera del valle y, particularmente

la zona saturada.

5

J

I .z. JUSTIFICACI~N

Desde mediados de este siglo, se han realizado numerosos estudios del Ajusco

en el campo de la geología, geomorfologia e hidrogeología. Por ejemplo : Bracho, 1947;

Carrefio, 1954; Mosser, (citados por Andrade, 1961), Sidney, 1990; Menard, 1995; De

Cerna, 1995 Todos estos estudios son de carácter parcial y en general se enfocaron a

estudios de geología, geomorfología.

La determinación del espesor de suelo y de los estratos que la conforman, así

como de sus caracteristicas físicas es de relevante importancia para ver las posibilidades

que el medio ofrece para la explotación del agua almacenada o circulante para el abasto

de agua para consumo humano en el mejor de los casos.

6

1.3. ANTECEDENTES

Las condiciones geohidroógicas de la Sierra del Ajusco, se han derivado

directamente de los procesos que intervienen en la formación de las rocas que la

constituyen.

El porcentaje de agua que se infiltra en el flanco Sur es mayor al que escurre,

esto se debe a las características de permeabilidad, porosidad y fracturamiento que

presentan los basaltos, evitando de esta forma el desarrollo de tin sistema definido de

drenaje.

Sin embargo, en las partes bajas de la Sierra, donde las rocas son menos

resistentes a la erosión, se han desarrollado pequeños arroyos que corren en el flanco

Norte de la Sierra del Ajusco, de Sur a Norte. Estos arroyos son el San Lucas, San Juan

de Dios, San Buenaventura y San Gregorio.

Del conjunto de rocas que constituyen esta Sierra, son los basaltos los que tienen

mayor importancia geohidrológica, misma que se debe a su amplia distribución y a sus

características de alta porosidad y de permeabilidad. Las características de

fracturamiento que presentan las corrientes de basalto y su alternancia con materiales

piroclásticos, escorias y tezontle (Andrade, 1961), hacen que esta secuencia volcánica

tenga una gran porosidad y permeabilidad, permitiendo una infiltración del orden del 40

YO con relación a la precipitación (Andrade, 1961).

El agua meteórica de infiltración llega a un antiguo relieve de drenaje que fue

cubierto por los derrames de basalto del Pleistoceno. El agua infiltrada aflora en las

partes bajas de la Sierra en forma de numerosos manantiales que en general coinciden

en su localización con la existencia de antiguos TALWEGS (ríos subterráneos) cubiertos

por basalto. Este antiguo drenaje, en el flanco Sur de la Sierra estaba orientado de Norte

a Sur, y en el flanco Norte, de Sur a Norte y gobierna la circulación general de las aguas

subterráneas (Andrade, 1961). Dentro de estos antiguos cauces subterráneos, existe

7

una zona de saturación de espesor variable en las formaciones aluviales donde fueron

labradas (Andrade, 1961). Esta característica puede aprovecharse en la extracción de

agua subterránea por medio de pozos, en donde a pesar de quedar localizadas en los

flancos de los cauces sepultados, pueden producir un gasto importante. Si la perforación

de referencia se lleva por debajo del contacto que forman el basalto y las formaciones

conglomeráticas, los gastos que se obtendrán serán menores, esta disminución de

gasto, se debe a la compacidad de los conglomerados y a los cementantes arcillosos.

Sin embargo, a pesar de su relativa baja permeabilidad, permiten el flujo lento de las

aguas infiltradas, creando de esta forma, zonas profundas de saturación (el nivel freático

se encuentra a 2500 msnm en promedio, Ortega, 1988).

Uno de los principales indicios que se pueden utilizar en la localización de agua

subterránea, es la existencia de manantiales, los cuales generalmente se localizan en las

partes finales de los derrames de basalto. La presencia de afloramientos paralelos aguas

arriba de un manantial, hace pensar que están limitando un antiguo cauce relleno por los

derrames de basalto. En cambio en otras ocasiones, solo se puede contar con un

afloramiento situado sobre alguno,de los lados del cauce, lo cual indica solamente su

dirección general.

Los métodos geofísicos de exploración, son de gran importancia en la localización

de antiguos Talwegs. En particular los sondeos eléctricos verticales de corriente directa

han demostrado ser una herramienta práctica y de bajo costo en el estudio del

problemas geohidrológicos.

Aunque en general, el problema de almacenamiento y flujo en basalto fracturado

es complejo, en la zona del valle este se encuentra subyaciendo a una capa de

sedimentos saturados poco compactos que puede ser caracterizada eléctricamente. El

contraste eléctrico entre los sedimentos y el basalto fracturado junto con la información

del barrenado somero, nos permitirá conocer la respuesta de la interfase entre estas dos

unidades.

8

1

1.3.1. GEOLOGíA GEOMORFOLOGíA E HlDROGEOLOGíA

La Sierra del Ajusco está constituida principalmente por rocas ígneas y

sedimentarias (Andrade , 1961). Las rocas ígneas de esta zona son extrusivas tales

como: andesitas, basaltos y materiales piroclásticos. Las andesitas, que constituyen el

núcleo principal de esta sierra, fueron originadas por emisiones del Terciario Medio

(Sidney , 1990) . Los basaltos tienen una amplia distribución y presentan variaciones

menores respecto a su cristalinidad. Estas variaciones dependen de la fluidez y rapidez

del enfriamiento de los basaltos y de la cantidad de gases que contenga. El contenido de

gases resulta en mayor o menor cantidad de vesículas. Estas vesículas a su vez podrán

almacenar agua y facilitar el flujo del vital liquido a través de ellas.

Las rocas sedimentarias se encuentran representadas por calizas,

conglomerados, depósitos piroclásticos y aluviones. Las calizas son compactas y

generalmente variables, de color rojizo y se depositan a corta distancia del cono. El lapilli

está formado por pequeños fragmentos de tezontle de color rojizo o negro. Las arenas y

las cenizas son de menor tamaño y por lo mismo, alcanzan grandes distancias. Las

arenas y cenizas están presentes en la zona de estudio en forma de estratos ya sea

solas o mezcladas. Son de gran importancia en la hidrogeología, siendo l a s kena s

grandes almacenadoras de agua. Además permiten un fácil transporte del agua en el

medio.

Desde principios del Terciario, la Sierra del Ajusco a sufrido grandes esfuerzos

tensionales (Sidney White, 1990). Las fracturas principales producidas por los esfuerzos

de tensión fueron acompañadas por fracturas secundarias, originadas por movimientos

horizontales. Los esfuerzos de tensión, resultan probablemente de un levantamiento que

sufrió, en general, la República Mexicana durante el Terciario (Andrade, 1961). Durante

el Plioceno, se originó un mecanismo de afallamiento en bloques, que tuvo lugar a lo

largo de fracturas tensionales orientadas NW - SE. Estas se originaron probablemente

por los movimientos rotacionales que actuaron en el mismo sentido de las manecillas del

reloj y a lo largo de la zona de fracturamiento de Clarión (Menard, 1995: De Cerna,

9

1995). El fracturamiento ocurrido tiene gran importancia en la hidrogeología, ya que a

través de las fracturas generadas el agua circula con mayor facilidad. En varias fracturas

de gran tamaño se puede aprovechar directamente el agua de estas, como es el caso en

la galería filtrante " El Túnel " (Fig. 3). El Túnel presenta fracturamiento en toda su

extensión alcanzando su mayor apertura en la parte terminal y se encuentra ubicado en

la parte alta de la zona de estudio. Esta galería tiene aproximadamente 20 m. de longitud

por 1.40m. de frente, en forma de herradura. La Figura 4 muestra el flujo de agua a

través de una de sus fracturas.

Figura 3 Galeria filtrante " El Tunel "

Los gastos de los manantiales, están en función directa con las áreas de las

cuencas de captación y con las fluctuaciones de cargas piezométricas resultantes de la

infiltración por la precipitación ocurrida en las zonas de recarga. Dichos gastos varían

estacionalmente, siendo mayores con cierto re?raso, después de la temporada de lluvias.

Figura 4 Flujo de agua en fractura

En el flanco Norte de la Sierra del Ajusco existen una gran cantidad de

manantiales, algunos de los cuales afloraban dentro de los lagos de Xochimilco y

Chalco.

El gasto total que producen los manantiales de este flanco es de 3.5 m3 I seg. y

constituye una de las principales fuentes de abastecimiento de agua para la ciudad de

M ~ x ~ c o . (Andrade, 1961)

En el flanco Sur de la Slerra del Ajusco, también existen numerosos manantiales.

los cuales en conjunto presentan un gasto de 5.355 m’ keg. (Andrade, 1961)

Tornando en cuenta las Breas de recarga para los manantiales y las

características del suelo, Andrade Pulido (1961) realizo un balance de las aguas,

resultando un volumen teorico total extraible para las provincias hidrográficas de 30 m3 k e g

11

1.3.2. CLIMA Y VEGETACI~N

El clima en la Sierra del Ajusco vana considerablemente en función de la latitud y

longitud, debido a su topografía. En la salida de la subcuenca se encuentra una estación

climatológica perteneciente a la Dirección General de Construcción y Operación

Hidráulica (DGCOH). Esta estación cuenta con termómetros de máxima y mínima, y un

evaporímetro. Las temperaturas máximas registradas, durante el periodo de este estudio

en dicha estación (noviembre de 1995 a enero de 1996), variaron entre seis a ocho

grados centígrados. Las mínimas entre cuatro y siete grados bajo cero. Debido a estas

temperaturas bajo cero, pueden observarse en la zona de estudio agrietamientos en las

rocas y en el suelo, producidas por la expansión que sufre el agua al congelarse

(Custodio, 1993). La presencia de estos agrietamientos aumenta la permeabilidad en las

rocas.

Según la clasificación de Guillermo Koeppen (Andrade, 1561), el clima en el norte

de la Sierra del Ajusco es templado, de altitud subtropical, con temperatura media

superior a los 16 "C. La temperatura media del mes más frío es superior a los O "C. La

humedad relativa anual, es mayor en los meses de junio a septiembre, siendo los meses

de enero, febrero y marzo los más secos. En la parte sur de la Sierra del Ajusco, el clima

es tropical - lluvioso, con temperatura media mensual de 18 "C durante todos los meses

del año. La estación seca es el invierno. Por otro lado Garcia (1 964) señala que el área

del Ajusco, debido a su altitud (2,800 a 4,000 m.) se clasifica como zona semi - fría en la

que la precipitación aumenta según la altura y tiene un máximo en las crestas superiores,

con una precipitación anual de' más de 1,500 mm. Segcn Garcia el mes más lluvioso es

julio.

La vegetación es propia de las zonas montañosas aledarias al Distrito Federal,

compuesta por bosques mixtos de pinares y encino, pinares puros y oyameles que

representan la vegetación de gran tamatio (Fig. 5). Existen también zacatonales,

arbustos y helechos y en las zonas de descarga del agua (zonas de manantiales, goteo

12

y rezume) existe una variedad de plantas que requieren de una gran cafltidad de agua,

como son las lechuguillas. los helechos y musgos

La deforestaclón tamblen esta presente en la Sierra del Ajusco, así como en

Monte Alegre. La tala de áholes propicia que en dicho suelo los flujos de agua alcancen

mayor velocidad de escurnrnlento y por tanto una mayor erosión del mismo,

disminuyendo con esto el espesor de suelo favorable a la aparición de vida vegetal y a la

infiltración del agua hacia estratos conductores o almacenadores

Para evitar la erosión del suelo debido a la deforestación se han construido fosas

para que, de esta forma, cuando en épocas de lluvia el agua escurra, y al llegar a éstas

pierda energia y disminuya su efecto de erosión.

Figura 5 Vegetaci6n del Valle de Monte Alegre

13

2. METODOLOGíA

Para la realización de este trabajo en el valle de Monte Alegre se llevó a cabo un

sondeo eléctrico vertical (SEV) apoyado con un barrenado. Mediante el SEV podremos

obtener los espesores y resistividades de los diferentes estratos que conforman el suelo

usando un modelo de programación. El barrenado nos sirve de apoyo para la

confirmación de la existencia de una interfase resistiva en el suelo.

14

2.1. ESTUDIO GEOELECTRICO

La zona de estudio esta ubicada entre d os b arrancas que son limitaciones de

topografía. La topografía, de la zona en estudio se muestra en la Fig.. 6.

En la zona de estudio se realizaron 10 sondeos, los cuales fueron distribuidos en

tres líneas paralelas de aproximadamente entre 150 y 200 m. de longitud cada una. En la

primera y segunda linea se realizaron cuatro s0ndeos.y en la tercera línea únicamente

dos por la limitante de la topografía antes mencionada. La separación entre la primera y

segunda línea es de 65.6 m., y. entre la segunda y tercera de 45.0 m.. La distancia entre

puntos de sondeo en cada una de las líneas es de 30.0 m.

Figura 6 Topografía de la zona de estudio

15

LOS Sondeos Electricos Verticales. se realizaron con un equipo Syscal -RI (Fig. 7)

con parametro de Inyección de corriente continua de 12 a 200 voltios, equipado con

cuatro electrodos de acero A L1.N.B y cuatro carretes con cable para el desplazamiento

de los electrodos a lo largo de la linea de sondeo. Los eiectrodos A y B inyectan la

corriente y los electrodos M y N registran la diferencia de potencial.

Figura 7 Syscal - RI

16

2.1 . I . ASPECTOS TEÓRICOS

S e llama sondeo eléctrico a una sene de mediciones de resistividad aparente,

que se efectúan con el mismo tipo de dispositivo y separación creciente entre los

electrodos A y B de emisión de comente directa (CD) y los electrodos de recepción de

potencial generado M y N (fig. 8). Cuando el dispositivo empleado es simétrico (o

asimétrico con un electrodo en el "infinito") y durante la medición permanece fijo el

azirnut del dispositivo y el centro del segmento MN, suele denominarse Sondeo Eléctrico

Vertical o SEV.

A ~ ~~

M N t3

Figura 8 Dispositivo Schlumberger

Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada S E V se representan en una

gráfica logarítmica por medio de una curva en función de las distancias entre electrodos

de corriente. Para que esto sea posible, es necesario que estas distancias puedan

expresarse por una sola variable, pues de lo contrario habría que recurrir a una superficie

y no a una curva. Esta condición puede cumplirse de dos modos : bien por el empleo de

un dispositivo en el que la configuración de electrodos permanezca siempre

geométricamente semejante a sí misma, que es el caso del dispositivo Wenner, bien por

la utilización de dispositivos en los que sólo influya una distancia. Esto último es lo que

ocurre con el dispositivo Schlumberger, en el que la distancia entre los electrodos

receptores (MN) es pequeña comparada con la distancia entre los electrodos que

17

inyectan la corriente en el subsuelo (AB). Experimentalmente se ha encontrado que esta

razón no debe ser mayor a 1/5 de AB.

Cuando se utiliza el dispositivo schlumberger, en la representación gráfica, las

resistividades aparentes pap se colocan en ordenadas, y en abcisas las distancias OA =

AB / 2 . La curva así obtenida, se denomina curva de SEV, curva de campo o curva de

resistividad aparente. El punto de sondeo se le asigna al centro geométrico del arreglo

eléctrico.

La finalidad de un S EV es averiguar la distribución vertical de resistividades y

espesores de las capas bajo el punto sondeado (Orellana, 1982). Los resultados

obtenidos en un S E V en capas que buzan son tolerablemente válidas para ángulos de

hasta 30" (Orellana, 1982).

La resistividad de un suelo depende del material, permeabilidad, contenido de

agua y la calidad de la misma. Una roca con baja permeabilidad presentará una mayor

resistividad que una roca con alta permeabilidad, dependiendo de igual forma de la

calidad del agua que circula a través de ella. En la Tabla 1 se muestran valores de

resistividades para diferentes medios.

Cuando la distancia entre los -electrodos A y B no es muy grande en relación al

espesor de las capas superficiales se estará registrando la resistividad de la capa más

somera y a medida que la distancia AB aumenta se registran las resistividades de las

capas subsecuentes. El esquema del dispositivo Schlumberger se muestra en la Figura

8.

Cuando se inyecta corriente en el subsuelo se forma un campo eléctrico y a

medida que el campo atraviesa las diferentes estratos, las líneas del campo sufren una

deflexión debida a diferencia en la resistencia eléctrica (o impedancia) y espesores de

los estratos. En la Figura 9 se muestra esta deflexibn para dos estratos siendo la

resistividad de la primera capa mayor al de la segunda (p, > pz).

18

~ X Z E y margas I

10- 100 -1 I

50 - 300 1

Tabla 1 Valores de resistividades de algunos materiales en ohms - m (Custodio, 1993)

A partir de las variaciones en el flujo de corriente que se manifiestan en

variaciones del potencial eléctrico medido en MN, es posible asignar un valor de

resistividad que corresponde a la abertura electródica AB / 2.

Las. curvas de resistividad aparente (CRA) representan gráficamente, en escala

logaritmica, la solución del problema directo, así dado un corte geoeléctrico, expresa la

sene de valores de la resistividad aparente que se obtendrán con un dispositivo

electródico determinado (Schlumberger) de longitud creciente, situado sobre el corte

19

Pz

- Figura 9 Deftexi6n de las líneas del campo eléctrico

La resistividad aparente para el dispositivo Schlumberger viene denotada p ~ r :

Donde :

pap = Resistividad aparente

E = Campo eléctrico.

r = Distancia del punto de observación M al electrodo A

I = Corriente

20

Haciendo un ligero cambio de notación e introduciendo la ecuación de Bessel de

primera especie y orden uno obtenemos ¡a siguiente expresión para la resistividad

aparente :

Donde

N, = Función característica

J l (h r) = Función de Bessel de primera especie y orden uno

El desarrollo de esta integral es complicada y requiere de un programa de

computadora para su solución, de este modo los cálculos pueden efectuarse en un corto

tiempo, y es por esto que se emplea las ecuaciones de Koefoed (1979) que son

expresiones recursivas que se emplean para la solución. Una vez programadas las

ecuaciones se requiere de un modelo inicial para que se inicie el proceso iterativo.

La función característica (Nn) incluye la solución fundamental y se expresa como

función de los factores de reflexión K y de exponenciales de los espesores de cada

estrato que conforma el suelo. Estos últimos conocidos parcialmente mediante un

barrenado.

Las ecuaciones empleadas (Koefoed, 1979) se presentan a continuación :

21

Donde :

Ti = Transformada de la resistividad de Koefoed.

f = Coeficiente de los filtros

= Abcisa del punto de salida de la función (m,resistividad aparente)

yo = Abcisa del punto de entrada de la función (m,transformada de la resistividad).

K = Función característica

pi = Resistividad aparente en el punto i (ohms - m).

22

2.1.2. METODO DE INTERPRETACIóN

El método de interpretación a usar es el de una modelación directa por medio de

un paquete de programación diseiiado por Steinich (1993), en dicho modelo se ajusta

una curva teórica a la de campo, mediante la utilización de las ecuaciones anteriormente

descritas.

El cálculo de las resistividades y espesores de los estratos que conforman el

suelo, se realiza siguiendo el método descrito por Koefoed (1979). Este método consiste

en la conversión de la curva de campo, que se obtuvo en el sondeo, en la transformada

de resistividad “Ti”, mediante una convolución con un filtro ’‘f’ elegido convenientemente,

para simular la resistencia del suelo. Para nuestro caso dicho filtro fue introducido por

Ghosh (1970).

Una vez concluida la modelación se procede a comparar los resultados de los

espesores con los obtenidos mediante el barrenado para una buena interpretación, ya

que el S E V diferencia capas que presenten resistividades significativas.

23

2.1.3. LIMITANTES DEL SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL

Dentro de las principales limitantes para la realización del sondeo elkctrico vertical

tenemos :

- Para que se distingan dos terrenos es necesario que sus resistividades sean

diferentes.

- Las resistividades no caracterizan unívocamente los materiales litológicos, pero

están ligadas a su naturaleza, estado e inhibición de agua y calidad de la misma.

- La exactitud de la interpretación de los sondeos eléctricos puede ser algo

inferior al cinco por ciento , en circunstancias muy favorables. En circunstancias

normales será inferior al diez por ciento. En circunstancias desfavorables

(heterogeneidad, anisotropía, buzamientos superiores al 20 YO) puede ser superior al 20

% o mayor.

- Para distinguir una capa en profundidad es necesario que exista contraste entre

su resistividad y de las capas que la limitan.

-El sondeo eléctrico da una interpretación media de una zona, tanto más amplia

cuanto mayor sea la línea de emisión con la que está relacionada.

- La profundidad de interpretación depende de la línea de emisión y del contraste

resistivo de las capas. A mayor contraste, mayor profundidad de interpretacibn para la

misma línea de emisión, sin olvidar que, a estos efectos, es más favorable cuando la

capa inferior es de menor resistividad.

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2.2. BARRENADO

Para realizar el barrenado se empleó una barrena manual de 1.5 pulg. (3.81 cm.)

de diámetro con dispositivos de conexión de 1.5 m. de largo con un total de seis metros.

En la zona de estudio se empleó únicamente una conexión alcanzando con esto una

profundidad total de tres metros. Pudiendo observarse después de esta profundidad una

gran resistencia a la penetración de la barrena por la existencia de grava lo que impidió

un mayor avance.

Se tomaron muestras cada 0.35 m. de perforación, para observar donde se

realizaba el cambio en las características del suelo (un nuevo estrato), para después

realizar el corte vertical en el punto.

El número total de puntos de barrenado fue de 10 y se hicieron en el mismo lugar

donde se realizó cada SEV. Esto con la finalidad de proporcionar los espesores de por lo

menos las primeras capas del suelo en el punto.

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3. RESULTADOS Y DlSCUSlÓN

En el cuarto punto de sondeo de la primera linea. se puede advertir la presencia

de material duro a 0.9 m. de profundidad (Fig. I O ) . Se realizó otra perforación a uno o

dos metros de álstancia del punto original, lográndose una mayor penetración con lo que

se advierte al hacer una comparación con el primer punto la presencia de pequeñas

rocas en el suelo

Figura 10 Presencia de material duro

Los valores de los espesores de los estratos de la zona de estudio medidos

mediante un barrenado, se muestran en la Tabla dos, tres y cuatro

En la Tabla dos podemos apreciar claramente la inexistencia del estrato de tierra

negra en el punto cuatro, por lo que se puede decir que esta capa podría haber

26

desaparecido por causas tal vez de erosión o debido a que el punto cuatro se encuentra

en un extremo de la zona de estudio que da hacia una de las barrancas, lo cual produce

una pendiente, que en época de lluvias permite que el agua que escurre alcance

velocidades suficientes para arrastrar las partículas que conforman el suelo o de una de

las glaciaciones sufridas en la Sierra del Ajusco por la formación de hielo y

desplazamiento de las mismas, durante el deshielo produciendo por consiguiente el

arrastre del suelo, lo que se le conoce con el nombre de morrenas.

Tabla 2 Espesores y características de los estratos de la línea 1 en m

3.00 I 2.4 II

Tabla 3 Espesores y características de los estratos de la linea 2 en m

27

Toba + granos de 0.05

- 1 Prof. Total 2.4 2.45 1

Tabla 4 Espesores y características de los estratos de la línea 3 en m

Los resultados de la modelación se muestran en las gráficas de la uno a la diez, y

los perfiles respectivos de los cortes mediante barrenado en el anexo de este trabajo.

Con los valores resultantes del SEV se trazaron los perfiles para cada línea

(líneas de isoresistividad), los cuales se muestran en las gráficas de la 11 a la 13.

También se trazaron las isolineas para los cortes con barrenado, las cuales se muestran

en las gráficas de la 14 a la 16.

De igual forma hicieron gráficas que conjuntaran tanto al barrenado como a los

sondeos realizados, estas se muestran en las gráficas de la 17 a la 19. En ellos

podemos apreciar que mediante el barrenado se identificaron hasta siete capas

alternadas de diferentes materiales, mientras que con el sondeo únicamente se identificó

un máximo de tres capas. Esto no indica que alguno de los trabajos realizados este mal

o que entren en contradicción, lo que ocurre es que los sondeos identifican capas o

estratos en los cuales exista una diferencia significativa en SUS resistividades.

La diferencia entre algunos de los estratos obtenidos mediante el barrenado es

muy poca significativa, como por ejemplo el cambio de suelo negro a una mezcla de

suelo negro y café. Esta diferencia es poca por lo que el sondeo la toma como una sola

capa o estrato.

28

Comparando los valores de la profundidad en la cual se manifiesta un cambio en

la resistividad del suelo en las tres líneas de sondeo realizadas, podernos apreciar que la

composición del suelo es casi la misma. En la primera línea (superior) el cambio de

resistividad se da en un suelo predominantemente negro de origen orgánico con poca

presencia de suelo café, mientras que en la segunda línea (en medio) el cambio en la

resistividad se da en un suelo caf6, y en la tercera línea (abajo) el cambio se da en tierra

café en un punto y en toba en el otro.

Teniendo en cuenta estas observaciones podemos decir que el plano imaginario

formado por las resistividades (isolíneas de resistividad) concuerdan bien con el

barrenado efectuado en la zona de estudio.

Por otro lado observando las resistividades respectivas a cada estrato en todos

los puntos sondeados se puede apreciar claramente que entre la penúltima y la última

capa existe una diferencia notable en cuanto a sus resistividades. Además teniendo en

cuenta la geología de la zona (se sabe que el suelo puede ser subyacente a roca

fracturada) podemos decir que la última capa o estrato es conductora o almacenadora,

ya sea esta fonnada por un estrato permeable de suelo o por roca fracturada y que

además esta empieza a una profundidad promedio de siete a ocho m.

De haberse realizado el sondeo con un valor de AB mayor para obtener una

mayor caracterización de la profundidad se pueden suponer dos casos probables de

ocurrencia en la modelación. El primero es suponer que la curva del modelo tienda a

subir a cierta distancia de AB/2, lo cual nos estaría indicando que la capa que sigue a la

capa conductora seria de roca sólida ya que la resistividad de la misma es mayor. El

segundo caso sería que la cuwa siga su tendencia declinativa, lo cual nos diría que la

capa conductora sería un medio fracturado, pero al final tendería subir nuevamente ya

que a profundidades mayores lo mas probable es que se encuentre con roca sólida

nuevamente.

29

:t

I

i

I O 0

Grafica 1 Curva modelo del punto Ajusco1

30

11po 0 datos de cal

modelo

Grafica 2 Curva modelo del punto Ajusco2

3 1

c- !

i: * * m i:

c

Grafica 3 Curva modelo del punto Ajusco3

32

i I

e e r

e, e

e datos de c a m p o

* modelo

I ( ) ( ) ,O "

I

e

*e

Grafica 4 Curva modelo del punto Ajusco4

33

1 1 \ '

I 1 o

Grafica 5 Curva modelo del punto Ajusco5

Datos d c calnpo y modelo del registro ajusco6

Grafica 6 Curva modelo del punto A4jusco6

35

I (1

( I ¿I

I ( ) ( ) ( ) ( ) , ( )

1000.0

e datos de campo

I t

Grafica 7 Curva modelo del punto Ajusco7

36

1 0 0 0 . 0 - i -r I

I

1, [ , ¡ I

I .7

7 . 1

Grafica 8 Curva modelo del punto Ajusco8

37

.

Datos de campo y 1nodc.1o del registro ajusco9

('I1

Grafica 9 Curva modelo del punto Ajusco9

38

Datos de campo y modelo del registro ajuscol0

1

a *

e "

e datos de caxqpo

.): modelo * e

I

I t

I

I

i t

:): *

Grafica 1 O Curva modelo del punto Ajusco 1 O

39

I-"

_J

LL oc LLI CL > w c/>

I

G

G O m m

O a, E

I I 0

G

c

G o r. O

G O

" 2

Grafica 12 Lineas de isorresistividad de la linea 2 con SEV

41

"" ____

U K i L J a > LL] c/>

I G O O m

G

r- i

3 " F v

. _ o n co

Grafica 13 Lineas de isorresistividad de la linea 3 con SEV

12

O o

c o

t- I=

I" c

*

m o

Grafica 14 Perfil del suelo de la linea 1 con barrenado

I i

m c_ L

Grafica 15 Perfil del suelo de la linea 2 con barrenado

41

1

1 .

P !-

c c

i t- O

\ i

i -i

Grafica 16 Perfil del suelo de la linea 3 con barrenado

45

C O o

G O O u3 m O

G

G

Grafica 17 Puntos de SEV y barrenado de la linea 1

L

c

..- u? O

G 0 L-7 r-

G

7

. e * o .. .

8 0 . ." e

sl (=I O I T ) M

G

O -10 c c

T-"

G

Grafica 18 Puntos de SEV y barrenado de la linea 2

O O G N

G G

O

G O O

c3 OLD

G O O m

m o

o GO

-2

I / o

-~ ~" ~.

Grafica 19 Puntos de SEV y barrenado de la linea 3

18

5. CONCLUSIONES

Con base en los análisis de los resultados del capitulo anterior, se puede concluir

con las siguientes aseveraciones :

- La capa conductora puede ser un estrato que conforma el suelo y puedp estar

funcionando como almacenadora o manteniendo un flujo a travks de ella.

- La capa conductora puede ser un medio fracturado y al igual que la anterior

puede almacenar o conducir un flujo.

- La capa conductora se encuentra a una profundidad promedio de entre siete y

ocho metros obtenibndose este valor apartir de los SEV.

- La determinación de la profundidad a la cual se encuentra la capa conductora

servirá para estudios posteriores en los que se tenga el interés de ver si se puede de ella

obtener un volumen de agua aprovechable.

- El número de estratos determinados mediante barrenado oscilan entre cinco y

seis capas.

- El número de estratos determinados mediante sondeo eléctrico vertical es de

dos a tres capas eléctricamente diferenciables.

- La diferencia en el número decapas determinadas por barrenado y SEV se

deben a que la segunda reconoce únicamente las capas que poseen una marcada

diferencia en su resistividad.

49

6. LITERATURA CITADA

- Orellana Ernesto, 1972; " Prospección Geoeléctrica en Corriente Continua " , Segunda

Edición; Paraninfo, Madrid, España; 473 pg.

- Koefoed Otto, 1979; " Geosounding Principles. Resistivity Sounding Measurements 'I,

Primera Edición; Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdan, The Netherlands; 276 pg.

- Custodio Emilio, 1993; " Hidrología Subterránea ' I , Tomo 2, Segunda Edición: Omega,

Barcelona, España; pg.

- Dobrin Milton M., 1975; " Introducción a la prospección Geofísica ", Tercera Edición;

Omega S.A., Barcelona, España; 473 pg.

- Kearey Philip & Brooks Michel, 1991; I' An Introduction to Geophysical Exploration ",

Segunda Edición; Blackweil Scientific Publications, Oxford, (J.S.A.; 254 pg.

- Rivera C. Mario, 1996; "Determinación de Métodos de Aforo en la Zona Montañosa del

Valle de Monte Alegre, Ajusco, México, D.F.; Proyecto Terminal de Licenciatura en

Ingeniería Hidrológica, D.C.B.I.; UAM Iztapalapa, México..

- Steinich, 1993. Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México.

Area de Recursos Naturales.

- Mosser, 1957; "Los Ciclos de Vulcanismo que Formaron la Cuenca de México";

International Geology Congres X X ; México, D.F. Sección 1 : 337-348..

- Andrade Pulido J., 1961; "Las Condiciones Geohidrológicas Generales de la Sierra del

Ajusco"; Tesis.

- Sidney E, White, 1990; "El Ajusco: Geomorfología Volcánica y Acontecimientos

Glaciales Durante el Pleistoceno Superior y Comparación con las Series Glaciales

50

Mexicanas y la de Las Montañas Rocallosas", Primeva Edición; Instituto Nacional de

Antropología e Historia; México, D.F.; 77 pg.

- Morales Luis René, 1996; "Estudio Hidrogeológico del Valle de Monte Alegre, Ajusco;

Tesis de Maestría; Colegio de Postgraduados en Ciencias Agrícolas, Montecillo Edo. de

México, México.

51

6 ANEXO

52

Perfil Ajuscol

O. O

1.4

1.8

__ ". - r 1 1 i

""

.. "- __ __ ____

7'

i i

I

l. L " _ _ _ _ ~ "" ""2

Grafica 20 Perfil del suelo con barrenado en el punto 1, linea 1

2.41

2.72

3.00

Suelo negro de origen orgrinico

Suelo cafk

Toba

Macla de toba con arena fina

Escala 3 : 1

I

L""

o. o0

0. 70

1 .o5

1.40

1.80

2.26

2.56

3.00

%.

Perfil AjuscoZ

"

Suelo negro de origen org!linico

Suelo caf6

Arena fina

Toba

Mezcla de toba con atena fina

Escala 3 : d

Grafica 2 1 Perfil del suelo con barrenado en el punto 2, linea 1

Perfil Ajusco3

0.00

1.40

B .80

2.10

L 1 ""

Suelo negro de origen or-pinko

Mac la de suelo negro y café

Suelo café

'loba

Mu,cI.cla de suelo café y arena

Escala 3 : 1

2 -.____-- _____ -___

Grafica 22 Perfil del suelo con barrenado en el punto 3, linea 1

I11

Perfil Ajuscs4

0.00

O. 70

1 .O5

P .40

1 .SO

2.10

2.40

Suelo n q r o de onipcn orghnico

Suelo cask

Suelo cask arenoso

Toba

Toba con fragmentos de roca

Escala 3 : 1

' ! / / I !

" ~ _J

" " - "______

Grafica 23 Perfil del suelo con barrenado en el punto 4 . linea 1

IV

0.00

O. 70

1 .O5

1.40

1.8Q

2.03

2.32

Perfil AjuscoS

Suelo negro de origen o!-ghnico

Mwxla de suelo negro y café

Arena anlarilla

Escala 3 : 1

Grafica 21 Perfil del suelo con barrenado en el punto l. linea 2

PerfiI Ajusco6

0.00

0.35

O. 70

1.40

2.10

2.30 2.45

I

Suelo negro de origen orghica

Suelo café

Suelo n q r o arenosa

Arena cart!

Tuba

Escala 3 : 'I

/ i I 1 - 1 __- "____ -

Grafica 25 Perfil del suelo con barrenado en el punto 2, linea 2

VI

L

Perfil Ajuseo7

0.00

0.35

1 .O5

1.75 1.86

Suelo negro de origen orghniro

Suelo café amnoso

Arena caK

'loba con grava

Escala 3 : 1

Perfil Ajusco8

Suelo cafk

r 1 Suelo café arenoso

Escala 3 : II

Grafica 27 Perfil del suelo con barrenado en el punto 4, linea 2

VI11

Perfil Ajusco9

Suelo negro de origen orghico

1.40

1.80

2.10

2.40

SUCIO cafd

Toba con fragmentos de roca

Escala 3 : 1

Grafica 28 Perfil del suelo con barrenado en el punto 1, linea 3 "___

- _.___

IX

0.00

0. 70

1 .O5

1.80

2.10

2.40

2.45

Mwxla de suelo negro y café

Suelo negro arenoso

Arena fina

Escala 3 : 1

Grafica 29 Perfil del suelo con barrenado en el punto 2. linea 3