tesis miguel

UNIVERSIDAD AUTNOMA CHAPINGODEPARTAMENTO DE IRRIGACINEstudio de prospeccin geofsica elctrica, en santo domingo Aztacameca municipio de Axapusco, estado de Mxico

TESIS PROFESIONALQUE COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL TTULO DE:

INGENIERO EN IRRIGACIN

PRESENTA:

MIGUEL ANGEL AGUILAR VALENCIA

Chapingo, Mxico; Mayo del 2011

La presente tesis titulada Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica, en Santo Domingo Aztacameca Municipio de Axapusco, Estado de Mxico fue realizada por el C. Miguel ngel Aguilar Valencia, bajo la direccin del Dr. Aurelio Reyes Ramrez y con la asesora del M.C. Natalio Gutirrez Carrillo; ha sido revisada y aprobada por los miembros del siguiente jurado, como requisito parcial para obtener el TTULO de:

INGENIERO EN IRRIGACIN

JURADO

PRESIDENTE: Dr. Aurelio Reyes Ramrez SECRETARIO: M.C. Natalio Gutirrez Carrillo VOCAL: Dra. Laura Alicia Ibez SUPLENTE: DR. Pablo Miguel Coras Merino SUPLENTE: DR. R. Eduardo Arteaga Tovar

AGRADECIMIENTOSEsta tesis es una parte importante de mi vida, en ella plasmo parte de mis conocimientos, descritos con mi puo y letra de una forma particular que refleja una parte de mi personalidad, con este trabajo culmino una parte de mi vida y doy inicio a una nueva etapa. Es tan difcil para m mencionar a todas las personas con las cuales estoy agradecido ya que son muchas las cuales de una forma u otra contribuyeron con su granito de arena, y no solo en la elaboracin de esta tesis, si no en mi formacin como persona como miembro de una sociedad. Este trabajo est dedicado a ti, a ti que alguna vez cambiaste el rumbo de mi vida con tus sabios consejos, que me instruiste y fuiste el mayor de los pilares en mi formacin como persona, a ti Mama. A mi Padre, que con mano firme y si dar marcha atrs me apoyaste cuando te necesitaba, que fuiste el sustento de mi vida en mis pocas de infancia. Que me instruiste en el camino del trabajo, para que nunca me faltase la forma de conseguir mi propio sustento. Que me enseaste gran parte de los valores que me regirn en el camino de la vida. A mis hermanos, que fueron y son un gran ejemplo para m, los cuales me apoyaron y me dieron la mano cuando nadie ms lo quiso hacer y sobre todo me tuvieron la paciencia para soportar mis desates de ira sin motivo alguno. Que no solo son mis hermanos, si no que han sabido ser mis mejores amigos. A mis sobrinos que aun con su corta edad, han creado momentos muy felices en mi vida, que con sus rizas y sus llantos han creado la msica perfecta para alegrar el corazn de nuestro hogar, a ellos que son el orgullo, ejemplo y futuro de la familia. De igual manera quiero agradecer a esta casa de estudios y a cada uno de los tutores que la integran, ya que sin su apoyo nunca hubiese podido tener una formacin profesional. Finalmente quiero agradecer a todos mis compaeros de la generacin 2005-2010 del departamento de Irrigacin y a la generacin 2002-2005 de la preparatoria oficial N. 84, que aunque s que pasaran muchos aos para que nuestros caminos se vuelvan a cruzar, nunca olvidadera cada uno de los momentos que pase con ellos, a los innumerables das de 48 horas que hombro con hombro dedicamos a estudiar para culminar una etapa de nuestra preparacin profesional, aquellos momentos que pasamos con el Age y el War, que nos unan y en los cuales olvidamos nuestras diferencias. Aquellos momentos de triunfo y derrota, que celebramos con un tarro de cerveza. A mis compaeros del grupo tres de la prepa, a mis amigos Sapo, Gallo y Pakas que aunque poco habilidosos nunca nos hicimos para atrs incluso en actividades deportivas; a todos aquellos compaeros con los que me diverta en el juego de baraja y sobre todo a mi querida orientadora que siempre se preocupo por m aunque no fuera parte de su labor.

Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico

CONTENIDO GENERALPgina CONTENIDO GENERAL ................................................................................................................. i NDICE DE TABLAS ......................................................................................................................iv NDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................vi NDICE DE TABLAS DE ANEXOS ................................................................................................... ix NDICE DE FIGURAS DE ANEXOS ..................................................................................................x NDICE DE PLANOS DE ANEXOS .................................................................................................. xi RESUMEN .................................................................................................................................. xii SUMMARY ................................................................................................................................ xiii I. INTRODUCCIN ................................................................................................................... 1 II. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3 III. REVISIN DE LITERATURA .................................................................................................. 4 3.1 HIDROLOGA .................................................................................................................. 4 3.1.2 El Ciclo Hidrolgico .................................................................................................. 5 3.1.2 La Cuenca Hidrolgica ............................................................................................. 9 3.1.2 Balance Hidrolgico ............................................................................................... 10 3.2 AGUAS SUBTERRNEAS ................................................................................................ 11 3.2.1 Distribucin del Agua en el Subsuelo ...................................................................... 11 3.2.2 Conceptos Bsicos de Geohidrologa ...................................................................... 13 3.2.3 Definicin de Acufero, Acuicludo, Acuitardo y Acuifugo ......................................... 18 3.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL ............................................................................................. 21 3.3.1 Estructuras Primarias ............................................................................................. 21 3.3.2 Estructuras Secundarias ......................................................................................... 23 3.4 PROSPECCIN GEOFSICA ............................................................................................. 28 3.4.1 Clasificacin de los Mtodos Geofsicos ................................................................. 28 3.4.2 Propiedades Elctricas de las Rocas ....................................................................... 31 3.4.3 Prospeccin Geofsica Elctrica Resistiva ................................................................ 36 3.4.4 Sondeo Elctrico Vertical (SEV) .............................................................................. 39Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngel

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IV. MARCO FSICO DE LA ZONA DE ESTUDIO......................................................................... 50 4.1. LOCALIZACIN GEOGRFICA ....................................................................................... 50 4.2 CLIMA .......................................................................................................................... 51 4.3 CLIMATOLOGA ............................................................................................................ 53 4.3.1 Precipitacin Pluvial ............................................................................................... 53 4.3.2 Temperatura.......................................................................................................... 56 4.3.3 Evaporacin .......................................................................................................... 59 4.4 FISIOGRAFA Y GEOLOGA DE LA ZONA DE ESTUDIO ..................................................... 62 4.4.1 Fisiografa ............................................................................................................. 62 4.4.2 Geologa Regional ................................................................................................. 63 4.5 EDAFOLOGA ................................................................................................................ 65 4.6 USO DE SUELO ............................................................................................................. 68 4.7 OROGRAFA E HIDROLOGA .......................................................................................... 70 4.7.1 Orografa ............................................................................................................... 70 4.7.2 Hidrologa .............................................................................................................. 70 4.7.3 Hidrografa ............................................................................................................ 70 V. MATERIALES Y MTODOS ................................................................................................. 72 5.1 MATERIALES ................................................................................................................. 72 5.1.1 Trabajo de Campo ................................................................................................. 72 5.1.2 Trabajo de Gabinete .............................................................................................. 74 5.2 METODOLOGA ............................................................................................................ 76 5.2.1 Trabajo de Gabinete .............................................................................................. 76 5.2.2 Trabajo de Campo ................................................................................................. 90 VI. RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS ..................................................................... 97 6.1 BALANCE HIDROLGICO DE LA ZONA DE ESTUDIO ...................................................... 97 6.1.1 Delimitacin del rea de Balance ........................................................................... 97 6.1.2 Clculo de la Precipitacin Promedio y el Volumen Precipitado en la Cuenca .......100 6.1.3 Estimacin de la Evapotranspiracin en la Cuenca ................................................101 6.1.4 Estimacin del Escurrimiento Superficial ...............................................................105Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngel

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6.1.5

Volumen Extrado del Subsuelo (Extraccin por Bombeo) ................................113

6.1.6 Balance General (Clculo del Volumen Disponible) ................................................114 6.2 INTERPRETACIN Y ANLISIS DE LOS SEV. ...................................................................116 6.2.1 Resultados de la Interpretacin Numrica con el Software Resix Plus V.2.2 ...........116 6.2.2 Anlisis de los Resultados Obtenidos en la Interpretacin de los SEV .....................120 6.3 ANLISIS DE LOS PERFILES GEOLGICOS .....................................................................127 6.3.1 Perfil Geolgico A-A .............................................................................................127 6.3.2 Perfil Geolgico B-B .............................................................................................128 6.3.3 Perfil Geolgico C-C .............................................................................................129 6.3.4 Perfil Geolgico D-D.............................................................................................130 6.3.5 Perfil Geolgico E-E ..............................................................................................131 6.3.6 Perfil Geolgico F-F ..............................................................................................132 6.3.7 Perfil Geolgico G-G.............................................................................................133 VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .........................................................................134 7.1 CONCLUSIONES ...........................................................................................................134 7.2 RECOMENDACIONES ...................................................................................................136 VIII. LITERATURA CITADA .....................................................................................................137 IX. ANEXOS ..........................................................................................................................139 9.1 VALORES DE NC PARA EL CLCULO DE ESCURRIMIENTO .............................................139 9.2 DATOS DE CAMPO OBTENIDOS EN LA EJECUCIN DE LOS SEV ....................................142 9.3 INTERPRETACIN NUMRICA DE LOS SEV CON EL SOFTWARE RESIX PLUS V.2.2 ........162 9.4 PLANOS .......................................................................................................................172

Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngel

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NDICE DE TABLASPgina Tabla 3.1. Valores de porosidad para algunos materiales acuferos. .......................................... 14 Tabla 3.2. Valores de retencin especfica (Sy) y rendimiento especfico (Sr). ........................... 14 Tabla 3.3. Valores de permeabilidad (K). ................................................................................... 15 Tabla 4.1. Estaciones utilizadas en el anlisis climatolgico de la subcuenca. ........................... 53 Tabla 4.2. Precipitacin media mensual. ................................................................................... 54 Tabla 4.3. Temperatura media mensual. .................................................................................. 56 Tabla 4.4. Evaporacin media mensual. ................................................................................... 59 Tabla 5.1. Porcentaje de horas luz o insolacin en el da para cada mes del ao, en relacin al nmero total en un ao (P). ...................................................................................................... 80 Tabla 5.2. Coeficientes de cultivo (Kc) propuestos por la FAO. ................................................. 80 Tabla 5.3. Valores de los coeficientes de la funcin F(BCI)=Ce. .................................................. 82 Tabla 5.4. Valores de K para la determinacin de Ce, en funcin del tipo y uso de suelo (Fuente: CNA 2000). ................................................................................................................................ 83 Tabla 5.5. Clasificacin hidrolgica de los Suelos propuesta por el Soil Conservation Service (Fuente: Rafael M. Rojas, Hidrologa de Tierras Agrcolas). ........................................................ 85 Tabla 5.6. Resistividades de los materiales ms comunes para la explotacin de aguas subterrnea. ............................................................................................................................. 89 Tabla 5.7. Cdigo de errores del Terrameter SAS 300B, causa y solucin ms probable. ........... 94 Tabla 6.1. rea de influencia de las estaciones meteorolgicas. ................................................ 99 Tabla 6.2. Valores de precipitacin anual y temperatura media anual utilizados para el balance. ................................................................................................................................................. 99 Tabla 6.3. Volumen anual precipitado y lmina precipitada, obtenidos por polgonos de Thiessen. ..................................................................................................................................100 Tabla 6.4. Volumen anual evapotranspirado y lmina de evapotranspiracin, calculados por el mtodo de Turc. ......................................................................................................................102 Tabla 6.5. Determinacin del coeficiente Kg (propuesto por la FAO en base uso de suelo) caractersticos para cada zona de influencia de las estaciones meteorolgicas. .......................102 Tabla 6.6. Porcentaje de horas luz para cada mes del ao presentados en la zona de estudio..103


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Tabla 6.7 Volumen anual evapotranspirado y lmina de evapotranspiracin, calculados por el mtodo de Blanney y Criddle modificado por Phelan. ..............................................................103 Tabla 6.8. ndice climtico de la cuenca (BSI de Smith) y coeficiente de escurrimiento, caractersticos para cada zona de influencia de las estaciones meteorolgicas. .......................105 Tabla 6.9. Volumen anual escurrido y lmina de escurrimiento, calculados por el mtodo de Smith. ......................................................................................................................................106 Tabla 6.10. Determinacin del coeficiente K (propuesto por la NOM en base al tipo y uso de suelo) caractersticos para cada zona de influencia de las estaciones meteorolgicas. .............108 Tabla 6.11. Volumen anual escurrido y lmina de escurrimiento, calculados por el mtodo de la NOM. .......................................................................................................................................109 Tabla 6.12. Determinacin del Nmero de curva (propuesto por la USDA en base al tipo y uso de suelo) caractersticos para cada zona de influencia de las estaciones meteorolgicas. .............110 Tabla 5.13. Correccin de Nc por humedad antecedente y correccin de S propuesta por Hawkins para zonas con baja precipitacin. .............................................................................111 Tabla 6.14. Volumen anual escurrido y lmina de escurrimiento, calculados por el mtodo del Nmero de Curva de la USDA, modificado por Hawkins. ..........................................................111 Tabla 6.15. Volumen de Infiltracin obtenido a partir de los mtodos de evapotranspiracin (Turc, Blanney y Criddle modificado por Phelan) y escurrimiento (Smith, NOM, USDA modificado por Hawkins). ...........................................................................................................................114 Tabla 6.16. Resultados de la interpretacin numrica con el Resix Plus V.2.2. ..........................116


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NDICE DE FIGURASPgina Figura 3.1. Ciclo hidrolgico. ....................................................................................................... 5 Figura 3.2. Curva de capacidad de infiltracin. ........................................................................... 7 Figura 3.3. Elementos de la cuenca hidrolgica. .......................................................................... 9 Figura 3.4. Distribucin del agua en el suelo. ............................................................................ 12 Figura 3.5. Ley de Darcy. ........................................................................................................... 16 Figura 3.6. Tipos de acuferos y formaciones geolgicas. ........................................................... 18 Figura 3.7. Propiedades acuferas de algunos materiales........................................................... 19 Figura 3.8. Propiedades generales de los estratos. .................................................................... 21 Figura 3.9. Correlacin estratigrfica. ........................................................................................ 22 Figura 3.10. Discordancias o Disconformidades. ........................................................................ 23 Figura 3.11. Elementos geomtricos de los Pliegues.................................................................. 24 Figura 3.12. Clasificacin de los Pliegues. .................................................................................. 24 Figura 3.13. Tipos de Pliegues. .................................................................................................. 25 Figura 3.14. Elementos geomtricos de las Fallas. ..................................................................... 26 Figura 3.15. Fallas con desplazamiento vertical. ........................................................................ 26 Figura 3.16. Fallas con desplazamiento Horizontal. ................................................................... 27 Figura 3.17. Esquema de una Falla Graben y una Falla Horst. .................................................... 27 Figura 3.18. Clasificacin de los mtodos geoelctricos. ........................................................... 30 Figura 3.19. Resistencia de un conductor al paso de la corriente elctrica. ............................... 32 Figura 3.20. Margen de variacin de la resistividad en algunas rocas y minerales. (Fuente: Orellana, 1982). ........................................................................................................................ 35 Figura 3.21. Clasificacin de Arreglos Electrdicos. ................................................................... 37 Figura 3.23. Circuito de emisin. ............................................................................................... 40 Figura 3.24. Fugas de corriente. ................................................................................................ 41 Figura 3.25. Circuito de recepcin. ............................................................................................ 42 Figura 3.26. Corte geoelctrico estratificado. ............................................................................ 45


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Figura 3.26. Curvas de resistividades aparentes para dos, tres y cuatro capas. ......................... 46 Figura 3.27. Prisma de Dar Zarrouk. ......................................................................................... 47 Figura 3.28. Principio de equivalencia. ..................................................................................... 48 Figura 3.29. Principio de supresin. .......................................................................................... 49 Figura 4.1. Localizacin de la zona de estudio. .......................................................................... 50 Figura 4.2. Distribucin de climas en la zona de estudio. .......................................................... 52 Figura 4.3. Hietogramas de las estaciones analizadas. ............................................................... 54 Figura 4.4 Isoyetas de la zona de estudio. ................................................................................ 55 Figura 4.5. Variacin anual de la temperatura media mensual. ................................................. 57 Figura 4.6. Isotermas de la zona de estudio. .............................................................................. 58 Figura 4.7. Variacin anual de la evaporacin media mensual. .................................................. 59 Figura 4.8. Distribucin espacial de la evaporacin. .................................................................. 61 Figura 4.9. Fisiografa de la zona de estudio. ............................................................................ 62 Figura 4.10. Geologa regional. .................................................................................................. 64 Figura 4.11. Suelo tpico de la zona de estudio, Caliche. ......................................................... 66 Figura 4.12. Edafologa regional. ............................................................................................... 67 Figura 4.13. Uso del suelo. ........................................................................................................ 69 Figura 4.14. Orografa e Hidrologa de la zona de estudio. ......................................................... 71 Figura 5.1. Georresistivmetro Terrameter SAS 300B y Unidad reforzadora SAS2000 ................ 72 Figura 5.2. Carretes de cable y caimanes para los electrodos de potencial y corriente. ............. 72 Figura 5.3. Equipos para intercomunicacin de la brigada y equipo para el Geoposicionamiento del SEV. ..................................................................................................................................... 73 Figura 5.4. Vehculo para transporte. ........................................................................................ 73 Figura 5.5. Materiales diversos de apoyo. ................................................................................. 74 Figura 5.6. Software para el manejo, procesamiento de la informacin y para la obtencin y presentacin de los resultados. ................................................................................................. 75 Figura 5.6. Sistema utilizado en el balance Hidrolgico. ............................................................ 77 Figura 5.7. Ejemplo de Polgonos de Thiessen. .......................................................................... 78 Figura 5.8. Relacin entre el ndice Climtico de la Cuenca (BCI) y el coeficiente de escurrimiento para la solucin emprica de Smith, 1973 (Campos, 1998). ........................................................ 81Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngel

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Figura 5.9. Balance hdrico de una regin. ................................................................................. 86 Figura 5.10. Procedimiento de interpretacin de los SEV. ......................................................... 88 Figura 5.11. Geo-posicionamiento del centro del SEV. .............................................................. 90 Figura 5.12. Ubicacin de los electrodos de potencial. .............................................................. 91 Figura 5.13. Instalacin del Terrameter SAS 300B y del Boster SAS 2000. .................................. 91 Figura 5.14. Colocacin de los electrodos de corriente.............................................................. 92 Figura 5.15. Cartula frontal del Terrameter SAS 300B. ............................................................. 92 Figura 5.16. Graficado de los valores de resistividad aparente. ................................................. 95 Figura 5.17. Tcnica utilizada para enrollar el cable al trmino del SEV. .................................... 95 Figura 5.18. Formato de campo utilizado para la ejecucin de los Sondeos Elctricos verticales (SEV). ........................................................................................................................................ 96 Figura 6.1. Cuenca hidrolgica. ................................................................................................. 98 Figura 6.2. Variacin anual de la precipitacin. ........................................................................101 Figura 6.3. Comparacin del volumen de evapotranspiracin obtenido a partir del mtodo de Turc y del mtodo de Blanney y Criddle modificado por Phelan. .............................................104 Figura 6.4. Coeficiente de cultivo (Kg de la FAO), Coeficiente de escurrimiento (Ce de la NOM) y Nmero de curva. (Nc de la USDA); presentados en la zona de estudio. ..................................107 Figura 6.5. Comparacin del volumen de escurrimiento obtenido a partir del mtodo de Smith, l mtodo de la Norma Oficial Mexicana y del mtodo de Nmero de Curva de la USDA modificado por Hawkins. .........................................................................................................112 Figura 6.6. Pozos profundos ubicados en la zona de estudio. ...................................................113 Figura 6.7. Volumen disponible para la extraccin de aguas subterrneas. ..............................115


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NDICE DE TABLAS DE ANEXOSPgina Tabla 9.1.Valores de Nc para uso de suelo urbano. ..................................................................139 Tabla 9.2. Valores de Nc para uso de suelo Agrcola. ................................................................140 Tabla 9.3. Valores de Nc para uso de suelo con paisaje natural. ..............................................141 Tabla 9.4. Datos de campo del SEV 1. .......................................................................................142 Tabla 9.5. Datos de campo del SEV 2. .......................................................................................143 Tabla 9.6. Datos de campo del SEV 3. .......................................................................................144 Tabla 9.7. Datos de campo del SEV 4. .......................................................................................145 Tabla 9.8. Datos de campo del SEV 5. .......................................................................................146 Tabla 9.9. Datos de campo del SEV 6. .......................................................................................147 Tabla 9.10. Datos de campo del SEV 7. .....................................................................................148 Tabla 9.11. Datos de campo del SEV 8. .....................................................................................149 Tabla 9.12. Datos de campo del SEV 9. .....................................................................................150 Tabla 9.13. Datos de campo del SEV 10. ...................................................................................151 Tabla 9.14. Datos de campo del SEV 11. ...................................................................................152 Tabla 9.15. Datos de campo del SEV 12. ...................................................................................153 Tabla 9.16. Datos de campo del SEV 13. ...................................................................................154 Tabla 9.17. Datos de campo del SEV 14. ...................................................................................155 Tabla 9.18. Datos de campo del SEV 15. ...................................................................................156 Tabla 9.19. Datos de campo del SEV 16. ...................................................................................157 Tabla 9.20. Datos de campo del SEV 17. ...................................................................................158 Tabla 9.21. Datos de campo del SEV 18. ...................................................................................159 Tabla 9.22. Datos de campo del SEV 19. ...................................................................................160 Tabla 9.23. Datos de campo del SEV 20. ...................................................................................161


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NDICE DE FIGURAS DE ANEXOSPgina Figura 9.1.Interpretacin numrica del SEV 1, con el software Resix Plus V.2.2. .......................162 Figura 9.2. Interpretacin numrica del SEV 2, con el software Resix Plus V.2.2. ......................162 Figura 9.3. Interpretacin numrica del SEV 3, con el software Resix Plus V.2.2. ......................163 Figura 9.4. Interpretacin numrica del SEV 4, con el software Resix Plus V.2.2. ......................163 Figura 9.5. Interpretacin numrica del SEV 5, con el software Resix Plus V.2.2. ......................164 Figura 9.6. Interpretacin numrica del SEV 6, con el software Resix Plus V.2.2. ......................164 Figura 9.7. Interpretacin numrica del SEV 7, con el software Resix Plus V.2.2. ......................165 Figura 9.8. Interpretacin numrica del SEV 8, con el software Resix Plus V.2.2. ......................165 Figura 9.9. Interpretacin numrica del SEV 9, con el software Resix Plus V.2.2. ......................166 Figura 9.10. Interpretacin numrica del SEV 10, con el software Resix Plus V.2.2. ..................166 Figura 9.11. Interpretacin numrica del SEV 11, con el software Resix Plus V.2.2. ..................167 Figura 9.12. Interpretacin numrica del SEV 12, con el software Resix Plus V.2.2. ..................167 Figura 9.13. Interpretacin numrica del SEV 13, con el software Resix Plus V.2.2. ..................168 Figura 9.14. Interpretacin numrica del SEV 14, con el software Resix Plus V.2.2. ..................168 Figura 9.15. Interpretacin numrica del SEV 15, con el software Resix Plus V.2.2. ..................169 Figura 9.16. Interpretacin numrica del SEV 16, con el software Resix Plus V.2.2. ..................169 Figura 9.17. Interpretacin numrica del SEV 17, con el software Resix Plus V.2.2. ..................170 Figura 9.18. Interpretacin numrica del SEV 18, con el software Resix Plus V.2.2. ..................170 Figura 9.19. Interpretacin numrica del SEV 19, con el software Resix Plus V.2.2. ..................171 Figura 9.20. Interpretacin numrica del SEV 20, con el software Resix Plus V.2.2. ..................171


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NDICE DE PLANOS DE ANEXOSPgina

Plano 9.1 Distribucin de los SEV en la zona de estudio. .......................................................... 172 Plano 9.2 Distribucin de los perfiles Geolgicos ..................................................................... 173 Plano 9.3 Perfil Geolgico A-A ................................................................................................. 174 Plano 9.4 Perfil Geolgico B-B ................................................................................................. 175 Plano 9.5 Perfil Geolgico C-C ................................................................................................. 176 Plano 9.6 Perfil Geolgico D-D ................................................................................................ 177 Plano 9.7 Perfil Geolgico E-E ................................................................................................. 178 Plano 9.8 Perfil Geolgico F-F.................................................................................................. 179 Plano 9.9 Perfil Geolgico G-G ................................................................................................ 180 Plano 9.10 Plano Isomtrico ..................................................................................................... 181


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Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico RESUMEN

Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica, en Santo Domingo Aztacameca Municipio de Axapusco, Estado de MxicoMiguel A. Aguilar Valencia 1 Dr. Aurelio Reyes Ramrez 2

RESUMENEl presente proyecto se realiz en la zona parcelaria de la comunidad de Santo Domingo Aztacameca entre los paralelos 19480.0-19450.0 N y 98470.0-98440.0W a una altitud de 2500-2400 msnm; el objetivo de este trabajo fue estimar el volumen de agua subterrnea disponible en la zona de estudio, para el establecimiento de un pozo profundo para uso Pblico-Urbano de la comunidad y posteriormente proponer el sitio ms favorable para su construccin. Para la primera etapa se realiz un balance hidrolgico de la cuenca hidrolgica de Santo Domingo, cuya metodologa comprendi: La delimitacin de la cuenca, El clculo del volumen anual precipitado, La estimacin de la evapotranspiracin, estimacin del escurrimiento superficial y el clculo del volumen de extraccin de aguas subterrneas por bombeo. La segunda etapa del proyecto consisti en la determinacin de la litologa de la zona de estudio. Se realiz prospeccin geoelctrica en la zona baja de la cuenca, que se encuentra cubierta por depsitos sedimentarios (relleno aluvial); para lo cual se realizaron 20 Sondeos Elctricos Verticales con arreglo Interelectrdico Schlumberger y abertura mxima de AB/2=750, utilizando el georresistivmetro Terrameter SAS 300B y la unidad reforzada SAS 2000. Los puntos de ejecucin de los SEV se definieron estratgicamente a fin de formar una retcula en la zona de estudio y obtener un modelo tridimensional de la estratigrafa de la zona de estudio. Las curvas de campo fueron interpretadas automticamente con apoyo del software Resix Plus V.2.2 e IPI2WIN. Finalmente se obtuvo un volumen disponible para la explotacin de aguas subterrneas de 1.699 millones de m3, que corresponde al 6.24 % del volumen precipitado en la cuenca; se identific un estrato permeable correspondiente a material piro-clstico, con espesor suficiente para el establecimiento de un pozo profundo. Palabras clave adicionales: Balance hidrolgico, Aguas Subterrneas, Geohidrologa, Geofsica, Estratigrafa, Prospeccin Geoelctrica, Sondeos Elctricos Verticales.1

Pasante de la carrera de Ingeniero en Irrigacin. Departamento de Irrigacin. Universidad Autnoma Chapingo. Mxico [email protected] 2 Profesor Investigador del Departamento de Irrigacin. Universidad Autnoma Chapingo. Chapingo. Mxico


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Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico RESUMEN

Study of Electrical Geophysical Prospection, in Santo Domingo Aztacameca Municipality of Axapusco, State of MexicoMiguel A. Aguilar Valencia 1 Dr. Aurelio Reyes Ramrez 2

SUMMARYThe present project was made in the title zone of the community of Santo Domingo Aztacameca between the parallels 1948' 0,0 - 1945' 0,0 N and 9847' 0,0 - 9844' 0,0 W to an altitude of 2500-2400 msnm; with the objective to consider the volume of underground water available in the zone of study, for the establishment of a deep well for use Public-Urban of the community and later to propose the most favorable site for its construction. For the first stage I am made a hydrologic balance of the hydrological river basin of Santo Domingo, whose methodology included: The boundary of the river basin, the calculation of the precipitated annual volume, the estimation of the evapotranspiration, estimation of the superficial draining and the calculation of the volume of underground water extraction by pumping. The second stage of the project consisted of the determination of the litology of the zone of study. Geoelctrical prospection was made in the low zone of the river basin, that is cover by sedimentary deposits (alluvial filling); for which twenty Vertical Electrical Soundings with Interelectrdico adjustment were made Schlumberger and maximum opening of AB/2=750, using georresistivmeter Terrameter SAS 300B and the reinforced unit SAS 2000. The points of execution of the SEV were defined strategically in order to form a graticule in the zone of study and to obtain a three-dimensional model of the stratigraphy of the zone of study. The field curves were automatically interpreted with support of software Resix Plus V.2.2 and IPI2WIN (esp). Finally a volume available for the underground water operation of 1,699 million of m3 was obtained, that corresponds to 6.24% of the volume precipitated in the river basin; I identify a permeable layer corresponding to piro-clstico material, with sufficient thickness for the establishment of a deep well. Additional key words: Hydrologic Balance, Underground Waters, Geohidrology, Geophysic, Stratigraphy, Geoelectrical Prospection, Vertical Electrical Sounding.1

Under graduate of Irrigation Engineering. Irrigation Department. Universidad Autnoma Chapingo.Mxico [email protected] 2 Research Profesor of the Irrigation Department. Universidad Autnoma Chapingo. Chapingo, Mxico.


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Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico CAPTULO I. INTRODUCCIN

I. INTRODUCCINEl agua potable, sin lugar a dudas, es uno de los recursos ms importantes e indispensables para el desarrollo de una comunidad y una sociedad en general, ya que por el simple hecho de que esta se utiliza para la produccin de alimentos y lo ms importante, para el autoconsumo, hace imposible vivir en un lugar donde no se disponga de este recurso; otro uso bsico de el agua es el saneamiento de las personas y de los objetos que utiliza cotidianamente, como ropa, trastes, su vivienda, etc.; sumado a esto se tiene el hecho de que en la mayora de los procesos productivos y trabajos se utiliza este recurso para generar nuevos productos. Estudios realizados por la Comisin Nacional del Agua, estiman que en promedio, el consumo de agua per cpita para el valle de Mxico es de 390.7 litros por habitante por da, es un volumen alto, el consumo por habitante para una zona urbana no debera ser mayor de 200 l.p. da, es decir que al menos este es el volumen con el que debera de contar una persona para su uso diario, sin embargo en el caso de nuestro pas esto no es as, ya que aunque se cuenta con el volumen de agua para satisfacer esta demanda, la distribucin del agua no es la ms adecuada, sumado a esto se tiene que la demanda de agua tiende aumentar a medida que la poblacin aumenta, lo cual genera una insuficiencia en las fuentes de abastecimiento disponibles en la actualidad. Un ejemplo de esto es la Comunidad de Santo Domingo Aztacameca; la comunidad de Santo Domingo pertenece al municipio de Axapusco estado de Mxico, se localiza a 65 km del Distrito federal, cuenta con una poblacin aproximada de 2900 habitantes de los cuales el 50% se dedica a la produccin Agrcola de Tuna y el otro 50% se dedica a la actividad manufacturera. El sistema de agua potable de la comunidad se estableci hace ms de 50 aos con un esquema de distribucin de agua por secciones, es decir se proporciona agua a una parte de la comunidad y posteriormente se suministra a la parte faltante, esto debido a que la fuente de abastecimiento con que se dispone (pozo profundo) no es suficiente para abastecer a todo el sistema de la comunidad al mismo tiempo. Con el paso del tiempo, la poblacin de la comunidad ha crecido de forma exponencial, esto ha generado que no se pueda abastecer de agua ni en dos secciones. Por tal motivo se han buscado nuevas fuentes de abastecimiento; debido a que la comunidad se ubica dentro de la zona semirida del pas, las fuentes de agua superficiales son nulas y la utilizacin de fuentes de agua subterrnea son la nica alternativa. El pozo de agua potable de la comunidad se localiza a ms de 10 km de la misma, lo cual genera un gran consumo de energa, un alto costo en la extraccin y transporte de agua por lo que se han realizado perforaciones en una zona ms cercana a la comunidad. Debido a que no se tiene un conocimiento de la geologa y geofsica de la zona, las zonas de perforacin se han definido deTesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 1

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forma poco cientfica y las perforaciones resultan improductivas ya que el caudal que se obtiene de los aprovechamientos es muy pequeo, sumado a que las caractersticas del subsuelo son desfavorables, el volumen de agua se agota rpidamente, circunstancia que hace inproductivo aprovechar estos pozos. La construccin de aprovechamientos para la captacin de aguas subterrneas requiere de una gran inversin econmica y en los casos en los que se realizan perforaciones improductivas, debido a la insuficiencia del caudal, esta inversin se pierde, por lo tanto resulta indispensable realizar estudios geofsicos que permitan definir zonas en la cuales sea ms viable la construccin de aprovechamientos de aguas subterrneas. En el presente trabajo se realizara un estudio de investigacin Geolgica y Geofsica, del subsuelo de la comunidad de Santo Domingo Aztacameca, utilizando las propiedades resistivas de las rocas por medio de Sondeos Elctricos Verticales (SEV), con el objetivo de identificar con alta probabilidad zonas con formaciones geolgicas que contengan agua en cantidad suficiente para el establecimiento de aprovechamientos subterrneos a partir de los cuales sea posible subsanar las necesidades de agua para uso Pblico-Urbano de la comunidad de Santo Domingo Aztacameca.

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Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico CAPTULO II. OBJETIVOS

II. OBJETIVOSGENERAL Identificar las zonas con caractersticas geohidrolgicas ms favorables para la construccin de aprovechamientos de aguas subterrneas en la localidad de Santo Domingo Aztacameca. PARTICULARES Determinar la estratigrafa de la zona parcelaria de la comunidad de Santo Domingo Aztacameca por medio de la prospeccin geofsica elctrica de la zona de estudio. Estimar el volumen de agua subterrnea disponible en la cuenca de Santo Domingo, para el establecimiento del pozo profundo. Proponer los mejores sitios para la construccin de pozo profundo para el abastecimiento de agua potable de la comunidad.


Estudio de Prospeccin Geofsica Elctrica en Santo Domingo Aztacameca, Estado de Mxico CAPTULO III. REVISIN DE LITERATURA

III. REVISIN DE LITERATURAEn este captulo se describe de manera general los conceptos que se utilizaron para el desarrollo del presente estudio, a fin de facilitar la compresin de los procedimientos que se llevaron a cabo y parte de las conclusiones a las que se lleg. Principalmente se mencionan algunos conceptos relacionados con la hidrologa, geohidrologa, geologa y geofsica. 3.1 HIDROLOGA Etimolgicamente se denomina hidrologa (del griego Y (hidro): agua, y oos (logos): estudio) a la ciencia que se dedica al estudio del agua, llmese: distribucin, espacial y temporal (incluyendo la precipitacin, escorrenta, infiltracin, evapotranspiracin, etc.), as como las propiedades del agua presente en la atmsfera y en la corteza terrestre. Adems de ello a lo largo de la historia, la hidrologa ha sido definida por varios autores, entre los cuales se encuentran los siguientes: Webster Third New Dictionary (Merham Webster 1961); describe a la hidrologa como la ciencia que trata con las propiedades, distribucin y circulacin del agua, especficamente el estudio del agua en la superficie de la tierra, en el suelo y bajo las rocas, y en la atmsfera particularmente con respecto a la evaporacin y precipitacin" el ciclo hidrolgico se considera el concepto fundamental de la hidrologa. Se define como el proceso que sigue el agua en su distribucin espacial y temporal en la tierra y en la atmsfera. El Consejo Federal de Ciencia y tecnologa de los EUA (1959); "La Hidrologa es la ciencia que trata del agua de la tierra, su ocurrencia, circulacin y distribucin, sus propiedades fsicas y qumicas y su reaccin con su medio ambiente, incluye su relacin con los seres vivientes". Aparicio (2001); Hidrologa es la ciencia natural que estudia el agua, su ocurrencia, circulacin y distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su relacin con el medio ambiente, incluyendo seres vivos. El comit coordinador del decenio Hidrolgico Internacional, iniciado en 1965, dio una definicin similar a las dadas por el Consejo Federal para la Ciencia y la Tecnologa en los Estados Unidos en 1959, la cual menciona lo siguiente: La hidrologa es la ciencia que trata de las aguas terrestres, de sus maneras de aparecer, de su circulacin y distribucin en la tierra, de sus propiedades Fisicoqumicas y sus interacciones con el medio fsico y biolgico y sus reacciones a la accin del hombre.Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 4


3.1.2 El Ciclo Hidrolgico El ciclo hidrolgico se considera el concepto fundamental de la hidrologa, adems de que para poder entender la Hidrologa de las Aguas Subterrneas es necesario conocer el origen de las mismas, por lo tanto es indispensable entender cada uno de los procesos que ocurren en este. En la figura 3.1 se muestran los procesos de cambio de estado, su ubicacin en la atmsfera, hidrsfera y Litsfera.

Figura 3.1. Ciclo hidrolgico.

El agua ocurre no solo en forma lquida sino tambin en forma slida -granizo, nieve- y en forma gaseosa -vapor de agua. La cantidad de agua en el mundo es constante pero el agua est continuamente cambiando de una forma a otra y se mueve a diferentes velocidades. El agua que se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el efecto de la radiacin solar. El vapor de agua se eleva y se transporta por la atmsfera en forma de nubes, durante su desplazamiento una parte se condensa y cae hacia la tierra en forma de precipitacin. Durante su trayecto hacia la superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a evaporarse, ser interceptada por las plantas y construcciones o caer directamente sobre el suelo, para fluir posteriormente hasta las corrientes superficiales o infiltrarse. Parte del agua interceptada y una parte de la infiltrada y la que transcurre por la superficie se evapora nuevamente. De la precipitacin que llega a los cauces, escurre, una parte se infiltra y otra llega hasta los ocanos o a otros grandes cuerpos de agua. Del agua infiltrada una parte es absorbida por las plantas y posteriormente es transpirada hacia la atmsfera, mientras que otra parte fluye bajo la superficie de la tierra hacia las corrientes, el mar u otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del suelo (percolacin) para ser almacenada como agua subterrnea y despus aflorar en manantiales, ros o el mar.Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 5


3.1.1.1 Precipitacin Pluvial Es el agua que cae sobre los terrenos debido a la condensacin del vapor acuoso atmosfrico y la consecuente formacin de gotas de un tamao tal que por gravedad desciende hasta la superficie de la tierra. 3.1.1.2 Abstracciones Hidrolgicas Intercepcin La cantidad de la precipitacin que finalmente llega a la superficie del suelo depende de la naturaleza y de la densidad de la cubierta vegetal, si esta existe, o de la cobertura artificial (edificios, caminos y pavimentados de todo tipo). La cobertura, sea natural o artificial, intercepta parte de la precipitacin, detenindola temporalmente en sus superficies, de ah el agua es evaporada para regresar a la atmsfera durante o despus de la tormenta, o bien, cae al suelo. Al proceso anterior se le conoce como intercepcin. Almacenamiento en depresiones El almacenamiento en depresiones, se define como el volumen de agua necesario para llenar las pequeas depresiones naturales del terreno, a cotas superiores a las de derrame. Este volumen de agua es generado por la precipitacin que llega al suelo, tan pronto como la intensidad de lluvia excede a su capacidad de infiltracin. Entonces, una parte de la lluvia que no se infiltra, ni se evapora (lluvia en exceso) empieza a llenar huecos, zanjas y otras depresiones del terreno; si el proceso de precipitacin contina, el resto de ella comienza a cubrir la superficie del suelo con una delgada capa o pelcula de agua, denominada detencin superficial, inicindose el escurrimiento superficial pendiente abajo, hacia un cauce ya establecido. Infiltracin La infiltracin se define como el movimiento del agua, a travs de la superficie del suelo y hacia adentro del mismo, producido por la accin de las fuerzas gravitacionales y capilares (Aparicio, 2001). Los factores que ms destacan en la afectacin de la capacidad de infiltracin son la textura del suelo, el contenido de humedad inicial y de saturacin del suelo, temperatura, cobertura vegetal, uso del suelo, aire atrapado, lavado de material fino, compactacin de la superficie del terreno. En la figura 3.2 se observa las etapas del proceso de infiltracin, esto ocurre considerando un tipo y cobertura de suelos homogneos, adems de que la intensidad de la lluvia sea constante durante la tormenta.Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 6


1. En el inicio de una tormenta, el suelo est de tal manera seco que la cantidad de agua que puede absorberse en la unidad de tiempo (es decir, su capacidad de infiltracin) es mayor que la intensidad de la lluvia en esos primeros instantes de la tormenta, bajo estas condiciones toda la lluvia se infiltrara. En esta parte del proceso las fuerzas producidas por la capilaridad predominan sobre las gravitatorias. 2. El contenido de humedad del suelo aumenta hasta que su superficie alcanza la saturacin. En este momento se empiezan a llenar las depresiones del terreno, es decir, se originan charcos y comienza a producir flujo sobre la superficie. A este instante se le llama tiempo de encharcamiento. 3. Despus de este tiempo, si la lluvia sigue siendo intensa, las fuerzas capilares pierden importancia frente a las gravitatorias, pues el contenido de humedad del suelo aumenta y la capacidad de infiltracin disminuye con el tiempo. Una vez saturado el suelo, el agua comienza a formar escurrimientos.

Figura 3.2. Curva de capacidad de infiltracin.

En hidrologa, se denomina capacidad de infiltracin a la velocidad mxima con que el agua penetra en el suelo. La capacidad de infiltracin depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendr una capacidad de infiltracin mayor que un suelo arcilloso y compacto. Escurrimiento Una vez que la precipitacin alcanza la superficie del suelo se infiltra hasta que las capas superiores del mismo se saturan. Posteriormente, se comienzan a llenar las depresiones y al mismo tiempo el agua comienza a escurrir. Este escurrimiento se conoce como flujo en la superficie del terreno y se produce mientras el agua no llegue a cauces bien definidos.



Evapotranspiracin Se denomina evapotranspiracin a la combinacin de los procesos de transpiracin y evaporacin del suelo adyacente a las plantas. La transpiracin es el proceso por el cual el agua es llevada desde las races hasta pequeos poros que se encuentran en la cara inferior de las hojas, donde se transforma en vapor de agua y se libera a la atmsfera. La transpiracin, es esencialmente la evaporacin del agua desde las hojas de las plantas, el principal objetivo de este proceso es la regulacin de la temperatura de la planta y la formacin de tejido y se efecta mediante el gradiente de energa que se establece entre la zona radical y las hojas. La cantidad de agua que transpiran las plantas vara segn la regin geogrfica y a travs del tiempo. Hay varios factores que determinan las tasas de transpiracin: Temperatura: La tasa de transpiracin aumenta a medida que aumenta la temperatura, especialmente durante la estacin de crecimiento, cuando el aire est ms clido. Humedad relativa: A medida que aumenta la humedad del aire que rodea a la planta, la tasa de transpiracin disminuye. Es ms fcil para el agua evaporarse hacia el aire seco que hacia el aire saturado. El viento y el movimiento del aire: El aumento en el movimiento del aire que rodea a la planta, provocar una mayor transpiracin Tipos de plantas: Las distintas plantas, presentan distintas tasas de transpiracin. Algunas de las plantas que crecen en las zonas ridas, como los cactus, conservan la tan preciada agua transpirando menos. Por el suelo, son su contenido de humedad, su conductividad hidrulica, el contenido de sales que influyen en la presin osmtica y la diferencia de potencial del agua entre el suelo, la planta y la atmsfera. A mayor diferencia de potencial entre el suelo y la atmosfera a travs de la planta, habr ms transpiracin. El agua que se encuentra en el suelo tambin se evapora, iniciando el proceso evaporativo en la superficie del suelo y conforme sta se va secando, el agua bajo la superficie, sube por accin de la capilaridad, para evaporarse, hasta un cierto lmite.



3.1.2 La Cuenca Hidrolgica La cuenca Hidrolgica es la unidad bsica de estudio de la Hidrologa, En la Ley de Aguas Nacionales (Diario Oficial de la Federacin, 2008), Artculo 3, Fraccin XVI, se define a la cuenca hidrolgica como: Es la unidad del territorio, diferenciada de otras unidades, normalmente delimitada por un parte aguas o divisoria de las aguas -aquella lnea poligonal formada por los puntos de mayor elevacin en dicha unidad-, en donde ocurre el agua en distintas formas, y sta se almacena o fluye hasta un punto de salida que puede ser el mar u otro cuerpo receptor interior, a travs de una red hidrogrfica de cauces que convergen en uno principal, o bien el territorio en donde las aguas forman una unidad autnoma o diferenciada de otras, aun sin que desemboquen en el mar. En dicho espacio delimitado por una diversidad topogrfica, coexisten los recursos agua, suelo, flora, fauna, otros recursos naturales relacionados con stos y el medio ambiente. La cuenca hidrolgica conjuntamente con los acuferos, constituye la unidad de gestin de los recursos hdricos. La cuenca hidrolgica est a su vez integrada por subcuencas y estas ltimas estn integradas por microcuencas. En la figura 3.3 se observan los elementos de la cuenca mencionados en la definicin anterior, la lnea roja representa el parteaguas, las lneas azules la hidrografa, las flechas rojas el sentido del escurrimiento

Figura 3.3. Elementos de la cuenca hidrolgica.

Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos tipos de cuencas: exorreicas y endorreicas. En las primeras el punto de salida se encuentra en los lmites de la cuenca y est en otra corriente o en el mar; en las segundas, el punto de salida est dentro de los lmites de la cuenca y generalmente es un lago.



3.1.2 Balance Hidrolgico La estimacin de la oferta hdrica para un espacio y periodo especfico tiene como base el ciclo hidrolgico modelado mediante el balance hidrolgico el cual determina la disponibilidad del agua en cada una de las fases: precipitacin, evapotranspiracin real, infiltracin y escorrenta. La base fsica del balance hidrolgico es la formulacin de las ecuaciones de conservacin de masa para volmenes de control o unidades hidrogrficas determinadas. Expresa la equivalencia entre los aportes de agua que entran al volumen de control y la cantidad de agua que sale considerando adems las variaciones internas en el almacenamiento de humedad ocurridas durante un periodo de tiempo determinado.

Para una cuenca se tiene: Entradas (I): - Precipitacin (P) - Escorrenta (superficial + subterrnea) desde otras cuencas - Aguas subterrneas desde otras cuencas Salidas (Q) - Evaporacin - Transpiracin - Escorrenta (superficial + subterrnea) hacia otras cuencas - Agua subterrnea hacia otras cuencas - Infiltracin Cambio de almacenamiento (DS) (Dt) - Almacenamiento de aguas subterrneas - Almacenamiento por cambio de humedad del suelo - Almacenamiento superficial en embalses canales y en la escorrenta superficial En la mayora de los balances hidrolgicos se desprecia los parmetros de escorrenta subterrnea (tanto en entradas como en salidas). Debido a la complejidad que se tiene para la determinacin de estos parmetros, aunque es de anotar que la ecuacin anterior presenta inexactitudes cuando se aplica en cuencas de gran rea de drenaje y en suelos permeables donde la escorrenta subterrnea es aun ms importante que la escorrenta superficial. Chow, La hidrologa no es enteramente una ciencia, ya que tiene muchas aplicaciones de orden prctico, as mismo hace notar lo siguiente: Como la hidrologa no es una ciencia exacta, la aplicacin del conocimiento hidrolgico, requiere en gran parte del juicio claro del hidrlogo, basado en una gran experiencia.



3.2 AGUAS SUBTERRNEAS Como se mencion anteriormente la disponibilidad de agua en Mxico es de 4 312 m /habitante/da y se estima que para el 2030 se reduzca a menos de 1000 m 3/habitante/da, con lo cual se ha tomado mayor importancia en la bsqueda de nuevas fuentes de abastecimiento y dado que las fuentes superficiales se han agotado casi completamente, el agua subterrnea ha sido la nueva opcin.3

Debido a las caractersticas de calidad, permanencia y costos de extraccin, en Mxico, el agua subterrnea es utilizada preferentemente para el abastecimiento de agua potable de los ncleos de poblacin y preferentemente en condiciones climatolgicas adversas donde no hay almacenamiento de aguas superficiales, lo cual representa ms del 50% del territorio nacional. El agua subterrnea se encuentra en forma de un solo cuerpo continuo o tambin en estratos separados. El espesor de la zona de saturacin vara desde unos pocos metros hasta varios cientos. Los factores que determinan su espesor son tales como la geologa local, la presencia de poros o intersticios en las formaciones, la recarga y el movimiento o desplazamiento del agua desde las reas de recarga hasta las de descarga. (Edward 1975, citado por Huasache, 2002). La Geohidrologa es la parte de la hidrologa que trata el almacenamiento y la circulacin de las aguas terrestres en el subsuelo, sus propiedades fsicas y qumicas, su interaccin con el medio fsico y biolgico y sus reacciones a la accin humana. A la Geologa que se aplica resaltando los aspectos geohidrolgicos de las rocas se le llama hidrogeologa. 3.2.1 Distribucin del Agua en el Subsuelo Es muy difundida la creencia de que en el subsuelo el agua se encuentra formando enormes lagos subterrneos o corrientes muy localizadas que fluyen a lo largo de conductos de gran tamao, aunque as se presenta en algunos acuferos constituidos por rocas volcnicas o por rocas carbonatadas, en la gran mayora de los casos el agua circula y se almacena en los poros que dejan entre si las partculas de material, es decir, en un medio poroso. Las caractersticas del medio poroso (tamao, forma e interconexin de poros), pueden ser variables y dependen de los procesos geolgicos que lo originaron. Por lo tanto, el conocimiento del marco geolgico es esencial para entender el comportamiento del agua subterrnea. En el subsuelo el agua se encuentra distribuida en dos grandes zonas: la de aeracin y la de saturacin.



Figura 3.4. Distribucin del agua en el suelo.

La zona de aeracin, comprendida entre la superficie del terreno y el nivel fretico, est parcialmente saturada y se subdivide en zona del agua del suelo, zona intermedia y zona capilar. En la primera zona, constituida por el suelo y otros materiales, el contenido de agua vara continuamente y est influenciado por la lluvia, riego, drenaje, y evapotranspiracin. La zona capilar se encuentra inmediatamente arriba del nivel fretico. Su altura depende de la granulometra del material y de las fluctuaciones de dicho nivel: en materiales finos la altura capilar puede ser de varios metros, pero el agua asciende lentamente; en materiales gruesos la altura capilar es del orden de centmetros, aunque asciende rpidamente. (Chvez, 1987). Entre la zona de agua del suelo y la capilar, se encuentra la zona intermedia que contiene agua, llamada pelicular, adherida a los granos y, temporalmente, agua gravitacional que fluye verticalmente hacia la zona saturada, durante los periodos de infiltracin. La zona de saturacin tiene como lmite superior al nivel fretico o superficie fretica, la cual definida por el agua que se encuentra a la presin atmosfrica. Todos los estratos situados abajo del nivel fretico se encuentran totalmente saturados. (Cruz y Gutirrez, 1989). El agua contenida en la zona de saturacin es la nica parte de toda el agua del subsuelo de la cual se puede hablar con propiedad como agua subterrnea. La zona de saturacin podra asimilarse a un gran embalse natural o sistema de embalses cuya capacidad total es equivalente al volumen conjunto de los poros o aberturas de las rocas que se hallan llenas de agua.



3.2.2 Conceptos Bsicos de Geohidrologa 3.2.2.1 Porosidad La porosidad (n) es una propiedad fsica del suelo o roca, es decir como un parmetro numrico, denominado tambin volumen poroso (IUPAC, 1994). Se define como el volumen ocupando por los espacios vacos (Vv) por unidad de volumen de roca (Vt), y se expresa en porcentaje:

Donde: n= Porosidad, en %. Vt= Volumen total del suelo o roca. Vs= Volumen de Slidos. Vv= Volumen de vacios. Los poros pueden ser el resultado de procesos muy diferentes; unos (porosidad primaria) se originan al mismo tiempo que las rocas en los que se encuentran, por ejemplo los que existen entre los diversos fragmentos que constituyen una roca detrtica (arena de una playa o de una duna, depsitos aluviales de un ro, etc.); otros (porosidad secundaria) se originan con posterioridad a la formacin de la roca y a menudo por procesos completamente diferentes a los que dieron origen a aquella, por ejemplo, fisuras o diaclasas en una roca fracturada, o lo que quizs es mejor conocido, la red de conductos y cavidades producida por disolucin de rocas solubles (simas, sumideros o cuevas). Un parmetro que interviene mucho en la circulacin del agua es el tipo de poro presente, generalmente los poros se clasificad de la siguiente manera: Microporos (< 0.1 mm); se presentan comnmente en materiales arcillosos, el agua est firmemente adherida a las paredes del poro por varios mecanismos, de los que el ms importante es la tensin superficial; en tales poros el agua es retenida contra la accin de la gravedad ("capacidad de retencin especfica") y no puede fluir libremente a menos que se aplique una fuerza externa. Mesoporos (0.1 2.0 mm). Macroporos (>2.0 mm), este tipo de poro alberga agua gravfica. En consecuencia, la porosidad describe la capacidad de las rocas para albergar agua, pero no la cualidad tan importante desde el punto de vista hidrogeolgico de que el agua pueda circular en el seno de la roca. Esta ltima cualidad es la permeabilidad, que requiere no slo que la roca sea porosa sino que adems los poros tengan un cierto tamao para contener "agua gravfica"; a la porosidad correspondiente al agua gravfica se la denomina porosidad eficaz.



Tabla 3.1. Valores de porosidad para algunos materiales acuferos.

MATERIAL Arcilla Arena Grava Grava y Arena Arenisca Caliza Basalto Cuarcito y Granito

POROSIDAD (%)45 - 55 35 - 40

30 - 40 20 - 35 10 -20 1 -10 1 -10 1 - 10

3.2.2.2 Rendimiento Especfico y Retencin Especfica El rendimiento especfico de un acufero es la relacin entre la cantidad de agua que puede drenar libremente el material y el volumen total de la formacin, resultando siempre menor que la porosidad total, y asociado al concepto de porosidad eficaz. La relacin entre el rendimiento especfico (Sy) y la porosidad total (P) depende del tamao de las partculas en la formacin. El rendimiento especfico es numricamente igual a la porosidad efectiva. Un acufero de textura fina tendr un rendimiento especfico pequeo, mientras que un acufero de textura gruesa tendr uno mayor, ya que es capaz de producir una mayor cantidad de su agua almacenada. La retencin especfica (Sr) es la parte de la porosidad total de un acufero que no puede ser fcilmente extrada.

Donde: Sy= Rendimiento especfico. Vd= Volumen drenado. Vt= Volumen total. Sr= Retencin especfica. Vr= Volumen retenido. n= Porosidad.Tabla 3.2. Valores de retencin especfica (Sy) y rendimiento especfico (Sr).

MATERIAL Arcilla Arena Grava Grava y Arena Arenisca Basalto Cuarcito y Granito

Sy (%) 1 - 10 10 -30 15 -30 15 - 25 5 -15 8 0.09

Sr (%)40 - 50 10 -25

10 -15 5 -10 5 2 .01



3.2.2.3 Permeabilidad y Transmisividad La Permeabilidad (K): tambin llamado Coeficiente de Conductividad Hidrulica, representa la velocidad promedio del flujo subterrneo a travs del medio poroso saturado que compone el acufero y sobre la cual influyen las propiedades del fluido, el tamao de poros y granos del suelo, su textura y su estructura o empaquetamiento. El coeficiente de permeabilidad se expresa en unidades de velocidad, generalmente en m/s o cm/s. Es importante destacar que la permeabilidad puede darse de dos formas; debido al paso de el agua a travs de los huecos que dejan entre si las diversas partculas que forman las rocas (Poros) y debido a la grietas, roturas o fisuras que aparecen en su interior (fisuramiento). Una capa arenosa es permeable por porosidad, mientras que una roca de caliza marmrea no lo es; sinembargo esta puede ser permeable si esta fisurada a causa de las grietas que la atraviesa. (Cruz y Gutirrez, 1989).Tabla 3.3. Valores de permeabilidad (K).

MATERIAL Arcilla Arena Grava Grava y Arena Arenisca Caliza

PERMEABILIDAD K (m/s) 10-10 a 2 x 10-7 10-5 a 3 x 10-4 10-4 a 1.5 x 10-3 10-5 a 5 x 10-4 10-8 a 5 x 10-6 Muy variable

En la tabla 3.3 se muestran los valores de permeabilidad de los materiales acuferos ms comunes. Como se puede observar los valores ms bajos de permeabilidad se presentan en las arcillas, por lo cual no es un materia muy bueno para un acufero ya que aunque tenga agua en cantidad esta no es muy aprovechable debido a que se encuentra muy retenida en los poros, esto significa que un material con un alto grado de porosidad no es realmente el mejor para un acufero. La transmisividad (T) es la capacidad de un acufero para transmitir agua, se obtiene mediante el producto de la conductividad hidrulica o permeabilidad (K) por el espesor saturado, esto es: Donde: T= Transmisividad expresada en m2/s. K= Permeabilidad en m/s. b= Espesor saturado del acufero en m.



3.2.2.4 Ley de Darcy La Ley de Darcy es una de las piedras fundamentales de la mecnica de los suelos y el flujo en medios porosos. De acuerdo con esta ley, la velocidad con que circula un fluido a travs de un material poroso es directamente proporcional a la prdida de carga hidrulica e inversamente proporcional a la longitud en la que se da dicha prdida de carga o simplemente directamente proporcional al gradiente hidrulico.

Figura 3.5. Ley de Darcy.

La expresin matemtica de la Ley de Darcy es la siguiente:

Donde: V= Velocidad aparente del flujo en m/s. L= Longitud en metros de la muestra k= Constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en funcin del material de la muestra, en m/s. h3= Altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante. H4= Altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante. i= Gradiente hidrulico.



En realidad, como el agua circula nicamente a travs de los espacios vacios, el rea de flujo o efectiva es mucho menor que el rea transversal total de la seccin y por lo mismo la velocidad de circulacin es mucho mayor que la velocidad aparente calculada por la ley de Darcy, la frmula para el clculo de la velocidad real es la siguiente:

Donde: Vr= Velocidad real o velocidad de Infiltracin. V= Velocidad aparente del flujo. A= rea transversal total de la seccin. Ar= rea de flujo real. ne= Porosidad efectiva, numricamente igual al rendimiento especifico. Sy= Rendimiento especifico. 3.2.2.5 Coeficiente de Almacenamiento El coeficiente de almacenamiento se define como el volumen de agua que un acufero, toma o suelta por unidad de superficie y por unidad de cambio de altura de carga. El coeficiente de almacenamiento es adimensional. Este valor depende del acufero, sea este confinado o libre. Cuando el acufero es confinado la cantidad de agua que el acufero suelta por cambio en la altura de carga, se debe a una expansin del agua y a la compresin del acufero. El coeficiente de almacenamiento en acuferos confinados vara de 0.00001 a 0.001.

Donde:

El coeficiente de almacenamiento especfico se define como la cantidad de agua liberada por unidad de volumen de material, cuando la carga hidrulica decrece una unidad. Se expresa en unidades de longitud. Cuando el acufero es de tipo libre, la fuente predominante de agua es el drenado por gravedad de los materiales, por el efecto del abatimiento del nivel fretico, as pues, en acuferos libres el coeficiente de almacenamiento es virtualmente igual al rendimiento especfico y el rango aproximado de sus valores es 0.1 a 0.3.Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 17


3.2.3 Definicin de Acufero, Acuicludo, Acuitardo y Acuifugo Acufero (del latn fero, llevar): Formacin geolgica que contiene agua en cantidad apreciable y que permite que circule a travs de ella con facilidad. La arena, grava, granito u otra roca con fracturacin importante son representativos para formar acuferos. Acuicludo (del latn cludo, encerrar): Son formaciones geolgicas que captan el agua pero no la transmiten en suficiente cantidad para abastecer los requerimientos instantneos de los pozos. Acuitardo (del latn tardo, retardar, impedir): Hace referencia a la existencia de diferentes formaciones geolgicas que, contienen apreciables cantidades de agua, la transmiten muy lentamente, por lo que nos son aptos para el emplazamiento de captaciones, bajo condiciones especiales, permiten una recarga vertical de otros acuferos que pueden llegar a ser muy importantes en ciertos casos (Custodio et al., 1983). 3.2.3.1 Tipos de Acuferos Acufero Libre: Se encuentra en contacto directamente con la atmsfera. Est limitado superiormente por el nivel fretico, el cual define directamente su espesor y en su parte inferior por una capa impermeable. Acufero Confinado: Est separado de la atmsfera por una capa impermeable. Su espesor es la distancia entre las dos capas impermeables que lo limitan. El agua en este tipo de acuferos se encuentra a mayor presin que la atmosfrica por lo que el nivel del agua que alcanzan se denomina piezomtrico. Acufero Semiconfinado: Est limitado por formaciones menos permeables que el mismo, pero atraves de las cuales puede recibir o ceder volmenes significativos de agua,

Figura 3.6. Tipos de acuferos y formaciones geolgicas.



3.2.3.2 Caractersticas Fsicas y Qumicas de las Rocas con Posibilidades Acuferas Como se puede apreciar en base a los apartados anteriores, el grado de viabilidad para que un material pueda ser parte de una formacin geolgica acufera depende principalmente de la porosidad (determina la cantidad de agua que puede almacenarse) y la permeabilidad (determina la facilidad con que dicha agua puede extraerse). Podemos distinguir dos grandes tipos de rocas almacenadoras en cuanto a su comportamiento hidrolgico: Rocas porosas Rocas fisuradas Las rocas porosas pueden ser incoherentes (rocas deleznables), como las gravas y las arenas, o coherentes (rocas compactas), como las areniscas, las calizas oolticas y las tobas. Las rocas compactas presentan poros y microfisuracin. Las rocas fisuradas son rocas coherentes o compactas cuyos principales vacios estn esencialmente constituidos por fisuras abiertas aunque tambin pueden presentar poros. Tambin se denominan rocas fracturadas, estas rocas dan lugar a redes acuferas.

Figura 3.7. Propiedades acuferas de algunos materiales.



3.2.3.3 Formaciones Acuferas en Mxico Mxico presenta una gran diversidad de estratigrafa a lo largo y ancho del Territorio Nacional, lo cual le genera una gran variedad de caractersticas geohidrolgicas que determinan la existencia o ausencia de mantos acuferos con capacidad para la explotacin de aguas subterrneas. Las principales formaciones acuferas en nuestro pas son: Acuferos con aluviones recientes Estn constituidos por mantos de gravas, arenas y arcillas que fueron depositadas por las descargas de materiales acarreados por ros y arroyos, en su desembocadura hacia valles y planicies de inundacin; generalmente se localizan en planicies costeras del Ocano Pacifico, de los Golfos de California, Tehuantepec y de Mxico. Algunos ejemplos de estos acuferos son: Depsitos delticos del valle de Mexicali, B.C.N. Planicies de Inundacin de Cd. Obregn, Sonora; La Paz, B.C.S.; Bajo Rio Bravo, Tamaulipas; Coatzacoalcos, Veracruz. Cuencas cerradas en la regin Lagunera de Coahuila y Durango, en la cuenca del valle de Mxico y en los valles centrales de Oaxaca. Acuferos en cuencas terciarias Estn constituidos por grandes espesores de arena, sedimentos lacustres y aluviales; debido a la gran actividad volcnica ocurrido durante el terciario continental, generalmente se encuentran intercalados con derrames de rocas gneas y depsitos piro-clsticos. Se ubican principalmente en la meseta central y en la porcin noreste del pas, algunos de los acuferos que presentan este tipo de estratigrafa son: Vicente Guerrero, Dgo.; Noria de ngeles, Zac.; Nuevo Casas Grandes, Chih.; Valle de Aguascalientes; Tequisquiapan, Qro. y Acmbaro, Gto. Acuferos en calizas Como su nombre lo dice, estos acuferos se encuentran en afloramientos de calizas constituidas por carbonatos de calcio. Este tipo de explotaciones se inicio en Monterrey N. L. con perforaciones de hasta 2000 m. pero con niveles de bombeo someros. Otra gran zona de explotacin de este tipo de acuferos se localiza en la Pennsula de Yucatn, principalmente en: Cancn, Puct y lvaro Obregn en Quintana Roo y Edzn y Champotn en Campeche.



3.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL La geologa estructural es una rama de la geotectnica que estudia las particularidades de la estructura y desarrollo de la corteza terrestre, relacionadas con los procesos mecnicos, movimientos y deformaciones que en ella tiene lugar. La corteza terrestre se compone de rocas que constituyen cuerpos de formas diversas, los cuales pueden ser horizontales, inclinados o encorvado en pliegues. Las formas estructurales se clasifican en primarias y secundarias; la formas primarias son aquellas que se forman simultneamente con la roca, tales como aquellas capas horizontales que se forman a partir de la estratificacin de la roca sedimentaria; las formas secundarias son las que surgen como resultado de deformaciones posteriores de las formas primarias, tales como pliegues, desviaciones, fracturas, etc. 3.3.1 Estructuras Primarias Las estructuras primarias se forman tanto en rocas gneas como en rocas sedimentarias, adems de que tambin en algunos de sus derivados metamrficos que no fueron modificados durante la alteracin de la roca. La caracterstica estructural ms importante en las rocas sedimentarias es la disposicin en capas o estratificacin. Una capa o estrato es un cuerpo de espesor relativamente pequeo (centmetros e incluso hasta cientos de metros) cuya composicin es la misma a lo largo de varios kilmetros y est delimitado por otras capas de diferente composicin. Las pilas sedimentarias son estratificaciones, es decir, estn constituidas por una sucesin de capas que yacen una sobre otra. A la superficie inferior de la capa se le denomina muro o piso y a la capa superior techo. La distancia entre el piso de una capa (piso= lmite inferior) y techo (lmite superior) se llama espesor real. S la capa est cortada aparece un espesor aparente. El espesor aparente es siempre igual o mayor del espesor real.

Figura 3.8. Propiedades generales de los estratos.



3.3.1.1 Correlacin Estratigrfica Uno de los objetivos de la estratigrafa es la determinacin de las edades absolutas o relativas de los estratos, para lo cual se utiliza la correlacin estratigrfica, la cual se fundamenta en dos leyes. Nils Stensen formul en el siglo XVII la primera ley geolgica: Los estratos inferiores son generalmente ms antiguo que los estratos arriba. Un poco ms tarde William Smith formul la segunda ley geolgica: Cada estrato tiene su contenido caracterstico en fsiles. Smith descubri que algunos fsiles tienen una caracterstica y se repiten en varias zonas pero siempre en la misma poca - entonces fsiles guas.

Figura 3.9. Correlacin estratigrfica.

3.3.1.2 Discordancias o Disconformidades Como menciona la ley de Stensen, en condiciones normales los estratos ms jvenes se encuentran arriba de los estratos ms viejos, debido a fenmenos de sedimentacin, fuerzas tectnicas y erosin, el orden de los estratos se invierte e incluso en algunas veces existe ausencia de estratos, como se muestra en la figura 3.10 A en donde existe ausencia de los estratos 3 13, debido a la ausencia de sedimentacin. Discordancia angular Una disconformidad angular es una sobre posicin sedimentaria de rocas ms jvenes encima de rocas ms antiguas ya inclinadas. Como se muestra en la figura 3.10 B, S, durante la ausencia de la sedimentacin existe una actividad tectnica los estratos viejos (1-6) se inclinan o representan fuertes deformaciones. Los estratos jvenes (14-17) todava no existen y por eso no muestran este deformaciones tectnicas. En siguiente se depositan los estratos modernas (14-17) en una forma horizontal.



Transgresin Este tipo de discontinuidades se genera por el ingreso del mar hacia el continente, generalmente ocurre por movimientos tectnico (estos movimientos son muy lentos). Como se muestra en la figura 3.10 C, esto origina que los estratos ms jvenes de las facies marinas se ubiquen ms adentro del continente. Regresin Es el retiro del ocano desde el continente. Puede ser el sector continental muestra un alzamiento tectnico (o una disminucin global del nivel ocenico) y el agua tiene que retirarse de sectores continentales. En un perfil geolgico se nota un cambio desde una facies marina abajo a una facies terrestre arriba. El sector de transicin es marcado por una facies litoral con marcas sedimentaras tpicas y una facies tpica litoral. Generalmente la transicin no se manifiesta en un estrato, es generalmente un conjunto de estratos que abajo tiene una predominancia marina (calizas) y siguen hacia arriba intercalaciones de estratos terrestres (conglomerados), ms haca arriba se encuentra una fuerte predominancia de estratos terrestres con intercalaciones de capas marinas. Al fin del proceso afloran exclusivamente estratos terrestres.

Figura 3.10. Discordancias o Disconformidades.

3.3.2 Estructuras Secundarias Las estructuras secundarias son el producto de las deformaciones de las estructuras primarias, generalmente son provocadas por fuerzas originadas de movimientos tectnicos, aunque algunas veces estn asociadas a fuerzas originadas en el interior de la roca o por procesos qumicos y recristalizacin, entre otras. Las principales estructuras secundarias de las rocas son: los pliegues, las grietas y las fallas.Tesis Profesional: Aguilar Valencia Miguel ngelPAG. 23


3.3.2.1 Pliegues Los pliegues son estructuras de rocas deformadas en ondulacin producto de la accin de las fuerzas de compresin. En general las rocas ms plsticas son las que suelen dar lugar a la aparicin de pliegues, como en el caso de las arcillas, margas y yesos. Partes del pliegue Los elementos principales de un pliegue son: flancos, plano axial, eje, cresta y seno.

Figura 3.11. Elementos geomtricos de los Pliegues.

Tipos de pliegueSimetricos Por su Simetria Asimetricos

El angulo que forman los flancos con la Horizontal es el mismo. Los flancos tiene inclinaciones claramente distintas. Los materiales ms antiguos estn en el centro del pliegue. Los materiales ms jovenes estn en el centro del pliegue. Solo tien un flanco (Tiene forma de Rodilla). El plano axial es vertical. El plano axial forma un angulo con la vertical. El espesor de cada estrato no varia a lo largo del pliegue. El espesor es menor en los flancos y mayor en la cresta o seno. Es una serie de pliegues que tienen sus flancos paralelos e inclinados en la misma direccin.

Anticlinal Disposicin de las capas

Sinclinal

Monoclinal

Tipos de PlieguesPor el Plano Axial

Recto

Inclinado Ispacos o Concentricos AnIspacos o Similares isoclinales

Espesor de las capas

Asociacin de Pliegues

Figura 3.12. Clasificacin de los Pliegues.



Figura 3.13. Tipos de Pliegues.

3.3.2.1 Grietas Son estructuras que se presentan a modo de tajos o aperturas en las rocas. Generalmente las grietas son originadas por procesos tectnicos en los cuales las estructuras geolgicas suelen romperse bajo compresin debido a no resistir el esfuerzo de tensin. Las grietas de todos los tipos sirven de paso para la percolacin del agua subterrnea. Muchas veces se encuentran en lugares donde el agua subterrnea ha rellenado las grietas con materia mineral. 3.3.2.1 Fallas Las fallas son estructuras fracturadas que se desplazan sobre otras estructuras que en un inicio formaban una sola estructura, al igual que las grietas, su origen se debe a que las estructuras se rompieron debido a que no resistieron los esfuerzos de tensin y comprensin originados por los procesos tectnicos. Partes de la falla Al igual que los pliegues, en la fallas se tiene identificados una serie de elementos geomtricos que permiten la descripcin y clasificacin de estas. En la figura 3.14 se muestra el esquema general de una falla, en la cual se observan los elementos siguientes: Plano de Falla: Es el plano donde se deslizan las caras de las estructuras fracturadas. Lnea de falla: Es la interseccin entre la superficie terrestre y el plano de falla. Techo de Falla: Es la masa rocosa que ha sufrido la friccin por el desplazamiento entre bloques. Salto de Falla: Es l

tesis miguel

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