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1904
2004
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B
OLETÍN
DE
LA
S
OCIEDAD
G
EOLÓGICA
M
EXICANA
V
OLUMEN
63,
NÚM
. 1, 2011,
P
. 53-60
Subsidencia y sus mapas de peligro: Un ejemplo en el área
nororiental de la Zona Metropolitana de la Ciudad de
México
Enrique Cabral Cano
1,*
, Oscar Díaz Molina
1
, Hugo Delgado Granados
2
1
Departamento de Geomagnetismo y Exploración. Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de
México. México, D.F., 04510, México
2
Departamento de Vulcanología. Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México. México,
D.F., 04510. México
* ecabral@geofsica.unam.mx
Resumen
El estudio de la magnitud y la variabilidad espacial del proceso de subsidencia mediante el uso de Interferometría de Radar de
Apertura Sintética Diferencial en la Ciudad de México nos ha permitido generar un mapa de peligro asociado a la subsidencia. Este
trabajo describe la generación de dicho mapa mediante el cálculo del gradiente horizontal de subsidencia y presenta un ejemplo de esta
metodología en el área nororiental de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
Palabras clave: DInSAR, subsidencia, peligro, México.
Abstract
Analysis of subsidence magnitude and its spatial variability through Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar techniques
in Mexico City has allowed us to generate a subsidence-related faulting hazard cartographic product. This study describes the
generation of hazard maps through the derivation of the horizontal subsidence gradient and presents an example of this methodology
on the northeastern area of the Mexico City Metropolitan Zone.
Keywords: DInSAR, subsidence, hazard, Mexico
1. Introducción
La técnica de InSAR ha demostrado ser una excelente
herramienta para el análisis de la magnitud y la variabili-
dad espacial del proceso de hundimiento en nuestro país
(Farina
et al
., 2007; Ávila-Olivera, 2008; Cabral-Cano
et al
., 2008, López-Quiroz, 2009). Las principales ven-
tajas de este método radican en que a) brinda una visión
sinóptica del proceso de hundimiento y b) permite generar
productos que poseen una alta resolución espacial que
difícilmente puede ser obtenida por métodos de nivelación
convencional.
Las tasas de extracción de agua subterránea en la cuen-
ca de México (Figura 1) han provocado un abatimiento de
su nivel estático que va de 0.1 a 1.5 m/año (JACMCWS,
1995). Esto ocasiona la reducción de la presión de Fuido
en los poros, la compactación de arcillas y fnalmente sub
-
sidencia del suelo. Los efectos de este proceso, aunque han
sido reconocidos por más de un siglo (p. ej. Gayol, 1925;
Carrillo, 1948; CHCVM, 1953; CAVM, 1975; Figueroa
Cabral-Cano et al.
54
Vega, 1984; Ortega
et al
., 1993), se han incrementado en
los últimos 50 años debido a la rápida urbanización de la
cuenca de México a partir de la década de 1970.
Los estudios de subsidencia en la Zona Metropolitana
de la Ciudad de México utilizando Interferometría de
Radar de Apertura Sintética Diferencial (DInSAR) y GPS
(Cabral-Cano
et al
., 2007, 2008), indican que la subsiden-
cia en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México desde
el inicio de la existencia de datos SAR, en 1996, presenta
tasas que rebasan los -370 mm/año en su zona oriente (
i
.
e
. Ciudad Nezahualcóyotl), mientras que el área del centro
histórico muestra tasas de hundimiento que varían de -92 a
-115 mm/año (Figura 2). Para poner en contexto este hecho
es sufciente mencionar que dichas tasas de subsidencia
son muy cercanas a los -400 mm/año detectados en la dé-
cada de 1950, cuando se tomaron las primeras acciones de
mitigación que incluyeron una veda de extracción de agua
en pozos del centro de la ciudad y el eventual desarrollo de
la red de pozos de extracción en la periferia.
La cartografía derivada de este tipo de análisis puede
proveer elementos de decisión que resultan de vital im-
portancia para la cuantifcación del potencial daño a la
infraestructura urbana de servicios, estructuras civiles y
de comunicación debido al hundimiento y su fallamiento
asociado. Ejemplos del uso de InSAR (p. ej. Osmanoglu
et al
., 2010; Cabral-Cano
et al
., 2010a y b) y de geofísica
de exploración somera (Giordano
et al
., 2010) muestran
el vínculo subsidencia-fallamiento en zonas que presentan
altas tasas anuales de subsidencia. Debido a la falta de un
análisis espacial detallado previo de este fenómeno, los
resultados cartográficos derivados de este estudio pro-
porcionan a las administraciones de gobierno una valiosa
herramienta para desarrollar de manera integral nuevos
planes de protección civil, de desarrollo y uso de suelo y
de mantenimiento de infraestructura urbana.
Este trabajo muestra los resultados de un ejemplo de
la utilización de InSAR para generar mapas de peligro
relativo en el área nororiental de la Zona Metropolitana de
la Ciudad de México que permitan una mejor planeación,
tanto de actividades de mitigación como de mejoramiento
del uso de suelo en áreas de alta vulnerabilidad.
C. Zaragoza
C. Ermita Iztapalapa
Santa Cruz Meyehualco
Peñón de los Baños
0
4
2
k m
99° 19’ 50”
98° 47’ 38”
19° 37’ 58”
19° 12’ 59”
Sierra de Las Cruces
Sierra de Guadalupe
Sierra de Santa Catarina
AICM
-110 
-100 
-90 
20 
30 
Cd. Nezahualcóyotl
Centro Histórico
Peñón del Marqués
N
Figura 1. Mapa de localización del área de estudio (recuadro rojo) dentro de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México. Imagen tomada de Google
Earth. Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM).
Subsidencia y mapas de peligro por fallamiento superFcial en México
55
a)
b)
c)
d)
Figura 2. Mapas de subsidencia de la zona metropolitana de la Ciudad de México para el periodo 1996-2005.
Cabral-Cano et al.
56
2. El gradiente horizontal de subsidencia en la Zona
Metropolitana de la Ciudad de México
Los avances en la cuantifcación de la magnitud de sub
-
sidencia en varias ciudades de México (
e
.
g
. Cabral-Cano
et al
., 2010a y b) muestran que la magnitud de subsidencia
no es necesariamente el factor más importante al evaluar la
vulnerabilidad de la infraestructura urbana al desarrollo de
Fallamiento superfcial, sino que la principal condicionante
de peligro por Fracturamiento se manifesta en aquellas
zonas donde se observa un alto gradiente horizontal de
subsidencia.
La resolución espacial inherente al procesamiento In-
SAR de escenas ERS-1/2 o ENVISAT-ASAR, permite ob-
tener el gradiente horizontal en áreas unitarias del orden de
las decenas de metros a partir de las observaciones de des-
plazamiento a lo largo de la línea de vista del instrumento.
Esto se logra mediante el cálculo de la diferencia de valo-
res entre cada uno de los píxeles de la imagen de magnitud
de subsidencia, dividido entre la distancia horizontal entre
píxeles. Este cálculo se realiza para cada uno de los píxeles
de las imágenes de magnitud de subsidencia y se determina
el valor máximo encontrado. La tasa de cambio resultante,
defnida como la variación en la magnitud de hundimiento
por unidad de longitud horizontal (Cabral-Cano
et al
.,
2007), se puede representar en forma de imágenes geore-
Ferenciadas que permiten realizar clasifcaciones del nivel
potencial de peligro con alta resolución espacial.
Las ventajas de los mapas generados a partir del análi-
sis InSAR, en especial los de gradiente horizontal, radican
en que es posible detectar movimientos diferenciales que
generan esFuerzos de cizalla en la superfcie del suelo, en
estructuras civiles o en ductos y tuberías subterráneas. Por
otra parte, los mapas de gradiente de subsidencia no son
mapas de ocurrencia potencial de un fenómeno, sino que
se generan directamente de las mediciones de un proceso
geológico, que es una condicionante de peligro. Esto les da
la posibilidad de tener un carácter predictivo.
Aunque la cuantifcación de la magnitud de subsidencia
mediante InSAR en la Zona Metropolitana de la Ciudad de
México observada en el periodo 1996-2005 puede presen-
tar ligeras diferencias en su distribución espacial, todos los
mapas para este periodo muestran patrones característicos
que delimitan claramente cuatro principales zonas que
presentan un alto gradiente horizontal (Figura 2):
1) Ladera sur de la Sierra de Guadalupe, al norte de la
Ciudad de México.
2) Peñón de los Baños, inmediatamente al norte del
Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México.
3) El corredor de la calzada Zaragoza, que tiene una
orientación paralela a esta vialidad incluyendo la zona
del Peñón del Marqués, en el sector oriental de la zona
metropolitana.
4) El corredor con dirección NE-SW localizado en las
inmediaciones de la colonia Santa Cruz Meyehualco, al
norte de la calzada Ermita Iztapalapa.
3. Subsidencia en el área nororiental de la Zona
Metropolitana de la Ciudad de México
Para el caso del análisis de subsidencia en el área noro-
riental de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (
i
.
e
. al sur de la Sierra de Guadalupe y al norte del Peñón de los
Baños) se generaron 4 mapas de desplazamiento mediante
técnicas de DInSAR (Figura 3) correspondientes a los
periodos 15/04/2005-24/06/2005, 21/09/2005-26/10/2005,
20/01/2006-24/02/2006 y 05/05/2006-09/06/2006, que re-
presentan las soluciones que mantienen mejor coherencia
en el proceso InSAR. El procesamiento realizado incluyó
la creación de imágenes complejas de vista sencilla (Single
Look Complex: SLC), el registro de ambas imágenes SLC,
el cálculo de interferogramas utilizando la técnica de do-
ble paso+DEM, el fltrado, el desdoblamiento de Fase y la
generación de mapas de desplazamiento. A partir de estos
mapas se generaron productos complementarios, como
mapas de gradiente horizontal de subsidencia (Cabral-
Cano
et al
., 2007; ±igura 4) y clasifcaciones relativas de
peligro con base en el gradiente de subsidencia (Figura 5).
El análisis regional de hundimiento por InSAR para
el periodo 2005-2006 permitió detectar varias zonas que
presentan altas tasas de subsidencia en el área de estudio
(Figura 3). Los mayores valores se observan en la zonas
del Aeropuerto Internacional y Bosques de Aragón, con
valores mayores a los -350 mm/año, mientras que las zonas
de valores de hundimiento intermedios de entre -100 y 200
mm/año se localizan al este del Eje 1 Oriente. Sin embar-
go, las áreas con valores altos de gradiente horizontal en el
área de estudio (Figura 4), y que por lo tanto se consideran
más vulnerables a experimentar daños, se localizan en:
a) La vertiente sur de la Sierra de Guadalupe, en espe-
cial en las laderas noroeste, oeste y sur del cerro Chiqui-
huite y la ladera este del Puerto el Panal.
b) Las laderas sur y este del parque Tepeyac, al norte de
la Av. Martín Carrera y al oeste de la Av. Eduardo Molina.
c) El ²anco norte del Peñón de los Baños en el área de
la Unidad San Juan de Aragón.
d) La zona al sur del deportivo Galeana y que incluye
al bosque de San Juan de Aragón.
e) El corredor en dirección noreste que se encuentra al
noreste del Parque Nacional Tepeyac y delimitado entre el
Gran Canal del Desagüe y la Vía Morelos.
Dado que existe una clara correlación entre daños
superficiales en redes hidráulicas, estructuras civiles y
demás infraestructura urbana y el gradiente horizontal de
subsidencia (Cabral-Cano
et al
., 2010a), es posible deter-
minar zonas de peligro a partir de los mapas de gradiente
horizontal de subsidencia. Aunque se pueden defnir los
umbrales para las diferentes clases de peligro con base en
la capacidad de las estructuras civiles para resistir esfuer-
zos de cizalla, la zona de estudio es heterogénea, donde las
construcciones siguiendo códigos estrictos de construc-
ción coexisten con casas habitación donde los procesos de
autoconstrucción y la calidad de la construcción son muy
Subsidencia y mapas de peligro por fallamiento superFcial en México
57
variables. En vista de estas circunstancias, y del rango tan
amplio de la magnitud de subsidencia, se ha optado por
una simple división lineal para defnir los umbrales de las
áreas de peligro bajo, medio y alto (Figura 5). En este mapa
de peligro se muestran de manera gráfca, pero con una
gran resolución espacial, las áreas consideradas críticas,
donde los planes de desarrollo y de uso del suelo deberían
incorporar estos nuevos criterios y evitar en la medida
de lo posible la construcción de edifcios públicos como
escuelas y similares.
Aeropuerto
Bosques de
Aragón
Eje 1 Oriente
Sierra de Guadalupe
P. El Panal
C. Chiquihuite
P. Tepeyac
Vía Morelos
Gran C. del Desagüe
Av. Eduardo Molina
N
0
2
1
k m
Figura 3. Mapas de tasas de desplazamiento vertical generados por técnicas de interferometría diferencial para diferentes periodos comprendidos enre
abril de 2005 y junio de 2006. Los valores de subsidencia se encuentran normalizados y se expresan en mm/año, para facilitar su intercomparación.
Cabral-Cano et al.
58
4. Conclusiones
Los resultados del análisis de DInSAR aquí presenta-
dos proveen elementos de decisión de vital importancia
para la cuantifcación del potencial de daño a la inFraes
-
tructura urbana de servicios y estructuras civiles, debido
al proceso de hundimiento que experimenta un área
signifcativa de la Zona Metropolitana de la Ciudad de
México. Los resultados que aquí se muestran constituyen
una herramienta de gran utilidad, al permitir incorporar el
proceso de subsidencia y su fallamiento asociado como un
elemento de consideración más en los planes de protección
civil, de mantenimiento de infraestructura urbana y en los
escenarios de desarrollo y uso de suelo.
Av. Eduardo Molina
Sierra de Guadalupe
C. Chiquihuite
P. El Panal
P. Tepeyac
Av. M. Carrera
San Juan
de Aragón
Peñón de
los Baños
D. Galeana
Vía Morelos
Gran C. del Desagüe
N
0
2
1
k m
Figura 4. Mapas de gradiente horizontal de subsidencia para periodos comprendidos entre abril de 2005 y junio de 2006.
Subsidencia y mapas de peligro por fallamiento superFcial en México
59
Figura 5. Clasifcación relativa de peligro por ±allamiento asociado a subsidencia generado a partir del gradiente horizontal de subsidencia en la zona
nororiental de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por los proyectos UNAM-PA-
PIIT IN-121515, IN-114907 e IN117909 y Conacyt 61212
y 82868. Los datos Envisat fueron obtenidos a través de la
Agencia Espacial Europea (ESA) por medio del proyecto
CAT-1 1409.
Referencias
Ávila Olivera, J.A., 2008, Evolución de los procesos de subsidencia-
creep-falla, casos: Morelia, Mich. y Celaya, Gto.: México, D. F.,
Universidad Nacional Autónoma de México, tesis doctoral, 249 p.
Cabral-Cano, E., Dixon, T., Diaz-Molina, O., 2007, InSAR derived hori-
zontal subsidence gradient as a tool for hazard assessment in urban
areas (abstract),
en
Eos Transactions, American Geophysical Union
2005/04/15-2005/06/24
99º 02’ 00”
99º 11’ 30”
19º 26’ 00”
19º 36’ 00”
Medio
Bajo
Alto
Peñón de los Baños
Sierra de Guadalupe
Parque Tepeyac
Cerro Chiquihuite
Deportivo Los Galeana
San Juan de Aragón
P. El Panal
Gran C. del Desagüe
Vía Morelos
Av. Eduardo Molina
Av. M. Carrera
N
0
2
1
k m
Cabral-Cano et al.
60
88 Joint Assembly Supplement, G43B-13.
Cabral-Cano, E., Dixon, T.H., Miralles-Wilhelm, F., Díaz-Molina, O.,
Sánchez-Zamora, O., Carande, R.E., 2008, Space geodetic imaging
of rapid ground subsidence in Mexico City: Bulletin of the Geolo-
gical Society of America, 120, 1556-1566.
Cabral-Cano, E., Osmanoglu, B., Dixon, T., Wdowinski, S., DeMets, C.,
Cigna, F., Díaz-Molina, O., 2010a, Subsidence and faulting hazard
maps using PSI and permanent GPS networks in central Mexico,
en
Eighth International Symposium on Land Subsidence: Queré-
taro, México, International Association of Hydrological Sciences
Publication, 339, 255-259.
Cabral-Cano, E., Arciniega-Ceballos, A., Díaz-Molina, O., Cigna, F.,
Ávila-Olivera, A., Osmanoglu, B., Dixon, T.H., Demets, C.,
Garduño-Monroy, V.H., Vergara-Huerta, F., Hernández-Quintero,
J.E., 2010b, Is there a tectonic component to the subsidence pro-
cess in Morelia, Mexico?,
en
Eighth International Symposium on
Land Subsidence: Querétaro, México, International Association of
Hydrological Sciences Publication, 339, 164-169.
Carrillo, N., 1948, Infuence oF artesian wells on the sinking oF México
City, en Proceedings of the Second International Conference on
Soils Mechanics: Rotterdam, Holanda, International Society for
Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, VII.
Comisión de Aguas del Valle de México (CAVM), 1975, Boletín de Me-
cánica de Suelos No.7: México, D.F. Comisión de Aguas del Valle
de México-SARH, 289 p.
Comisión Hidrológica de la Cuenca del Valle de México (CHCVM),
1953, Boletín de Mecánica de Suelos No. 1: México, D.F., Comi-
sión de Aguas del Valle de México-SRH.
Farina, P., Avila-Olivera, J.A., Garduño-Monroy, V.H., 2007, Structura-
lly-controlled urban subsidence along the Mexican Volcanic Belt
(MVB) monitored by InSAR,
en
Proceedings of Envisat Sympo-
sium 2007: Montreux, Suiza, European Space Agency, 6 p.
Figueroa-Vega, F., 1984, Case history No. 9.8, Mexico, D.F., Mexico,
en
Poland, J.F. (ed.), Guidebook to studies of land subsidence due to
ground-water withdrawal: Paris, Francia, United Nations Educatio-
nal Scienti±c and Cultural Organization, 217–232.
Gayol, R., 1925, Estudio de las perturbaciones que en el fondo de la Ciu-
dad de México ha producido el drenaje de las aguas del subsuelo,
por las obras del desagüe y recti±cación de los errores a que ha
dado lugar una incorrecta interpretación de los efectos producidos:
Revista Mexicana de Ingeniería y Arquitectura, III, 96–132.
Giordano, N., Díaz-Molina, O., Cabral-Cano, E., Garduño Monroy, V.H.,
Hernández-Madrigal, V.M., Camargo-Valencia, A., 2010, The
application of ground penetrating radar in the study of subsidence-
creep induced faults in Celaya (resumen),
en
Eighth International
Symposium on Land Subsidence: Querétaro, México, International
Association of Hydrological Sciences Publication, 8.
Joint Academies Committee on the Mexico City Water Supply
(JACMCWS), 1995, Mexico City’s water supply, improving the
outlook for sustainability: Washington, D.C., National Academy
Press, 256 p.
López-Quiroz, P., Doin, M.P., Tupin, F., Briole, P., & Nicolas, J.M., 2009,
Time series analysis of Mexico 582 City subsidence constrained
by radar Interferometry. Journal of Applied Geophysics, 69, 1-15.
Ortega-Guerrero, A., Cherry, J.A., Rudolph, D.L., 1993, Large-scale
aquitard consolidation near Mexico City: Ground Water, 31,
708–718.
Osmanoglu, B., Dixon, T.H., Wdowinski, S., Cabral-Cano, E., Jiang, Y.,
2011, Mexico City subsidence observed with persistent scatterer
InSAR: International Journal of Applied Earth Observation and
Geoinformation, 13, 1-12.
Manuscrito recibido:
Octubre 04, 2009
Manuscrito corregido recibido: Febrero 12, 2010
Manuscrito aceptado: Febrero 22, 2010
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