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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA 
FACULTAD DE CIENCIAS 
ESCUELA CENTROAMERICANA DE GEOLOGÍA 
 
 
 “Modelado geofísico mediante el uso del método de 
refracción sísmica, del área comprendida por los Sitios 
de Presa Electriona y Belén, Heredia, Costa Rica”.  
 
 
Proyecto de Graduación presentado para optar por el 
grado de Licenciatura en Geología 
 
 
Geol. Maureen Bonilla Hidalgo 
 
 
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica. 
2012 
 i 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
A Dios por darme la vida y la salud para poder alcanzar mis metas 
A mis padres por su apoyo incondicional y constantes oraciones 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Después de escalar una montaña muy alta, descubrimos que hay muchas otras montañas por 
escalar” 
Nelson Mandela 
 
 
 
 
 
  
ii 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
A mi director de tesis y mis revisores por sus acertadas recomendaciones y sugerencias, tanto 
como profesionales, amigos y colegas.….y sobre todo por no perder la fe en mí. 
A mi novio Iván Sanabria Coto, por su constante apoyo, consejos, y sugerencias en todo este 
camino, y sobre todo por su cariño y compresión õ 
A mis compañeros de trabajo por todo el apoyo recibido. 
A el Geol. Manuel Barrantes por su increíble aporte y experiencia, en la descripción de las 
secciones delgadas. 
A Dios por permitirme llegar este día y completar así una etapa más en mi vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
iii 
 
Esta tesis fue defendida el 26 de Junio del 2012 en la Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, como 
requisito parcial para optar al grado de Licenciatura en Geología. 
TRIBUNAL EXAMINADOR: 
 
 
_____________________________________________ 
[M.Sc. Rolando Mora Chinchilla] 
Director Escuela Centroamericana de Geología 
 
 
_____________________________________________ 
[Lic. Miguel Ávila Ballar] 
Director de Tesis 
 
 
______________________________________________ 
[M.Sc. Fernando Alvarado Villalón] 
Revisor 1 
 
 
_______________________________________________ 
[Lic. Rafael Matamoros Arguedas] 
Revisor 2 
 
 
_______________________________________________ 
[M.Sc. Héctor Zúñiga] 
Revisor 3 Asignado por ECG 
 
 
_______________________________________________ 
[Geol. Maureen Bonilla Hidalgo] 
Estudiante de Grado 
 
 
 
 
  
iv 
 
RESUMEN  
Los sitios de Presa Electriona y Belén poseen alrededor de los 100 años de antigüedad desde su 
construcción en 1922 y 1911 respectivamente; en los últimos años se ha evidenciado un constante 
incremento en el deterioro estructural de ambas presas, por tal motivo la Compañía Nacional de 
Fuerza y Luz (CNFL), institución actualmente encargada de la administración y operación de la 
generación eléctrica en ambas plantas hidroeléctricas, ha solicitado al Instituto Costarricense de 
Electricidad (ICE), la responsabilidad de cuantificar tanto la condición estructural como el entorno 
geológico sobre el cual se cimientan estos sitios de presa. A partir de dicha solicitud, y en función 
de la caracterización del medio geológico, se generaron estudios geológicos y geofísicos de 
refracción sísmica, que permitieron caracterizar geomecánicamente los materiales sobre los cuales 
se cimentan ambas presas. 
El modelo geológico propuesto para el área en y entre ambos sitios de presa, comprende el 
cartografiado geológico de las Formaciones Pacacua, Grifo Alto, Colima, Tiribí y los Depósitos 
Recientes, sobre los cuales se detallan los contactos principalmente de la Formación Colima y sus 
respectivos Miembros: Superior, Puente de Mulas e Inferior. Se determinó que ambos sitios de 
Presa se fundan sobre los diferentes Miembros de la Formación Colima, y entre los cuales se 
localizan niveles de paleosuelos rojizos con espesores significativos que podrían eventualmente 
localizarse en las zonas de fundación de las presas. 
El modelo geofísico de refracción sísmica determinó que las materiales de fundación de las presas 
en el caso del sitio de Presa Electriona presenta velocidades Vp de 3,3 a 4,3 km/s asociadas a 
lavas andesíticas de la Formación Colima Superior, mientras que el sitios del presa Belén presenta 
velocidades Vp de 3,7 a 4,8 km/s asociadas a lavas andesíticas de la Formación Colima Inferior. A 
partir del valor Vp obtenido se utilizaron cuatro parámetros geotécnico para caracterizar las 
litologías de fundación de las Presas, los cuales son: ripabilidad, índice Q, RQD y la relación Vp 
con la Resistencia a la Compresión Simple. Para las rocas sobre las que se funda el sitio de Presa 
Electriona se determinó basado en los parámetros geotécnicos anteriormente expuestos que 
corresponden a macizos no ripables, con una calida del macizo muy mala a buena, un grado de 
fracturación numeroso a poco, y una dureza asociada a rocas moderadamente duras a duras, 
respectivamente. Mientras que para las rocas del sitio de Presa Belén, se determinó que 
corresponden a macizos no ripables, con una calidad de macizo buena, una escasa fracturación y 
asociados a rocas duras a muy duras. Mediante la comparación del valor de Vp obtenido en cada 
sitio de Presa y los datos geotécnicos recopilados por el ICE en diferentes proyectos, se realizó un 
análisis comparativo con el fin de determinar de forma indirecta los parámetros de velocidad de 
onda S (Vs), Módulo Dinámico (Ed) y Módulo Estático (Es). Para el sitio de Presa Electriona se 
determinó un valor de Vs de 2,0 y 2,6 km/s, un Ed de 21.289 y 38.931 MPa, y un Es de 11.771 y 
  
v 
 
30.628 MPa. Para el sitio de Presa Belén se determinaron valores de Vs de 2,2 y 2,9 km/s, Ed de 
27.635 y 50.030 MPa, y Es de 17.796 y 45.572 MPa.   
En general se considera que ambas litologías sobre las que se fundan los sitios de Presa 
presentan cualidades geomecánicas buenas, debido a la condición sana de la roca, la alta 
resistencia al golpe y a los parámetros geotécnicos obtenidos de forma directa e indirectamente 
relacionados al valor Vp del material. Dada la posibilidad de que en un futuro cercano la CNFL, 
considere reubicar o reestructurar los sitios de Presa, se sugiere que las zonas de fundación se 
localicen sobre estos materiales lávicos asociados a la Formación Colima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1 
 
TABLA DE CONTENIDO 
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 11 
1.1 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 12 
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 12 
1.2.1 Objetivo General .............................................................................................................. 12 
1.2.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 12 
1.3 UBICACIÓN............................................................................................................................. 13 
1.4 METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 14 
CAPÍTULO 2. MARCO TEORICO .................................................................................................... 15 
2.1 PROSPECCIÓN SÍSMICA ...................................................................................................... 15 
2.1.1 Propagación de las ondas sísmicas ................................................................................. 16 
2.1.2 Constantes elásticas ........................................................................................................ 18 
2.1.3 Trayectoria de los rayos sísmicos .................................................................................... 21 
2.1.4 Curvas Distancia-Tiempo ................................................................................................. 22 
2.2 REFRACCIÓN SÍSMICA ......................................................................................................... 25 
2.2.1 Principios de refracción sísmica ....................................................................................... 25 
2.3 FENOMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACIÓN DE LA ONDA SISMICA ....................... 27 
2.3.1 Principios generales de interpretación en refracción sísmica .......................................... 29 
2.4 PRINCIPALES METODOLOGÍAS DE INTERPRETACIÓN DE DATOS DE REFRACCIÓN 
SÍSMICA ........................................................................................................................................ 31 
2.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA ....................... 34 
CAPÍTULO 3. MARCO GEOLOGICO .............................................................................................. 36 
3.1 GEOLOGÍA REGIONAL .......................................................................................................... 36 
3.1.1 Formación Pacacua (Basamento Terciario) ..................................................................... 40 
  
 2 
3.1.2 Formación Grifo Alto ........................................................................................................ 40 
3.1.3 Formación Colima (Lavas Intracañón) ............................................................................. 40 
3.1.4 Formación Tiribí (Avalancha Ardiente) ............................................................................. 42 
3.2 GEOLOGÍA LOCAL ................................................................................................................. 43 
3.2.1 Formación Pacacua ......................................................................................................... 45 
3.2.2 Formación Grifo Alto ........................................................................................................ 49 
3.2.3 Formación Colima ............................................................................................................ 51 
3.2.4 Formación Tiribí ............................................................................................................... 58 
3.2.5 Depósitos Recientes ........................................................................................................ 62 
3.2.6 Tectónica Asociada .......................................................................................................... 64 
3.3 MODELO GEOLOGICO .......................................................................................................... 66 
CAPÍTULO 4. MARCO GEOFÍSICO ................................................................................................ 72 
4.1 RECOPILACIÓN BIBLIOGRÁFICA DE LA GEOFÍSICA REALIZADA ................................... 72 
4.1.1 P.H. Ventanas-Garita ....................................................................................................... 74 
4.1.2 P.H. Virilla ......................................................................................................................... 77 
4.1.3 P.H. Brasil ......................................................................................................................... 79 
4.1.4 P.H. Belén y P.H. Electriona ............................................................................................ 80 
4.2 GEOFÍSICA REALIZADA EN AMBOS SITIOS DE PRESA ................................................... 81 
4.2.1 Logística de campo .......................................................................................................... 82 
4.2.2 Procesamiento de datos ................................................................................................... 88 
4.2.3 Metodología de interpretación .......................................................................................... 92 
4.3 MODELADO GEOFISICO ....................................................................................................... 93 
4.3.1 Sitio de presa Electriona .................................................................................................. 93 
  
 3 
4.3.2 Comparación entre el modelo geológico y geofísico de los perfiles transversales al sitio 
de presa Electriona.................................................................................................................... 97 
4.3.3 Sitio de presa Belén ......................................................................................................... 99 
4.3.4 Comparación entre el modelo geológico y geofísico de los perfiles transversales al sitio 
de presa Belén ........................................................................................................................ 104 
4.3.5 Síntesis de las Velocidades (Vp) .................................................................................... 108 
4.3.6 Clasificación geomecánica de los materiales a partir del valor Vp obtenido .................. 110 
4.3.7 Caracterización de  las litologías de fundación de las presas ....................................... 117 
4.3.8 Relación entre Vp y valores obtenidos en estudios previos de los parámetros Vp, Vs, Ed, 
Es ............................................................................................................................................. 119 
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 127 
5.1 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 127 
5.2 RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 130 
CAPÍTULO 6. REFERENCIAS ....................................................................................................... 131 
ANEXOS. ........................................................................................................................................ 137 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 4 
TABLA DE CONTENIDO DE FIGURAS 
Figura 1. Ubicación del área de estudio ............................................................................................ 13 
Figura 2. Tipos de ondas que se generan a partir de una fuente sísmica. (Tomado de Bolt, 1976) 16 
Figura 3. Esquemas de la relación entre la dirección de los esfuerzos y las deformaciones dadas. 
a) Esfuerzos tensionales, b) Esfuerzos compresionales y c) Esfuerzos de cizalle. (Modificado de 
Fuster & Strong, 1961) ...................................................................................................................... 18 
Figura 4. Diferentes trayectorias de las ondas generadas a partir de una misma fuente sísmica 
(Modificado de Astier, 1975). ............................................................................................................ 22 
Figura 5. Arreglo del tendido sísmico (Modificado de Peralta, 2007) ............................................... 23 
Figura 6. Muestra los parámetros que constituyen una curva D-T (Modificado de Peralta, 2007) .. 23 
Figura 7. Gráfico de relación entre la distancia crítica (Xc) y la profundidad (Z1), con el contraste de 
velocidades (V2 /V1) (Tomado de Peralta, 2007). ............................................................................. 24 
Figura 8. Representación del principio de Snell (Modificado de Astier, 1975). ................................ 25 
Figura 9. Esquema del principio de Huygens ................................................................................... 26 
Figura 10. Esquema de la ley de Fermat (Modificado Pérez, 2006) ................................................. 27 
Figura 11. Difracción producida por una irregularidad en los contactos de los reflectores (Fuster & 
Strong, 1961). .................................................................................................................................... 28 
Figura 12. Scattering o ruido producido por partículas dentro del medio. ........................................ 28 
Figura 13. Esquema del principio de reciprocidad (Modificado de Cantos, 1987) ........................... 29 
Figura 14. Esquema del principio de tiempos de intercepto (Modificado de Cantos, 1987)............. 30 
Figura 15. Esquema del principio de paralelismo (Modificado de Cantos, 1987). ............................ 31 
Figura 16. Esquema base a partir del cual se obtienen los parámetros para el método de Mínimos 
Cuadrados. ........................................................................................................................................ 33 
Figura 17. Columna regional resumida (Modificada de Echandi, 1981) ........................................... 39 
Figura 18. Columna geológica local .................................................................................................. 44 
  
 5 
Figura 19. a) Vista desde la parte superior de Casa de Máquinas de Electriona hacia el Río Virilla 
b) Deslizamiento margen derecha río Virilla, c) Vista desde casa de máquinas Electriona hacia el 
cafetal de la localidad de Honduras d)Vista desde el tajo de Pedregal hacia el cafetal. ................. 45 
Figura 20. Brecha volcanoclástica, localizada sobre la quebrada en el cafetal Honduras. .............. 46 
Figura 21. Bloque de Jaspe localizado a lo largo de la quebrada en el sector de Honduras. .......... 47 
Figura 22. a-b) Materiales indiferenciados, localizados en el sector de Honduras, c) Contacto entre 
Fm. Pacacua y Fm. Tiribí. ................................................................................................................. 48 
Figura 23. a) Contacto lateral del dique andesítico con las brechas volcanoclásticas de Fm. 
Pacacua y b) Zona de alto grado de fracturación ubicado en la base del afloramiento. .................. 49 
Figura 24. a) Contacto inferior y lateral del dique con la Fm. Pacacua b) Lajas gruesas en la parte 
superior del afloramiento c) Entrada del cafetal en el sector de Honduras. ..................................... 50 
Figura 25. Lavas masivas sitio de presa Belén. ................................................................................ 51 
Figura 26. a-b) Autobrecha de enfriamiento en sitio de presa Belén................................................ 52 
Figura 27. Secuencia de los Miembros Puente de Mulas y Colima Superior, observada en el Tajo 
Pedregal. ........................................................................................................................................... 53 
Figura 28. a) Columna de ignimbrita escasamente desarrollada, b) Depósito de ignimbrítico. ....... 54 
Figura 29. a-b) Estructuras de flujo y lentes, c) Lavas lajeadas y c) Contacto inferior de las lavas 
con el paleosuelo rojizo ..................................................................................................................... 55 
Figura 30. a) Geometría lenticular de los depósitos lacustres con la lavas lajeadas del Miembro 
Linda Vista b) Contacto inferior de la capa café, c) Bloque sub-angular de lava andesítica. ........... 56 
Figura 31. Brecha volcanoclástica rojiza, bloques con tamaños promedios de 7 a 10 cm. ............. 57 
Figura 32. Brecha de pómez localizada en la base de las ignimbritas. ............................................ 58 
Figura 33. Cenizas localizadas en la base de las ignimbritas. a) Techo del túnel en el Tajo 
Pedregal, b) Sitio de presa P.H. Belén ............................................................................................. 59 
Figura 34. a) Columna de Ignimbrita volcada, b) Detalle de columna con fiames de obsidiana. ..... 60 
Figura 35. Contacto entre paleosuelo rojizo y las ignimbritas de la Fm. Tiribí ................................. 61 
Figura 36. Depósitos tobáceos asociados a la Fm. Tiribí, localizados en el Tajo El Encierro ......... 62 
  
 6 
Figura 37. Depósitos coluvio-aluviales, localizados en el sector del sitio de presa Belén. .............. 63 
Figura 38. Plano de falla observado en la base del cañón del río Virilla, en el que se muestra el 
movimiento relativo sobre el plano. ................................................................................................... 64 
Figura 39. Posible plano de falla, cambiando lateralmente la secuencia. ........................................ 65 
Figura 40. a) Bloques con planos de falla b) Posible zona de falla cubierta por coluvio. ................. 65 
Figura 41. Mapa de ubicación de los sitios y tajos visitados, en conjunto con las muestras de mano 
y sección petrográficas. ..................................................................................................................... 67 
Figura 42. Mapa de afloramientos obtenidos a partir de los datos de levantamientos geológicos en 
los diferentes sitios visitados. ............................................................................................................ 68 
Figura 43. Mapa geológico obtenido a partir de los datos de pozos SENARA 2011, levantamientos 
de campo 2010-2012, y mapas geológicos de Echandi (1981) Denyer & Arias (1990) ................... 69 
Figura 44. Perfil geológico detallado transversal al Sitio de Presa Electriona E-E’ .......................... 70 
Figura 45. Perfil geológico detallado transversal al Sitio de Presa Belén C-C’ ................................ 71 
Figura 46. Ubicación de los trabajos geofísicos realizados en proyectos cercanos al área de 
estudio. .............................................................................................................................................. 73 
Figura 47. Ubicación de los sitios de Presa Electriona y Belén. ....................................................... 81 
Figura 48. Ubicación de los perfiles sísmicos realizados en el sitio de presa P.H. Electriona. ........ 82 
Figura 49. Perfil 1, margen derecha en sitio de Presa Electriona. .................................................... 83 
Figura 50. Perfil 2, margen izquierda del sitio de presa Electriona................................................... 83 
Figura 51. Perfil 3, transversal al sitio de Presa Electriona. ............................................................. 84 
Figura 52. Ubicación de los perfiles sísmicos realizados en el sitio de presa del P.H. Belén. ......... 85 
Figura 53. Perfil 1, margen derecha del sitio de Presa Belén. .......................................................... 86 
Figura 54. Perfil 2, margen izquierda sitio de Presa Belén. .............................................................. 86 
Figura 55. Perfil 3, transversal al sitio de Presa Belén. .................................................................... 87 
Figura 56. Perfil 4, margen izquierda sitio de Presa Belén. .............................................................. 87 
Figura 57. Dispositivo sísmico “picado”, corresponde a un tiro de orilla. ......................................... 88 
  
 7 
Figura 58. Dromocrónica obtenida a partir del “picado” de cada uno de los tres dispositivos 
sísmicos individuales que la componen. ........................................................................................... 89 
Figura 59. Modelo de 2 capas propuesto con el método de inversión Time-term, determinado 
mediante cambios en la pendiente de la curva distancia-tiempo de cada dispositivo...................... 92 
Figura 60. Ubicación de los 3 perfiles con respecto al eje de la Presa Electriona ........................... 93 
Figura 61. Perfil 1, dromocrónica y modelo Interpretación para 2 capas. ........................................ 94 
Figura 62. Perfil 2, dromocrónica y modelo interpretación para 2 capas ......................................... 95 
Figura 63. Perfil 3, dromocrónica y modelo interpretación para 2 capas ......................................... 96 
Figura 64. Perfil geológico y geofísico transversal al sitio al sitio de presa Electriona ..................... 98 
Figura 65. Ubicación de los cuatro perfiles con respecto al eje de la Presa Belén. ......................... 99 
Figura 66. Perfil 1, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. ................................... 100 
Figura 67. Perfil 2, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. ................................... 101 
Figura 68. Perfil 3, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. ................................... 102 
Figura 69. Perfil 4, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. ................................... 103 
Figura 70. Perfil geológico y geofísico transversal al sitio al sitio de presa Belén. ......................... 105 
Figura 71. Modelo Caterpillar D10N con ripper ............................................................................... 110 
Figura 72. Gráfico que relaciona Vp con la  resistencia a la compresión simple (Tomado de 
González de Vallejo et al., 2002) .................................................................................................... 115 
Figura 73. Gráfico de relación entre la Vp y la resistencia a la compresión simple. (Modificado de 
González de Vallejo et al., 2002) .................................................................................................... 116 
Figura 74. Gráficos de relación Vp y Vs para rocas ígneas y sedimentarias. ................................ 121 
Figura 75. Gráfico de relación de los módulos Ed, Es y la Vp, para rocas ígneas y sedimentarias.
 ......................................................................................................................................................... 122 
Figura 76. Gráficos de relación Ed-Es para rocas ígneas y sedimentarias. ................................... 123 
Figura 77. Gráfica de relación Vp y Vs para rocas ígneas, asociadas a los sitios de Presa Electriona 
y Belén. ............................................................................................................................................ 124 
  
 8 
Figura 78. Gráfico de relación de Vp con los módulos Ed y Es, y los valores obtenidos en ambos 
sitio de Presa. .................................................................................................................................. 125 
Figura 79. Gráfico de relación entre los módulos Ed y Es, en relación a los obtenidos mediante el 
valor Vp de cada sitio de Presa....................................................................................................... 125 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 9 
TABLA DE CONTENIDO DE CUADROS 
Cuadro 1. Resumen de los estudios geofísico realizados para el P.H. Ventanas-Garita (ICE). ...... 75 
Cuadro 2. Resumen de la microsísmica realizadas en el túnel San Miguel para el P.H. Ventanas-
Garita (ICE). ...................................................................................................................................... 76 
Cuadro 3. Resumen de la microsísmica realizada en las Galerías sobre la margen izquierda en el 
Sitio de Presa de P.H. Ventanas-Garita (ICE). ................................................................................. 77 
Cuadro 4. Características geofísicas de los diferentes sitios que contempla el P. H. Virilla 
realizados por Ávila, 1986c (ICE). ..................................................................................................... 78 
Cuadro 5. Resultados obtenidos del perfil de refracción sísmica trasversal al túnel de conducción 
(ICE). ................................................................................................................................................. 79 
Cuadro 6. Resumen de la microsísmica realizada en una sección final del túnel de conducción para 
el P.H. Brasil (ICE). ........................................................................................................................... 80 
Cuadro 7. Resumen de las capas geofísicas determinadas por Leandro (1999), sobre el 
deslizamiento ocurrido en la margen derecha del Río Virilla. ........................................................... 80 
Cuadro 8. Resumen de las capas sísmicas observadas en ambos sitios de Presa ...................... 106 
Cuadro 9. Resumen de las velocidades Vp según las litologías asociadas ................................... 107 
Cuadro 10. Síntesis de valores de las velocidades (Vp) obtenidos en la recopilación bibliográfica y 
el presente estudio. ......................................................................................................................... 108 
Cuadro 11. Rangos de ripabilidad de un Caterpillar D-9 en función de Vp del material (Tomado de 
Arladi, 2005) .................................................................................................................................... 111 
Cuadro 12. Rangos de clasificación del índice Q para macizos rocosos (Gonzales de Vallejo. et al., 
2002). .............................................................................................................................................. 112 
Cuadro 13. Relación entre el valor de Vp y el RQD asociado a la calidad del macizo (Tomado 
Arladi, 2005) .................................................................................................................................... 113 
Cuadro 14. Clasificación del macizo rocoso con respecto al índice de calidad (Gonzales de V. et 
al., 2002) .......................................................................................................................................... 114 
Cuadro 15. Caracterización de las litologías a partir de los datos obtenidos de Vp. ...................... 118 
Cuadro 16. Rango de valores Es para la caracterización del macizo rocoso (Ávila, 2004) ........... 126 
  
 10 
Cuadro 17. Resumen de los parámetros obtenidos a partir de la relación de los estudios realizados 
por el ICE. ........................................................................................................................................ 126 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 11 
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 
Durante la década de 1880 Costa Rica sufrió un auge en la construcción de represas para la 
generación de energía eléctrica por parte de la empresa privada conformada por los ingenieros 
Luis Batres y Manuel Víctor Dengo denominada Compañía Eléctrica de Costa Rica, posteriormente 
en el período de 1890 a 1945 se inició un crecimiento de empresas privadas como The Costa 
Rican Electric Light and Traction Company, La Compañía Nacional de Electricidad y La Compañía 
Nacional Hidroeléctrica, S.A., dedicadas al negocio de electrificación nacional y por lo tanto la 
construcción de represas. En 1949, mediante el Plan General de Electrificación de Costa Rica, que 
se creó el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), como una institución estatal autónoma 
dedicada a promover el desarrollo de fuentes de energía eléctrica a nivel nacional, utilizando el 
recurso hidroeléctrico. 
Dentro de las primeras plantas hidroeléctricas construidas a nivel nacional por la entonces empresa 
privada, se destacan las presas de Electriona y Belén ubicadas sobre el Río Virilla y la confluencia 
entre el Río Virilla y el Río Tiribí, respectivamente. 
La Planta Hidroeléctrica Belén construida en 1911, se localiza en el Cantón de San Antonio de 
Belén frente al histórico paso denominado “Puente de Mulas”, cuya estructura en arco de piedra es 
considerado como uno de los más antiguos del país. Este sitio de Presa fue construido por la 
entonces Compañía Nacional de Electricidad y presentó una potencia inicial de 2500 kW. 
Actualmente este proyecto hidroeléctrico genera una potencia total instalada de 10500 kW (ICE, 
s.f.). 
En 1922 se construyó la Planta Hidroeléctrica Electriona, por la entonces Compañía Nacional 
Hidroeléctrica S.A., con una potencia inicial de 2720 kW. A partir del año 1991 se realizaron varias 
mejoras por parte de la ya entonces establecida Compañía Nacional de Fuerza y Luz (CNFL); y 
actualmente dicho proyecto hidroeléctrico genera una potencia total instalada de 5720 kW (ICE, 
s,f). 
Después de muchas décadas de servicio, ambos cuerpos de presa presentan un deterioro 
estructural evidente, por lo que en el año 2009, la CNFL encargada del manejo y el mantenimiento 
de ambos sitios de presa en P.H. Belén y P.H. Electriona, adquiere una contratación directa de los 
servicios del ICE, para generar una serie de estudios técnicos que permitan valorar el estado 
estructural de ambas presas. A partir de los estudios previos realizados en conjunto con las 
investigaciones de campo, se genera en el presente estudio un modelo geológico y geofísico 
detallado del área comprendida por los sitios de Presa. La importancia del presente estudio radica 
en la caracterización el medio geológico circundante y los macizos rocosos sobre las que fundan 
los sitios de Presa, con el fin de generar recomendaciones y criterios  técnicos, que permitan 
  
 12 
orientar o confirmar las medidas técnicas apropiadas para la remodelación o reconstrucción de 
dichas presas. 
1.1 JUSTIFICACIÓN 
El presente proyecto de graduación pretende aportar información útil con un enfoque geológico-
geofísico que permita orientar a la toma de decisiones para el diseño y modernización que 
eventualmente se contemplaría en ambos sitios debido a su evidente deterioro estructural; la 
necesidad de caracterizar geológicamente y de forma detallada los sitios de presa Electriona y 
Belén, así como las condiciones mecánicas de los materiales sobre los que se cimentan las 
presas, son características imprescindibles para determinar tanto la ubicación como el diseño 
ingenieril que pretende implementar la CNFL en ambas presas.  
 
1.2 OBJETIVOS 
1.2.1 OBJETIVO GENERAL  
Generar un modelo geológico y geofísico detallado del área en la que se localizan los sitios de 
Presa Electriona y Belén, mediante el uso del método de refracción sísmica y la información 
geológica, obtenida a través de levantamientos de campo y recopilación bibliográfica. 
 
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
1. Realizar un cartografiado geológico a detalle en cada sitio de presa comprendiendo el 
área que comunica a ambos.  
2. Realizar recopilación y análisis de los registros de pozos dentro y cercanos al área de 
estudio, para definir la estratigrafía de la zona y generar un modelo geológico 
detallado. 
3. Realizar perfiles geofísicos de refracción sísmica para determinar las velocidades de 
onda P (Vp) asociadas a cada medio refractor y su relación con la geología de la zona. 
4. Calibrar el modelo geofísico obtenido mediante el modelo geológico detallado de 
ambos sitios de presa. 
5. Definir los parámetros geotécnicos obtenidos a partir de los valores de onda P (Vp) de 
cada sitio de Presa, con el fin de establecer la calidad del macizo sobre el que se 
funda las Presas. 
 
 
 
  
 13 
1.3 UBICACIÓN  
Los sitios de presa se localizan en la hoja Abra 1:50.000, dentro de los cuadrantes de coordenadas 
con proyección Lambert Costa Rica Norte, 216,000- 219,000 de latitud  N y 515,000-520,000 
longitud E. La Figura 1, muestra la localización de ambas presas y del área de estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
217 
 
 
 
Figura 1. Ubicación del área de estudio 
N 
0                             1 km Sitios de Presa (S.P.) 
515                    516                  517                    518                               519                    520 
218 
 
                         
217 
Área de estudio 
S.P. Electriona 
S.P. Belén 
  
 14 
1.4 METODOLOGÍA 
 
1. Recopilación bibliográfica de investigaciones geológicas, geofísicas y de registros de pozos 
realizadas en el área, para generar un modelo conceptual inicial del sitio de estudio. 
2. Levantamiento geológico a largo de las márgenes del Río Virilla y en sitios puntuales como 
tajos circundantes, para confirmar el modelo inicial y definir los contactos geológicos. 
3. Perfiles geofísicos de refracción sísmica en cada sitio de presa, transversales y 
longitudinales sobre cada margen, para determinar los valores de velocidades Vp y 
espesores de refractores superficiales, mediante el uso del equipo de sísmica Strata Visor 
NX 24 canales de la casa Geometrics.  
4. Procesamiento de trazas sísmicas y análisis de velocidades a lo largo de perfiles de 
sísmica de refracción, para generar el modelo geofísico de los sitios, mediante el uso del 
software SeisImager 2D de OYO Corp. 
5. Análisis de registros litológicos de pozos localizados dentro del área para determinar las 
relaciones estratigráficas de cada sitio. 
6. Determinación de parámetros geotécnicos definidos a partir de los valores de Vp, para 
definir la calidad de los macizos sobre los que se fundan las presas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 15 
CAPÍTULO 2. MARCO TEORICO 
Originalmente los métodos geofísicos sísmicos fueron desarrollados con un enfoque económico a 
partir del auge en las exploraciones de hidrocarburos y yacimientos minerales desde los años 20’ 
(Fuster & Strong, 1961). En la actualidad la sísmica es ampliamente utilizada para investigar 
parámetros y características del terreno, que permitan determinar la geometría y las 
particularidades geomecánicas relacionadas a estructuras geológicas, tanto en profundidad como 
de forma lateral mediante metodologías de análisis de datos. 
 
2.1 PROSPECCIÓN SÍSMICA  
Los métodos sísmicos conocido como geofísica de reflexión y refracción sísmica, suministran 
información acerca de las diferencias entre las propiedades elásticas de las rocas (Fuster & Strong, 
1961). 
Ambos métodos miden el tiempo de propagación de las ondas elásticas, transcurrido entre el sitio 
en el que se generan las ondas sísmicas y la llegada de estas a los diferentes puntos de 
observación, para lo cual se disponen sensores en línea recta a distancias conocidas, formando lo 
que se conoce como tendido sísmico o línea de refracción (Rosales, 2000). 
Las ondas sísmicas se generan a partir de un punto de disparo provocado por una fuente 
detonante, mediante explosivos o de forma mecánica como mazos, vibradores, entre otros. Dichas 
vibraciones son detectadas por los sensores del tendido, denominados geófonos (Astier, 1975). 
Los registros de cada sensor o geófono tienen información de los movimientos del terreno en 
función del tiempo y son conocidos como sismogramas (Rosales, 2000). 
En la refracción sísmica estos sismogramas son analizados para obtener los tiempos de llegada de 
las primeras ondas a cada sensor desde el punto de disparo, y en la reflexión para obtener 
información de las ondas que son reflejadas en las diferentes interfaces del subsuelo. Los limites 
entre capas de distintas velocidades generalmente coinciden con los limites geológicos, por ese 
motivo las interfaces de velocidades entre varios medios, son correlacionables a paquetes 
geológicos de similares condiciones geomecánicas (Rosales, 2000). 
 
 
 
  
 16 
2.1.1 PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS 
Al iniciarse una fuente generadora de una onda sísmica en un medio, se genera una emisión de 
ondas de deformación u ondas elásticas, entre las que se encuentran según, Astier (1975): 
 
A. Ondas longitudinales (VL) o de compresión y dilatación (Vp), son ondas en las que la 
dirección de las partículas son las mismas que la propagación de la onda, similar a las 
ondas sonoras (Figura 2). La velocidad de las ondas longitudinales (VL) está relacionada 
con las constantes elásticas y la densidad de la siguiente forma: 
 
 
   VL= √k+4/3μ = √E  (1+    2 2_      =  √E     ___1- ___ 
                                       ρ            ρ          1- -2            ρ    (1-2 )(1+ ) 
(Ecua. 1) 
 
Donde: 
ρ = densidad  
E= Módulo Elástico Longitudinal o Young  
k = Módulo de Compresibilidad o Bulk (B) 
µ = Módulo de Rigidez o cizalle (G) 
 = Coeficiente de Poisson 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Tipos de ondas que se generan a partir de una fuente sísmica. (Tomado de Bolt, 1976) 
Las ondas longitudinales u ondas primarias (P), son las que se utilizan en prospección 
sísmica, pues dependen de la elasticidad de los materiales a través de los que se propaga. 
Las velocidades de las ondas dependen de las constantes elásticas de los materiales 
(Fuster & Strong, 1961). 
 
  
 17 
B. Ondas transversales (VT) o de cizalla (Vs): son aquellas en las que los movimientos de 
las partículas se produce perpendicular a la dirección de propagación (Parasnis, 1970). A 
estas ondas también se les denominan ondas secundarias o S (Figura 2), y su velocidad 
de propagación en relación con las constantes elástica corresponden según Cantos (1987) 
a:  
 
 
VT=  √µ  =  √___E___ 
                                                           ρ        2ρ(1+ )                                  (Ecua. 2) 
 
Donde: 
ρ = densidad  
E= Módulo Elástico Longitudinal o Young  
k = Módulo de Compresibilidad o Bulk (B) 
µ = Módulo de Rigidez o cizalle (G) 
 = Coeficiente de Poisson 
 
La onda de cizalla (S), tiene velocidad de propagación poco mayor que la mitad de la 
correspondiente a la onda P (ecuación 3), para la mayoría de las rocas. Ambas 
velocidades pueden ser expresadas en constantes elásticas como se observan en las 
ecuaciones 1 y 2, por lo que el cociente de VL/VT, puede observarse que depende 
únicamente del Coeficiente de Poisson ( ) según la ecuación 3. (Griffiths & King, 1972) 
 
VP_=    √(1- ) 
  VS      √(0,5- ) 
Si  = 0,25 entonces VP/VS= 1,73 
                                                                                                              (Ecua. 3) 
 
C. Ondas Rayleigh: corresponden a ondas superficiales que son más lentas que las ondas P 
y S, la vibración de las partículas se efectúa en plano perpendicular a la superficie y a la 
dirección de propagación (Figura 2), siendo su movimiento elíptico y retrogrado (Cantos, 
1987). La velocidad de las ondas Rayleigh es aproximadamente 0,9 VS (Parasnis, 1970).  
 
D. Ondas Love: son ondas superficiales que se producen en condiciones en las que la 
velocidad de la capa superior del medio es menor que en el sustrato (Parasnis, 1970). En 
este tipo de ondas el desplazamiento de las partículas es horizontal y perpendicular a la 
dirección de propagación (Cantos, 1987). Las ondas Love son esencialmente ondas de 
  
 18 
cizalla (Figura 2), para longitudes de onda corta es igual a VS del medio superior y para 
longitudes de ondas largas es igual a VS del medio inferior (Parasnis, 1970). 
 
2.1.2 CONSTANTES ELÁSTICAS 
Las propiedades elásticas de los cuerpos vienen definidas por los módulos elásticos, que son 
constantes que especifican la relación entre el esfuerzo y la deformación (Parasnis, 1970).  
A. Tensión, Esfuerzo y Deformación 
 
Los esfuerzos se miden como fuerza por unidad de área, y se pueden clasificar según 
la dirección en que actúen sobre la superficie del objeto al cual se le aplique dicho 
esfuerzo, por lo que cuando actúan perpendicular a la superficie corresponde a 
esfuerzos de compresión o de tensión, mientras que cuando la dirección del esfuerzo 
es paralela a la superficie, el esfuerzo es de cizalle (Figura 3). En un sistema de 
esfuerzos de compresión cambia el volumen pero no la forma del cuerpo, mientras que 
en un sistema de esfuerzos de cizalle cambia la forma y no el volumen (Parasnis, 
1970). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
Figura 3. Esquemas de la relación entre la dirección de los esfuerzos y las deformaciones dadas. 
a) Esfuerzos tensionales, b) Esfuerzos compresionales y c) Esfuerzos de cizalle. (Modificado de 
Fuster & Strong, 1961) 
 
ℓ     ∆ℓ 
F
  
S
  
∆d 
d 
a)
 
ℓ
 
F
  
S
  
∆d 
d 
∆ℓ 
b)
 
Deformaciones: 
ℓ = ℓ/ℓ        longitudinal 
d = d/d     transversal 
sh = Φ        cizalle 
 
c)
 
S
  
F
  
Φ
  
h
  
x
  
  
 19 
El coeficiente de alargamiento ℓ, corresponde a la relación entre un diferencial de 
alargamiento ( ℓ) producido por un esfuerzo sobre un cuerpo de longitud inicial ℓ, 
Figura 3. (Cantos, 1987) 
 
 
ℓ =  ℓ 
        ℓ 
                                                                      (Ecua. 4)                                    
 
Por lo que el coeficiente de deformación transversal d se define a su vez como la 
relación entre el diferencial de ancho o espesor ( d) producido por un esfuerzo sobre 
un cuerpo de ancho inicial d, y se expresa con la siguiente ecuación: 
 
d =  d 
        d 
                                                                  (Ecua. 5)                                           
  
Mientras que la deformación de cizallamiento se determina como el ángulo de 
deformación (Φ) producido por un esfuerzo cortante, en el que no hay cambio de 
volumen, por el contrario, si se deforman (Figura 3), se define como: 
 
 
sh =  Φ 
 
Siendo el ángulo de desplazamiento pequeño se puede definir:  
                                                Φ ≈ Tan Φ= x 
                                                                     h                                          (Ecua. 6)                                           
 
B. Módulo de Young o módulo elástico longitudinal (E) 
 
Permite caracterizar el comportamiento de un material cuando se le aplica un esfuerzo 
de tensión o de compresión en el que se origina una deformación unitaria del material. 
(Martínez & Uzuaga, 1997). 
Se determina mediante la ecuación: 
 
  
 20 
 
E =  Esfuerzo por unidad de área  = F/S 
                                              Cambio de longitud            ∆ℓ/ ℓ 
                                                                  (Ecua. 7)                                           
 
Donde: 
F = esfuerzo aplicado 
S = unidad de área sobre la que se aplica el esfuerzo 
 
C. Coeficiente de Poisson ( ) 
 
Determina la relación entre dos deformaciones unitarias, la deformación transversal y 
la longitudinal. En el caso de materiales elásticos está compuesto entre los siguientes 
valores 0 <  < 0,5 (Cantos, 1987) 
El coeficiente está representado por la siguiente ecuación: 
 
 = d = ∆d/d 
     ℓ     ∆ℓ/ℓ 
                                                                     (Ecua. 8)                                           
 
D. Módulo de rigidez o de cizalla (µ) 
 
Este módulo determina la resistencia de los materiales a cambiar de forma sin 
modificar su volumen, por lo que se mide determinando el desplazamiento relativo de 
planos paralelos o por el ángulo (Φ) en el que giraría un plano normal a la fuerza 
(Cantos, 1987) 
Está representado por la siguiente ecuación: 
 
µ = F/S 
      Φ 
                                                                  (Ecua. 9)                                           
 
 
E. Módulo volumétrico o de Bulk (k) 
 
Determina la resistencia de los materiales al cambio de volumen, sin que varíe su 
forma, y se expresa mediante la siguiente ecuación (Cantos, 1987). 
  
 21 
 
 
 
 
 
 Donde: 
 P = presión 
 ∆V = diferencial de volumen 
 V = volumen del cuerpo 
 
2.1.3 TRAYECTORIA DE LOS RAYOS SÍSMICOS 
La superficie de onda se define por todos los puntos del terreno que vibran simultáneamente 
generada a partir de una fuente sísmica. En un medio homogéneo e isótropo estas  superficies son 
concéntricas a la fuente sísmica, cuyos radios se denominan rayos sísmicos (Astier, 1975). 
En el contacto entre dos medios con velocidades distintas V1 y V2, los rayos sísmicos se refractan 
siguiendo las reglas de los rayos de luz, relacionadas a la ley de Snell (Astier, 1975).  
Las ondas generadas por un rayo por una fuente sísmica pueden llegar a los receptores según 
cuatro trayectorias (Figura 4) (Astier, 1975): 
 
A. Una trayectoria directa (rayo directo) a lo largo de la superficie del suelo. 
B. Trayectorias reflejadas (rayos reflejados) en el contacto de ambos medios. 
C. Trayectorias con refracción total, las cuales continúan a lo largo del contacto de un medio 
con otro. 
D. Trayectorias difractadas (rayos difractados) en el contacto de la interface entre ambos 
medios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
k = _P_ 
      ∆V/V 
                                                                  (Ecua. 10)                                           
  
 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
Figura 4. Diferentes trayectorias de las ondas generadas a partir de una misma fuente sísmica 
(Modificado de Astier, 1975). 
 
2.1.4 CURVAS DISTANCIA-TIEMPO 
Las curvas distancia-tiempo (D-T) correspondientes a trayectorias refractadas y reflejadas se 
llaman respectivamente  dromocrónica e indicatriz (Astier, 1975). 
Estas curvas D-T, se generan a partir de un arreglo o tendido sísmico a lo largo del cual se colocan 
los geófonos (canales sísmicos) geométricamente separados entre sí. Por lo general los geófonos 
se disponen en grupos de 12, 24 y 48 unidades; los mismos se conectan por medio de un cable 
(cable multicanal) al equipo. El impulso sísmico o fuente sísmica (explosivo) se dispone al principio 
y final del arreglo (orillas). Por cada fuente sísmica detonada se registra un dispositivo sísmico. 
Cuando las fuentes sísmicas se sitúan en los extremos internos en tendido se conoce como tiro 
sobre-extremos. Una fuente ubicada a una distancia discreta del final del arreglo se llama tiro fuera 
de línea (off-end). Cuando la fuente es ubicada en un punto a lo largo del arreglo (excepto en uno 
de sus extremos) se conoce con el nombre de tiro en-arreglo (split-spread), normalmente es a la 
mitad, a un cuarto o a tres cuartos de la distancia total del tendido sísmico (Peralta, 2007).  
Los tiros realizados en los extremos del arreglo en direcciones contrarias se denominan tiros 
directos e inversos (Figura 5). La ubicación de los tiros es función del espesor de la cobertura 
superficial que sobreyace a la roca considerada como basamento y a la resolución lateral deseada 
(Peralta, 2007). 
 
 
 
 
 
 
V1 
V2 
V1 < V2 
ic 
Rayo 
directo 
Disparo Geófonos 
Rayo 
reflejado Reflexión 
critica ic 
Refracción total o crítica 
Rayo 
refractado 
Z 
Rayos 
difractados 
Rayos 
refractados 
u Rayo directo 
v Rayo reflejado 
w Refracción total 
x Rayos difractados 
u 
v 
w x 
  
 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Arreglo del tendido sísmico (Modificado de Peralta, 2007) 
 
Las curvas tiempo-distancia conocidas como dromocrónicas, se construyen con los tiempos de 
llegada de las ondas P, en cada sensor, y la distancia de cada sensor al punto de disparo 
(Rosales, 2000). La Figura 6, esquematiza los diferentes conceptos que componen la curva de D-
T, para un dispositivo de refracción sísmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Muestra los parámetros que constituyen una curva D-T (Modificado de Peralta, 2007) 
Distancia crítica 
refracción 
Punto de cruce 
(Inclinación 1/V2) 
Extrapolado 
Distancia 
crítica 
Reflexión 
crítica 
Distancia del punto de tiro (x) 
Tiempo de 
intercepción 
de la 
refracción 
Tiempo de 
intercepción 
de la 
reflexión 
Tiempo 
Arribos 
refractados 
críticos 
Arribos 
secundarios 
Ángulo ancho 
arribo de 
reflexiones 
Xc 
t0 
t1 
Impulso 
sísmico o 
Disparo Geófonos 
V1 
V2 
­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 
Tiro fuera de línea 
(off-end) 
Tiros en arreglo 
(split-spread) 
Tiros directos Tiros inversos 
Tiro sobre-
extremo 
ORILLAS 
COLAS 
CENTROS 
SEMI-CENTROS 
­ ­ 
COLAS 
Tiro fuera de línea 
(off-end) 
Tiro sobre-
extremo 
ORILLAS 
Geófonos 1 12 
  
 24 
 
Según Peralta (2007), la distancia crítica (Xc), representa la distancia o punto donde el frente de 
onda refractado con ángulo crítico se convierte en la primera llegada, debido a que llega primero 
que la onda directa. Esto depende de las velocidades de las capas, así como del espesor y 
profundidad de las mismas; la distancia crítica puede ser menor o mayor que la longitud del tendido 
sísmico.  
La ecuación 11 relaciona las velocidades V1 y V2, de cada capa, la distancia crítica Xc con la 
profundidad, en este caso de la primera superficie refractora:  
 
 
 
 
 
Donde:  
Z1= es la profundidad de la superficie refractora o espesor de la primera capa,  
Xc= es la distancia crítica  
V1 y V2= las velocidades de cada capa respectivamente (siendo V1<V2). 
 
Redpath (1973), planteó una forma de definir aproximadamente la longitud de los tendidos, a 
través de una relación entre la distancia crítica y la profundidad de la interfase refractora (Xc/Z1) y 
en función del contraste de velocidad (V2 /V1). Peralta (2007) basándose en el gráfico de Redpath, 
determina que asumiendo un V1 de 1,5 km/s y una V2 de 3 km/s, que la distancia crítica será 3,4 
veces la profundidad (Figura 7), asumiendo que el objetivo de investigación está aproximadamente 
a 10 m de profundidad, la distancia crítica será aproximadamente 35 m; y el tendido tiene que ser 
mayor que esta distancia. Por lo que a profundidades mayores de investigación (>Z1) se debe 
cumplir necesariamente que la longitud de la línea sísmica sea casi tres veces la distancia crítica.  
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Gráfico de relación entre la distancia 
crítica (Xc) y la profundidad (Z1), con el 
contraste de velocidades (V2 /V1) (Tomado de 
Peralta, 2007). 
 
Z1 = (Xc/2)*[(V2-V1)/(V2+V1)]½ 
                                                                  (Ecua. 11)            
  
 25 
2.2 REFRACCIÓN SÍSMICA 
La refracción sísmica tiene por finalidad medir el tiempo de propagación de las ondas elásticas 
generas por una fuente sísmica.  
La refracción sísmica parte de varios supuestos a partir de los cuales se aplica el método, los 
cuales son: (Astier, 1975) 
A. Los medios a través de los cuales se transmiten las ondas elásticas son homogéneos e 
isótropos. 
B. Los diferentes contactos o interfaces entre los medios geológicos, admiten un único plano 
perpendicular que pasa por el dispositivo sísmico y sólo se considerarán las trayectorias 
contenidas en ese plano.  
C. La velocidad aumenta con la profundidad de un medio a otro. 
 
2.2.1 PRINCIPIOS DE REFRACCIÓN SÍSMICA 
A. Ley de Snell 
Estipula que en los rayos reflejados y refractados están en el plano definido por el rayo 
incidente y la normal con el contacto del punto de incidencia (Figura 8),  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8. Representación del principio de Snell (Modificado de Astier, 1975). 
 
Además plantea que el ángulo de reflexión es igual al de incidencia, y el ángulo de 
refracción (i2) y el de incidencia (i1) se pueden representar mediante la relación: (Astier, 
1975) 
Rayo 
incidente 
V1, ρ1 
V2, ρ2 
Normal 
Rayo 
reflejado 
Rayo 
refractado 
i1      i’1 
i2 
Refracción 
total 
ic 
i1 = i’1 
V1< V2 
  
 26 
 
Sen i1 = _V1_ 
                                                      Sen i2      V2 
                                                                  (Ecua. 12)                                           
 
La refracción total sucede cuando el ángulo de incidencia i2= 90°,  cuando los rayos 
sísmicos pasan de un medio de menor velocidad (V1) a un medio inferior de mayor 
velocidad (V2), por lo que el rayo se refracta en el contacto entre ambos medios. El ángulo 
de incidencia se denomina también ángulo de incidencia crítica (ic), y está definido por la 
relación: (Astier, 1975) 
 
 
Sen ic  = _V1_ 
              V2 
                                                                  (Ecua. 13)                                           
 
B. Principio de Huygens 
Establece que cada punto alcanzado por el frente de ondas actúa como un nuevo frente de 
ondas que se extiende en todas direcciones, si el medio es homogéneo el frente de ondas 
es esférico en un momento t cualquiera, posteriormente un tiempo t+∆t (Figura 9). Cada 
uno de los puntos de los frentes de onda, habrá generado nuevos frentes de ondas 
esféricos de V∆t (r). Si V es la velocidad del medio, el nuevo frente de ondas, en el instante 
t+∆t, será la envolvente de los demás frentes de ondas esféricas menores (Cantos, 1987). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. Esquema del principio de Huygens 
Ondas 
segundarias 
Frentes de ondas 
t 
∆t 
r = V∆t 
v Fuente 
sísmica 
  
 27 
C. Principio de Fermat 
Este principio estipula que los rayos generados a partir de los frentes de ondas recorren la 
trayectoria de menor tiempo que se genere de un punto a otro (Figura 10). En un medio 
homogéneo los rayos sísmicos corresponden a líneas rectas, mientras que en medios 
estratificados los rayos se comportan como curvas de tiempo mínimo (Cantos, 1987). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. Esquema de la ley de Fermat (Modificado Pérez, 2006) 
 
D. Ley de las velocidades aparentes 
Esta ley establece que la velocidad con la que aparenta transmitirse una onda en un cierto 
punto de la superficie del suelo, es igual al cociente entre la velocidad superficial y el seno 
del ángulo emergente, ambos tomados a partir de este punto (Cantos, 1987). 
 
2.3 FENOMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACIÓN DE LA ONDA SISMICA 
La disminución de la energía sísmica con la distancia, produce un efecto de amortiguamiento, 
debido a los fenómenos mencionados a continuación: 
A. Difracción- Radiación 
Se produce cuando el frente de ondas sísmicas se encuentra con una irregularidad (Figura 
11), de tal forma que desvía la trayectoria de los rayos. Algunos de estas irregularidades se 
asocian a cambios bruscos en la inclinación de los estratos y zonas de fallas. (Cantos, 
1987) 
 
 
 
 
V1, ρ1 
V2, ρ2 
t = tiempo 
∆x2 
∆t1 
∆t2 
∆x1 
V1<V2 
  
 28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 11. Difracción producida por una irregularidad en los contactos de los reflectores 
(Fuster & Strong, 1961). 
B. Dispersión 
Corresponde a la variación de la onda debido al cambio de la frecuencia, en refracción no 
hay evidencia de una dispersión apreciable, excepto cuando hay una fuente generadora de 
ondas cerca de la fuente sísmica (Cantos, 1987). 
 
C. Scattering 
Es la generación de pequeñas ondas sísmicas que se propagan en todas direcciones, 
producto del choque del frente de ondas con partículas libres u objetos comparados con su 
longitud de onda (Figura 12). Este fenómeno es mayor para frecuencias altas, y 
corresponde en parte a lo que se considera “ruido” dentro de un registro sísmico, debido a 
que genera una distribución de energía al azar sobre la superficie (Cantos, 1987). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12. Scattering o ruido producido por partículas dentro del medio. 
V1 < V2 Disparo 
Rayos 
difractados 
Cuña de difracción 
Disparo 
  
 29 
2.3.1 PRINCIPIOS GENERALES DE INTERPRETACIÓN EN REFRACCIÓN SÍSMICA 
A. Principios de reciprocidad 
Se basa en el principio de Fermat o del recorrido del tiempo mínimo y establece que el 
tiempo de propagación de una onda sísmica, de un punto a otro y su viceversa tiene que 
ser iguales y realizados en el menor tiempo posible. 
En la Figura 13, se muestra la dromocrónica con sus correspondientes curvas de 
conjugación, la proyección de las mismas hacia el eje del tiempo deben ser interceptadas 
en un mismo valor (Rosales, 2000). 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13. Esquema del principio de reciprocidad (Modificado de Cantos, 1987) 
 
B. Principios de tiempos de intercepto en el origen 
Este principio establece que la prolongación de las pendiente de dos pares conjugados en 
una dromocrónica, se proyectan hasta cortar el eje del tiempo en el tiro central (Figura 14), 
los tiempos interceptados en el origen deben ser iguales (Cantos, 1987). 
  
 
 
 
 
 
A B 
Tb Tb’ 
Ta’ Ta 
Va 
Va 
Vb Vb 
V0 
V0 
C 
D 
C’ 
D’ 
E 
F 
V0 < Va < Vb  
Tiempo de recorrido 
ACDB=BDCA 
AC’EFD’B=BD’FEC’A 
Ta=Ta’ 
Tb=Tb’ 
V0 
Va 
Vb 
Disparo Disparo 
  
 30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14. Esquema del principio de tiempos de intercepto (Modificado de Cantos, 1987) 
 
C. Principio de paralelismo 
Este principio permite deducir las dromocrónicas (abc) relacionadas con puntos de disparo 
intermedios entre los puntos de disparo comprendidas entre los diferentes extremos del 
tendido (ABC y A’B’C’); o bien deducir una dromocrónica con un punto de disparo alejados 
de dos puntos de disparos complementados. Este principio funciona para refractores 
horizontales o planos inclinados, ya que en el caso de refractores cóncavos, las ondas 
viajarán por la superficie externa del refractor y para distancias largas viajarán por la 
superficie interna del refractor, siguiendo el principio de Fermat (Rosales, 2000). 
Según la Figura 15, se puede obtener la dromocrona abc, a partir de las otras dos 
dromocrónicas conjugadas ABC y A’B’C’. 
 
 
 
 
 
 
 
A B 
Ta’ Ta 
Va Va 
V0 
V0 
Va 
V0 
Disparo 
α 
t 
Ta’=Ta 
 
ic ic 
V0 < Va 
  
 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 15. Esquema del principio de paralelismo (Modificado de Cantos, 1987). 
 
2.4 PRINCIPALES METODOLOGÍAS DE INTERPRETACIÓN DE DATOS DE 
REFRACCIÓN SÍSMICA 
 
A. Tiempos de intercepto (Capas Paralelas) 
 
Este método es utilizado para refractores planos o múltiples refractores planos. Las ondas 
originadas por el punto de disparo una vez refractadas en los contactos de los medios, 
determinan  los tiempos de llegada de las ondas en los tiempos de llegada en superficie. 
Estos tiempos se incrementan con la distancia y la profundidad de penetración. En la curva 
tiempo-distancia, el método utiliza las pendientes de las dromocrónicas para calcular las 
velocidades de los refractores y los tiempos de intercepto de las dromocrónicas para 
calcular las profundidades (Rosales, 2000). 
 
 
 
 
A 
B 
TA TA’ V1 V1 
V0 V0 
V0 
V1 
Disparo Disparo 
C 
V0 
V1 
D 
 ic 
ic ic 
ic 
a 
b 
c 
C 
A’ 
B’ 
C’ 
V0 < V1 
Disparo supuesto 
 
  
 32 
B. Velocidades aparentes  
 
Este método se utiliza para refractores inclinados y paralelos, utiliza los tiempos de 
intercepto en el origen de un tendido directo y reverso, basándose en las velocidades 
aparentes, en las que hay que suponer que la velocidad de cada uno de los estratos es 
constantes, al igual que la pendiente del refractor (Rosales, 2000). 
 
C. Frentes de ondas (Ray tracing) 
 
Este método se utiliza para refractores ondulados, y se basa en el principio de Huygens, 
este método de carácter gráfico utiliza el trazado de los frentes de ondas, provenientes de 
puntos de disparo conjugados, de manera que se pueda definir un punto intermedio en el 
refractor, de forma que la suma de los tiempos de viaje entre los puntos de disparo y los 
puntos de emergencia de las ondas refractadas desde el punto intermedio, sea igual al 
tiempo total de viaje (Rosales, 2000; Cantos, 1987).  
 
D. Tiempos de retraso (Delay times) o Método de Gardner 
 
Este método se utiliza en zonas de relieve poco pronunciado. Determinando el tiempo de 
retardo como la diferencia entre el tiempo que requiere la onda para recorrer la trayectoria 
entre un punto de disparo y el refractor, su ángulo critico dentro del medio superior y su 
propia velocidad V1, en contraste con el tiempo requerido por la misma onda para recorrer 
la misma trayectoria con la velocidad del refractor V2 (Rosales, 2000; Cantos, 1987). 
 
E. Más-menos o Método de Hagedoorn 
 
Este método permite la visualización e interpretación a partir de los frentes de ondas y por 
lo tanto, de los primeros arribos del registro sísmico, de una manera fácil y rápida. 
Se utiliza en refractores irregulares, cuyas pendientes no sobrepasen los 10º, el 
componente “más” del método permite determinar la profundidad del refractor por debajo 
de cada punto receptor (geófono) de forma perpendicular. El componente “menos” se 
utiliza para determinar la velocidad del medio. 
 
 
 
 
 
  
 33 
F. Mínimos cuadrados (Time Term) 
 
Este método utiliza el ajuste lineal por mínimos cuadrados, para determinar una discreta 
solución de las capas obtenidas con los datos. Los parámetros a partir de los cuales se 
basa el método se ejemplifican en la Figura 16. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Esquema base a partir del cual se obtienen los parámetros para el método de Mínimos 
Cuadrados. 
 
Se definen inicialmente S1 y S2 como los inversos de las velocidades V1 y V2. 
S1=1/V1 
S2=1/V2 
A partir de la Ley de Snell se define: 
Sen (ic)= S1/S2 
El tiempo de viaje total (t) desde el disparo hasta el geófono se define mediante la siguiente 
ecuación: (obtenida a través de múltiples sustituciones de variables trigonométricas) 
t = 2S1 Cos(ic)Z+xS2 
Si se define c como: 
c = 2S1Cos(ic) 
Entonces: 
t = 2cZ+XS2 
Z es la variable desconocida. 
 
­ 
V1 
V2 
Z 
ie ic 
Disparo Geófono 
x 
a 
b c d e 
f 
  
 34 
Si se emplea este método para refractores irregulares se parte de una matriz cuadrática a partir de 
la ecuación generalizada, para los diferentes Zn: 
 
 
 
 
 
 
 
En donde m = número de tiempos n = numero de receptores a los cuales se les debe calcular la 
profundidad (OYO Corp, 2004). 
 
 
2.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA 
 
La refracción sísmica como método geofísico, permite determinar la profundidad y el espesor de 
las capas sísmicas predominantes en ambos  sitios de presa, así como la caracterización 
geomecánica asociada a cada medio refractor y la presencia de anomalías sísmicas, que 
eventualmente se pueden asociar a estructuras geológicas o antropogénicas.  
Una desventaja del método según Fuster & Strong (1961), es la escasa información, y la poca  
precisión de las estructuras geológicas que brinda, sin embargo el método sísmico de refracción no 
es influenciado por campos eléctricos o magnéticos generados por estructuras metálicas 
circundantes, por lo que se considera como el método más adecuado para ser aplicado en ambos 
sitios de presa, pues en dichos sectores se muestran importantes estructuras metálicas (tuberías), 
que pueden generar en otros métodos geofísicos un error en la toma de datos, además 
proporciona datos de las velocidades en las capas refractantes, que con frecuencia permiten 
identificar o especificar la litología de las mismas, en un tiempo menor al de la reflexión sísmica.  
Según Rosales (2000), otras limitaciones del método se asocian al cumplimiento de la Ley de 
Snell, en la cual las velocidades tienen que necesariamente aumentar con la profundidad, por lo 
que medios con velocidades inferiores subyaciendo capas con velocidades mayores, no serán 
detectados a través de este método. Cantos (1989), menciona que un cambio de pendiente de la 
curva tiempo-distancia no necesariamente representa un cambio de refractor, sino que puede 
significar un cambio de pendiente del primer refractor. Además Terford et al. (1990) mencionan que 
la existencia de una capa o medio refractor de poco espesor, a pesar de que poseer una velocidad 
mayor a las capas sobreyacientes no alcanza a detectar las primeras llegadas debido a que la 
  
 35 
longitud de onda de la señal sísmica generada es mucho mayor que el espesor de la capa sobre la 
que debe refractar. 
Los alcances del método radican claramente en la facilidad para detectar variaciones de la 
velocidad, tanto en el eje horizontal como vertical, de la onda Vp y Vs; así como determinar la 
profundidad del basamento y su respectivo relieve (Rosales, 2000). A partir de dichos valores de 
Vp y Vs se pueden determinar parámetros significativos como lo son las constantes elásticas, que 
permiten caracterizar geomecánicamente la calidad del medio a través del cual se trasmiten. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 36 
CAPÍTULO 3. MARCO GEOLOGICO 
3.1 GEOLOGÍA REGIONAL 
Los primeros estudios publicados en referencia a la geología en el área, fueron efectuados por 
Schaufelberger (1935), Crosby (1940), y Dóndoli (1943). Posteriormente Dengo & Chaverri (1944), 
realizan una descripción más detallada de la geología aflorante en las márgenes del Río Virilla y 
otros afluentes cercanos. Estos autores definen tres grupos litológicos predominantes en el área, 
las primeras corresponden a rocas sedimentarias, que consiste en el basamento de la zona, y en 
general corresponden a conglomerados y areniscas calcáreas oscuras de grano fino a medio. 
Sobreyaciendolas se localizan las denominadas Andesitas del Virilla, caracterizadas por ser rocas 
efusivas andesíticas asociadas a dos eventos lávicos separados por el contacto con una toba. En 
algunos sectores de estas coladas se presentan texturas prismáticas y blocosas. Finalmente y 
sobre la secuencia anterior se localizan las rocas piroclásticas, asociadas a tobas con matriz gris 
oscura que contiene bloques angulares oscuros pumíticos y fragmentos de vidrio volcánico 
(fiames), en algunos sectores cerca del Río Virilla muestra una textura columnar. Dicha litología 
pueden llegar alcanzar espesores máximos que ronda los 90 m en las localidades de Santa Ana y 
San Antonio de Belén, hasta los 20 m cerca de Los Anonos. 
Dóndoli (1949 & 1950), realiza un breve estudio de dos sectores en que corresponden a la Junta 
de Protección Social y a las canteras de Colima y del Río Virilla, en donde determinó la existencia 
de una capa superficial de una toba volcánica de aproximadamente 30 m de espesor, 
sobreyaciendo una colada de lava andesítica de 10 m de espesor seguida de un conglomerado, en 
cuyo contacto con las lavas se observa un horizonte rojizo, asociado a un paleosuelo quemado.  
Posteriormente Howell (1952), define la historia volcánica asociada a los depósitos en el sector sur 
y oeste de Valle Central, definiendo tres unidades topográficas asociadas directamente con tres 
unidades geológicas, las cuales se encuentran compuestas por un volcanismo Terciario deformado 
y rocas sedimentarias asociadas a cuerpos plutónicos. La parte Central de la Cordillera consiste en 
lavas juveniles y materiales de variada composición eyectados desde los focos volcánicos 
existentes. Mientras que La Meseta Central Occidental, está compuesta esencialmente por 
depósitos Pleistocénicos que consisten en avalanchas ardientes, flujos de lavas cubiertos en sus 
extremos distales por depósitos de flujos provenientes del Poás y Barva. 
Weyl (1956), por su parte determina que los eventos asociados a los depósitos volcánicos del Valle 
Central, iniciaron durante el período Plioceno, en el cual se derramaron corrientes de lava muy 
fluidas pobres en ácido silícico, provenientes del Volcán Barva, cubrieron los valles entre serranías. 
Tras un período de reposo que permitió la erosión de las lavas previamente depositadas, inició 
nuevamente la actividad volcánica en forma explosiva mediante nubes ardientes, cuyos depósitos 
varían desde tobas soldadas asociadas a actividades fisurales del Volcán Barva, a tobas porosas 
  
 37 
ricas en bombas de escoria, y fragmentos de lavas mezclados con masas piroclásticas, 
depositadas a temperaturas más bajas. Posteriormente esta actividad explosiva, fue sustituida por 
coladas de lavas basálticas y andesíticas basálticas, hasta culminar con las erupciones de cenizas, 
cuya actividad volcánica predomina actualmente.  
Dóndoli (1958), realiza un reconocimiento a lo largo de la cabecera del Río Virilla, en el que 
determina la secuencia desde la base del cañón hasta la superficie. En la base describe una serie 
de materiales volcánicos asociados a dos coladas andesíticas, separadas por superficies de 
alteración, debido al calentamiento de la colada superior con respecto a la inferior. Sobre estas 
coladas, se localiza un material escoráceo poroso formado por piedras negras de lava pumícea 
(autobrecha). Posteriormente se encuentra un manto de pómez riolítica granulada siguiendo la 
topografía irregular de la lava y la escoria. Seguidamente se localiza un espeso manto de toba 
andesítica estratificada que aumenta o disminuye su espesor según las irregularidades 
topográficas existentes en el momento de la depositación. Siguiendo la secuencia se localizan 
materiales de arrastre de tipo aglomerático heterogéneo envuelto en una matriz arcillosa 
amarillenta, denominados por Dóndoli (1958) como lávina. Finalmente en el extremo superior de la 
secuencia sobre la lavina, se describen dos horizontes de cenizas depositados en eventos muy 
distanciados debido al grado de alteración que hay entre ellas. 
Seguidamente Malavassi (1965), realiza un recopilación de los trabajo de Howell (1952) y Dóndoli 
(1958), esquematizando los depósitos volcánicos del Valle Central en tres grupos, Lavas 
Intracañón, que corresponde a varias coladas de lavas andesíticas y andesíticas-basálticas con 
espesores individuales de 15 a 35 m; depósitos de Ignimbritas de composición predominantemente 
andesítica con espesores máximos de 100 m, y Lavas Post-avalancha, de composición basalto-
andesíticas. 
Bohneneberger (1968), realiza una delimitación de las unidades volcánicas existentes en el oeste 
del Valle Central a partir de una foto interpretación del área, basándose a su vez en la descripción 
hecha por Howell (1952). 
Fernández (1969), define como Formación a los materiales volcánicos Plio-Pleistocénicos, que se 
encuentran rellenando el basamento sedimentario. Asociando a las Lavas Intracañón y las 
Avalanchas Ardientes de Howell (1952) a la Formación Colima, y la Formación Tiribí, 
respectivamente. Finalmente agrupa todos los depósitos pertenecientes a las últimas actividades 
lávicas provenientes del macizo a la Formación Barva. 
Posteriormente Echandi (1981), adiciona a la Formación Colima, los Miembros Belén (superior), 
Linda Vista (inferior), y al Miembro Puente de Mulas descrito por Fernández (1969). Agrega a su 
vez a la Formación Tiribí, el Miembro Electriona, junto a los ya descritos por Fernández (1969), 
como Miembro Nuestro Amo y Miembro La Caja. 
  
 38 
En el año 1983, el ICE realiza estudios de reconocimiento geológico, para realizar las etapas de 
Prefactibilidad y Factibilidad del Proyecto Hidroeléctrico denominado P.H. Virilla, y realiza en total 4 
perforaciones de las cuales tres se realizaron sobre la posible línea de túnel y una sobre el tanque 
de oscilación. Este proyecto fue localizado tentativamente sobre la margen derecha del Río Virilla 
entre la planta eléctrica Nuestro Amo y Casa de máquinas de Belén, sin embargo, no llegó a 
concretarse la construcción del mismo. 
Flores et al. (1988), Arredondo et al. (1988) y Molina et al. (1988), realizan la Campaña Geológica 
de la zona, así como el cartografiado y recopilación bibliográfica del sitio.  
Pinilla (1992), realiza un estudio geoquímico asociado a los suelos del Valle Central. Pérez (2000), 
determinó que las ignimbritas del Valle Central se originaron por un evento violento asociado al 
colapso caldérico del macizo del Barva, cuyo depósito denominó Formación Ignimbritas Río Tiribí. 
Definió cuatro litofacies representativas de los mismos: Valle Central, Puente de Piedra, La Garita y 
Orotina. 
Otros estudios realizados en Cuenca del Río Virilla o sectores de la misma, los cuales presentan 
un enfoque hidrogeológico corresponden a Losilla (1977), Losilla (1986), Vargas (1994), y 
Schosinsky & Vargas (2001). Analizan las características de la cuenca y los acuíferos presentes, 
tales como, el uso potencial del suelo, fuentes de contaminación, planificación urbana y la 
planificación del recurso hídrico para el Valle Central, así como el modelo hidrogeológico de la 
zona. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 39 
A continuación se muestra la columna regional generalizada de la zona (Figura 17), modificada de 
Echandi (1981). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17. Columna regional resumida (Modificada de Echandi, 1981) 
 
  
 40 
3.1.1 FORMACIÓN PACACUA (BASAMENTO TERCIARIO) 
Definida inicialmente por Castillo (1979), como una secuencia compuesta de conglomerados 
brechosos y areniscas conglomeráticas, areniscas, limolitas y lutitas, de naturalezas tobácea, con 
espesores superiores a los 1148 m. 
Rivier (1979), divide la Formación de dos unidades, una unidad inferior, caracterizada por la 
presencia de vulcanoruditas, vulcaneritas, conglomerados y wacas varicolores, con estructuras 
sedimentarias asociadas (laminaciones y estratificaciones) así como la presencia de fragmentos de 
fósiles. La unidad superior formada por una serie marina de areniscas arcillosas finas con 
intercalaciones de lutitas y tobas. 
Alvarado (1982), detalla los aspectos sedimentológicos y paleogeográficos, determinando que la 
Formación se encuentra principalmente constituida por lutitas negras depositadas en ambientes 
anóxicos.  
Posteriormente Denyer & Arias (1991), determinan una edad estratigráfica de Mioceno Medio, y 
separan la subunidad sedimentaria de lutitas negras elevándola al rango de Formación Peña 
Negra. A su vez delimita la Formación Pacacua atribuyéndole la secuencia volcanoclástica 
inicialmente definida por Castillo (1969), como areniscas volcanoclásticas, tobas y brechas finas a 
gruesas. Según Denyer & Arias (1991), esta Formación presenta pequeñas intrusiones diabásicas 
(≈1 m) de diques y sills. 
 
3.1.2 FORMACIÓN GRIFO ALTO 
Denyer & Arias (1991), definen esta formación como una serie de rocas volcánicas andesíticas y 
piroclásticas, que sobreyacen la secuencia sedimentaria y volcánica del Mioceno; agrupando 
dentro de esta Formación los Basaltos La Garita definidos por Kussmaul & Sprechmann (1984) y 
los depósitos ignimbríticos denominados por Alán (1978) & Álvarez (1982) como Ignimbritas San 
Gabriel. Esta formación se localiza predominantemente en las Hojas Caraigres y Candelaria, sin 
embargo, se localizan parches dispersos sobre la Hoja Abra.  
Las rocas de esta formación presentan una coloración gris-rojiza característica, y su depósito 
presenta una geometría irregular rellenando la topografía preexistente. La edad radiométrica para 
esta Formación ronda los 5,5 Ma (Marshall & Idleman, 1999).  
 
3.1.3 FORMACIÓN COLIMA (LAVAS INTRACAÑÓN) 
Fueron inicialmente descritas por Howell (1952), como Lavas Intracañón, debido a su 
confinamiento a lo largo de los valles en V, dichas extensiones de lavas encausadas, fueron 
  
 41 
asociadas a actividades fisurales o focalizadas de las actividades volcánicas iniciales de los 
volcanes Poás y Barva. 
Posteriormente Malavassi & Madrigal (1967), las describen como coladas andesìticas porfiríticas 
con fenocristales de plagioclasa y piroxenos, con una matriz afanítica cubierta por una gruesa 
masa de escoria de color rojizo de 5 m de espesor, que separa un segundo nivel de lavas 
andesíticas con estructura fluidal y visible lajeamiento, la cual es sobreyacida por una capa de 
escoria negra de 4 m de espesor. 
Fernández (1969) la eleva a rango de Formación, y definió la Unidad de Ignimbrita Inferior Puente 
de Mula como parte de la Formación Colima. Esta Unidad es descrita como ignimbritas de color 
gris oscuro a gris café, compuesto por fragmentos lapillíticos y líticos (5-8 cm), incluidos dentro de 
una matriz tobácea, parcialmente soldada. Toda la Unidad se encuentra limitada, tanto en su parte 
inferior como superior, por las lavas de la Formación Colima. Presentan según Fernández (1969) 
estructura columnar y espesores de alrededor de 12 m.  
Losilla (1977) realiza un estudio hidrogeológico del potencial acuífero de esta Formación. Define 
una Unidad Superior e Inferior, ambas constituidas por lavas andesíticas separadas por la 
ignimbrita de Puente de Mulas. 
Echandi (1981) subdivide la Formación en tres Miembros: un Miembro inferior denominado Belén, 
que corresponde a lavas andesíticas y latiandesíticas, que se encuentran en contacto con el 
basamento sedimentario (Formación Pacacua) del Valle Central. El Miembro intermedio que 
corresponde a las Ignimbritas Puente de Mulas, descritas por Fernández (1969), como una 
ignimbrita grisácea a café, con textura columnar hexagonal, en algunos sectores esta ignimbrita 
presenta una composición vidriosa negra muy densa. Este miembro se encuentra limitado tanto 
superior como inferiormente por flujos lávicos, perteneciente a los otros dos Miembros. El tercer 
Miembro descrito como Miembro Linda Vista, ubicado en la parte superior del depósito, consiste en 
una colada lávica andesítico-basáltica densa y lajeada, que hacia su parte superior presenta una 
textura brechosa escorácea y negra. 
Inicialmente Bellon & Tournon (1978), le asignaron a esta secuencia volcánica una edad de 1±0,15 
Ma. Posteriormente Gans (1999), realiza una datación radiométrica de algunas muestras asociadas 
a los eventos pre-ignimbríticos ubicadas en el Tajo Colima, asignándoles una edad de 0,338 Ma, la 
cual es correlacionable con los depósitos de Colima Superior. Recientemente Marshall & Idleman 
(1999) y Marshall et al. (2003), muestran tres edades radiométricas, las cuales se pueden asociar a 
Miembro Belén con 758 ±16 ka y al Miembro Linda Vista de 337±7 ka, esta última con una edad 
muy similar a la propuesta por Gans (1999). Una posible correlación a las edades de las 
ignimbritas del Miembro Puente de Mulas, fueron las dataciones realizadas por  Gans et al. (2003), 
  
 42 
cuyos rangos de edades de 440 a 570 ka, para las ignimbritas del Valle Central, se podría 
eventualmente relacionar, debido a su correlación temporal en la secuencia de la formación. 
 
3.1.4 FORMACIÓN TIRIBÍ (AVALANCHA ARDIENTE) 
Definida inicialmente como Avalancha Ardiente por Howell (1952), quien al considerar las 
características del depósito, composición y textura, determinó que corresponden a materiales con 
similitudes asociadas a los depósitos de nubes ardientes de la erupción del Monte Pelée en 1902. 
A su vez determinó que el foco de origen de estos depósitos sobre los cañones del Río Grande y 
del Río Virilla, corresponden a los volcanes Poás y Barva respectivamente, cuyas edades ubicó en 
el período Plio-Pleistoceno. 
Malavassi & Madrigal (1967), la mencionan como una “toba de colada de cenizas”, y agrupan los 
depósitos asociados a las nomenclaturas de colada de pómez, sillar, ignimbrita y toba soldada. 
Ubicados en los tajos de Pavas, Colima, Hatillo y Barreal, con sus respectivos características 
litológicas y grados de soldamiento particulares. 
Kussmaul y Sprechamann (1982) la elevan al grado de Formación Avalancha Ardiente. 
Fernández (1969) la denomina Formación Tiribí, asociándola a los depósitos de avalancha ardiente 
descritos por Howell (1952), como una toba soldada de coloración grisácea oscura a clara, con 
bandeado horizontal y fiames, envueltos en una matriz de ceniza densa. El depósito presenta 
según Fernández (1969), una disyunción prismática vertical, debido a cambios en la compactación, 
textura y composición a lo largo del depósito. 
Fernández (1969), considera distinguir dos miembros asociados a los que denominó La Caja y 
Nuestro Amo. 1) El Miembro La Caja presenta espesores que rondan los 30 m, y consiste en 
materiales ignimbríticos poco soldados de carácter masivo, matriz de ceniza con abundantes 
componentes escoreáceos sin bandeamientos. 2) El Miembro Nuestro Amo, corresponde con 
depósitos asociados a avalanchas frías, que consisten en tobas con fragmentos de composición 
heterogénea y tamaños variados, redondeados a subangulares, incluidos en una matriz densa y 
masiva, de composición tufácea, lapillítica y cenicienta. A este miembro se le estimó un espesor 
aproximado de 65 m. 
Echandi (1981), subdivide la Formación en tres Miembros. 1) El Miembro Nuestro Amo inicialmente 
definido por Fernández (1969) como avalanchas frías, posteriormente redefinido por Echandi 
(1981) como flujos de lodos ardientes, originados a partir de cenizas y pómez cargados de agua y 
vapor. 2) El Miembro Electriona, asociado según Echandi (1981), a depósitos ignimbríticos 
emplazados posterior a la Formación Colima; y 3) El Miembro La Caja definido por Fernández 
  
 43 
(1969) y descrito por Echandi (1981), como depósitos cenizas finas a gruesas con fragmentos 
lapillíticos o bloques lávicos de carácter escoráceo, las cuales no presentan estructuras de 
bandeamiento o flujo definido. 
Pérez (2000), agrupa los depósitos ignimbríticos del Valle Central y los denomina Formación 
Ignimbritas Río Tiribí con una edad de 0,33 Ma mediante dataciones radiométricas. A esta 
Formación le define cuatro litofacies asociadas: 1) Litofacies del Valle Central, que incorpora los 
Miembros Electriona y La Caja, propuestos por Echandi (1981) para la Formación Tiribí. Estas 
litofacies se asocian a los depósitos encontrados en los tajos Electriona, Virilla, Barreal y Los Sitios 
de Moravia. 2) Litofacie Puente de Piedra, asociada a los depósitos aflorantes al oeste del Valle 
Central en la localidad de Grecia, propiamente en el Puente de Piedra. 3) Litofacies La Garita, 
asociada a los depósitos alrededor de la Garita y Río Grande de Atenas, fue subdividida en tres 
Unidades según los porcentajes de escorias, líticos y pómez. 4) Litofacies Orotina, asociada a los 
depósitos del sur y oeste de Ciudad Colón, Piedras Negras, Cordel de Mora, Atenas, alrededores 
de Grecia y Naranjo, Turrubares y camino a Orotina y Mata de Limón. Pérez (2000), asocia estos 
depósitos a un origen por colapso caldérico preveniente del macizo del Barva. 
Hannah et al. (2002), realiza una análisis geoquímico, de los depósitos de flujos de ceniza dentro 
de la Formación Tiribí. A partir de la composición de sílice encontrada en los clastos de pómez, 
define el origen y los diferentes niveles asociados a la cámara magmática que originó el depósito. 
 
 
3.2 GEOLOGÍA LOCAL 
 
La zona de estudio comprende el cañón y las márgenes del Río Virilla y sus márgenes, sobre las 
que se construyeron los sitios de presa de los Proyectos Hidroeléctricos Electriona y Belén. En 
ambas localidades afloran las Formaciones Pacacua, Grifo Alto, Colima y Tiribí, así como 
depósitos recientes coluvio-aluviales producto de la erosión de los cañones adyacentes al río y sus 
depósitos. 
A continuación se muestra la columna geológica local (Figura 18), propuesta para el sitio de 
estudio. Describen las características de las formaciones y depósitos encontrados en ambos sitios 
de presa y en el área comprendida entre los mismos. 
 
 
  
 44 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18. Columna geológica local 
  
 45 
3.2.1 FORMACIÓN PACACUA 
Aflora en la margen izquierda del Río Virilla, en el codo que forma el río antes de ser retenido en el 
sitio de presa Belén, en el sector denominado Honduras (Figura 19a-d). 
Se presenta a lo largo de esta margen y es visible a lo largo de las quebradas intermitentes y 
deslizamientos (Figura 19b) presentes en el área en forma de herradura que conforma esta zona 
de cafetal. Dentro de la litología observada para esta formación se encuentran brechas 
volcanoclásticas de colores morados-grisáceos y fragmentos de jaspes y depósitos 
volcanoclásticos indiferenciados de coloraciones morado-grisáceos, verduzcos y cafés, debido a su 
alto grado de alteración. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19. a) Vista desde la parte superior de Casa de Máquinas de Electriona hacia el Río Virilla 
b) Deslizamiento margen derecha río Virilla, c) Vista desde casa de máquinas Electriona hacia el 
cafetal de la localidad de Honduras d)Vista desde el tajo de Pedregal hacia el cafetal.  
 
 
a) b) 
c) d) 
  
 46 
A nivel local la Formación presenta un espesor visible de 45 m. El contacto superior es ondulante y 
discordante con la Fm. Grifo Alto. El contacto inferior no fue observado. 
A continuación se describen a detalle los depósitos asociados localmente con la Fm. Pacacua: 
3.2.1.1 Brechas volcanoclásticas 
Afloran en el sector de margen izquierda del Río Virilla, a lo largo de una quebrada en el cafetal en 
la localidad de Honduras, a lo largo de una sección de 5 m sobre la quebrada. Este depósito 
consisten en una brecha polimíctica bien sorteada y compuesta de bloques predominantemente de 
carácter andesítico, con coloraciones morado-rojizas a grises, y formas subangulares a angulares, 
de tamaños centimétricos, que no sobrepasan los 6 cm (Figura 20).  
El contacto entre los bloques es predominantemente puntual y en algunos sectores se observa 
contacto por matriz. La matriz es pobremente desarrollada y alterada a arcilla, con coloraciones 
rojizas a grisáceas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 20. Brecha volcanoclástica, localizada sobre la quebrada en el cafetal Honduras. 
 
 
 
  
 47 
3.2.1.2 Jaspes 
Se localizan a lo largo de la quebrada en el sector de Honduras, se observan de forma esporádica 
como bloques angulares de jaspe veteado con coloraciones rojo, morado a grisáceo y vetas 
blanquecinas irregulares (Figura 21), estos bloques angulares presentan tamaños de 30-40 cm 
aproximadamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21. Bloque de Jaspe localizado a lo largo de la quebrada en el sector de Honduras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 48 
3.2.1.3 Depósitos sedimentarios indiferenciados 
Se ubicaron en la localidad de Honduras, sobre el codo de la margen izquierda del Río Virilla. 
Presentan un espesor visible de 25-30 m. 
Corresponden a materiales muy alterados con coloraciones rojas, moradas y grises, dando la 
apariencia de depósitos masivos alterados en algunas zonas cuya alteración es homogénea en 
coloración. Dependiendo del grado de alteración, es difícil definir el tipo de litología original, sin 
embargo, dan la apariencia de ser materiales originalmente volcánicos y posiblemente retrabajados 
(Figura 22). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 22. a-b) Materiales indiferenciados, localizados en el sector de Honduras, c) Contacto entre 
Fm. Pacacua y Fm. Tiribí. 
 
a) b) 
c) 
Fm. Tiribí 
Fm. Pacacua 
  
 49 
3.2.2 FORMACIÓN GRIFO ALTO 
3.2.2.1 Dique andesítico 
Se localiza en la parte alta del sector de Honduras, sobreyaciendo e intruyendo a la Fm. Pacacua. 
El contacto inferior con dicha Formación es lateral e irregular. 
El afloramiento asociado a dicha formación se presenta a lo largo del camino cerca de la entrada al 
cafetal en Honduras. Muestra un espesor visible de entre 7 a 15 m. 
En la base del afloramiento las rocas presentan una textura afírica que tiende a disminuir 
levemente hacia la parte superior, al igual que una intensa fracturación sub-horizontal y vertical que 
le confieren una textura de lajamiento (Figura 23a). A lo largo de las fracturas presenta pátinas de 
óxidos de hierro que le confieren un aspecto “quemado” (Figura 23b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 23. a) Contacto lateral del dique andesítico con las brechas volcanoclásticas de Fm. 
Pacacua y b) Zona de alto grado de fracturación ubicado en la base del afloramiento. 
 
 
 
 
 
a) b) 
  
 50 
Este dique andesítico presenta un lajamiento más grueso hacia la parte superior y una textura a 
nivel macro de carácter porfíritico, con minerales alterados (Figura 24). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 24. a) Contacto inferior y lateral del dique con la Fm. Pacacua b) Lajas gruesas en la parte 
superior del afloramiento c) Entrada del cafetal en el sector de Honduras. 
 
 
 
 
 
 
a) b) 
c) 
  
 51 
3.2.3 FORMACIÓN COLIMA 
La Fm. Colima se encuentra constituida por tres miembros principales que se describen a 
continuación: 
3.2.3.1 Miembro Colima Inferior (Miembro Belén) 
3.2.3.1.1 Lavas andesíticas: 
Aflora en la base del cañón de la presa Belén. Corresponde a lavas andesíticas porfiriticas, con 
estructura masivas muy sanas, de color gris violáceo poco fracturadas y con un escaso lajamiento 
hacia la parte superior de las misma. (Figura 25). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 25. Lavas masivas sitio de presa Belén. 
 
 
Puente de Mulas 
  
 52 
Las rocas se presentan muy densas y levemente meteorizadas (ligeros cambios de coloración 
café-rojizo) sin llegar a observarse una alteración profunda de la misma. Estas lavas en general, 
presentan patrones de diaclasamiento densos y caóticos con tendencias sub-verticales, y 
separaciones decimétricas entre las fracturas. Algunas de las fracturas presentan rellenos parciales 
de óxidos de hierro y manganeso.  
Sobre las coladas andesíticas se observa una autobrecha de enfriamiento (Figura 26). Esta 
autobrecha monomíctica muy consolidada, se muestra de forma superficial y aleatoria a las lavas 
masivas, y su contacto con las mismas es transicional. Los bloques angulares de color violáceo 
presentan contacto por matriz y tamaños máximos de hasta 1 m de diámetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 26. a-b) Autobrecha de enfriamiento en sitio de presa Belén. 
 
Microscópicamente en las secciones B-01, B-02, B-03 y B-04 (Anexo 1), tanto las lavas como los 
bloques de la autobrecha corresponden a andesitas con dos piroxenos, el hipersteno y las augitas, 
estas últimas se caracterizan por presentar maclas tipo reloj de arena. 
 
 
 
  
 53 
3.2.3.2 Miembro Puente de Mulas 
Este Miembro corresponde a depósitos ignimbríticos que presentan espesores visibles de 5 a 10 m 
observados en el Tajo Pedregal. Posee una geometría lenticular con terminación lateral en cuña.  
Los contactos tanto superior e inferior son ondulantes e irregulares, y se encuentran limitados por 
paleosuelos rojizos cuyos espesores visibles rondan 2 a 12 m (Figura 27). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 27. Secuencia de los Miembros Puente de Mulas y Colima Superior, observada en el Tajo 
Pedregal.  
 
Hacia el techo del depósito, la ignimbrita se muestra más alterada y con un menor grado de 
soldamiento, presentando una coloración café oscuro, y fiames escoráceos opacos, por lo que las 
rocas de este sector se muestran más livianas o disgregables. Hacia el contacto inferior muestra 
una mayor densidad de fiames y una coloración más oscura, por lo tanto un mayor grado de 
soldamiento. Los fiames de vidrio volcánico pueden alcanzar hasta longitudes máximas de 20 cm. 
En los sectores más soldados las ignimbritas se muestra masiva y densa, con escaso desarrollo de 
textura columnar. Dichas columnas presentan dimensiones que pueden alcanzan los 40 a 70 cm 
de alto y diámetros de 15 a 30 cm (Figura 28). Dentro del depósito ignimbrítico se localizan 
fragmentos líticos de color gris claro y carácter andesítico con tamaños promedios de 0,5 cm. 
 
 
a) 
Fm. Colima Sup. 
(Lavas andesíticas) 
Fm. Colima Sup.           
(Brechas volcanoclásticas) 
Paleosuelo  
Miembro Puente de Mulas 
(Ignimbritas) 
Fm. Tiribí (Ignimbritas) 
  
 54 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 28. a) Columna de ignimbrita escasamente desarrollada, b) Depósito de ignimbrítico. 
 
El paleosuelo rojizo que sobreyace este Miembro, presenta una aparente textura brechosa, y un 
espesor máximo observable de 12 m. Dicho paleosuelo muestra granulometrías promedio de 5 a 
10 cm, con bloques subangulares a subredondeados, envueltos en una matriz arcillosa rojiza. El 
contacto entre los mismo es predominantemente por matriz y de forma esporádica por contacto 
puntual. El paleosuelo inferior que subyace al depósito ignimbritico presenta granulometrías 
predominantemente arcillosas, con menor cantidad de materiales blocosos y una coloración rojo 
ocre más intensa. 
 
3.2.3.3 Miembro Colima Superior (Miembro Linda Vista) 
3.2.3.3.1 Lavas andesíticas 
Este Miembro aflora en la base del sitio de presa Electriona, a lo largo del Tajo Pedregal, en la 
base del Tajo Monte Roca y en la base de las paredes de los cañones del Río Virilla. Corresponde 
a lavas andesíticas y andesíticas basálticas muy fracturadas con coloraciones gris oscuro. Se 
encuentra limitada de forma superior e inferior por una brecha volcanoclástica o autobrecha. En 
algunos sectores el contacto inferior de la misma se encuentra limitada por un paleosuelo rojizo, 
que la separa de la ignimbrita inferior del Miembro Puente de Mulas. Dicho contacto inferior es 
irregular y ondulante, a lo largo del mismo se muestra en algunos sectores un desarrollo de 
estructuras columnares por enfriamiento de las lavas superiores. Hacia los sectores centrales de la 
colada se observa un denso lajamiento con tendencia semi-circular y estructura de flujo (Figura 
b) 
a) 
  
 55 
29).  El espesor de estas lavas varía a lo largo de los cortes, sin embargo, ronda en promedio entre 
10 y 15 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 29. a-b) Estructuras de flujo y lentes, c) Lavas lajeadas y c) Contacto inferior de las lavas 
con el paleosuelo rojizo 
Microscópicamente en las secciones E-01, E-02, TM-01 y TM-02 (Anexo 1), estas lavas se 
denominan como andesitas con dos piroxenos, al igual que las lavas asociadas a el Miembro 
Colima Inferior, sin embargo a diferencia de las lavas aflorantes en el sitio de Presa Belén, estas 
lavas presentan una mayor densidad de augitas (2-3%) y un mayor grado de alteración en los 
hiperstenos (fantasmas de hipersteno). En el caso de la sección TM-03 (Anexo 1), estas lavas 
pueden también presentar tendencias a ser andesitas basálticas, debido a la presencia de 
fantasma de olivino. 
 
c) d) 
  
 56 
3.2.3.3.2 Depósitos lacustres 
Estos depósitos fueron observados en el talud norte del Tajo Pedregal. Corresponden a depósitos 
lenticulares (Figura 30a), muy limitados a unos pocos metros y predominantemente arcillosos. 
Poseen una extensión de 5 m de largo por 1,5 m de espesor. Presentan una coloración blanca a 
café claro, con laminación e intercalación de paquetes con diferentes granulometrías (finas-
medias) y gradación normal. 
El contacto entre las capas de granulometrías finas es generalmente plano paralelo, en algunos 
sectores se muestra irregular y ondulado en contactos con los paquetes de mayor granulometría. 
En la parte intermedia de este depósito se localiza una capa de color café de aproximadamente 30 
cm de espesor, la cual contiene fragmentos esporádicos de lavas andesíticas sub-angulares (2 a 5 
cm de diámetro) distribuidos de forma caótica y envueltos en una matriz arcillosa café (Figura 
30bc). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      
 
   
Figura 30. a) Geometría lenticular de los depósitos lacustres con la lavas lajeadas del Miembro 
Linda Vista b) Contacto inferior de la capa café, c) Bloque sub-angular de lava andesítica. 
Estos depósitos se encuentran subyaciendo las lavas andesíticas lajeadas del Miembro Colima 
Superior (Figura 30a).  
Fm. Colima Superior. 
acuñamiento 
a) 
b) 
c) 
  
 57 
3.2.3.3.3 Brechas volcanoclásticas 
Sobreyaciendo las coladas andesíticas, se localiza un capa de brechas volcanoclásticas rojiza, 
pobremente soldada. Los bloques andesíticos y vesiculares de la brecha, se muestran 
relativamente sanos y presentan tamaños predominantes de entre los 7 y 10 cm, con contacto 
puntual (Figura 31). 
La matriz tobácea que envuelve a los bloques, en algunos sectores presenta una mayor alteración 
a arcillas café-rojizas. En condiciones sanas la matriz presenta una alta disgregación, lo que 
permite separar fácilmente los bloques andesíticos. 
El contacto entre estas brechas y las lavas andesíticas inferiores es irregular. Las brechas 
presentan espesores máximos de 30 m. No obstante, a lo largo de la margen del río, muestra una 
tendencia lenticular con espesores variables. No existe un patrón de diaclasamiento en estas 
brechas. 
 
Figura 31. Brecha volcanoclástica rojiza, bloques con tamaños promedios de 7 a 10 cm. 
Estas brechas pueden alcanzar sectores muy bajos dentro del cañón del río, donde se encuentra 
rellenando los canales y las irregularidades topográficas preexistentes al depósito de lavas 
andesíticas inferiores. 
 
 
 
 
 
  
 58 
3.2.4 FORMACIÓN TIRIBÍ 
A continuación se describen las litologías asociadas a esta Formación: 
3.2.4.1 Brecha de pómez 
Este depósito se localiza en la base de la ignimbritas de la Fm. Tiribí, en el camino hacia el sitio de 
presa Belén sobre la margen derecha del Río Virilla. 
Corresponden a bloques escoreáceos andesíticos y de pómez, envueltos en una matriz de pómez 
de color blanco amarillento. Los bloques son angulares y el contacto entre los mismos son por 
matriz y puntual (Figura 32). Los tamaños promedios rondan los 30 cm. El contacto entre la 
ignimbrita y la brecha es difuso. El espesor visible de esta brecha no sobrepasa los 2 a 3 m, y 
pierde continuidad a lo largo del contacto inferior de las ignimbritas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 32. Brecha de pómez localizada en la base de las ignimbritas. 
3.2.4.2 Tobas de ceniza 
Estos depósitos se localizan en las paredes del túnel de acceso al área del Tajo Pedregal y el 
camino de acceso al sitio de presa Belén.  
Corresponden con depósitos de tobas de cenizas, que se localizan por debajo de las ignimbritas, 
en algunos sectores separando las brechas de pómez con la brecha andesítica de Colima 
Superior. 
El espesor de estos depósitos es variable, desde los 40 cm hasta los 2 m, y presentan 
coloraciones grisáceas a café amarillento, con una geometría lenticular a lo largo del contacto 
inferior de la ignimbrita. El contacto con las brechas inferiores es irregular, rellenando los espacios 
entre los bloques (Figura 33).  
  
 59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 33. Cenizas localizadas en la base de las ignimbritas. a) Techo del túnel en el Tajo 
Pedregal, b) Sitio de presa P.H. Belén 
 
3.2.4.3 Depósitos Ignimbríticos 
Estos depósitos se localizan sobre toda la secuencia anterior, se encuentran presentes a lo largo 
de toda el área de estudio, en las partes altas de los tajos, así como a lo largo de las paredes que 
conforman los cañones del Río Tiribí y del Río Virilla. 
Estos depósitos se caracterizan por sus diferentes grados de soldamiento, y estructuras de 
enfriamiento que pueden o no formarse según el tipo y espesor del depósito. 
En general este depósito presenta una geometría lenticular a tabular con espesores variables y 
contactos ondulantes e irregulares, que rellenan la paleotopografía preexistente. Hacia los 
contactos superior e inferior, al igual que en aquellos sectores en los que se acuña el depósito y 
por lo tanto se reduce significativamente su espesor, presenta un marcado desarrollo de 
estructuras columnares. En los sectores intermedios y más espesos del mismo. Presenta un 
textura masiva con características tobáceas, disgregables y con diferentes grados de soldamiento.   
Las ignimbritas soldadas, con estructuras columnares, pueden alcanzar fácilmente los 10 m de 
altura y 1 m de diámetro (Figura 34a). Estas ignimbritas presentan fiames de obsidiana (Figura 
34b), con longitudes máximas 15 cm y distintos grados de compactación en un mismo nivel. En el 
sector de Belén a lo largo de los afloramientos, se observa una mayor densidad de fiames hacia la 
a) 
b) 
  
 60 
parte intermedia y superior del depósito, así como la presencia de vesículas alargadas y bloques 
brechosos de obsidiana. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 34. a) Columna de Ignimbrita volcada, b) Detalle de columna con fiames de obsidiana. 
En la base de casa de máquinas del Proyecto Hidroeléctrico Electriona, se observa el contacto 
inferior de las ignimbritas columnares con un paleosuelo rojizo (Figura 35). Las ignimbritas en este 
sector presentan una coloración gris oscura evidenciado un aporte de vidrio volcánico, tanto en la 
densidad como en el tamaños de los fiames, los cuales pueden alcanzar fácilmente los 20 cm de 
longitud.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 61 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 35. Contacto entre paleosuelo rojizo y las ignimbritas de la Fm. Tiribí 
 
El paleosuelo rojizo inferior, presenta un evidente contacto quemado con la ignimbrita 
sobreyaciente, generando pequeñas pseudocolumnas de enfriamiento y un color rojo ocre intenso. 
El espesor visible máximo observado para este paleosuelo ronda los 3 m. 
Los depósitos poco soldados y con características tobáceas (Figura 36), agrupados dentro de lo 
depósitos ignimbríticos, corresponden a materiales fácilmente disgregables constituidos por una 
matriz de ceniza fina a media la cual envuelve bloques escoráceos subangulares a angulares 
cuyos tamaños rondan desde los 2 cm a los 80 cm, así como materiales líticos asociados a 
bloques andesíticos y fragmentos de pómez con tamaños promedios de 3 cm. 
Estos depósitos son observados en el tajo El Encierro y presentan evidentes estados de 
soldamiento y alteración de la matriz, la cual tiende a colores café claro. 
 
  
 62 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 36. Depósitos tobáceos asociados a la Fm. Tiribí, localizados en el Tajo El Encierro 
 
 
3.2.5 DEPÓSITOS RECIENTES 
3.2.5.1 Suelos  
Sobreyaciendo la secuencia anterior, se localizan los suelos del Valle Central, caracterizándose 
por ser suelos generados a partir de la alteración de materiales volcánicos, se presentan como 
suelos arcillosos con coloraciones anaranjadas y un desarrollo importante de suelo orgánico 
superficial. La capa superficial de estos suelos presenta espesores promedios de 2 a 4 m. 
 
Nivel más soldado 
  
 63 
3.2.5.2 Depósitos coluvio-aluviales 
Estos materiales se encuentran depositados de manera aleatoria. En el caso del material aluvial se 
asocia a clastos redondeados o sub-redondeados arrastrados por el río durante las épocas de 
avenidas máximas (Figura 37). Los depósitos coluviales corresponden con materiales angulares a 
sub-angulares acumulados por el desprendimiento de las paredes del cañón del río. La litología de 
estos depósitos corresponde al retrabajo de las rocas aflorantes en la zona. 
 
Figura 37. Depósitos coluvio-aluviales, localizados en el sector del sitio de presa Belén. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 64 
3.2.6 TECTÓNICA ASOCIADA 
En el área de estudio se presentan las siguientes fallas asociadas: 
3.2.6.1 Fallas observadas 
F1: Este plano de falla se localiza en la coordenada 217,220N-517,250E. Sobre la margen 
izquierda del Río Virilla, cortando el paleosuelo que aflora a lo largo de esta margen. Presenta una 
orientación E-W y un movimiento aparentemente inverso con una posible componente de rumbo. 
El plano de falla no pudo ser medido directamente en el sitio, debido a que el sitio en el que se 
localiza no es fácilmente accesible (Figura 38). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 38. Plano de falla observado en la base del cañón del río Virilla, en el que se muestra el 
movimiento relativo sobre el plano. 
 
3.2.6.2 Fallas Inferidas 
F2: Esta posible falla se localiza en la coordenada 217,161N-517,000E, sobre la margen izquierda 
del Río Virilla. Este plano de falla se infiere a partir de un cambio brusco lateral en la secuencia 
estratigráfica entre el paleosuelo y los depósitos aluviales antiguos. Presenta una posible 
orientación N-S y al menos un movimiento aparentemente inverso, el plano se encuentra cubierto 
por depósitos coluviales de bloques lávicos provenientes de la Formación Colima Superior (Figura 
39) 
 
Plano de falla 
  
 65 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 39. Posible plano de falla, cambiando lateralmente la secuencia. 
 
F3: este posible plano de falla se localiza en la coordenada 217,052N-516,180E, sobre la margen 
izquierda del Río Virilla. Dicho plano de falla se infiere debido a la presencia de bloques rodados 
con planos de falla expuestos, sin poderse observar directamente el plano falla principal, el cual se 
encuentra cubierto por coluvio (Figura 40). Este plano presenta una posible orientación NE-SW, y 
al menos un posible movimiento inverso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 40. a) Bloques con planos de falla b) Posible zona de falla cubierta por coluvio. 
 
 
Aluvión 
Paleosuelo 
Aluvión 
Paleosuelo 
a) b) 
  
 66 
F4: este posible plano de falla se localiza sobre la margen derecha del Río Virilla, en las 
coordenadas 217,230N-516,248E y presenta una posible orientación NW-SE. Dicho plano de falla 
se infirió a partir de la correlación estratigráfica de pozos (AB-1198, PED-1) presentes en ambas 
márgenes del Río Virilla y distanciados a menos de 700 m. A partir de los registros de estos pozos 
se determinó una interrupción y levantamiento de la secuencia hacia la margen izquierda, por lo 
que se infiere que esta posible falla puede presentar al menos un movimiento inverso asociado. 
 
3.2.6.3 Fallas propuestas en estudios previos 
 
Falla Higuito: Esta falla es propuesta en el mapa de Denyer & Arias (1990), como una traza de 
falla cubierta y proyectada hasta el área de estudio. Presenta una orientación NW-SE, y un 
movimiento dextral, cuyo bloque derecho baja en relación al izquierdo. 
 
3.3 MODELO GEOLOGICO 
Los primeros mapas propuestos de la geología del área fueron realizados por Dondoli & Chaves 
(1968). Posteriormente en la década de los 80’ varios autores realizaron cartografiados geológicos 
dentro del área de interés a diferentes escalas de mapeo, entre los que se encuentran Bergoing & 
Malavassi (1980), Echandi (1981), Denyer & Montero (1988), y Denyer & Arias (1990). 
Los mapas geológicos más detallados realizados a escala 1:50000 sobre la Hoja cartográfica Abra, 
fueron efectuados por Echandi (1981), y Denyer & Arias (1990). A partir de estos mapas y con 
base en los registros litológicos de 108 pozos suministrados por SENARA e ICE, sumado a los 
levantamientos geológicos realizados en los tajos cercanos (Tajo PEDREGA S.A, Tajo Monte 
Roca, Tajo El Encierro y Tajo Común) y el acceso algunos sectores del cauce del Río Virilla, se 
generó un mapa de afloramientos y el mapa geológico del área de estudio (Figura 41, 42 y 43).  
Para los sitios de Presa Electriona y Belén, se presenta un detalle de la geología correlacionada a 
partir de perfiles geológicos transversales sobre perforaciones cercanas  y levantamientos 
geológicos, como se muestra en las Figuras 44 y 45 respectivamente.  
 
 
 
 
  
 67 
Figura 41. Mapa de ubicación de los sitios y tajos visitados, en conjunto con las muestras de mano y sección petrográficas.  
 
 
 
  
 68 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 42. Mapa de afloramientos obtenidos a partir de los datos de levantamientos geológicos en los diferentes sitios visitados. 
 
 
  
 
  
 69 
Figura 43. Mapa geológico obtenido a partir de los datos de pozos SENARA 2011, levantamientos de campo 2010-2012, y mapas geológicos de Echandi (1981) Denyer & Arias (1990) 
 
  
 70 
Figura 44. Perfil geológico detallado transversal al Sitio de Presa Electriona E-E’ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 45. Perfil geológico detallado transversal al Sitio de Presa Belén C-C’ 
 
 
  
 
  
 72 
CAPÍTULO 4. MARCO GEOFÍSICO 
4.1 RECOPILACIÓN BIBLIOGRÁFICA DE LA GEOFÍSICA REALIZADA 
La mayoría de trabajos geofísicos realizados previamente dentro o cerca del área de estudio han 
estado a cargo del entonces Departamento de Geología, oficina de Geofísica del Instituto 
Costarricense de Electricidad (ICE). Trabajos adicionales más recientes han sido realizados por la 
empresa privada, e igualmente incorporados a la recopilación geofísica.  
Los métodos aplicados en estos estudios geofísicos corresponden principalmente a refracción 
sísmica y microsísmica. Los trabajos realizados en estas zonas se aplicaron en áreas especificas 
de proyectos ya construidos o en etapas de Prefactibilidad, para el ICE y la Compañía Nacional de 
Fuerza y Luz (CNFL).   
La utilidad de obtener los valores geofísicos en zonas consideradas remotas con respecto al área 
de estudio, radica en que los datos obtenidos para litologías con características mecánicas 
similares o diferentes pueden considerarse como parámetros de comparación con los valores 
obtenidos mediante el presente estudio. A su vez permite asociar las velocidades de la onda 
longitudinal (Vp) a litologías presentes en el área de estudio, y sobre las cuales no fue posible 
obtener el valor de la velocidad (Vp) de forma directa, puesto que no se encontraban aflorando 
sobre los sitios en los que se realizaron los perfiles de refracción sísmica.  
A partir de la recopilación bibliográfica realizada, se determinó agrupar los estudios geofísicos 
realizados definieron cinco principales proyectos de interés: (Figura 46)  
1) Proyecto Hidroeléctrico Ventanas-Garita 
2) Proyecto Hidroeléctrico Virilla  
3) Proyecto Hidroeléctrico Brasil 
4) Proyecto Hidroeléctrico Belén  
5) Proyecto Hidroeléctrico Electriona 
  
 73 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 46. Ubicación de los trabajos geofísicos realizados en proyectos cercanos al área de estudio.
  
 74 
4.1.1 P.H. VENTANAS-GARITA 
A partir de la década de los 80’ el ICE inician una serie de estudios geofísicos asociados a 
diferentes sectores del P.H. Ventanas Garita. Dichos estudios se distribuyen en diferentes zonas 
de interés dentro del proyecto como lo son: Tubería Forzada, Tanque de Oscilación, Desarenador, 
zonas de Trincheras, la Línea de Túnel, Zona de intersección de Túneles, Sitio de Toma, Sitio de 
Presa; algunos de los cuales presentan un mayor detalle del trabajo geofísico, según hayan sido 
los objetivos planteados en cada sitio de estudio. 
4.1.1.1 Estudios de Refracción Sísmica 
El ICE realizó varios perfiles de refracción sísmica en diferentes sitios que comprenden el área del 
proyecto de P.H. Ventanas-Garita. 
Inicialmente sobre la zona de la Tubería Forzada y el Tanque de Oscilación (T.O.), Ávila (1981), 
realiza cinco perfiles sísmicos, para determinar la calidad geomecánicas de los materiales en este 
sector del proyecto. Seguidamente Ávila (1983a), realiza investigaciones geofísicas en los sitios del 
Desarenador, y Línea de Túnel, en donde se efectuaron perfiles sísmicos, con el fin de determinar 
la calidad geomecánica de la roca de fundación, el espesor de la cobertura y la presencia de zonas 
de anomalías. Ávila (1983b) continúa los estudios geofísicos en el Sitio de Toma cerca del Río 
Ciruelas sobre la margen izquierda (M.I.), y detecta la presencia de tres capas sísmicas, el objetivo 
de dicho estudio es determinar la profundidad del basamento y las condiciones mecánicas de los 
materiales, los detalles de las capas y velocidades asociadas se muestran en el Cuadro 1. 
Ávila (1984a, 1984b), efectúa una serie de estudios de refracción sísmica en la zona de 
intersección de túneles (PID) a lo largo del la Línea de Túnel, con el propósito de determinar las 
condiciones físicas de la roca en este tramo del túnel y evaluar el tipo de blindaje adecuado para 
este sector. A partir de dicho estudio se determina la presencia de tres capas sísmicas detalladas 
en el Cuadro 1. 
Ávila (1985a), realiza estudios de refracción sísmica ubicada en la margen izquierda del Sitio de 
Presa, con el fin de determinar la profundidad a la que se localizaba la roca sana, y definir la 
longitud de los pernos para el anclaje de la cimentación de la presa. A partir de dicho estudio se 
determinó la existencia de tres capas sísmicas, descritas en la Cuadro 1.  
Finalmente Leandro et al. (1986), realiza un estudio geofísico complementario en el Sitio de Presa 
sobre la margen derecha (M.D.) (Cuadro 1), integrando la refracción sísmica con la resistividad 
eléctrica, a fin de determinar la profundidad del basamento, el rumbo y la geometría de un 
paleocanal, así como la ubicación de estructuras geológicas importantes. 
En el Cuadro 1, se resumen los trabajos geofísicos de refracción sísmica realizados en los 
diferentes sectores dentro del área del proyecto. 
  
 75 
Cuadro 1. Resumen de los estudios geofísico realizados para el P.H. Ventanas-Garita (ICE). 
P.H. Ventanas-Garita 
Velocidades 
asociadas (km/s) 
Litología asociada 
Tubería Forzada y T.O.  
(Ávila, 1981) 
0,3-0,5 Suelo poco compacto y drenado 
1,5-2,0 Suelo saturado y compactado 
0,7-1,3 Toba alterada 
1,8-2,0 Ignimbritas grises masivas 
2,8-4,3 Lavas sanas 
Desarenador 
(Ávila, 1983a) 
0,8-1,8 Material coluvial y suelos 
2,1-3,5 Basamento 
Trinchera 
(Ávila, 1983a) 
0,6-2,1 Toba lacustre 
2,0-2,8 Tobas y lavas 
0,9-1,15 Aglomerado volcánico 
Zona de intersección de 
túneles  
(Ávila, 1984a,1984b) 
0,3-0,4 Suelos 
0,6-1,4 Lava meteorizada 
1,5-3,1 Lavas sanas 
Sitio de Toma  
Río Ciruela M.I. 
(Ávila, 1983b) 
0,3-0,4 Suelos 
1,6-2,0 Lavas meteorizadas 
≈4,0 Lavas sanas  
 Tobas arcillosas 
Sitio de Presa M.I. 
(Ávila, 1985a) 
0,5-0,9 Suelos y roca alterada 
1,0-1,3 Roca fracturada 
2,0-3,0 Lavas 
Sitio de Presa M.D. 
(Leandro et al, 1986) 
1,2-1,6 
Grava sucia y limpia saturada 
Depósitos aluviales de grava limpia 
3,5-4,0 
Basamento roca sedimentaria arenisca y 
conglomerados 
 
 
4.1.1.2 Estudios de Microsísmica  
Los perfiles de microsísmica son igualmente estudios de refracción sísmica, con la diferencia de 
que los espaciamientos entre los geófonos son menores o iguales a los 5 m, logrando así que el 
detalle del contacto de capas refractoras superficiales sea más preciso. 
Dentro de los estudios de microsísmica realizados para el P.H. Ventanas-Garita se encuentran el 
túnel de San Miguel (Avila, 1984c, 1985c), y varias Galerías del Sitio de Presa (Ávila, 1986a, 
1986b), los cuales se realizan en la parte interna de los túneles y permiten caracterizar la calidad 
geomecánica de los materiales. En el Cuadro 2, se describen las velocidades así como la litología 
asociada a lo largo del túnel San Miguel. 
  
 76 
Cuadro 2. Resumen de la microsísmica realizadas en el túnel San Miguel para el P.H. Ventanas-
Garita (ICE). 
P.H. Ventanas-Garita 
Velocidades 
asociadas 
(km/s) 
Litología asociada 
Túnel San Miguel  
 (Ávila, 1984c) 
0,9-2,3 Areniscas trituradas y arcillas 
1,9-3,5 Areniscas de grano fino 
1,0-2,3 
Lavas vesiculares en bloques y matriz 
arcillosa 
2,2-4,0 Lavas lajeadas sanas  
1,1-2,0 Lavas en bloque con matriz arcillosa 
2,4-3,6 Arenisca de grano fino y grueso 
1,1-2,1 
Lavas vesiculares blocosas con matriz 
arcillosa 
1,4-1,6 Ignimbritas alteradas 
2,3-3,0 Arenisca de grano medio y grueso, lutitas. 
1,2-2,1 Conglomerados 
2,2-2,8 Arenisca de grano medio 
 Túnel San Miguel  
(Ávila, 1985c) 
1,4-2,1 Areniscas y lutitas 
1,5-2,3 Zona contacto sedimentario intrusivo 
2,3--4,4 Intrusivo, lavas andesíticas 
2,5-3,5 Lavas andesíticas sanas 
1,2-2,1 Lavas andesíticas fracturadas y alteradas 
2,2-3,2 Zona de fallas y lavas andesíticas sanas 
 
 
Los trabajo realizados en las galerías de exploración (Ávila, 1986a, 1986b), en la margen izquierda 
del sitio de presa P.H. Ventanas-Garita, se realizaron con el fin de determinar la zona 
descomprimida, así como la calidad geomecánica de la roca y homogeneidad del material. Las 
velocidades así como la litología asociada se describen en el Cuadro 3. 
 
 
 
 
 
 
  
 77 
Cuadro 3. Resumen de la microsísmica realizada en las Galerías sobre la margen izquierda en el 
Sitio de Presa de P.H. Ventanas-Garita (ICE).  
P.H. Virilla 
Velocidades 
asociadas (km/s) 
Litología asociada 
Sitio de presa  
Galería M.I  
(Ávila, 1986a) 
1,0-1,4 
1,5-1,8 
Lutitas y areniscas meteorizadas 
1,5-2,0 
Areniscas y conglomerados 
semialterados 
2,4-3,2 
Alternancia de conglomerados y 
areniscas  de color gris  
1,4-1,6 Areniscas finas semi-alteradas 
2,6-3,0 
Conglomerados sanos, con pátinas y 
vetillas de calcita 
2,0 Conglomerados sanos 
Sitio de presa 
Galería M.D 
(Ávila, 1986b) 
2,6-3,5 Areniscas finas a gruesas 
2,0-2,2 Areniscas finas 
1,8-2,4 
Lavas grises meteorizadas, lajeadas y 
fracturadas 
2,3-2,5 areniscas medias a gruesas 
1,6-2,6 Conglomerados calcáreos 
 
4.1.2 P.H. VIRILLA 
El P. H. Virilla fue un proyecto propuesto por el ICE en la década de los 80’. A pesar de que el 
proyecto no avanzó más allá de su etapa de Factilidad, los estudios geofísicos realizados, 
generaron una importante obtención de datos, que permitieron caracterizar las diferentes capas 
sísmicas asociadas a estas zonas. 
4.1.2.1 Estudios de Refracción Sísmica 
Inicialmente Ávila (1985b, 1986c) realiza una vasta campaña geofísica para los diferentes sitios de 
obras que comprende el área del proyecto, integrando los estudios de refracción sísmica en las 
zonas alternativas para la localización de las diferentes obras. 
En el Cuadro 4, se detallan los sitios de obras del proyecto P.H. Virilla, las diferentes capas 
geosísmicas obtenidas, así como la posible litología asociada. 
 
 
  
 78 
Cuadro 4. Características geofísicas de los diferentes sitios que contempla el P. H. Virilla 
realizados por Ávila, 1986c (ICE). 
P.H. Virilla Nº capas 
Velocidades 
asociadas 
(km/s) 
Litología asociada 
Sitio de Presa Río Virilla 
Capa 1 0,5-1,0 Roca alterada o coluvio 
Capa 2 1,8-2,3 
Roca sana, aglomerado 
volcánico 
Embalse de Río Segundo 
Capa 1 0,3-1,5 
Suelo y rocas 
meteorizada 
Capa 2 1,7-2,3 
Ignimbritas, tobas y lavas 
fracturadas 
Capa 3 2,5-2,7 Basamento local 
Tubería de baja presión 
Capa 1 0,3-0,5 Suelo residual 
Capa 2 0,6-1,2 Roca meteorizada 
Capa 3 2,0-2,9 Basamento local 
Tubería de 
Presión 
Alternativa nº 1. 
Nuestro Amo 
Capa 1 0,4-1,3 
Suelos compactos, 
coluvios y rocas 
meteorizadas 
Capa 2 1,8-2,2 Rocas sedimentarias 
Alternativa nº 2. 
Capa 1 0,4-1,3 
Suelos compactos, 
coluvios y rocas 
meteorizadas 
Capa 2 1,9-2,2 Rocas sedimentarias 
Casa de Máquinas 
Alternativa nº 1. 
Nuestro Amo 
Capa 1 
0,6-1,0 
Material coluvial 
Capa 2 
Rocas sedimentaria 
fracturada 
Capa 3 2,4-2,6 
Rocas sedimentaria 
saturada 
Alternativa nº 2. 
Ventanas 
Garita 
Capa 1 
0,8-1,2 
Material coluvial de 
bloques lávicos 
Capa 2 
Rocas sedimentarias 
fracturadas o 
meteorizadas 
Capa 3 2,2-2,9 Rocas sedimentaria 
 
 
  
 79 
4.1.3 P.H. BRASIL 
Los estudios geofísicos realizados en este proyecto se limitan a una sección final del túnel de 
conducción, con el fin de caracterizar este tramo del túnel para la colocación del revestimiento final 
del mismo. Estos trabajos se asocian a las obras de ampliación y mejoras que se le realizaron a la 
planta de Brasil en la década de los 90`.  
4.1.3.1 Estudios de refracción sísmica 
Inicialmente Ávila & Leandro (1997a), realizan un perfil de refracción sísmica superficial y 
transversal a la línea de túnel, el mismo presenta una longitud de 120 m. Mediante este estudio se 
determinó la existencia de tres capas geosísmicas detalladas a continuación: 
Cuadro 5. Resultados obtenidos del perfil de refracción sísmica trasversal al túnel de conducción 
(ICE). 
Capas Velocidad Vp (km/s) Litología 
Capa 1 0,2-0,3 Suelo poco compacto 
Capa 2 
0,4-0,7 
0,7-1,0 
Coluvios / Suelos compactos  
Roca meteoriza 
Capa 3 2,3-3,5 Areniscas, lutitas y brechas verdes 
 
4.1.3.2 Estudios de microsísmica 
Comprendido dentro del trabajo anteriormente mencionado, Ávila & Leandro (1997a), realizaron 
dos perfiles de microsísmica paralelos sobre las paredes laterales del túnel y a lo largo de un tramo 
de 120 m. Posteriormente en el mismo año Ávila (1997b) realiza la continuación de la 
miscrosísmica cubriendo una longitud de 615 m para completar el tramo final del túnel. Finalmente, 
Leandro (1998) realiza una microsísmica sobre parte de un tramo del túnel de conducción, el cual 
se traslapa sobre los perfiles anteriormente realizados, a fin de generar información para el diseño 
final del revestimiento del túnel. El Cuadro 6, resumen los resultados obtenidos en la microsísmica 
realizada dentro del túnel de conducción de P.H. Brasil. 
 
 
 
 
  
 80 
Cuadro 6. Resumen de la microsísmica realizada en una sección final del túnel de conducción para 
el P.H. Brasil (ICE).  
Túnel de 
Conducción 
Secciones Velocidad Vp (km/s) Litología 
Ávila & Leandro 
(1997a) 
Sección 1 1,3-1,5 Roca meteorizada 
Sección 2 1,8-2,4 Roca fracturada 
Sección 3 2,8-3,4 Areniscas, lutitas y Brechas 
Ávila (1997b) 
Sección 1 1,8-2,3 Roca fracturada 
Sección 2 2,5-3.4 Areniscas, lutitas y brechas 
Leandro (1998) 
Sección 1 1,0-1,7 Roca fracturada 
Sección 2 2,8-4,0 Areniscas, lutitas y brechas 
 
4.1.4 P.H. BELÉN Y P.H. ELECTRIONA 
Los estudios geofisicos relacionados a estos proyecto se asocian a sectores en los cuales se han 
generado problemas de estabilidad de laderas o bien a estudios relacionados directamente con la 
calidad estructural de los cuerpos de presa, a continuación se mencionan los trabajo de refracción 
sísmica realizados en varios sectores de dichos proyectos. 
4.1.4.1 Estudios de Refracción Sísmicas 
Leandro (1999) realiza estudios geofísicos cerca del Sitio de Presa Electriona, con el objetivo de 
valorar un deslizamiento importante que se generó en la margen derecha del Río Virilla. Determinó 
la presencia de cuatro capas geosísmicas, resumidas en el Cuadro 7 (Leandro, 1999). 
Cuadro 7. Resumen de las capas geofísicas determinadas por Leandro (1999), sobre el 
deslizamiento ocurrido en la margen derecha del Río Virilla. 
Nº capas 
Velocidades 
asociadas 
(km/s) 
Litología asociada 
Capa 1 0,3-0,4 Suelo 
Capa 2 0,6-0,7 Coluvio 
Capa 3 1,1 Roca alterada 
Capa 4 3,0 Roca 
 
  
 81 
Finalmente, Leandro (2007) realiza un estudio de tomografía sísmica sobre los cuerpos de presa 
en P.H. Electriona y P.H. Belén, con el fin de determinar las condiciones físico-mecánicas de 
ambas estructuras.  No obstante el estudio no trasciende a la geología del sitio, sino a la calidad 
estructural de las presas. 
 
4.2 GEOFÍSICA REALIZADA EN AMBOS SITIOS DE PRESA 
Para el presente estudio se realizó un estudio geofísico de refracción sísmica en los sitios de presa 
P.H. Electriona y P.H. Belén, localizados sobre el Río Virilla. El sitio de Presa Belén se encuentra 
separado 2,5 km aguas abajo del sitio de Presa Electriona. (Figura 47). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 47. Ubicación de los sitios de Presa Electriona y Belén.
Área de estudio 
Sitio de Presa Electriona 
Sitio de Presa Belén 
  
82 
 
4.2.1 LOGÍSTICA DE CAMPO 
4.2.1.1 Arreglo de campo 
4.2.1.1.1 P.H. Electriona 
Se realizaron tres perfiles geofísicos en el sitio de Presa Electriona (Figura 48), dos de los cuales  
se distribuyen en forma lateral a la presa (Perfil 1 y 2) y uno transversal sobre la base de la presa 
(perfil 3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 48. Ubicación de los perfiles sísmicos realizados en el sitio de presa P.H. Electriona. 
 
Cada perfil sísmico está constituido de tres dispositivos sísmicos que corresponden a dos orillas y 
un centro, las orillas se ubican a 5 m del primer y último geófono del tendido, con geófonos 
distribuidos geométricamente entre sí a una distancia de 10m. 
 
 
 
  
83 
 
Perfil 1: Se localiza en la margen derecha del sitio de presa (Figura 49) y presenta una longitud 
total de 190 m. Está constituido por 20 geófonos ubicados desde los estacionamientos 0+000 a 
0+190. Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 
(estacionamiento 0+000) a -5, 95 y 195 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 49. Perfil 1, margen derecha en sitio de Presa Electriona. 
Perfil 2: Se localiza en margen izquierda del sitio de presa (Figura 50), y presenta una longitud 
total de 70 m. Está constituido por 8 geófonos ubicados desde los estacionamientos 0+000 a 
0+070. Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 
(estacionamiento 0+000) a -5, 30 y 75 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 50. Perfil 2, margen izquierda del sitio de presa Electriona. 
 
Perfil 1 
Perfil 2 
  
84 
 
Perfil 3: Se localiza de manera transversal al sitio de presa (Figura 51) y presenta una longitud 
total de 140 m. Está constituido por 15 geófonos ubicados desde los estacionamientos 0+000 a 
0+140. Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 
(estacionamiento 0+000) a -5, 60 y 145m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 51. Perfil 3, transversal al sitio de Presa Electriona. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Perfil 3 
Perfil 3 
  
85 
 
4.2.1.1.2 P.H. Belén 
Se realizaron cuatro perfiles de refracción sísmica en el Sitio de Presa Belén, tres de los cuales se 
localizan de forma lateral a la presa y uno transversal sobre la base de la presa (Figura 52).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 52. Ubicación de los perfiles sísmicos realizados en el sitio de presa del P.H. Belén. 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
86 
 
Perfil 1: Se localiza en margen derecha del sitio de presa (Figura 53), y presenta una longitud total 
de 140 m. Está constituido por 15 geófonos ubicados desde los estacionamientos 0+000 a 0+140. 
Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 (estacionamiento 
0+000) a -5, 65 y 145 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 53. Perfil 1, margen derecha del sitio de Presa Belén. 
 
Perfil 2: se localiza en la margen izquierda del sitio de presa Belén (Figura 54), y presenta una 
longitud total de 120 m, está constituido por 13 geófonos ubicados desde los estacionamientos 
0+000 a 0+120. Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 
(estacionamiento 0+000) a -5 m, 55 y 125 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 54. Perfil 2, margen izquierda sitio de Presa Belén. 
Perfil 1 
Perfil 2 
  
87 
 
Perfil 3: Se localiza transversal al sitio de presa Belén (Figura 55), presenta una longitud total de 
240 m. Está constituido por 23 geófonos ubicados desde los estacionamientos 0+000 a 0+240. Las 
explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 (estacionamiento 0+000) 
a -5, 110 y 245 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 55. Perfil 3, transversal al sitio de Presa Belén. 
 
Perfil 4: Se localiza en la margen izquierda del sitio de presa Belén (Figura 56), y presenta una 
longitud total de 180 m. Está constituido por 19 geófonos ubicados desde los estacionamientos 
0+000 a 0+180. Las explosiones se localizaron con respecto al primer geófono ubicado en el 0 
(estacionamiento 0+000) a -5, 95 y 185 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 56. Perfil 4, margen izquierda sitio de Presa Belén. 
Perfil 3 
Perfil 4 
  
88 
 
4.2.1.2 Instrumentación 
El equipo utilizado propiedad del ICE, consistió en un Strata Visor NX de 24 canales de la Casa 
Geometrics. Los geófonos presentan una frecuencia de 40 Hz y una resistencia de 375 ohm. 
4.2.1.3 Detonante 
Se utilizó como fuente sísmica un explosivo amoniacal en gel de 3,5 kg por unidad, el cual fue 
detonado por fulminantes eléctricos nº 6, de baja sensibilidad y tiempo de retardo de 0 ms. 
4.2.2 PROCESAMIENTO DE DATOS 
Los datos se procesaron con el programa SeisImager/2D, el cual es un paquete de software 
integrado para la interpretación, proceso y modelado de refracción sísmica, de la casa Geometrics 
de OYO Corp. Consiste en la incorporación de dos módulos correspondientes denominados 
Pickwin y Plotrefa. 
El módulo Pickwin, se utiliza para realizar el procesamiento de las señales sísmicas o trazas. 
Permite manipular cada traza de forma independiente, “picar” el arribo de la onda P  por traza 
(Figura 57); aumentar o disminuir la ganancia de la línea sísmica (variar la amplitud de la señal); 
corregir los tiempos de disparo, polaridad y filtro de la frecuencia sísmicas; y modificar la geometría 
del perfil sísmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 57. Dispositivo sísmico “picado”, corresponde a un tiro de orilla. 
 
Picado de cada traza 
Traza sísmica 
Nº total de trazas sísmicas: 12 (= nº geófonos) 
  
89 
 
Una vez procesada la señal y determinados los tiempos de arribo de la onda P para 
cada uno de los tres dispositivos sísmicos o tiros (Figura 58) que constituye cada perfil 
sísmico, se genera la dromocrónica que posteriormente será utilizada en el siguiente 
módulo.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 58. Dromocrónica obtenida a partir del “picado” de cada uno de los tres dispositivos 
sísmicos individuales que la componen. 
 
 
ORILLA CENTRO ORILLA 
ORILLA 
ORILLA 
CENTRO 
  
90 
 
Con la dromocrónica definida se generan los perfiles de interpretación sísmica. Mediante el método 
de análisis de inversión se define el número de capas y las velocidades asociadas a las mismas, 
según sean los cambios en las pendientes asociadas a las velocidades.  
El módulo Plotrefa contiene tres métodos de análisis de inversión los cuales son: (OYO Corp., 
2004). 
 Mínimos cuadrados (Time-term): genera un modelo de espesores y velocidades asociadas, 
combinando los mínimos cuadráticos lineales y los tiempos de retardo (Delay times) para 
invertir los primeros arribos de una sección de velocidad. 
 Tiempos recíprocos (Reciprocal Time ó Delay-Time): es ideal para refractores con 
contactos subhorizontales. 
 Inversión tomográfica: permite observar variaciones laterales de las velocidades a lo largo 
de un mismo refractor. 
Según sean las condiciones geológicas del sitio de previo a la realización de los perfiles, se debe 
tomar en consideración cual de los métodos propuestos es más confiable para la  generación del 
modelo geofísico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
91 
 
A continuación se esquematiza el proceso de procesado e interpretación de los datos sísmicos 
utilizados en el presente estudio: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Descargar los datos del 
equipo, en formato .dat 
Abrir  los datos en el 
módulo Pickwin. Se 
analizan: 
Trazas sísmicas: 
1. Número de trazas 
2. Polaridad 
3. Eliminar/Borrar trazas 
4. Normalizar y sombrear 
Línea sísmica: 
5. Distancias entre tiros 
6. Tiempo de corrección de los tiros 
7. Distancia entre geófonos 
8. Número de canales, coordenada de 
cada geófono. 
 
Picar los tiempos de 
arribo/llegada de la onda P, por 
dispositivo sísmico y se 
guardan en formato .vs 
Se abren los tiros .vs de cada perfil 
y se genera la dromocrónica a la 
cual se analiza: 
 Comprobar la 
reciprocidad de tiempos 
en los tiros de las orillas. 
‚ Corregir y modificar las 
curvas de tiempo. 
ƒ Corregir y modificar los 
tiempos y ubicación de los 
tiros. 
Definir el nº de capas por 
cambios en las pendientes de las 
curvas y velocidades asociadas 
Determinar el método de inversión:  
Time Term, Reciprocal Time, Tomografía 
Se pueden 
corregir los 
tiempos ¨picados¨ 
en las trazas 
sísmicas 
Se modifican el nº 
de capas y las 
velocidades 
asociadas hasta 
generar un 
modelo confiable 
  
92 
 
4.2.3 METODOLOGÍA DE INTERPRETACIÓN 
Para cada modelo de velocidades se utilizó el método de inversión Time-term sobre el cual se 
definen el número de capas visibles en las graficas de tiempo-distancia que conforma cada 
dromocrónica (Figura 59). El programa indica en cada modelo generado, un error asociado a la 
matriz de inversión de la RMS (root mean square) como parámetro de referencia para determinar si 
un modelo es aceptable. Valores de RMS ≤1,5 se consideran aceptables según OYO Corp., 
(2004). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 59. Modelo de 2 capas propuesto con el método de inversión Time-term, determinado 
mediante cambios en la pendiente de la curva distancia-tiempo de cada dispositivo. 
Los otros dos métodos de inversión a utilizar en el programa Plotrefa (Reciprocal Time y 
Tomography) se descartan para la generación del modelado geosísmico debido a la diferencia en 
la reciprocidad de los tiempos máximos de arribo en cada orilla que conforman las dromocrónicas. 
Esta diferencia se asocia parcialmente a las irregularidades topográficas de cada perfil propuesto y 
a las posibles variaciones laterales existentes en la geología del área. Según OYO Corp (2004) las 
diferencia de reciprocidad en los tiempos máximos de arribo de la onda, no debe ser mayor al 5%. 
En el caso de que este parámetro no se cumpla no es aceptable aplicar el método Reciprocal 
Time. Por otro lado, para que el método Reciprocal Time sea efectivo se deben considerar 
dispositivos sísmicos compuestos por 24 o más geófonos en los cuales los tiros realizados se 
localicen dentro de la línea sísmica. A su vez, el  método de tomografía sísmica, según Dibiase 
(2005), requiere una densidad mayor de tiros o dispositivos realizados sobre una línea sísmica. 
Esto permite generar un modelo tomográfico confiable para delimitar las variaciones laterales en 
las velocidades de un refractor. 
Capa 1 
Capa 2 
1,06 km/s 
  
93 
 
4.3 MODELADO GEOFISICO 
4.3.1 SITIO DE PRESA ELECTRIONA 
Para el sitio de Presa Electriona, se realizó el siguiente análisis para cada uno de los tres perfiles 
realizados (Figura 60). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 60. Ubicación de los 3 perfiles con respecto al eje de la Presa Electriona 
 
A- Perfil 1, P.H. Electriona margen derecha (0+000 a 0+190) 
Modelos de 2 capas método Time-term 
RMS= 2,0 
Se determinó la presencia de dos capas sísmicas, una superficial con velocidades de 0,9 km/s, 
asociadas posiblemente con suelos poco desarrollados y brechas volcanoclásticas saturadas 
con espesores que rondan los 5 a 20 m. Una segunda capa inferior que presenta velocidades 
de 3,3 km/s, asociadas a lavas andesíticas que afloran en la base del cañón, ambas litologías 
se asocian a la Formación Colima Superior (Figura 61). 
 
  
94 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 61. Perfil 1, dromocrónica y modelo Interpretación para 2 capas. 
 
B- Perfil 2, P.H. Electriona margen izquierda (0+000 a 0+080) 
Modelos de dos capas método Time-term 
RMS= 0,16 
Presenta dos capas sísmicas, una superficial con velocidades de 0,6 km/s, asociadas a suelos 
y materiales de relleno que presentan espesores que rondan los 5 a 10 m, y una capa inferior 
P.H. Electriona, Perfil 1. 
Capa 1 
Capa 2 
Cruce de Perfil 3 
Suelos y brechas 
volcanoclásticas 
(Vp= 0,9 km/s) 
Lavas andesíticas 
(Vp= 3,3 km/s) 
  
95 
 
con velocidades de 4,3 km/s, asociada con lavas andesíticas de la Formación Colima Superior 
(Figura 62).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 62. Perfil 2, dromocrónica y modelo interpretación para 2 capas 
 
C- Perfil 3, P.H. Electriona transversal al eje de presa (0+000 a 0+0140). 
Modelos de 2 capas método Time-term 
RMS=2,5 
La capa superficial con velocidades de 0,8 km/s se asocian las ignimbritas de la Formación 
Tiribí, cuyos espesores es alrededor entre 1 a 15 m. Geométricamente se observa un 
acuñamiento hacia el cañón del río. Las velocidades 3,5 km/s de la capa inferior se asocia con 
lavas andesíticas aflorantes en la base del Río Virilla, correlacionables con a la Formación 
Colima Superior (Figura 63). 
 
 
P.H. Electriona, Perfil 2. 
Capa 1 
Capa 2 
Suelos y depósitos de 
rellenos (Vp= 0,6 km/s) 
Lavas andesíticas    
(Vp= 4,3 km/s) 
  
96 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 63. Perfil 3, dromocrónica y modelo interpretación para 2 capas 
 
 
 
 
Brechas 
volcanoclásticas e 
ignimbritas          
(Vp= 0,8 km/s) 
Lavas andesíticas 
(Vp= 3,5 km/s) 
Capa 1 
Capa 2 
P.H. Electriona, Perfil 3. 
Cruce de Perfil 1 
  
97 
 
4.3.2 COMPARACIÓN ENTRE EL MODELO GEOLÓGICO Y GEOFÍSICO DE LOS PERFILES 
TRANSVERSALES AL SITIO DE PRESA ELECTRIONA 
 
Los perfiles transversales tanto el geológico (Figura 44) como el geofísico (Figura 63), realizados 
en Electriona, muestran y corrobora, que los contactos propuestos para la capa superficial con 
velocidades de 0,8 km/s y espesores de 13 m, corresponden a ignimbritas, de la Fm Tiribí y 
parcialmente a las brechas volcanoclásticas de la Formación Colima Superior.  
Las capas geológicas intermedias de bajas velocidades como los niveles de paleosuelo y brechas, 
no pueden ser observadas en el modelo geofísico debido a la limitación del método para detectar 
refractores de baja velocidad por debajo o entre refractores con velocidades superiores. 
El contacto entre las capas geológicas y geofísicas, es muy similar en ambos perfiles, sin embargo 
el perfil geofísico abarca predominantemente las ignimbritas del perfil geológico dentro de la capa 
superior con velocidades (Vp) de 0,8 km/s. Esto debido a que las brechas localizadas por debajo 
de las ignimbritas y sobre la margen derecha del sitio de Presa, presentan posiblemente un mayor 
grado de consolidación, lo que genera en el modelo geofísico un contacto más superficial que el 
propuesto en el perfil geológico (Figura 64). 
La capa inferior con velocidades de 3,5 km/s, correlacionables con las lavas andesíticas de la 
Formación Colima Superior, muestra continuidad lateral tanto en el perfil geofísico como en el perfil 
geológico. 
 
 
 
 
 
 
 
  
98 
 
Figura 64. Perfil geológico y geofísico transversal al sitio al sitio de presa Electriona 
 
 
  
99 
 
4.3.3 SITIO DE PRESA BELÉN 
Para el sitio de Presa Belén se realizó el siguiente análisis para cada uno de los 4 perfiles (Figura 
65). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 65. Ubicación de los cuatro perfiles con respecto al eje de la Presa Belén. 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
100 
 
A- Perfil 1, P.H. Belén margen derecha (0+000 a 0+140) 
Modelos de dos capas método Time-term 
RMS=  2,0 
Presenta dos capas sísmicas, la capa superior con velocidades de 0,3 km/s, corresponden con 
materiales de relleno depósitos aluviales y coluvios con espesores entre 1 a 5 m. La capa 
inferior con velocidades de 3,7 km/s, se asocian con lavas andesíticas de la Fm Colima Inferior, 
que aflora en la base del cañón del Río Virilla (Figura 66). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 66. Perfil 1, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. 
 
 
 
P.H. Belén, Perfil 1. 
Capa 1 
Capa 2 
Cruce de perfil 3 
Suelos, coluvios y 
aluviones            
(Vp= 0,3 km/s) 
Lavas andesíticas 
(Vp= 3,7 km/s) 
  
101 
 
B- Perfil 2, P.H. Belén margen izquierda (0+000 a 0+120) 
Modelos de dos capas método Time-term 
RMS=  0,92 
La capa superior con velocidades de 0,6 km/s, se asocia a brechas volcanoclásticas alteradas, 
cuyos espesores se estiman entre los 2 a 8 m. Correlacionables con la Formación Colima 
Superior. Las velocidades de 4,2 km/s de la capa sísmica inferior, se asocian con las lavas 
andesíticas de la Fm. Colima Inferior (Figura 67). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 67. Perfil 2, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. 
P.H. Belén, Perfil 2. 
Capa 1 
Capa 2 
Cruce de perfil 3 
Brechas 
volcanoclásticas 
(Vp= 0,6 km/s) 
Lavas andesíticas 
(Vp=4,2 km/s) 
  
102 
 
C- Perfil 3, P.H. Belén transversal al eje de presa (0+000 a 0+240) 
Modelos de dos capas método Time-term 
RMS= 1,5 
La capa superior con velocidades de 0,9 km/s, se puede asociar con brechas volcanoclásticas 
de la Fm Colima Superior y con las ignimbritas de la Formación Tiribí, la agrupación de ambas 
litologías rondan espesores de 15 a 25 m. La capa sísmica inferior, con velocidades de 3,7 
km/s, se asocia con las lavas andesíticas de Colima Inferior (Figura 68).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 68. Perfil 3, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. 
P.H. Belén, Perfil 3. 
Capa 1 
Capa 2 
Cruce de Perfil 2 
Cruce de Perfil 1 
Brechas volcánicas e 
ignimbritas           
(Vp= 0,9 km/s) 
Lavas andesíticas 
(Vp= 3,7 km/s) 
  
103 
 
D- Perfil  4, P.H. Belén margen izquierda (0+000 a 0+180) 
Modelos de 2 capas método Time-term 
RMS=  1,09 
Este perfil se realizó sobre las lavas de la Formación Colima Inferior, por lo que las velocidades 
superficiales de 1,6 km/s, se asocian eventualmente con lavas fracturadas, y las velocidades 
subyacentes de 4,8 km/s, con las lavas masivas más profundas (Figura 69). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 69. Perfil 4, dromocrónica y modelo interpretación para dos capas. 
 
 
 
 
 
 
P.H. Belén, Perfil 4. 
Capa 1 
Capa 2 
Lava fracturada 
(Vp= 1,6 km/s) 
Lavas masiva 
(Vp= 4,8 km/s) 
 
  
104 
 
4.3.4 COMPARACIÓN ENTRE EL MODELO GEOLÓGICO Y GEOFÍSICO DE LOS PERFILES 
TRANSVERSALES AL SITIO DE PRESA BELÉN 
 
El perfil geológico (Figura 45) y geofísico (Figura 68) transversal al sitio de presa Belén, muestran 
que la capa superficial del modelo geofísico con velocidades de 0,9 km/s y espesores que ronda 
los 25 m como máximo, se asocian a brechas volcanoclásticas e ignimbritas de las Formaciones 
Colima Superior y Tiribí respectivamente. 
El contacto del perfil geofísico en relación al perfil geológico entre las lavas y las brechas 
volcanoclásticas es concordante en ambos perfiles (Figura 70). En el perfil geológico se observa un 
nivel superior de lavas lajeadas en la margen izquierda del sitio de Presa, asociadas a la 
Formación Colima Superior. Dichas lavas no se ven reflejadas en el perfil geofísico por la 
orientación del mismo y la tendencia de la capa de brechas volcanoclásticas a aumentar su 
espesor aguas abajo de la ubicación del perfil geológico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
105 
 
Figura 70. Perfil geológico y geofísico transversal al sitio al sitio de presa Belén. 
 
 
  
106 
 
A continuación se resumen las velocidades asociadas a la litología en cada sitio de Presa, (Cuadro 
8). 
Cuadro 8. Resumen de las capas sísmicas observadas en ambos sitios de Presa 
Ubicación Perfil Capas 
Velocidades 
Vp (km/s) 
Litología asociada 
Sitio de presa  
P.H. Electriona 
Perfil 1 
Capa 1 0,9 Brechas volcanoclásticas 
Capa 2 3,3 Lavas andesíticas 
Perfil 2 
Capa 1 0,6 
Suelos, materiales de 
relleno 
Capa 2 4,3 Lavas andesíticas 
Perfil 3 
Capa 1 0,8 
Brechas volcanoclásticas 
e Ignimbritas 
Capa 2 3,5 Lavas andesíticas 
Sitio de presa  
P.H. Belén 
Perfil 1 
Capa 1 0,3 
Suelos, coluvios y 
aluviones 
Capa 2 3,7 Lavas andesíticas 
Perfil 2 
Capa 1 0,6 
Suelos, coluvios y 
aluviones 
Capa 2 4,2 Lavas andesíticas 
Perfil 3 
Capa 1 0,9 
Brechas volcanoclásticas 
e ignimbritas 
Capa 2 3,7 Lavas andesíticas 
Perfil 4 
Capa 1 1,6 Lavas fracturadas 
Capa 2 4,8 Lavas masivas 
 
 
 
 
 
  
107 
 
A partir de los datos obtenidos se puede generalizar los siguientes rangos de velocidades (Vp) 
asociados a las litologías aflorantes en los sitios de Presa P.H. Electriona y P.H. Belén (Cuadro 9): 
Cuadro 9. Resumen de las velocidades Vp según las litologías asociadas 
FORMACIÓN LITOLOGÍA VELOCIDADES Vp (km/s) 
Depósitos Recientes 
Suelos, coluvios y 
aluviones 
0,3-0,6 
Suelos y materiales de 
relleno 
0,4 
Tiribí Ignimbritas 0,8-0,9 
Colima Superior 
Brechas volcanoclásticas 0,8-0,9 
Lavas andesíticas 3,3-4,8 
Colima Inferior 
Lavas fracturadas 1,6 
Lavas andesíticas 
masivas 
3,7-4,8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
108 
 
4.3.5 SÍNTESIS DE LAS VELOCIDADES (VP) 
Basándose en conjunto de valores obtenidos a partir de los diferentes estudios geofísicos 
realizados en sitios cercanos al área de estudio y los valores del presente estudio, se obtuvo una 
síntesis de velocidades asociadas a las litologías aflorantes en el Valle Central, como se muestra 
en el Cuadro 10. 
Cuadro 10. Síntesis de valores de las velocidades (Vp) obtenidos en la recopilación bibliográfica y 
el presente estudio. 
Litología 
Velocidad Vp 
(km/s) 
Referencia 
Suelos  0,3-0,4 
Ávila (1984a, 1984b) 
Leandro (1999) 
Suelo poco compacto y drenado 0,3-0,5 Ávila (1981) 
Suelo saturado y compactado 1,5-2,0 Ávila (1981) 
Material coluvial y suelos 0,8-1,8 Ávila (1983a) 
Suelos coluvios y aluviones 0,3-0,6 Cuadro 9. 
Suelos y materiales de relleno 0,4 Cuadro 9. 
Toba alterada 0,7-1,3 Ávila (1981) 
Toba lacustre 0,6-2,1 Ávila (1983a) 
Ignimbrita gris masiva 1,8-2,0 Ávila (1981) 
Ignimbritas alteradas 1,4-1,6 Ávila (1984c) 
Brechas volcanoclásticas e 
ignimbritas 
0,9 
Cuadro 9. 
Brechas volcanoclásticas 0,8-0,9 Cuadro 9. 
Lavas sanas 2,8-4,3 Ávila (1981) 
Lavas sanas 1,5-3,1 Ávila (1984a, 1984b) 
Lavas 2,0-3,0 Ávila (1985a) 
Lavas andesíticas sanas 2,5-3,5 Ávila (1985c) 
Lavas lajeadas sanas 2,2-4,0 Ávila (1984c) 
Lavas lajeadas meteorizadas  1,8-2,4 Ávila (1986b) 
Lava meteorizada 0,6-1,4 Ávila (1984a, 1984b) 
Lava meteorizada 1,6-2,0 Ávila (1983b) 
Lavas andesíticas fracturadas y 
alteradas 
1,2-2,1 
Ávila (1985c) 
Lavas andesíticas 3,3-4,3 Cuadro 9. 
Lavas fracturadas 1,6 Cuadro 9. 
  
109 
 
Litología 
Velocidad Vp 
(km/s) 
Referencia 
Lavas andesíticas masivas 3,7-4,8 Cuadro 9. 
Aglomerado volcánico 0,9-1,15 Ávila (1983a) 
Conglomerado 1,2-2,1 Ávila (1984c) 
Conglomerados sanos con vetillas 
de calcita 
2,6-3,0 
Ávila (1986a) 
Conglomerados calcáreos 2,4-2,6 Ávila (1986b) 
Conglomerado sanos 2,0 Ávila (1986a) 
Roca sedimentaria areniscas y 
conglomerados 
3,5-4,0 
Leandro et al. 1986 
Roca sedimentaria 1,8-2,2 Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria 1,9-2,2 Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria 2,2-2,9 Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria saturada 2,4-2,6 Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria arenisca y 
conglomerado 
3,5-4,0 
Leandro et al. (1986) 
Areniscas y lutitas 1,4-2,1 Ávila (1985c) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,3-3,5 Ávila & Leandro (1997a) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,8-3,4 Ávila & Leandro (1997a) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,5-3,4 Ávila (1997b) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,8-4,0 Leandro (1998) 
Alternancia de areniscas y 
conglomerados 
2,4-3,2 
Ávila (1986a) 
Areniscas de grano fino 1,9-3,5 Ávila (1984c) 
Areniscas finas 2,0-2,2 Ávila (1986b) 
Areniscas de grano medio 2,2-2,8 Ávila (1984c) 
Areniscas de grano fino y grueso 2,4-3,6 Ávila (1984c) 
Areniscas de grano fino y grueso 2,6-3,5 Ávila (1986b) 
Arenisca de grano medio y grueso 2,3-3,0 Ávila (1984c) 
Arenisca medias a gruesas 2,3-2,5 Ávila (1986b) 
Areniscas meteorizadas 0,9-2,3 Ávila (1984c) 
Areniscas finas semi-alteradas 1,4-1,6 Ávila (1986a) 
Lutitas y areniscas meteorizadas 1,0-1,4 Ávila (1986a) 
Areniscas y conglomerados semi-
alterados 
1,5-2,0 
Ávila (1986a) 
 
 
  
110 
 
4.3.6 CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE LOS MATERIALES A PARTIR DEL VALOR VP 
OBTENIDO 
La velocidad (Vp) en un cuerpo geológico puede variar según sean las condiciones físicas 
existentes a lo largo del mismo. Las características implícitas al cuerpo geológico (como lo son los 
cambios de facies, granulometrías, contactos irregulares, porosidad, saturación, ect,) así como las 
condiciones externas generadas por agentes como el tectonismo y la alteración hidrotermal y 
meteórica, fracturan y meteorizan los cuerpos rocosos, lo que les confieren variaciones 
significativas del valor Vp. Por lo que macizos geológicamente similares pueden tener valores de 
Vp tan diferentes, como así sean sus condiciones geomecánicas presentes. 
El parámetro de Vp permite determinar algunas características geomecánicas de los materiales 
según sea la naturaleza de los mismos, Alguno de estos parámetros incluyen: 
1. Excavalidad o Ripabilidad 
2. Índice Q de Barton 
3. Densidad de la roca 
4. RQD 
5. Resistencia a la Compresión Simple 
4.3.6.1 Excavalidad o Ripabilidad 
Según Arladi (2005) corresponde a un criterio cualitativo que mide la aptitud del macizo rocoso a 
ser quebrado por medio de un ripper arrastrado por un bull-dozer (Figura 71).  
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 71. Modelo Caterpillar D10N con ripper 
 
  
111 
 
Las compañías como Caterpillar regularmente publican tablas de ripabilidad para sus distintos 
modelos, la facilidad del ripado en un tipo de roca se define a partir de la velocidad Vp. El cuadro 
11 muestra los rangos de ripabilidad de un modelo Caterpillar D-9 en función de la velocidad Vp 
(Arladi, 2005). 
Cuadro 11. Rangos de ripabilidad de un Caterpillar D-9 en función de Vp del material (Tomado de 
Arladi, 2005) 
Velocidad de onda primaria Vp (m/s) 
Condición de ripabilidad 
(Caterpillar D-9) 
< 600 Materiales sueltos 
600-1300 Ripado Fácil 
1300-1700 Ripado Normal 
1700-1850 Ripado Duro 
> 1850 No son ripables 
 
4.3.6.2 Índice Q de Barton 
La clasificación Q desarrollada por Barton, Lien y Lunde en 1974, se basa en el análisis de un gran 
número de túneles construidos en Noruega, corresponde a una estimación de parámetros 
geotécnico asociados al diseño de sostenimiento de túneles y cavernas (Gonzales de V. et al., 
2002). 
Esta clasificación le asigna a cada terreno un valor numérico, tanto mayor sea el valor Q obtenido, 
así mejor será la calidad geomecánica de la roca. Los valores para esta clasificación oscilan entre 
0,001 a 1000, y los rangos asignados a cada clasificación del macizo rocoso se muestran en el 
Cuadro 12 (Gonzales de V. et al., 2002). 
 
 
 
 
 
  
112 
 
Cuadro 12. Rangos de clasificación del índice Q para macizos rocosos (Gonzales de Vallejo. et al., 
2002). 
Valor Q Clasificación del macizo 
0,001-0,01 Roca excepcionalmente mala 
0,01-0,1 Roca extremadamente mala 
0,1-1,0 Roca muy mala 
1,0-4,0 Roca mala 
4,0-10 Roca media 
10-40 Roca buena 
40-100 Roca muy buena 
100-400 Roca extremadamente buena 
400-1000 Roca excepcionalmente buena 
 
Según Arladi (2005), el valor Q se puede obtener utilizando la expresión exponencial propuesta por 
Barton (1991), a partir de la velocidad de onda Vp para rocas superficiales: (Arladi, 2005) 
 
Donde: 
Q= Índice de Barton 
Vp= velocidad de la onda p (m/s) 
Para rocas de muy buena calidad (Q>4) se puede aplicar la siguiente expresión (Arladi, 2005): 
 
 
 
 
Q = 10[(Vp-3500)/1000] 
Q = (Vp-3600)/50 
 
  
113 
 
4.3.6.3 Densidad de la roca 
Arladi (2005), presenta la relación empírica para rocas sedimentarias propuesta por Gardner 
(1974), entre la densidad del terreno ( ) y la velocidad (Vp), la cual se presenta como: 
 
Donde: 
a= valor constante 1670 
= densidad de la roca (kg/m3) 
Vp = velocidad de propagación Vp (km/s) 
 
4.3.6.4 RQD (Rock Quality Designation) 
Helfrich (1971), propone la existencia de una relación entre el índice de fracturación RQD y la 
velocidad de onda Vp para rocas ígneas sanas (Cuadro 13). 
Cuadro 13. Relación entre el valor de Vp y el RQD asociado a la calidad del macizo (Tomado 
Arladi, 2005) 
Vp (m/s) RQD Grado de fracturación 
< 3000 < 25% 
Roca fuertemente 
fracturada 
3000-3500 25-50% 
Roca con numerosas 
fracturas 
3500-4000 50-75% 
Roca fracturada en grado 
medio 
4000-4500 75-95% Roca con pocas fracturas 
> 4500 > 95% Roca sin fracturas 
 
Sin embargo, describe una relación existente para el RQD, partiendo de la relación existente entre 
la velocidad Vp obtenida en el campo y la velocidad Vp obtenida mediante el laboratorio, mediante 
la expresión: 
 = aVp0,25 
  
114 
 
 
 
Vp= velocidad de la onda p obtenida en el campo 
Vplaboratorio= velocidad de onda p obtenida mediante ensayo de laboratorio 
A partir de la relación entre la velocidad de la onda p obtenida en el campo y la velocidad de onda 
p obtenida mediante ensayo de laboratorio (Vp/ Vplaboratorio), Coon & Merritt (1970) determinan un 
valor denominado Índice de Velocidad Relativa, con el cual se puede determinar la calidad del 
macizo rocoso, como se muestra en el Cuadro 14. 
Cuadro 14. Clasificación del macizo rocoso con respecto al índice de calidad (Gonzales de V. et 
al., 2002) 
Índice de velocidad relativa 
(Vp/ Vplaboratorio) 
Calidad del macizo 
rocoso 
< 0,2 Muy mala 
0,2-0,4 Mala 
0,4-0,6 Media 
0,6-0,8 Buena 
> 0,8 Muy buena 
 
4.3.6.5 Resistencia a la Compresión Simple 
Según González de Vallejo et al., (2002), el valor de Vp puede correlacionarse linealmente con la 
deformabilidad de la roca y por lo tanto es un indicativo de la calidad de la misma al estar 
relacionado con la resistencia a la compresión simple. 
 La velocidad Vp muestra una tendencia lineal en relación con la resistencia de los materiales a la 
compresión simple, mediante el gráfico de la Figura 72, (González de Vallejo et al., 2002). 
 
 
 
RQD= 100 (Vp/Vplaboratorio) 
 
  
115 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 72. Gráfico que relaciona Vp con la  resistencia a la compresión simple (Tomado de 
González de Vallejo et al., 2002) 
 
A partir de los valores de la Figura 69 y basándose en la clasificación de las rocas definida por 
González de Vallejo et al. (2002), para diferentes rangos de la resistencia a la compresión simple, 
se elaboró la Figura 73. 
 
 
 
 
 
  
116 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 73. Gráfico de relación entre la Vp y la resistencia a la compresión simple. (Modificado de 
González de Vallejo et al., 2002) 
En la Figura 73, se muestra el área que agrupa la mayor densidad de valores Vp (línea roja), dicha 
área abarca diferentes rangos de valores asociados a la calidad de la roca a partir de los valores 
de resistencia a la compresión. Con base en dicha figura, se puede considerar que velocidades Vp 
inferiores o iguales a 2,5 km/s se incluyen predominantemente cualidades de roca blanda y 
moderadamente dura, mientras que velocidades de Vp mayores a 2,5 km/s y hasta 3,5 km/s, 
abarca predominantemente cualidades de roca moderadamente dura a dura, y para velocidades 
mayores a 3,5 km/s, la cualidad de la roca es predominantemente dura a muy dura. 
 
  
117 
 
4.3.7 CARACTERIZACIÓN DE  LAS LITOLOGÍAS DE FUNDACIÓN DE LAS PRESAS 
 
A partir de los datos en las velocidades Vp obtenidos para cada litología en los sitios de Presa 
Electriona y Belén, y con base en los parámetros anteriormente expuestos, se define el siguiente 
Cuadro 15 de caracterización de los materiales en los cuales se localizan los sitios de presa.  
Cabe aclarar que la densidad de la roca no se incluye, dado que la determinación de este 
parámetro es exclusivo para rocas sedimentarias. Por otro lado para suelos y materiales no 
consolidados no se aplica el índice Q, ni el grado de fracturación del RQD, debido a que este 
análisis es utilizado en macizos rocosos. Además la relación con la Resistencia a la compresión 
simple se utiliza para macizos rocosos con velocidades superiores a 1,0 km/s (González de Vallejo 
et al., 2002) 
El Cuadro 15, muestra que la litología sobre la que se funda la Presa Electriona con velocidades 
Vp de 3,3 a 4,3 km/s, se relaciona según los parámetros geotécnicos a rocas malas a buenas 
(Índice Q), moderadamente duras a duras (Figura 73, rectángulo azul), no ripables, y con 
numeroso a poco grado de fracturación (RQD). En el caso de la Presa Belén, la litología sobre la 
que se funda asociada a velocidades Vp de 3,7 a 4,8 km/s, se relacionada a rocas buenas (Índice 
Q), duras a muy duras (Figura 73, rectángulo anaranjado), no ripables y con poco grado de 
fracturación (RQD). En general se puede considerar que ambos sitios de Presa presentan 
condiciones geomecánicas con calidades buenas a muy buenas. 
En el caso de las rocas ígneas cercanas al área de estudio y obtenidas mediante estudios 
geofísicos previos (Anexo 2), se muestra una tendencia generalizada, basándose en los 
parámetros anteriormente expuestos, a ser rocas de baja calidad según el índice Q, y un alto grado 
de fracturación según el porcentaje de RQD, sin embargo se muestran predominantemente no 
ripables, por lo que se pueden considerarse como rocas con tendencias regulares a buenas, ya 
que los parámetros de índice Q y porcentaje RQD son muy conservadores para ambientes 
geológicos complejos y expuestos a condiciones climáticas tropicales como las nuestras. 
 
  
118 
 
Cuadro 15. Caracterización de las litologías a partir de los datos obtenidos de Vp. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
119 
 
4.3.8 RELACIÓN ENTRE VP Y VALORES OBTENIDOS EN ESTUDIOS PREVIOS DE LOS 
PARÁMETROS VP, VS, ED, ES 
Los datos geofísico de refracción sísmica obtenidos por el ICE a lo largo de los túneles y galerías 
de los proyectos hidroeléctricos Ventanas-Garita, Arenal, Angostura, Toro I, Toro II y Pirris, 
generaron una serie de valores asociados a las velocidades de las ondas compresional (Vp) y de 
cizalle (Vs). A partir de dichos valores se obtuvieron los Módulos Elásticos, como lo son el 
Coeficiente o la Razón de Poisson ( ) y el Módulo Elástico Longitudinal o Módulo de Young (Ed). 
Estos parámetros permiten determinar características geomecánicas de los materiales.  
El coeficiente de Poisson ( ), indica la relación entre las deformaciones relativas  en sentido 
transversal que sufre el material y las deformaciones relativas en dirección de la fuerza aplicada 
sobre el mismo, y se encuentra directamente relacionado con Vp y Vs mediante la siguiente 
expresión: 
 
= ½(Vp/Vs)2-1 
        (Vp/Vs)2-1 
(Ecua.14)  
 
Donde: 
Vs= Velocidad de onda S (km/s) 
Vp= Velocidad de onda P (km/s) 
 
El módulo de Young o Módulo Elástico Dinámico (Ed), caracteriza el comportamiento de un 
material, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Está asociado directamente con los 
cambios de longitud que experimenta un material, cuando es sometido a la acción de esfuerzos de 
tracción o de compresión, y se encuentra directamente relacionado al coeficiente de Poisson, a la 
densidad de la roca y a la velocidad Vs, mediante la siguiente expresión: 
 
Ed = 2Vs2ρ(1+ ) 
(Ecua. 15) 
Donde: 
 = Coeficiente de Poisson 
ρ= Densidad del material (kg/m3) 
Vs= Velocidad de onda S (km/s) 
  
120 
 
Basándose en los valores obtenidos para el Módulo Elástico Dinámico (Ed), se puede determinar el 
Módulo Elástico Estático (Es), mediante la relación de los criterios de Ninkitin suministrado por 
Bollo (1979) al ICE. En el cual se establece que para macizos rocosos con velocidades mayores a 
3,0 km/s se aplica la expresión empírica: (Leandro, 1992) 
Vp > 3,0 km/s 
Es= 1,03(Ed-86) 
(Ecua.16)  
 
Mientras que para Vp menores a 3,0 km/s se aplica la expresión: (Leandro, 1992) 
Vp < 3,0 km/s 
Es= K*Ed 
(Ecua.17)  
 
Donde K es una constante que varía con la velocidad Vp, de la siguiente forma: 
 
Vp (km/s) K 
2,9-2,7 0,55 
2,7-2,6 0,55 
2,6-2,5 0,45 
2,5-2,4 0,35 
2,4-2,3 0,30 
2,3-2,2 0,25 
2,2-2,1 0,20 
< 2,0 0,15 
 
Al graficar los valores de Vp y Vs obtenidos en los túneles en los diferentes proyectos, se observa 
una relación con tendencia lineal tal y como se muestra en la Figura 74, tanto para rocas ígneas 
como sedimentarias. 
 
 
  
121 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 74. Gráficos de relación Vp y Vs para rocas ígneas y sedimentarias. 
 
 
 
  
122 
 
Para los valores de los módulos Ed, Es, en relación al valor de Vp tanto para rocas ígneas como 
sedimentarias, se observa una relación con una tendencia potencial (Figura 75). La separación 
entre ambas curvas, según Barton (2007), es un indicativo del grado de fracturación de la roca, 
entre más fracturado se encuentre el macizo mayor separación habrá entre las curvas.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 75. Gráfico de relación de los módulos Ed, Es y la Vp, para rocas ígneas y sedimentarias. 
  
123 
 
La relación directa entre los módulos Ed y Es, tanto para rocas ígneas como sedimentarias, se 
muestra en la Figura 76.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 76. Gráficos de relación Ed-Es para rocas ígneas y sedimentarias. 
  
124 
 
Dicha relación varía con los cambios de Vp, por lo que para velocidades inferiores a los 2,0 km/s la 
tendencia de los valores es lineal con una pendiente leve, los valores en este rango no sobrepasan 
los 1000 MPa del módulo Es. Para velocidades de entre 2,0 a 3,0 km/s, se muestra un aumento 
transicional en la pendiente con tendencia lineal a logarítmica y cuyos valores con respecto al Es 
comprenden los 1000 a 10000 MPa, finalmente para valores de Vp mayores a 3,0 km/s, se observa 
una tendencia lineal, más regular en la rocas sedimentarias que en las ígneas (Figura 76). 
A continuación se comparan los valores de estudios previos, de Vp, Vs, Ed y Es, con los valores 
obtenidos de únicamente de Vp en los macizos rocosos asociados a la geología de fundación de 
los sitio de Presa Electriona y Belén.  
Con base en la relación lineal Vp y Vs para rocas ígneas (Figura 74), se determinó que para los 
valores de Vp en el sitio de Presa Electriona de 3,3 y 4,3 km/s, los valores Vs asociados rondan los 
2,0 y 2,6 km/s; mientras que para el sitio de Presa Belén con valores Vp de 3,7 y 4,8 km/s, los 
valores Vs asociados corresponden a 2,2 y 2,9 km/s respectivamente (Figura 77). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 77. Gráfica de relación Vp y Vs para rocas ígneas, asociadas a los sitios de Presa Electriona 
y Belén. 
A partir de la relación potencial entre los valores de los módulo Ed y Es con la velocidad Vp (Figura 
75), se determinó que para los sitios de Presa Electriona con Vp de 3,3 y 4,3 km/s, los valores del 
módulo Ed corresponden a 21.289 y 38.931 MPa, y para el módulo Es a 11.771 y 30.628 MPa. En 
el caso del sitio de Presa Belén (Vp= 3,7 y 4,8 km/s), se definieron valores para el módulo Ed de 
27.635 y 50.030 MPa y para el módulo Es de 17.796 y 45.572 MPa (Figura 78). 
  
125 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 78. Gráfico de relación de Vp con los módulos Ed y Es, y los valores obtenidos en ambos 
sitio de Presa. 
 
La relación entre los módulos dinámicos (Ed) y estáticos (Es) en cada sitio de Presa así como en 
los estudios previos realizados por el ICE, se muestra en la Figura 79.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 79. Gráfico de relación entre los módulos Ed y Es, en relación a los obtenidos mediante el 
valor Vp de cada sitio de Presa. 
Para ambos sitios de Presa los valores Vp de los macizos rocoso sobrepasan la velocidad de 3,0 
km/s. En el sitio de Presa Electriona cuyos valores Vp corresponden a 3,3 y 4,3 km/s, los módulos 
Ed y Es muestran una tendencia lineal y dentro del rango de los valores generales previamente 
  
126 
 
obtenidos. Para el sitio de Presa Belén con valores de Vp de 3,7 y 4,8 km/s, los módulos Ed y Es 
asociados muestran igualmente un tendencia lineal, sin embargo el valor que muestra la velocidad 
máxima obtenida de Vp (4,8 km/s), sobresale del rango general de valores. 
Ávila (2004) realiza una clasificación de los macizos rocosos a partir del valor del módulo Ed, 
definiendo los siguientes parámetros: (Cuadro 16) 
Cuadro 16. Rango de valores Es para la caracterización del macizo rocoso (Ávila, 2004) 
Rango de valor Es (MPa) Caracterización del macizo 
< 1000 Roca Mala 
1000-5000 Roca Regular 
>5000 Roca Buena 
 
Basándose en los valores anteriormente obtenidos a partir de los datos del ICE, y según la 
clasificación de Ávila (2004), se resumen los valores obtenido para cada sitio de Presa (Cuadro 17) 
Cuadro 17. Resumen de los parámetros obtenidos a partir de la relación de los estudios realizados 
por el ICE. 
Sitio de 
Presa 
Vp (km/s) 
Lavas 
Vs (km/s) Ed (MPa) Es (MPa) 
Cualidad del 
macizo (Es) 
Sitio de Presa 
Electriona 
3,3 2,0 21.289 11.771 Roca Buena 
4,3 2,6 38.931 30.628 Roca Buena 
Sitio de Presa 
Belén 
3,7 2,2 27.635 17.796 Roca Buena 
4,8 2,9 50.030 45.572 Roca Buena 
 
 
 
  
127 
 
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 
5.1 CONCLUSIONES 
 
 A partir del cartografiado geológico realizado se determina, una importante similitud del 
mapa de Echandi (1981), quien detalla muy bien los contactos de la Formación Colima 
Superior y Colima Inferior con el Miembro Puente de Mulas, con el mapa propuesto en el 
presente estudio. 
 Se determina la presencia de un paleosuelo bastante espeso (aproximadamente 10 m) y 
de geometría lenticular que separa a la Formación Colima Superior con el Miembro Puente 
de Mulas sobre la margen izquierda del río Virilla paralelo a la colindancia entre el Tajo de 
Pedregal. 
 La Formación Tiribí presenta un marcado aumento de espesor hacia los sectores E a SE 
de la zona de estudio aflorando predominantemente hacia la base del Río Tiribí. Dicha 
Formación presenta diferentes grados de soldamiento, que le confieren niveles lenticulares 
sobresalientes hacia los sectores intermedios y superiores de la misma. 
 La textura columnar de la Formación Tiribí se observa predominantemente en la base y 
techo de la Formación, así como en aquellos sitios en los que disminuyen 
significativamente su espesor. 
 La Formación Colima se observa predominantemente sobre la base y en ambas márgenes 
del río Virilla hasta la confluencia con el río Tiribí, en donde se profundiza y desaparece 
sobre la margen derecha en el sector de Honduras, y reaparece cerca del sitio de presa 
Belén.  
 Los Miembros Colima Superior y Colima Inferior son difícilmente diferenciables mediante la 
descripción petrográfica, ya que las diferencias entre ambas lavas son muy sutiles y se 
encuentran relacionadas al porcentaje de augitas presentes en cada muestra, las cuales 
son más predominantes en el Miembro Colima Superior que en el Miembro Colima Inferior. 
 Particularmente el Miembro Colima Superior puede presentar una tendencia a 
caracterizarse petrográficamente como andesitas basálticas, sin embargo ambos 
Miembros muestran una predominancia a ser denominados como andesitas con dos 
piroxenos. 
  
128 
 
 Se determinó la presencia de 4 posibles trazas de falla (F1, F2, F3 y F4) con tendencias E-
W, N-S, NE-SW y NW-SE respectivamente, tres de las cuales (F2, F3 y F4) son inferidas 
debido a los indicios de bloques rodados con espejos de falla y a la interrupción drástica en 
la secuencia estratigráfica, y un plano de falla (F1) es observado directamente sobre la 
margen izquierda del Río Virilla. 
 Los posibles planos de falla inferidos y observados, presentan una predominancia a 
localizarse sobre la margen izquierda del Río Virilla, y muestran una tendencia a 
movimientos predominantemente inversos. 
 Una de las posible traza de falla con dirección NW-SE (F4), inferida debido a la 
interrupción de la continuidad lateral de los depósito de asociados a la Formación Colima, 
se localiza por debajo del sitio de presa en Belén, sin embargo no es observa de forma 
evidente que desplace los depósitos de la Formación Tiribí.  
 El modelo geológico muestra que ambos sitios de presa se fundan sobre las lavas 
andesíticas de la Formación Colima, el sitio de Presa Electriona se funda sobre las lavas 
andesíticas de la Formación Colima Superior, mientras que el sitio de Presa Belén se 
funda sobre las lavas andesíticas de la Formación Colima Inferior. 
 Por debajo de las lavas de la Formación Colima Superior sobre las que se funda el sitio de 
Presa Electriona, se determinó la presencia de un paleosuelo rojizo lenticular con 
espesores que rondan los 5 a 10 m. 
 El modelado geofísico del sitio de Presa Electriona presenta valores de RMS >1,5 para los 
perfiles 1 y 3, sin embargo al tratar de disminuir este error asociado a la inversión, el 
modelo no se ajusta al modelo geológico propuesto.  
 Los materiales sobre los que se funda el sitio de Presa Electriona presenta velocidades Vp 
de 3,3 a 4,3 km/s. 
 Con base en los diferentes parámetros geotécnicas determinados a partir de los valores de 
Vp obtenidos, se define que las rocas del sitio de fundación de la Presa Electriona se 
consideran en general rocas con tendencia a mala y buena calidad geomecánica (Índice 
Q), moderadamente duras a duras (resistencia a la compresión simple), no ripables y con 
numeroso o poco grado de fracturación (RQD). En general estas rocas se pueden 
considerar como macizos con condiciones geomecánica regulares a buenas. 
  
129 
 
 El modelado geofísico para el sitio de Presa Belén presenta un valor del RMS >1,5 
asociado únicamente al perfil 1, lo que indica que tanto el modelo geológico como el 
geofísico propuesto se ajustan significativamente.  
 Las rocas sobre las que se funda el sitio de Presa Belén presenta velocidades Vp de 3,7 a 
4,8 km/s. 
 Estas rocas del sitio de Presa Belén, se caracterizan según los diferentes parámetros 
geotécnicos a rocas buenas (Índice Q), duras a muy duras (resistencia a la compresión 
simple), no ripables y con un grado medio a bajo de fracturación (RQD). En general estas 
rocas se pueden considerar como macizos con condiciones  geomecánicas buenas a muy 
buenas. 
 A partir de los valores recopilados en estudios previos realizados por el ICE, se determinan 
parámetros de comparación de las velocidades Vp obtenidas en cada sitio de Presa. 
 Con base en los datos de los parámetros Vp, Vs, Ed, Es realizados por el ICE en los 
túneles de los diferentes proyectos y sus respectiva relaciones lineales y potenciales, se 
determinaron valores indirectos de Vs, Ed y Es, de cada sitio de presa. 
 Para el sitio de Presa Electriona se determinó basado en la relación de la curvas de los 
datos del ICE y el valor Vp, parámetros de Vs de 2,0 y 2,6 km/s, para el Módulos Dinámico 
(Ed) valores de 21.289 y 38.931 MPa, y para el Módulo Estático (Es) valores de 11.771 y 
30.628 MPa. 
 Basado en los valores obtenidos para el Módulo Estático (Es), definido para los materiales 
sobre los que se funda el sitio de Presa Electriona, y según la clasificación de Ávila (2004), 
las rocas presentes en este sector corresponden a macizos con condiciones geomecánicas 
buenas. 
 Para el sitio de Presa Belén se definieron parámetros indirectos basado en los estudios del 
ICE, con valores de velocidad Vs de 2,2 y 2,9 km/s, para el Módulo Dinámico (Ed) valores 
de 27.635 y 50.030 MPa y para el Módulo Estático (Es) valores de 17.796 y 45.572 MPa. 
 Basado en los valores obtenidos para el Módulo Estático (Es), definido para los materiales 
de fundación del sitio de Presa Belén y según la clasificación de Ávila (2004), las rocas de 
esta presa presenta condiciones geomecánicas buenas. 
 En general se considera que las litologías sobre las que se fundan ambos sitios de Presa, 
presentan condiciones geomecánicas buenas, debido a la condición sana del macizo, y a 
  
130 
 
los valores de los diferentes parámetros geotécnicos y sus respectivas clasificaciones 
asociadas. 
 
5.2 RECOMENDACIONES 
 
 El índice Q y el porcentaje de RQD, corresponden a criterios de clasificación muy 
conservadores que limitan la calidad de la roca buena a velocidades Vp superiores o 
iguales a 4,5 km/s, sin embargo muchas litologías existentes en el Valle Central no 
cumplen con este parámetro de clasificación a pesar de que presentan muy buena calidad 
geomecánica, por lo que estos criterios deben considerase como parámetros de referencia 
y no medidas determinantes de la calidad del macizo. 
 Se recomienda realizar una perforación sobre la margen derecha del Sitio de Presa Belén 
para confirmar la presencia de la falla inferida F4. 
 Los materiales sobre los que se fundan ambos sitios de Presa presentan condiciones 
geomecánicas buenas. Ante la posibilidad de que la CNFL considere reestructurar o 
reubicar estos sitios de presa en un futuro cercano, se recomienda que las estructuras se 
funden sobre estos materiales lávicos pertenecientes a la Formación Colima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
131 
 
CAPÍTULO 6. REFERENCIAS 
ALÁN M., M.A., 1978: Geología del área NW de San Gabriel de de Aserrí. 40 págs. Univ. de Costa Rica, Esc. 
Centroamericana de Geol. [Inf. Camp. Geol]. 
 
ALVARADO, C.Mª E., 1972: Estudios sedimentológicos en la Formación Pacacua (Mioceno, Costa Rica).-185 
págs. Univ. de Costa Rica, San José. [Tesis Lic.]. 
 
ÁLVAREZ, E. F., 1982: Geología de Bustamante y alrededores, Provincia de San José, CR.-53 págs. Univ. de 
Costa Rica, San José. [Tesis Lic.]. 
 
ARLANDI, R. M., 2005: Geofísica Aplicada a la Obra Civil: Métodos Geoeléctrico y Sísmica de Refracción, 
Casos Practicos.-68 págs. GEOCONSULT Ingenieros Consultores S.A., Madrid.  
 
ARREDONDO. S., HERNÁNDEZ. S., MADRIGAL. J., 1988: Informe geológico de una zona al oeste del Valle 
Central.-15 págs. Univ. de Costa Rica, curso de geología de Campo II, San José. 
 
ASTIER, L.J., 1975: Geofísica Aplicada a la Hidrogeología.-344 págs. Ed. Paraninfo, Madrid. 
 
ÁVILA, B. M., 1981: Informe geofísico de avance, zona de tubería forzada y tanque de oscilación.-8 págs. 
Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1983a: Informe sobre investigaciones geofísicas en el Proyecto Ventanas-Garita, Desarenador, 
Trinchera y Línea de Túnel.-13 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1983b: Resumen de datos geofísicos en el sitio de Toma Río Ciruelas, margen izquierda.-3 
págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1984a: Refracción sísmica y microsísmica en la zona de intersección de túneles (PID).-6 págs. 
Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1984b: Informe geofísico de resistividad eléctrica efectuada en el punto PID, Línea de Centro de 
túnel-6 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1984c: P.H. Ventanas Garita, microsísmica Túnel 1-Boca 2.-8 págs. Depto. de Geología, ICE, 
San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1985a: Microsísmica margen izquierda río Virilla, P.H. Ventanas Garita.-7 págs. Depto. de 
Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
  
132 
 
ÁVILA, B. M., 1985b: P. H. Virilla, Informe geofísico Etapa Preliminar.-15 págs. Depto. de Geología, ICE, San 
José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1985c: P.H. Ventanas Garita, microsísmica Túnel 2-Boca 1, y Túnel 2-Boca 2.-8 págs. Depto. de 
Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1986a: Microsísmica de la galería margen izquierda del sitio de presa Virilla, P.H. Ventanas 
Garita.-7 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1986b: Microsísmica Post-inyección Túnel 1, Estaciones 1+019 a 1+307, 1+800 a 2+268, 2+650 
a 3+010. P.H. Ventanas Garita.-7 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1986C: P. H. Virilla, Informe geofísico de avance a la Prefactibilidad.-14 págs. Depto. de 
Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. & LEANDRO G., 1997a: Estudio geofísico de refracción sísmica, microsísmica y resistividad 
eléctrica para la zona de salida del túnel de conducción, P.H. Brasil-13 págs. Depto. de Geología, ICE, 
San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B. M., 1997b: Informe geofísico de microsísmica en el túnel de conducción estaciones 0+325 a 0+940. 
P.H. Brasil.-6 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
ÁVILA, B., 2004: Proyecto Hidroeléctrico Pirris, Túnel de Conducción.-5 págs. C.S. Exploración Subterránea, 
ICE, San José [Inf. interno.]. 
 
BARTON, N., 2007: Rock quality, seismic velocity, attenuation and anisotropy.-729 págs. Ed. Taylor & Francis 
Group, Londres. 
 
BELLON, H., & TOURNON, J., 1978: Contribution de la géochronométrie K-Ar à l’ étude du magmatisme de 
Costa Rica, Amérique Centrale. Bull Societé geologique de France. 6: 955-959 págs. 
 
BERGOEING, J. P; MALAVASSI V., JIMENEZ, R., 1980: Síntesis geológica del Valle Central de Costa Rica, 
escala 1:100000. IGN, San José. 
BOLLO, M F., 1979: Informe sobre las características geotécnicas del proyecto hidroeléctrico 
Angostura-Izarco sobre el río Reventazón.- 45 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. 
[Inf. interno.]. 
 
BOLT, A. B., 1976: Nuclear explosions and earthquakes: The Parted Veil. – Ed. W.F Freeman and Co, San 
Francisco. 
 
CANTOS, F.J., 1989: Tratado de geofísica aplicada.- 535 págs. Ed. Inst. Geol. y Minero de España, Madrid. 
  
133 
 
 
CASTILLO, R., 1969: Geología de los mapas Abra y partes de Río Grande, Costa Rica.-40 págs. Dirección de 
Geol. Minas y Petróleo, San José. [Inf. Tec.]. 
 
CROSBY, I., 1940: Geology of the Virilla Canyon, Meseta Central Occidental, Costa Rica.- Proc. 8th Amer. Sc. 
Congr. 4:483-494.  
 
DENGO, O. C & CHAVERRI, G. R., 1951: Resumen de tesis 1944: Reseña geológica de la región suroeste de 
la Meseta Central de Costa Rica. Rev. Univ. de Costa Rica, (5): 313-326 págs. 
 
DENYER, P & ARIAS, M., 1991: Estratigrafía de la región central de Costa Rica.- Rev. Geol. de Ámer. Central. 
12:1-59 págs. 
 
DENYER, P & ARIAS, M., 1990: Geología de la Hoja Abra, escala 1:50000, IGN, San José. 
 
DENYER, P. & MONTERO, P., 1988: Mapa Geo-Estructural y Sismos del Valle Central.-Escala 1:50000. IGN, 
San José. 
 
DIBIASE. R., 2005: Seismic Refraction Analysis of Sediment Fill in Ciclone Graben, Needless Distric, 
CanyonLands National Park.-15 págs. University of California, Berkeley.  
http://keck.wooster.edu/publications/eighteenthannual. 
 
DÓNDOLI, C., 1943: Visión rápida geoagronómica de la Meseta Central.- Boletín. Depto. Nacional de 
Agricultura. 36: 1-15 págs 
 
DÓNDOLI, C., 1949: Informe geológico sobre las posibilidades acuíferas de los terrenos y alrededores de la 
finca de la Junta de Protección Social, distrito de Pavas. Rev. Suelo Tico, IICA, UCR y MAG. Vol. 2: 
440-454 págs.  
 
DÓNDOLI, C., 1950: Informe geológico sobre las canteras de Colima y del Río Virilla. Rev. Suelo Tico, IICA, 
UCR y MAG., (4): 251-252 págs. 
 
DÓNDOLI., C., 1958: Condiciones Geológicas del área del Alto Virilla y condiciones para un embalse de aguas 
para el Área Metropolitana.-63 págs. Dirección de Geología Minas y Petróleo. Esc Centroamericana de 
Geol. [Inf. Tec.]. 
 
DONDOLI, C., & CHAVES, C. R., 1968: Mapa geológico del Valle Central,- Escala 1:150000, IGN, San José. 
 
ECHANDI, E. E., 1981: Unidades volcánicas de la Vertiente Norte de la cuenca del Río Virilla.-123 págs. Univ. 
de Costa Rica, San José. [Tesis Lic.]. 
 
  
134 
 
FERNÁNDEZ, M., 1969: Las Unidades hidrogeológicas y los manantiales de la vertiente Norte de la cuenca 
del río Virilla.-45 págs. Investigación en Aguas Subterráneas [Inf. Tec.]. 
 
FLORES, H., HERNÁNDEZ, E., VEGA. E., 1988: Cartografía Geológica de parte de las hojas Abra y Río 
Grande (Ciudad Colón).-50 págs. Univ. de Costa Rica, Curso Geol. de Campo II, San José. 
 
FUSTER, J.M & STRONG P.M., 1961: Introducción a la prospección geofísica.-483 págs. Ed. Omega S.A, 
Barcelona. 
 
GANS, P., 1999: 40Ar/39Ar Geochonology of some Costa Rica volcanic rocks.- Univ. de Santa Bárbara. 
[inédito]. 
 
GANS, P.B., ALVARADO, G., PÉREZ, W., MACMILLAN, I., & CALVERT, A., 2003: Neogene Evolution of the 
Costa Rica Arc and Development of the Cordillera Central. Geological Society of America 99th, April, 
2003. 
 
GONZÁLEZ DE VALLEJO, L, FERRER, M., ORTUÑO L., & OTEO, C., 2002: Ingeniería Geológica.-744 págs. 
Pearson Edicación, Madrid. 
 
GRIFFITHS, D. H & KING, R. F., 1972: Geofísica aplicada para ingenieros y geólogos.-229 págs. Ed. 
Paraninfo, Madrid. 
 
HANNAH, S., VOGEL, T., PATINO, L., ALVARADO, G., PÉREZ, W., & SMITH, D., 2002: Origin of silicic rocks 
in Central Costa Rica: a study of a chemical variable ash-flow sheet in the Tiribí Tuff. Bull Volcanol, Ed. 
Springer-Verlag. 64:117-133 págs. 
 
HAGEDOORN, J. G., 1958: The plus-minus methods of interpretation seismic refraction sections. Rev. 
Geophysical Prospecting, European Association of Exploration Geophysicist, London 58-82. 
 
HOWELL. W., 1952: Volcanic history of the Meseta Central Occidental, Costa Rica.- Univ. de California, Pub. 
Ciencias Geol. Vol. 29 (4): 145-180 págs. 
 
ICE, s.f: Instituto Costarricense de Electricidad-15 págs. Folleto Informativo de la Dirección de Mercadeo 
Corporativo y Relaciones Públicas, San José.- http://www.grupoice.com. 
 
KUSSMAUL, S., & SPRECHAMANN, P., 1982: Estratigrafía de Costa Rica (América Central), II: Unidades 
litoestratigráficas ígneas.- V Congreso Latinoamericano de Geología, Buenos Aires. Acta nº1: 73-79 
págs. 
 
LEANDRO, C., 1999: Estudio de deslizamiento margen derecha del río Virilla aguas abajo planta San 
Antonio.-15 págs. Depto.de Geología, ICE, San José. [Inf. Tec.]. 
 
  
135 
 
LEANDRO, C., 2007: Informe tomografía sísmica tri-dimensional represas Belén y Electriona.-15 págs. 
INGEOFICA DOS MIL, S.A, San José. [Inf. Tec.]. 
 
LEANDRO, G. SAÉNZ L. F., & AVILA, M., 1985: P. H. Ventanas Garita, Estudio geofísico complementario del 
Sitio de Presa, Río Virilla.-15 págs. Depto. de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
LEANDRO, G., 1992: Cálculo de módulos elásticos dinámicos y estáticos con pruebas sísmicas de campo y 
laboratorio.-13 págs. Ed. ICE, San José [Nota. Tec.]. 
 
LEANDRO, G., 1998: Microsísmica del túnel de conducción tramo 0+590 a 1+020 P.H. Brasil.- 10 págs. Depto. 
de Geología, ICE, San José. [Inf. interno.]. 
 
LOSILLA, P. M., 1977: Consideraciones sobre el potencial de aguas subterráneas en la cuenca del Río Virilla 
y zonas propuestas para su explotación.- 42 págs. Servicio Nacional de Aguas Subterráneas, SENAS. 
[Inf. Tec.]. 
 
LOSILLA, P. M., 1986: Mapa Hidrogeológico del Valle Central, Costa Rica.- Rev. Geol. de Amér. Central, 4: 
93-94 págs. 
 
MALAVASSI, V. E., 1965: Reseña Geológica del Valle Central.- 22 págs. Departamento de Geol. y Minas, 
Ministerio de Industrias, San Pedro de Montes de Oca. [Inf. Tec.]. 
 
MALAVASSI, E & MADRIGAL, R., 1967: Reseña Geológica del Área Metropolitana de Costa Rica.-12 págs. 
Dirección de Geología y Minas, Ministerio de Industria y Comercio. [Inf. Tec.]. 
 
MARSHALL, J. S., & IDLEMAN, B. D., 1999: 40Ar/39Ar age contraints on Quaternary landscape evolution of 
the central volcanic arc and Orotina debris fan, Geological Society American, Annual nº 06426. 
 
MARSHALL, J.S., IDLEMAN, B. D., GARDNER, T.W., & FISHER, D.M., 2003: Landscape evolution within a 
retreating volcanic arc, Costa Rica. Rev. Ámer. Central 31: 419-422. 
 
MARTINEZ, P & AZUAGA, M., 1997: Medición del módulo de elasticidad de Young.-11 págs. Dpto. de Física, 
Univ. de Buenos Aires, Buenos Aires.[Inf. Lab]. 
 
MOLINA, F., SALAZAR, M., LEÓN L. F., 1988. Geología de la hoja Abra y Río Grande, área al suroeste, Costa 
Rica.-12 págs. Univ. de Costa Rica, Curso de Geología de Campo II, San José. 
 
OYO Corporation, 2004: SeisImager Manual Versión 3.0 [Computer program manual]: Japan: OYO 
Corporation. 
 
PARASNIS, D.S., 1970: Principios de Geofísica aplicada.-205 págs. Ed. Paraninfo, Madrid. 
 
  
136 
 
REDPATH, B.B., 1973, Seismic refraction exploration for engineering site investigations, Technical Report E-
73-4, U.S. Army Engineering Waterways Experiment Station Explosive Excavation Research 
Laboratory, Livermore, California. 
 
PERALTA, S.A., 2007: Levantamiento sísmico de refracción somera y levantamiento geológico en el área de 
El Mamón, al norte del poblado de Urumaco, Estado de Falcón.-111 págs. Univ. Simón Bolívar, 
Sartenejas. [Tesis Grad]. 
 
PÉREZ, F. W., 2000: Vulcanología y petroquímica del evento ignimbrítico, del evento Pleistoceno Medio (0,33 
Ma) del Valle Central de Costa Rica.-170 págs. Univ. de Costa Rica, San José. [Tesis Lic.]. 
 
PEREZ, P. C., 2006: Perspectiva Global de la ciencia.-Proyecto de cooperación en materia de investigación e 
innovación entre los Departamentos de Física y Química, Tecnología, Ciencias y Matemáticas del I.E.S. 
-http://pagina.jccm.es/edu/ies/cperezpastor/dptos/fq/matcien/braquis/braquis.htm. 
 
PÉREZ, W., ALVARADO, G., & GANS, P.B., 2006: The 322 ka Tiribí Tuff: Stratigraphy, geochronology and 
mechanism of deposition of the largest and most recen ignimbrite in the Valle Central, Costa Rica. Bull. 
of Volcanology, 69: 25-50 págs. 
 
PINILLA, B., 1992: Geoquímica regional de las Hojas Abra y Barva, Valle Central, Costa Rica.-101 págs. Univ. 
de Costa Rica, San José. [Tesis Lic.]. 
 
ROSALES, C. 2000: Sobre el comportamiento sísmico de los depósitos de suelo del área de Cañaveralejo, 
Calí Colombia.-245 págs. Univ. del Valle, Calí. [Tesis Grad]. 
 
SCHAUFELBERGER, P., 1935: Un estudio geológico sobre la Meseta Central Occidental.- Rev. Inst. Def. del 
Café. 2: 12-19 págs. 
 
SCHOSINSKY, G., & VARGAS, A., 2001: Hidrogeología de un sector de la margen izquierda del río Virilla, 
provincia de San José, Costa Rica.- Rev. Geol. Amér. Central. 24: 93-102 págs. 
 
SPRECHMANN, P., 1984: Manual de Geología de Costa Rica.-320 págs. Ed. Univ. de Costa Rica, San José. 
 
TELFORD, W. M., SHERIFF, R. E., GELDART, L. P., 1990. Applied Geophysics.-620 págs. Cambridge  
University. 
 
VARGAS, S. A., 1994: Evaluación de características químicas de aguas superficiales e hidrogeológicas en la 
Subcuenca parte alta del Río Virilla y Río Durazno, cantón Vázquez de Coronado, provincia de San 
José, Costa Rica.-235 págs. Univ de Costa Rica. [Tesis Lic.]. 
 
WEYL, R., 1956: El Valle Central.- 29-44 págs. Instituto Geográfico Nacional y Ministerio de Obras Públicas y 
Transporte. [Inf. Trim.]. 
  
137 
 
ANEXOS.  
1. DESCRIPCIONES PETROGRÁFICAS 
 
2. ANÁLISIS DE VELOCIDAD VP DE LOS DIFERENTES ESTUDIOS GEOFÍSICOS 
REALIZADOS CON LOS POSIBLES PARÁMETROS GEOTÉCNICOS APLICADOS A 
CADA LITOLOGÍA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
138 
 
ANEXO 1. Descripciones Petrográficas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
139 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
140 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
141 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
142 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
143 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
144 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
145 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
146 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Descripción microscópica realizada por Geol. Manuel A. Barrantes Víquez 
  
147 
 
*Estos valores presentan un Q>4, por lo que se utiliza la expresión Q=(Vp*3600/50) 
 
T
i
p
o
 
d
e
 
r
o
c
a
 
Litologías 
Vp  
(km/s) 
PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA 
Referencia Ripabilidad 
(Caterpillar D-9) 
Índice Q Densidad de la roca 
(kg/m3) 
(  = aVp0,25) 
RQD 
Valor Q 
 
Q=10[(Vp-3500)/1000] 
Calidad de la roca % Rango Grado de fracturación 
R
O
C
A
S
 
I
G
N
E
A
S
 
Toba alterada 0,7-1,3 Ripado fácil 0,0016-0,0063 
Roca excepcionalmente 
mala 
N.A N.A N.A Ávila (1981) 
Toba lacustre 0,6-2,1 Ripado fácil-normal 0,0013-0,0398 
Roca extremadamente 
mala 
N.A N.A N.A Ávila (1983a) 
Ignimbrita gris masiva 1,8-2,0 No son ripables 0,0200-0,0316 Roca extremadamente 
mala  
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1981) 
Ignimbritas alteradas 1,4-1,6 Ripado normal 0,0079-0,0126 Roca excepcionalmente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1984c) 
Brechas volcanoclásticas 0,8-0,9 Ripado fácil 0,0020-0,0025 
Roca 
excepcionalmente 
mala 
N.A 
< 25% Roca fuertemente fracturada 
Bonilla (2012) 
Lavas sanas 2,8-4,3 No son ripables 0,1995-14,000* Roca muy mala 
Roca buena 
N.A 25-50% 
75-95% 
Roca con numerosas fracturas 
Roca con pocas fracturas 
Ávila (1981) 
Lavas sanas 1,5-3,1 Ripado normal a no rippable 
0,0100-0,3981 
 
Roca extremadamente 
mala a muy mala 
N.A < 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1984a, 
1984b) 
Lavas 2,0-3,0 No son ripables 0,0316-0,3162 Roca extremadamente 
mala a muy mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1985a) 
Lavas andesíticas sanas 2,5-3,5 No son ripables 0,1000-1,000 Roca muy mala N.A < 25% 25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1985c) 
Lavas lajeadas sanas 2,2-4,0 No son ripables 0,0501-3,1623 Roca mala N.A 25-50% 50-75% 
Roca con numerosas fracturas 
Roca fracturada en grado medio 
Ávila (1984c) 
Lavas lajeadas meteorizadas 1,8-2,4 No son ripables 0,0200-0,0794 Roca extremadamente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986b) 
Lava meteorizada 0,6-1,4 Ripado fácil-normal 0,0013-0,0079 Roca excepcionalmente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1984a, 
1984b) 
Lava meteorizada 1,6-2,0 Ripado normal a no rippable 0,0126-0,0316 Roca  extremadamente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1983b) 
Lavas andesíticas fracturada 1,2-2,1 Ripado normal a no rippable 0,0050-0,0398 Roca excepcionalmente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1985c) 
Lavas andesíticas 3,3-4,3 No son ripables 0,63-14,000* Roca muy mala a 
buena 
N.A 25-50% 
75-95% 
Roca con numerosas fracturas 
Roca con pocas fracturas 
Bonilla (2012) 
Lavas fracturadas 1,6 Ripado normal 0,0126-0,0003 
Roca  
excepcionalmente 
mala 
N.A 
< 25% Roca fuertemente fracturada  
Bonilla (2012) 
Lavas andesíticas masivas 3,7-4,8 No son ripables 1,5849-24,000* Roca mala a buena 
N.A 50-75% 
75-95% 
>95% 
Roca fracturada en grado medio 
Roca con pocas fracturas 
Roca sin fracturas 
Bonilla (2012) 
Aglomerado volcánico 0,9-1,15 Ripado fácil 0,0025-0,0045 Roca  excepcionalmente 
mala 
N.A < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1983a) 
ANEXO 2. Análisis de Velocidad Vp de los diferentes estudios geofísicos realizados con los posibles parámetros geotécnicos aplicados a cada litología. 
 
  
148 
 
T
i
p
o
 
d
e
 
r
o
c
a
 
Litologías Vp (km/s) 
PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA 
Referencia Ripabilidad  
(Caterpillar D-9) 
Índice Q Densidad de la roca 
(kg/m3) 
(  = aVp0,25) 
RQD 
Valor Q 
 
Q=10[(Vp-3500)/1000] 
Calidad de la roca % Rango Grado de fracturación 
R
O
C
A
S
 
S
E
D
M
E
N
T
A
R
I
A
S
 
Conglomerado 1,2-2,1 Ripado normal a no rippable 0,0050-0,0398 Roca  excepcionalmente 
mala 1747,88 2010,35 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1984c) 
Conglomerados sanos con vetillas de calcita 2,6-3,0 No son ripables 0,1259-0,3162 Roca muy mala 2120,61 2197,84 < 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986a) 
Conglomerados calcáreos 2,4-2,6 No son ripables 0,0794-0,1259 Roca  excepcionalmente 
mala 2078,59 2120,61 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986b) 
Conglomerado sanos 2,0 No son ripables 0,0316 Roca  excepcionalmente 
mala 1985,98 1985,98 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986a) 
Roca sedimentaria areniscas y conglomerados 3,5-4,0 No son ripables 1,000-3,1623 Roca mala 2284,20 2361,74 50-75% Roca fracturada en grado medio 
Leandro et al. 
1986 
Roca sedimentaria 1,8-2,2 No son ripables 0,0200-0,0501 Roca  extremadamente 
mala 1934,35 2033,87 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria 1,9-2,2 No son ripables 0,0251-0,0501 Roca  extremadamente 
mala 1960,67 2033,87 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria 2,2-2,9 No son ripables 0,0501-0,2512 Roca  extremadamente 
mala a muy mala 2033,87 2179,29 < 25% 
Roca fuertemente fracturada Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria saturada 2,4-2,6 No son ripables 0,0794-0,1259 Roca  extremadamente 
mala 2078,59 2120,61 < 25% 
Roca fuertemente fracturada Ávila (1986c) 
Roca sedimentaria arenisca y conglomerado 3,5-4,0 
No son ripables 
1,000-3,1623 Roca mala 2284,20 2361,74 50-75% Roca fracturada en grado medio 
Leandro et al. 
(1986) 
Areniscas y lutitas 1,4-2,1 Ripado duro a no ripable 0,0079-0,0398 Roca  excepcionalmente 
mala 1816,55 2010,35 < 25% 
Roca fuertemente fracturada Ávila (1985c) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,3-3,5 
No son ripables 
0,0631-1,000 Roca  extremadamente 
mala a muy mala 
2056,59 2284,20 
< 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila & 
Leandro 
(1997a) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,8-3,4 
No son ripables 
0,1995-0,7943 Roca mala a muy mala 
2160,26 2267,70 
< 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila & 
Leandro 
(1997a) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,5-3,4 No son ripables 0,1000-0,7943 Roca mala a muy mala 2099,91 2267,70 < 25% 25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1997b) 
Areniscas lutitas y brechas verdes 2,8-4,0 
No son ripables 
0,1995-3,1623 Roca mala a muy mala 2160,26 2361,74 
< 25% 
25-50% 
50-75% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Roca fracturada en grado medio 
Leandro (1998) 
Alternancia de areniscas y conglomerados 2,4-3,2 No son ripables 0,0794-0,5012 Roca  muy mala 
extremadamente mala 2078,59 2233,59 
< 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1986a) 
Areniscas de grano fino 1,9-3,5 No son ripables 0,0251-1,000 Roca  muy mala 
extremadamente mala 1960,67 2284,20 
< 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1984c) 
Areniscas finas 2,0-2,2 No son ripables 0,0316-0,0501 Roca  extremadamente 
mala 1985,98 2033,87 < 25% 
Roca fuertemente fracturada Ávila (1986b) 
Areniscas de grano medio 2,2-2,8 No son ripables 0,0501-0,1995 Roca  extremadamente 
mala 2033,87 2160,26 < 25% 
Roca fuertemente fracturada Ávila (1984c) 
Areniscas de grano fino y grueso 2,4-3,6 No son ripables 0,0794-1,2589 Roca  muy mala a 
extremadamente mala 2078,59 2300,34 
< 25% 
25-50% 
Roca fuertemente fracturada 
Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1984c) 
Areniscas de grano fino y grueso 2,6-3,5 No son ripables 0,1259-1,000 Roca muy mala 2120,61 2284,20 < 25% 25-50% Roca con numerosas fracturas 
Ávila (1986b) 
Arenisca de grano medio y grueso 2,3-3,0 No son ripables 0,0631-0,3162 Roca  muy mala a 
extremadamente mala 2056,59 2197,84 < 25% Roca fuertemente fracturada 
Ávila (1984c) 
Arenisca medias a gruesas 2,3-2,5 No son ripables 0,0631-0,1000 Roca  extremadamente 
mala 2056,59 2099,91 < 25% Roca fuertemente fracturada 
Ávila (1986b) 
Areniscas meteorizadas 0,9-2,3 Ripado fácil a no ripable 0,0025-0,0631 Roca  excepcionalmente  
mala 1626,59 2056,59 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1984c) 
Areniscas finas semi-alteradas 1,4-1,6 Ripado normal 0,0079-0,0126 Roca  excepcionalmente  
mala 1816,55 1878,22 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986a) 
Lutitas y areniscas meteorizadas 1,0-1,4 Ripado normal 0,0032-0,0079 Roca  excepcionalmente  
mala 1670,00 1816,55 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986a) 
Areniscas y conglomerados semi-alterados 1,5-2,0 Ripado duro a no ripable 0,0100-0,0316 Roca  extremadamente 
mala 1848,16 1985,98 
< 25% Roca fuertemente fracturada Ávila (1986a) 
  
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