Metodología y geología aplicada en la exploración del proyecto hidroeléctrico boca del cerro

ACADEMIA MEXICANA DE INGENIERÍA cáa

METODOLOGÍA Y GEOLOGÍA APLICADA EN LA

EXPLORACIÓN DEL

PROYECTO HIDROELÉCTRICO BOCA DEL CERRO,

RÍO USUMA CINTA, TABASCO.

Trabajo que para ingresar a la Academia Mexicana de Ingeniería

presenta Leovigildo Javier Cepeda Dávila

Jefe del Departamento de Geología Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil

Comisión Federal de Electricidad

Ciudad de México, D. F., 8 de noviembre del año 2001

INDICE

Página

RESUMEN

1.- INTRODUCCIÓN.

1.1.- LOCALIZACIÓN Y VÍAS DE ACCESO (Figura 1) 1 1.2.- OBJETIVOS DEL ESTUDIO. 2 1.3.- ANTECEDENTES (Figura 2) 2

II.- GEOLOGÍA REGIONAL. 4

11.1.- FISIOGRAFÍA (Figura 3) 4 11.2.- HIDROGRAFIA (Figura 4) 5

11.3.- ESTRATIGRAFÍA (Figuras 5 y 6) 6 11.3.1 .- FORMACIÓN SIERRA MADRE. 8 11.3.2.- FORMACIÓN BOCA DEL CERRO (Ksb) 8 11.3.3.- FORMACIÓN TENOSIQUE (Tpt) 9 11.3.4.- FORMACIÓN TULIJÁ (Tmt) 9 11.3.5.- CONGLOMERADOS Y ARENISCAS (QcgI - ar) 10 11.3.6.- TRAVERTINO (Qtr) 10 11.3.7.- DEPÓSITOS DE TALUD (Qt) 10 11.3.8.- DEPÓSITOS DE ALUVIÓN (Qal) 10 11.3.9.- SUELOS. 10

11.4.- MARCO TECTÓNICO Y GEOLOGÍA ESTRUCTURAL (Figura 7) 11 11.5.- SISMICIDAD. 12

11.6.- GEOHIDROLOGÍA. 12 11.6.1.- CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA SUPERFICIAL 12 11.6.2.- HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA. 13 11.6.3.- HIDROGEOQUÍMICA. 21 11.6.4.- FUNCIONAMIENTO GEOHIDROLÓGICO. 22

III.- GEOLOGÍA Y EXPLORACIONES EN LA ALTERNATIVA III. 24

111.1.- GEOLOGÍA (Figura 17) 25 111.2.- EXPLORACIONES REALIZADAS. 26 111.3.- CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO. 27

111.4.- GEOLOGÍA APLICADA A LAS OBRAS (Figuras 19, 20 y 21) 29 111.4.1.- CORTINA. 29 111.4.2.- CANAL DE LLAMADA DE LA OBRA DE TOMA. 30

111.4.3.- CASA DE MÁQUINAS. 30 111.4.4.- CANAL DE DESFOGUE DE LA OBRA DE GENERACIÓN. 31 111.4.5.- CANAL DE LLAMADA DEL VERTEDOR. 31 111.4.6.- CIMACIO DEL VERTEDOR. 31 111.4.7.- CANAL DE SALIDA DEL VERTEDOR. 32

111.5.- BANCOS DE MATERIALES (Figura 22) 32 111.5.1.- ENROCAMIENTO. 32

IV.- ALTERNATIVA SANTA MARGARITA. 35

LOCALIZACIÓN (Figura 23) 35 EXPLORACIONES REALIZADAS. 36 GEOMORFOLOGIA (Fi9uras 24y 25) 37

IVA.- EXPLORACION GEOLOGICA Y GEOFISICA 37 IV.5.- PRINCIPALES PROBLEMAS GEOLÓGICOS DEL SITIO. 38

V.- ALTERNATIVA L 40

LOCALIZACIÓN (Figura 26) 40 EXPLORACIONES REALIZADAS. 40 GEOMORFOLOGIA (Figuras 27 y 28) 41 GEOLOGIA ESTRUCTURAL Y PROBABLE ORIGEN DEL CAÑÓN BOCA DEL CERRO. 42 GEOHIDROLOGÍA. 43 PRINCIPALES PROBLEMAS Y DIFICULTADES DEL SITIO. 43

VI.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 45

VIII.- APÉNDICE. 48

VIII.1.- PRUEBAS DE INYECTABILIDAD. 48 VIII.2.- PRUEBAS DE INTEMPERISMO ACELERADO. 50 VIII.3.- PRUEBAS DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR Y CONO DINÁMICO. 50 VIII.4.- ENSAYES EN EL LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS. 51

VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 54

P.H. BOCA DEL CERRO, TAB.

1.- INTRODUCCIÓN

1.1. - LOCALIZACIÓN Y VÍAS DE ACCESO (Figura 1)

El proyecto hidroeléctrico Boca del Cerro se localiza en el Río Usumacinta, dentro del Municipio de

Tenosique, en el Estado de Tabasco, entre las coordenadas 17°15' y 17°30' de Latitud Norte y 91°20'

y 91°40' de Longitud Oeste. El sitio de cortina más viable (Alternativa III) se ubica a 8 Km al SW de

Tenosique, 5Km al N del límite entre los estados de Tabasco y Chiapas y a 28 Km al NNW de la

frontera con la República de Guatemala.

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El área se encuentra comunicada por la carretera federal 186 que une las ciudades de Villahermosa y

Chetumal; en Escárcega parte la carretera 261 que en Champotón se enlaza con la No.180, que

conduce a Campeche, Mérida, y Cancún. En el kilómetro 138 de la primera vía mencionada se

desprende un ramal que lleva a Emiliano Zapata, Arena de Hidalgo y Tenosique; 8 kilómetros antes

de esta última población se atraviesa el puente carretero y del ferrocarril sobre el Río Usumacinta, en

donde comienza la zona de influencia del proyecto. El recorrido de Villahermosa a Tenosique es de

210 Km y dura alrededor de 2:45 horas.

El aeropuerto más cercano es el de Villahermosa, que tiene vuelos comerciales a la Ciudad de

México y otras poblaciones de importancia; el vuelo entre ambas ciudades es de 1 :20h. Tenosique

tiene además una pista pavimentada para aviones pequeños y la estación de ferrocarril que enlaza a

Coatzacoalcos con Campeche.

1.2.-OBJETIVO DEL ESTUDIO

Para aprovechar el caudal del Río Usumacinta la Comisión Federal de Electricidad (CFE) pretende

construir una central hidroeléctrica en el sitio donde éste abandona la montaña para entrar en la

planicie del Golfo de México. Ello ayudaría a resolver los problemas de energía en el sureste del país,

en particular de la Península de Yucatán.

Con estudios interdisciplinarios de ingeniería se aplicaron actividades de geología, geofísica,

topografía, geohidrología, sismotectónica y geotecnia, acompañados de métodos directos de

exploración, como perforaciones con recuperación de núcleo y excavaciones, para determinar la

factibilidad de dicho proyecto.

1.3. - ANTECEDENTES (Figura 2)

CFE inició en el año de 1965 los primeros estudios de la cuenca del Río Usumacinta, mismos que

finalizaron en 1968 y que implicaron tres diferentes sitios que, de sur a norte, se denominaron

Alternativas 1 y II, en la parte más angosta del cañón, dentro de las calizas de la Formación Boca del

Cerro, y aguas abajo a la salida y parte más ancha del cañón, en la Alternativa III, sobre las calizas

cretosas y margas de la Formación Tenosique. Los resultados de los estudios se consignan en el

"Informe geológico de Boca del Cerro" (Soto Pineda, 1968).

En 1980-1982 CFE llevó a cabo una segunda etapa exploratoria como consecuencia de acuerdos

sostenidos entre los gobiernos de México y Guatemala, con el fin de localizar otros sitios favorables

91


sobre el Río Usumacinta en el tramo comprendido entre Boca del Cerro y el poblado de Frontera

Echeverría. El primer sitio, denominado La Línea, se ubica a unos 500m aguas abajo de la

confluencia de dicho río con el Chocoihá y aproximadamente a 1 Km al sur del vértice Usumacinta,

que marca el límite entre ambos países. Como resultado de las exploraciones directas y de los

estudios geológicos y geofísicos se determinó que, debido a las condiciones de la roca, en su

mayoría cárstica, y al bajo nivel de las aguas subterráneas de la zona, no se podía asegurar la

estanqueldad requerida para garantizar el cierre hidráulico del embalse. Después se estudiaron con

geología y geofísica los sitios Porvenir, Desempeño y Yaxchilán, situados progresivamente hacia

aguas arriba, encontrándose que los dos últimos presentan mejores condiciones de cierre hidráulico y

recomendándose continuar con estudios de más detalle (Arvizu y Dávila, 1987).

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CHOCOLHA

Figura 2. Ubicación de alternativas para P. H. en el Río Usumacinta.

La tercera etapa de estudios se inició en el segundo semestre de 1989, en el tramo que comprende la

salida del Cañón Boca del Cerro, y tuvo como propósito definir la factibilidad geológica para el

esquema actual de la obra en la Alternativa III (CFE.,1990). Debido a las condiciones poco favorables

de permeabilidad y calidad de roca en ese sitio, en el segundo semestre de 1991 continuó la

exploración geológica a nivel prefactibilidad en las alternativas 1 y Santa Margarita, para efectuar una

comparación técnico-económica entre las tres y seleccionar el sitio más viable para la construcción de

la cortina.

3


II.- GEOLOGÍA REGIONAL

11.1.- FISIOGRAFÍA (Figura 3)

La región se ubica en la provincia fisiográfica de las Montañas de Oriente, cerca de su límite norte

con la Planicie Costera del Golfo de México. Presenta un relieve montañoso con elevaciones bajas

que varían de 30 a 350 msnm, aumentando hacia el sur hasta 700 msnm, con orientaciones

preferenciales WNW-ESE y separadas por valles amplios. Tanto las montañas como los valles

corresponden a estructuras geológicas (anticlinales y sinclinales o fallas).

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Figura 3. Fisiografía del sureste de México

En la cuenca del Río Usumacinta se ha desarrollado una topografía cárstica en gran parte de las

estructuras plegadas y falladas, principalmente sobre las rocas calcáreas de la Formación Boca del

Cerro.

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11.2.- HIDROGRAFÍA (Figura 4)

El Río Usumacinta es el dren principal de la cuenca, constituyendo el nivel base de erosión. Es un río

navegable casi en su totalidad, a excepción de algunos rápidos o raudales, indicando una etapa de

juventud tardía a madurez temprana. Tiene su origen en el Departamento de Huehuetenango en la

República de Guatemala y en los Altos de Chiapas, en México. Se forma con la unión de los ríos La

Pasión y Chixoy, tiene una longitud estimada de 662 Km y una parte sirve de límite internacional

hasta el paralelo 17 0 15'.

Su cuenca es bastante amplia, con una extensión de alrededor de 53 700 Km 2 , de los cuales el 43%

se encuentra en México. Es el más caudaloso del país, registrando en la estación hidrométrica Boca

del Cerro, para el período de 1982 a 5

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Figura 4 -

El P.H. Boca del Cerro constituye el

primer aprovechamiento de 30 sitios propuestos en la cuenca del Río Usumacinta con posibilidades

de realizarse, ya que en varios estrechamientos presenta características topográfica favorables para

la construcción de una obra de generación. Los 3 608 GWh/año que se obtendrían en la alternativa

nacional se incrementarían a 10 130 GWh/año de celebrarse un convenio de proyecto con

Guatemala, para elevar la cortina en territorio mexicano y que el embalse se aloje en ambos países.

lá

1992, un escurrimiento medio anual

de 60 564 millones de metros cúbicos,

con un máximo mensual en octubre

de 9 666 713 m3 y un mínimo en abril

de 1 811 576 m 3 . Su caudal medio

mensual es de 1 910.8 m 3/s, con un

máximo de 3 610 m 31s en octubre y

un mínimo de 656.2 m 3/s en mayo,

para el mismo período. Sin embargo,

el 20 de mayo de 1987 se registró un

mínimo de 392 m 3/s y el 15 de octubre

de 1982, un máximo de 7 279 m 3/s.

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11.3.- ESTRATIGRAFÍA (Figuras 5 y 6)

A continuación se describe brevemente la secuencia de rocas que afloran en el área, mientras que en

la Figura 5 se muestra la relación estratigráfica que guardan entre sí y en la Figura 6, su distribución

geográfica.

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Travertiio Roca calcarea producto de la precipdacion quimica de los carbonatos,

Depósdos de gravas. arena& fimos yarctlas con algunos horizontes dcongomeradospolirnicliiicos

, ......

Formación Tulijá: Sedimentos consfituidos por areniscas calcáreas y coquirian sin compacidad.

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A Calizas dolomitizadas. redistalizadas. con grano grueso, textura brechoide, porosas. densas. duras y compactas, alteradas con arcillas. margas y cretas,

blanquecinas, porosas, pulverulentas, margas. creta. atcillas con brecha intraformacionales.

Caliza dolomitica: Estratos medianos a gruesos intercalados con estratosr Kb1I , de caliza brechoide con clastos dolomitícos y quiebres arcillosos,

Breclra calcárea: lntraforniacional de estrahficación mediana a masiva - con intercalación de caliza dolomitica y caliza de grano fino quiebres arcillosos y presencia de yesos anhidritas.

- Ksrn Constatada por calizas densas, compactas de grano lino en estratos medianos a delgados.

Figura 5. Columna Estratigráfica del P.H. Boca del Cerro, Tabasco

11


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Figura 6. Geología Regional, P. H. Boca del Cerro, Tabasco

7


CRETÁCICO INFERIOR Y MEDIO

11.3.1.- FORMACIÓN SIERRA MADRE (Ksm)

Constituye la unidad más antigua que aflora en la región y se le observa sólo en dos sitios del río

Usumacinta: en el núcleo del anticlinal Boca del Cerro, donde está expuesto un espesor de 60 m y en

el área del raudal de San Joseíto, donde aparece únicamente en época de estiaje. Consiste en una

caliza pura de grano fino, de color gris claro, en estratos de 5 a 30 cm, y es una roca densa, dura y

compacta. Su contenido fosilífero, determinado en el Instituto Mexicano del Petróleo, está constituido

por Orbitolina, sp., Spiroculina , sp., Nummoloculina heimi, Thaumatoporella, sp, que señalan una fauna

bentónica de edad Aptiano- Cenomaniano (Arvizu y Dávila, op.cit.).

CRETÁCICO SUPERIOR

11.3.2.- FORMACIÓN BOCA DEL CERRO (Ksb)

Se ubica en el cañón y los flancos del anticlinal del mismo nombre y en los núcleos y flancos de los

anticlinales aledaños; está constituida generalmente por brechas calcáreas intraformacionales y

calizas dolomíticas de grano medio. Durham (1980) le asignó una edad Campaniano -

Maestrichtiano, basándose en los foraminíferos Dicyclina schIumbergeri Praerhapidionina,

sp.,Smoutina, sp., Pulleroides, sp. y Nummoloculina heimi. Para fines prácticos se dividió en dos

unidades con características litológicas diferentes:

UNIDAD INFERIOR (Ksb III)

Aflora en los anticlinales Boca del Cerro, Santa Margarita y La Línea. Consiste en una brecha

intraformacional masiva, con fragmentos de caliza pura, en ocasiones con estratos de caliza de

grano medio, de 0.40 a 1.00 m de espesor, algunas veces dolomitizados, con carsticidad que se

acentúa cuando el cementante es calcáreo. En la cima se intercala con calizas puras, de grano fino,

de color pardo y estratos de 0.10 a 0.30 m de espesor con desarrollo de carsticidad; contiene,

además, yesos y anhidritas.

UNIDAD SUPERIOR (Ksb II)

Aflora en ambos flancos del Anticlinal Boca del Cerro, así como en los anticlinales Santa Margarita,

La Rana, La Línea y en el poblado de Francisco 1. Madero, entre otros sitios; su contacto inferior es

concordante y nítido con la unidad anterior, mientras que su contacto superior en el flanco norte del

Anticlinal Boca del Cerro está limitado por falla y al sur es concordante y transicional con la

Formación Tenosique del Terciario Inferior. Está constituida por calizas dolomíticas grises claras a

blancas, de grano fino a medio, sacaroideas, en estratos de 0.30 a 1 .00m, acompañadas a veces por

8


brechas intraformacionales y calcarenitas, así como por quiebres arcillosos; presenta carsticidad y

paquetes de anhidrita y yeso hasta de 45 m de espesor, determinado por sondeos (Barreno 11168).

TERCIARIO INFERIOR (PALEOCENO - EOCENO).

11.3.3.- FORMACIÓN TENOSIQUE (Tpt)

Por lo general aparece en los extremos de los flancos de los anticlinales Boca del Cerro, Santa

Margarita y La Línea y aflora también en los sinclinales Lindavista, Las Delicias (El Retiro) y

Chancalá, con un espesor calculado en 450 m; su contacto inferior es concordante con la Formación

Boca del Cerro y el superior es discordante con la Formación Tulijá del Mioceno.

En el área de la Alternativa 3 fue dividida en dos unidades claramente diferenciables:

UNIDAD B (Tpt B)

Está constituida por calizas dolomíticas de grano fino, ligeramente arcillosas, pulverulentas y porosas,

de color gris claro a blanquecino, con horizontes intercalados de margas, cretas y arcillas rojizas en

estratos de 0.05 a 0.60 m de espesor y calizas brechoides en estratos de 0.40 a 1 .40m.

UNIDAD A (Tpt A)

Está compuesta por calizas dolomíticas recristalizadas, de grano medio a grueso, con textura

brechoide, en capas de 0.10 a 0.40 m, alternando con calizas dolomíticas de grano fino, de

estratificación delgada, con calcita, margas y cretas. Se observan, además, arcillas que rellenan

planos de estratificación y fracturas.

TERCIARIO SUPERIOR (MIOCENO)

11.3.4.- FORMACIÓN TULIJÁ (Tmt)

Corresponde a un depósito constituido por areniscas, areniscas calcáreas y coquinas, que se

encuentra en la parte frontal del Anticlinal Boca del Cerro y en el Sinclinal El Retiro, formando

lomeríos bajos, así como también en los alrededores de Pénjamo, Cobá y Tenosique. Su edad

miocénica fue determinada por Durham (op.cit.) por medio de los moluscos: Busycon willcoxi y

Canalicuta tum y por Bruner (en Arvizu y Dávila, op.cit,) mediante los pelecípodos Chione(Iirophoda)

ceramota DalI, Chione(Chione) chipolana DalI, Argopecten nicho/si Gardner y los gasterópodos

Buscycon sp, cf. B. willcoxi Gardner y Me/ongena me/ongena (Linnaeus).

9


CUATERNARIO

11.3.5.- CONGLOMERADOS Y ARENISCAS (Qcgl - ar)

Esta unidad se encuentra ampliamente distribuida en la planicie costera y consiste en

conglomerados, arenas, limos y arcillas bastante alterados y poco litificados de color rojo o marrón, a

los que no se les pudo medir su espesor por no aflorar su base. Además cerca del puente

Usumacinta aparece sobre la planicie un horizonte de conglomerados polimícticos bien cementados

que se ha incluido en esta unidad.

11.3.6.- TRAVERTINO (Qtr)

Está representado por rocas carbonatadas porosas, producto de la precipitación química de

carbonatos, con espesores máximos de 16 m; aflora en la margen izquierda del Río Usumacinta,

entre el poblado de Lindavista y la Alternativa Santa Margarita.

11.3.7.- DEPÓSITOS DE TALUD (Qt)

Están constituidos por fragmentos de 0.01 a 5 m de roca calcáreo - dolomítica, asociados a

fallamientos o a cambios bruscos de pendiente. En ocasiones contienen arcillas y suelos vegetales.

11.3.8.- DEPÓSITOS DE ALUVIÓN (Qal)

Son depósitos de arenas, limos y arcillas restringidos a las planicies de inundación del río y corrientes

secundarias, que presentan diámetros inferiores a 1.2 mm; su composición generalmente es de

cuarzo, pedernal, rocas ígneas y metamórficas y, en menor escala, de calizas.

11.3.9.- SUELOS (Qs) , Plata de /

Se trata de suelos arcillosos Noticametica

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de la alteración de las rocas y j J'\

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Figura 7. Marco Tectónico de México

10


11.4.- MARCO TECTÓNICO Y GEOLOGÍA ESTRUCTURAL (Figura 7)

El área está comprendida dentro de la Placa de Norteamérica, en una zona considerada como una

margen continental pasiva; sin embargo, en sus límites existen elementos tectónicos activos que

interactúan y la afectan de manera indirecta. Estos elementos son: las placas de Norteamérica, de

Cocos y del Caribe; la zona de fallamiento Polochic - Motagua; la Cresta Submarina de Tehuantepec

y la Trinchera de Mesoamérica, los cuales regulan la zona de subducción de la Placa de Cocos bajo

la Placa de Norteamérica; este fenómeno se interrelaciona con la Placa del Caribe, produciendo un

movimiento lateral izquierdo en la zona de Polochic - Motagua. Hay además fallas inversas con

orientación NW-SE al sur del Estado de Chiapas, directamente asociadas con la subducción de la

Placa de Cocos.

Se considera que en el área estudiada se presentan tres etapas de deformación que se manifiestan

por un fallamiento de tipo inverso, transcurrente y normal, que plegó y deformó las rocas con

esfuerzos compresivos y distensivos.

Existen dos sistemas principales de fallamiento, uno NW - SE y otro NE - SW. El primero se formó

por esfuerzos compresivos provenientes del SW durante la Orogenia Laramide y que chocaron con la

plataforma de Yucatán. Las fallas NE - SW se generaron en la fase distensiva subsecuente.

Los plegamientos consisten en una serie de anticlinales alargados, estrechos y paralelos entre sí,

orientados WNW —ESE, con sus núcleos labrados en rocas cársticas del Cretácico Inferior o Superior,

mientras que los correspondientes sinclinales están constituidos por rocas calcáreo - arcillosas y

areno - limosas del Terciario Inferior. Estos plegamientos están flexionados en forma de arco, debido

a esfuerzos compresivos que provocaron fallamientos siniestrales inversos, longitudinales a los ejes,

que omiten sinclinales intermedios, desapareciéndolos casi en su totalidad, como es el caso de la

Falla Santa Margarita.

Dentro del área se podrían mencionar las siguientes estructuras, de norte a sur:

Fallas: Santa Margarita, Frontera - La Línea y Graben La Línea

Anticlinales: Cobá, Boca del Cerro, Santa Margarita, San José, La Rana, La Línea y Frontera.

Sinclinales: Santa Rosa, Lindavista, El Retiro, La Línea y Frontera.


11.5.- SISMICIDAD

Durante el período de operación de la red del proyecto, de mayo de 1990 a agosto de 1992, se

detectaron 56 eventos sísmicos. La mayoría de los epicentros se sitúan en la porción SSW del Estado

de Chiapas y están asociados con la actividad tectónica, producto de la fricción entre placas. No se

detectó sismicidad que sugiriera la presencia de una estructura activa dentro de un radio de 40 Km

alrededor del proyecto.

La máxima aceleración teórica que producirían los eventos reportados en el Catálogo Sísmico

Nacional se calculó en 0.14 g para apoyar el cálculo del coeficiente de diseño por sismo, sin

considerar los efectos de sitio.

lo 11.6 GEOHIDROLOGÍA

Se estableció el modelo geohidrológico del área y se determinó la estanqueidad del embalse,

considerando los parámetros de clima, hidrología superficial y subterránea, control litoestratigráfico y

piezométrico, censo de aprovechamientos hidráulicos, análisis físico-químicos del agua y unidades

geohidrológicas (CEE, 1994)

11.6.1.- CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA SUPERFICIAL

Con base en datos proporcionados por la Comisión Federal de Electricidad, la Comisión Nacional del

Agua y la desaparecida Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos, en el período de 1986 a

1991 se obtuvo una precipitación media anual de 2 180.3 a 2 327.41 mm, con un promedio mínimo

mensual de 69.9 mm en abril y máximo de 461.85 mm en septiembre. La temperatura media anual

fue de 27°C, con una mínima mensual de 21.7°C en diciembre y una máxima en mayo de 29.8°C.

La evaporación media anual, calculada en el período de 1988 a 1992 fue de 1274.19mm, lo que

representa el 53% de la precipitación media anual, con una mínima mensual de 64.60 mm, para

enero y diciembre y una máxima de 167.33 para mayo.

De acuerdo con la clasificación de Koeppen, modificada por García (1964), el área de estudio

presenta un clima Af (m) ¡g, que corresponde a tropical lluvioso con precipitaciones todo el año.

Se consideran como unidades permeables por fracturamiento y disolución a los dos miembros de la

Formación Boca del Cerro, como unidad semipermeable a la Formación Tenosique, por sus

características litológicas y como unidades impermeables, por la misma razón, a la Formación Tulijá y

12


al Conglomerado Cuaternario. De la Formación Sierra Madre no se conoce su comportamiento

geohidrológico, debido a sus escasos afloramientos, pero se presume permeable.

Se identificaron tres sistemas principales de drenaje en la región: Cárstico, arborescente y

rectangular, siendo el primero el más importante.

11.6.2.- HIDROLOGIA SUBTERRANEA

Se efectuó un censo de 165 aprovechamientos hidráulicos (manantiales, norias, cenotes y lagos) con

apoyo topográfico en la mayoría de ellos, registrando sus características y su relación con el medio

geológico. De los manantiales localizados, un 78% se encuentran asociados a escurrimientos sub-

superficiales por saturación de los materiales granulares que rellenan subcuencas locales y sus

caudales varían entre 0.5 y 2.0 l/s ; otro 20%, con caudales de 2.1 a 7.9 l/s, y que en conjunto

conforman arroyos importantes, como El Azufrito, Tutullijá y Nospá, que se asocian a fracturamiento

de la Formación Tenosique y tres manantiales, que constituyen el 2%, con caudales de 8 a 40 l/s, que

están relacionados con estructuras tectónicas regionales y pueden ser representativos de un

comportamiento piezométrico del acuífero del área.

A fin de conocer las características litológicas y la posición del nivel del agua en el área del Anticlinal

Boca del Cerro se perforaron 16 sondeos, de los cuales 11 se localizan en el flanco noreste y 5 en el

suroeste, en los que se instalaron piezómetros y se utilizó tubería ciega desde la superficie al nivel

piezométrico y de éste hasta el fondo, tubería ranurada; los espacios comprendidos entre las paredes

del pozo y el piezómetro se rellenaron con grava de ½" de diámetro, colocada por gravedad.

Con la información recabada en los barrenos ubicados en las alternativas 1 y III, así como en los

perforados para el cierre hidráulico, se construyeron los hidrógrafos respectivos, asociándolos con la

precipitación en su histograma y con las variaciones del nivel del Río Usumacinta en su hidrograma.

Asimismo se elaboraron cartas de isopiezas en cada alternativa, con las cuales se calculó el

gradiente hidráulico para cada zona. El análisis efectuado muestra lo siguiente:

•• Existe una relación directamente proporcional entre la variación en el nivel del río y la

variación del nivel freático en los pozos de observación.

+ Se determinó una fluctuación del nivel piezométrico después de las lluvias registradas en el

sitio, lo que evidencia que estos niveles son reales y que pertenecen al acuífero.

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+ Los niveles registrados en los pozos de observación se encuentran por encima del nivel del río

manifestando la existencia de un gradiente hidráulico hacia éste.

+ La mínima elevación del río es del orden de 17 msnm, incrementándose hasta 24 msnm a

partir de agosto de 1992, con la variación promedio de 7 m.

En general se observa que la evolución del nivel piezométrico de los pozos de observación obedece a

una respuesta de la fluctuación del río, así como a las precipitaciones registradas en el sitio.

ALTERNATIVA 1 (Figura 8)

Según lo observado en cinco barrenos se puede ver que sus valores se encuentran por encima del

nivel del río, oscilando entre 0.01 y 1.06 m. Se tiene un gradiente mínimo hacia el río que varía de

0.003 a 0.006 en la margen izquierda y de 0.013 a 0.021 en la margen derecha.

1 . ..

_. H--- -

1 / t SECCION 9-9

- •

- .

- Pozo de observación Curva de igual elevación de N.E.en msnm Flujo subterráneo

Figura 8.- Piezometría de la Alternativa 1, P.H. Boca del Cerro, Tab. 14


ALTERNATIVA III (Figura 9)

Los datos en los piezómetros muestran que existen niveles piezométricos por encima del nivel del río,

variando entre 0.02 y 2.72, registrándose los valores más altos en la margen derecha, debido

posiblemente a la barrera impermeable de la Formación Tenosique y a un mayor potencial hidráulico

en esta margen.

En la carta de isopiezas se puede observar que en mayo de 1992, en la margen izquierda, hay un

gradiente casi paralelo hacia el río, con valores de 0.008 a 0.020 y en noviembre de 1992 el gradiente

es hacia el río, mientras que en la margen derecha en este mismo mes presenta un domo

piezométrico con flujo radial divergente, afectado por la presencia de la falla FI, así como por el

contacto geológico entre Tpt-A y B, con un gradiente hidráulico de 0.019 a 0.036.

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PIEZOMETRI • "o ' P 11 P ,IrA it c p'.

ALTEPOATA - - r' jJo sflEsaAoO

Figura 9.- Piezometría en la Alternativa M. P.H. Boca del Cerro, Tab.

15

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CIERRE HIDRÁULICO (Figura 10 a y b)

Los niveles registrados en los hidrógrafos respectivos de los 16 sondeos señalan un desnivel hacia el

río que varía de 3 a 46 m, medidos en los barrenos CH-lV y 1, respectivamente. De acuerdo con los

datos obtenidos se eligieron dos configuraciones de igual elevación del nivel piezométrico, por ser las

más representativas en los períodos de sequía y lluvia.

La primera configuración corresponde al mes de marzo de 1993 (figura lOa), donde los valores

mayores de elevación se localizan en el flanco noreste del Anticlinal Boca del Cerro.

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MARZO 1993 SEMANA 66 J ESCALA OAFCA

_ Fig.lOa PIEZOMETRIA

CEREHRAUUCO

2~Z— P H BOCA del CERRC

En los barrenos CH-1 y CH-XVI tienen rangos de 66.90 y 95.09 msnm y los valores menores son del

orden de 20.84 a 25.56, registrados en los barrenos CH-IV, CH-VIII, CH-XII y CH-XIV; los dos

primeros están influenciados por las variaciones del Río Usumacinta y los otros dos se relacionan con

la fluctuación del acuífero alojado en las unidades Ksb 11 y III. Con respecto a la dirección del flujo


preferencial se observan varias tendencias que convergen al río en ambas márgenes. En el flanco

noreste del anticlinal el flujo del agua subterránea se presenta de noreste a suroeste, convergiendo

hacia una zona anómala localizada en el barreno CH-Xll, el cual tiene una elevación de 24.1 msnm y

que origina una confluencia en forma radial hacia él. La dirección de flujo del agua subterránea se

asocia a la estructura geológica regional, siguiendo de manera general el buzamiento del anticlinal.

En lo que se refiere a la segunda configuración, de septiembre de 1993 (figura lOb), su aspecto es

similar a la primera, con una variación ocasionada por la temporada de lluvia, observándose que el

gradiente en la margen derecha del río es mayor que en la margen izquierda.

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O O'- SE'TEMBE I'93

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DE - - . , . ESCALA QR\ICA

+ Df flujo Fig. lOb PIEZOME TRIA

CIERRE HIDRAUL1C0

P H BOCA del CERRO

Por otra parte se elaboraron cuatro secciones representativas del área, con el objeto de mostrar la

posición del nivel freático con respecto al nivel del NAME para diferentes fechas (Figura 11).

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17

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C.D

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S)MBOLOGt 0 2

CURVA DE IGUAL ELEV EN m,n ESCALA GRAFICA

LOCALtZACION DE SECCIONES CIERRE HIDRAULICO

____ P H BOCA del CERRO


La sección A-A muestra claramente un nivel piezométrico con carga mayor que la del NAME

(Figura 12).

s250 w Na5° E<

ES6°E

N8°W S8°W

N8° E

6 : Anticlinal Boca del Cerro

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Ui

Ht 599

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1500 474

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UNWAD PERMEABLE

- Ksb -lII

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NAME 46

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PROF OQU,

1 2

$ 1 M BOLO 0 lA

- NIVEL PIEZOMETRICO

CONTACTO GEOLOGICO

.Ø—DIRECCION DE FLUJO SURTERRANEO

- ELE VACION 6 A M E

VALJR DE RESISTIVIDAD ohm- m

4 KILOMETROS

PH BOCA DEL CERRO ELEVACION NIVEL PIEZOMETRICO

FEBRERO 194 SEMAt'44 189

Figura 12. Sección Geohidrológica A-A'

Se infiere también la existencia de un parteaguas hidrodinámico en la parte central del anticlinal, en

donde el gradiente hidráulico que se registra entre el piezómetro CH-lll y el río es de 0.113 y entre

los barrenos CH-II y CH-y es de 0.008.

En la sección B-B' se presenta una dirección de flujo subterráneo hacia el río, lo cual contrasta con la

A-A', ya que en la primera no se tiene la presencia del parteaguas hidráulico; sin embargo, existe una

carga hidráulica mayor que la del NAME, con un gradiente hidráulico entre el piezómetro CH-1 y el río

de 0.05 (Figura 13).

19


S3 W S12,1 w

NIO,E

335 /// 67/70

M4ME46e 93_J 50 // 4 / -

Tpt A - - ksb.-UJ Ksb III

ONIOAC. PCRMEABLE / Ksm

um34n SMPCRS8RAE

MPEO.LE

0 2 3 * KILÓMETROS

$ 1 MB O LO 6 1 A

CONTACTO PH BOCA DEL CERRO DIRErC4 nr FLUJO ELEVACION NIVEL PIEZDMETRICO

- -- ELEVACJOR NAME FEBRER0/94 SEMANC 9

OOO VALOR DE FE 0STIVIDAD oAm-OL

Figura 13. Sección Geohidrológica B-B'

Con respecto a la sección C-C', se observa que la elevación del NAME es mayor que la del nivel

piezométrico registrado; esta situación se debe tomar en cuenta en particular en el flanco NE del

anticlinal, debido a que es una zona potencial para la circulación del agua subterránea, ya que al

aumentar la carga hidráulica por el embalse es probable que se invierta el flujo con dirección del

piezómetro CH-IV al CH-VI (Figura 14).

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J>SROW N60'E<I

NIOE<i

.3nOcIinaI Boca del Cerro

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2 3 -- 9 IL0UETR035

S 1 M 4 0 L 0 0 1 A PH BOCA DEL CERRO

-" SIVEL PIEZOMETRICO ELEVCiON NIVEL PIEZOMETRKO CONEACTO GEOLOGICO OCTU€ /92 SEMANA 42

.. 0IRET1O4 DE FLUJO SU8TERIFGNEO

- --_ ELEVACIUN NOMO

FC VA3I O UES VA -n

Figura 14. Sección Geohidrológica C-C'

20


Por último, en la sección D-D' se presenta un nivel piezométrico mayor que la cota del embalse, lo

cual indica que éste garantiza el cierre hidráulico hacia el flanco NE. El gradiente obtenido del

piezómetro CH-XllI al CH-X es de 0.006, aproximadamente (Figura 15).

S 80 W

AntcI,noI Boco del Cerro

D

200

300

100.

60(01

02

ME - 46 msnm •.

\ o •. 55

° - / Ks Tpt RO F 67

E Ksb-H

UMDAD 1/1 UNI11ID PERMEABLE 1,

Ksb II

. Tpo > SEMIPERMEABLE ¡ / Ksb - II - Keb-Ili

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0 1 2 3 4 KILOMETROS

S 1 M DO L O G 1 A PH BOCA DEL CERRO

NIVEL P1EZOTRICO ELEVACION MVEL PIEZOMETRICC CONTACTO GEOLOGICO

AGOST0/93 SEMANA 82 OIRECCION DE FLUJO SIJBTERRANEO

2500 VALOR DE RESISTIVIDAD ohm-m

Figura 15. Sección Geohidrológica D-D'

El patrón de flujo es en dirección noreste, principalmente, y en menor medida, noroeste y sureste, el

cual está determinado por anticlinales y sinclinales, en los que el agua fluye en sus flancos debido al

sistema de fracturamiento, sobre todo al perpendicular al eje de las estructuras, y por cambios de

permeabilidad causados por variaciones de la litología, al pasar de la Formación Boca del Cerro a la

Formación Tenosique.

11.6.3.- HIDROGEOQUÍMICA

Se hizo un muestreo de 56 aprovechamientos, distribuidos estratégicamente en un radio de 1 000

Km2 y se analizaron en el Laboratorio Químico del Departamento de Geohidrología. Se observa

claramente que en toda la región la familia de agua de tipo HCO 3 —Ca tiene una amplia distribución, lo

que indica que el agua ha circulado por terrenos calcáreos, mientras que la familia de tipo SO 4 —Ca se

ubica únicamente en la margen izquierda de la Alternativa Santa Margarita, evidenciando que el agua

21


ha circulado por terrenos calcáreos con presencia de yesos. Por otra parte, la baja concentración de

cloro (CI) y sodio (Na) señala que el agua muestreada no presenta evidencias de haber circulado por

terrenos salinos.

11.6.4.- FUNCIONAMIENTO GEOHIDROLÓGICO

En el flanco norte del Anticlinal Boca del Cerro se encuentra distribuida la Formación Tenosique, de

tipo semipermeable la cual, por su posición estructural y estratigráfica, constituye una frontera

hidrológica importante para el cierre hidráulico regional.

Con el apoyo de métodos geofísicos de resistividad se configuró el nivel freático en el área,

observándose que presenta un comportamiento ondulante como respuesta a las características de

permeabilidad, fracturamiento, carsticidad, arcillosidad, estructurales, de carga y descarga del

acuífero que la constituye. El nivel de saturación fluctúa entre las cotas 20 y 100 (Figura 16).

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ALTEWÑATIV a ( 1

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Figura 16. Nivel freático en el área.

22

P . H. BOCA DEL CERRO, TAB.

Por encima del nivel freático los altos resistivos son evidencia de la carsticidad y el fracturamiento,

mientras que los bajos resistivos se asocian a rocas arcillosas, suelos residuales y depósitos de talud,

valores que se invierten en la zona de saturación.

Se determinó el contacto geológico entre las unidades Ksb-lll y Ksb-ll por contrastes laterales de la

resistividad.

En el flanco sur del Anticlinal Boca del Cerro se registró evidencia eléctrica de una zona anómala

importante, correlacionable con la traza de la Falla Santa Margarita. La respuesta geoeléctrica

muestra valores alternos de bajos resistivos con seguimiento a través de las diferentes secciones

geoeléctricas que la cortan, exhibiendo una zona de influencia de 130 m en promedio a lo ancho y a

profundidad.

La frontera geoeléctrica de la Formación Tenosique acusa bajas resistividades por su contenido

arcilloso, situación que reafirma a esta formación como una frontera semipermeable.

Finalmente, se puede comentar que existe un alto porcentaje de posibilidades de que haya cierre

hidráulico para el embalse del proyecto en la Alternativa III.

[~11

23


III.- GEOLOGÍA Y EXPLORACIONES EN LA ALTERNATIVA III

111.1.- GEOLOGÍA (Figura 17)

En el sitio, la caliza pura de la Formación Boca del Cerro presenta mayor resistencia y

estrechamiento; en cambio, la caliza cretosa de la Formación Tenosique es de menor resistencia y

muestra mayor ensanchamiento del cauce. Las obras se programaron exclusivamente en esta última

por ser menos permeable.

El macizo rocoso está afectado por cinco discontinuidades importantes:

+ Estratificación: Varía en capas de 0.30 a 1.00 m, con inclinaciones promedio de 400 al N, es

decir hacia aguas abajo; sin embargo, en margen izquierda llega a alcanzar de 75° a casi 900,

debido a plegamientos locales.

+ Fallas: Se observan cuatro fallas principales(F1 a F4) normales al cauce del río, orientadas

sensiblemente E-W; el espaciamiento entre ellas es de 150, 100 y 200 m, respectivamente. El

salto de las fallas Fi y F2 es del orden de 30 m, determinado por horizontes índice que se

manifiestan en los socavones de ambas márgenes. El de las fallas F3 y F4 debe ser mayor,

pero no fue posible determinarlo.

•• Fracturamiento: Se identificaron dos sistemas principales: Uno orientado N77 0W / 49°NE,

asociado a los planos de estratificación, y el otro, N24°E / 85°SE, más o menos paralelo al río.

•. Horizontes de arcilla: Se observaron 7 en los socavones 8, 10 y 12 de margen derecha y 5 de

margen izquierda, con espesores variables (0.05 a 0.30 m) y espaciamiento entre ellos de 20

a 30 m. Originalmente fueron capas de lutita calcárea que, debido a su menor competencia,

sufrieron una fuerte deformación por el desplazamiento entre capas durante el plegamiento.

+ Contacto geológico Tpt-A / Tpt-B: Este contacto se aprecia claramente en el Socavón 12 por

un horizonte arcilloso de 0.30 m y una zona de lutitas y margas de 9.00 m de espesor.

24


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111.2.- EXPLORACIONES REALIZADAS

Las actividades desarrolladas en la última campaña hasta fines de 1992 fueron las siguientes:

1' Geología superficial de detalle en la boquilla

/ Reconocimientos geológicos en el embalse

y' Reinterpretación de los socavones exploratorios(4 en Tpt y 4 en Ksb)

y' Levantamientos estructurales en cortes en balcón

y' Sismotectónica

Caracterización dinámica del sitio

1' Sondeos

• 4 en la planicie (1 y 5 M.I., 2 y 4 M.D.), para la zona de descarga de las obras civiles

• 4 en el cauce (1, 2, 3 y 4C)

• 4 en M.D. (6, 8 y 10 M.D.) en el eje longitudinal de la casa de máquinas, 20 m por

debajo de la cofa —8.45 m y el 12 M.D. (60 m aguas arriba)

• 4 en M.l. (7, 9 y 11 Ml., en el eje del cimacio del vertedor y el 3 M.I. de apoyo al eje de

la cortina; la cota de desplante del vertedor es la 25 m.

• Rehabilitación de piezómetros

y' Geofísica

• Sísmica de refracción en secciones longitudinales y transversales al río

• Sísmica de refracción en los socavones

• Microsísmica en los socavones

• Sísmica en los barrenos (Down-hole y Up-hole)

• Levantamiento sismo-acústico (Hydroscan) en el cauce

• Registros geofísicos de pozo

V Apoyo a Geotecnia

• 16 sondeos de penetración estándar y cono estático

• Pruebas de placas

• Extracción de muestras de arcilla para pruebas de expansión y de Rayos-X

• 16 sondeos para pruebas de inyección (7 en M.D. y 9 en M.l.).

26


111.3.- CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO

La correlación de los resultados de ocho barrenos perforados en el área de la boquilla y la

información geofísica obtenida permitieron diferenciar cuatro zonas con las características que se

muestran en la Figura 18 y Tabla 1.

Las dos unidades de la Formación Tenosique tienen un comportamiento de permeable a altamente

permeable. La permeabilidad es de tipo secundario a través de los planos de estratificación y el

fracturamiento.

La margen izquierda presenta menos condiciones desfavorables que la derecha, ya que la unidad D

se encuentra a menor profundidad (cota +25 en M.I. contra cota -40 m de M.D.).

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SeCCI bíi Eje Coina Sc., cci6n Casa du Mquinas A A

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Figura 18. Integración Geológico-Geofísica enla Alternativa III.

27

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TABLA 1

CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO

MARGEN U ZONA ESPESOR VELOCIDAD RECUPE- R.Q.D. PERMEA- OBSERVACIONES N (m) (km/s) RACIÓN % BILIDAD

% (U.L.) D A D

Derecha Tpt-A A 35 0.7-2.5 16-49 5-10 35 Limitada por la superficie del terreno y las cotas 25 a 35. La presión crítica de rompimiento es de 4 a 6 kg/cm 2 .

B 20 2.4-3.6 44-91 18-66 24-40 Limitada por las cotas 25-35 y la cota 20

C 40 1.9-3.3 29-61 11-29 23-37 Comprendida entre las cotas 20 y O a -20

Tpt-B D 1.7-2.5 69-88 41-51 30 Por debajo de las cotas O a -20

Izquierda Tpt- A 30-55 0.6-2.3 21-43 5-20 40 De la superficie del terreno a la cota 60 A y B en los barrenos 9 y 11 y cota 25 en el

barreno 7. B 10-30 1.7-2.4 44-86 17-61 13-40 Entre las cotas 60 y 30 a 40 en los

barrenos 9 y 11 y cotas 25 y 10 en el barreno 7.

C 8-14 1.1-2.5 25-66 2-6 27-40 Entre las cotas 30 a 40 y 25 en los barrenos 9 y 11 y cotas 10 y O en el barreno 7.

D 1.3-3.8 62-86 14-64 2-20 Por debajo de las cotas 25 y 0.

28


111.4.- GEOLOGÍA APLICADA A LAS OBRAS (Figuras 17,19, 20 y 21)

111.4.1.- CORTINA

Debido a que la Unidad A de la Formación Tenosique tiene más resistencia que la Unidad

B se recomendó colocar el eje lo más próximo a aquélla.

Mediante estudios de sísmica acústica en el río y barrenación se determinó que en el sitio

del eje de la cortina el espesor máximo de acarreos es de 35 m, mientras que en el área

entre la salida del cañón y el puente varía entre 40 a 45m (figura 19).

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Figura 19. Integración Geológico-Geofísica en el Eje de la Cortina y el Canal de

LLamada

El material aluvial está constituido en un 80% por arenas de diámetros inferiores a 1.2

mm; el resto se caracteriza por una mezcla de arenas medianas a gruesas y gravas con

diámetros variables de 1 a 6 cm. La composición de este material es de cuarzo, líticos de

rocas ígneas y metamórficas, con fragmentos esporádicos de calizas y pedernal, siendo

de notar un bloque de caliza de la Unidad A de 1 m de espesor en el barreno 4C.

Subyaciendo al aluvión la capa de roca alterada de la Unidad B tiene un espesor de 20 a

25 m aguas arriba del eje, con una recuperación promedio de 59% y RQD inferior a 20%,

mientras que aguas abajo del eje el espesor es de 6 a 10 m. Por debajo de esta zona la

roca es de buena calidad, con recuperación y RQD de 85 y 65%, respectivamente.

29


Respecto a la estructura detectada por el método sismo-acústico, el barreno 1 C reportó

un plano ligeramente estriado, poco importante, mientras que el 2C no lo encontró, lo cual

se corrobora por la continuidad del contacto UA-UB y de las fallas FI a F4, transversales

al río, de una margen a otra.

111.4.2.- CANAL DE LLAMADA DE LA OBRA DE TOMA (Margen derecha, Figuras 17 y

19).

Su excavación implica la remoción de un volumen importante de roca, tres cuartas partes

del cual pertenece a la Tpt-B, con inclinación favorable de las capas hacia aguas abajo y

desfavorable al talud derecho del canal. La obra cortará la Falla 1, donde se prevén

probables condiciones de inestabilidad, y el contacto Tpt-A y B, que es una transición de

carácter más arcilloso. Habrá una capa de 40 m de espesor desde la superficie con

velocidades de 1.9 a 2.3 kmls, que corresponde a roca alterada y fracturada, debajo de la

cual el macizo es de mejor calidad (3.2 a 3.5 km/s).

111.4.3.- CASA DE MÁQUINAS (Margen derecha, Figuras 17, 20a y b)

Su desplante a la cota —8.45 se ubicará dentro de la Zona C de la Unidad A, que es de

mala calidad pues tiene velocidades de 1.7 a 2.7 kmls, recuperaciones de 25%, RQD

inferior a 20% y permeabilidades de 25 a 30 U.L. Sólo por debajo de la cota —30 m se

pronostica una mejoría relativa en la calidad de la roca, pero habrá problemas de

infiltración hacia la excavación, así como de subpresiones.

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Figura 20a. Integración Geológico-Geofísica en la Casa de Máquinas, vista frontal al

río.

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Figura 20b. Integración Geológico-Geofísica en la Casa de Máquinas, vista

longitudinal al río.

111.4.4.- CANAL DE DESFOGUE DE LA OBRA DE GENERACIÓN (Margen derecha)

Su cota de desplante es la 12.6 y su exploración se llevó a cabo mediante sísmica de

refracción y dos barrenos. En el barreno 2 el contacto aluvión - roca se encuentra a la

cota 14.5. Los sedimentos son arcillo - arenosos, con escasos fragmentos de roca y

velocidades del orden de 1.5 km/s. La roca in situ es caliza dolomitizada, porosa, con

intercalaciones de arcilla, en la cual se obtuvieron recuperaciones de 63%, RQD de 13.5%

y velocidades de 2.3 kmls. El barreno 4 alcanzó una profundidad total de 37.15 m en

aluviones, sin que cortara roca firme (Figura 20b).

111.4.5.- CANAL DE LLAMADA DEL VERTEDOR (Margen izquierda, Figura 21)

Consiste en un canal de 93 m de ancho, desplantado a la cota 25. La excavación se

llevará a cabo en su mayor parte en las rocas de la UB, con velocidades de 1.3 a 2.2

kmls; el echado de la estratificación será en el sentido del frente de excavación, por lo que

es favorable a la misma.

111.4.6.- CIMACIO DEL VERTEDOR

El desplante de la estructura se hará en la unidad Tpt-A. Se detectaron dos capas

sísmicas: La superior, de 40 m de espesor y 1.9 km/s de velocidad de propagación y la

inferior, con 2.6 kmls.

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Por debajo de la cota 25 el barreno 9 muestra recuperaciones y RQD promedio de 79 y

53%, respectivamente, que indican una calidad regular de la roca.

111.4.7.- CANAL DE SALIDA DEL VERTEDOR (Margen izquierda)

El barreno 1 cortó la Unidad Tpt-A desde el inicio hasta la profundidad total de 28.25 m,

con recuperación de 47.5%, RQD de 17%, 40 U.L. de permeabilidad y velocidades de 2.3

kmls, que señalan una mala calidad de roca. El nivel freático se detectó a la cota 16 m.

Figura 21. Integración Geológico-Geofísica en el Canal de Llamada, Cimacio y Canal de

Salida del Vertedor.

El barreno 5 reportó 14 m de espesor de arenas finas a medias, correspondientes a

velocidades de 0.3 kmls. A partir de los 14 m y hasta los 30.10 m de profundidad total se

cortó un conglomerado estratificado y bien cementado, con velocidades de 2.4 km/s,

recuperación de 86%, RQD de 65% y permeabilidad de 40 U.L, localizándose el nivel

freático a los 10 m de profundidad.

32


111.5.- BANCOS DE MATERIALES (Figura 22)

111.5.1.- ENROCAMIENTO

Se requiere material con diámetros mayores de un metro, por lo cual se contempla

explotar la Caliza Boca del Cerro, de estratificación gruesa a masiva, que se localiza en

ambas márgenes a una distancia de 600 m aguas arriba del eje de la cortina. Esta roca

registró velocidades de propagación de 3 a 4 kmls, indicativas de su buena calidad.

111.5.2.- GRAVA - ARENA

En cuanto a los materiales granulares para filtros y transiciones de la presa, se exploraron

con pozos a cielo abierto dos bancos a distancias inferiores a 6.5 km del proyecto, que

corresponden en su mayoría a playones del Río Usumacinta y en menor proporción a las

planicies de inundación en ambas márgenes y que fueron denominados Paso de San

Antonio y La Isla. Se les calculó un volumen de 17 500 m 3, el cual se considera

suficiente.

Figura 22. Localización de Bancos de Materiales.

33


111.5.3.- MATERIAL IMPERMEABLE

Se exploró el Banco El Faisán, situado a 6 km aguas abajo del eje sobre la margen

derecha, con 36 sondeos de 2 a 3 m de profundidad. Los resultados obtenidos en los

laboratorios de la Subgerencia de Geotecnia y Materiales indican que estos bancos

contienen un porcentaje elevado de finos arcillosos (entre 25 y 60%).

111.6.- VALORACIÓN DE OTROS SITIOS

El 24 de mayo de 1991 tuvo lugar una reunión conjunta de los grupos de Anteproyectos,

Geotecnia y Geología en la que, en virtud de los problemas detectados en la Alternativa III

con las pruebas de inyección, los grandes volúmenes de roca a excavar y la poca

compacidad de los aluviones, se vio la conveniencia de revisar la información geológica

de campañas anteriores, así como los antecedentes que condujeron a eliminar los sitios

localizados aguas arriba para el desplante de la cortina sobre la Formación Boca del

Cerro, con el objeto de valorarlos respecto de la Alternativa III. Una vez efectuado lo

anterior, se hizo una visita conjunta al proyecto del 16 al 19 de julio de 1991, en donde se

programó estudiar en forma adicional las Alternativas 1 y Santa Margarita.

Desgraciadamente, los resultados obtenidos no fueron mejores que los de la Alternativa

III, como se resume a continuación.

34


IV.- ALTERNATIVA SANTA MARGARITA

IV.1.- LOCALIZACIÓN (Figura 23)

El sitio se localiza 3 km aguas arriba del poblado de Lindavista, justamente donde nace el Cañón

Boca del Cerro y no corresponde con un estrechamiento sino más bien con un área que

morfológicamente reúne condiciones tales que permite la ubicación de casa de máquinas y obras de

excedencia en margen izquierda, con un mínimo de movimiento de tierras.

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Figura 23. Geología de Semidetalle de la Alternativa Santa Margarita.

35


IV.2.- EXPLORACIONES REALIZADAS

Los trabajos desarrollados en la alternativa fueron los siguientes:

/ 2 barrenos experimentales de la campaña 1980-1982.

V Geología de semidetalle, escala 1:5,000, con 16 secciones transversales al río.

/ Geofísica de semidetalle con 12 secciones de resistividad y 2 de sísmica de refracción.

.,/ Sismoacústica en el cauce.

/ 3 barrenos (SM-1 a 3) en la cercanía de la cortina y uno más (CH-lII) correspondiente al cierre

hidráulico, en la campaña de 1991.

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Figura 24. Secciones Geológico-Geofísicas 1 y II y Eje Cortina, Alternativa Santa Margarita

36


IV.3.- GEOMORFOLOGÍA Y GEOLOGÍA ( Figuras 23y 24)

En el sitio el Río Usumacinta ha labrado su cauce siguiendo una línea recta de 6 km de longitud, con

orientación N70°W y paralela a las principales estructuras regionales (anticlinales, sinclinales y

fallas).De hecho se ha interpretado que este lineamiento corresponde con la traza de una falla vertical

de tipo transcurrente, denominada Falla Santa Margarita, paralela a la cual se han inferido otras tres

fallas similares al sur. Las obras se construirían esencialmente en el miembro Ksb-lI de la Formación

Boca del Cerro.

En la margen derecha el Anticlinal Boca del Cerro presenta numerosas dolinas que han afectado al

macizo rocoso con diferente intensidad, muchas de ellas alineadas con el ee de la estructura. Las

dolinas son de dimensiones y aspectos diversos, siendo comunes las de forma elíptica, con eje mayor

del orden de 200 a 300 m y profundidades de 20 a 30 m.

En margen izquierda el Anticlinal Santa Margarita se halla sumamente afectado por los fenómenos de

erosión y disolución, que han dejado una serie de lomeríos redondeados de suave pendiente,

alineados WNW-ESE, siguiendo la orientación del anticlinal y de 100 a 150 m de elevación. Las

dolinas adoptan formas caprichosas, con longitudes del orden de 500 a 900 m, y depresiones de unos

25 m. Es de notarse la presencia de un cenote a tan sólo 800 m del río y 360 m aguas arriba del eje

de la cortina, de 130 m de eje mayor y 50 m de eje menor, con un nivel del espejo de agua semejante

al del río; en sus paredes se observan evidencias de las fluctuaciones del nivel del agua, que

corresponden a las variaciones del nivel del río en distintas épocas del año.

Por otro lado es de mencionar la presencia de pantanos en esta misma margen izquierda, lo cual es

indicativo de un nivel freático somero a una distancia de 300 a 600 m del río.

lV.4.- EXPLORACIÓN GEOLÓGICA Y GEOFÍSICA.

En la tabla II se resumen los resultados de la integración geológica-geofísica.

37


IV.5.- PRINCIPALES PROBLEMAS GEOLÓGICOS DEL SITIO.

y' Presencia de la Falla Santa Margarita, que se localiza a rumbo del río y a la cual se hallan

asociadas otras cuatro más que le son paralelas.

/ Presencia de abundante flujo de agua a lo largo de la falla, como lo demuestran los manantiales

Chunchejé observados a nivel del río en margen izquierda y los potentes depósitos de aguas

carbonatadas en una dirección de sur a norte.

y' Aunque no es elevada la permeabilidad registrada en el barreno SM-1 M.I (1-9 U.L.) existe una

zona de saturación que coincide con el nivel del río, como lo demuestran la presencia de

pantanos y del cenote en la margen izquierda y los bajos valores en la resistividad.

y' Otro problema relacionado con el flujo de agua y elevada permeabilidad es la profusión de

dolinas, en particular el cenote que tiene comunicación directa con el río y se encuentra por

debajo de la cota 50, y la existencia de manantiales aguas abajo del eje de la cortina.

Las condiciones observadas generan incertidumbres con relación a la garantía de cierre hidráulico

en el sitio. La construcción de pantallas impermeables mediante inyección de cemento en la roca

tampoco garantiza la completa obturación de las trayectorias permeables, quedando incluso

amplia posibilidad de ocurrencia de flanqueo lateral o profundo.

i No obstante que según los estudios de sísmica de refracción la roca parece ser de buena calidad

(4 km/s), la elevada permeabilidad del macizo rocoso, manifestada sobre todo por la profusión de

manantiales, conducen a considerar al sitio como no apto para la construcción de un proyecto

hidroeléctrico, no justificándose exploración adicional alguna.

38


1 :] W1 II

BNO SUBUNIDAD VELOCIDAD REC RQD CALIDAD DE PERMEABILIDAD OBSERVACIONES (PROFUNIDAD m) GEOELÉCTRICA KmIl % % ROCA

SM-1 UIA, U2A 3.3-4.2 89-95 49-81 Regular a buena 1 a 9 U.L. Presenta tramos sin (80.6) Impermeable poco recuperación (de

permeable 45.5 a 50 m y de 51.5 a 56 m)y carsticidad baja a moderada.

SM-2 U1A, UI B, U2A2 23-4.5 (U213, U2A) 66-96 43-77 Regular a buena No se realizaron La REC y RQD (82.5) Parte somera pruebas corresponden al

tramo de 31.5 a 82.5 M.

La carsticidad es de baja a alta.

SM-3 UIA, UIB 1.2-1.3 (U2A) 89 67 Regular No se realizaron El tramo 3.05 a 19 m (21.3) pruebas corresponde con

travertino (Qtr), con gran desarrollo de carsticidad

Exp. 1 U1A, Ui B, U2A2 1.2-2.3 Promedio general Promedio general Regular No se realizaron En tramo 6 a 39 m la (143.3) (U2A) 67.5 51.3 pruebas RECyRQD50n

Parte somera mayores del 80%, el resto es muy irregular

Exp. 2 U1A, U1B, U2A2 21-2.5 80-92 44.61 Regular No se realizaron Carsticidad de baja a (247.5) (U213) pruebas alta

Parte_somera CH-3 UIA, U2A2, U2B2, No se determinó 21-55 2-26 Muy mala No se realizaron Presenta tres tramos

(150.0) U2A3 pruebas de 1 a 2 m sin recuperación, carsticidad baja a moderada, con zonas de posibles cavernas

INTEGRACIÓN GEOLÓGICA-GEOFISICA DE LA ALTERNATIVA SANTA MARGARITA

39


V.- ALTERNATIVA 1

VI.- LOCALIZACIÓN (Figura 25)

Se trata del primer estrechamiento, de escasos 70 m de anchura, que se encuentra aproximadamente

a 1 km de distancia de la entrada del Cañón Boca del Cerro, luego del quiebre de 90 0 que presenta el

Río Usumacinta. Es una boquilla de sección más o menos simétrica que tendría una cortina de unos

95 m de altura desde la roca firme y longitud de corona de 120 m a la cota 55. Su acceso se puede

hacer solamente por el río.

Figura 25. Geología de Detalle. Zona de Boquilla. Alternativa 1.

V.2.- EXPLORACIONES REALIZADAS

Campaña 1965-1968: 13 perforaciones (7 en M.I., 3 en M.D. y 3 en el cauce).

6 socavones (2 en el eje M.I., 2 en el eje M.D., 1 a 700 m aguas arriba del eje

en M.I. y otro cerca del núcleo del Anticlinal Boca Cerro, en MD.)

Campaña 1980-1 982: Barreno experimental 3 en la zona del núcleo del Anticlinal, en M.D., de 154.3

m, que presentó artesianismo.

Campaña 1991-1 992: Geología de detalle en la superficie, limpieza y levantamiento de los socavones

y reinterpretación de los datos de las campañas anteriores.

40

:


V.3.- GEOMORFOLOGÍA Y GEOLOGÍA (Figuras 25y 26)

En esta zona el Río Usumacinta ha labrado su cauce cortando la Caliza Boca del Cerro con fuertes

pendientes, de unos 42° en margen izquierda y 55° en margen derecha, pero localmente muestra

escarpes subverticales. La boquilla es simétrica desde el nivel del río hasta la cota 50 y asimétrica

sobre esta elevación, siendo más suave su pendiente en la margen derecha.

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REC. PROM 61%

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90.0 CENTRO CAUCE TIRANTE DE AGUA 35.0 ALUVIOÑ 20.0 m

1- --- L2 55. u IZQUIERDA CAUCE TIRANTE DC AGUA 30 iii

ALUVION 20.0 m

L3 70.0 1 - - -

DERECHA CAUCE TIRANTE -- -

DE AGUA 30.0

Figura 26. Sección Geológico-Geofísica de la Boquilla de la Alternativa 1.

41


Las geoformas del sitio están relacionadas con las discontinuidades (fracturas y fallas que afectan al

macizo rocoso en ambas laderas) así como también con los efectos de disolución (dolinas) que afecta

intensamente a la caliza, que es el miembro Ksb-lll de la Formación Boca del Cerro.

V.4.- GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Y PROBABLE ORIGEN DEL CAÑÓN BOCA DEL CERRO.

Los principales rasgos estructurales que se presentan en la Alternativa 1 son su proximidad al núcleo

del anticlinal, a unos 400 m de distancia, así como la presencia de fracturas y fallas normales que

afectan a ambas márgenes del río, son paralelas entre sí y a la dirección del cañón, con bloque caído

hacia el río y aparentemente forman una fosa o graben. Es indudable que existen cantiles verticales

a todo lo largo del cañón relacionados con fallamientos o desplomes, algunos de los cuales se

produjeron a partir de fracturas mayores que, una vez formado el cañón o durante la fase de

formación, cedieron como fallas de talud.

El probable origen del Cañón Boca del Cerro está relacionado con las orientaciones estructurales

preferenciales y con los procesos de disolución y alteración. Así, el paleocauce del Río Usumacinta

llevaba la misma dirección que actualmente tiene en la zona de Santa Margarita (hacia el WNW)

siguiendo la orientación del Arroyo Chiniquijá, pero en dirección contraria hasta el área de Pénjamo,

donde de alguna manera daría la vuelta hacia el norte para desembocar en el Golfo de México.

En la zona del actual cañón el agua de lluvia se infiltraba y trabajaba intensamente a lo largo de las

discontinuidades, disolviendo el macizo rocoso y formando dolinas que se derrumbarían en la

dirección del flujo regional hacia el NNE a través de las fracturas. Adicionalmente, también es

probable que parte de las aguas del antiguo Río Usumacinta corriera a través de fracturas para

unirse, de manera subterránea, con el agua pluvial en descenso, con lo cual los procesos de

disolución trabajarían de una manera intensa, acelerando la socavación del macizo rocoso.

Conforme se daba el proceso de formación del cañón, cada vez se incrementaba el volumen de agua

en tránsito por éste, hasta que en un momento dado la elevación del cañón fue tan baja que permitió

el paso del caudal íntegro del río, con lo que se dio el desvío definitivo del mismo a través del Cañón

Boca del Cerro.

42


Desde luego el nivel del río, al erosionar a lo largo del cañón, ha descendido con el tiempo, como lo

atestigua la presencia de acarreos rellanando fracturas en el socavón 3 de la Alternativa 1, por encima

del actual nivel del cauce.

GEOHIDROLOGÍA.

Analizando los datos de piezometría para los socavones de ambas márgenes se aprecia que el nivel

freático se encuentra muy cerca del nivel del río, lo que comprueba la muy elevada permeabilidad en

las cercanías de éste. Ello, aunado a la presencia de carst y paleocarst, impiden que pueda darse el

cierre hidráulico.

PRINCIPALES PROBLEMAS Y DIFICULTADES DEL SITIO.

En la Alternativa 1 la obra de desvío debe ser en túneles. Tratándose de obras subterráneas, la

principal dificultad sería la presencia del agua, sobre todo en aquellas obras, como las de generación,

que tendrían que construirse bajo el nivel del río.

En lo que respecta a la calidad de la roca y su comportamiento en las obras subterráneas, aunque en

los socavones exploratorios se encuentran secciones limpias, pudiera no pasar lo mismo en

excavaciones de gran diámetro, pues debe tenerse en cuenta que la recuperación en los 10 barrenos

perforados en las márgenes, en ningún caso fue mayor de 62%, y hubo dos barrenos en la margen

izquierda que tuvieran apenas una recuperación de 44 y 48%. Esta baja recuperación es atribuible a

la presencia de carst, como lo confirma la muy elevada permeabilidad, pues en la mayoría de los

casos fue superior a 20 U.L., con un máximo de 55 y mínimo de 2 U.L.

Otro problema es el conocimiento impreciso del material de acarreo y su granulometría y la posible

existencia de discontinuidades a rumbo con el río. Con los barrenos de la campaña de 1968 se sabe

que el relleno consiste en rocas de gran tamaño que conforman un espesor mayor de 12 m que, con

el Hydroscan, se determinó en 1992 que era del orden de 13 m.

Una dificultad adicional es la apertura de caminos en ambas márgenes, ya sea por medio de túneles

de por lo menos 5 m de diámetro o caminos en balcón desde el puente del Río Usumacinta, que

tendrían una longitud de 2 km en cada margen, o desde Lindavista al sitio, de 1 km de extensión,

puesto que ya hay un camino de tierra del Puerto de Pénjamo a Lindavista.

43


En conclusión, dada la elevada permeabilidad del macizo calcáreo de la Formación Boca del Cerro,

donde está labrada esta boquilla, por la imposibilidad del cierre hidráulico y por las dificultades

constructivas, en particular las excavaciones por debajo del nivel del río y por los problemas de

acceso, se considera a este sitio como no apto para la construcción de una obra hidroeléctrica.

C

5*1

44


VL- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con las exploraciones realizadas se desecharon las alternativas 1 y Santa Margarita por ubicarse

en calizas puras muy permeables y cársticas y por la presencia de fallas importantes, mientras

que la Alternativa III se consideró como la que tiene las condiciones menos desfavorables para la

construcción de las obras planeadas, ya que se encuentra en calizas de carácter arcilloso, menos

permeables.

El macizo margoso de la Alternativa III se considera de mala calidad, tanto por las características

de la roca intacta, como por el fracturamiento del macizo y la continua presencia de horizontes

arcillosos. Los valores de recuperación y RQD son bajos y las permeabilidades iniciales altas. La

roca intacta es degradable con el tiempo ante cambios en sus condiciones de humedad. Estas

características sin duda implicarán una fuerte cantidad de soporte y protección del macizo y un

intenso tratamiento mediante inyecciones para la ejecución de pantallas impermeables y para la

consolidación en zonas de desplante y apoyo de estructuras.

En la Alternativa III se considera que con los levantamientos detallados de geología de superficie

y del subsuelo, con la investigación geofísica (resistividad, sísmica, microsísmica y sismoacústica)

y con las perforaciones realizadas en las distintas campañas de exploración, ya se conoce

razonablemente bien el modelo geológico, quedando por definir y precisar algunos detalles, como

ampliar la información sobre los horizontes arcillosos de la Formación Tenosique, levantando

cuidadosamente datos sobre el espesor y características de las arcillas, en particular sus límites

de consistencia y efectuar más pruebas de difracción de Rayos-X. Debe estudiarse también el

potencial expansivo de la misma y su comportamiento bajo saturación en muestras inalteradas

obtenidas de socavones o cruceros localizados para este fin, así como hacer pruebas de

consolidación. También será conveniente recuperar muestras en horizontes de gran espesor para

la evaluación de los parámetros de cohesión (C) y ángulo de fricción interna (c1). En horizontes de

menor espesor estos parámetros se evaluarán mediante pruebas de corte in situ. Tales horizontes

tendrán una gran influencia tanto en la estabilidad de los taludes del vertedor y casa de máquinas,

como en el desplante de las estructuras de las obras de excedencias y de las turbinas de las

obras de generación, donde debe hacerse un cuidadoso trabajo dental.

45


Se efectuaron pruebas de inyección para obtener las características de diseño de las pantallas de

¡mpermeabilización, siendo la unidad B (margen izquierda) la que presenta menor consumo de

cemento con 1 113 kglm, en comparación con la margen derecha, que fue de 1 507 kglm. En

general la permeabilidad promedio del macizo rocoso es de 30 U.L., pero con el tratamiento de

impermeabilización en algunos tramos disminuyó a 3 U.L.

DeI análisis de estabilidad de taludes (0.25:1) y con un ángulo de fricción de 300, se tendrán

cuñas potencialmente inestables con salida hacia el talud derecho y por volteo (toppling) en la

obra de excedencias (M.I.); con respecto a la margen derecha, en la zona del canal de llamada se

tendrán cuñas con salida a la cara izquierda del talud y por volteo en la zona de curvatura del

canal.

Con la información disponible no se tienen reportes de sismos importantes en el área y en el

transcurso del tiempo analizado no se detectó ocurrencia sísmica preferencial ni la presencia de

una falla tectónicamente activa en cuando menos 40 Km a la redonda del proyecto. La máxima

aceleración teórica calculada fue de 0.14 g para el coeficiente de diseño por sismo, sin considerar

los efectos del sitio. Con la simulación en la Alternativa III de un sismo de magnitud 7.2 se

determinó que podría provocar efectos de licuación.

Para el cierre hidráulico se observó que la Formación Tenosique contiene capas de arcillas y

calizas dolomíticas arcillosas que , debido a su posición estructural (flanco NE del Anticlinal Boca

del Cerro) actúan como una barrera semipermeable, encontrándose el contacto con la roca

permeable (Ksb-lI) a la cota 65 y existiendo además un segundo sello a la cota 50, representado

por la Formación Tulijá (areniscas y areniscas calcáreas impermeables); el NAME se ubicará en

la cota 46 y se opina que el embalse será estanco casi en su totalidad; sólo se prevén posibles

filtraciones poco importantes en la margen izquierda de la Alternativa III, debido a que el nivel

freático, reportado en los sondeos CH-IV y CH-VI se encuentra por debajo del NAME.

El depósito de aluvión en el río es potente y llega a tener en el sitio de la cortina 32.8 m de

espesor. Está constituido principalmente por horizontes de arena fina y grava poco cohesivos,

con importante flujo laminar, aunque ligeramente compactos hacia las partes más profundas. Por

consiguiente dichos materiales son susceptibles de licuación, que requerirán de un tratamiento de

densificación. La pantalla impermeable bajo el aluvión deberá profundizarse por lo menos 35 m,

haciendo el tratamiento desde la superficie.

46


Dadas sus condiciones de alterabilidad, la roca debe protegerse mediante concreto y mortero

lanzado. Una zona de debilidad será el contacto entre las unidades Tpt-A y B, al que se le debe

poner especial atención para su tratamiento, tanto a profundidad como en superficie, al igual que

a la Falla 1 en margen derecha.

De acuerdo con la carta de arabilidad elaborada con base en la propagación de la onda sísmica,

las rocas de la Formación Tenosique que deben ser excavadas en la zona de obras lo podrán ser

con la cuchilla de un tractor con el auxilio del desgarrador y eventualmente con explosivos.

Aunque se tienen identificados diversos sitios para la apertura de bancos de materiales para la

construcción de las obras, aún no se tiene cuantificados los de material impermeable y los

materiales estudiados para enrocamiento no han resultado aceptables. Se sugiere localizar un

banco en rocas de la Formación Boca del Cerro lo más cercano al sitio.

c

47

VII.-APÉNDICE

ESTUDIOS DE MECÁNICA DE ROCAS Y MECÁNICA DE SUELOS

Estos estudios se realizaron en la Subgerencia de Geotecnia y Materiales de CFE y se consignan

como resumen de los resultados de diversos reportes y comunicaciones que se mencionan en el

informe de la Compañía Exyco de julio de 1992. Se anexan los resultados como Apéndice para

apoyar, en forma complementaria, los trabajos geológicos de campo y las conclusiones obtenidas.

VII.1.- PRUEBAS DE INYECTABILIDAD

Se realizaron pruebas de inyección en ambas márgenes de la Alternativa III, en la Formación

Tenosique, con el propósito de conocer la inyectabilidad del medio y el número de etapas y

volúmenes de mezcla que se requerirán para abatir la permeabilidad del macizo rocoso y lograr la

estanqueidad a lo largo de la pantalla de inyección.

Se eligieron dos zonas de prueba de 12 m de longitud cada una. La de la margen derecha fue

localizada entre los barrenos 6 y 8 en la unidad Tpt-A y la de la margen izquierda cerca del barreno

17 en la unidad Tpt-B. Los barrenos de la margen derecha son 9 con una dirección S46°E y 600 de

inclinación, mientras que los de la margen izquierda son también 9 orientados S60 0W/60°. En ambos

casos se perforaron dos sondeos extremos de primera etapa separados 12 m, uno central de

segunda etapa separado 6 m de los de primera , dos barrenos intermedios de tercera etapa con 3 m

de separación entre los de primera y segunda y, finalmente, cuatro barrenos intermedios de cuarta

etapa cerrando la línea con separaciones finales entre barrenos de 1.5 m. En tres barrenos de M.l. se

efectuaron pruebas Lugeon antes de la inyección y en cuatro de M.D. Al finalizar las pruebas se hizo

un sondeo diagonal que cruzara a todos los barrenos para llevar a cabo ensayes Lugeon que

permitieran conocer la permeabilidad residual después de la inyección.

La longitud de los barrenos de margen derecha es del orden de 60m, alcanzando 55 m de

profundidad hasta la cota 3 msnm. Sólo uno fue profundizado para acceder a la zona de desplante de

la casa de máquinas a la elevación —8.45 msnm. La longitud de los sondeos de margen izquierda

llegó hasta 75 m, alcanzando a una profundidad de aproximadamente 68 m hasta la elevación —4

msnm. En la margen derecha el nivel freático se detectó entre las cotas 23 y 28 y en la margen

izquierda, entre la 26 y la 34.

48

Después de numerosos ensayos se determinó que las presiones de inyección alcanzarían los valores

de 10 kg/cm2 en el tramo de 5 a 15 m y de 25 kg/cm 2 de 15 a 60m.

La mezcla única de inyección es una lechada con cemento Apasco tipo II puzolánico bajo en álcalis

con relación agua-cemento (A/C)de 1:1, 3% de bentonita y 0.5 % de aditivo superfluidizante

(Reobuilt), así como dos morteros para inyección de alto consumo, constituido por cemento, agua,

lodo bentonítico y arena en diversas proporciones y una relación agua/ bentonita de 14:1.

Los resultados de las pruebas fueron los siguientes:

• Se observó un mayor número de tramos con altos consumos en la margen derecha que en la

izquierda, lo que se puede atribuir a una mayor densidad de fracturamiento en la primera.

• En la margen derecha los consumos más altos están en los tramos cercanos a la zona de

fluctuación del nivel freático y algunos valores son muy altos (hasta de 1 390 kg/m). Esta

tendencia no es tan clara en las pruebas de margen izquierda.

• En la margen derecha se aprecian altos consumos en la parte superior (roca alterada y

relajada), en la zona de fluctuación del NAF y en la zona cercana al desplante de la casa de

máquinas. En esta última las permeabilidades antes de la inyección fueron de 21 a 23 U.L. y

se tuvieron altos consumos de mezcla (104 a 306 kg/m).

• En la margen izquierda se observaron altos consumos en la porción más superficial (primeros

20 m) y por debajo del piso del canal de llamada del vertedor.

• En la margen derecha la zona de los barrenos 30 y 24 puede estar afectada por fracturas

abiertas, ya que la mayor parte de los tramos no levantaron presión, además de que se quedó

atorado un permeámetro.

• Resulta recomendable profundizar 30 m los barrenos de prueba de margen derecha para

llegar al desplante de la casa de máquinas y conocer el comportamiento y consumos en esta

zona.

• Las presiones de inyección utilizadas en margen derecha resultaron elevadas, provocando

disturbios en el terreno, por lo que se hizo necesario una revalorización de este factor, que

contempló un intervalo (0-40 m) de roca de calidad variable y su relación con el mayor

porcentaje de pérdidas de presión tenido durante la prueba de margen derecha. Este ajuste

en las presiones aplicado a la margen izquierda permitió un tratamiento más seguro al no

dañar el terreno y una disminución en el consumo promedio de cemento, considerando en

ambos casos una pantalla de 720 m 2 .

49

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C = Cono Dinámico

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-U.

• El tratamiento logró una reducción promedio de la permeabilidad del 60% para margen

derecha con un consumo de 101 toneladas de cemento y de 60% para margen izquierda con

un consumo de 60 toneladas de cemento.

VI1.2.-PRUEBAS DE INTEMPERISMO ACELERADO

Se realizaron pruebas de intemperismo acelerado en muestras de bloque a rocas de la Formación

Tenosique. Se concluyó que no es utilizable como material de enrocamiento, ya que aunque 5

muestras no sufrieron alteración aparente otras 6 experimentaron una destrucción casi total, lo cual

no le da confiabilidad para su empleo con ese fin. Por otro lado los dos tipos de muestras no

presentan diferencia litológica notable, que permita hacer una subdivisión en dos unidades. Cuando

alguna muestra ganó peso en lugar de perderlo puede ser indicio de la presencia de minerales

arcillosos.

VI1.3.- PRUEBAS DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR Y CONO DINÁMICO (Figura 28)

Se perforaron 4 barrenos exploratorios en el cauce del río para conocer las características del aluvión

y la roca que lo subyace. Adicionalmente se realizaron 9 sondeos con ensayes de penetración

estándar (SPE) y 7 con ensayes de cono dinámico (CD).

Figura 27. Resultados de Pruebas de Penetración Standard y de Cono Dinámico.

50

Los resultados obtenidos muestran horizontes alterados de arenas con diferentes graduaciones y

porcentajes de gravas, así como boleos ocasionales y finos plásticos y no plásticos en la cercanía a

la ribera.

En los primeros 5 m de espesor predominan los horizontes con menos de 10 golpes en la prueba

SPE, valor que se incrementa de 20 a 40 hasta los 22 m de profundidad total , disminuyendo a 15

golpes cuando se atraviesa un estrato de arena fina.

Se recomienda densificar los materiales mediante vibroflotación o vibrocompactación para

incrementar el número de golpes a 50. El tratamiento debería hacerse en un periodo de febrero a

junio para aprovechar el estiaje e involucraría un volumen de 540 000 m 3 .

Los primeros 20 m de roca bajo el aluvión están muy fracturados y son muy permeables, por lo que

tal vez deberá hacerse un tratamiento hasta 30 o 35 m de profundidad por debajo del mismo.

VI11.4.- ENSAYES EN EL LABORATORIO DE MECÁNICA DE ROCAS

Con el propósito de conocer las propiedades mecánicas e índice de la roca intacta para las unidades

Tpt-A y B de la Formación Tenosique, se efectuaron ensayes de resistencia a la compresión simple y

a la tensión (brasileña), así como pruebas triaxiales para determinar los parámetros de cohesión (0) y

ángulo de fricción interna (0), pruebas para determinar el módulo de deformabilidad y ensayes para

conocer el grado de alteración y pesos volumétricos.

En los resultados se observan pocas diferencias de resistencia y deformabilidad entre muestras

secas y saturadas, lo que señala que la saturación no provoca disminución de la resistencia ni

aumento en la deformabilidad.

Aparentemente la roca intacta de la margen izquierda es sensiblemente de mejor calidad que la de la

margen derecha, según pudo observarse de la comparación de resultados entre los sondeos 1 9(M.l.)

y 26 (M.D.) perforados en la unidad Tpt-A. En la unidad Tpt-B no fue posible establecer tal

comparación por el escaso número de muestras ensayadas.

Las resistencias promedio de la parte inferior de la unidad Tpt-B (388 kg/cm 2) son mayores que las de

la unidad Tpt-A (274 kg/cm 2) y las más bajas corresponden a la Tpt-B superior en contacto con la

51

Tpt-A (247 kg/cm 2). Esta misma tendencia se observa en los módulos de deformabilidad y en los

pesos volumétricos. Esto quiere decir que las rocas más densas y menos alterables son las que

tienen las mejores propiedades mecánicas. La parte más débil del macizo rocoso se encuentra en la

unidad B en las cercanías a su contacto con la A.

De acuerdo con la clasificación ingenieril de Deere y Deere (1989) la roca intacta es de resistencia

baja a muy baja, con módulo relativo medio.

Utilizando los valores de resistencia de la roca intacta y las ecuaciones de correlación que consideran

las características litológicas y de fracturamiento del macizo rocoso se obtienen valores de resistencia

del mismo, con lo que es posible estimar la capacidad de carga del terreno, la cual llega a ser del

orden de 22 a 40 ton/ m 2 en el desplante de la casa de máquinas.

Los resultados de las pruebas de tensión dan valores muy parecidos para las dos unidades; sin

embargo, en este caso la unidad Tpt-A es la menos resistente. Las muestras saturadas fueron más

resistentes que las secas y el promedio general de resistencia a la tensión fue de 47 kg/cm 2 .

El índice de alteración, que se mide como la capacidad de absorción de agua de la muestra

ensayada, no rebasa en ningún caso el 8%, a pesar de que las muestras tienen una edad de 22 a 25

años. Este valor se considera bajo a medio.

Las pruebas triaxiales se hicieron para conocer los parámetros C y t de la roca intacta, obteniéndose

valores de C entre 13 y 55 kg/cm2 y de 1 de 50 0 promedio. En la Formación Tenosique resulta más

importante conocer dichos parámetros para las juntas arcillosas interestratificadas que para la roca

intacta, ya que las juntas tienen los valores más bajos de cohesión y ángulo de fricción y son las que

regirán el comportamiento mecánico del macizo rocoso. Por esta razón se recomienda efectuar

pruebas de corte directo in situ en los socavones existentes.

En el socavón 12 de margen derecha se colectaron muestras de arcilla en el contacto entre las

unidades Tpt- A y B y por medio de difracción de Rayos-X se determinó que pertenecen al grupo de

las montmorrillonitas, que poseen un potencial expansivo, por lo que será necesario realizar ensayes

de saturación bajo carga, para conocer cuantitativamente su capacidad expansiva. También es

recomendable obtener límites de consistencia y propiedades índice, tanto de la arcilla de este

contacto como de todos los rellenos arcillosos entre los estratos.

52

De todo lo anterior se puede concluír que:

• La roca intacta es en general, de baja calidad, con una resistencia baja a muy baja,

con un módulo relativo medio y potencialmente degradable.

• En la margen izquierda la calidad de la roca es sensiblemente mejor que en la

derecha.

• La presencia de rellenos arcillosos contribuyen a reducir notablemente las

propiedades mecánicas de la masa rocosa en su conjunto.

r. 53

VI.-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ARVIZU LARA, G. Y M. DÁVILA SERRANO (1987). Exploraciones en el Río Usumacinta. CFE, Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Departamento de Geología, Memoria 0-3.

CFE (1990) Informe de avance de la factibilidad geológica del P.H. Boca del Cerro, Tabasco. Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Departamento de Geología (Inédito)

CFE (1994). Factibilidad geológica del Proyecto Hidroeléctrico Boca del Cerro, Río Usumacinta, Estado de Tabasco. Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil, Departamento de Geología (Inédito).

DEERE, D.U. Y D. W.DEERE (1989) Rock quality designation (RQD) after twenty years. Departament of Army. U.S. Army Corps of Engineers. Washinton, D.C.

5.-DURHAM, WYATT (1980).Estudio micropaleontológico Nol, P.H. ltzantún, Chis. University of Berkeley, Cal. (Inedito).

EXPLORACIONES Y ESTUDIOS GEOLÓGICOS, GEOTÉCNICOS Y GEOHIDROLÓGICOS (EXYCO,1992). Informe sobre la valorización de los datos, los procedimientos, la interpretación y los resultados geológicos y geofisicos de factibilidad y prefactibilidad del P.H. Boca del Cerro, Tabasco (Inédito).

GARCÍA, ELENA (1964). Modificaciones al sistema de clasificación climática de Koeppen. Intituto de Geología, UNAM.

SOTO PINEDA, S. (1968),Informe geológico de Boca del Cerro, Tab. CEE (Inedito)

11

E

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RESUMEN P.H. BOCA DEL CERRO, TAB.

Para aprovechar el caudal del Río Usumacinta la Comisión Federal de Electricidad pretende construir

una central hidroeléctrica en el sitio donde éste abandona la montaña para entrar en la planicie del

Golfo de México y así contribuir a resolver los problemas de energía del sureste del país. Para ello ha

realizado estudios interdisciplinarios de ingeniería en tres etapas: 1965-1968, 1980-1982 y 1989-

1994. Los estudios incluyen las disciplinas de geología, geofísica, topografía, geohidrología,

sismotectónica y geotecnia, acompañados de perforaciones con recuperación de núcleo y

excavaciones, para determinar la factibilidad del proyecto.

El embalse comprende un área de 11.80 km 2 , limitada por la cota 46m (NAME) desde 90m aguas

arriba del puente sobre el Usumacinta hasta la frontera con Guatemala, siendo de carácter nacional.

Quedará alojado en calizas puras de estratificación delgada a masiva (Formación Boca del Cerro del

Cretácico Superior), así como en calizas dolomíticas, margas, cretas y calizas recristalizadas

(Formación Tenosique del Terciario Inferior). Estas rocas fueron afectadas por esfuerzos

compresivos, distensivos y desplazamientos laterales, que dieron origen a plegamientos anticlinales y

sinclinales orientados WNW-ESE y fallas NW-SE y NE-SW.

De las tres alternativas estudiadas en la última campaña se desecharon las denominadas Alternativa 1

y Santa Margarita, por ubicarse en calizas puras muy permeabies y cársticas y por estar afectadas

por fallas importantes, mientras que la Alternativa III se consideró menos desfavorable por ubicarse

en calizas de carácter arcilloso, menos permeables.

El macizo rocoso en la Alternativa III está afectado por los siguientes tipos de discontinuidades:1 0 ) La

estratificación, que es la más frecuente, por lo general es delgada, con presencia de arcilla entre

estratos y su inclinación es siempre hacia aguas abajo o al norte, con valores promedio de 40 0 ,

aunque en la margen izquierda llega a ser hasta subvertical, debido a plegamientos locales; 2 0 )

cuatro fallas principales ( FI a F4), casi normales al cauce y espaciadas entre ellas unos 150, lOO y

200 m, respectivamente; 30) dos sistemas preferenciales de fracturamiento para ambas márgenes

(N77°W/ 49°NE y N24°E1850SE); 40) siete horizontes arcillosos en espesores variables, identificados

en los socavones, y 50 ) el contacto geológico entre las unidades Tpt-A y B de la Formación

Tenosique.

( *


En el área de la cortina el espesor de acarreos varía entre 30 y 35 m, los cuales están constituidos en

gran parte por arenas con algo de gravas subredondeadas a redondeadas y son de cuarzo y

fragmentos de rocas de diversos tipos; sólo el barreno 4C cortó un bloque de caliza de 1 m de

diámetro. Por debajo del aluvión se determinó un espesor de 20 a 25 m de roca alterada, debajo de la

cual el macizo mejora su calidad.

En el área del eje de la cortina y casa de máquinas se definieron cuatro zonas con características

geomecánicas diferentes, que van de malas a regulares, con permeabilidades altas que disminuyen a

profundidad. Por ello se efectuaron pruebas de inyección para obtener las características de diseño

de las pantallas de impermeabilización, siendo la Unidad Tpt-B (margen izquierda) la que presenta

el menor consumo de cemento con 1 113 kglm, en comparación con Ja margen derecha, que fue

de 1 507 kglm. Con este tratamiento la permeabilidad llegó a disminuir en algunos tramos de 30

Unidades Lugeon (muy permeable) a 3 U.L. (impermeable).

Del análisis de la estabilidad de taludes (0.25:1) en margen izquierda y con un ángulo de fricción de

30° se tendrán cuñas potencialmente inestables, con salida hacia el talud derecho, y por volteo

(toppling) en la obra de excedencias o vertedor; con respecto a la margen derecha, en la zona del

canal de llamada de casa de máquinas se tendrán cuñas con salida a la cara izquierda del talud y por

volteo en la zona de curvatura del canal.

Para el cierre hidráulico se observó que la Formación Tenosique presenta capas de arcilla que,

debido a su posición estructural (Flanco NE del Anticlinal Boca del Cerro) actúan como una barrera

semipermeable, encontrándose el contacto con la roca permeable (Formación Boca del Cerro) a la

cota 65 m; existe además un segundo sello a la cota 50 m, representado por la Formación Tulijá del

Mioceno, consistente en areniscas y areniscas calcáreas impermeables. El NAME se ubicará a la

cota 46 m y se opina que el embalse será estanco casi en su totalidad; únicamente se prevén

posibles filtraciones poco importantes en la margen izquierda de la Alternativa III, debido a que el

nivel de aguas freáticas, reportado en los barrenos CN-4 y VI, se encuentra por debajo del NAME

(24.19 y 34.97 msnm) de acuerdo con las lecturas tomadas el 24 de junio de 1993.

Aunque se tienen identificados diversos sitios para la apertura de bancos de materiales para la

construcción de las obras, aún no se han cuantificado los de material impermeable y los materiales

estudiados para enrocamiento no han resultado aceptables. Se sugiere localizar un banco en calizas

de estratificación mediana a gruesa de la Formación Boca del Cerro lo más cercano al sitio.

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Metodología y geología aplicada en la exploración del proyecto hidroeléctrico boca del cerro

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