CAPITULO 1. CARACTERISTICAS GEOLOGICAS Y GEOTECNICAS DE LA

CIUDAD DE PUEBLA

1.1 GEOLOGIA DEL VALLE DE PUEBLA

En el estado de Puebla existen diferentes afloramientos de rocas ígneas,

sedimentarias y metamórficas. Estas unidades están distribuidas en las

provincias geológicas Sierra Madre Oriental, Llanura Costera del Golfo Norte,

Eje Neo volcánico y Sierra Madre del Sur (Figura 1).

La ciudad de Puebla, capital del estado del mismo nombre, se localiza

en el Altiplano Mexicano, a una altitud de 2162 m respecto al nivel del mar, en

una zona de lomeríos suaves constituidos por formaciones volcánicas y

afloramientos calcáreos recientes. Se encuentra rodeada por elevaciones del

Eje Neo volcánico Mexicano tales como el Popocatepetl e Iztaccihuatl al oeste,

y la Malinche al Noreste. La formación geológica de la ciudad de Puebla

empezó en el Cretácico con la sedimentación de materiales calcáreos que a

fines de este periodo fueron sujetos a movimientos orogenéticos que

constituyeron la región. Posteriormente, en el Terciario y a principios del

Cuaternario, se presentaron emisiones de lava que culminaron con la

formación de rocas basálticas y con el depósito en el área de tobas arenosas

producto de las últimas manifestaciones volcánicas. Estas tobas se depositaron

sobre las rocas basálticas y en la zona que actualmente ocupa la ciudad,

donde se interestratificaron con sedimentos fluvio-lacustres. Los últimos

acontecimientos geológicos han consistido en la formación de travertinos

depositados por aguas termales, que afloraron a lo largo de una falla, y la

sedimentación de depósitos aluviales a lo largo del rio Atoyac y de sus

afluentes (Figura 2).

1.1.1 Fisiología regional

La ciudad de Puebla se encuentra en los limites entre las provincias

fisiográficas de la Zona Neo volcánica y de la Sierra Madre del Sur, la primera

la caracteriza una altiplanicie localizada a una altura de unos 2000 m, y la

segunda por presentar una serie de afloramientos calcáreos.

Figura 1. Provincias geológicas

Figura 2. Plano geológico de la ciudad de Puebla

Las principales formaciones volcánicas que se localizan en la cercanía

de la región en estudio son: el Pico de Orizaba, el Popocatepetl, el Iztaccihuatl

y la Malinche (Figura 1); formados por emisiones alternantes de productos piro

clásticos y derrames volcánicos. El Popocatepetl y el Pico de Orizaba están

considerados dentro de los volcanes mas activos en el área continental de la

República Mexicana (Espindola, 1990). Estos volcanes se encuentran en medio

de las grandes llanuras lacustres de edad Pliocenica que forman y caracterizan

geológicamente los valles de la ciudad de México y Puebla. La región en

estudio se ubica en una zona de lomeríos suaves, drenados por arroyos

paralelos, de los que sobresalen lomas de mayor altura tales como los cerros

de la Paz, Loreto y 5 de Mayo que representan aparatos volcánicos del

Cuaternario. En la parte occidental de la ciudad, la morfología cambia ya que

se observa un afloramiento de rocas calcáreas (Auvinet, 1976)

Respecto a su hidrología, la ciudad de Puebla se encuentra delimitada al

poniente y al oriente por el rio Atoyac y el Alseseca respectivamente, los cuales

fluyen en dirección norte- sur. Atravesando la ciudad se encuentra el antigua rio

de San Francisco (actualmente entubado).

1.1.2 Geología estructural

Los principales rasgos estructurales presentes en la región de estudio

son las fallas y las fracturas que se originaron a consecuencia de los

movimientos ocasionados por las emisiones volcánicas de la región.

La ciudad de Puebla se ubica entre las fallas Zacamboxo y Clarión, ambas con

dirección este-oeste; esta última tiene su origen en el Océano Pacifico. La

Zacamboxo pasa al norte de la ciudad, a una distancia aproximada de 40 km

mientras que la Clarión pasa al sur de la ciudad, a una distancia aproximada de

25 km (Figura 3).

Figura 3. Fallas geológicas en el estado

El valle de Puebla se caracteriza por una serie de fracturas del Mioceno

hasta el cuaternario; entre las mas recientes se encuentran la de Tlaxcala y la

de Tetlatlauca; anteriores a ellas esta la de Hueyotlipan y la fractura de

Valsequillo, muy cerca del rio Atoyac. Las más antiguas son: Tlaloc-Apan,

Popocatepetl, Chignahuapan, Malinche, Atoyac-Minas y la fractura del Carmen

(Figura 4). En el área urbana se define una falla denominada la Malinche y se

infieren otras dos. La Malinche es un plano de discontinuidad profundo con

dirección suroeste a noroeste y una longitud aproximada de 300 km. Con

respecto a las inferidas: la primera va del cerro de la Paz a los del Loreto y

Guadalupe, su dirección es este-oeste y coincide con un eje que se inicia en

las cercanías del Nevado de Toluca y pasa por el Popocatepetl, Pico de

Orizaba y otros pequeños conos volcánicos.

Figura 4. Tectónica del valle de Puebla

Por lo anterior es posible que esta línea, que presenta la misma

dirección que el Eje Neo volcánico, corresponda a una falla profunda (Auvinet,

1976). La segunda tiene una dirección aproximada de norte a sur y pasa por

los conocidos manantiales de agua sulfurosa de Rancho Colorado y Agua Azul.

Es posible que esta línea corresponda a un plano de discontinuidad a través

del cual se infiltran aguas termales sulfurosas (Figura 5), las cuales llevan

principalmente minerales calcáreos en solución y suspensión.

Figura 5. Fallas inferidas de la zona urbana

1.2 ZONIFICACION SISMICA DE LA CIUDAD DE PUEBLA

La ciudad de Puebla ha sido dividida en distintas zonas atendiendo a sus

características geológicas, geotécnicas y a su comportamiento sísmico. Chávez

García, et al (1994) dividieron la ciudad en cinco zonas diferentes en función

del comportamiento registrado ante la ocurrencia de sismos (Figura 6). Estas

zonas se describen a continuación:

Zona I. Suelo considerado como firme, comprende la zona de rocas

calizas, al sureste de la ciudad, y el cerro de Loreto, formado por lavas

basálticas. Los periodos que caracterizan a esta zona son bajos, pues varían

de 0.25 a 0.30 s. También incluye el cerro de la Paz, un antiguo cono volcánico

que corresponde a terreno firme.

Zona II. Comprende principalmente los afloramientos de travertino.

Zona III. Corresponde a la mayor parte de la ciudad y comprende

principalmente depósitos aluviales y tobas volcánicas. Los periodos dominantes

se encuentran alrededor de 0.8 s.

Zona IV. Esta compuesta por dos partes de la ciudad, la del estadio

Cuauhtémoc y el cauce del rio Atoyac. Esta zona presenta periodos

dominantes más largos, acercándose a los 2s.

Zona V. Presenta características físicas muy parecidas a las de la zona

III, sin embargo alcanza valores de amplificación relativa muy altos según

reportes de microtremores.

Figura 6. Zonificación sísmica de la ciudad de Puebla (Chávez, et al, 1994)

1.3 Clasificación de los suelos de la ciudad de Puebla

La clasificación de Auvinet, de acuerdo a los estudios realizados con

base en las características geológicas es la más conocida y utilizada. Las rocas

mas antiguas son las calizas que afloran al oeste de la ciudad, las mas

recientes son los depósitos de relleno y los materiales volcánicos (Auvinet,

1976). A continuación se describen estos materiales.

Calizas. Esta formación aflora en el límite occidental de la ciudad,

formando una loma que colinda con un cono volcánico llamado cerro de

Tepotzuchit.

Basaltos y tobas limosas. En los lomeríos que se encuentran al sur y

al oeste de la ciudad y en las lomas de Loreto se encuentran lavas basálticas

recubiertas por tobas limo-arenosas y arenas de color amarillento. Recubren

discordantemente a las rocas basálticas, tobas arenosas y limos arenosos de

color amarillento generalmente compacto, que representan las ultimas

manifestaciones volcánicas que se registraron en la región.

Escorias basálticas. El cerro de la Paz, ubicado al oriente de la ciudad,

es un cono volcánico formado por escorias basálticas de color rojizo.

Depósitos volcánicos y fluviales. Se encuentran intercalaciones de

tobas volcánicas depositadas en agua y sedimentos fluviales, en la mayor parte

de la ciudad de Puebla. Bajo una gran parte de la ciudad se encuentra una

capa de arcilla plástica que en ocasiones aflora y en otras se localiza a una

profundidad de 3 y 4 m. Esta capa no aparece al nororiente de la ciudad donde

los arroyos entran en la zona del valle por lo que arrastran materiales mas

gruesos. A lo largo de los cauces excavados por los ríos y arroyos se observan

algunas capas de gravas empacada en una matriz limo-arenosa; estas capas

tienen una extensión limitada dejando lugar a materiales más finos cuando se

alejan de los cauces.

Depósitos de travertino. En la zona existen 3 importantes

afloramientos de aguas sulfurosas templadas que se ubican en la zona de

Rancho Colorado, en la proximidad del cerro de la Paz y en Agua Azul

cargadas de carbonato de calcio, originaron la sedimentación de travertino. El

travertino es un material calcáreo que se origina por la precipitación de los

materiales disueltos. Se encuentran en otras áreas de la ciudad, principalmente

en el centro a profundidades muy variables y en estratos de espesores

diversos.

Depósitos aluviales. En el sur oriente de la ciudad a lo largo del rio

Alseseca, cerca de C.U., existen importantes depósitos aluviales constituidos

por arenas y arenas limosas. Depósitos semejantes existen a lo largo de todos

los ríos, algunos de ellos entubados atraviesan la ciudad.

A partir de los 400 estudios de mecánica de suelos distribuidos en toda el área

urbana, se ha obtenido una clasificación mas detallada y ha permitido observar

diferencias con respecto a la anterior. De acuerdo a las unidades

estratigráficas, el sitio a estudiar comprende la unidad IV de la clasificación

geológica de la ciudad de Puebla, a continuación se describen las

características del sitio en estudio:

Unidad I. Depósitos eólicos de origen volcánico. Las tobas arenosas

y gravosas y suelos tobáceos son los últimos productos manifestados de la

actividad volcánica regional. Las tobas presentan generalmente un alto grado

de cementación que les da la consistencia de una roca suave; en los suelos,

esta consistencia es variable, dependiendo de su compacidad, cementación y

grado de alteración. En la ciudad predominan los suelos tobáceos como una

capa basal, con afloramientos importantes en extensión y espesor.

Propiedades: Se clasifican como limos o arcillas arenosas y arenas

limosas o arcillosas, de colores café y café claro, con un contenido natural de

agua de 15 a 40%, el porcentaje de partículas finas (limosas o arcillosas) varia

de 40 a 60%. La fracción de estas partículas es de baja plasticidad ya que

presenta un limite liquido (LL) menor de 50%, un índice platico (IP) variable

entre 15 y 25%. La consistencia de estos suelos varia de firme a dura, con 15 a

más de 50 golpes en la prueba de penetración estándar, su cohesión es de 6

t/m² y en algunos casos mayor de 15 t/m².

Unidad II. Depósitos aluvio-palustre-lacustres. La antigua existencia

de lagunas y pantanos en la ciudad origino zonas importantes de sedimentos

de materiales arcillo-limosos y descomposición de materia vegetal, que ha

dado lugar a suelos compresibles.

Propiedades: estos materiales se clasifican como arcillas y limos de

mediana y alta plasticidad y suelos orgánicos, y se han detectado en la ciudad

con espesores de hasta 20 m, generalmente se encuentran intercalados con

otras formaciones; son característicos por su baja resistencia al esfuerzo

cortante y alta compresibilidad. Las arcillas y limos inorgánicos presentan

contenidos de agua de 60 a 80%; sin embargo en los orgánicos se determinan

los valores e 100 a 200%, y en algunos casos mayores, su resistencia a la

penetración estándar es prácticamente nula o no mayor de 5 golpes, su

cohesión en compresión simple y pruebas triaxiales no drenadas varia de 3 a 6

t/m².

Unidad III. Depósitos hidrotermales. La precipitación de carbonatos de

calcio en aguas sulfurosas templadas origina la formación del travertino. La

presencia de este tipo de agua en tres importantes y conocidos manantiales de

la ciudad (Agua Azul, Rancho Colorado y en un x-balneario en la Av. Juárez)

orienta la presencia de esta formación rocosa, que se extiende en dirección

sureste-noreste, a lo largo de una falla estructural y gran parte del Centro

Histórico.

Propiedades: el travertino es una roca caliza de color café amarillento,

con espesores formados por capas de algunos centímetros hasta más de 10 m.

Se encuentra totalmente fracturada y alterada, sin embargo también se puede

presentar en forma masiva, sana y poca arenosa. Es común que en esta

formación se observe la presencia de cavidades por disolución de la roca y su

presencia intercalada con los depósitos aluvio-palustres.

Otra formación ligada a la presencia del travertino es la tufa calcárea,

que forma estructuras porosas, con pesos volumétricos secos de 0.66 a 0.90

t/m³ y resistencias en compresión simple de 3 a 6 t/m².

Unidad IV. Arcillas expansivas. En gran parte al sur y parte al poniente

de la ciudad, la formación de suelos tobáceos se encuentra parcial y totalmente

cubierta por una arcilla de alta plasticidad, producto de depósitos aluvio-

lacustre-palustres, susceptibles de experimentar cambios volumétricos de

expansión y contracción al variar su contenido natural de agua.

Propiedades: La arcilla se diferencia por tener una coloración gris oscuro

y presentar agrietamientos, notables a simple vista. Su contenido natural de

agua es de variable de 15 a 50% y su límite líquido es generalmente mayor a

60%, en sus propiedades índice y peso volumétrico seco no mayor de 1.1 t/m³,

la arcilla se clasifica de mediana expansividad, con presiones de expansión de

3 a 7 t/m². Una de las características fundamentales para la identificación de

este material es su alta resistencia al esfuerzo cortante en estado seco. La

capa de arcilla plástica en algunas ocasiones se ha explotado bajo depósitos

recientes aluviales o tobáceos con espesores no mayores de 1.5 a 2 m y en

algunas zonas hasta de 4 m.

Unidad V. Depósitos aluviales. Al noreste de la ciudad y a lo largo de

las zonas de inundación de los ríos que atraviesan la ciudad se encuentran

formaciones de origen netamente aluvial (materiales arcillosos y limosos,

arenas, gravas y boleos), que generalmente forman depósitos erráticos en

estratigrafía y propiedades.

En los márgenes del rio Atoyac, al sur de la ciudad, se han explorado

depósitos aluviales, que se presentan en estratos de más de 10 m constituidos

por arenas finas en estado suelto, prácticamente limpias y uniformes en

presencia de niveles freáticos superficiales, características que los hacen

susceptibles al fenómeno de licuación.

Unidad VI. Calizas. Al oriente de la ciudad se localiza un afloramiento

de roca caliza de color gris, que forma un lomerío suave, actualmente habitado

en torno a una cantera de explotación de este material.

Propiedades: la roca se encuentra totalmente fracturada, sin dirección

preferencial, aunque presenta lajeado en espesores de 10 a 50 cm, y se

encuentra cubierta por una capa vegetal de poco espesor y, ocasionalmente,

por una arcilla gris oscuro tipo expansiva.

Unidad VII. Basaltos y andesitas. Constituyen otras zonas importantes

de afloramientos en la ciudad, formando cerros de Loreto y Guadalupe, San

Juan, Amalucan, Tepotzuchitl, cubiertos por las tobas y suelos tobáceos.

Propiedades: estas formaciones se encuentran sanas o con grados

medios de alteración.

Unidad VIII. Escorias basálticas. Este afloramiento forma el cono

volcánico del cerro de San Juan (La Paz), formado por productos de proyección

(piroclásticos).

Propiedades: Predominan materiales gruesos con tamaños de grava y

mayores como bombas y escorias basálticas, que en conjunto forman

aglomerados y, en menor proporción brechas volcánicas cuando aparecen

afloramientos de roca basal. Las partículas entre 20 y 0.42 mm de tamaño son

pavesas o lapillis, la fracción fina es ceniza que cubren superficialmente el cono

y forman las cinerítas o suelos tobáceos que aun se conservan en las zonas

circundantes. Estos materiales cubren a la roca basáltica que constituye gran

parte del cerro.

Discontinuidades naturales o artificiales. Se han mencionado antes

que en los depósitos hidrotermales en algunas ocasiones aparecen asociadas

cavernas, formadas por la disolución de los carbonatos de calcio al paso o

recirculación de las aguas sulfurosas templadas. Desde luego, estas

discontinuidades son de origen natural. Al norte y noreste de la ciudad, se han

detectado discontinuidades importantes en forma de túneles, formadas

artificialmente como antiguas galerías filtrantes o minas para la explotación de

materiales para la construcción.

Una de las diferencias es la existencia de arcillas expansivas en la parte

sur de la ciudad, que actualmente ha adquirido mayor importancia por su gran

extensión dentro del área urbana. Al norte, se ha detectado trasversalmente a

la ciudad desde la avenida 31 poniente, extendiéndose al sur más allá del límite

de la zona urbana con el trazo del anillo del periférico. Al poniente, se alarga

una franja interesando parte de la carretera federal a Atlixco y, al oriente, en el

sentido de la carretera a la presa de Valsequillo.

Otra que resulta interesante es la presencia de discontinuidades del

subsuelo al norte y noreste de la ciudad, siendo importante la exploración

geotécnica, a fin de conocer con precisión su influencia en las zonas de interés.

Ya que por sus características, hasta ahora, el comportamiento mecánico es

estas irregularidades es impredecible.

SIMBOLOGIA

-DEPOSITOS EOLICOS DE ORIGEN VOLCANICO-DEPOSITOS ALUVIO-PALUSTRE-LACUSTRES-DEPOSITOS HIDROTERMALES

-ARCILLAS EXPNSIVAS

-DEPOSITOS ALUVIALES

-CALIZAS

-BASALTOS

-ESCORIAS BASALTICAS-DEPOSITOS EOLICOS DE ORIGEN VOLCANICONO CONSOLIDADOS SUPERFICIALMENTE-TRAZA URBANA-VIAS FFCC-LAGO DE VALSEQUILLO

-RIOS

-ZONA DE DISCONTINUIDADES

Figura 7. Zonificación geotécnica del valle de Puebla (Azomoza, et al, 1996)