Estudio del comportamiento esfuerzo-deformación de suelos arcillosos en zonas tropicales en relación con su génesis en tres zonas piloto en Colombia

1 UNIVERSIDAD DE SEVILLA Doctorado en Recursos Naturales y Medio Ambiente TESIS DOCTORAL ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESFUERZO-DEFORMACIÓN DE SUELOS ARCILLOSOS EN ZONAS TROPICALES EN RELACIÓN CON SU GENESIS EN TRES ZONAS PILOTO EN COLOMBIA MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTORA PRESENTADA POR Yolanda Calderón Larrañaga Director PhD. , Mario Camilo Torres Universidad Nacional de Colombia Tutora PhD., Isabel González Diez Universidad de Sevilla 2022 2 A mis hijos Angélica y Andrés mi esposo Alberto, mi padre Hernando y en memoria de mi madre Anita 3 RESUMEN En esta investigación que se presenta como tesis doctoral, se han estudiado suelos finos predominantemente arcillosos en tres zonas piloto en Colombia respecto de su comportamiento esfuerzo – deformación en zonas seleccionadas a partir de criterios asociados a la génesis de los materiales y condiciones geoclimáticas, para así establecer dos aspectos básicos en los análisis planteados: 1.) materiales de origen geológico diferenciado y 2.) materiales sometidos a cambios medio ambientales característicos diferenciales en cada zona. Lo anterior, con el fin de establecer si existen suficientes soportes conceptuales que permitan definir criterios de aplicabilidad de ensayos y modelos geotécnicos específicos que puedan ser usados en los suelos con base en su génesis y evolución. El estudio parte de una adecuada selección e identificación de tres zonas piloto de estudio desde la megaescala hasta escala local a partir de sus características geológicas, geomorfológicas y geoclimáticas predominantes, con base en la construcción de un modelo geológicogeomorfológico fundamentado en criterios geomorfoestructurales y morfogenéticos, aplicable a los fines de esta investigación. Esto dando como resultado, la selección de los siguientes materiales identificados en tres zonas: materiales de origen lacustre (un sector de Sabana de Bogotá, zona piloto 1), volcánico (un sector del departamento de Quindio- Zona piloto 2) y marino costero (un sector del municipio de Barranquilla, zona piloto 3) Se efectuó una caracterización geomecánica de los suelos identificados en las zonas piloto, seleccionados a partir de criterios de comparabilidad, con el fin de disminuir las incertidumbres en los resultados y poder contrastarlos, a la luz de la información geotécnica obtenida y de la aplicación de modelos para análisis prospectivos del comportamiento de los suelos. En esta caracterización se incluyeron análisis desde la macroestructura hasta la microestructura, llevando a cabo ensayos de laboratorio mecánicos y químicos, además de análisis en estado crítico sobre muestras seleccionadas, y análisis de información producto de ensayos existentes obtenidos a partir de información secundaria. Se logró obtener una propuesta de modelo geológico – geomorfológico que asocia la génesis de los suelos con la existencia de suelos finos predominantemente arcillosos y relaciona diferentes escalas espacio – temporales, mediante una identificación coherente de áreas de estudio geotécnico local y puntual a nivel de comportamiento geomecánico. Se aplicaron diferentes herramientas y técnicas de laboratorio que no solo incluyen el conocimiento desde la ingeniería geotécnica sino la geología, la 4 geomorfología, análisis químicos, análisis geoestadísticos y análisis con uso de sistemas de información geográfico, permitiendo generar resultados correlacionables y de mayor confiabilidad a nivel espacio – temporal de polígonos de estudio. Un resultado de especial importancia se asocia a los suelos de origen volcánico, dado que el uso de técnicas de laboratorio convencionales para identificación de propiedades índice no permite establecer una identificación real de suelos arcillosos, y es necesario el uso de análisis químicos adicionales, con el fin de tener una identificación veraz del tipo de suelos finos presentes. Para el caso de los suelos lacustres y volcánicos se pudo identificar como minerales arcillosos predominantes la caolinita y la moscovita. Sin embargo, la presencia de minerales amorfos en los suelos volcánicos genera una diferencia importante en su comportamiento geomecánico. De especial importancia es el hecho de que los suelos volcánicos y marinos estudiados, presentaron una tendencia a falla frágil en condición pico y posteriormente una falla dúctil en condición residual, mientras que, en el caso de los suelos lacustres, se obtuvo una tendencia a falla dúctil tanto en condición pico como residual. En general las correlaciones de los índices de consistencia desarrolladas por diferentes autores con las propiedades esfuerzo-deformación de los suelos, generan resultados consistentes para los suelos lacustres y marinos en la mayor parte de los casos, especialmente si se tiene la presencia de montmorillonita como es el caso de la zona piloto 3. Lo anterior no ocurre para los suelos volcánicos en donde se presenta una muy alta dispersión de los resultados que no facilita plantear una tendencia de comportamiento. El uso de diferentes modelos constitutivos permitió concluir que en general los modelos Mohr Coulomb, Cam Clay y Duncan Chang ofrecen una modelización razonable de los principales elementos del comportamiento tensión desviadora-deformación observado en los ensayos triaxiales CU realizados. Los modelos Mohr Coulomb y Cam Clay aplican especialmente para suelos NC, obteniendo buenos resultados para los suelos lacustres que tienen un grado ligero de sobreconsolidación y un comportamiento que se ajusta más al modelo elasto-plástico. Para los suelos volcánicos el ajuste más adecuado se logró con el modelo hiperbólico Duncan Chang. En general los modelos presentan un buen ajuste en la zona elástica. El uso del método francés como alternativa cuando la mayor parte de los ensayos que se tienen son de caracterización básica, permite identificar posibles comportamientos esfuerzo – deformación que 5 se ajustan con las tendencias de materiales finos arcillosos para suelos lacustres. No ocurre igual para suelos volcánicos y marinos, los cuales requieren estudios complementarios para establecer tendencias de comportamiento mecánico. El desarrollo del presente trabajo representa un avance en la aplicación de estudios de comportamiento geomecánico de suelos para la práctica convencional de la ingeniería, donde se relacionan en forma directa con su génesis. Sin embargo, no solo se debe tener cuenta los resultados de análisis convencionales. Es necesario un trabajo interdisciplinario donde se incluyan estudios de la microfábrica, especialmente para suelos de origen volcánico que han sido afectados a lo largo de su historia y evolución por procesos exógenos y endógenos intensos que han modificado su microestructura y por lo tanto su comportamiento. 6 SUMMARY In this research, presented as a doctoral thesis, fine soils predominantly clayey soils have been studied in three pilot areas in Colombia with respect to their stress - deformation behaviour, in selected areas, based on criteria associated with the genesis of the materials and geoclimatic conditions, in order to establish two basic aspects in the proposed analyses: 1.) materials of differentiated geological origin and 2.) materials subjected to characteristic differential environmental changes in each area. The purpose of this was to establish if there are sufficient conceptual supports to define criteria for the applicability of specific geotechnical tests and models that can be used on soils based on their genesis and evolution. The study starts from an appropriate selection and identification of three pilot study areas from the mega-scale to the local scale, by taking into account their predominant geological, geomorphological and geoclimatic characteristics, based on the construction of a geological-geomorphological model according to the geomorpho-structural and morphogenetic criteria, applicable to the purposes of this research. This allowed the selection of the following materials identified in three zones: materials of lacustrine origin (a sector of Sabana de Bogotá -Pilot zone 1), volcanic (a sector of the department of Quindio -Pilot zone 2-) and coastal marine (a sector of the municipality of Barranquilla -Pilot zone 3-). A geomechanical characterisation of the soils identified in the pilot areas was carried out, selected by comparability criteria in order to reduce uncertainties in the results and be able to contrast them with the geotechnical information obtained and the application of models for prospective analysis of soil behaviour. This characterisation included analyses from the macrostructure to the microstructure, mechanical and chemical laboratory tests, critical state analyses on selected samples, and analysis of information from existing tests obtained from secondary sources. The geological-geomorphological model proposed associates the genesis of the soils with the existence of fine, predominantly clayey soils and relates different spatial-temporal scales by coherently identifying local and specific geotechnical study areas at the level of geomechanical behaviour. Different laboratory tools and techniques were applied that not only include knowledge from geotechnical engineering but also geology, geomorphology, chemical analysis, geostatistical analysis and analysis with the use of geographic information systems, allowing the generation of correlated and more reliable results at the spatial-temporal level of study polygons. 7 A particularly important result is associated with soils of volcanic origin, given that the use of conventional laboratory techniques for the identification of index properties does not allow a real identification of clayey soils, making it necessary to use additional chemical analyses in order to have a true identification of the type of fine soils present. In the case of lacustrine and volcanic soils, kaolinite and muscovite were identified as the predominant clay minerals. However, the presence of amorphous minerals in the volcanic soils generates an important difference in their geomechanical behaviour. Of special importance is the fact that the volcanic and marine soils studied showed a tendency to brittle failure in peak condition and later ductile failure in residual condition, while in the case of the lacustrine soils, a tendency to ductile failure was obtained in both peak and residual condition. In general, the correlations of the consistency indices developed by different authors with the stress-strain properties of the soils provide consistent results for lacustrine and marine soils in most cases, especially if montmorillonite is present, as is the case in pilot zone 3. This is not the case for volcanic soils, where there is a very high dispersion of results that does not make it easy to establish a behavioural trend. The use of different constitutive models led to the conclusion that in general, the Mohr Coulomb, Cam Clay and Duncan Chang models offer a reasonable modelling of the main elements of the deflective stress-strain behaviour observed in the triaxial CU tests performed. The Mohr Coulomb and Cam Clay models apply especially for NC soils, obtaining good results for lacustrine soils, which have a slight degree of overconsolidation and a behaviour more in line with the elasto-plastic model. For volcanic soils the best fit was achieved with the Duncan Chang hyperbolic model. In general the models show a good fit in the elastic zone. The use of the French method as an alternative when most of the tests available are of basic characterisation, allows for identifying possible stress-strain behaviours that fit with the tendencies of fine clayey materials for lacustrine soils. This is not the case for volcanic and marine soils, which require complementary studies to establish trends in mechanical behaviour. The development of the present work represents an advance in the application of geomechanical behaviour studies of soils for conventional engineering practice, where they are directly related to their genesis. However, considering the results of conventional analyses alone are not enough. It is necessary to include an interdisciplinary work with study of the micro-factory - especially for soils of volcanic origin, 8 which have been affected throughout their history and evolution by intense exogenous and endogenous processes that have modified their microstructure and therefore their behaviour. 9 AGRADECIMIENTOS Bastante complicado al final de un largo proceso de trabajo e investigación, es afrontar los agradecimientos de una Tesis Doctoral. A lo largo no solo de este tiempo, sino de mi historia profesional, he recibido el apoyo y la guía de varias personas e instituciones que han contribuido desde diferentes puntos al logro de mis objetivos como profesional y como persona. Aunque son muchas personas e instituciones, espero mencionarlas a la mayoría de ellas, ofreciendo disculpas anticipadas a los que pudieran quedar por fuera de estas líneas. A nivel institucional un enorme agradecimiento al Servicio Geológico Colombiano (SGC), institución que ha sido parte fundamental en mi formación como profesional, por el apoyo a esta investigación a través del uso de sus laboratorios, personal técnico y equipos, además de la inmensa contribución que representó facilitar el material de estudio e información, sin el cual esta investigación no hubiera podido ser desarrollada. Naturalmente, debo agradecer a la Universidad de Sevilla, por abrirme las puertas como investigador con un trabajo que, aunque a distancia, ha sido siempre apoyado mediante formación y guía por parte de la Universidad. Igualmente, a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas y la Universidad Militar Nueva Granada en donde también se desarrolló parte de la experimentación de laboratorio contando con el apoyo de personal técnico y equipos especializados. Desde lo personal, debo agradecer al director de mi tesis, el Ingeniero Mario Camilo Torres de la Universidad Nacional de Colombia, por su guía, preocupación y valiosos aportes durante el desarrollo de este trabajo de investigación, quien a pesar de sus múltiples ocupaciones siempre estuvo atento a brindarme su apoyo incondicional. Igualmente, a la profesora Isabel González Diez de la Universidad de Sevilla, quien, a través de su seguimiento y valiosos aportes, me dio esta oportunidad. Gracias por abrirme un espacio importante para continuar con el reto que significó este trabajo y empujarme a seguir mejorando día a día y confiar en mí. Muy especialmente agradezco al Dr. Hernando Alberto Camargo director de Laboratorio del Servicio Geológico Colombiano y el geólogo Héctor Enciso, quienes brindaron su apoyo y dieron soporte a esta propuesta de investigación, así como a los compañeros de trabajo del grupo de Laboratorio del SGC en general y el grupo de técnicos de los laboratorios de Geotecnia, cuyo apoyo desinteresado y amistad permitió alcanzar este logro. 16 Figura 5.17 Perfiles geológicogeotécnico tipo Sabana de Bogotá- Municipio de Tabio- Parte A (fuente propia). ...................................................................................................................................................... 174 Figura 5.18 Perfiles geológicogeotécnicos tipo Sabana De Bogotá- Municipio de Tabio- Parte B- Convenciones y coordenadas (fuente propia) .......................................................................................... 175 Figura 5.19 Perfiles geológicogeotécnico tipo Quindíomunicipio de Montenegro- Parte A (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 176 Figura 5.20 Perfiles geológicogeotécnico tipo Quindíomunicipio de Montenegro y Tebaida- Parte A (fuente propia) .......................................................................................................................................... 177 Figura 5.21 Perfiles geológicogeotécnico tipo Quindíomunicipio de Montenegro- Parte A y B (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 178 Figura 5.22 Perfiles geológicogeotécnicos Quindío- Municipio de Montenegro- Parte B-Convenciones y coordenadas (fuente propia) .................................................................................................................... 179 Figura 5.23 Perfiles geológicogeotécnicos Quindío- Municipio de Montenegro y Tebaida- Parte B- Convenciones y coordenadas (fuente propia) .......................................................................................... 180 Figura 5.24 Perfiles geológicogeotécnico Barranquillasector Loma Roja- Parte A y B (fuente propia) 181 Figura 5.25 Variación de los índices de consistencia con la profundidad municipio de Tabio con base en información secundaria- Sabana de Bogotá ............................................................................................. 199 Figura 5.26 Variación de los índices de consistencia con la profundidad municipios Montenegro, Tebaida y Armenia información primaria- Quindío ................................................................................................ 203 Figura 5.27 Variación de los índices de consistencia con la profunidad municipio de Barranquilla, sector Loma Roja.................................................................................................................................................. 205 Figura 5.28 Variación de los índices de consistencia con la profunidad municipio de Barranquilla, sector Loma Roja.................................................................................................................................................. 206 Figura 5.29 Equipos usado para el ensayo edométrico (fuente propia) ................................................... 208 Figura 5.30 Muestras recuperadas en el municipio de Tabio Cundinamarca (fuente propia) ................. 208 Figura 5.31 Esquema de curva de consolidación procedente de un ensayo de consolidación ................ 211 Figura 5.32 Equipo de corte directo marcar CONTROLS usado para la ejecución de ensayos de corte directo ....................................................................................................................................................... 213 Figura 5.33 Equipo triaxial GDS, en la parte a) se presenta el equipo triaxial utilizado para las pruebas y en la parte b) se presentan los controladores de Presión / volumenFigura ............................................ 214 Figura 5.34 Equipo triaxial GDS, en la parte a) se presenta la probeta M2 y en la parte b) se las probetas instaladas en los controladores ................................................................................................................ 214 Figura 5.35 Muestras al final de la etapa de corte en el ensayo Triaxial – parte a; Muestras después del secado parte b. ......................................................................................................................................... 216 Figura 5.36 Parámetros de resistencia a partir de ensayos de compresión simple zona piloto 1............ 218 Figura 5.37 Parámetros de resistencia a partir de ensayos de compresión simple zona piloto 2............ 218 Figura 5.38 Parámetros de resistencia a partir de ensayos de compresión simple zona piloto 3............ 219 Figura 5.39 Relación entre el módulo Eu y Su para las tres zonas piloto ................................................. 220 Figura 5.40 Difractogramas muestras S-2 Tabio – Sabana de Bogotá ...................................................... 227 Figura 5.41 Difractogramas muestras Tab-1 Tabio – Sabana de Bogotá ................................................. 228 Figura 5.42 Difractogramas muestras MN-1- Montenegro- Quindío ....................................................... 229 Figura 5.43 Difractogramas muestras TEB-3- Tebaida- Quindío ............................................................... 230 Figura 5.44 Difractogramas ensayo DRX- muestras M2, M6, M7 Y M11, Zona piloto 3, Municipio de Barranquilla- Fases Cristalinas Mt ( montmorillonita), micas (I y M Muscovita), K (caolinita), C ( calcita). 17 Los picos denotados por asteriscos están asociados posiblemente con interestratificados (tomado de Rodriguez, 2011). ...................................................................................................................................... 232 Figura 5.45 Espectro FTIOR para la fracción fina (˂ 0.075 mm) de las arcillas de Barranquilla, M2, M7, M11, Fases cristalinas: F feldespatos, Qz cuarzo. (tomado de Rodríguez, 2011) ..................................... 233 Figura 5.46 Variación de elementos en muestras S-2 y TAB-1 municipio de Tabio – Sabana de Bogotá, ensayo FRX ................................................................................................................................................ 238 Figura 5.47 Variación de minerales en muestras S-2 municipio de Tabio – Sabana de Bogotá, ensayo DRX .................................................................................................................................................................. 238 Figura 5.48 Variación de elementos en muestras S-2 y TAB-1 municipio de Tabio – Sabana de Bogotá, ensayo FRX ................................................................................................................................................ 240 Figura 5.49 Variación de minerales en muestras MN-1 y TEB-3 municipios de Montenegro y Tebaida – Quindio, ensayo DRX ................................................................................................................................. 240 Figura 6.1 Variación de Su (Laboratorio) con la profundidad para las tres zonas piloto .......................... 256 Figura 6.2 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 1 ............................................................................ 261 Figura 6.3 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 2 ............................................................................ 262 Figura 6.4 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 3 ............................................................................ 263 Figura 6.5 Variación típica del esfuerzo cortante τ en condición pico y residual con la deformación horizontal para la zona piloto 1 ................................................................................................................ 266 Figura 6.6 Variación típica del esfuerzo cortante τ en condición pico y residual con la deformación horizontal para la zona piloto 2 ................................................................................................................ 266 Figura 6.7 Variación típica del esfuerzo cortante τ en condición pico y residual con la deformación horizontal para la zona piloto 3 ................................................................................................................ 267 Figura 6.8 Variación de Cs y Cc a partir de datos de laboratorio con la profundidad por zona piloto .... 270 Figura 6.9 Relaciones obtenidas entre Cs y Cc a partir de datos de laboratorio por zona piloto. ........... 271 Figura 6.10 Variación del esfuerzo vertical efectivo, el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 1 ........................................................... 273 Figura 6.11 Variación del esfuerzo vertical efectivo , el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 2 ........................................................... 274 Figura 6.12 Variación del esfuerzo vertical efectivo , el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 3 ........................................................... 275 Figura 6.13 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 1: Sabana de Bogotámunicipio de Tabio .................................................................................................................................... 279 Figura 6.14 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 2: Quindíomunicipios de Montenegro, Tebaida y Armenia .............................................................................................................. 279 Figura 6.15 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 3: Municipio de Barranquilla – Sector de Loma Roja .......................................................................................................... 280 Figura 6.16 Variación del Índice de consistencia Ic con el Índice Plástico Ip por zona piloto .................. 282 Figura 6.17 Variación del Índice de consistencia Ic con la profundidad por zona piloto .......................... 283 Figura 6.18 Variación del Índice de consistencia Ic con el Límite Plástico por zona piloto ..................... 283 Figura 6.19 Correlación entre el Límite Líquido y el Indice de compresión Cc zona piloto 1 .................. 284 Figura 6.20 Correlación entre el Límite Líquido y el Indice de compresión Cc zona piloto 2 .................. 285 18 Figura 6.21 Correlación entre el Límite Líquido y el Indice de compresión Cc zona piloto 3 .................. 285 Figura 6.22 Variación del ángulo de fricción con el Índice de plasticidad ................................................ 287 Figura 6.23 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 1 .............................................. 289 Figura 6.24 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 2 .............................................. 290 Figura 6.25 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 3 .............................................. 290 Figura 6.26 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 1 ..................................................................... 292 Figura 6.27 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 2 ..................................................................... 292 Figura 6.28 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 3 ..................................................................... 292 Figura 6.29 Malla de Elementos FInitos .................................................................................................... 294 Figura 6.30 Vectores de desplazamiento de muestra cilíndrica en condición de falla. ............................ 294 Figura 6.31 Relación entre el ángulo de fricción NC y el Indice de Plasticidad, Das, Braja, 1983. ........... 296 Figura 6.32 Relación entre el ángulo de fricción SC y el Índice de Plasticidad, Das, Braja, 1983. ............ 297 Figura 6.33 Diagrama conceptual para obtener la cohesión ce. .............................................................. 297 Figura 6.34 Envolventes de trayectorias modelo Mohr Coulomb zona piloto 1-TAB 1 ............................ 302 Figura 6.35 Envolventes de trayectorias modelo Mohr Coulomb zona piloto 2-TEB 3 ............................ 303 Figura 6.36 Envolventes de trayectorias modelo Cam Clay zona piloto 1-TAB 1 .................................... 305 Figura 6.37 Envolventes de trayectorias modelo Cam Clay zona piloto 2- TEB-3 ................................... 306 Figura 6.38 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 1 – Sabana con σv’ de 100 kPa ......................................... 307 Figura 6.39 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 2- Quindio con σv’ de 100 kPa ......................................... 307 Figura 6.40 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 3- Barranquilla con σv’ de 100 kPa ................................. 308 Figura 6.41 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TAB 1- M3 Y M4 ....................................................................................................... 311 Figura 6.42 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TAB 1- M7 Y M8 ....................................................................................................... 312 Figura 6.43 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TEB 3- TAB 1- M6 y M7 ............................................................................................ 313 Figura 6.44 Relación entre el módulo elástico y el esfuerzo normal modelo Duncan Chang integrado zona piloto 1-TAB 1 ................................................................................................................................... 314 Figura 6.45 Relación entre el módulo elástico y el esfuerzo normal modelo Duncan Chang integrado zona piloto 2- TEB 3 .................................................................................................................................. 314 19 TABLA DE TABLAS Tabla 2.1 Áreas a Escala Regional Seleccionadas para el Estudio. ............................................................. 43 Tabla 2.2 Unidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en Sabana de Bogotá. .................................................................................................................................................................... 51 Tabla 2.3 Unidad litoestratigráfica de interés geológico para esta investigación en el departamento del Quindío (fuente propia) .............................................................................................................................. 53 Tabla 2.4 Subunidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en el departamento del Quindío (fuente propia) ................................................................................................ 53 Tabla 2.5 Unidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en el municipio de Barranquilla (fuente propia) ....................................................................................................................... 57 Tabla 4.1 Relación de procesos Geodinámicos y Categorías Geomorfológicas (adaptado INGEOMNAS 2005) ........................................................................................................................................................... 88 Tabla 4.2 Relación de las regiones morfogenéticas y las regiones climáticas definidas por Peltier 1953 en Thornbury (1960) y Caldas – Lang en Eslava 1994 respectivamente para las zonas piloto en evaluación 89 Tabla 4.3 Clasificación del clima ambiental según metodología de la Subdirección Agrológica de Instituto Geográfico Agustín Codazzi) ....................................................................................................................... 90 Tabla 4.4 Técnicas para el estudio de la fábrica de suelos ........................................................................ 95 Tabla 4.5 Parámetros constitutivos de Mohr – Coulomb (adaptado de Vintimilla, Ávila, 2004) ............ 110 Tabla 4.6 Parámetros constitutivos de Cam-clay (adaptado de Chacón, 2004) ...................................... 113 Tabla 4.7 Parámetros constitutivos de modelo hiperbólico Duncan - Chang (adaptado de Vintimilla, Avila 2004) ......................................................................................................................................................... 114 Tabla 4.8 Unidades Geológicas Superficiales – UGS de interés geológico para esta investigación en Sabana de Bogotá (fuente propia) ............................................................................................................ 116 Tabla 4.9 Consolidado Unidades y subunidades geomorfológicas presentes en Sabana de Bogotá (adaptado SGC, 2005). .............................................................................................................................. 118 Tabla 4.10 Unidades Geológicas Superficiales – UGS de interés geológico para esta investigación en departamento del Quindío (fuente propia) .............................................................................................. 120 Tabla 4.11 Consolidado Unidades y subunidades geomorfológicas presentes en el departamento del Quindío (adaptado SGC, 2005) ................................................................................................................. 121 Tabla 4.12 Unidades Geológicas Superficiales sector Loma Roja en el municipio de Barranquilla (Tomado de INGEOMINAS, 2011) ............................................................................................................................ 123 Tabla 4.13 Consolidado Unidades y subunidades geomorfológicas de interés en el municipio de Barranquilla (adaptado SGC, 2010). .......................................................................................................... 125 Tabla 5.1 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- Geología ......................................................................................................................... 133 Tabla 5.2 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- Geomorfologíainformación edáfica ............................................................................ 134 Tabla 5.3 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- climanivel freático ....................................................................................................... 135 Tabla 5.4 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Quindíoparte 1- Geología ................................................................................................................................................ 138 Tabla 5.5 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Quindíoparte 2- Geomorfologíainformación edáfica .................................................................................................... 139 20 Tabla 5.6 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Quindíoparte 3- clima ...................................................................................................................................................... 140 Tabla 5.7 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Municipio de Barranquilla ............................................................................................................................................... 143 Tabla 5.8 Información de muestreo geotécnico para las tres zonas piloto almacenada en base de datos para análisis básico (adaptado SGC, 2010) ............................................................................................... 146 Tabla 5.9 Información de muestreo geotécnico para las tres zonas piloto almacenada en base de datos por municipio y localidad (adaptado SGC, 2010) ...................................................................................... 146 Tabla 5.10 Revisión de información y localización cartográfica de Sondeos para Quindío (fuente propia) .................................................................................................................................................................. 148 Tabla 5.11 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Sabana de Bogotá (fuente propia) .......................................................................................................................................... 149 Tabla 5.12 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Quindío (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 149 Tabla 5.13 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Barranquilla (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 150 Tabla 5.14 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Tabio (zona piloto 1). (fuente propia) .......................................................................................................................................... 152 Tabla 5.15 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Tebaida -Quindío (zona piloto 2). Parte 1 ...................................................................................................................................... 153 Tabla 5.16 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Montenegro -Quindío (zona piloto 2). Parte 2 ............................................................................................................................. 154 Tabla 5.17 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Armenia -Quindío (zona piloto 2). Parte 3 ...................................................................................................................................... 155 Tabla 5.18 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Barranquilla – Sector Loma Roma ((zona piloto 3). En rojo los puntos que no tienen coordenadas. (fuente propia)) ............. 156 Tabla 5.19 Localización sondeos, profundidad y numero de muestras Zona Piloto 1- municipio de Tabio- Sabana de Bogotá ..................................................................................................................................... 159 Tabla 5.20 Localización sondeos, profundidad y numero de muestras Zona Piloto 2- municipio de Tabio- Sabana de Bogotá ..................................................................................................................................... 164 Tabla 5.21 Ensayos de caracterización básica realizados a muestras recuperadas para Sabana de Bogotá y Quindío ................................................................................................................................................... 184 Tabla 5.22 Ensayos de caracterización básica realizados a muestras recuperadas para Quindío ........... 185 Tabla 5.23 Ensayos de resistencia, deformación y ensayos químicos realizados a muestras recuperadas para Sabana de Bogotá y Quindío. ............................................................................................................ 186 Tabla 5.24 Ensayos de resistencia, deformación y ensayos químicos realizados Barranquilla – Sector Loma Roja (Producto información secundaria) ........................................................................................ 188 Tabla 5.25 Ensayos de caracterización básica realizados, algunas correlaciones y norma aplicada (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 190 Tabla 5.26 Ensayos de resistencia y deformación realizados, correlaciones y norma aplicada (fuente propia) ....................................................................................................................................................... 191 Tabla 5.27 Consolidados resultados de laboratorio caracterización básica por nivel litológico S-2 Sabana de Bogotá .................................................................................................................................................. 193 21 Tabla 5.28 Consolidados resultados de laboratorio caracterización básica por nivel litológico TAB-1 Sabana de Bogotá ..................................................................................................................................... 194 Tabla 5.29 Consolidados resultados caracterización básica por nivel litológico MN-1, Montenegro- Quindío...................................................................................................................................................... 195 Tabla 5.30 Consolidados resultados caracterización básica por nivel litológico TEB-3, Tebaida- Quindío .................................................................................................................................................................. 196 Tabla 5.31 Valores de las propiedades índice promedio municipio de Tabio- Sabana de Bogotá- Información secundaria ............................................................................................................................ 198 Tabla 5.32 Valores de las propiedades índice promedio municipio de Tabio- Sabana de Bogotá- Información primaria ................................................................................................................................ 198 Tabla 5.33 Valores de las propiedades índice promedio municipio de Tabio- Sabana de Bogotá- Información primaria y secundaria ........................................................................................................... 199 Tabla 5.34 Valores de las propiedades índice promedio municipios Montenegro, Armenia y Tebaida- Quindio- Información secundaria ............................................................................................................. 201 Tabla 5.35 Valores de las propiedades índice promedio municipios Montenegro, Armenia y Tebaida- Quindio- Información primaria de campo ................................................................................................ 201 Tabla 5.36 Valores de las propiedades índice promedio municipios Montenegro, Armenia y Tebaida- Quindio- Información secundaria y primaria de campo ........................................................................... 202 Tabla 5.37 Valores de las propiedades índice promedio municipio Barranquilla- Sector Loma Roja Información secundaria ............................................................................................................................ 204 Tabla 5.38 Valores medios del índice de consistencia tres zonas piloto (fuente propia) ........................ 207 Tabla 5.39 Escalones de carga y descarga ensayo edométrico ............................................................... 209 Tabla 5.40 Presiones de cámara y contrapresión para la realización del ensayo triaxial por punto ....... 215 Tabla 5.41 Presiones configuradas para la etapa de corte para el ensayo triaxial .................................. 215 Tabla 5.42 Consolidado resultados de laboratorio resistencia y deformación sondeos S-2 y TAB-1 municipio de Tabio – Sabana de Bogotá ................................................................................................... 217 Tabla 5.43 Consolidado resultados de laboratorio resistencia y deformación sondeos MN-1 y TB-3 municipios de Montenegro y Tebaida – departamento de Quindío ........................................................ 217 Tabla 5.44 ensayos químicos DRX - S-2 Tabio – Sabana de Bogotá ......................................................... 224 Tabla 5.45 Resultados ensayos químicos DRX - TAB-1 Tabio – Sabana de Bogotá .................................. 225 Tabla 5.46 Resultados ensayos químicos DRX MN1 Y TEB-3, municipios de Montenegro y Tebaida - Quindío...................................................................................................................................................... 226 Tabla 5.47 Resultados ensayos químicos DRX-FRX S-2 Y Tab-1 Tabio – Sabana de Bogotá. Parte 1 ....... 235 Tabla 5.48 Resultados ensayos químicos DRX-FRX S-2 Y Tab-1 Tabio – Sabana de Bogotá. Parte 2 ....... 235 Tabla 5.49 Resultados ensayos químicos FRX, MN1 Y TEB-3, municipios de Montenegro y Tebaida - Quindío...................................................................................................................................................... 236 Tabla 5.50 Composición química predominante de los materiales muestreados en los municipios de Montenegro, Tebaida y Armenia - Quindio- Información primaria y secundaria, obtenidos mediante el ensayo FRX ................................................................................................................................................ 239 Tabla 6.1 Porcentaje de tipo de suelos de acuerdo con la clasificación SUCS en el municipio de Tabio- Sabana de Bogotá- Información primaria y secundaria ............................................................................ 249 Tabla 6.2 Porcentaje de tipo de suelos de acuerdo con la clasificación USCS en los municipios de Montenegro, Tebaida y Armenia - Quindío- Información primaria y secundaria .................................... 250 22 Tabla 6.3 Porcentaje de tipo de suelos de acuerdo con la clasificación USCS en el sector Loma Roja- Municipio de Barranquilla- Información primaria y secundaria- Zona Piloto 3 ........................................ 251 Tabla 6.4 Actividad de los suelos finos arcillosos ( Skempton,1953) ....................................................... 252 Tabla 6.5 Relación entre la Actividad de los suelos finos arcillosos y el contenido de minerales arcillosos .................................................................................................................................................................. 253 Tabla 6.6 Fórmulas para determinar el grado de colapso a partir de propiedades índice ...................... 254 Tabla 6.7 Clasificación de suelos expansivos basados en el índice de Plasticidad y el índice de contracción (Cano & Márquez, 2014) ........................................................................................................................... 254 Tabla 6.8 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 1 ........................................................................................................... 257 Tabla 6.9 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 2 ........................................................................................................... 258 Tabla 6.10 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 3 ........................................................................................................... 259 Tabla 6.11 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 1 ............................................................................................................................................. 264 Tabla 6.12 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 2 ............................................................................................................................................. 264 Tabla 6.13 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 3 ............................................................................................................................................. 265 Tabla 6.14 Parámetros modelo Cam Clay Y Mohr Coulomb .................................................................... 268 Tabla 6.15 Correlación entre Cr y Cc para las tres zonas piloto................................................................ 269 Tabla 6.16 Correlación entre el Límite Líquido y el índice de Plasticidad para las tres zonas piloto ....... 280 Tabla 6.17 Correlación entre el Indice de consistencia y el índice de Plasticidad para las tres zonas piloto .................................................................................................................................................................. 282 Tabla 6.18 Correlación entre el Coeficiente de Compresibilidad y el Límite Líquido para las tres zonas piloto ......................................................................................................................................................... 285 Tabla 6.19 Correlación entre el Sen Ф y el índice de Plasticidad para las tres zonas piloto ................... 287 Tabla 6.20 Datos básicos del suelo tomados para modelación tres zonas piloto ................................... 299 Tabla 6.21 Datos relaciones de fase tomados para modelación tres zonas piloto .................................. 299 Tabla 6.22 Datos cohesión y fricción suelos tomados de ensayos de laboratorio y correlaciones tomados para modelación tres zonas piloto ............................................................................................................ 299 Tabla 6.23 Módulos del suelo tomados para modelación tres zonas piloto ........................................... 300 Tabla 6.24 datos variables tomados de ensayos de laboratorio para modelación tres zonas piloto ...... 300 Tabla 6.25 variables finales tomadas de ensayos de laboratorio y depuración de información tomados para modelación tres zonas piloto ............................................................................................................ 300 Tabla 6.26 Parámetros modelo Morh Coulomb zona piloto 1 – TAB1; superior M3 Y M4, inferior M7 Y M8 ............................................................................................................................................................. 301 Tabla 6.27 Parámetros modelo Morh Coulomb zona piloto 2 – TEB- M6 Y M7 ....................................... 301 Tabla 6.28 Parámetros modelo Morh Coulomb zona piloto 3 ................................................................ 302 Tabla 6.29 Parámetros modelo Cam Clay zona piloto 1 – TAB1; superior M3 Y M4, inferior M7 Y M8.. 303 Tabla 6.30 Parámetros modelo Cam Clay zona piloto 2 – TEB 3; M6 Y M7 ............................................ 304 Tabla 6.31 Parámetros modelo Cam Clay zona piloto 3 ......................................................................... 304 23 Tabla 6.32 Parámetros modelo Duncan Shang zona piloto 1 – TAB1; superior M3 Y M4, inferior M7 Y M8 ............................................................................................................................................................. 309 Tabla 6.33 Parámetros para la modelización PLAXIS ............................................................................... 310 Tabla 6.34 Parámetros modelo Duncan Shang zona piloto 2 – TEB 3; M6 Y M7 ..................................... 310 24 CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN 25 1 INTRODUCCIÓN Es innegable que hablar de comportamiento geomecánico de materiales geológicos finos, especialmente materiales arcillosos, obliga entre otros aspectos a hacer referencia al medio geológico y ambiental que dio origen a los mismos y su evolución espacio temporal, que incluye no solo variables naturales físicas y químicas, sino variables antropogénicas propias de la acción del hombre sobre el medioambiente, sus interrelaciones y los resultados finales asociados al comportamientos de los materiales de superficie, que en muchos casos llevan a la generación de comportamientos anómalos para las estructuras que requiere el hombre para su desarrollo, tales como vías, viviendas, líneas vitales subterráneas, etc. El fin primordial de los estudios geotécnicos, tal como lo establece Gens Solé (2005), es dar una respuesta eficaz que permita hallar la solución a los problemas geotécnicos encontrados al momento de desarrollar obras en un terreno atendiendo dos elementos fundamentales: tener un margen de seguridad frente a la posibilidad de falla del terreno y en segundo lugar asegurar que las deformaciones del terreno son lo suficientemente pequeñas para no afectar seriamente a las funciones de la estructura a desarrollar. En este sentido, es importante entender, que muchos materiales alcanzan deformaciones que pueden dañar estructuras sin que el suelo llegue a la falla o rotura, igualmente otros suelos pueden llegar a la falla o colapso bajo condiciones no críticas de cargas, etc., llevando este análisis, a que la determinación de causas del comportamiento de los suelos es de alta complejidad y se asocia no solo al momento actual, sino a la historia geológica de los materiales y su evolución, entendiendo que todos los procesos geotécnicos son activos en el tiempo y el espacio. En Colombia, la construcción de obras de infraestructura se desarrolla con base en la Norma Colombiana de Construcciones Sismo Resistentes, NSR-10, la cual dedica un capítulo especial, capítulo H, al análisis geotécnico para obras de infraestructura, análisis de deslizamientos, excavaciones y algunos comportamientos especiales asociados a la deformación y colapso de los suelos, así como análisis geotécnicos asociados a cargas dinámicas; sin embargo y siendo de alta importancia en materiales finos arcillosos el conocimiento de la microfábrica, que revela las propiedades químicas de los materiales, esta caracterización no se incluye normativamente. Igualmente, gran parte del desarrollo económico de las ciudades, no solo en Colombia sino en la mayor parte del mundo, se centra alrededor de zonas que se ubican por facilidad de acceso en zonas con morfologías onduladas a planas, zonas bajas en piedemonte 32 las aceleraciones sísmicas no fueron capaces de romper los enlaces químicos de siloxano de la estructura de las cenizas; de esta manera, a partir de una experiencia investigativa de laboratorio, se pudiera sugerir una explicación estructural al comportamiento real de las cenizas volcánicas” (INGEOMINAS, 1999). Un tercer caso de importancia que muestra las afectaciones especiales que los suelos predominantemente arcillosos pueden tener, en su relación con obras de infraestructura, es el que se presenta en la costa Caribe en Colombia. En algunas zonas del país, bajo ciertas condiciones ambientales (climas áridos y semiáridos) típicas en varias zonas del territorio, especialmente en las zonas costeras o cercanas a la costa, se presentan comportamientos especiales de los suelos arcillosos; tal es el caso del distrito de Barranquilla situado en la región caribe al norte del país, en donde el problema de movimientos diferenciales de estructuras y deslizamientos posiblemente asociados con cambios volumétricos en arcillas de origen marino, ha generado grandes pérdidas económicas. Los procesos son severos especialmente en las laderas occidentales de la ciudad de Barranquilla, cuyo acelerado proceso de crecimiento urbano completa más de tres décadas Arrieta (2005), y en donde asociado al fuerte régimen de lluvias presentado en 2010 – 2011, se habían registrado hasta el año 2011, cerca de 33 procesos de inestabilidad afectando importantes áreas habitadas (INGEOMINAS, 2011). En este caso, la práctica geotécnica más exhaustiva ha estado dirigida a la caracterización y evaluación de la resistencia al corte de estos materiales, como posible solución a los problemas de inestabilidad de laderas presentados. Aunque se dispone de un número considerable de trabajos sobre el comportamiento geotécnico de estos materiales, el campo de investigación aún está abierto en diversos aspectos fundamentales (Rodríguez, 2014). Un aspecto muy importante, con el fin de definir probables comportamientos esfuerzo – deformación de los suelos, es el contar con modelos constitutivos que permitan establecer los posibles comportamientos geotécnicos especiales de suelos predominantemente arcillosos en zonas de alta complejidad geológica y geomorfológica como es el caso colombiano, aspecto de suma importancia con fines de planificación del territorio y diseño de obras de infraestructura. La relación esfuerzo - deformación de los materiales finos arcillosos, es evaluada desde la geotecnia a partir de modelos de comportamiento mecánico del material, comportamiento que dependerá en gran parte de las propiedades granulométricas del material, por lo tanto, es no lineal y es irreversible, siendo los esfuerzos efectivos los que controlan el comportamiento mecánico del suelo (Nieto Leal, 2007). A partir de los tipos 33 básicos de comportamiento mecánico esfuerzo deformación de los suelos: el elástico, el plástico, el viscoso y sus combinaciones, se han desarrollado modelos de comportamiento elástico, hipoplástico (Herle & Kolymbas, 2004; Kolymbas, 2000; Kolymbas et al., 1995), y visco-hipoplástico que tratan de explicar las relaciones entre las diversas variables mecánicas que controlan este comportamiento, los dos últimos modelos son los más aplicables a las arcillas finas. Es importante anotar que a medida que se desarrollan nuevos modelos la complejidad para su uso y aplicación es mayor, lo cual dificulta que se pueda generar una práctica común que permita generalizar su aplicación. Gran parte de estos fenómenos se han estudiado a la luz de modelos de agrietamiento por desecación(G. E. Ávila, 2003; Konrad & Ayad, 1997; Morris et al., 1992) que incluyen el análisis de la deformabilidad ante los cambios de succión, la resistencia a la tracción y parámetros de mecánica de fractura (G. Ávila et al., 2002; G. E. Ávila, 2003; Konrad & Ayad, 1997; Lee et al., 1988; Morris et al., 1992); el tema de la resistencia a la tracción requiere mayores niveles de investigación y conocimiento de parámetros producto de investigación de laboratorio. Los temas de los parámetros de mecánica de fractura han sido investigados por diferentes autores (G. E. Ávila, 2003) y ya se tienen avances importantes al respecto. Uno de los aspectos ampliamente estudiados es el comportamiento de las arcillas expansivas químicamente activas, el cual se ha formulado dentro del marco general formulado por Gens y Alonso (1992) para el comportamiento mecánico de arcillas expansivas no saturadas “Barcelona Expansive Model – BM x E); este modelo es apropiado para la consideración de las variables geoquímicas y sus efectos se introducen en el comportamiento de la microestructura donde se encuentran los minerales químicamente activos. Este modelo, se basa en trabajos previos efectuados por Salas & Serratosa (1953), al que siguió el trabajo de Bolt (1956) quien demostró que el cambio en la concentración de sal en el agua que se encuentra en los poros de las arcillas modifica su compresibilidad; trabajos posteriores demostraron que la resistencia al corte de las arcillas presentaba cambios importantes respecto de la composición del agua de poros como se observa en los estudios desarrollados por (I. D. Moore et al., 1991; Olson & Mesri, 1970; Sridharan et al., 1986) En general los modelos más ampliamente usados en la interpretación del comportamiento mecánico de arcillas expansivas a nivel interparticular, son los modelos basados en la teoría de la capa doble difusa expuesto por Gouy y Chapman (Bolt, 1955). Desde el punto de vista matemático estos 34 modelos se basan en la determinación del potencial eléctrico en el punto central de dos partículas de arcilla paralelas bajo determinadas condiciones físico – químicas; otros autores han incluido nuevos factores en el modelo que permiten su complementación y mejora tales como (Bache, 1990; Kamine & Ogata, 1995) entre otros. El uso de bentonitas como elemento aislante en barreras de residuos radiactivos impulsó el desarrollo de estudios del comportamiento de los materiales arcillosos sometidos a acciones químicas, tal como se observa en (Barbour & Yang, 1993); igualmente (Di Maio et al., 2004), quienes estudiaron el comportamiento de arcillas expansivas expuestas en forma sucesiva a diferentes tipos de sales. Otros estudios han encontrado anomalías en el comportamiento de las arcillas ante la exposición a diferentes elementos como calcio y potasio.(Guimarães, 2002; Mitchell, 1993; Salas & Serratosa, 1953; Sridharan et al., 1986) Finalmente Guimarães (2002) propone un modelo de comportamiento basado en el THM (transporte conservativo con formulaciones) del suelo, originando una formulación acoplada termohidro-mecánica y geoquímica (THMC), modelo denominado BE x CM, el cual se basa en el modelo BE x M y es un modelo elastoplástico de comportamiento para suelos expansivos que incluye tres elementos básicos: comportamiento para la microestructura, comportamiento para la macroestructura y acoplamiento entre macro y microestructura. Dadas estas consideraciones iniciales, y bajo el conocimiento del ejercicio del análisis geotécnico bajo la normatividad actual en países como Colombia, de alta complejidad geológica, geomorfológica y geotécnica, normativa producto de economías emergentes y en desarrollo, que requieren el desarrollo acelerado de obras de infraestructura tanto vertical como lineal, la pregunta que motiva esta investigación se plantea en la siguiente forma: ¿Cómo se pueden establecer patrones de relación causal de comportamientos geotécnicos especiales en suelos finos predominantemente arcillosos respecto de su génesis , evolución y comportamiento geomecánico esfuerzo-deformación, que puedan ser predecibles, con la aplicación de algunos modelos constitutivos en tres zonas piloto de origen geológico bien diferenciado en Colombia, patrones que permitan complementar los requisitos normativos para el desarrollo de obras de infraestructura lineales y no lineales en Colombia? 35 Para responder a esta pregunta, se hace necesario un análisis semicuantitativo integrado de información geológica, geomorfológica y geotécnica, así como modelos matemáticos constitutivos desarrollados para materiales finos arcillosos a partir de información secundaria y primaria experimental, en sectores preseleccionados. Estas zonas requieren la existencia de suelos, cuyo comportamiento geomecánico pueda ser comparado con base en datos de campo y criterios técnicos establecidos con bases científicas dentro de esta investigación. Para este caso se seleccionaron tres zonas, dados los antecedentes que se han descrito, en donde se minimiza, con un adecuado tratamiento de los datos, la subjetividad en el análisis. Estas zonas son: 1. Sabana de Bogotá, 2. Quindío y 3. El municipio de Barranquilla en Colombia, 1.2 Objetivos Con base en los argumentos precedentes, se estableció como objetivo último de esta tesis doctoral, analizar la existencia de relaciones causales entre el comportamiento esfuerzo – deformación de suelos predominantemente arcillosos, con su origen y ambiente de formación, en tres zonas piloto en Colombia, a partir de la evaluación y análisis de diferentes variables geológicas, geomorfológicas y geotécnicas, producto de: información existente y primaria de campo, análisis de laboratorio macroestructural y microestructural y verificación prospectiva de su validez en algunos modelos constitutivos aplicables para estos materiales. Es importante anotar que, el alcance de este trabajo de investigación no corresponde a efectuar una zonificación geológico – geotécnica en las zonas piloto estudiadas; tampoco se pretende efectuar estudios geológicos y geomorfológicos que modifiquen o planteen nuevos aspectos del conocimiento geológico existente en las zonas en evaluación, sino más bien, pretende el uso del conocimiento actual en estas temáticas, como base para explicar el comportamiento geotécnico de los suelos, conocimiento que pueda ser incorporado desde los estudios de planificación de los territorios en Colombia, además de la normativa existente, a mediano y corto plazo. A partir de este objetivo principal, los objetivos específicos son: • Establecer correlaciones de las constantes de suelo, que determinan comportamientos especiales en resistencia y deformación, con sus propiedades índice y su variación para suelos 36 predominantemente arcillosos, en tres zonas piloto en Colombia de diferente origen geológico. • Proponer y desarrollar modelos geológico – geomorfológicos por zona piloto, como base para el análisis del comportamiento geomecánico de los suelos finos predominantemente arcillosos, con el fin de identificar zonas geotécnicas homogéneas desde la escala regional hasta la escala local para las tres zonas definidas, con fines comparativos. • Establecer el comportamiento esfuerzo – deformación de los materiales por zona piloto, desarrollando un análisis comparativo de los resultados y aplicable a los modelos constitutivos a usar, a partir de datos físicos y químicos, a lo largo de los perfiles estratigráficos propuestos, con el fin de determinar la aplicabilidad de los resultados en análisis prospectivos dados por los modelos. 1.3 Contenido de la Tesis La tesis doctoral está estructurada en siete capítulos: Capítulo 1: El capítulo 1 contiene la introducción general, antecedentes, objetivos y estructura del trabajo; se presenta el objetivo general y los específicos del trabajo de investigación, alcances y metodología del trabajo. Capítulo 2: En el capítulo 2 se presenta la localización de las zonas piloto propuestas y el encuadre geológico - geomorfológico a nivel regional. Capítulo 3: Este capítulo se enfoca en la metodología propuesta y las herramientas técnicas utilizadas para el desarrollo de las diferentes actividades que se enmarcan en el proceso de investigación. Capítulo 4: Se presenta el estado del arte alrededor de los tópicos de mayor interés para el desarrollo de este trabajo, tales como ambientes de formación de los suelos arcillosos, análisis macro y microestructurales de importancia para el análisis esfuerzo – deformación y aplicables a diferentes 37 modelos constitutivos. Igualmente se presentan los antecedentes de evidencias de comportamientos especiales en suelos finos ocurridos en las zonas piloto en estudio. Capítulo 5: Se presentan los resultados obtenidos de la aplicación metodológica, tanto a nivel de modelos como de datos. Capítulo 6: Con base en los resultados obtenidos para las tres zonas piloto, se presenta el análisis de resultados a partir de aplicación de herramientas estadísticas y modelación geotécnica, así como la discusión de los resultados. Capítulo 7: Se presentan las conclusiones del trabajo y nuevas líneas de investigación a partir de los resultados obtenidos. 38 CAPITULO 2 LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA Y ENCUADRE GEOLÓGICO DE ZONAS PILOTO 39 2 LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA Y ENCUADRE GEOLÓGICO – GEOMORFOLÓGICO 2.1 Marco geográfico de las zonas de estudio El territorio colombiano se encuentra situado en el borde noroccidental de la placa suramericana. Colombia, actualmente en la esquina noroccidental del continente suramericano, limita al norte con el mar Caribe, al oriente con Venezuela, cuyo territorio se extiende hacia el sur hasta el río Negro, uno de los cauces del Amazonas; al suroriente limita con Brasil y al sur con Perú y Ecuador. Al occidente, su límite es el océano Pacífico y la República de Panamá; tiene una interesante evolución a lo largo de más de los 1780 millones de años datados, causante de la distribución de los diferentes tipos de rocas y la conformación topográfica que hoy se observa (Loboguerrero, 1987); una diferencia fisiográfica fundamental en el territorio colombiano es la existencia de muy poco relieve en la parte oriental del territorio, frente a las cordilleras andinas que se observan en la parte occidental del territorio colombiano. Colombia es un país montañoso, cuyo clima está ligado a las alturas y éstas varían desde el nivel del mar hasta 16.000 pies de altura, por lo que se encuentran todas las variedades de condiciones climáticas. Es justamente esta diferencia en el clima la que impacta el desarrollo del país y aunque Colombia está situada en los trópicos, en cuanto se refiere a la latitud, no es de ninguna manera en su totalidad un país tropical, pues las alturas de las montañas del interior generan muchos cambios en el clima. Tal como lo expresa el mismo Lobo Guerrero: “El país está excepcionalmente bien situado sobre el globo terrestre; medio país yace bajo mares tropicales y ecuatoriales; el otro medio es continente. Está algo mejor conocido. En parte está formado por rocas antiquísimas, el Escudo Precámbrico de la región oriental del país y en parte por rocas jóvenes, la Cordillera de los Andes. Como resultado tenemos una variada y compleja geología con muchísimos recursos minerales, más que abundante agua y numerosas fuentes de energía (solar, nuclear, geotérmica, fósil, hídrica y vegetal). Es decir, todo; para seguir construyendo nuestra cultura y desarrollando nuestra propia sociedad por nuestros propios medios”(Loboguerrero, 1987); esta condición nos permite encontrar dentro del mismo territorio materiales geotécnicos finos en superficie, denominados a nivel de la ingeniería civil como arcillas y limos, con diversos orígenes y evolución. Debido a estas características en el territorio se logró obtener tres zonas en las cuales encontramos estos “materiales geológicos finos” con génesis diferente y sobre los 40 cuales podemos establecer mediante un proceso riguroso de selección, una comparabilidad respecto de su comportamiento geomecánico ante la acción natural y humana. Una selección adecuada de las áreas de estudio permitirá que se pueda establecer o no la comparación de las variables que definen el comportamiento geotécnico de un material geológico, en este caso las arcillas o suelos finos predominantemente arcillosos, respecto de su respuesta en resistencia y deformación, frente a sus características endógenas definidas por su origen y evolución, y los factores exógenos que han afectado su comportamiento geomecánico. El proceso de selección de las zonas piloto obedece a un análisis deductivo, tal como se presenta esquemáticamente en la Figura 2.1. Figura 2.1 Acercamiento metodológico para selección de puntos de exploración primaria (fuente propia) La hipótesis de partida que se ha tomado para esta investigación propone cómo la variable de enlace entre los diversos componentes que dan lugar a la formación y caracterización de los materiales de superficie a la geomorfología, la cual explica en forma integral como los diversos factores de formación 41 de los materiales, desde su génesis hasta el ambiente de formación y evolución de estos. La conjugación de las variables morfoestructurales, geotectónicas y geoclimatológicas definen el grado de movilidad al cual están sometidos los diferentes paisajes. Teniendo en cuenta lo descrito previamente, se tomaron cinco criterios técnicos básicos para la selección de las zonas de estudio: 1. Características fisiográficas que permitan establecer unos parámetros iniciales de comparabilidad para el análisis que se plantea. Estas características se resumen en la siguiente forma: • Zonas con topografía predominantemente ondulada a plana. En este sentido se definieron áreas con topografía de pendientes muy bajas (entre 0 y 10°), pero con variaciones importantes en altitud: la zona andina en donde se ubica la Sabana de Bogotá y Quindío con altitudes que oscilan entre 1700 a 2600 msnm y la costa caribe con altitudes entre 0 y 130 msnm. Igualmente, de preferencia se seleccionaron zonas en áreas rurales o suburbanas sin existencia de construcciones, dado que se tendrá menor perturbación de los materiales, esto no se pudo obtener totalmente para la zona de Barranquilla, sin embargo, dadas las bajas cargas en las zonas de estudio este requerimiento se da por cumplido. • Presencia en superficie (primeros 30 metros) de materiales geológicos predominantemente arcillosos o arcillo limosos comprobable con información previa existente. 2. Origen de los materiales, compuesto por los siguientes aspectos: • Ambiente morfogenético: para el caso de estudio se evalúan materiales arcillosos asociados a tres ambientes morfogenéticos (INGEOMINAS, 2002):AMBIENTE VOLCANICO (Verstappen & Zuidam, 1992); AMBIENTE MARINO PROFUNDO Y COSTERO, AMBIENTE FLUVIAL Y LACUSTRE. 48 El clima de Barranquilla, además se encuentra influenciado por la Sierra Nevada de Santa Marta (formación montañosa litoral más alta del mundo), que constituye una barrera topográfica para los vientos alisios del noreste y contribuye a disminuir el promedio de lluvias en la época más seca del año (CIOH, 2010). 2.2 Entorno Geológico - Geomorfológico Regional de las zonas de estudio 2.2.1 Sabana de Bogotá La Sabana de Bogotá, ubicada en la cordillera Oriental, hace parte de la Cadena del Norte de los Andes suramericanos, cuya depositación se inició desde finales del Paleozoico. Los depósitos de esta cuenca están soportados por un basamento continental; depósitos que fueron afectados durante todo el Cretácico por procesos distensivos y por una subsidencia que permitió la depositación “en un ambiente bastante tranquilo, de una sedimentación marina epicontinental que alcanza unos 10.000 m. de espesor en la Cuenca de Bogotá. En esta región oriental, ninguna discordancia angular se presenta en las secuencias sedimentarias” (Toussaint, 1993) La geología para la Sabana de Bogotá se tomó del estudio realizado por INGEOMINAS (2004) (Cartografía Geológica Aplicada A La Zonificación Geomecánica de La Sabana De Bogotá, Volumen II) y del POMCA de la Cuenca del río Bogotá (CAR, 2018), geología que fue realizada por la CAR, a escala 1:25.000, los cuales son los documentos que contienen la información más actualizada a la fecha en el tema. Este aparte se centra en la descripción litoestratigráfica de las diferentes unidades presentes y posteriormente se efectúa una breve descripción de la geología estructural, solo en los temas que puedan aportar a esta investigación. EL Servicio Geológico Colombiano – SGC, antiguo INGEOMINAS, ha desarrollado diferentes proyectos de investigación, tales como: la geología e hidrogeología de Santafé de Bogotá y su sabana (Lobo-Guerrero 1992) el Mapa geológico del cuadrángulo K-11, Zipaquirá (McLaughlin & Arce, 1975); el Neógeno – cuaternario del altiplano de Bogotá y alrededores (Van der Hammen & Karin, 2003); el Mapa Hidrogeológico de la Sabana de Bogotá (2002); la Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá (INGEOMINAS, 1997b) el Mapa Geológico de Cundinamarca (INGEOMINAS, 1998); La Zonificación 49 Geotécnica del Distrito Especial de Bogotá (1988) y el mapa geológico de la plancha 209, Zipaquirá (2004), son entre otros los informes que describen la estratigrafía de la sabana e incluyen el Municipio de Bogotá, con énfasis en el sector de los cerros orientales, en donde afloran rocas sedimentarias de origen marino y continental, con edades del Cretácico tardío al Paleógeno (formaciones Chipaque, Conejo, Lidita superior, Grupo Guadalupe (Formaciones: Arenisca Dura, Plaeners y Arenisca de Labor-Tierna), Guaduas, Cacho, Bogotá, Regadera, Usme y Conglomerados de Guandoque), y depósitos poco consolidados a no consolidados de edad Neógeno – Cuaternario, que se describen de más antiguas a los depósitos más recientes y se presentan en la Figura 2.7 En la Tabla 2.2 se presenta un resumen consolidado de las unidades litoestratigráficas de interés para la Sabana de Bogotá; es importante anotar que los materiales objeto de esta investigación se ubican en las algunas de las unidades del Neógeno -Cuaternario por ser las más recientes y a las cuales se les puede identificar un ambiente de depositación lacustre y/o fluvio lacustre que define su génesis. 50 Figura 2.7. Mapa geológico de la Sabana de Bogotá. Adaptado de POMCA del río Bogotá (2018). 51 Tabla 2.2 Unidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en Sabana de Bogotá. Unidad litoestratigráfica Símbolo Descripción Materiales Edad y ambiente de formación Formación Bogotá E1b Está unidad fue referenciada por Hubach, (1945) y redefinida por el mismo autor en (1957). Forma parte del piedemonte de algunos cerros que bordean la Sabana de Bogotá. Consta de dos conjuntos: a) el inferior donde alternan arcillolitas de color gris oscuro y amarillo naranja, y areniscas cuarzosas, gris verdosas de grano fino hacia la base y grueso hacia el techo, friables, en estratos de 0,15 y 4,0 m de espesor, y b) el conjunto superior constituido por arcillolitas gris oscuras, gris verdosas, y pardo – rojizas por meteorización La Formación Bogotá ocurrió en un ambiente de llanura aluvial y de ríos meándricos (Helmens, 1990), durante el Paleoceno tardío- Eoceno temprano. Infrayace de manera discordante a la Arenisca de La Regadera Depósitos del Neógeno - Cuaternario Formación Subachoque Q1su Corresponde a sedimentos de complejo lacustre – fluvial, observables en superficie en los valles de Subachoque, Guasca y Tabio - Tenjo, y se han detectado en profundidad en el centro de la Sabana Está constituida por arcillas arenosas, arcillas orgánicas y turbas–lignitos que se alternan con arenas arcillosas, gravas y gravillas. En el pozo Funza II, está formación presenta un espesor de 150 m por debajo de 300 metros de profundidad. Los sedimentos más gruesos, gravas, gravillas y material de solifluxión, son indicativos de condiciones glaciales. El ambiente de depositación de esta Formación, fue bajo condiciones alternas de periodos glaciales e interglaciales en la actual cuenca sedimentaria de la Sabana de Bogotá con un desarrollo en el centro del valle de sedimentos lacustres y la presencia de algunos niveles de turbas, indica que los niveles altos del lago fueron interrumpidos por periodos más secos. En los valles marginales, el ambiente ha sido interpretado como una alternancia de depósitos fluviales, lacústricos y pantanosos. La edad es Pleistoceno temprano (entre 2.4 y 1 millón de años A.P.). Formación Sabana Q1sa Referenciada inicialmente por Hubach (1957). Se encuentra básicamente en el propio altiplano y cubre la parte más o menos plana de la sabana de Bogotá, suprayaciendo la Formación Subachoque y otras unidades Está constituida por sedimentos lacustres, principalmente arcillosos con sectores puntuales de intercalaciones de arcilla orgánica, turba, arcillas arenosas, arenas arcillosas, gravas, gravillas y arenas depositados en las márgenes de la cuenca de la Sabana. En el centro de la cuenca representa aproximadamente 300 m de espesor, disminuyendo hacia los bordes. Los datos palinológicos indican que fue depositada en un lago (ambiente lacustre) con fluctuaciones del nivel de agua, mostrando una relación estrecha con los cambios de las condiciones climáticas y de vegetación. La depositación cesó hace cerca de 30.000 (A.P.) años, con la desaparición del lago de la Sabana. La edad es inferior a 1 millón de años, aprox., Pleistoceno Medio a Tardío. Formación Chía Q2ch Son los sedimentos fluviales de inundación y de los cauces actuales, observables a lo largo de los ríos principales que cruzan la Sabana Está constituidos principalmente por arcillas grises claras, oscuras y amarillas; localmente puede contener limos y arcillas orgánicas de un espesor máximo que puede alcanzar los 5.00 m. Estos depósitos se interpretan como generados por procesos erosivos en las regiones más áridas que rodean la Sabana de Bogotá, transportados por la acción dinámica de los drenajes durante el Pleistoceno Tardío a Holoceno. 52 2.2.2 Departamento del Quindío El departamento del Quindío hace parte de la vertiente occidental de la cordillera Central donde afloran rocas de origen sedimentario, ígneo y metamórfico, sometidas localmente a fuertes procesos de fallamiento que han determinado las características geomorfológicas del territorio (INGEOMINAS, 2005); en general el sector nororiental presenta zonas montañosas y elongadas, mientras hacia el noroccidente el territorio en general es plano y suavemente inclinado y asociado tanto con flujos y lóbulos laharicos cubiertos tanto de un manto de piroclastos de caída como por llanuras aluviales localmente amplias asociadas con terrazas fluviales. Hacia la parte occidental del departamento del Quindío, zona de interés para esta investigación, las geoformas son de morfología alomada constituida por rocas sedimentarias Terciarias de origen fluvial y lagunar (Formaciones La Paila y Zarzal respectivamente) de acuerdo con Suter (2003). Según este autor hacia la base de la formación La Paila en esta región se presentan lavas riolíticas y no dacíticas como lo referencian (González Iregui & Núñez Tello, 1991); del mismo modo determina la presencia de rocas arcillosas pertenecientes a la formación Zarzal como terrazas de erosión, lo cual define una cuenca del Quindío más amplia, cuya apertura y subsidencia se inicia desde el Plioceno, mucho antes de lo establecido previamente por otros autores. Cubriendo casi en su totalidad estas rocas a la altura del río La Vieja se encuentra el llamado abanico del Quindío constituido de flujos laharicos del Plioceno - Pleistoceno, y sedimentos principalmente de origen fluvial del Cuaternario más reciente. Los aspectos temáticos correspondientes fueron extraídos esencialmente de La geología para el departamento del Quindío del estudio realizado por (INGEOMINAS, 2004) (Cartografía Geológica Aplicada A La Zonificación Geomecánica del departamento de Quindío, Volumen II). Las unidades de rocas aflorantes en el territorio del Quindío tienen edades que van desde el Precámbrico hasta el Cuaternario. La unidad de interés para esta investigación en el departamento del Quindío se presenta en la Tabla 2.3; en la Tabla 2.4 se presenta en detalle las Subunidades del Glacis del Quindío o Abanico de Quindío dado su origen volcánico, de interés para este trabajo; igualmente, en la Figura 2.8 se presenta el mapa de geología básica del departamento del Quindío. 53 Tabla 2.3 Unidad litoestratigráfica de interés geológico para esta investigación en el departamento del Quindío (fuente propia) UNIDAD LITOESTRATIGRÁFICA SÍMBOLO DESCRIPCIÓN MATERIALES EDAD Glacis del Quindío (Formación Armenia) (NgQa) ó Abanico del Quindío Esta unidad ha presentado varias denominaciones: Flujo de Lodo del Quindío (Mosquera, 1978), Formación Armenia (McCOURT et al. 1948ª), Glacis del Quindío (Núñez y Gonzáles, 1991), y recientemente, Abanico del Quindío (Espinosa, en Vargas et al, 2005). A éste depósito de Flujos de Lodo, le asignan una edad entre el Plio-Pleistoceno y el Reciente). El Glacis ó Abanico del Quindío corresponde a un depósito fluviovolcánico; consta de numerosas intercalaciones lenticulares y tiene un espesor variable que puede sobrepasar los 100m., donde alternan depósitos piroclásticos, lahares, acumulaciones fluviales y glaciales. Cubre un 35% del área del departamento del Quindío, en los municipios de Quimbaya, Montenegro, La Tebaida, Filandia, Circasia, Calarcá y Salento Cenozoico Tabla 2.4 Subunidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en el departamento del Quindío (fuente propia) Glacis del Quindío (Formación Armenia) (NgQa) ó Abanico del Quindío) Conjunto de Abanicos Intermedios. Comprenden una franja ancha situada al occidente y al suroccidente de la unidad anterior, cuyo límite occidental pasa al oeste del sur de Armenia, al oriente de Montenegro y Quimbaya y al occidente de Ulloa. Estos abanicos tienen un pendiente promedio menor que los anteriormente mencionados, además de poseer una red de drenaje más compleja Abanicos que cruzan el casco urbano de la ciudad de Armenia y sus alrededores La ciudad de Armenia posee los siguientes cuerpos pertenecientes al Abanico del Quindío, (Espinosa, en Vargas et al., 2005): Abanico de La Bella., Abanico de Circasia, Abanico de Armenia - Hojas Anchas, Abanico de La Florida, Abanicos del río Quindío y del río Santo Domingo. Depósitos Piroclásticos ó Piroclastos de Caída (Qto). Estos depósitos especialmente ceniza volcánica, forman un manto de espesor variable en casi toda el área del departamento. Estas cenizas, provienen de los volcanes del Complejo Ruíz-Tolima. Las capas de ceniza cubren en parte, flujos de lodo volcánico, probablemente periglaciares y sedimentos fluviales del Glacis del Quindío y en general siguen la morfología del terreno cubriendo en su mayor parte las formaciones rocosas más antiguas. 54 Figura 2.8 Mapa geológico generalizado del departamento del Quindío. Tomado de INGEOMINAS (1999) 2.2.3 Municipio de Barranquilla La ciudad de Barranquilla ubicada al Norte de Colombia, en la confluencia del rio de la Magdalena al Mar Caribe, se caracterizada por la presencia de rocas sedimentarias del Cretáceo Superior y el Terciario y depósitos Cuaternarios afectados por una tectónica activa, en donde convergen las fallas del sistema de rumbo Sinestral Santa Marta–Bucaramanga de rumbo NW y la 55 falla San Jacinto de rumbo NE, perteneciente al sistema Romeral y fallas menores como Luruaco y Puerto Colombia, consideradas responsables de buena parte de la inestabilidad geotécnica de los suelos que soportan el desarrollo urbanístico de Barranquilla, tal como se observa en la figura 2.9. Figura 2.9 Marco geológico tectónico regional del Municipio de Barranquilla. (Fuente: Modificado de Google earth, 2017.) La información geológica disponible de mayor escala del Municipio de Barranquilla es la elaborada por INGEOMINAS (2011), para la Zonificación de la Amenaza por Movimientos en Masa en las laderas occidentales del Municipio, a escala 1:10.000. Para la parte oriental de la ciudad solo existen las planchas 16 y 17 Galerazamba-Barranquilla a escala 1:100.000 del año 2001, con sus respectivas memorias explicativas, (INGEOMINAS, 2001), que muestran que en el costado oriental de la ciudad se presentan depósitos coluvio-aluviales y la formación la Popa. Por lo tanto, la descripción litoestratigráfica y tectónica efectuada para el proyecto toma la nomenclatura definida por el Servicio Geológico Colombiano en 2001 y 2011 respectivamente. La cartografía geológica a escala 1:10.000, identifica rocas sedimentarias de edad Neógeno y depósitos cuaternarios aluviales, coluviales y antrópicos como las unidades litoestratigráficas que soportan el desarrollo urbanístico del Occidente de Barranquilla, mientras que, en el costado B/quilla C/gena S N de S/ta Marta V/dupar Sincelejo Montería 56 oriental de la ciudad, se presentan depósitos coluvio-aluviales y la formación la Popa. Rocas y depósitos que se describen cronológicamente a partir de las rocas más antiguas, figura 2.10. Figura 2.10 Mapa Geológico y secuencia litoestratigráfica del área metropolitana de Barranquilla (Fuente: adaptado INGEOMINAS 1997) El marco geológico regional de la placa Caribe colombiana en donde se ubica la Cuenca Canal del Dique, no puede entenderse sin hacer referencia a la evolución geológica de la esquina noroccidental de Suramérica y su relación con el origen de la placa caribe. El territorio colombiano, situado en el borde noroccidental de la placa suramericana, es un vértice clave en la evolución geológica de Suramérica. Las unidades geológicas se depositaron en fondos de sedimentación relacionados con la margen de dos provincias: una provincia con basamento oceánico al occidente y la otra con basamento continental al oriente. En la Tabla 2.5 se presenta la información litoestratigráfica para la unidad de interés para esta investigación dentro del municipio; igualmente, en la Figura 2.11 se presenta el mapa Geológico de las laderas occidentales de Barranquilla, escala 1:10.000, zona de interés para esta investigación. Es importante anotar que los análisis se dirigen primordialmente a las unidades a las cuales se les puede identificar un origen marino costero; sin embargo, muchas de estas unidades subyacen suelos residuales y denudacionales. 57 Figura 2.11 Mapa Geológico de las laderas occidentales de Barranquilla, escala 1:10.000 (Fuente: INGEOMINAS 1997) Tabla 2.5 Unidades litoestratigráficas de interés geológico para esta investigación en el municipio de Barranquilla (fuente propia) UNIDAD LITOESTRATIGRÁFICA DESCRIPCIÓN MATERIALES EDAD Formación las perdices Nombre asignado por Anderson (1929) para designar una secuencia de shales, shales arenosos, capas de chert y algunas areniscas observadas unos 2,5 Km al suroccidente de Barranquilla en un sector rural denominado Las Perdices; según Deporta (1974) en esta unidad en su sección tipo presenta un espesor aprox., de 400 pies. Sin embargo, su espesor es variable de Sur a Norte, así como su edad es Oligocena (al Sur) a Mioceno inferior (al Norte) y una relación estratigráfica discordante en el techo con la Formación Hibacharo y en la base con las Formación Péndales, Barrera (2001) esta unidad se caracteriza por su carácter pélitico de colores grises y amarillos, dependiendo del estado de meteorización; algunos niveles presentan fisilidad, mientras otros tienen una partición concoidea, con tintes de oxidación de color pardo y cristales de yeso. Esporádicamente están intercaladas con arenitas amarillas cuarzosas de grano fino con laminación plano-paralela y delgadas capas levemente onduladas. El espesor estimado puede sobrepasar los 20 m, según reportes de las perforaciones efectuadas por el SGC (2011). Para Anderson (1929) esta unidad es del Mioceno; Van der Hammen (1958) la considera del Mioceno inferior; Bürgl et al. (1955), en la sección del Arroyo Seco, establece un rango entre el Oligoceno y el Mioceno; Raasveldt (1953) le asigna una edad Oligocena 64 1. Caracterización Geológica del área de estudio: Para cada zona piloto en evaluación y con base en la información geológica de la zona, se identificaron las unidades de geología básica y de superficie con predominio de materiales arcillosos asociados a un origen fluvio lacustre, volcánico y marino con el uso de cartografía a escalas entre 1:25.000 y 1:10.000. Posteriormente se identificaron sobre estas unidades a partir de un análisis básico en SIG, las unidades geológicas de superficie (UGS) en donde predominaran materiales arcillosos o limo arcillosos inorgánicos de baja a alta plasticidad, en los primeros 100m de profundidad. Figura 3.2 Proceso esquemático de selección de zonas piloto de estudio de escala regional a escala media - Parte 1 (fuente propia) 2. Análisis de subunidades geomorfológicas con cartografía a escalas entre 1:25.000 y 1:10.000: Sobre las UGS identificadas se delimitaron las subunidades geomorfológicas que se asocian al origen del material (fluvio lacustre, volcánico y marino) con pendientes bajas entre 0 y 10 grados en las zonas piloto previamente identificadas a partir de criterios geomorfoestructurales y morfogenéticos que permiten relacionar el clima con las condiciones de humedad que se pueden asociar al grado de meteorización de los materiales, igualmente a partir de un análisis SIG básico por intersección de las diferentes cartografías indicadas: UGS, Subunidades geomorfológicas, mapa de pendientes. 3. Modelo geológico – geomorfológico con uso de unidades edáficas texturales a escala 1:10.000 para delimitación de zonas homogéneas: A partir de la información producto del análisis textural de materiales de superficie obtenida producto de cartografía edáfica desarrollada por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi para todo el país, en donde se presenta la clasificación 65 geotécnica de los suelos de superficie hasta aproximadamente 2 metros de profundidad, se seleccionaron áreas con arcillas de alta a baja plasticidad, cartografía que a partir de un proceso básico SIG de intersección de mapas logro obtener la delimitación de polígonos en donde se tienen los materiales del origen requerido cumpliendo con los criterios de selección indicados en parágrafos anteriores; es importante anotar que se carece de esta cartografía en el municipio de Barranquilla. 4. Se identificaron áreas a nivel municipal por zona de estudio, es decir áreas a escala 1:10.000 3.3 Construcción de base de datos geotécnica para identificación de puntos de exploración Luego de identificadas las áreas nivel municipal por zona piloto, que cumplen con los criterios requeridos para análisis de los suelos en estudio presentes y con el fin de recopilar, integrar, y georreferenciar la información geotécnica existente, se generó una base de datos básica con base en la información pública que ha generado el SGC relacionada a los parámetros geotécnicos obtenidos mediante ensayos de laboratorio y ensayos in situ y estudios que se recopilaron de entidades externas; en esta investigación se desarrolló una búsqueda de la información disponible de acuerdo a las zonas de interés a través del Motor de integración de información Geocientífica del SGC (MIIG), información análoga existente en la biblioteca del SGC que fue insumo para el desarrollo del proyecto “Zonificación Geomecánica de la Sabana de Bogotá” (INGEOMINAS, 2004) y “Zonificación Geomecánica del departamento del Quindío” (INGEOMINAS, 2005); igualmente para el municipio de Barranquilla se contó con la información disponible de mayor escala del Municipio de Barranquilla elaborada por INGEOMINAS (2011), para la Zonificación de la Amenaza por Movimientos en Masa en las laderas occidentales del Municipio, a escala 1:10.000. No se incluyó en la búsqueda zonas urbanas como Bogotá, la cual cuenta con gran cantidad de información, así como Armenia en el área urbana dada la gran perturbación que se ha generado por la ocupación de estas zonas. La base de datos básica contiene información geotécnica de 1655 muestras; consta de 47 atributos distribuidos en la siguiente forma: 14 variables referidas a la localización espacial y en profundidad; diecinueve (19) variables referidas a propiedades índice, granulometría, hidrometría y clasificación USC, tres (3) variables referidas a la permeabilidad, once (11) variables referidas a la 66 consolidación unidimensional y ensayo de expansión, cinco (5) variables referidas a la compresión simple, veintiséis (26) variables referidas a ensayos triaxiales y de corte directo, tal como se muestra en la Figura 3.3. La información de la base de datos cubre las siguientes áreas de las zonas piloto: 1. Sabana de Bogotá: municipios de Tabio y Tenjo (266 muestras) 2. Departamento del Quindío: municipios de Tebaida, Armenia, Montenegro (1182 muestras) 3. Municipio de Barranquilla: 207 muestras seleccionadas de 505 muestras existentes en la zona. LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE CODIGO INTERNO DE MUESTRA TIPO DE INFORMACIÓN CODIGO PROYECTO DEPARTAMENTO MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE TIPO DE EXPLORACION CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) DENSIDAD RELATIVA (%) SATURACION RELACION DE VACIOS GRANULOMETRIA MISMA ENTIDAD HIDROMETRIA PERMEABILIDAD TAMIZ No. 4 (%) QUE PASA TAMIZ No. 10 (%) QUE PASA TAMIZ No. 40 (%) QUE PASA TAMIZ No. 100 (%) QUE PASA TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA GRAVEDAD ESPECIFICA (%) DE ARCILLA (%) DE LIMO (%) ARCILLA MENOR DE 2 MICRAS CLASIFICACION USCS Kt (cm/s) GRADO DE PERMEABILIDAD K20 (cm/S) CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL COMPRESION INCONFINADA PESO UNITARIO (T/M3) PESO ESPECÍFICO (GS) HUMEDAD INICIAL (%) HUMEDAD FINAL (%) SATURACION INICIAL (%) SATURACION FINAL (%) RELACIÓN DE VACIOS INICIAL (e0) INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO (CU) 67 PRES. CAMARA (kg/cm2) PUNTO 1 PRES. POROS INICIAL (kg/cm2) PUNTO 1 ESFUERZO EFECTIVO INICIAL (kg/cm2) PUNTO 1 HUMEDAD INICIAL (%) PUNTO 1 HUMEDAD FINAL (%) PUNTO 1 PRES. CAMARA (kg/cm2) PUNTO 2 PRES. POROS INICIAL (kg/cm2) PUNTO 2 ESFUERZO EFECTIVO INICIAL (kg/cm2) PUNTO 2 HUMEDAD INICIAL (%) PUNTO 2 HUMEDAD FINAL (%) PUNTO 2 PRES. CAMARA (kg/cm2) PUNTO 3 PRES. POROS INICIAL (kg/cm2) PUNTO 3 ESFUERZO EFECTIVO INICIAL (kg/cm2) PUNTO 3 HUMEDAD INICIAL (%) PUNTO 3 HUMEDAD FINAL (%) PUNTO 3 COHESION NO DRENADA Cu (Kg/cm2) ANGULO DE FRICCION Φ PRESION DE POROS (SI-NO) ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO (CD) CORTE DIRECTO EXPANSION CONTROLADA SUELOS EXPANSIVOS ASENTAMIENTO O EXPANSION DE SUELOS DEFORMACION UNITARIA AXIAL ESFUERZO TOTAL MENOR σ3 ESFUERZO TOTAL MAYOR σ1 ESFUERZO DESVIADOR COHESION C ANGULO DE FRICCION Φ ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) Figura 3.3 Variables incluidas en la base de datos de información geotécnica (fuente propia) 3.4 Trabajos de Oficina Fase 1 Con base en el análisis de información secundaria geológica, geomorfológica, geotécnica, química existente en las zonas de estudio y posteriores trabajos de reconocimiento de campo en las zonas piloto seleccionadas, se identificó en superficie la existencia de suelos arcillo limosos adecuados a esta investigación, los cuales ya habían sido previamente identificados en el territorio colombiano a partir de la experiencia de la autora: sector de Campo Alegre (Barranquilla), Sabana de Bogotá en la zona centro occidente (departamento de Cundinamarca) y sur occidente del departamento del Quindío. Con base en esta primera fase de trabajo se generó, con el uso de SIG y mapas a escala 1:25000 para Sabana de Bogotá y departamento de Quindío un modelo geológico – geomorfológico para determinación de zonas homogéneas respecto de esta investigación; en el caso del municipio de Barranquilla se generó un mapa escala 1:10.000. Posteriormente, se efectuó un análisis de la información de laboratorio geotécnico existente y se consolidó la información en la base de datos creada, efectuando un análisis respecto de las propiedades físicas, químicas y geomecánicas de los suelos presentes en los sondeos geotécnicos analizados en las zonas preseleccionadas, con el fin de determinar a nivel local 68 polígonos o zonas geológico – geotécnicas homogéneas con fines de exploración geotécnica directa a escala local (menor a 1:1000). Con base en la densidad y calidad de la información geotécnica secundaria encontrada y analizada en las áreas de estudio seleccionadas, se planteó una exploración geotécnica básica para posterior toma de muestras en profundidades mínimas de 10.0 a 15.0 metros, con el fin de desarrollar ensayos de laboratorio físicos, químicos y mecánicos para obtener algunos parámetros importantes aplicables en los modelos constitutivos seleccionados y con los cuales se pueda evaluar su comportamiento esfuerzo –deformación ante diferentes condiciones de saturación y carga. Las actividades de gabinete en Fase 1, desarrolladas para esta investigación son las siguientes: • Compilación y análisis de información del estado del arte y antecedentes por zona piloto. • Desarrollo de un análisis multiescalar de información geológica, geomorfológica, geotécnica, química, hidrológica y climática en los sectores de Campo Alegre (Barranquilla), Sabana de Bogotá la zona centro occidental y el sector suroccidental del departamento del Quindío. • Construcción de base de datos de información geotécnica recopilada en las zonas piloto en estudio. • Construcción de un modelo de comportamiento geológico – geomorfológico a escala 1:25.000 para Sabana de Bogotá y Quindío, y escala 1:10.000 para Barranquilla y generación de cartografía geológico – geotécnica a partir del uso de herramienta SIG. • Construcción de mapas de ubicación de zonas de exploración geotécnica a escala 1:1000 para Sabana de Bogotá y Quindío. En Barranquilla no se desarrolló exploración geotécnica. 69 • Análisis estadístico de información geotécnica de base de datos por zona piloto para caracterización básica y geomecánica a partir de correlaciones e información geotécnica. 3.5 Trabajos de campo (exploración geotécnica) Con base en la información geotécnica disponible en las zonas organizada en la base de datos se identificaron las áreas en las cuales se tiene la mayor densidad de información de muestreo geotécnico hasta 30 metros de profundidad, tal como se esquematiza en la figura 3.4. Figura 3.4 Proceso esquemático de selección de zonas piloto de estudio de escala local - Parte 2 (fuente propia) Para la identificación final de los puntos de muestreo se establecieron criterios de selección que cubren los siguientes aspectos por zona piloto: Unidad geológica de superficie, pendiente del terreno, subunidad geomorfológica, materiales geotécnicos de superficie predominantemente arcillosos hasta 2.0 mts de profundidad, densidad de información de exploración geotécnica secundaria tomada de la base de datos y puntos de exploración geotécnica directa desarrollados entre 2019 y 2021 por SGC, con base en los cuales se desarrollaron mapas de correlación con el uso de SIG por zona piloto. Con base en lo indicado, se delimitaron en polígonos las zonas más adecuadas para la toma de información producto de la exploración geotécnica y toma de muestras. El Servicio Geológico Colombiano desarrolló trabajos de exploración geotécnica dentro del proyecto “Caracterización Geotécnica de Arcillas” desarrollado entre 2019 y 2021; la Dirección de Laboratorios del SGC autorizó el seguimiento a los trabajos de exploración y el uso de algunas muestras para ejecución de ensayos de laboratorio con fines exclusivos para esta investigación; se 70 hizo seguimiento a las actividades de perforación y muestreo para las zonas piloto de Sabana de Bogotá y Quindío respectivamente; para el municipio de Barranquilla los análisis se realizaron con la información existente. Para la obtención de las muestras se usó un equipo de perforación mecánica por rotopercusión (motor Lombardini) con broca diamantina y recuperación continua de núcleos de diámetro NQ entre los 2 y 15 metros de profundidad; en los casos requeridos para estabilizar se usó lodo bentonítico (Figura 3.5). Figura 3.5. Equipo de perforación por rotopercusión (fuente propia) Las muestras recuperadas fueron recubiertas con papel vinipel y empacadas en cajas, para después ser transportadas a cuartos húmedos con el fin de evitar en lo posible la pérdida de condiciones naturales de los materiales muestreados. Posteriormente fueron almacenadas en el cuarto húmedo del laboratorio de geotecnia del SGC. 3.6 Trabajos de Laboratorio Se desarrolló un programa experimental de laboratorio para las muestras obtenidas del muestreo geotécnico en Quindío y Sabana de Bogotá, orientado a caracterizar sus propiedades físicas, microestructurales y de comportamiento geotécnico en resistencia y deformación para las muestras naturales inalteradas. Es importante anotar, que una parte muy importante del trabajo desarrollado se centró en una selección del punto de muestreo por zona piloto muy cuidadosa con 71 el cumplimiento de diferentes requerimientos que permitiera establecer condiciones que permitan comparar los resultados de los diferentes ensayos geotécnicos ya ejecutados o aplicados para el desarrollo de este trabajo. Es importante anotar que, dado que se usarán resultados producto de información primaria (exploración y muestreo de campo) y de información secundaria, estos últimos sobre los cuales no se tiene control sobre el procedimiento usado para la recuperación de muestras y ejecución de ensayos de laboratorio, los ensayos de laboratorio que se aplicaron a las muestras obtenidas son ensayos básicos convencionales que parten de lo solicitado en el Reglamento NSR-10 título H, o Norma para la construcción sismo resistente aplicada en Colombia hasta la fecha; cuyo fundamento se encuentra en la Norma de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales, ASTM. La caracterización física incluye, tamaño de partículas, peso específico de sólidos y propiedades índice; el acercamiento al análisis de la microestructura de muestras naturales solo se efectuó para la identificación del tamaño con el uso de difracción laser; por último, el comportamiento geomecánico se enfoca en el estudio de la respuesta esfuerzo – deformación en condiciones críticas de los materiales, tal como lo establece la norma NSR-10 para Colombia. El peso específico de sólidos y demás propiedades índices tales como límites de consistencia y peso unitario fueron obtenidos de acuerdo con los procedimientos descritos en las normas ASTM (D2216 – D422-63, 1998; D4318 – D854, 2010), siendo estos los ensayos convencionales usados en la práctica de la ingeniería geotécnica para estos trabajos. Estos ensayos fueron realizados en los laboratorios de geotecnia de la Universidad Militar Nueva Granada, y en el Laboratorio de Geotecnia del SGC. Igualmente, para los análisis de la microfábrica se efectuaron ensayos de composición mineralógica con el uso de Difractómetro de Rayos X y fluorescencia (FRX) para determinar minerales y elementos. A continuación, se describen algunos de los procedimientos de laboratorio utilizados que se dividieron en tres grupos: físicos, químicos y geomecánicos, naturalmente algunos de los ensayos realizados pueden ser usados para analizar más de una característica. Solo se efectúa descripción 72 especial de los ensayos sobre los cuales se aplicaron diferentes técnicas con el fin de disminuir las incertidumbres. 3.6.1 Caracterización Básica (física y química – Sistema de Clasificación) Existen comportamientos especiales de los suelos finos asociados a cambios importantes en resistencia y deformación sin que medien cambios importantes en los esfuerzos aplicados, tal como se describió en la descripción del problema de investigación. Estos son los denominados suelos metaestables o suelos susceptibles de manifestar una variación en su estado de tensiones o en su estructura (provocando una deformación) sin que para ello sea necesaria la aplicación de una fuerza externa. Manifestaciones de este comportamiento son: Sensibilidad (St), Colapsabilidad, Compresibilidad, entre otros. En la práctica convencional de la ingeniería geotécnica, a partir de la información producto de las propiedades índice de los materiales, es posible, a partir de diferentes correlaciones semiempíricas, establecer la susceptibilidad que pueden presentar los materiales a ciertos comportamientos como la expansión, el colapso y la actividad, esta última asociada a la sensitividad y la expansión. En este sentido, es de especial importancia el análisis de los parámetros producto de la caracterización básica, los cuales se asocian también al sistema de clasificación de materiales, que para esta investigación se usará el Sistema Unificado de Clasificación de suelos USCS (ASTM D 2487) que intenta categorizar los suelos según su comportamiento y el tamaño de partícula. Dentro de los fundamentos físicos que dan sustento a este sistema se destaca el balance entre las fuerzas a nivel de las partículas, la habilidad de ensamblaje o de acomodación de estas, las condiciones de drenaje, efectos de superficie y fuerzas capilares, la información primordial de la cual parte este sistema por su facilidad en aplicación son la granulometría y los límites de Atterberg. Sin embargo, dado que este sistema no aporta información de importancia como lo es la geometría de los granos, superficie específica, rigidez, diagénesis, densidad in-situ y grado de saturación, características del fluido intersticial, parámetros del estado crítico, y variabilidad espacial, se hace necesario el uso otros métodos que permitan establecer con mayor certidumbre el tipo de suelos presentes, como son ensayos mineralógicos. 73 Se describen enseguida los ensayos de laboratorio usados en esta investigación, para esta parte del análisis, de especial importancia en la práctica de la ingeniería geotécnica convencional 3.6.1.1 Análisis Granulométrico Tal como se describe ampliamente en el estado del arte, aunque los análisis granulométricos son ensayos básicos para los suelos, de sus resultados parten muchos de los análisis posteriores que permiten establecer ensayos adecuados de resistencia y deformación, así como correlaciones semiempíricas de alta importancia para el análisis geotécnico; una inadecuada clasificación geotécnica de un material arcilloso puede llevar a costosos problemas de diseño posteriores. Teniendo en cuenta que se puede presentar una floculación de los suelos, solapando la existencia de suelos arcillosos en las muestras estudiadas, se procedió a efectuar un análisis de la distribución granulométrica a partir de tamizado. Para ello se usaron tamices o mallas por vía seca con diferentes aberturas, desde aberturas de 125 mm hasta aberturas de 0,075 mm (tamiz nº200). Para tamaños de partículas inferiores al tamiz No 200 se empleó la granulometría por sedimentación mediante el hidrómetro mecánico, aplicando el método D-422 de la norma ASTM, con el uso de hexametafosfato de sodio en agua desmineralizada en proporción de 40 gramos de solución como agente dispersivo. Es importante anotar que, para los objetivos de esta investigación, era de interés obtener resultados de tamaño de partícula por métodos no convencionales a nivel geotécnico, para su comparación con el análisis convencional usado en análisis geotécnico por tamizado e hidrómetro. Razón por la cual y con el fin disminuir incertidumbres en la clasificación final de los suelos estudiados, sin embargo, no se pudieron realizar ensayos adicionales para determinar el tamaño de partícula por difracción laser. 3.6.1.2 Límites de Atterberg y ensayos para identificación de minerales en suelos arcillosos Los límites de Atterberg, convencionalmente usados para obtener los límites de plasticidad con el uso de la Carta de Casagrande, se usaron para obtener los límites Líquido, Límite Plástico e índice de Plasticidad, más que para su clasificación, dado que para suelos dominantemente finos 80 3.7 Trabajos de Oficina Fase 2 Los resultados del trabajo de campo, exploración geotécnica, ensayos de laboratorio, así como de la información secundaria existente evaluada y depurada se analizaron y se tomaron las variables requeridas el análisis de la respuesta en esfuerzo y deformación para el escenario actual de los materiales por zona piloto, así como su respuesta prospectiva dada por los modelos constitutivos usados para materiales finos en esta investigación, con el fin de establecer su aplicabilidad respecto de explicar en forma consistente el comportamiento esfuerzo –deformación en las diferentes zonas piloto en términos de su origen y evolución. Las actividades de gabinete desarrolladas para esta investigación para la Fase 2 son las siguientes: a. Generación de perfiles estratigráficos para los sondeos definidos y construcción de un perfil litológico generalizado para desarrollo de ensayos de laboratorio. b. Evaluación y análisis de los resultados de los ensayos de laboratorio de información primaria y secundaria existente por zona piloto, mediante análisis estadístico. c. Construcción de modelos geológicos 2D y perfiles geológicos por zona piloto con el uso de los programas QGIS versión 3.4.8. y AutoCAD 2018, perfil litológico tipo e identificación de variables geotécnicas tipo por zona piloto. d. Análisis de los resultados de los ensayos consolidados de información secundaria y primaria de laboratorio respecto de comportamientos especiales (colapso, sensitividad y deformabilidad) y respuesta en resistencia y deformación en condiciones críticas para las tres zonas piloto respecto de su génesis. e. Identificación y uso de parámetros geotécnicos obtenidos aplicados a algunos modelos constitutivos aplicables para este tipo de suelos, que permitan caracterizan la respuesta mecánica del material en escenarios prospectivos, en este caso el suelo, ante fuerzas externas, la cual es descrita mediante las relaciones esfuerzo-deformación. 81 3.8 Discusión General Considerando los aspectos teóricos relevantes en el desarrollo de la investigación, así como los datos existentes y la información primaria obtenida de exploración directa, sus correlaciones y resultados, se analizaron los siguientes aspectos: distribución espacio temporal de los materiales de estudio en las zonas piloto analizadas, origen y propiedades geotécnicas básicas determinantes en la clasificación geotécnica de los suelos finos analizados; caracterización geomecánica de los suelos identificados por zona piloto y análisis de correlaciones geomecánicas entre zonas piloto evaluadas; aplicabilidad prospectiva de modelos constitutivos respecto del origen geológico de los suelos estudiados. 82 CAPITULO 4 ESTADO DEL ARTE Y ANTECEDENTES 83 4 ESTADO DEL ARTE Y ANTECEDENTES 4.1 ESTADO DEL ARTE La acción de la dinámica natural sumada a la acción antrópica, en el entorno geográfico concreto, altera las condiciones del medio natural al realizar diferentes actuaciones; acciones antrópicas tales como excavaciones, explanaciones, aplicación de cargas estáticas y dinámicas al terreno, vertimientos, generan una respuesta que se asocia a la génesis y ambiente de desarrollo de los materiales geológicos. La respuesta del terreno, ya sean suelos o rocas, frente a esa alteración depende de su constitución y características, propiedades que están relacionadas con propiedades endógenas y exógenas de los materiales, las primeras relacionadas con su origen, evolución y las segundas relacionadas con su entorno de formación y acciones externas del medio que los han afectado. La gran cantidad de variables que condicionan el comportamiento de suelos y rocas, fundamentado en variables endógenas y exógenas que contribuyen a su formación y evolución, hace complejo el análisis de los problemas relacionados especialmente con la deformabilidad que introducen las cargas y acciones exteriores, deformabilidad que puede llegar a una situación extrema de falla, en que el cambio de volumen aparente aumenta de forma extraordinaria al cambiar muy poco las cargas exteriores, quedando la resistencia definida por una gran deformabilidad y no por falla de partículas; es decir en lo referido al comportamiento esfuerzo – deformación de los materiales los problemas de flujo del agua en el interior del suelo, son en gran parte condicionantes de su respuesta ante cambios en las condiciones de carga; sin embargo, también el tamaño de las partículas que conforman los suelos, condicionan su comportamiento, así como sus características físico – químicas, que se traducen en cambios en resistencia y deformación importantes a nivel macro. Estos comportamientos de los materiales están asociados a condiciones endógenas de formación y exógenas o condiciones ambientales a lo largo de su evolución. Es posible pensar que el conocimiento de estas condiciones en materiales de tipo arcilla, arcilla limosa o materiales geotécnicos finos de diferente origen geológico y ambiente de formación, permitirá establecer a nivel prospectivo, un primer paso en el conocimiento de los posibles comportamientos de estos 84 materiales ante diversas solicitudes a partir de análisis y correlación con las condiciones geotécnicas actuales y la definición y conocimiento de las zonas donde se localizan este tipo de materiales geológicos en Colombia, con base en una relación causal genética de los mismos. Esto se vuelve de mayor importancia especialmente en el momento actual de desarrollo tecnológico con el fin de establecer predicciones más acertadas con el uso de modelos constitutivos recientes y que puedan ser aplicables bajo ciertas condiciones de información de laboratorio que pueda ser relacionada con su génesis. En este sentido se presenta en este capítulo en primer lugar una descripción general de las bases conceptuales desde la geología y geomorfología y la geomorfoclimatologia que permite una adecuada identificación de las zonas piloto en evaluación, factor que cobra la mayor importancia para esta investigación, en segundo lugar, se presentará el marco conceptual alrededor del comportamiento geomecánico y los modelos constitutivos aplicables que se plantea usar dentro de esta investigación. Como aspecto de vital importancia se presentan al final de este capítulo los antecedentes referidos a la información de geología para ingeniería y geomorfología aplicada para el desarrollo del modelo geológico – geomorfológico existente por zona piloto. 4.1.1 Aspectos de importancia para identificar el origen y evolución de los materiales arcillosos desde la morfogenética en las zonas piloto en evaluación La selección inicial de las zonas piloto de estudio se plantea a partir las variables geomorfológicas que determinan la génesis de un material: la morfogénesis, la morfoestructura, la morfocronologia, la morfodinámica y la morfoclimatologia. Con base en los trabajos efectuados por Carvajal ( 2002) e INGEOMINAS (2002),se tienen ambientes morfogenéticos alrededor de los cuales se debería efectuar el análisis genético de los materiales; para nuestro caso los ambientes morfogenéticos predominantes en las zonas piloto de estudio son: 1. AMBIENTE VOLCANICO: Asociado en las regiones donde predominan los procesos que generan geoformas volcánicas por la extrusión de materiales fundidos procedentes del interior de la tierra. Color recomendado el rojo de acuerdo con Verstappen & Zuidam (1992). 85 2. AMBIENTE FLUVIAL: Corresponde a las geoformas generadas por los procesos relacionados con la actividad fluvial. Se propone el color azul para estas regiones. 3. AMBIENTE MARINO PROFUNDO Y COSTERO: Determinado por las geoformas construidas por la actividad de las corrientes marinas y el oleaje costero del mar. En la Tabla 4.1 se muestra la relación de procesos Geodinámicos y Categorías Geomorfológicas que se han usado como base para esta investigación. Para analizar cualquier superficie del terreno e identificar las geoformas existentes, es necesario identificar y analizar los factores climáticos tanto actuales como pasados y su influencia en los procesos que actuaron o actúan en el modelado del paisaje de un área determinada; en este sentido los estudios geomorfológicos permiten un análisis integral desde diversos acercamientos: análisis de la morfoestructura, la morfodinámica, la morfocronologia y la morfoclimatologia. La morfoestructura (van Zuidam, 1986) incide en el modelaje del paisaje según dos condiciones: una Condición “Activa” que corresponde a los procesos morfogenéticos endógenos asociados tanto a la deformación y al fracturamiento tectónico (antiguo y reciente), como al vulcanismo que determina geoformas de configuraciones y dimensiones variables y una condición “Pasiva” que analiza las formas resultantes de los procesos o deformaciones tectónicas (activas e inactivas), expresadas en el relieve de la superficie terrestre, con dimensiones y configuraciones variables. Desde el punto de vista de la geomorfodinámica se efectúa un acercamiento respecto de los procesos denudativos ocurridos tanto en el pasado como en el presente o aquellos que se puedan activar en el futuro. La morfocronología, está relacionada con la edad relativa de cada una de las geoformas del terreno, las cuales están caracterizadas por el período de su formación y su desarrollo posterior. Es esencial hacer una distinción entre las formas de edades diferentes, en particular, entre las formas recientes y aquellas heredadas de períodos anteriores, cuando prevalecían distintas condiciones climáticas. Dado que la cronología, y en particular la datación absoluta, es a veces difícil de establecer, las indicaciones para la edad deben ser flexibles. Finalmente, la morfoclimatología permite interpretar y analizar los procesos geomorfológicos comprendiendo la influencia de los climas actuales de la tierra. Así mismo es importante investigar y entender la influencia múltiple de los cambios climáticos y geomórficos ocurridos durante los 86 diferentes periodos que dieron origen a los materiales y los cambios que se han dado a través de su evolución. Estos principios nos indican que para analizar cualquier superficie del terreno e identificar las geoformas existentes, es necesario identificar y analizar los factores climáticos tanto actuales como pasados y su influencia en los procesos que actuaron o actúan en el modelado del paisaje de un área determinada. Los elementos formadores del clima que más se tienen en cuenta como factores influyentes en los procesos geomórficos formadores de una unidad geomorfológica son: temperatura, precipitación, la latitud, altitud y relieve (topografía). Dada la gran variedad de procesos que ocurren tanto en la zona superior (la atmosfera) como en el interior del suelo asociados a factores endógenos ( climáticos) como endógenos ( suelo) se vienen haciendo esfuerzos para desarrollar modelos acoplados que puedan representar el acople de los sistemas atmosfera – Suelos (Mora González, 2011) que parten de modelos ya desarrollados por Gens (2010) que incluyo el proceso de congelamiento del agua en su modelación, así como los efectos químicos en los suelos los cuales parten de leyes de comportamiento termo-hidro-mecánico. La relación entre los factores climáticos y la meteorización fueron estudiados por Peltier (1973), quien estableció que a una temperatura determinada y bajo condiciones de precipitación media se establecen diferentes tipos de meteorización dominante. Igualmente, las variaciones climáticas influyen con diferentes grados de intensidad en todos procesos geomórficos conocidos. Es así como la rapidez y tipo de erosión pluvial, los movimientos en remoción en masa y la erosión son variables de acuerdo con la variación de los factores climáticos. Conjugando los aspectos endógenos y exógenos de formación de los suelos y con el propósito de zonificar las variaciones propias de los factores que determinan el clima de una región se determinan las regiones morfogenéticas (Thornbury, 1960), o áreas en que bajo la influencia de condiciones climáticas actuales predominan procesos geomórficos particulares, los cuales le imprimen al paisaje características que lo distinguen de otras áreas desarrolladas bajo condiciones climáticas diferentes. 87 Las regiones climáticas se establecen de acuerdo al Modelo climático de Caldas Lang, el cual es el resultado de la unificación del modelo propuesto por Francisco José de Caldas en 1802 y Lang 1915; el primero aplicado al trópico americano, basado en los valores de temperatura con respecto a su variación altitudinal, estableciendo pisos térmicos en la Región Andina Tropical, y el segundo que relaciona la precipitación media anual y la temperatura media anual, cociente denominado Índice de Efectividad de Precipitación o factor de lluvia de Lang. Con base en estas consideraciones en la Tabla 4.2 se relacionan las regiones morfogenéticas definidas por Louis Poltier, con las regiones climáticas definidas por Caldas - Lang (Eslava, 1993; Villota, 1997) con sus características climáticas, los procesos dominantes, las características morfológicas y las geoformas asociadas para las zonas piloto de interés para esta investigación. 88 Tabla 4.1 Relación de procesos Geodinámicos y Categorías Geomorfológicas (adaptado INGEOMNAS 2005) PROCESOS GEODINAMICOS (AGENTES) PROCESOS MORFOGENETICOS CATEGORIAS GEOMORFOLOGICAS MAYORES CATEGORIAS GEOMORFOLOGICAS MENORES INTERNOS (Endógenos) Deriva Continental Tectónica de Placas MORFOESTRUCTURAL Magmatísmo (intrusión Volcanismo) Tectonismo: Compresión, distensión, Plegamiento, Fallamiento. Sísmicos Cadenas montañosas (Cordilleras). Altillanuras (Llanos orientales) Piedemonte Gravens, Horst Valles Sinclinales Laderas estructurales Anticlinales Piedemonte Cordilleranos Escarpes, laderas irregulares Montaña de pliegue Escarpes de falla EXTERNOS (Exógenos) Agua, Hielo, Viento, Gravedad, fenómenos Meteorológicos, Corrientes Fluviales y Marinas, Lluvias Actividad biológica y del hombre. DENUDATIVO (Marino, Fluvial, Glaciar, Eólico, Lacustre, antrópico). (Degradacional) Meteorización Erosión: fluvial, glaciar, hídrica y marina Fenómenos de Remoción en Masa. Excavaciones antrópicas Valles Intramontanos (Valle Magdalena y Cauca) Altiplanicies Planicies Marinas Superficies Antrópicas Planicies, colinas, mesetas y laderas denudadas Valles con cañones pronunciados Valles amplios antiguos Valles aluviales Canteras, taludes, canales AGRADACIONAL (Marino, Fluvial, Glaciar, Eólico, Lacustre, Antrópico). Formación de: Suelos Depósitos (Residuales; coluviales, aluviales, glaciares, fluvio glaciales, marinos, lacustres). Actividad Humana y/o Biológica Llanuras aluviales; Sabanas Llanuras costeras Llanuras lagunares Campos de duna Planicies antrópicas Cerros de deyección Abanicos aluviales Abanicos Glaciar y Fluvio glaciares Llanuras de inundación Espigas Planos aluviales Terrazas Montículos de basura Planos de relleno 89 Tabla 4.2 Relación de las regiones morfogenéticas y las regiones climáticas definidas por Peltier 1953 en Thornbury (1960) y Caldas – Lang en Eslava 1994 respectivamente para las zonas piloto en evaluación REGIÓN MORFOGENÉTICA REGIÓN CLIMATICA TEMPERATURA MEDIA ANUAL (°C) – ALTITUD (msnm) PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL (mm) PROCESO DOMINANTE AMBIENTE MORFOGENÉTICO CARACTERISTICAS DEL PAISAJE Moderada (Quindío y Barranquilla) Muy Frio – Húmedo Meteorización mecánica y química moderada Ambiente fluvial predominante y Denudativo moderado: Geoformas y procesos fluviales y denudativo Muy Frio - Superhumedo Erosión pluvial máxima Efecto máximo de la acción fluvial Vertiente suave Frio Seco 1 a 29 900 a 1500 Movimientos en masa moderados Moderada acción de movimientos en masa Suelos residuales Frío húmedo 500 a 3700 Leve acción de gelifracción Crestas y valles Cálido Seco Extensos depósitos aluviales y coluviales Sabana (Sabana de Bogotá) Frio - Húmedo Meteorización química moderada Geoformas de origen eólico y fluvial asociados Frio Seco 1 a 29 Erosión eólica máxima Ambiente fluvial y eólico predominantes Extensas zonas planas Templado húmedo Erosión pluvial de moderada a máxima Vertientes de suaves a fuertes Templado Seco 600 a 1300 Acción fluvial de máximo a moderado Extensas áreas afectadas por la erosión eólicas Cálido Seco 0 a 2000 Acción fuerte del viento Extensos depósitos aluviales 96 muchos suelos identificados como limos bajo estas condiciones pueden corresponder a arcillas con una microfábrica especial. Algunos autores plantean que la microfábrica de las arcillas está determinada por tres tipos de elementos: partículas elementales, agregados de partículas y poros (Alonso et al., 1987) a partir de los cuales se pueden establecer tres tipos de microfábricas de suelo fundamentales (figura 4.3): a)microfábrica de tipo matricial, cuando las partículas elementales están distribuidas de forma homogénea; b) microfábrica en forma de agregados; cuando las partículas elementales están agrupadas como si fueran un grano de tamaño mayor; y c) una microfábrica de granos de arenas y/o limos con conectores de arcilla entre los granos, o contactos directamente, sin conectores de partículas de arcilla. En el apartado (d) se muestra una partícula elemental que posee configuración paralela. A escala microscópica existen varias investigaciones sobre la estructura y fábrica de las arcillas (Collins & McGown, 1974; Grabowsca-Olszewaska et al., 1984; Mitchell, 1993; Romero Morales, 1999) Algunos autores definen las arcillas desde el punto de vista petrográfico como un material sedimentario, atendiendo el factor genético respecto de materiales glaciares, residuales, volcánicos, lacustres, etc. Figura 4.3 Tipos de microfábricas fundamentales del suelo (Alonso et al., 1987). 97 4.1.4 Minerales arcillosos En este sentido, respecto de los materiales de interés dentro de esta investigación, se pueden definir a las arcillas a nivel de macroescala y desde el punto de vista textural, a la fracción granulométrica de diámetro inferior a 2μ, tamaño propuesto por Atterberg y universalmente utilizado en la mecánica de suelos. Sin embargo, estas fracciones finas, que en algunos casos se han definido como coloides minerales o coloides de suelo, pueden contener numerosas sustancias cristalinas o no (amorfos); pero si bien esto ocurre, la mayoría de los minerales arcillosos se encuentran en la fracción menor de 2 micras. Sin embargo, la justificación del tamaño considerado para la arcilla no es muy clara, es así, como en muchos casos, minerales arcillosos floculados presentan tamaños superiores 2μ, pasando texturalmente a ser limos. Desde un punto de vista puramente mineralógico, es importante entender que el comportamiento de los suelos finos está especialmente determinado por el contenido de minerales de arcilla, minerales que les dan las características químicas y físicas finales a los suelos geotécnicos finos, ya sea que estos se clasifiquen por su textura como arcillas o no. Los minerales arcillosos pueden ser cristalinos y algunos minerales amorfos, para los cuales se presenta mayor dificultad en su identificación, tal es el caso de las alófanas propias de los suelos volcánicos. Las alófanas, son sustancias conocidas desde hace mucho tiempo y son difíciles de caracterizar por la gran variabilidad que presentan en composición y propiedades. La dispersión y floculación de las arcillas en los suelos por la acción de electrolitos u otras causas tienen una gran influencia en las propiedades físicas de los suelos. Por ejemplo, arcillas floculadas engloban otras partículas de mayor tamaño como limos y arenas contribuyendo a dar al suelo una macroestructura granular que puede enmascarar un comportamiento de alta resistencia, pero fuertes deformaciones del suelo asociadas a su microfábrica. Establecer una clasificación de los minerales identificados en las arcillas no es sencilla, e incluso no se tiene un acuerdo único respecto de los fundamentos de dicha clasificación; diferentes autores han propuesto clasificaciones tales como Brown, Greemm, Mackenzie, Henin y Caillerie (Pérez Rodriguez, 1968). Un mayor detalle de la Clasificación de Brown se presenta en el documento: “Constitución y Propiedades Físico-químicas de las arcillas de suelos del Valle del Guadalquivir” (Pérez Rodriguez, 1968). 98 De acuerdo al marco de trabajo espacio –temporal definido para esta investigación , en la macroescala, se analiza el sistema particulado en términos de sus fases composicionales, es decir la identificación de la matriz y la estructura que ofrece estabilidad mecánica al material ya que es en esta escala en donde se realizan los ensayos de laboratorio (muestras de mano – sistema particulado); sin embargo, es muy usual que en la práctica de la geotecnia se usen correlaciones semiempíricas para la definición de parámetros de resistencia y deformación de los suelos a partir de sus propiedades índice, las cuales usan estándares basados en la distribución del tamaño de las partículas, hecho bastante bien aplicable a suelos granulares, sin embargo, para suelos finos, en donde el contenido de minerales arcillosos es importante, muchas de las clasificaciones usuales que parten de la carta de Casagrande, por ejemplo, así como otras similares desarrolladas por diferentes autores (Polidori, 2003, 2007, 2009; Saito & Miki, 1975) no siempre permiten establecer la existencia de estos minerales arcillosos y por lo tanto no permiten conocer el comportamiento real esfuerzo – deformación esperable para este tipo de suelos (Moreno-Maroto et al., 2021);en este caso es importante tener en cuenta que la carta de clasificación de Casagrande genera resultados más próximos a la realidad cuando se trata de materiales con propiedades intermedias tales como las arcillas limosas y limos arcillosos ( CL_ML, CH-MH)(Moreno-Maroto & Alonso-Azcárate, 2018; Moreno-Maroto & Azcárate, 2017). Lo indicado previamente, es especialmente cierto en los casos de suelos de origen volcánico en donde se encuentran suelos tipo limo por su clasificación textural, pero atendiendo a sus características de plasticidad y composición tienen predominantemente minerales arcillosos; estos resultados se han evidenciado en algunos estudios efectuados en Colombia, tal como es el caso del trabajo “ Estudio experimental de clasificación de suelos derivados de cenizas volcánicas en el suroccidente colombiano con el método USCS, el AASHTO y un nuevo método de clasificación de suelos”, efectuado sobre materiales volcánicos del suroccidente del país en un trabajo desarrollado por la Universidad del Cauca (Guerrero & Cruz Velasco, 2018): “los suelos MH (suelos 2, 4 y 5) tienen los mayores porcentajes de contenido de arcilla mientras que los CH (suelos 1 y 3) tienen los porcentajes de arcilla más bajos” En este sentido y dado que los métodos de clasificación de suelos finos AASTHO Y USCS son primordialmente texturales y de plasticidad, las clasificaciones de los materiales basadas en sus propiedades índice dan resultados muy similares, obteniéndose valores del límite líquido muy 99 similares y la misma clasificación USCS y AASHTO para suelos de origen diverso, sin embargo, si a partir de estas clasificaciones se realizan correlaciones con la resistencia y deformación, teniendo los suelos contenidos importantes de minerales arcillosos, se pueden generar interpretaciones inadecuadas de su comportamiento, que pueden llevar a la falla de los materiales y posteriormente de las estructuras que se construyen sobre ellos. Ramírez-Builes (2009) expresa claramente que los métodos de laboratorio geotécnico y edafológico que actualmente se emplean en Colombia para estimar propiedades como la capacidad de intercambio catiónico y clase textural por dispersión mecánica (hidrometría), generan resultados con altas incertidumbres, especialmente cuando se trata de materiales en donde predominan suelos de origen volcánico con alta presencia de minerales arcillosos tipo alófanas e imogolita (amorfos), las cuales presentan características especiales y muy diferentes a los minerales arcillosos cristalinos, estos minerales arcillosos encontrados en sus estudios presentan complejos órgano-metálicos muy fuertes. Igualmente, otros estudios desarrollados por Laguna, (2007) encontraron que en algunas esmectitas provenientes de la Formación Honda al noroeste del Tolima en Colombia, para las muestras de origen natural, existen algunas especies (carbonatos y materia orgánica) que pueden actuar como aglomerantes que promueven la compactación de la fase esmectita, generando agregados estables de las partículas (habitualmente de tamaños de 2 µ) con diámetros que sobrepasan la clasificación granulométrica de una arcilla y en el análisis convencional por hidrometría clasificando como limos. Estos estudios reiteran la necesidad de incorporar otro tipo de análisis tales como Difracción por rayos X - DRX, esta técnica es fundamental para el estudio de los minerales, en especial aquellos en que se encuentran presentes diferentes fases cristalinas como las arcillas naturales. sin embargo, dado que esta técnica no puede analizar en detalle minerales arcillosos no cristalinos, se hace necesario el uso de técnicas adicionales tales como el ensayo de Fluorescencia de rayos X- FRX, que permite conocer los elementos constituyentes y su proporción en los minerales encontrados en el ensayo de DRX con el fin de tener un primer acercamiento a su naturaleza química (Laguna, 2007). 100 4.1.5 Historia de esfuerzos y propiedades Esfuerzo – Deformación Desde Coulomb y Rankine, quienes se interesaron en analizar situaciones en que el terreno se podía considerar que estaba en un estado de falla, se vio la necesidad de evaluar cuanto se va a deformar el terreno en respuesta a las cargas aplicadas sobre él (Gens, 2005).Cuando se estudian características respecto de la respuesta esfuerzo – deformación de los materiales geológicos relacionadas con su origen y el estado de alteración (meteorización) de geo-materiales debido a la acción de factores medioambientales como precipitación, temperatura, viento, humedad relativa y acciones combinadas de estos factores como erosión, la investigación se ha direccionado al componente químico y algunos aspectos físicos, debido precisamente a la dificultad de escalar tanto factores ambientales como la reacción esperada de los materiales (Tristancho & Caicedo, 2008). En consecuencia, se requiere no sólo una identificación precisa del accionar de los factores medioambientales, sino una gran capacidad de desarrollo de formas idóneas de escalarlas no solo en laboratorio (macroestructura) respecto de las escalas de geo-material que allí se manejan, sino desde un análisis de relaciones causales entre las variables genéticas (mega escala) de los materiales que se pueden conocer a partir de la geología, la geomorfología y la composición química y disposición microestructural (microestructura). En la actualidad se hacen esfuerzos ingentes por investigar los efectos de las acciones ambientales en macizos rocosos, mediante la construcción de túneles y cavernas que sirvan como laboratorios a escala natural o simples tramos de ensayo, pero dadas las dificultades operacionales y altos costos involucrados se requiere más tiempo para lograr resultados satisfactorios y sobre todo aplicables a diversas geologías (Torres, 2011). A nivel de macroestructura, se trata de replicar los esfuerzos en el interior de un suelo, los cuales son producto de la aplicación de cargas externas y debidas al peso propio del material, sin embargo, el sistema de esfuerzos debido a las cargas aplicadas suele ser bastante complicado. El sistema correspondiente al peso propio también suele ser complicado. En general todo cambio en el estado de esfuerzos de un material va asociado a una deformación, aunque la misma sea muy pequeña. En general, si el suelo fuera isótropo y linealmente elástico sería posible determinar las constantes elástica E (módulo de Young), y (Coeficiente de Poisson) a partir de pruebas sencillas, utilizando estas constantes para calcular la relación entre esfuerzos y deformaciones para otros tipos de pruebas. Sin embargo, este método tan sencillo no suele ser aplicable a los suelos. Por lo 101 tanto, se utilizan para estudiar el comportamiento esfuerzo – deformación bajo un tipo de carga específico. Las pruebas convencionales desde el punto de vista mecánico, así como las más utilizadas para el estudio esfuerzo-deformación de los suelos son: compresión isótropa, compresión confinada (edómetro), compresión triaxial, corte directo; para la evaluación de la deformación a corto, mediano y largo plazo se evalúa el grado de consolidación de los suelos; sin embargo, al respecto del desarrollo y uso de equipos de laboratorio Terzaghi anotaba Gens (2005): “Cuanto más simple y barato es el aparato, mejor expresa su objetivo y, por tanto, uno puede iluminar el proceso investigado, confirmar o rechazar hipótesis y formular nuevas, sin malgastar ni tiempo ni dinero. Instrumentos sensibles y costosos pertenecen a la fase en que comprendemos claramente el fenómeno natural y cuando es importante obtener cifras precisas. Cuando uno empieza los experimentos con aparatos costosos, se convierte en un esclavo del aparato, que en vez de establecer la verdad de una idea valiosa sirve solo para establecer un hecho – pero nunca para establecer una ley”., entendiendo que el fin del uso de estos equipos, de acuerdo a Terzaghi no era una determinación más o menos precisa de las propiedades del terreno, sino comprender los rasgos fundamentales de su comportamiento mecánico para formular posteriormente, a través de un procedimiento de abstracción, leyes de comportamiento de validez general. Es en este sentido que se plantea el uso de ensayos y muestreo para esta investigación; si bien es muy alta la importancia la aplicación de técnicas de laboratorio que generen datos de importancia para entender el comportamiento esfuerzo -deformación de los suelos finos, el fin último es comprender los rasgos fundamentales de estos materiales que pueden ser asociados a su génesis y evolución y que puedan ser generalizados a partir de sus principales rasgos genéticos. Aunque en los últimos veinte años se ha tenido un desarrollo muy grande alrededor de nuevos equipos para la medición de los estados de esfuerzo y deformación de los materiales, el uso de equipos convencionales, por su costo y aplicabilidad a los modelos constitutivos hasta ahora desarrollados sigue siendo de muy alto valor y es la que se plantea usar en esta investigación, con el fin de que su aplicación en el desarrollo de estudios de ingeniería geotécnica esté al alcance de los profesionales que hoy desarrollan los estudios que definen el desarrollo de obras y estructuras en el país. 102 Es importante anotar que el comportamiento geomecánico de los materiales, específicamente de los suelos, es producto de diferentes procesos acoplados que van desde la mega estructura, pasando por la macroestructura hasta llegar a la microestructura; por lo tanto las posibles relaciones del comportamiento esfuerzo – deformación de los suelos con su génesis y ambiente evolutivo requiere entender múltiples procesos acoplados Interescalares (desde la mega escala hasta la microescala) y procesos acoplados en la misma escala, por ejemplo la consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación a nivel de macroescala; es por lo tanto importante definir las posibles relaciones del comportamiento esfuerzo – deformación de los suelos con su génesis y ambiente evolutivo de forma simplificada en términos de procesos acoplados de muy alta complejidad. Al respecto se tienen acercamientos importantes desde estudios en suelos parcialmente saturados y modelación de procesos acoplados, como la modelación física en centrífuga de la interacción suelo atmósfera (Tristancho & Caicedo, 2008), modelos analíticos y numéricos de estrés hídrico de las plantas (Rodriguez-Iturbe et al., 2001). Dado que estos estudios se han efectuado a diferentes escalas se genera una alta incertidumbre frente a las leyes de escalamiento a ser utilizada en la modelación de procesos acoplados tal como lo expresa (Mora González, 2011) en su tesis de maestría, direccionada al estudio y desarrollo de protocolos de modelación acoplada de procesos de interacción suelo atmosfera. La modelación de acciones ambientales y su interacción con los suelos se investiga mediante el uso de tecnologías avanzadas como es el uso reciente de la centrífuga, en combinación con dispositivos que generan acciones como precipitación, luz solar, humedad relativa, etc. Se deben destacar ensayos realizados por un grupo de investigadores de la Universidad de Bari y la Universidad de Londres sobre diferentes tipos de arcillas plásticas altamente sobreconsolidadas del centro y sur de Italia (Calabresi & Scarpelli, 1985; Cotecchia & Chandler, 1997; Rampello & Amorosi, 1998; Ridley & Burland, 1996). En Colombia se han desarrollado importantes esfuerzos por conocer el comportamiento en deformación de materiales arcillosos y su relación con los procesos de succión, tal como los trabajos realizados sobre las arcillas de la sabana de Bogotá por los investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña (G. E. Ávila, 2004); trabajos efectuados por la Universidad Nacional de 103 Colombia respecto del comportamiento en carga - descarga y humedecimiento - secado en rocas lodosas de los andes colombianos (Torres, 2011), y otros trabajos desarrollados desde 1991 y hasta años recientes con el fin de relacionar el comportamiento en deformación de materiales arcillosos ubicados en áreas de con origen Geológico bien diferenciado tales como al Glacis del Quindío, la Sabana de Bogotá y el batolito antioqueño. Igualmente, el Servicio Geológico Colombiano desarrolló estudios geotécnicos con toma de más de 1500 muestras en la Sabana de Bogotá para efectuar la caracterización geológico - geotécnica de los materiales de superficie y estudios geológico - geotécnicos con toma de muestras para el departamento del Quindío (INGEOMINAS, 2005). Aportes recientes provienen de investigaciones adelantadas por la Universidad Politécnica de Cataluña para determinar el efecto de la succión sobre la degradación de la resistencia al corte de la marga de Pamplona (Alonso & Pineda, 2006), de las arcillolitas del almacenamiento de residuos nucleares de Mont Terri y de los limos del valle de fondo plano de la presa de Albagues (Berdugo et al., 2010). Otros grupos de investigación de la Universidad de Basilicata, la Universidad de Nápoles Federico II y la Segunda Universidad de Nápoles han estudiado la influencia de la composición del fluido de poros sobre la compresibilidad y la expansividad de materiales arcillosos naturales y reconstituidos (Di Maio, 1996; Picarelli et al., 2000) . Estos fenómenos están relacionados con la capacidad de intercambio catiónico de los materiales arcillosos en presencia de soluciones salinas y agua destilada. 4.1.6 Condición de carga y resistencia al corte Con base en el principio de esfuerzos efectivos propuesto por Terzaghi et al., (1996), es importante entender que las condiciones de carga tienen implicaciones directas sobre el comportamiento esfuerzo – deformación de los suelos, producto del cambio de esfuerzos efectivos; sin embargo, el problema físico obedece a un fenómeno de flujo al interior de un medio poroso, de manera que deben analizarse de manera acoplada, ya que ambos procesos ocurren de manera simultánea y son dependientes del tiempo, como se puede apreciar en la teoría de consolidación (Mora González, 2011). Si bien, el estado crítico de resistencia de un suelo viene determinado por 104 las variables de resistencia en función de esfuerzos efectivos, el estado límite de resistencia en cualquier tipo de suelos está determinado por los parámetros de resistencia efectivos del material, así como la tasa de carga; de esta forma, cualquier trayectoria efectiva de esfuerzos que conduzca a este estado produce la falla (Figura 4.4)(Verrujit, 2001) , sin embargo, se pueden obtener valores mayores o menores de Cu en función de la presión de poros y en general de la trayectoria de esfuerzos generada, factores que se relacionan directamente con la microfábrica en los suelos finos predominantemente arcillosos. Figura 4.4 Esquema de trayectorias de esfuerzos. En línea punteada se ilustran trayectorias de esfuerzos totales mientras las líneas continuas muestran trayectorias de esfuerzos efectivos (Tomado de Verruijt (2001)). Los suelos arcillosos presentan un comportamiento viscoso, a causa de la dependencia de la resistencia con la tasa de cambio de las deformaciones. Ensayos triaxiales desarrollados a velocidad controlada (Berre & Bjerrum, 1973) muestran que la resistencia al corte de los suelos arcillosos crece de manera lineal con el logaritmo de la tasa de deformación, de manera similar otros estudios definen un parámetro que caracteriza el comportamiento viscoso del material al que denominan como índice de viscosidad (Mitchell et al., 1968; Murayama & Shibata, 1958), el cual se define como la relación potencial entre la resistencia al corte y la tasa de deformación o relación entre el coeficiente de compresibilidad secundaria y el coeficiente de compresibilidad primario; este índice fue presentado en función del límite líquido por (Krieg, 2000) en relación con el límite líquido del material (figura 4.5). Es importante anotar, que no se tienen datos específicos que puedan 105 generar resultados comparativos respecto de estos comportamientos en suelos arcillosos de diferente origen. Figura 4.5 Valores del índice de viscosidad. Tomado de Krieg (2000) La historia de esfuerzos a los cuales han estado sometidos los materiales se puede observar a través del esfuerzo de preconsolidación que establece la transición entre el comportamiento elástico y al comportamiento plástico donde se generan deformaciones irreversibles. En este sentido, las superficies de fluencia son función de los esfuerzos que permiten establecer la evolución de la plasticidad del material, a medida que los materiales plastifican desplazan estas superficies de fluencia de manera que extienden la zona en la cual el material presenta un comportamiento elástico (Mora González, 2011); lo anterior implica que si un determinado material es descargado se necesitaría cargarlo nuevamente (por lo menos hasta el valor de presión inicial) para que la trayectoria de carga sobrepase la superficie de fluencia y cause deformaciones plásticas (Mora & Moya, 2006); es por ello de alta importancia evaluar la relación de sobre consolidación (RSC). La figura 4.6 muestra los posibles comportamientos de un material sobreconsolidado, en donde se observa en la zona 1 un comportamiento elástico, en la zona 2 un comportamiento no 112 El Cam-clay original está basado en el trabajo de Taylor, en el cual se propone que los factores contribuyentes a la resistencia del suelo son la fricción entre partículas generada durante un proceso de carga y el interlocking. El interlocking es la interconexión entre partículas y causa dilatación o contracción del suelo dependiendo de si este se encuentra en su estado denso o suelto. La rata con la que el suelo se dilata o se contrae es una medida del interlocking. La introducción de este factor fue importante para la refutación de la ecuación de Mohr Coulomb. Schofield determinó que era el interlocking, y no la cohesión, el causante de la unión entre partículas y de los esfuerzos pico en ensayos de corte. Las predicciones del modelo Cam-clay deben tener en cuenta el tipo de ensayo triaxial al cual fue sometida la muestra, es decir si este fue drenado o no drenado. Las muestras de arcilla extraídas para este trabajo fueron sometidas a triaxiales CD, consolidados – drenados (Figura 4.9). En este caso se debe mantener una relación entre el esfuerzo efectivo y el desviador constante. 𝜕𝑞 =3𝜕𝑝 (4.2) Figura 4.9 Ensayo triaxial CD (Tomado de Chacón,2004) 113 Tabla 4.6 Parámetros constitutivos de Cam-clay (adaptado de Chacón, 2004) Parámetro Descripción Origen w Humedad Natural Humedad Gs Gravedad Especifica Gs e0 Relación de Vacíos Inicial 𝑒 = 𝑤 𝑆𝑟 𝛾𝑠 𝛾𝑤 μ Módulo de Poisson Triaxial 𝜑𝑐 Ángulo de Fricción Crítico Triaxial l Pendiente de Línea NC Consolidación k Pendiente Línea SC Consolidación M Constante de Fricción EC Triaxial N Ordenada Línea NC Consolidación Γ Ordenada Línea EC Consolidación 4.1.7.2 Modelo hiperbólico Ducan - Chang El modelo hiperbólico fue propuesto inicialmente por (Kondner & Zelasko, 1963), posteriormente fue presentado en forma ajustada por (Duncan & Chang, 1970), el que parte del supuesto de que las curvas esfuerzo-deformación del suelo pueden aproximarse a una curva hiperbólica que relaciona el esfuerzo desviador con la deformación axial. Los parámetros constitutivos que se requieren para trabajar con el modelo se encuentran en función del esfuerzo de confinamiento y del esfuerzo cortante, los cuales pueden ser obtenidos por ensayos de compresión triaxial. Los parámetros básicos de ingreso para el desarrollo del modelo son: el módulo de elasticidad inicial (Ei), módulo tangencial de elasticidad (Et), el módulo de carga y descarga de elasticidad (Eul), coeficiente de Poisson (μ), cohesión (c), ángulo de fricción interna (ϕ’), módulo de carga inicial (K), exponente de rigidez inicial (n), coeficiente de falla (Rf), esfuerzo de confinamiento y presión atmosférica (Pa), módulo de descarga y recarga (Kur), módulo volumétrico (Kb), exponente de módulo volumétrico (m) y módulo tangencial (Et). 114 Este modelo se ha venido usando gracias a que los parámetros se obtienen directamente del ensayo triaxial, sin embargo, este modelo no puede distinguir entre los ciclos de carga y descarga. A manera de resumen la tabla 4.7 muestra las variables requeridas por el modelo y los ensayos necesarios para encontrarlas. Tabla 4.7 Parámetros constitutivos de modelo hiperbólico Duncan - Chang (adaptado de Vintimilla, Avila 2004) Parámetro Descripción Origen c (kPa) Cohesión Ensayo Triaxial Ángulo de Fricción Ensayo Triaxial K Módulo de carga inicial Curva Ei vs σ3 - Ensayo Triaxial N Exponente de rigidez inicial Curva Ei vs σ3 - Ensayo Triaxial Rr Relación de falla Valor por defecto Kb Módulo de carga inicial Curva Bm vs σ3 - Ensayo Triaxial M Exponente de rigidez inicial Curva Bm vs σ3 - Ensayo Triaxial Kur Módulo de descarga y recarga Curva Eur vs σ3 - Ensayo Triaxial 4.1.7.3 Adaptación al modelo francés La importancia en la ingeniería geotécnica del concepto de la confiabilidad en el diseño es planteada abiertamente por (Raba Moyano & Caicedo, 2012), para lo cual plantea la importancia de tener modelos correlacionables que permitan cuantificar de manera científica algunas propiedades que son de fácil manejo y bajo costo en trabajos de Ingeniería Geotécnica, con constantes o parámetros resultantes de ensayos especializados de campo y laboratorio que son de muy alto costo y en general de muy difícil ejecución, esto dado que en la práctica común de la ingeniería el desarrollo y ejecución de ensayos de resistencia y compresibilidad es mínimo. En este sentido el 115 método francés para la representación simplificada del comportamiento de suelos blandos, constituye una herramienta valiosa que permite interpretar físicamente ensayos y propiedades índice de los suelos y relacionarlos de alguna forma con ensayos de resistencia y compresibilidad; con la ayuda de esta herramienta se adquieren criterios de juicio y herramientas de trabajo importantes con el fin de evaluar en un proyecto la varianza de las diferentes constantes de suelo en función de la variación de los parámetros de estado. Este método plantea correlaciones entre el Limite líquido y el Índice de plasticidad, el Limite líquido y el Coeficiente de compresión, el esfuerzo efectivo y el Índice de Plasticidad, Índice de consistencia y el Índice de Plasticidad, el Índice de Plasticidad y el Angulo de fricción, la resistencia al corte no drenado y el Índice de Plasticidad, el Índice de Plasticidad y el Índice de Viscosidad. 4.2 ANTECEDENTES 4.2.1 Unidades Geológicas Superficiales y Geomorfología 4.2.1.1 Sabana de Bogotá • Unidades Geológicas Superficiales Las unidades geológicas superficiales o materiales geológicos que se presentan en superficie en la Sabana de Bogotá, independientemente de su edad, son tomadas del documento POMCA de la cuenca del río Bogotá (CAR, 2018) y del documento “Geología para Ingeniería para la Sabana de Bogotá”, desarrollada dentro del “Proyecto Compilación de la Información Geomecánica”, elaborado por INGEOMINAS, (2004). Con base en este documento se presenta una descripción de los materiales geológicos de superficie presentes en Sabana de Bogotá, con base en la propuesta metodológica que se desarrolló en este mismo proyecto, clasificando los materiales en suelos y rocas respecto de sus propiedades geológicas y algunas propiedades geotécnicas básicas que le imprimen un comportamiento geomecánico a dichos materiales. En este sentido es importante anotar que para la caracterización y clasificación de los suelos se tienen en cuenta: el origen, composición litológica, textura, consistencia, estructura, densidad, 116 espesor y humedad. Las unidades de suelos que afloran en la Sabana de Bogotá, de acuerdo con su origen, textura y granulometría se clasifican en 4 grupos: residuales (Srs), transportados (St), coluviales o translocados (Str) y depósitos antropogénicos (Stra). Igualmente, cada uno de los grupos se subdividen en subgrupos. En la Tabla 4.8 se presenta un consolidado de las Unidades Geológicas de Superficie tipo suelo que de interés en la Sabana de Bogotá asociadas al origen lacustre o fluvio lacustre. Tabla 4.8 Unidades Geológicas Superficiales – UGS de interés geológico para esta investigación en Sabana de Bogotá (fuente propia) Suelos transportados (St) Son los materiales resultantes de la acción dinámica de los procesos geomorfológicos y de los agentes naturales como la gravedad, los sismos, los medios de transporte como el agua, el hielo, y depositados o llevados a los sitios que ocupan actualmente. De acuerdo con los agentes y ambiente de formación (génesis u origen), composición litológica, granulometría, forma, tamaño de los componentes, posición geográfica o relacionados con o sin la topografía actual o con la cuenca tectónica de la sabana, los materiales transportados se clasifican en las siguientes clases de depósitos: aluviales (Stf), lacustres (Stl), fluviolacustres (Stfl), fluviotorrenciales (Stft), glaciares (Stg) y fluvioglaciares (Stfg Depósitos lacustres (Stl1) Depósitos fluvio lacustres (Stfl). Presentan una morfología en general plana a ligeramente inclinada y corresponden a los materiales formados por la sedimentación de un antiguo lago que cubrió los terrenos de la parte central de la denominada sabana de Bogotá. Están constituidos principalmente por arcillas y limos; de color gris, amarillo pálido y naranja por meteorización, de consistencia blanda. Hacia los márgenes de la cuenca se presenta un incremento de intercalaciones lenticulares de arcillas orgánicas, turba, arcillas arenosas, arenas arcillosas, Presentan una morfología de plana a ligeramente inclinada y en sectores ligeramente aterrazados. Corresponden a los materiales acumulados en los bordes de las laderas de las partes alta, media, y baja de la sabana y valles (cuenca baja) de los ríos: Bogotá (Cuenca alta) y cuencas bajas de los ríos Teusacá, Frío, Subachoque, Bojacá y Tunjuelito. De acuerdo con su composición litológica, granulometría y posición geográfica de la cuenca • Aspectos Geomorfológicos En la sabana de Bogotá se han identificado Unidades y Subunidades de los ambientes morfogenéticos, morfoestructural, denudativo, fluvial – lagunar, glaciar – periglaciar y antropogénico. Mientras las unidades geomorfológicas están definidas con criterios genético, morfológico y geométrico en función de los procesos geomorfológicos específicos que las conforman, ya sea de carácter erosivo o de acumulación; las subunidades están definidas 117 fundamentalmente por los contrastes morfométricos que relacionan el tipo de roca o sedimento, tanto con la correspondiente topografía del terreno como con los procesos dinámicos activos prevalecientes. La evolución geomorfológica de la sabana de Bogotá está asociada a la interrelación de procesos endogenéticos de plegamiento y fallamiento estructural con influencia de procesos exogenéticos relacionados con los cambios climáticos tanto de carácter mundial como locales, determinados por los levantamientos de la cordillera oriental durante su evolución geológica. La Sabana de Bogotá como se ha indicado previamente, se encuentra ubicada geomorfológicamente en la morfogeoestructura correspondiente al Sistema montañoso orogénico Andino que bordea el cratón Guayanés por su parte noroccidental. Este sistema montañoso ha sufrido y debe su conformación a procesos de acumulación y levantamientos orogénicos y epirogénicos, con plegamientos asociados localmente con fuerte metamorfismo e intrusiones graníticas que han determinado a través de su historia desde el Paleozoico la conformación del relieve actual (van der Hammen, 1998), la antigua laguna que formó la sabana de Bogotá se fue secando periódicamente hace aproximadamente 30.000 años, quedando remanentes en la parte sureste de la sabana. Previamente se presentaron varios eventos volcánicos en la cordillera central, cuyas cenizas se acumularon tanto en las zonas de ladera como en la laguna, cuyo resultado es la formación de suelos con altas cantidades de humus y de diatomitas respectivamente. En la Tabla 2.1 del capítulo 2, se presentan las unidades lito estratigráficas de interés para Sabana de Bogotá y en la tabla 4.9 se presentan las unidades y subunidades geomorfológicas de interés para esta investigación; igualmente en la Figura 4.10 se presentan el mapa de UGS y el mapa de Unidades y Subunidades geomorfológicas para Sabana de Bogotá. 118 Tabla 4.9 Consolidado Unidades y subunidades geomorfológicas presentes en Sabana de Bogotá (adaptado SGC, 2005). 3. Geoformas de origen fluvial y lagunar Las geoformas de origen fluvial y lagunar están originadas por el efecto erosivo y acumulativo de las corrientes de los ríos y la sedimentación de materiales en cuencas restringidas respectivamente. Estas geoformas están definidas principalmente en la parte central de la sabana de Bogotá, y particularmente asociadas a la acumulación de sedimentos de los cursos de los ríos Bogotá, Subachoque, Siecha, Teusacá, frío y Tunjuelito Planicies y deltas lacustrinos (Fpla): Planicies extensas de aspecto aterrazado y morfología ondulada suavemente inclinada y limitada hacia los cauces por escarpes de 2 – 20 m de altura. Se constituye de arcillas grises con locales intercalaciones de arenas finas y delgados niveles de gravas y turbas en capas paralelas producto de la acumulación de materiales transportados por las corrientes locales hacia la cuenca ocupada por el antiguo lago de la Sabana de Bogotá. Espesores de 20 - 300 m. Estas geoformas son las de mayor expresión en la sabana de Bogotá con una cobertura de aproximadamente 2700 km2. Son de morfología plana y de aspecto aterrazado, suavemente ondulada de 3º - 5º de inclinación y con forma lobulada o de abanico principalmente en la desembocadura de los grandes cursos de agua que entregaron sus aguas en la antigua laguna de la sabana de Bogotá. Terrazas fluviales de acumulación (Ftar Ftas– Fta): Superficies planas y suavemente inclinada (2º - 3º) paralela a los ríos a los cuales limitan con escarpes de diferente altura y espesor. Se han formado por la incisión de antiguas planicies de inundación como consecuencia de cambios en el nivel de base de los ríos, por cambios eustáticos ó climáticos, y movimientos tectónicos. Se constituye de material aluvial con gravas arenas y limos y de acuerdo con su edad relativa pueden ser recientes, subrecientes o antiguas: Ø Terrazas fluviales actuales o recientes (Ftar), Ø Terrazas fluviales de acumulación subreciente (Ftas), Ø Terrazas fluviales de acumulación antiguas (Fta), Ø Terrazas fluviales por erosión (Fte) Planicie o llanuras de inundación (Fpi): Franja de terreno plana baja de morfología ondulada de 0.05 – 5 km de extensión, eventualmente inundable. Se presenta bordeando los cauces fluviales y se limita localmente por escarpes de terraza. Se constituye de 3 - 5 m de arcillas y limos producto de la sedimentación durante eventos de inundación fluvial. Se incluyen los planos fluviales menores en formas de “U” o “V” y conos coluviales menores, localizados en los flancos de los valles intramontanos. Se constituyen de arcillas grises de inundación, localmente con intercalaciones de arenas muy finas a limosas de colores claros, dispuestos en capas delgadas horizontales de la llamada formación Chía. Asociadas con las llanuras de inundación de los ríos en la sabana de Bogotá se encuentran: Cuencas de decantación o basines (Fcd), Diques naturales o albardones (Fa), Deltas de desborde lateral (Fdd), Meandros abandonados (fmc), Barras puntuales (Fbp), Abanicos aluviales (Fa), Cono de deyección (Fcdy), Planos y planicies aluviales intramontanos (Fpp), Planos y artesas lagunares (Fpl), Planos anegadizos (Fpa) 119 Figura 4.10 A la derecha mapa de UGS (adaptado de POMCA ,2018) y a la izquierda Mapa de Unidades y Subunidades geomorfológicas (tomado de SGC, 2005) 4.2.1.2 Departamento del Quindío • Unidades Geológicas Superficiales Las unidades geológicas superficiales o materiales geológicos que se presentan en superficie son tomadas del documento “Geología para Ingeniería para el departamento del Quindío”, desarrollada dentro del “Proyecto Compilación de la Información Geomecánica, elaborado por (INGEOMINAS, 2005). Con base en este documento se presenta una descripción de los materiales geológicos de superficie presentes, clasificando los materiales en suelos y rocas respecto de sus propiedades geológicas y algunas propiedades geotécnicas básicas que le imprimen un comportamiento geomecánico a dichos materiales. Se efectúa un análisis particular sobre los materiales no consolidados tipo suelo, tal como se describió previamente para el caso de la Sabana de Bogotá. Las unidades de suelos que afloran el departamento del Quindío, de acuerdo con su origen, textura y granulometría se clasifican en dos (2) grupos: residuales (Srs), transportados (st). Igualmente, cada uno de los grupos se subdividen en subgrupos, en la Tabla 4.10 se presenta un resumen consolidado de las Unidades Geológicas de Superficie de interés para esta investigación que se encuentran en el departamento del Quindío, es decir los materiales ya sea residuales o 120 transportados que se pueden asociar a un origen volcánico con las características morfológicas que se plantean para esta investigación. Tabla 4.10 Unidades Geológicas Superficiales – UGS de interés geológico para esta investigación en departamento del Quindío (fuente propia) Suelos residuales - Srs Los suelos residuales, son materiales producto de la meteorización y descomposición de las rocas in situ. De acuerdo con su composición litológica, textura y granulometría se clasifican en cuatro subgrupos: predominantemente arenosos, (Tipo 1); arcillo – limosos (Tipo 2), arcillo – arenosos (Tipo 3), y arcillo - arenosos con bloques (Tipo 4). Suelos Residuales Tipo 1 (Srs 1). Corresponden a los materiales producto de meteorización de areniscas, arcillolitas y conglomerados, pertenecientes a las Formaciones Cinta de Piedra y La Pobreza, y clasificadas dentro de este estudio como rocas blandas (Rb)). Se localizan en la parte occidental del área de estudio y específicamente en la orilla derecha del Río La Vieja. Son de color amarillo pálido y amarillo-naranja: granulométricamente se pueden clasificar como arenas y arcillas; son en general de consistencia blanda, poco densos, con estructuras heredadas, y húmedos. Su espesor oscila entre 2 y 4 m. aproximadamente. Suelos transportados (St) Flujos volcánicos antiguos y suelo residual (Stfv+Srv). Depósitos de piroclastos de caída (ceniza volcánica), de granulometría fina a media (Stv1). Estos tipos de materiales corresponden a los niveles que infra yacen a los depósitos piroclásticos de caída, de granulometría fina a media, pertenecientes a la unidad geológica Glacis o Abanico del Quindío. De acuerdo con INGEOMINAS (1999), a esta unidad se le asigna una edad Terciario Superior Plioceno y presenta un espesor variable entre 80 y 150 m. De acuerdo con las características de los perfiles estratigráficos de dicha unidad y analizados en diferentes sitios de la región, ésta se puede dividir en tres niveles. Estos depósitos, son el producto de las erupciones volcánicas explosivas de los volcanes cercanos al área de estudio, y ocurridas entre el Pleistoceno y el Presente. Forman un manto de ceniza volcánica de espesor variable, los cuales siguen la morfología del terreno y cubren en su mayor parte las formaciones rocosas antiguas, en casi todo el departamento del Quindío. Desde el punto de vista granulométrico, los materiales varían desde arenas de grano medio a fino, limosas, hasta limos-areno- arcillosos, de composición heterogénea. • Aspectos Geomorfológicos El departamento del Quindío se encuentra ubicada geomorfológicamente en la geomorfoestructura correspondiente al Sistema montañoso orogénico Andino que bordea el cratón Guayanés por su parte noroccidental. El departamento del Quindío está enmarcado por una serie de serranías morfoestructurales y volcánicas, que hacen parte de las vertientes oeste la cordillera 121 central, afectadas localmente por procesos fluvio volcánicos que han determinado la formación del abanico del Quindío. Se presentan Unidades y Subunidades de los ambientes morfogenéticos, morfoestructura denudativo, volcánico, denudacional, fluvial, glaciar – periglaciar y antropogénico, unidades definidas con criterio genético, morfológico y geométrico en función de los procesos geomorfológicos específicos que las conforman; las subunidades están definidas fundamentalmente por los contrastes morfométricos que relacionan el tipo de sedimento o de roca y su disposición estructural, tanto con la correspondiente topografía del terreno como con los procesos dinámicos activos prevalecientes (INGEOMINAS, 2005). En la Tabla 4.11 se presentan las unidades y subunidades geomorfológicas de interés para esta investigación asociadas a un origen volcánico presentes en el departamento y en el anexo 5.2 se presenta en detalle el análisis de la información geomorfológica que permitió obtener las unidades de interés para esta investigación. Igualmente, en la Figura 4.11 se presentan el mapa de UGS y el mapa geomorfológico del departamento de Quindío. Tabla 4.11 Consolidado Unidades y subunidades geomorfológicas presentes en el departamento del Quindío (adaptado SGC, 2005) 3. Geoformas de origen volcánico Están formadas tanto por la acumulación de lava solidificada como de fragmentos lanzados al aire durante la erupción (productos piroclásticos – bloques, lapilli y ceniza volcánica) o como flujos de piroclastos que se desplazaron por las laderas de la cordillera. Igualmente se incluyen los flujos de escombros y lodos de origen fluvio volcánico y que se generaron en el plioceno – Pleistoceno por el deshielo de casquetes de hielo formados durante las glaciaciones. FLUJOS DE LAHAR (Vfl 1 - Vfl 2 - Vfl 3 - Vfl 4 - Vfl5 - Vfl 6 - Vfl 7 - Vfl 8 - Vfl 9 - Vfl 10 - Vfl 11 - Vfl 12): Flujos de avalanchas y escombros de formas lobuladas y aterrazadas de gran extensión cubiertas por un manto de piroclastos de caída de 3 - 25 m. Desarrollan un drenaje dendrítico asociado con escarpes y hondonadas en forma de artesa. Se constituyen de bloques de 10 - 30 cm con bloques diseminados mayores en matriz arenosa localmente tobácea de origen volcánico, localmente se presentan cubiertos de flujos de escombros. Hacia la parte occidental del departamento del Quindío, zona de interés para esta investigación, las geoformas son de morfología alomada constituida por rocas sedimentarias Terciarias de origen fluvial y lagunar (Formaciones La Paila y Zarzal respectivamente) de acuerdo con Suter (2003). Según este autor hacia la base de la formación La Paila en esta región se presentan lavas riolíticas y no dacíticas como lo referencian González Iregui & Núñez Tello (1991) del mismo modo determina la presencia de rocas arcillosas pertenecientes a la formación Zarzal como terrazas 128 Superficiales (UGS) que cumplen con los criterios de elegibilidad previamente establecidos para su posterior análisis comparativo, así como subunidades geomorfológicas. Para la Zona piloto 1 o Sabana de Bogotá, la UGS seleccionada corresponde a Suelos transportados (St) identificados como: Depósitos lacustres (Stl1) y Depósitos fluvio lacustres (Stfl), asociados a subunidades geomorfológicas de origen fluvial y lagunar identificadas como: Planicies y deltas lacustrinos (Fpla), Terrazas fluviales de acumulación (Ftar Ftas– Fta) y Planicie o llanuras de inundación (Fpi). Para la zona piloto 2, centro occidente del departamento del Quindio, las UGS seleccionadas corresponden a Suelos Residuales Tipo 1 (Srs 1) y Suelos transportados (St), estos últimos identificados como Flujos volcánicos antiguos y suelo residual (Stfv+Srv) y Depósitos de piroclastos de caída (ceniza volcánica), de granulometría fina a media (Stv1), todas ellas asociadas a las siguientes subunidades geomorfológicas: FLUJOS DE LAHAR (Vfl 1 - Vfl 2 - Vfl 3 - Vfl 4 - Vfl5 - Vfl 6 - Vfl 7 - Vfl 8 - Vfl 9 - Vfl 10 - Vfl 11 - Vfl 12. Finalmente, para la zona piloto 3, municipio de Barranquilla la UGS seleccionada corresponde a Suelos transportados (St), identificados como: Depósitos de Talús (Stta) y Movimientos en masa (Stmm), asociados a subunidades geomorfológicas de origen marino y costero identificadas como: Llanuras intermareales y marismas (Mllin, Llanuras costeras (Mllc). 129 CAPITULO 5 RESULTADOS 130 5 RESULTADOS Tal como se describió en el capítulo 3 correspondiente a la metodología, la presentación de los resultados se muestra de acuerdo con los puntos identificados en la metodología planteada en la siguiente forma: 1. Modelo geológico – geomorfológico por zona piloto y mapas de ubicación de zonas de exploración geotécnica a escala 1:1000 para Sabana de Bogotá y Quindío. En Barranquilla no se desarrolló exploración geotécnica. 2. Base de datos geotécnica a partir de información secundaria. 3. Resultados de análisis estadístico de información geotécnica de base de datos por zona piloto para caracterización básica y geomecánica. 4. Resultados de exploración geotécnica por zona piloto y perfiles estratigráficos para Sabana de Bogotá y Quindío. 5. Construcción de modelos geológicogeotécnicos 2D y perfiles geológicos por zona piloto con el uso de los programas QGIS versión 3.4.8. y AutoCAD 2018, y perfil litológico tipo e identificación de variables geotécnicas tipo por zona piloto. 6. Resultados laboratorio físico – químicogeomecánico de muestras Sabana de Bogotá y Quindío. En el capítulo 6 se presentará el análisis de los resultados y la discusión de estos en la siguiente forma: 1. Análisis estadístico de resultados de los ensayos de laboratorio de información primaria y secundaria existente por zona piloto para caracterización básica, resistencia y deformación. 131 2. Análisis prospectivo geomecánicos por zona piloto para los modelos constitutivos por zona piloto. 3. Análisis comparativo para las tres zonas piloto de aplicabilidad de modelos constitutivos respecto del origen de los suelos. 5.1 Modelo geológico – geomorfológico por zona piloto Tal como se describió en el capítulo 3, con base en la metodología descrita y el cruce de información cartográfica con el uso de QGIS respecto de los atributos descritos se efectuó la delimitación inicial del área de estudio para cada zona preseleccionada inicialmente: Sabana de Bogotá, Quindío y municipio de Barranquilla, bajando desde una escala 1:25.000 a 1:10.000 o escala municipal. Como resultado del desarrollo de estos modelos geológico – geomorfológicos se definieron las zonas de estudio detalladas, obteniendo una localización que parte de áreas regionales en escala 1:25.000 a escala municipal o 1:10.000 y finalmente a polígonos detallados a escala 1:1000, que se presentan en resumen enseguida y de las cuales se detallan en los siguientes numerales los resultados analíticos obtenidos a partir de la información secundaria: 1. Sabana de Bogotá: municipios de Tabio y Tenjo (266 muestras con ensayos de laboratorio) 2. Departamento del Quindío: municipios de Tebaida, Armenia, Montenegro (1182 muestras con ensayos de laboratorio). 3. Municipio de Barranquilla: 207 muestras seleccionadas de 505 muestras existentes en la zona que cuentan con ensayos de laboratorio. 5.1.1 Sabana de Bogotá En las tablas 5.1 a 5.3 se presentan los cruces de información geológico – geomorfológica y climática requeridos para el desarrollo del modelo geológicogeomorfológico y geotécnico que 132 permitió definir los polígonos de estudio a nivel municipal y posteriormente para determinación de los puntos de exploración geotécnica directa. Igualmente, en las Figuras 5.1 y 5.2 se presentan los resultados de cruce de información en QGIS, las zonas con mayor densidad de información geotécnica que cumplen con los criterios de selección se presentan en color rojo; para la zona de Sabana de Bogotá la mayor densidad se presenta al suroccidente del municipio de Tabio, en un área aproximada de 2 Has. 5.1.2 Departamento de Quindío En las tablas 5.4 a 5.6 se presentan los cruces de información geológico – geomorfológica y climática requeridos para el desarrollo del modelo geológicogeomorfológico y geotécnico que permitió definir los polígonos de estudio a nivel municipal y posteriormente para determinación de los puntos de exploración geotécnica directa. Igualmente, en las Figuras 5.3 y 5.4 se presentan los resultados de cruce de información en QGIS, las zonas con mayor densidad de información geotécnica que cumplen con los criterios de selección se presentan en color rojo; para el departamento de Quindío la mayor densidad se presenta al suroccidente en los municipios de Tebaida y Montenegro en un área de aproximadamente 2.5 Has. Las zonas con mayor densidad de información geotécnica que cumplen con los criterios de selección se presentan en color rojo. Es importante anotar que el municipio de Armenia, aunque cuenta con un número importante de puntos de exploración geotécnica presenta en superficie predominantemente materiales limosos hasta aproximadamente 15 metros de profundidad, por lo cual se seleccionó el municipio de Montenegro para el análisis final. 5.1.3 Municipio de Barranquilla En la tabla 5.7 se presenta el resultado de los cruces de información geológico – geomorfológica y climática requeridos para el desarrollo del modelo geológicogeomorfológico y geotécnico, la cual corrobora la ubicación del área de estudio a nivel local, sector de Loma Roja; dado que se cuenta con información geotécnica que incluye ensayos de laboratorio, además de tener estudios locales en el sector de Loma Roja, el cual cumple con los requerimientos definidos para el análisis que se propone en esta investigación. 133 Tabla 5.1 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- Geología GEOLOGIA BÁSICA ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR MATERIALES QUE LA CONSTITUYEN ESPESOR APROX EDAD Unidad Geológica de Superficie ( UGS) MATERIALES QUE LA CONSTITUYEN ESPESOR APROX Formación Subachoque (Q1su) 2700 y 2600 msnm arcillas arenosas, arcillas orgánicas y turbas–lignitos que se alternan con arenas arcillosas, gravas y gravillas aprox 150 a 200 mts Pleistoceno temprano Suelo Transportado Fluvio Lacustres de la Formación Subachoque (Stflsu)1 Secuencia interestraficada de arcillas, limos, arenas, gravas, y ocasionalmente capas lenticulares de turba y ceniza volcánica. Se presentan en general poco consolidados, densidad media, localmente con grietas y fisuras. 100 mts Formación Sabana ( Q1sa) 2700 y 2600 msnm sedimentos lacustres, principalmente arcillosos con sectores puntuales de intercalaciones de arcilla orgánica, turba, arcillas arenosas, arenas arcillosas, gravas, gravillas y arenas aprox 300 mts Pleistoceno Medio a Tardío. Suelo Transportado Fluvio Lacustres de la Formación Sabana (Stflsa)2 Están constituidos principalmente por arcillas y limos; de color gris, amarillo pálido y naranja por meteorización, de consistencia blanda. Hacia los márgenes de la cuenca se presenta un incremento de intercalaciones lenticulares de arcillas orgánicas, turba, arcillas arenosas, arenas arcillosas 300 m(Van der Hammen, 1995) Formación Chía ( Q2ch) 2700 a 2600 msnm arcillas grises claras, oscuras y amarillas Pleistoceno Tardío a Holoceno Suelo Transportado Aluvial de la Formación Chía (Stfch)3 materiales de granulometría fina a media gruesa: arcillas, limos, arenas finas, gravas, gravillas y ocasionalmente bloques redondeados; los materiales de granulometría media y gruesa, se presentan hacia el techo de la secuencia 5 mts ((Van der Hammen y González (1963, 1965) 134 Tabla 5.2 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- Geomorfologíainformación edáfica UNIDADES GEOMORFOLÓGICAS SUBUNIDADES GEOMORFOLÓGICAS INCLINACIÓN DEL TERRENO ESPESOR APROX DESCRIPCIÓN MATERIALES QUE LA CONSTITUYEN MATERIALES GEOTÉCNICOS DE SUPERFICIE (HASTA 2.0 MTS) DESCRIPCIÓN Municipios cubiertos en área (m2) CH, CL, CL-ML Arcillas inorgánicas de plasticidad entre baja, media y alta; arcillas limosas de plasticidad baja a media ORIGEN FLUVIAL Y LAGUNAR Planicies y deltas lacustrinos (Fpla) 3º - 5º 20 - 300 m. Morfología plana y de aspecto aterrazado Arcillas grises con delgadas intercalaciones de arcillas turbosas. Las arcillas son de características plásticas y localmente expansivas lo cual se evidencia en la deformación de las vías Tenjo (45.005 m2) Tabio (20.566 m2) 135 Tabla 5.3 Resultados de modelo geológico – geomorfológico e información edáfica para Sabana de Bogotáparte 1- climanivel freático Municipios seleccionados precipitación media anual (mm) área seleccionada Evapotranspiración área seleccionada (mm) Nivel freático prom área seleccionada cota de Fondo No aplica No aplica No aplica Tenjo 401-800 Tabio 801-1700 900-1000 Tenjo 2490-2540 Tabio 2490-2540 No aplica No aplica No aplica Tenjo Tabio 136 Figura 5.1 Mapas modelo geológico – geomorfológico parte 1- Sabana de Bogotá: UGS- Subunidades geomorfológicas- Información geotécnica (fuente propia) 137 Figura 5.2 Mapas modelo geológico – geomorfológico parte 1- Sabana de Bogotá – mapa zonas polígonos de exploración (fuente propia) 144 5.1.4 Análisis integrado de los modelos geológico – geomorfológicos La propuesta de modelo geológico – geomorfológico partió de un análisis regional a escala 1:25.000 para las tres zonas piloto, y ella permitió a través de un análisis multiescala el uso de ARC GIS, delimitar las UGS de interés descritas en el capítulo 4 y las subunidades geomorfológicas, a partir de este modelo se pueden resumir las características por zona piloto en la siguiente forma: 5.1.4.1 Zona Piloto 1 - Sabana de Bogotá (municipio de Tabio): se trata de suelos de origen lacustre, cuya UGS predominante corresponde a suelos transportados de la Formación Sabana (Stfla, Stfl), constituidos principalmente por arcillas de color gris y que pueden alcanzar hasta los 300 metros de profundidad (van der Hammen, 1998), asociados a geoformas del tipo planicies y deltas lacustrinos (Fpla) de morfología plana y aspecto aterrazado, localizados principalmente en áreas rurales del municipio de Tabio en el departamento de Cundinamarca con cobertura principal de pastos; en la zona predomina un clima frío seco a frío húmedo en algunos sectores (IGAC), con meteorización química moderada, altitud entre 2000 y 3000 msnm y temperaturas media entre 12 y 18 grados. El perfil promedio de los suelos estudiados está compuesto por alternancia de suelos arcillosos de plasticidad media, con suelos limo arenosos de baja plasticidad para profundidades entre 0 y 15 metros de profundidad media con dos niveles litológicos, el primero nivel A entre 0 y 5.0 metros en promedio y el segundo nivel litológico B entre 5 y 15 metros que se diferenciaron por el grado de consolidación de los materiales. 5.1.4.2 Zona Piloto 2 - Quindío (Montenegro – Tebaida sur occidente Armenia): Se trata de suelos de origen volcánico, cuya UGS predominante corresponde a piroclastos de caída (Stv1) con espesor promedio entre 3 y 20 metros, flujos volcánicos y suelo residual (Stfv+Srv) que alcanzan entre 80 y 150 metros, del Glacis del Quindío o abanico del Quindío (TQgq), conformados por depósitos de ceniza volcánica y flujos volcánicos que subyacen los depósitos de ceniza de granulometría fina a gruesa y composición heterogénea. Los suelos residuales producto de flujos volcánicos antiguos están constituidos principalmente por limos y arcillas limosas con esporádicos clastos; como principal geomoforma asociada se tienen los flujos de lahar (Vfl..) de 145 formas aterrazadas y lobuladas de gran extensión localizados principalmente en áreas rurales de los municipios de Montenegro, Tebaida y la zona sur occidental de Armenia en el departamento del Quindío con cobertura principal de cultivos de plátano, café, cacao y algunas zonas de pastos; en la zona predomina un clima medio húmedo (IGAC), con meteorización mecánica y química moderada, altitud entre 1000 y 2000 msnm y temperaturas media entre 18 y 24 grados. El perfil promedio de los suelos estudiados está compuesto por alternancia de suelos arcillo limosos de plasticidad media a alta, para profundidades entre 0 y 15 metros de profundidad con dos niveles litológicos, el primero nivel A entre 0 y 5.0 metros en promedio y el segundo nivel litológico B entre 5 y 15 metros diferenciados por el grado de consolidación principalmente. 5.1.4.3 Zona Piloto 3- Barranquillasector Loma Roja: Se trata de suelos de origen marino costero, sobre consolidados cuya UGS predominante corresponde a suelos residuales de la Formación Perdices (PgNgp) principalmente de tipo arcilloso asociados a llanuras costeras (Mllc) extensas planicies ligeramente onduladas cuya génesis está ligada a procesos fluvio marinos de sedimentación y erosión en el pasado reciente con espesor entre 3 a 30 metros distribuidos en zonas urbanas y suburbanas del municipio de Barranquilla, específicamente en el sector de Loma Roja, objeto de esta investigación. En la zona predomina un clima cálido seco (IGAC), altitud entre 0 y 1000 msnm y temperaturas media mayores a 24 grados. El perfil promedio de los suelos estudiados está compuesto por suelos arcillosos principalmente de plasticidad entre media a alta, para profundidades entre 0 y 15 metros de profundidad con dos niveles litológicos, el primero nivel A entre 0 y 5.0 metros en promedio y el segundo nivel litológico B entre 5 y 15 metros diferenciados por el grado de consolidación principalmente. 5.2 Base de datos geotécnico a partir de información secundaria Producto de la identificación de las zonas de estudio a partir del modelo geológico geomorfológico se construyó una base de datos con la información de resultados de ensayos geotécnicos en los municipios y localidades identificados, tal como se describió en el numeral 3.3. En la Tabla 5.8 se presenta un resumen consolidado de la información geotécnica almacenada en la 146 base de datos a nivel de municipalidad y en la Tabla 5.9 se puede observar los puntos de exploración y número de muestras por zona piloto, por municipio y localidad. Tabla 5.8 Información de muestreo geotécnico para las tres zonas piloto almacenada en base de datos para análisis básico (adaptado SGC, 2010) Tabla 5.9 Información de muestreo geotécnico para las tres zonas piloto almacenada en base de datos por municipio y localidad (adaptado SGC, 2010) La base de datos consta de 47 atributos distribuidos en la siguiente forma: 14 variables referidas a la localización espacial y en profundidad; diecinueve (19) variables referidas a propiedades índice, granulometría, hidrometría y clasificación USC, tres (3) variables referidas a la permeabilidad, once (11) variables referidas a la consolidación unidimensional y ensayo de Tabio Tenjo 30 16 156 110 Montenegro Tebaida Armenia 42 21 45 358 171 382 Número de muestras 207 Barranquilla Quindio Puntos exploración con coordenadas 17 Sabana de Bogotá Número de muestras Número de muestras Zona de estudio 147 expansión, cinco (5) variables referidas a la compresión simple, veintiséis (26) variables referidas a ensayos triaxiales y de corte directo. Es importante anotar, que del total de ensayos ejecutados solo el 1.8% corresponde a análisis químicos, es decir prácticamente no se han desarrollado análisis para el estudio de la microfábrica de los materiales en las zonas de estudio; igualmente de estos ensayos solo el 4% corresponde a análisis de resistencia y deformación, estando concentrada la información en los ensayos de caracterización básica. Estos ensayos de caracterización básica permiten identificar en profundidad la existencia de materiales que se puedan clasificar como arcillas, arcillas limosas o limos arcillosos de acuerdo con la clasificación USC, sin embargo, para los fines de esta investigación no aporta más información de importancia respecto del comportamiento geomecánico de los materiales. En el anexo 5.1 se presentan los puntos de exploración que se encuentran en las zonas de estudio, varios puntos no presentan coordenadas, por lo tanto, no se usaron los resultados de estos. Con base en este análisis, se efectuó un filtro de información por coordenadas por zona tal como se presenta en la tabla 5.10 para sabana con el fin de evitar duplicidad de información. En el Anexo 5.2 se presenta el compilado de datos analizado por zona piloto y que posteriormente fue analizado en conjunto con los datos de información primaria. Para el caso de Sabana de Bogotá solo se analizaron los datos del municipio de Tabio, para el departamento del Quindío se analizaron los resultados de ensayos para los municipios de Tebaida, Montenegro y Armenia, aunque solo se habían preseleccionado para análisis los municipios de Tebaida y Montenegro, dado que en Armenia se encuentran unidades similares y se tiene mayor cantidad de información. Para Barranquilla se analizaron los 17 puntos. Para cada zona piloto se seleccionaron los puntos de muestreo y las muestras que cumplen con los criterios de evaluación y que corresponden con el tipo de material en evaluación, en este caso materiales de clasificación geotécnica tipo CH, CL, es decir materiales predominantemente arcillosos; en esta fase del proyecto se dio prioridad a muestras predominantemente arcillosos, sin embargo se incluyeron materiales que en su clasificación pueden presentarse como limos arcillosos o arcillas limosas tipo (ML-CL o CL-ML) dado lo comentado respecto de la clasificación de los 148 materiales en el capítulo 4; igualmente se disminuyó el rango de pendiente entre cero y 5 grados. Los criterios de selección de la información secundaria por zona piloto se presentan en las tablas 5.11 a 5.13. Tabla 5.10 Revisión de información y localización cartográfica de Sondeos para Quindío (fuente propia) SONDEO MUNICIPIO NORTE ESTE SUB UNIDADES GEOMORFOLOGICAS MATERIALES GEOTECNICOS OBSERVACIONES QUI-AR-SCRG-04-MS7-1 MONTENEGRO 993993,1391 1135388,979 Vfl10 CH M7 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 993985,8038 1135390,799 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM5-1 MONTENEGRO 993438,0565 1137801,145 Vfl10 CH Mm5 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 993431,0566 1137803,544 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-M13-1 MONTENEGRO 993512,8502 1138414,619 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM10-1 MONTENEGRO 989920,0721 1139583,294 Vfl10 CH Mm10 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 989913,2886 1139585,84 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM11-1 MONTENEGRO 990066,0636 1140498,865 Vfl10 CL-SC Mm11(SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 990056,0685 1140501,051 Vfl10 CL-SC QUI-AR-SCRG-04-MM9-1 MONTENEGRO 989559,0673 1140478,16 Vfl10 CL-SC Mm9 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 989551,087 1140480,157 Vfl10 CL-SC QUI-AR-SCRG-04-MM7-1 MONTENEGRO 989661,7788 1141236,548 Vfl10 CL-SC Mm7 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 989655,2207 1141238,568 Vfl10 CL-SC QUI-AR-SCRG-04-MM6-1 MONTENEGRO 987964,8123 1137095,078 Vfl10 CH Mm6 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 987957,394 1137097,531 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM3-1 MONTENEGRO 987142,0225 1137466,505 Vfl10 CH Mm3 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 987135,1261 1137468,85 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM1-1 MONTENEGRO 986407,7761 1137507,832 Vfl10 CH Mm1 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 986400,4677 1137509,879 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MM4-1 MONTENEGRO 987132,2519 1138949,767 Vfl10 CH Mm4 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 987125,2705 1138952,553 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-MS10-1 MONTENEGRO 987656,7889 1140240,927 Vfl10 CH M10 (SONDEOS INGEOMINAS) MONTENEGRO 987649,5023 1140243,102 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-T5-1 LA TEBAIDA 983913,9851 1139935,895 Vfl11 CH T5 (SONDEOS INGEOMINAS) LA TEBAIDA 983907,0404 1139938,618 Vfl11 CH QUI-AR-SCRG-04-T5A-1 LA TEBAIDA 983694,0135 1140664,053 Vfl11 CH QUI-AR-SCRG-04-T7-1 LA TEBAIDA 982017,1822 1141098,672 Vfl10 CH T7 (SONDEOS INGEOMINAS) LA TEBAIDA 982010,2341 1141107,16 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-T4-1 LA TEBAIDA 980768,7724 1142315,887 Vfl10 CH T4 (SONDEOS INGEOMINAS) LA TEBAIDA 980762,4379 1142318,025 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-A1-1-1 LA TEBAIDA 981245,6568 1144452,24 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-T9-1 LA TEBAIDA 981276,7825 1144680,398 Vfl10 CH QUI-AR-SCRG-04-A27-1 ARMENIA 979328,5001 1144508,024 Vfl10 CH A27 (SONDEOS INGEOMINAS) ARMENIA 979321,6528 1144510,499 Vfl10 CH PUNTOS DE EVALUACION SABANA POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO POR CONVERSION DE COORDENADAS ES POSIBLE QUE SE TRATE DEL MISMO 149 Tabla 5.11 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Sabana de Bogotá (fuente propia) Tabla 5.12 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Quindío (fuente propia) 150 Tabla 5.13 Criterios de comparabilidad para el desarrollo de análisis primarios para Barranquilla (fuente propia) Del total de 171 puntos de exploración geotécnica encontrados y organizados en la base de datos y que fueron seleccionados después de la depurada la información resumidos en la tabla 5.9, tan solo 20 puntos cumplen con todos los criterios identificados en el modelo geológico – geomorfológico para análisis; sin embargo, otros puntos cercanos que no cumplen con alguno de los criterios geológico – geomorfológico cuentan con información geotécnica de interés con el fin de poder efectuar un análisis estadístico con menos incertidumbre. Con base en lo anterior y un análisis detallado de la información geotécnica existente se incluyeron nuevos puntos de información secundaria, los cuales se evaluaron en el análisis estadístico de información secundaria, para un total de 60 puntos de exploración de los 208, con los cuales se cuenta con información geotécnica correlacionable para los municipios identificados, que se resumen en la siguiente forma: 1. Sabana de Bogotá: 11 puntos de exploración en el municipio de Tabio. 2. Departamento de Quindío: 34 puntos de exploración, distribuidos en la siguiente forma: 9 en el municipio de Tebaida, 12 en el municipio de Montenegro y 13 en el municipio de Armenia. 151 3. Barranquilla: de los 15 puntos localizados en el sector, 8 puntos cumplen con los criterios y tienen coordenadas y 7 puntos no tienen coordenadas, aunque se ubican en el sector de influencia y tienen datos de resistencia y deformación, por lo cual se usaron para los análisis estadísticos. En las tablas 5.14 a 5.18 se presentan las coordenadas de los puntos seleccionados para análisis de información secundaria para los municipios de Tabio en Sabana de Bogotá: 11 puntos (zona piloto 1); Montenegro, Tebaida y Armenia: 34 puntos (zona piloto 2) y Barranquilla: 15 puntos (zona piloto 3). 152 Tabla 5.14 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Tabio (zona piloto 1). (fuente propia) PUNTOS SONDEO MUNICIPIO NORTE ESTE UNIDAD GEOLOGICA PENDIENTE SUB UNIDADES GEOMORFOLOGICAS MATERIALES GEOTECNICOS OBSERVACIONES 1 CUN-TA-SC029-AP1-M1 Tabio 1034379 997620 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONSOLO TIENE INFOR,MACION BÁSICA 2 CUN-TA-SC029-PE1-M1 Tabio 1034350 997600 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONTIENE INFORMACIÓN DE INTERÉS DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN 3 CUN-TA-SC029-PE2-M1 Tabio 1034306 997614 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACION-SOLO TIENE INFORMACIÓN BÁSICA 4 CUN-TA-SC029-AP2-M1 Tabio 1034261 997637 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONSOLO TIENE INFORMACION BASICA 5 CUN-TA-SC002-S1-M4 Tabio 1036325 1000275 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 6 CUN-TA-SC002-S2-M1 Tabio 1036285 1000250 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 7 CUN-TA-SC002-S3-M2 Tabio 1036275 1000225 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 8 CUN-TA-SC002-S5-M1 Tabio 1036175 1000220 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 8 CUN-TA-SC002-S6-M1 Tabio 1036165 1000245 Stfl2 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 9 CUN-TA-SC029-AP3-M1 Tabio 1034205 997610 Stf1 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓNSOLO TIENE INFORMACIÓN BÁSICA 10 CUN-TA-SC029-PE3-M1 Tabio 1034202 997652 Stf1 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 11 CUN-TA-SC029-PE4-M1 Tabio 1034156 997682 Stf1 0º - 10º Fpla ML-CL PUNTO CERCANO EN ZONA DE INFLUENCIA QUE NO CUMPLE CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIÓN, TIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS PUNTOS DE EVALUACION SABANA - BASE DE DATOS 153 Tabla 5.15 Puntos de muestreo seleccionados de base de datos – municipio de Tebaida -Quindío (zona piloto 2). Parte 1 PUNTOS SONDEO MUNICIPIO NORTE ESTE UNIDAD GEOLOGICA PENDIENTE SUB UNIDADES GEOMORFOLOGICAS MATERIALES GEOTECNICOS OBSERVACIONES 1QUI-TE-NA-T1-M1 LA TEBAIDA 980986 805462 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONCARECE DE INFORMACIÓN DE LABORATORIO DE INTERES 2 QUI-TE-NA-T15-M2 LA TEBAIDA 985269 808445 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONNO TIENE INFORMACIÓN DE LABORATORIO DE INTERÉS 3 QUI-TE-NA-T8-M3 LA TEBAIDA 982456 811820 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONNO TIENE INFORMACIÓN DE LABORATORIO DE INTERÉS 4 QUI-TE-NA-T2-M1 LA TEBAIDA 982526 801619 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL CUMPLE PARCIALMENTE CON LOS CRUCESTIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 5 QUI-TE-NA-T3-M1 LA TEBAIDA 980015 800385 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL CUMPLE PARCIALMENTE CON LOS CRUCESTIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 6 QUI-TE-NA-T5-M1 LA TEBAIDA 984022 806925 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL CUMPLE PARCIALMENTE CON LOS CRUCESTIENE INFORMACIÓN DE RESISTENCIA Y DEFORMACIÓN DE INTERÉS 7 QUI-TE-NA-T6-M2 LA TEBAIDA 984897 812503 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONINFORMACIÓN BÁSICA DE INTERÉS 8 QUI-TE-NA-T7-M5 LA TEBAIDA 984897 812503 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONTIENE ALGUNA INFORMACIÓN DE INTERES EN DEFORMACIÓN 9 QUI-TE-NA-T9-M3 LA TEBAIDA 981365 811659 Stv1-Stfv 0º - 10º Vfl ML-CL PUNTO BASE DE DATOS QUE CUMPLEN CON TODOS LOS CRUCES DE INFORMACIONTIENE INFORMACIÓN DE INTERES EN DEFORMACIÓN PUNTOS DE EVALUACION QUINDIO - BASE DE DATOS 256 6.1.3 Análisis de la resistencia al corte de los suelos en condiciones drenadas y no drenadas por zona piloto 6.1.3.1 Resistencia al corte no drenado – ensayo de compresión inconfinada Dado que en las tres zonas piloto se efectuaron ensayos de compresión inconfinada que permite obtener la resistencia al corte no drenado, se desarrolló el análisis de la resistencia al corte con base en los datos de laboratorio. En primer lugar, se presenta en la Figura 6.1 la variación de Su en profundidad por zona piloto a partir de los ensayos de laboratorio, siendo Su = Qu /2. Figura 6.1 Variación de Su (Laboratorio) con la profundidad para las tres zonas piloto 257 Tabla 6.8 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 1 ZONA PILOTO 1 COLAPSABILIDAD GRADO EXPANSIÓN ACTIVIDAD COLOIDAL COMPOSICIÓN MINERALOGICA ENSAYO DRX Nivel Litológico Profundidad (m) DENISON - K CLASIFICACIÓN DENISON PRIKLOSNKY - KD CLASIFICACIÓN PRILOSMKY U.R.S.S - L CLASIFICACIÓN URSS RAMAN SKEMPTON CLASIFICACIÓN MINERALES ARCILLOSOS PRESENTES DE ACUERDO AL ENSAYO DRX A MENOR A 5,2 1,58 No presenta colapso 0,45 Suelos Expansivos -0,24 No colapso BAJO - MEDIO 0,29 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO CAOLINITA ENTRE EL 17,5% Y 30,2% Y MOSCOVITA ENTRE EL 6,2% Y 9,3% . Minerales amorfos no diferenciados B MAYOR A 5,2 1,26 Suelo no Colapsable 0,72 No colapso -0,10 No Colapsa BAJO - MEDIO 0,16 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO CAOLINITA ENTRE EL 46% y 72% Y MOSCOVITA ENTRE EL18,3% y 22.1% 258 Tabla 6.9 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 2 ZONA PILOTO 2 COLAPSABILIDAD GRADO EXPANSIÓN ACTIVIDAD COLOIDAL COMPOSICIÓN MINERALOGICA ENSAYO DRX Nivel Litologico Profundidad (m) DENISON - K CLASIFICACIÓN DENISON PRIKLOSNKY - KD CLASIFICACIÓN PRILOSMKY U.R.S.S - L CLASIFICACIÓN URSS RAMAN SKEMPTON CLASIFICACIÓN MINERALES ARCILLOSOS PRESENTES DE ACUERDO AL ENSAYO DRX A MENOR A 5,2 1,27 No colapso 0,58 No colapso -0,19 Colapsa BAJO 0,03 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO CAOLINITA ENTRE EL 15 Y 18,6% Y MOSCOVITA ENTRE EL 8,7 Y 18,6% B MAYOR A 5,2 1,56 Suelo no Colapsable 2,21 Suelos Expansivos -0,66 No Colapsa BAJO 0,13 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO CAOLINITA ENTRE EL 7 Y 22% Y MOSCOVITA ENTRE EL 7,3 Y 18,2% 259 Tabla 6.10 Clasificación de colapsabilidad, actividad y grado de expansión de los suelos a partir de propiedades índice – Zona Piloto 3 ZONA PILOTO 3 COLAPSABILIDAD GRADO EXPANSIÓN ACTIVIDAD COLOIDAL COMPOSICIÓN MINERALOGICA ENSAYO DRX Nivel Litologico Profundidad (m) DENISON CLASIFICACIÓN PRIKLOSNKY CLASIFICACIÓN U.R.S.S CLASIFICACIÓN RAMAN SKEMPTON CLASIFICACIÓN MINERALES ARCILLOSOS PRESENTES DE ACUERDO AL ENSAYO DRX A 0,00 - 5,2 m 1,74 N.A. 0,32 Suelos no colapsables con tendencia a suelos expansivos -0,39 No colapsa ALTO - MUY ALTO 0,10 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO Presencia de calcilta, mica y montorillonita C Mayor a 5,2 m 2,23 Suelo no colapsable -0,14 Suelos expansivos con tendencia al no colapso -0,51 No colapsa MEDIO - ALTO 0,12 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO Presencia de calcilta, mica y montorillonita 260 Los valores de resistencia al corte no drenado en Sabana y Quindío se encuentran entre 10 kPa hasta aproximadamente 80 KPa, siendo mayores para Quindío; sin embargo, en Barranquilla van desde 10 kPa y alcanzan en algunos casos hasta 900 kPa; esto se puede deber a que en el caso de Barranquilla los ensayos se efectuaron sobre las muestras mucho tiempo después de realizado el muestreo, lo que lleva a la pérdida de humedad y condiciones naturales de los materiales. 6.1.3.2 Resistencia al corte drenado – ensayo de corte condición CD Se realizaron ensayos de corte en equipo de corte condición consolidado – drenado (CD), con el fin de obtener los esfuerzos efectivos. Tal como se describió en el capítulo 5, estos ensayos se realizaron a una velocidad de 0.008 mm /min con el fin de alcanzar las condiciones requeridas para suelos predominantemente arcillosos; las muestras se consolidaron con un tiempo mínimo de 24 horas garantizando la consolidación del espécimen para iniciar la etapa de corte. El ensayo se efectuó para condición pico y condición residual aplicando ciclos sucesivos de corte a velocidades entre 1.0 a 1.5 mm/min; el último ciclo de corte se realizó a la velocidad de corte realizada para el ensayo de resistencia pico, es decir 0.008 mm/min. 261 Figura 6.2 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 1 262 Figura 6.3 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 2 263 Figura 6.4 Variación de la cohesión pico y residual y la fricción pico y residual en condición CD (Laboratorio) con la profundidad para la zona piloto 3 264 En las tablas 6.11 a 6.13 se presentan los resultados de los valores medios de la resistencia al corte por nivel litológico en condición no consolidado no drenado UU (ensayo de compresión inconfinada) y en condición drenada CD (ensayo de corte). Tabla 6.11 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 1 COMPRESION INCONFINADA CORTE DIRECTO Nivel Litológico Profundidad (m) Descriptor estadístico HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA COHESION (kPa) ANGULO DE FRICCION Φ (°) A 0,00 - 5,20 Media μ 78,00 287,01 136,89 68,92 7,65 17,06 26,68 Desviación estándar σ 39,04 607,08 284,19 39,40 4,08 14,61 11,38 COV 0,50 2,12 2,08 0,57 0,53 0,86 0,43 B Mayor a 5,2 m Media μ 31,30 16,38 12,71 32,21 8,65 37,15 14,55 Desviación estándar σ 11,21 5,69 5,42 25,53 0,21 38,67 7,85 COV 0,36 0,35 0,43 0,79 0,02 1,04 0,54 Tabla 6.12 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 2 COMPRESION INCONFINADA CORTE DIRECTO Nivel Litológico Profundidad (m) Descriptor estadístico HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA COHESION (kPa) ANGULO DE FRICCION Φ (°) A 0,00 - 5,20 Media μ 54,97 14,27 9,37 61,85 19,73 22,06 30,88 Desviación estándar σ 16,40 1,37 1,89 23,64 17,70 6,88 16,14 COV 0,30 0,10 0,20 0,38 0,90 0,31 0,52 B Mayor a 5,2 m Media μ 45,63 15,59 10,36 83,62 22,07 42,34 40,16 Desviación estándar σ 10,69 1,03 0,15 30,60 17,95 32,62 7,39 COV 0,23 0,07 0,01 0,37 0,81 0,77 0,18 265 Tabla 6.13 Análisis estadístico resultados ensayos de resistencia al corte condición UU y condición CD Zona Piloto 3 COMPRESION INCONFINADA CORTE DIRECTO Nivel Litologico Profundidad (m) Descriptor estadistico HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA COHESION (kPa) ANGULO DE FRICCION Φ (°) A 0,00 - 5,20 Media μ 29,03 18,44 N.A. 91,20 3,14 32,85 17,31 Desviacion estandar σ N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 24,27 6,75 COV N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 0,74 0,39 B Mayor a 5,2 m Media μ 21,89 20,31 N.A. 662,34 3,24 129,12 26,60 Desviacion estandar σ 6,67 1,62 N.A. 609,94 1,50 156,50 13,50 COV 0,30 0,08 N.A. 0,92 0,46 1,21 0,51 Para las tres zonas piloto el comportamiento de la cohesión tiene tendencia a aumentar en profundidad, siendo en los tres casos la cohesión residual más baja que la cohesión en condición pico con pendiente positiva, presentando la zona piloto 2 la pendiente más baja, nuevamente se resaltan los valores excepcionalmente altos en Su que presenta la zona 3, que tal como se explicó previamente se pueden deber al tiempo durante el cual las muestras estuvieron almacenadas previo a la ejecución del ensayo de compresión inconfinada que las llevó a pérdida de humedad. En tanto que se tienen resultados bastante consistentes para la cohesión, los valores del ángulo de fricción pico y residual presentan comportamientos que muestran una tendencia a disminuir en profundidad en condición pico para las zonas 1 y 3 que presentan pendientes negativas, sin embargo para la zona piloto 2 el ángulo de fricción presenta un leve incremento con pendiente positiva para la condición pico, esto puede ser producto de la presencia de suelos con presencia de materiales granulares tipo limo pero con alto contenido de minerales arcillosos que revela los valores de cohesión que oscilan entre 20 y 40 kPa para la zona 2. Algunos materiales tienden a exhibir un comportamiento de endurecimiento por deformación, mientras que algunos materiales litificados tienden a presentar un comportamiento 272 6.1.5 Relación entre el esfuerzo efectivo y el Esfuerzo de Preconsolidación Con base en los valores de peso unitario se determinaron los esfuerzos efectivos y se compararon contra los esfuerzos de preconsolidación obtenidos de los ensayos de consolidación para las tres zonas piloto. Los resultados para las tres zonas piloto se presentan en la Figura 6.10 a 6.12, incluyendo la relación entre la relación de sobreconsolidación RSC en profundidad. Como se puede observar en las tres zonas piloto los suelos se presentan sobreconsolidados a lo largo de todo el perfil evaluado, sin embargo, se tiene una muy alta dispersión en la zona piloto 2; igualmente la zona piloto 3 presenta valores de sobre consolidación superiores a las zonas 1 y 2. En general los suelos presentan una mayor sobreconsolidación en superficie, la cual se mantiene en profundidad entre 1 y 2; esto contrasta con lo obtenido del cálculo del índice de consistencia, que indica para las tres zonas piloto que la consistencia de los materiales aumenta en profundidad. Sin embargo, estos resultados muestran que los suelos en las tres zonas se encuentran en proceso de consolidación en los estratos inferiores habiendo alcanzado ya una sobrenconsolidación en superficie. 6.2 Aplicación de modelos de caracterización geotécnica de los suelos para las zonas piloto Se presenta en este aparte, con base en los resultados del análisis de la información de laboratorio seleccionada y analizada, algunos modelos que pueden explicar en mejor forma las deformaciones plásticas y elásticas de los suelos, así como el comportamiento de los materiales bajo diferentes condiciones de cargas externas e internas por zona piloto, mediante procedimientos numéricos que relacionan los cambios de volumen y el esfuerzo cortante. El uso de modelos constitutivos se basa en la necesidad de analizar de una forma más cercana a la realidad y con fines prospectivos el comportamiento geomecánico de los suelos esperados bajo diferentes solicitaciones de esfuerzos, tomando en cuenta las condiciones para las que fueron desarrollados o validados. 273 Figura 6.10 Variación del esfuerzo vertical efectivo, el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 1 274 Figura 6.11 Variación del esfuerzo vertical efectivo , el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 2 275 Figura 6.12 Variación del esfuerzo vertical efectivo , el esfuerzo de preconsolidación y la relación de sobreconsolidación RSC con la profundidad para la zona piloto 3 276 En la actualidad, existen modelos que representan las deformaciones plásticas y elásticas de los suelos de mejor forma, relacionando los cambios de volumen y el esfuerzo cortante, tal como se expuso en los capítulos introductorios de este documento; sin embargo, es importante resaltar que la facilidad de aplicación de los modelos también puede garantizar su uso más generalizado y una buena aplicación dentro de la práctica de la ingeniería. Por los motivos expuestos, para nuestro objetivo de estudio, se aplicarán los siguientes modelos: Modelo Mohr Coulomb, que permite simular el comportamiento de diferentes tipos de materiales, desde granulares sueltos a finos normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados en dos etapas: un modelo elástico y luego un modelo plástico; este modelo no representa la deformación progresiva de los suelos, asociada a elasticidad perfecta y plasticidad asociada a deformaciones irreversibles; el segundo, modelo CAMCLAY, siendo también un modelo elastoplástico es aplicable primordialmente a suelos predominantemente arcillosos blandos y no contempla la influencia de la velocidad de deformación en el comportamiento del suelo, aspecto de especial importancia en suelos predominantemente arcillosos; como en el caso de Mohr Coulomb, su aplicación preferentemente es para materiales normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados. En tercer lugar, se aplicó el modelo Duncan Chang que considera condiciones no lineales e inelásticas con curvas de tendencia hiperbólica y relaciona el esfuerzo desviador con la deformación axial; la principal desventaja de este modelo es que, a diferencia de los modelos elastoplásticos, no puede distinguir entre los ciclos de carga y descarga (Huat et al., 2015). Finalmente, y dado que en los trabajos diarios de ingeniería la mayor parte de información parte de las propiedades índice de los suelos, y con el fin de acoplar estos modelos constitutivos con estas propiedades se utilizó una adaptación al modelo francés (Biarez & Hicher, 1993) con las adaptaciones efectuadas por Raba Moyano & Caicedo (2012) que relaciona el índice de consistencia con diferentes parámetros de resistencia y deformación y permite representar en forma simplificada el comportamiento de suelos blandos arcillosos, analizando la varianza de las diferentes constantes de suelo en función de la variación de los parámetros de estado del suelo. Estos modelos constitutivos proveen un marco cualitativo para facilitar análisis prospectivos que permitan depurar el conocimiento del comportamiento del suelo; además se pueden utilizar 277 con la aplicación de cálculos de elementos finitos, que los implementan diferentes programas computacionales especializados tales como PLAXIS, FLAC o MIDAS GTS NX; sin embargo, el modelo francés basa sus resultados en análisis estadísticos de la información de caracterización básica y la facilidad de su uso y aplicación, dado que no requiere herramientas computacionales muy exigentes, puede facilitar su uso en la práctica convencional de la ingeniería. En este caso para los tres primeros modelos se usó PLAXIS, mediante el uso de los parámetros obtenidos de los ensayos de laboratorio que se han descrito a lo largo de este documento: ensayos de clasificación, ensayos de corte directo, y ensayos de compresión triaxial (ensayos con los que se cuenta para propósitos del presente documento), ensayos de deformación, procediendo a la respectiva simulación mediante elementos finitos para comparar los resultados que se obtengan con los de laboratorio, y de esta manera validar el modelo que mejor se ajuste al estado tenso – deformacional de los suelos en evaluación para cada zona piloto y para el modelo francés se usaron herramientas de análisis estadístico convencional. Se presentarán en primer lugar los resultados obtenidos con base en el modelo francés adaptado propuesto por Raba Moyano and Caicedo (2012) y en segundo lugar los resultados obtenidos con los modelos Mohr Coulomb, Cam Clay Duncan Chang. 6.2.1 Adaptación al modelo francés Esta adaptación se basa en el modelo propuesto por Biarez & Hicher, (1993)b. Las variables Este método plantea el uso de variables aleatorias tales como Contenido de humedad, Peso unitario del suelo, Peso específico de sólidos (Gs), límites líquido y plástico (LL, LP), Resistencia al corte no drenado Su, Coeficientes de compresibilidad del suelo, Cr y Cc, Esfuerzo de preconsolidación del suelo σp, Angulo de fricción interna del suelo Ф en el rango de normal consolidación, Cohesión y fricción del suelo en el rango de sobreconsolidación. En este caso los suelos en las tres zonas piloto se encuentran sobreconsolidados, por lo cual se presenta una adaptación al modelo francés. La correlación entre las diferentes variables aleatorias se basa en el trabajo efectuado por, Biarez & Hicher, (1993),en donde se establece un modelo de caracterización basado en el índice de plasticidad del suelo y su peso específico de sólidos; basados en este concepto en primera medida se determinan las relaciones básicas de las diferentes propiedades índice de los suelos para cada 278 una de las zonas piloto en estudio y a partir de esta información se establece el acercamiento de los resultados con los valores obtenidos en resistencia y deformación en laboratorio por zona piloto que definen el modelo mecánico de comportamiento del suelo. Para la aplicación de este modelo se usaron correlaciones entre el Limite líquido y el Índice de plasticidad, el Limite líquido y el Coeficiente de compresión, el esfuerzo efectivo y el Índice de Plasticidad, Índice de consistencia y el Índice de Plasticidad, el Índice de Plasticidad y el Angulo de fricción, la resistencia al corte no drenado y el Índice de Plasticidad. Se presentan enseguida los resultados obtenidos para las zonas piloto mediante un análisis comparativo. 6.2.1.1 Correlación entre el Límite líquido y el Índice de plasticidad El contenido de humedad y el índice de consistencia presentan una relación que se puede entender a partir de los límites de consistencia, ya que ellos representan la capacidad de retención de agua dentro de la estructura del suelo; estos son factores de alta importancia en el estudio del comportamiento de suelos plásticos predominantemente arcillosos; el modelo francés permite relacionar de una manera física estos parámetros índices con las propiedades físico -mecánicas de los suelos. En las Figuras 6.13 y 6.14 se presentan las correlaciones estadísticas entre el límite líquido LL y el índice de Plasticidad IP para las tres zonas piloto. En la Tabla 6.16 se presentan las correlaciones encontradas para las tres zonas piloto entre el LL (límite líquido) y el IP (índice de plasticidad). 279 Figura 6.13 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 1: Sabana de Bogotámunicipio de Tabio Figura 6.14 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 2: Quindíomunicipios de Montenegro, Tebaida y Armenia 280 Figura 6.15 Variación del Límite Líquido contra el Índice Plástico para la zona 3: Municipio de Barranquilla – Sector de Loma Roja Tabla 6.16 Correlación entre el Límite Líquido y el índice de Plasticidad para las tres zonas piloto Resultado Ecuación Correlación R Zona 1 IP = 0,729 (LL-19,412) 0,926 Zona 2 IP = 0,398 (LL-18,004) 0,846 Zona 3 IP = 0,77 (LL-19,38) 0,910 Es bastante importante observar que la zona 2, presenta una diferencia bastante importante de la ecuación final resultante, respecto de las zonas 1 y 3, presentando también una correlación un tanto más baja. 281 6.2.1.2 Relación entre el Índice de consistencia Ic y el índice de Plasticidad El índice de consistencia es un indicativo del grado de consistencia del suelo y relaciona el grado de humedad del suelo respecto de los límites. (Raba Moyano & Caicedo, 2012) plantean la siguiente relación entre el índice de consistencia y el índice de plasticidad: 𝐼𝑐=𝐿𝐿−𝑤𝑛 𝐼𝑝 (6.1) Con base en lo anterior se observa que a medida que la humedad es cercana al límite líquido, el Ic es cercano a cero, siendo el grado de consistencia del suelo bajo presentado el suelo un comportamiento plástico que se encuentra cerca del umbral de un estado fluido, por lo tanto, la resistencia al corte es muy baja. De otra parte, si la humedad es cercana al límite plástico, el Ic tiende a 1 y el suelo presenta alta consistencia presentado un estado entre plástico a semisólido; en general el límite de contracción es un valor que se puede definir como el límite superior del Ic. Ahora, es importante anotar, que, en la ejecución generalizada de los trabajos de ingeniería, en muchas ocasiones se puede perder la humedad natural y, por lo tanto, los resultados de este índice pueden estar alejados de la realidad, dado que no corresponden a la humedad natural de los suelos, hecho que no siempre es conocido por los ingenieros que deben interpretar los resultados a la luz de la caracterización básica de los suelos. En la Figura 6.16 se presenta la variación del índice de consistencia con el índice de plasticidad para las tres zonas piloto y en la Tabla 6.17 las correlaciones obtenidas. Igualmente, en las Figuras 6.17 y 6.18 se puede ver la variación del Ic con la profundidad y con el límite Líquido para las tres zonas piloto. En las tres zonas se tiene un incremento del índice con la profundidad, hecho soportado en la sobreconsolidación que presentan los materiales en las tres zonas de estudio; sin embargo, al analizar la variación del Ic con el Límite Líquido, se observa que los resultados que arrojan las zonas 1 y 3 son consistentes con lo observado de los resultados de resistencia y deformación de estos materiales, los cuales muestran un ablandamiento al aumentar el Límite Líquido, hecho que da un resultado anómalo en la zona 2, observándose que la consistencia aumenta al aumentar el límite líquido. 288 resistencia con el aumento del índice de plasticidad en forma muy evidente en la zona 1 y con valores más bajos en la zona 2; al analizar los resultados en su conjunto, los especímenes de las zonas 2 y 3 muestran una tendencia a disminuir su resistencia con el aumento de la plasticidad, tal como lo muestra la tabla 6.21. En general se asume que la resistencia al corte en condición residual puede generar un comportamiento frágil o dúctil de acuerdo con el grado de sobreconsolidación de los materiales. Igualmente es apreciable que, al contrario de los resultados obtenidos por (Raba Moyano & Caicedo, 2012) en Sabana de Bogotá, en ninguna de las tres zonas la línea de tendencia pasa por encima de la línea de tendencia registrada por Kenney en 1959 y Olson en 1974 (G441, 2004), al contrario, en los tres casos las líneas de tendencia pasan por debajo de las registradas por estos autores. Es importante anotar que la línea de tendencia obtenida por Kenney y Olson se obtuvo para especímenes con predominancia de caolinita, illita y montmorillonita, encontrando que las muestras con mayor contenido de caolinita presentaban mayores valores de resistencia, seguidos por los suelos con illita y montmorillonita, asociando su comportamiento al desarrollo de procesos de meteorización que afectan con mayor intensidad a suelos con illita y montmorillonita. En el caso de los suelos estudiados, para la zona piloto 1 y la zona piloto 2 se tiene presencia importante de caolinita y moscovita; sin embargo, la presencia de minerales arcillosos interestratificados no diferenciados en la zona piloto 2, puede darle algunas características que pueden dar importantes cambios en su comportamiento. En el caso de la zona piloto 3, predomina la montmorillonita y en segundo lugar la illita lo cual acerca más su comportamiento al registrado por la línea de tendencia de Kenney. 6.2.1.5 Correlación entre la Resistencia al corte no drenado y el índice de Plasticidad Con base en la literatura existente se tiene que la relación entre la resistencia al corte no drenado medido en laboratorio y el índice de plasticidad se puede expresar mediante la siguiente relación reportada por Skempton para suelos NC: (𝑆𝑢 𝜎 )𝑁𝐶 =0.11+0.0037∗𝐼𝑃 (6.4) 289 Que indica que la relación entre la resistencia al corte no drenado y el esfuerzo vertical se incrementa con el valor del índice de plasticidad. En estado de sobreconsolidación como es el caso de los suelos en evaluación, la resistencia al corte Su se puede determinar tal como lo presenta (Raba Moyano & Caicedo, 2012): (𝑆𝑢 𝜎 )𝑆𝐶 =(𝑆𝑢 𝜎 )𝑁𝐶 ∗𝑅𝑆𝐶 (6.5) Dado que en las tres zonas piloto se efectuaron ensayos de compresión inconfinada que permite obtener la resistencia al corte no drenado, se desarrolló el análisis de la resistencia al corte no drenado con base en la correlación indicada y con base en los datos de laboratorio que fueron presentadas previamente. De las Figuras 6.23 a 6.25 se presentan las gráficas que muestran la comparación del valor de la relación esta relación Su/σvo obtenida a partir de la propuesta de Skempton y la obtenida de los ensayos de laboratorio, para las tres zonas piloto, además de la variación del esfuerzo vertical efectivo con el índice de plasticidad. Figura 6.23 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 1 290 Figura 6.24 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 2 Figura 6.25 Variación de Su/σvo con la profundidad para la zona piloto 3 Es importante anotar que los valores de Su disminuyen en profundidad para la zona piloto 1, en tanto que para las zonas piloto 2 y 3 aumentan en profundidad; sin embargo, los valores de resistencia al corte no drenado en Sabana y Quindío se encuentran entre 10 kPa hasta aproximadamente 80 KPa, pero en Barranquilla van desde 10 kPa y alcanzan en algunos casos hasta 900 kPa; esto se puede deber a que en el caso de Barranquilla los ensayos se efectuaron sobre las muestras mucho tiempo después de realizado el muestreo, lo que lleva a la pérdida de humedad y condiciones naturales de los materiales. Por lo tanto, parece ser más adecuado analizar estos valores a la luz de la correlación que se presenta en la ecuación 6.4. Nuevamente se tienen valores muy dispersos para los valores de resistencia al corte no drenado. 291 En general en estas curvas se encuentra que los valores son demasiado dispersos y no se obtiene buena correlación, además los resultados de laboratorio difieren en alto grado de la propuesta de Skempton. Sin embargo, es importante observar, como las zonas piloto 2 y 3 presentan una tendencia de pendiente negativa producto de los valores de laboratorio, es decir los esfuerzos efectivos verticales disminuyen en profundidad, aumentando la plasticidad de los suelos; igualmente este comportamiento se puede asociar a que en las tres zonas se tienen suelos sobreconsolidados en superficie y en proceso de consolidación en profundidad. 6.2.1.6 Análisis de la compresibilidad del suelo En la tabla 6.18 se presentan las relaciones obtenidas entre Cs y Cc por zona piloto y los valores obtenidos de Eu de laboratorio y a partir de las correlaciones presentadas. La variación de estas variables con la profundidad se presenta en las gráficas 6.25 a 6.27. Para analizar la compresibilidad del suelo, y a partir de los datos que se presentan en la tabla 6.18 respecto de la relación entre Cr y Cc se pudo calcular el módulo restringido del suelo D’ (Raba Moyano & Caicedo, 2012) y el módulo no confinado Es’, para finalmente obtener el módulo no drenado Eu, considerando una relación de Poisson ƴ de 0.3. valor típico par materiales finos predominantemente arcillosos Los valores de D´, Es´ y Eu se obtienen a partir de las siguientes ecuaciones: 𝐷′=(2.3∗(1+𝑒 )∗𝜎′ ) 𝐶𝑠 (6.6) 𝐸𝑠 ′=(𝐷′∗(1+𝜈)∗(1−2𝜈)) (1−𝜈) (6.7) 𝐸𝑢=3𝐸𝑠 ′ (2∗(1+𝜈)) (6.8) 292 Figura 6.26 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 1 Figura 6.27 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 2 Figura 6.28 relaciones entre el módulo de elasticidad no drenado Eu y la resistencia al corte no drenado Su y el módulo de elasticidad no drenado Eu zona piloto 3 Con base en estas gráficas se observa que los valores del módulo no drenado Eu teóricos son bastante consistentes en las tres zonas piloto y muestran una tendencia ascendente en 293 profundidad; en donde las relaciones obtenidas con base en las correlaciones teóricas , definen el alto rango de los valores estadísticos; este comportamiento puede estar asociado con reducción del módulo por la alteración de las muestras en el laboratorio por la manipulación; igualmente se tienen valores atípicos para la zona piloto 3 a más de 15.0 metros de profundidad, lo que genera una tendencia atípica para esta zona. 6.2.2 Modelo Mohr Coulomb, Cam Clay y Duncan Shang Para el desarrollo de estos modelos se usaron los resultados de los ensayos triaxiales desarrollados para la zona piloto 1 y 2, además de los resultados de los ensayos de consolidación; sin embargo, para la zona piloto 3 al no contar con resultados de ensayos triaxiales se usaron los ensayos producto del ensayo de corte y los resultados del ensayo de consolidación. Es importante anotar que para la zona piloto 2 solo se pudo desarrollar un ensayo triaxial, pero solo se obtuvo resultados para dos puntos debido a las condiciones de los materiales. Los parámetros requeridos para la construcción de los modelos esfuerzodeformación se presentan en el Anexo 6.1. El análisis se ha realizado con los parámetros resistentes en términos de esfuerzos efectivas obtenidos del análisis estadístico de datos de laboratorio por zona piloto para el tipo de material no drenado, usando los valores medios, especialmente cuando no se cuenta con datos del ensayo triaxial o cuando los datos del ensayo no son representativos. Como esfuerzo vertical efectivo (σv´) para la simulación se usó 100 kPa usado en los ensayos de laboratorio de las tres zonas piloto. Los modelos contemplan un proceso ideal de muestro, en el cual se tiene el efecto de alivio de esfuerzos en el momento de la extracción de las muestras, asumiendo para esta situación una condición no drenada. Luego se modela la condición de carga axial, hasta lograr una condición de la falla. En la figura 6.29 se presenta la Malla de Elementos Finitos considerada para la modelación; se trata de una malla uniaxial de 20 cm de radio y 10 cm de altura con eje de rotación por su borde izquierdo. La malla incluye 1798 elementos triangulares de 6 nodos cada elemento; doble sistema de carga; el sistema Mload A, abarca el ancho de la malla y se utiliza para establecer las condiciones iniciales del sitio, justo antes de recuperar la muestra, yt el sistema MLoad B para determinar el 294 esfuerzo desviador que se aplica sobre el tope de la muestra cilíndrica en el momento de modelar el ensayo de compresión como tal (Figura 6.30). Figura 6.29 Malla de Elementos FInitos Figura 6.30 Vectores de desplazamiento de muestra cilíndrica en condición de falla. 295 Tras la calibración del modelo y de los parámetros geotécnicos de entrada, se evalúa la representatividad de los modelos constitutivos usados, es decir se realiza el análisis comparativo entre los resultados obtenidos mediante los ensayos del laboratorio y los modelos numéricos; a continuación se describe la metodología utilizada. 6.2.2.1 Caracterización de resistencia y compresibilidad La determinación de los parámetros de resistencia al corte de los suelos en condiciones drenadas y no drenadas se realizó con base en los resultados de ensayos de compresión inconfinada, sobre muestras representativas de suelos en estado inalterado, y la ejecución de los ensayos de corte directo en condiciones sumergidas (condición más crítica) y cargadas a una baja tasa de deformación, simulando lo mejor posible una condición de carga drenada. De los ensayos de corte directos se, determinando con ellos la envolvente de resistencia al corte tipo Coulomb, en condiciones drenadas, expresada como una componente de cohesión (c´) y un ángulo de fricción ( ´). Para la determinación de los parámetros no drenados de resistencia al corte de los suelos (Cu), se con ensayos de compresión simple. Con el fin de efectuar un modelo estadístico de los parámetros de resistencia de los suelos, en condiciones drenadas y no drenadas, y teniendo en cuenta que la totalidad de suelos estudios son predominantemente finos, para el análisis se consideraron los criterios de resistencia al corte de suelos planteados por Skempton & Bjerrum (1957), en función de su estado de preconsolidación. Los análisis se efectuaron correlacionando los ensayos de resistencia obtenidos de las muestras de compresión simple y corte directo, con los ensayos de plasticidad de suelos efectuados a toda la población de muestras; mediante estas correlaciones se contó con una herramienta estadística para valorar la variación de los parámetros de resistencia al corte de los diferentes tipos de suelos encontrados en la zona. El procedimiento de correlación es el siguiente: 296 Se determina el esfuerzo de preconsolidación se determina a partir de ensayos edométricos con base en la fórmula de Skempton (1953) así: 𝐶𝑢 𝑝′ =0.11+0.0037 IP (6.9) En donde p’ = esfuerzo vertical efectivo de preconsolidación IP = Índice de plasticidad A partir de esta fórmula se determina el esfuerzo vertical efectivo de preconsolidación (p’), el cual es comparable con los resultados obtenidos en ensayos edométricos. Para la determinación de los parámetros de resistencia en la zona normalmente consolidada, de la Figura 6.31 se obtiene el ángulo de fricción fNC en función del Índice de plasticidad. Figura 6.31 Relación entre el ángulo de fricción NC y el Indice de Plasticidad, Das, Braja, 1983. Estos valores se comparan con los resultados obtenidos en la zona NC de los ensayos de corte directo. Para la determinación de los parámetros de resistencia en la zona sobre consolidada, se determinó el ángulo de fricción verdadero, a partir del índice de plasticidad, con base en la tendencia de la Figura 6.32. 297 Figura 6.32 Relación entre el ángulo de fricción SC y el Índice de Plasticidad, Das, Braja, 1983. Con los datos anteriores se determinó la envolvente de resistencia en la zona sobreconsolidada, a partir del esfuerzo de consolidación que se adopta como la mitad del esfuerzo de preconsolidación del ensayo edométrico. Mediante relaciones geométricas se obtiene el valor de cohesión Ce (Figura 6.33) Figura 6.33 Diagrama conceptual para obtener la cohesión ce. Dado que los suelos tienen un alto contenido de finos plásticos, los parámetros no drenados de compresibilidad del suelo a partir de la siguiente ecuación: 304 Tabla 6.30 Parámetros modelo Cam Clay zona piloto 2 – TEB 3; M6 Y M7 s1f' kPa s3f' kPa pf' kPa qf kPa qf/pf´ g kPa h M 146,20 51,00 82,73 95,20 1,151 12,16 1,002 1,051 243,70 90,10 141,30 153,60 1,087 425,44 162,50 250,15 262,94 1,051 Tabla 6.31 Parámetros modelo Cam Clay zona piloto 3 s1f' kPa s3f' kPa pf' kPa qf kPa qf/pf´ g kPa h M 167,78 -17,40 44,33 185,18 4,178 152,29 0,742 1,646 353,26 76,00 168,42 277,26 1,646 305 Figura 6.36 Envolventes de trayectorias modelo Cam Clay zona piloto 1-TAB 1 306 Figura 6.37 Envolventes de trayectorias modelo Cam Clay zona piloto 2- TEB-3 Tal como se observa, a pesar de que el modelo aplica específicamente para materiales NC y los materiales presentes son sobreconsolidados en las dos zonas piloto, se observa que comparando los resultados de los ensayos triaxiales de laboratorio con las envolventes de trayectorias de esfuerzos generadas por el modelo MC se genera una buena aproximación para la zona piloto 1 para las dos muestras ensayadas; en la zona piloto 2 se observa una diferencia importante de los resultados del modelo con los resultados del laboratorio, sin embargo una de las causas asociadas está en que no se pudieron obtener los tres puntos requeridos para completar el ensayo triaxial. Respecto de los resultados obtenidos del modelo CC al simular las envolventes de trayectorias de esfuerzos con los datos de los ensayos triaxiales de laboratorio, a pesar de que el modelo aplica especialmente para materiales NC y los materiales presentes son sobreconsolidados en las dos zonas piloto, se observa que se presentan trayectorias de muestras normalmente consolidadas en donde se aprecia un buen ajuste. Finalmente, y con base en la información que se presenta en la tabla 6.33 se efectuó la modelación con los resultados de la modelización mediante Plaxis con los datos de entrada de los ensayos triaxiales, de consolidación y de corte y se comparó con los resultados de los ensayos de compresión simple de laboratorio, resultados que se presentan en las Figuras 6.38 a 6.40. 307 Figura 6.38 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 1 – Sabana con σv’ de 100 kPa Figura 6.39 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 2- Quindio con σv’ de 100 kPa 308 Figura 6.40 Comparativa de curvas 𝜎 − 𝜀 de los ensayos de compresión simple y calculadas mediante el modelo de MC para las muestras zona piloto 3- Barranquilla con σv’ de 100 kPa Al observar las figuras en las que se presentan los resultados de los ensayos UU en diferentes colores y los resultados de la modelización mediante Plaxis para las curvas esfuerzo – deformación de los suelos en las tres zonas piloto, para los modelos MC y CC con los datos de entrada de los diferentes ensayos que permitieron calibrar los modelos, se puede observar que para la zona piloto 1 los resultados de las simulación tanto para MC como para CC dan bastante por encima de los valores obtenidos en laboratorio, sin embargo se tienen pendientes similares en la zona elástica; esto se podría asociar a posible remoldeo durante la toma de muestras y / o manipulación en el laboratorio. En la zona piloto 2, se tiene que los modelos MC y CC simulan en forma bastante aproximada el comportamiento del material, especialmente en el rango elástico, esto en parte se asocia al grado de cementación que pueden tener estos suelos propio de su origen volcánico. Finalmente, en la zona 3, dado los muy altos valores de la resistencia obtenidos en el ensayo de compresión simple, ni el modelo MC ni el modelo CC se ajustan a los resultados obtenidos en el laboratorio. Una causa puede asociarse a los procesos rápidos de desecación que sufren estos materiales producto de su origen calcáreo. 309 6.2.2.3 Modelo Duncan Shang El modelo hiperbólico fue propuesto inicialmente por (Kondner & Zelasko, 1963), y se presentó en forma ajustada por (Duncan & Chang, 1970); la hipótesis principal del modelo supone que las curvas esfuerzo-deformación del suelo pueden aproximarse a una curva hiperbólica que relaciona el esfuerzo desviador con la deformación axial. Los variables que se requieren para trabajar con el modelo se encuentran en función del esfuerzo de confinamiento y del esfuerzo cortante, los cuales pueden ser obtenidos por ensayos de compresión triaxial. Aunque este modelo es muy usado en la práctica de la ingeniería ya que los parámetros del suelo pueden ser obtenidos directamente de un ensayo triaxial, presenta una desventaja importante que es la imposibilidad de distinguir entre los ciclos de carga y descarga, por lo cual los análisis por ciclo se hacen en forma independiente y al final se efectúa el análisis integrado del modelo. De las Figuras 6.41 a 6.43 se presenta el análisis por punto de carga paras las zonas piloto 1 y 2 y en el Anexo 6.2 se presentan las tablas de cálculo resultantes. En las tablas 6.32 a 6.34 se presentan los parámetros obtenidos para el modelo Duncan Chang integrado para las tres zonas piloto y en las Figura 6.44 y 6.45 se presentan las trayectorias de esfuerzos obtenidos de ensayos de compresión triaxial, consolidados isotrópicamente y fallados en condición no drenada CU; es importante anotar que en las tres zonas pilotos los suelos se presentan sobreconsolidados, siendo la zona 1 la que presenta una menor sobreconsolidación. No se pudo efectuar los análisis con este modelo para la zona piloto 3, debido a que no se tienen datos producto del ensayo triaxial. Tabla 6.32 Parámetros modelo Duncan Shang zona piloto 1 – TAB1; superior M3 Y M4, inferior M7 Y M8 medidos Teoricos p' Eo qult MH Eo qult MH kPa kPa kPa kPa kPa 75,00 7743 72,9 7951 75 150,00 16894 153,6 16023 143 300,00 31445 263,8 32288 273 a 101,143 1,372  1,011 0,928 310 Tabla 6.33 Parámetros para la modelización PLAXIS medidos Teoricos p' Eo qult MH log Qu Eo qult MH kPa kPa kPa kPa kPa 75,00 6926 113,8 2,05598981 8097 111 150,00 21858 174,0 2,24064671 15989 181 300,00 27003 301,5 2,4792171 31572 295 a 116,915 5,357  0,982 0,703 Tabla 6.34 Parámetros modelo Duncan Shang zona piloto 2 – TEB 3; M6 Y M7 medidos Teoricos p' Eo qult MH Eo qult MH kPa kPa kPa kPa kPa 75,00 35176 514,4 35176 514 150,00 55768 490,5 55768 490 a 1993,402 691,555  0,665 -0,069 Al efectuar un análisis integrado se puede resolver la deficiencia que presenta el modelo de no distinguir entre los ciclos de carga y descarga. En los resultados obtenidos, se puede ver que el modelo ajusta en forma correcta en las dos zonas piloto; sin embargo, al tener muy poca información de estos ensayos no se puede establecer una generalización de los resultados. 311 Figura 6.41 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TAB 1- M3 Y M4 312 Figura 6.42 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TAB 1- M7 Y M8 313 Figura 6.43 Relación esfuerzo y deformación y modelo hiperbolico por punto de carga modelo Duncan Chang zona piloto 1-TEB 3- TAB 1- M6 y M7 320 resistencia al corte no drenado de las muestras para la zona piloto 3- Barranquilla son altos y oscilan entre 46 y 908 kPa; estas diferencias de comportamiento se deben al grado de sobre consolidación de los suelos, y a posibles pérdidas de humedad previo a la realización del ensayos. En lo referente a la rigidez del suelo, las muestras del sector Sabana, presentan un comportamiento muy rígido con una relación de módulos Eu/Cu=1918, para el caso de las muestras de Quindío, la rigidez es moderada, con valores Eu/Cu=868 y parra al caso de las muestras de Barranquilla, la Rigidez es baja, con valores de Eu/Cu=61 2. Ensayos de corte directo Los ensayos de corte directo obtenidos se enmarcan en el comportamiento de suelos sobreconsolidados, el límite inferior corresponde a la zona de resistencia mínima para una condición de suelo no consolidado y los valores máximos, con valores un poco más dispersos corresponden a la condición de suelos sobreconsolidados. En el caso de Sabana los valores máximos de resistencia son poco dispersos mientras que, en los otros dos casos, los valores máximos son más dispersos, presentándose casos atípicos de valores picos que se salen de la tendencia normal; estos valores anómalos están relacionados con efectos de cementación inducida en las muestras por pérdida de humedad antes de ser ensayadas. Para las tres zonas piloto el comportamiento de la cohesión tiene tendencia a aumentar en profundidad, siendo en los tres casos la cohesión residual más baja que la cohesión en condición pico con pendiente positiva, presentando la zona piloto 2 la pendiente más baja, nuevamente se resaltan los valores excepcionalmente altos que presenta la zona 3, que tal como se explicó previamente se pueden deber al tiempo durante el cual las muestras estuvieron almacenadas previo a la ejecución del ensayo que las llevó a pérdida de humedad. En tanto que se tienen resultados bastante consistentes para la cohesión, los valores del ángulo de fricción pico y residual presentan comportamientos que muestran una tendencia a disminuir en profundidad en condición pico para las zonas 1 y 3 que presentan pendientes negativas, sin embargo para la zona piloto 2 el ángulo de fricción presenta un leve incremento con pendiente positiva para la condición pico, esto puede ser producto de la presencia de suelos con presencia de 321 materiales granulares tipo limo pero con alto contenido de minerales arcillosos que revela los valores de cohesión que oscilan entre 20 y 40 kPa para la zona 2. Finalmente, este ensayo deja ver para la zona piloto 1 un comportamiento típicamente dúctil de ablandamiento por deformación en condición pico y residual, mientras que para los materiales de las zonas piloto 2 y 3 se presenta un comportamiento inicialmente frágil en condición pico, con un endurecimiento por deformación inicial en condición pico, que se convierte posteriormente en comportamiento dúctil en condición residual, típico de suelos con mayores niveles de sobreconsolidación. 3. Ensayos triaxiales Los ensayos triaxiales se ajustaron al modelo de Duncan, encontrando una tendencia creciente del módulo de Corte inicial E con el esfuerzo de Confinamiento p. En el caso de la Formación sabana el módulo inicial Eo/p´ oscila entre 100 y 116; en el caso del Quindío esta relación Eo/p´=1993. No se tienen datos para la zona piloto 3 producto de ensayos triaxiales. 1. Compresibilidad del suelo Para analizar la compresibilidad del suelo, se analizó la relación existente entre el Coeficiente de compresión Cc y el Coeficiente de recompresión Cr, datos obtenidos a partir de los resultados de los ensayos de consolidación unidimensional. Las zonas piloto 1 y 2 presentan coeficientes de recompresión bastante bajos y con una pendiente baja que indica que se tienen materiales con niveles de compresibilidad similares a lo largo del perfil aumentando progresivamente en profundidad; en el caso de Barranquilla se encuentra que la compresibilidad aumenta también en profundidad, pero el aumento en esta condición es más fuerte que en los casos anteriores, hecho que se ve fuertemente reflejado en la correlación que muestra el valor de Cr y Cc. Del análisis de los esfuerzos efectivos y los esfuerzos de preconsolidación se pudo obtener los valores de la relación de sobrencosolidación a lo largo de todo el perfil del suelo en cada zona; como se puede observar en las tres zonas piloto los suelos se presentan sobreconsolidados a lo largo de todo el perfil evaluado, sin embargo, se tiene una muy alta dispersión en la zona piloto 2; 322 igualmente la zona piloto 3 presenta valores de sobre consolidación superiores a las zonas 1 y 2. Los suelos en las tres zonas se encuentran en proceso de consolidación en los estratos inferiores habiendo alcanzado ya una sobreconsolidación en superficie; la zona piloto 3 presenta un alto grado de sobreconsolidación a lo largo de todo el perfil. 6.3.3 Correlaciones de interés de las propiedades índice con propiedades esfuerzo - deformación de los suelos 1. Como resultado del análisis de la relación entre el índice de Plasticidad y el ángulo de fricción tanto para la condición pico como residual contra los resultados obtenidos por Kenney en 1959 y Olson en 1974 (G441, 2004) que establece una línea de tendencia con base en el índice de plasticidad, da como resultado que las zonas piloto 1, 2 y 3 presentan una tendencia en el comportamiento en condición residual similar que se aproxima un poco a la línea de tendencia de Kenny, en donde se tiene una reducción de la resistencia al corte a medida que aumenta su plasticidad; sin embargo en condición pico las muestras de la zona 1 y 2 presentaron una tendencia al aumento de la resistencia con el aumento del índice de plasticidad en forma muy evidente en la zona 1 y con valores más bajos en la zona 2; al analizar los resultados en su conjunto, los especímenes de las zonas 2 y 3 muestran una tendencia a disminuir su resistencia con el aumento de la plasticidad. En general se asume que la resistencia al corte en condición residual puede generar un comportamiento frágil o dúctil de acuerdo con el grado de sobreconsolidación de los materiales. Los suelos de las zonas piloto 1 y 2 se alejan más de la línea de tendencia establecida por Kenney y Olson, hecho que puede ser atribuible a la composición mineralógica predominante de los suelos evaluados, dado que en las zonas 1 y 2 no se tiene presencia de montmorillonita, si de caolinita y moscovita y posiblemente minerales amorfos interestratificados en Quindío lo cual los aleja de esta tendencia, sin embargo, la existencia de montmorillonita e illita en los materiales de la zona piloto 3 genera el acercamiento a esta tendencia. 2. A partir de la relación entre Cr y Cc se pudo calcular el módulo restringido del suelo D’ (Raba Moyano & Caicedo, 2012) y el módulo no confinado Es’, para finalmente obtener el módulo no drenado Eu, que permitió establecer que los valores del módulo no 323 drenado Eu teóricos son bastante consistentes en las tres zonas piloto y muestran una tendencia ascendente en profundidad; en donde las relaciones obtenidas con base en las correlaciones teóricas , definen el alto rango de los valores estadísticos; este comportamiento puede estar asociado con reducción del módulo por la alteración de las muestras en el laboratorio por la manipulación; igualmente se tienen valores atípicos para la zona piloto 3 a más de 15.0 metros de profundidad. 3. Análisis de la actividad, colapsabilidad y potencial de expansión a partir de correlaciones con las propiedades índice de los suelos: con base en diferentes correlaciones semiempíricas de uso común en la práctica de la ingeniería se evaluaron comportamientos especiales de los suelos finos obteniendo los siguientes resultados: tanto la actividad como el potencial de colapso y potencial de expansión para la zona piloto 1 son bajos; los resultados de los análisis químicos son consistentes con los arrojados por las correlaciones, dando como mineral arcilloso predominante las caolinitas y moscovitas. Para la zona piloto 2 se presenta un suelo en superficie con potencial de colapso que en profundidad disminuye, aumentando el potencial de expansión; en la zona piloto 2 tanto para el nivel litológico A y B se presenta una baja actividad con presencia predominante de caolinita principalmente y algún porcentaje de moscovita producto del análisis de minerales arcillosos efectuados a las muestras; en este caso es importante anotar que se identificaron minerales amorfos interestratificados de los cuales no se tiene una determinación exacta, sin embargo, ellos pueden dar algunas connotaciones de comportamiento especial en profundidad. 4. Para el caso de la zona piloto 3, tanto en el nivel litológico A como en el nivel litológico B no se presenta potencial de colapso, pero si potencial de expansión que coincide con el contenido de minerales tipo montmorillonita e illita tanto en el nivel A como en el B. Es importante anotar que la actividad calculada a partir de la ecuación de Skempton, no da una buena correlación para el caso de la zona piloto 3. 324 CAPITULO 7 CONCLUSIONES 325 7 CONCLUSIONES En esta investigación que se presenta como tesis doctoral, se han estudiado suelos finos predominantemente arcillosos en tres zonas piloto en Colombia respecto de su comportamiento esfuerzo – deformación en zonas seleccionadas a partir de criterios asociados a la génesis de los materiales y condiciones geoclimáticas, para así establecer dos aspectos básicos en los análisis planteados: 1.) materiales de origen geológico diferenciado y 2.) materiales sometidos a cambios medio ambientales característicos diferenciales en cada zona. Lo anterior, con el fin de establecer si existen suficientes soportes conceptuales que permitan definir criterios de aplicabilidad de ensayos y modelos geotécnicos específicos que puedan ser usados en los suelos con base en su génesis y evolución. La investigación desarrollada consta de las siguientes partes: 1. Selección e identificación de tres zonas piloto de estudio desde la megaescala hasta escala local a partir de sus características geológicas, geomorfológicas y geoclimáticas predominantes, a partir de la construcción de un modelo geológicogeomorfológico aplicable a los fines de esta investigación, seleccionando tres zonas con materiales de origen diferenciado: lacustre ( un sector de Sabana de Bogotá, zona piloto 1), volcánico ( un sector del departamento de Quindio- Zona piloto 2) y marino costero ( un sector del municipio de Barranquila, zona piloto 3) con base en criterios geomorfoestructurales y morfogenéticos. 2. Caracterización geomecánica de los suelos identificados en las zonas piloto seleccionados a partir de criterios de comparabilidad, con el fin de disminuir las incertidumbres en los resultados y permitir la comparabilidad de los resultados obtenidos, a la luz de la información geotécnica obtenida y de la aplicación de modelos para análisis prospectivos del comportamiento de los suelos. En esta caracterización se incluyeron análisis a nivel de macroestructura y microestructura, aplicando ensayos de laboratorio físicos, mecánicos y químicos mediante análisis en estado crítico, sobre muestras seleccionadas y recuperadas de trabajos de exploración directa realizados en el curso de la investigación, así como análisis de información producto de ensayos existentes obtenidos a partir de información secundaria. 326 3. Estudio de las propiedades deformacionales y resistentes de los suelos estudiados en las tres zonas piloto, en estado crítico bajo condiciones de carga comparables con el uso de diferentes técnicas de laboratorio usuales en la práctica convencional de la ingeniería. Simulación numérica tenso-deformacional empleando los modelos: Mohr-Coulomb, Cam Clay, Duncan Chang y Modelo francés adaptado. Producto del análisis integral de toda la información presentada a partir de las actividades indicadas se establecen las siguientes conclusiones generales: 4. Se logró la identificación de criterios de selección de las zonas de estudio , los cuales parten del conocimiento geológico geomorfológico en la megaescala, pasando por el análisis de los datos de información de comportamientos de materiales geológicos particulados en la macroescala, hasta alcanzar un nivel de análisis de la microestructura o fábrica de los suelos finos, afectados por condiciones exógenas asociadas a diversas condiciones climáticas; se obtuvo resultados coherentes que permiten hacer análisis comparativos de comportamiento geotécnico a nivel local y puntal. 5. El modelo geológico – geomorfológico propuesto, permite asociar la génesis de los suelos con la existencia de suelos finos predominantemente arcillosos, desde un análisis integrado que relaciona diferentes escalas espacio – temporales y la identificación coherente de áreas de estudio geotécnico local y puntual a nivel de comportamiento geomecánico. 6. El análisis comparativo de suelos finos predominantemente arcillosos en zonas con génesis bien diferenciada presentó un gran reto, asociado a los costos que conlleva la exploración geotécnica, cual fue la identificación de puntos de exploración geotécnica a partir de la propuesta de modelo geológico – geomorfológico – geotécnico, la cual arrojó resultados positivos, mostrando en las tres zonas evaluadas perfiles de suelos predominantemente arcillosos hasta 327 aproximadamente 15 metros de profundidad, con características fisiográficas similares que pudieronn ser comparables a nivel de comportamiento geomecánico. 7. La aplicación de diferentes herramientas y técnicas de laboratorio, las cuales incluyen el conocimiento desde la ingeniería geotécnica y la geología, la geomorfología, análisis básicos de composición de los suelos, análisis geoestadísticos y análisis con uso de sistemas de información geográfico, permitió generar resultados correlacionables y de mayor confiabilidad a nivel espacio temporal de los polígonos de estudio. 8. Se aplicaron técnicas de laboratorio convencionales en la práctica de la ingeniera para la caracterización esfuerzo – deformación de los suelos analizados, lo cual se complementó con información existente del mismo tipo a nivel de la macroestructura, complementando los análisis de composición mineralógica para la identificación de minerales arcillosos. 9. Se pudo comprobar que, en suelos de origen volcánico, especialmente, el uso de técnicas de laboratorio convencionales para identificación de propiedades índice, no permite establecer una identificación real de suelos arcillosos, y que es necesario el uso de análisis químicos adicionales con el fin de tener una identificación veraz del tipo de suelos finos presentes. Para el caso de los suelos lacustres y volcánicos, se pudo identificar como minerales arcillosos predominantes la caolinita y la moscovita, sin embargo, la presencia de minerales amorfos en los suelos volcánicos genera una diferencia importante en comportamiento geomecánico. 10. Los materiales de origen volcánico analizados, muestran alto potencial de colapso, identificable a partir de correlaciones semiempíricas con sus propiedades índice, las cuales pueden estar asociadas con la presencia de minerales arcillosos amorfos cuya existencia se pudo establecer a partir del análisis de ensayos DRX y FRX, que, sin embargo, no alcanzaron a identificar el tipo de mineral. Este mismo tipo de minerales se identificaron en los suelos marinos analizados, sin que se haya diferenciado el tipo de mineral. 328 11. Los suelos volcánicos y marinos presentaron una tendencia a presentar una falla frágil en condición pico y posteriormente una falla dúctil en condición residual; caso contrario de los suelos lacustres que presentaron una tendencia a falla dúctil tanto en condición pico como residual. 12. Aunque los suelos analizados en las tres zonas son sobreconsolidados, en los tres casos en superficie, el grado de sobreconsolidación es superior y se presentan ligeramente sobreconsolidados en profundidad, causa que puede estar asociada a las condiciones de confinamiento de los suelos en profundidad; solo en el caso de los suelos marinos se tiene a lo largo de todo el perfil alta sobreconsolidación. 13. Es también importante observar que, en general las correlaciones de los índices de consistencia desarrolladas por diferentes autores con las propiedades esfuerzo - deformación de los suelos generan resultados consistentes para los suelos lacustres no así para los suelos volcánicos y marinos, en donde se presenta una muy alta dispersión de los resultados que no facilita plantear una tendencia de comportamiento. 14. Las modelizaciones llevadas a cabo mediante el programa de elementos finitos Plaxis, corrobora que, los parámetros adoptados son adecuados, y que la metodología para su obtención es válida para los modelos constitutivos empleados (Mohr-Coulomb, CAM CLAY Duncan CHANG; sin embargo, el modelo Duncan Chang generó mejores resultados para los suelos volcánicos y marinos, lo que puede estar asociado a su mayor grado de consolidación. 15. El uso del modelo adaptado francés genera resultados aceptables especialmente para los suelos lacustres, y en algunos casos para los suelos marinos. Los resultados arrojados para los suelos volcánicos muestran poca aplicabilidad de estas correlaciones. 329 16. Los modelos constitutivos ofrecen una modelización razonable de los principales elementos del comportamiento tensión desviadora-deformación observado en los ensayos triaxiales CU realizados especialmente en la zona elástica, luego de sobrepasar este límite en general ningún modelo logra un buen ajuste con las curvas experimentales 17. Aunque los modelos Mohr Coulomb y Cam Clay aplican para suelos NC, se obtuvo buenos resultados para los suelos lacustres que tienen un grado ligero de sobreconsolidación y un comportamiento que se ajusta más al modelo elasto plástico; para los suelos volcánicos el ajuste más adecuado se logró con el modelo hiperbólico Duncan Chang. 18. En general los modelos constitutivos presentan un buen ajuste en el rango de comportamiento elástico de los materiales; por encima de este rango el comportamiento se aparta de los modelos, especialmente para los de origen marino y volcánico. 19. Dado el buen conocimiento que se tiene en Colombia respecto de la génesis de los suelos, así como la existencia de cartografía de Unidades Geológicas superficiales y mapas geomorfológicos que permiten identificar geoformas características que contemplan rasgos genéticos predominantes, se puede, a partir de los resultados obtenidos, plantear estudios complementarios en polígonos fácilmente identificables a partir del modelo geológico – geomorfológico – geotécnico propuesto, esto con el fin de identificar zonas que requieren ensayos especiales para la microfábrica de los suelos y que es posible incluir en la práctica convencional de la ingeniería. 20. Los resultados anómalos en resistencia y deformación asociados a propiedades de posible colapso de los suelos volcánicos requieren análisis de identificación de minerales amorfos, los cuales no se pudieron identificar a partir de ensayos básicos de difracción por rayos X o fluorescencia con el fin de iniciar estudios que permitan establecer tendencias específicas para este tipo de suelos. 336 Parameters.pdf Gens, A. (2005). GEOTECNIA: UNA CIENCIA PARA EL COMPORTAMIENTO DEL TERRENO. Gens, A. (2010). Soil–environment interactions in geotechnical engineering. Géotechnique, 60(1), 3–74. https://doi.org/10.1680/geot.9.P.109 Gens, A., & Alonso, E. E. (1992). A framework for the behaviour of unsaturated expansive clays. Canadian Geotechnical Journal, 29(6), 1013–1032. https://doi.org/10.1139/t92- 120 González Iregui, H., & Núñez Tello, A. (1991). Mapa geológico generalizado del departamento del Quindío : Instituto Nacional de Investigaciones Geológico Mineras (INGEOMINAS). https://miig.sgc.gov.co/Paginas/Resultados.aspx?k=130100101005017457000000000 González, L., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. (2002). Ingeniería Geológica. In Editorial Pearson Education, Madrid. Grabowsca-Olszewaska, B., Osipov, V., & Sokolov, V. (1984). Atlas of microstructure of clay soils. Warszawa. 414. Guerrero, C. C., & Cruz Velasco, L. G. (2018). Estudio experimental de clasificación de suelos derivados de cenizas volcánicas en el suroccidente colombiano con el método SUCS, el AASHTO y un nuevo método de clasificación de suelos . In Ingeniería y Desarrollo (Vol. 36, pp. 378–397). scieloco . Guimarães, L. (2002). Análisis multi-componente no isotermo en medio poroso deformable no saturado. Universidad Politécnica de Cataluña. Helwany, S. (2007). Applied soil mechanics with ABAQUS applications. John Wiley & Sons. Herle, I., & Kolymbas, D. (2004). Hypoplasticity for soils with low friction angles. Computers and Geotechnics, 31(5), 365–373. Holtz, W. G. (1983). The influence of vegetation on the swelling and shrinking of clays in the United States of America. Géotechnique, 33(2), 159–163. https://doi.org/10.1680/geot.1983.33.2.159 Huat, B. B., Noorzaei, M. S., Jaafar, K., Ti, S., & See Sew, G. (2015). A Review of Basic Soil Constitutive Models for Geotechnical Application. EJGE, 14, 1–18. 337 IGAC. (1997). Revista CIAF. Revista CIAF, 15(1). INGEOMINAS. (1997a). Evaluación geotécnica de las laderas occidentales de Barranquilla Fase I. http://srv-sp1:55002/Lists/RecursosSGC/DispForm.aspx?ID=17579 INGEOMINAS. (1997b). Microzonificación sísmica de Santafé de Bogotá. Versión año 1997. https://adminmiig.sgc.gov.co/Lists/RecursosSGC/DispForm.aspx?ID=10514 INGEOMINAS. (1998). Mapa Morfológico del Departamento de Cundinamarca a partir de imagenes de Satélite. Gobernación de Cundinamarca. INGEOMINAS. (1999). VOLUMEN II : ZONIFICACIÓN SISMOGEOTÉCNICA INDICATIVA PARA LA RECONSTRUCCIÓN DE ARMENIA. INGEOMINAS. (2001). Geología de las planchas 16-17 Galerazamba y Barranquilla - Memoria explicativa. INGEOMINAS. (2002). Modelo Hidrológico Conceptual de la Sabana de Bogotá. INGEOMINAS. (2004). Cartografía Geológica Aplicada A la Zonificación Geomecánica de la Sabana de Bogotá, Volumen II. Instituto Colombiano de Geología y Minería (INGEOMINAS),. https://miig.sgc.gov.co/Paginas/Resultados.aspx?k=ZONIFICACIÓN GEOMORFOLÓGICA DE LA SABANA DE BOGOTA INGEOMINAS. (2005). Zonificación Geomecácnica del departamento del Quindio. INGEOMINAS. (2010). Estudio geomorfológico del sector comprendido entre Bocatocino (Atlántico) y Ciénaga (Magdalena). Boletín Científico CIOH, 2(17), 140. INGEOMINAS. (2011). Zonificación de amenaza por movimientos en masa de las laderas occidentales de Barranquilla, departamento del Atlántico : informe final / Servicio Geológico Colombiano (SGC). https://catalogo.sgc.gov.co/cgi-bin/koha/opacdetail.pl?biblionumber=49098&shelfbrowse_itemnumber=48445 Justo, Á., & Morillo, E. (1999). Técnicas de difracción de rayos X para la identificación cualitativa y cuantitativa de minerales de la arcilla. Ciencia y Tecnología de Materiales, 2, 77–86. http://digital.csic.es/bitstream/10261/79501/4/Técnicas de difracción de rayos X.pdf Kamine, & Ogata. (1995). Experimental study on swelling characteristics of compacted bentonite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and 338 Geomechanics Abstracts. Kolymbas, D. (2000). Introduction to Hypoplasticity: Advances in Geotechnical Engineering and Tunnelling 1. CRC Press. Kolymbas, D., Herle, I., & Von Wolffersdorff, P. A. (1995). Hypoplastic constitutive equation with internal variables. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 19(6), 415–436. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/nag.1610190604 Kondner, R. L., & Zelasko, J. S. (1963). A Hyperbolic Stress-strain Formulation for Sands. Northwestern University. https://books.google.com.co/books?id=XLbJHAAACAAJ Konrad, J.-M., & Ayad, R. (1997). Desiccation of a sensitive clay: field experimental observations. Canadian Geotechnical Journal, 34(6), 929–942. https://doi.org/10.1139/t97-063 Koppen, W. (1918). Klassification der Klimate nach Temperatur, Niedenschlag und Jahreslauf. Petermanns Geogr. Mitt., 64, 193–203. Krieg, S. (2000). Viskoses Bodenverhalten von Mudden, Seeton und Klei. Inst. für Bodenmechanik und Felsmechanik. https://books.google.com.co/books?id=2BC6HAAACAAJ Lade, P. V. (2005). Overview of Constitutive Models For Soils. In Calibration of Constitutive Models (pp. 1–34). https://doi.org/doi:10.1061/40786(165)1 Laguna, O. H. (2007). Efecto del contenido esmectítico en procesos de pilarización de minerales arcillosos provenientes de la Cordillera Central de Colombia. Universidad Nacional de Colombia. Lambe, T. W., & Whitman, R. V. (1979). Soil Mechanics. Wiley. https://books.google.com.co/books?id=YPRwPwAACAAJ Lee, F. H., Lo, K. W., & Lee, S.-L. (1988). Tension Crack Development in Soils. Journal of Geotechnical Engineering, 114, 915–929. Leroueil, S., Roy, M., Rochelle, P. La, Brucy, F., & Tavenas, F. A. (1979). Behavior of Destructured Natural Clays. Journal of the Geotechnical Engineering Division, 105(6), 759–778. https://doi.org/10.1061/AJGEB6.0000823 339 Leroueil, S., & Vaughan, P. R. (1990). The general and congruent effects of structure in natural soils and weak rocks. Géotechnique, 40(3), 467–488. https://doi.org/10.1680/geot.1990.40.3.467 Liu, M. D., & Carter, J. P. (2002). A structured Cam Clay model. Canadian Geotechnical Journal, 39(6), 1313–1332. https://doi.org/10.1139/t02-069 Loboguerrero, A. (1987). La geología en Colombia. Revista AVANTE, 9, 11. http://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/bitstream/20.500.11762/18905/1/1187.p df Maeda, T., Takenaka, H., & Warkentin, B. P. (1977). Physical properties of allophane soils. Avances Agronomy, 29, 229–264. Mašín, D. (2007). A hypoplastic constitutive model for clays with meta-stable structure. Canadian Geotechnical Journal, 44, 363–375. https://doi.org/10.1139/t06-109 McLaughlin, D. H., & Arce, M. (1975). Mapa geológico del cuadrángulo Zipaquira (K-11), Colombia (p. 1 carte). U.S. Geological Survey. Mitchell, J. K. (1993). Fundamentals of soil behaviour (I. John Wiley & Sons (ed.); 2nd ed.). Mitchell, J. K., Campanella, R. G., & Singh, A. (1968). Soil Creep As A Rate Process. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 94(1), 231–253. https://doi.org/10.1061/JSFEAQ.0001085 Mitchell, J. K., & Soga, K. (2005). Fundamentals of soil behavior (Vol. 3). John Wiley & Sons New York. Montero, J., Torres Suarez, M. C., Torres Suarez, M., Saavedra, C., & Delvalle, R. (2013). Rocas Lodosas Cordillera Oriental de Colombia Mudrocks from The Colombian Eanstern Mountain.Range. Boletín Colombiano de Geotecnia. Moore, D. M., Reynolds, R. C., & Reynolds, R. C. (1989). X-ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press. https://books.google.com.co/books?id=-l3wAAAAMAAJ Moore, I. D., Grayson, R. B., & Ladson, A. R. (1991). Digital terrain modelling: A review of hydrological, geomorphological, and biological applications. Hydrological Processes, 5(1), 3–30. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/hyp.3360050103 340 Mora González, O. A. (2011). Herramientas Conceptuales para el Estudio del Proceso de Evaporación Acoplado con el Comportamiento Mecánico de los Suelos. Pontificia Universidad Javerina. Mora, O., & Moya, J. (2006). Revisión del marco de referencia conceptual para el estudio de fenómenos de remoción en masa. Moreno-Maroto, J. M., & Alonso-Azcárate, J. (2018). What is clay? A new definition of “clay” based on plasticity and its impact on the most widespread soil classification systems. Applied Clay Science, 161, 57–63. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.04.011 Moreno-Maroto, J. M., Alonso-Azcárate, J., & O’Kelly, B. C. (2021). Review and critical examination of fine-grained soil classification systems based on plasticity. Applied Clay Science, 200, 105955. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105955 Moreno-Maroto, J. M., & Azcárate, J. (2017). Plastic Limit and Other Consistency Parameters by a Bending Method and Interpretation of Plasticity Classification in Soils. Geotechnical Testing Journal, 40, 467–482. https://doi.org/10.1520/GTJ20160059 Morris, P. H., Graham, J., & Williams, D. J. (1992). Cracking in drying soils. Canadian Geotechnical Journal, 29(2), 263–277. https://doi.org/10.1139/t92-030 Murayama, S., & Shibata, T. (1958). On the Rheological Characters of Clay Part 1. Bulletins- Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, 26, 1–43. Murillo, R., Morales, Monroy, R., & Hernánez, A. (1991). Agrietamiento lacustre al oriente de la ciudad de México. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 79–94. Nieto Leal, A. (2007). Modelacion del Comportamiento del Suelo Utilizando el Modelo Constitutivo MIT S1. Universidad de los Andes. Olson, R. E., & Mesri, G. (1970). Mechanisms Controlling Compressibility of Clays. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 96(6), 1863–1878. https://doi.org/10.1061/JSFEAQ.0001475 Papadakis, J. (1962). Avances recientes en el estudio hidrico de los climas: 341 (evapotranspiración, índice hidrico, lluvia de lavado, estaciones seca y humeda, regimen hidrico). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. https://books.google.com.co/books?id=UrVmnQEACAAJ Parra, E., & Mejía, I. (1999). Efectos del sismo del 25 de enero de 1999 en el Sur - Este del Departamento del Quindio. Peltier, L. C. (1973). The Geographic Cycle in Periglacial Regions as it is Related to Climatic Geomorphology BT - Climatic Geomorphology (E. Derbyshire (ed.); pp. 131–152). Macmillan Education UK. https://doi.org/10.1007/978-1-349-15508-8_9 Pérez Rodriguez, J. L. (1968). Constitución y Propiedades Fisicoquimicas de las Arcillas de Suelos del Valle del Guadalquivir. Universidad de Sevilla. Picarelli, L., Olivares, L., Di Maio, C., Silvestri, F., Nocera, S., & Urciuoli, G. (2000). Structure properties and mechanical behaviour of the highly plastic intensely fissured Bisaccia clay shale. Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, 2, 947–982. Pinzón Bonilla, D., & Garzón García, L. C. (2018). Compresibilidad, Sensibilidad y Colapso en Suelos Derivados de Cenizas Volcánicas en la Ciudad de Pereira. World Development, 1(1), 1–15. http://www.fao.org/3/I8739EN/i8739en.pdf%0Ahttp://dx.doi.org/10.1016/j.adolesce nce.2017.01.003%0Ahttp://dx.doi.org/10.1016/j.childyouth.2011.10.007%0Ahttps:// www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23288604.2016.1224023%0Ahttp://pjx.sage pub.com/lookup/doi/10 Polidori, E. (2003). Proposal for a new plasticity chart. Géotechnique, 53(4), 397–406. https://doi.org/10.1680/geot.2003.53.4.397 Polidori, E. (2007). Relationship Between the Atterberg Limits and Clay Content. Soils and Foundations, 47(5), 887–896. https://doi.org/https://doi.org/10.3208/sandf.47.887 Polidori, E. (2009). Reappraisal of the Activity of Clays. Activity Chart. Soils and Foundations, 49(3), 431–441. https://doi.org/https://doi.org/10.3208/sandf.49.431 Polidori, E. (2015). Proposal for a New Classification of Common Inorganic Soils for Engineering Purposes. Geotechnical and Geological Engineering, 33(6), 1569–1579. https://doi.org/10.1007/s10706-015-9922-4 342 Raba Moyano, M. A., & Caicedo, B. (2012). CARACTERIZACION FISICA Y GEOMECANICA DE SUELOS LACUSTRES EN LA CIUDAD DE BOGOTA DESDE EL CONTEXTO DE MODELOS DE COMPORTAMIENTO DE SUELOS BLANDOS. Ramírez-Builes, V. (2009). Las arcillas alófanas y su relación con las propiedades físicas y químicas del suelo. Unisarc, 7(1), 30–38. https://www.researchgate.net/publication/341726619_LAS_ARCILLAS_ALOFANAS_Y _SU_RELACION_CON_LAS_PROPIEDADES_FISICAS_Y_QUIMICAS_DEL_SUELO Rampello, S., & Amorosi, A. (1998). The influence of natural soil structure on the mechanical behaviour of a stiff clay. In Geotechnique. https://doi.org/10.1680/geot.2007.57.2.153 Redolfi, E. (2007). Suelos Colapsables. Universidad Nacional De Cordoba - Argentina, 36. http://www.docentes.unal.edu.co/aepazgon/docs/Suelos Colapsables.pdf Reginatto, A. (1970). Predicción de la Susceptibilidad al Colapso. 2o Reunión Argentina de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones. Richards, B. G., Peter, P., & Emerson, W. W. (1983). The effects of vegetation on the swelling and shrinking of soils in Australia. Géotechnique, 33(2), 127–139. https://doi.org/10.1680/geot.1983.33.2.127 Ridley, A. M., & Burland, J. (1996). A pore pressure probe for the in situ measurement of a wide range of soil suction. Advances in site investigation practice. Thomas Telford London, 510–520. Rodriguez-Iturbe, I., Laio, F., Porporato, A., & Ridolfi, L. (2001). Plants in water-controlled ecosystems: active role in hydrologic processes and response to water stress: II. Probabilistic soil moisture dynamics. Advances in Water Resources, 24(7), 707–723. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0309-1708(01)00005-7 Rodríguez, E. A. (2014). Evaluación del Comportamiento Geomecánico de Arcillas en el Sector de Campoalegre – Ciudad de Barranquilla. Universidad Nacional de COlombia. Romero Morales, E. E. (1999). Characterisation and thermo-hydro-mechanical behaviour of unsaturated Boom clay: an experimental study. Universitat Politècnica de Catalunya. 343 Roscoe, K. H., & Burland, J. B. (1968). On the generalized stress-strain behaviour of wet clay. Roscoe, K. H., Schofield, A. N., & Wroth, C. P. (1958). On The Yielding of Soils. Géotechnique, 8(1), 22–53. https://doi.org/10.1680/geot.1958.8.1.22 Ruiz, A. (2006). Origen, formación, estructura y comportamiento de la arcilla de Bogotá. Saito, T., & Miki, G. (1975). Swelling And Residual Strength Characteristics of Soils Based On A Newly Proposed “Plastic Ratio Chart.” Soils and Foundations, 15(1), 61–68. https://doi.org/https://doi.org/10.3208/sandf1972.15.61 Salas, J. A., & Serratosa, J. M. (1953). Compressibility of Clays. In 3rd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Enginnering (Switzerland). Schofield, A. N., & Wroth, P. (1968). Critical state soil mechanics (Vol. 310). McGraw-hill London. Skempton, A. W. (1953). The collodial “activity” of clays. 3rd Int. Conf Soil Mech. 1, 57–61. Skempton, A. W., & Bjerrum, L. (1957). A Contribution to the settlement analysis of foundations on clay. Géotechnique, 7(4), 168–178. https://doi.org/10.1680/geot.1957.7.4.168 Skempton, A. W., Schuster, R. L., & Petley, D. J. (1969). Joints and Fissures in the London Clay at Wraysbury and Edgware. Géotechnique, 19(2), 205–217. https://doi.org/10.1680/geot.1969.19.2.205 Sridharan, A., Rao, A. S., & Sivapullaiah, P. V. (1986). Swelling Pressure of Clays. ASTM International. https://books.google.com.co/books?id=9xp3zgEACAAJ Suter, F. (2003). Geologie de la region de Playa Azul, partie occidentale distale du fan fluvio-volcanique du Quindío (Serranía de Santa Barbara, Quindío et Valle del Cauca, Colombie). Université de Genève. Terjung, W. H. (1966). PHYSIOLOGIC CLIMATES OF THE CONTERMINOUS UNITED STATES: A BIOCLIMATIC CLASSIFICATION BASED ON MAN. Annals of the Association of American Geographers, 56(1), 141–179. https://doi.org/10.1111/j.1467- 8306.1966.tb00549.x Terzaghi, K., & Peck, R. B. (1948). Soil Mechanics. Engineering Practice. John Wiley and 344 Sons, Inc., New York. Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. (1996). Soil mechanics in engineering practice. John Wiley & Sons. Thornbury, W. (1960). Principios de Geomorfología. Thornthwaite, C. W., & Mather, J. R. (1955). The Water Balance. Climatology. Torres, S., M. C., & Alarcón G., A. (2007). Some aspects of degradability of argillaceous rocks. Taylor & Francis Group. Torres, M. C. (2011). Efectos de los ciclos de carga-descarga y humedecimiento-secado en el comportamiento geomecánico de rocas lodosas de los Andes colombianos. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Toussaint, J. F. (1993). Evolución geológica de Colombia. Universidad Nacional de Colombia. https://books.google.com.co/books?id=KyIeAQAAMAAJ Trejo, A., & Martínez, A. (1991). Agrietamiento en suelos zona de Querétaro. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 67.73. Tristancho, J., & Caicedo, B. (2008). Modelación física en centrífuga de la interacción suelo – atmósfera. Memorias XII Congreso Colombiano de Geotecnia. Sociedad Colombiana de Geotecnia. Uscátegui, A. L.-G. (1992). Geología e Hidrogeología de Santafé de Bogotá y su Sabana. VII Jornadas Geotécnicas de La Ingeniería (Colombia), 1–12. USGS. (2001). Open-File Report 01-041: A laboratory manual for X-ray powder diffraction. pubs.usgs.gov/of/2001/of01-041/htmldocs/xrpd.htm van der Hammen, T. (1998). Plan ambiental de la cuenca alta del río Bogotá: análisis y orientaciones para el ordenamiento territorial. Van der Hammen, T., & Karin, H. (2003). Neogeno y cuaternario del Altiplano de Bogotá y alrededores. IGAC. Van der Marel, H. W., & Beutelspacher, H. (1976). Atlas of infrared spectroscopy of clay minerals and their admixtures. Elsevier Publishing Company. van Zuidam, R. A. (1986). Aerial Photo-interpretation in Terrain Analysis and Geomorphologic Mapping. Smits Publishers. 345 https://books.google.com.co/books?id=zGLGQgAACAAJ Verrujit, A. (2001). No Title. Verstappen, H. T., & Zuidam, R. A. (1992). The ITC system of geomorphologic survey: a basis for the evaluation of natural resources and hazards. International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences (ITC), 2. Villota, H. (1997). Geomorfología Aplicada a Levantamientos Edafológicos y Zonificación Física de Tierras. Revista CIAF, 15, 73. Yong, R. N., & Sheeran, D. E. (1973). Fabric unit interaction and soil behaviour. Proceedings International Symposium on Soil Structure. Zur, A., & Wiseman, G. (1973). A Study of Collapse Phenomena of an Undissturbed Loess. The 8o International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 265– 268. 352 ANEXO 5.2.1 ZONA PILOTO 1 353 Figura 5.2.1 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá- PE-1. (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA CLASIFICACION USCS HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA CUN-TA-SC029-PE1-M1 TABIO 1034350 997600 A 1 1 0,27 0,75 0,51 40 1,8 CUN-TA-SC029-PE1-M2 TABIO 1034350 997600 A 1 2 0,75 2 1,375 32 CH CUN-TA-SC029-PE1-M3 TABIO 1034350 997600 I 1 3 2 2,5 2,25 36,28 62 23 39 1,8 CH 36,28 1,77 1,30 1,5 13,9 CUN-TA-SC029-PE1-M4 TABIO 1034350 997600 A 1 4 2,5 3 2,75 40 CH CUN-TA-SC029-PE1-M5 TABIO 1034350 997600 A 1 5 3 3,27 3,135 37 56 24 32 1,7 CH CUN-TA-SC029-PE1-M6 TABIO 1034350 997600 A 1 6 3,27 3,8 3,535 50 CH CUN-TA-SC029-PE1-M7 TABIO 1034350 997600 I 1 7 3,8 4,5 4,15 115,27 158 58 100 1,4 CH 115,27 1,39 0,65 1 4 CUN-TA-SC029-PE1-M8 TABIO 1034350 997600 I 1 8 4,5 5,25 4,875 45 62 25 37 1,7 35,8 CH CUN-TA-SC029-PE1-M9 TABIO 1034350 997600 A 1 9 5,25 5,5 5,375 18 35,8 CUN-TA-SC029-PE1-M10 TABIO 1034350 997600 I 1 10 6 6,6 6,3 23,37 28 12 16 2,1 32,8 23,37 2,08 1,69 0,43 8,8 CUN-TA-SC029-PE1-M11 TABIO 1034350 997600 A 1 11 6,6 6,85 6,725 23 32,8 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE ETRIA MIS HIDROMETR COMPRESION INCONFINADA 354 Figura 5.2.2 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-PE- 2. (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA CLASIFICACION USCS CUN-TA-SC029-PE2-M1 1034306 997614 2 1 0,25 0,75 0,5 35 CUN-TA-SC029-PE2-M2 1034306 997614 2 2 0,75 1,1 0,925 33 CUN-TA-SC029-PE2-M3 1034306 997614 2 3 1,1 1,5 1,3 25 58 25 33 1,83 CH CUN-TA-SC029-PE2-M4 1034306 997614 2 4 1,5 2 1,75 38 1,82 CH CUN-TA-SC029-PE2-M5 1034306 997614 2 5 2 2,45 2,225 29 1,81 CH CUN-TA-SC029-PE2-M6 1034306 997614 2 6 2,45 2,8 2,625 37 71 25 46 CH CUN-TA-SC029-PE2-M7 1034306 997614 2 7 2,8 3,25 3,025 23 CH CUN-TA-SC029-PE2-M8 1034306 997614 2 8 3,25 3,75 3,5 37 70 24 46 1,78 CH CUN-TA-SC029-PE2-M9 1034306 997614 2 9 3,75 4,25 4 50 1,65 CH CUN-TA-SC029-PE2-M10 1034306 997614 210 4,25 4,75 4,5 62 CH CUN-TA-SC029-PE2-M11 1034306 997614 211 4,75 5,2 4,975 51 1,67 CH CUN-TA-SC029-PE2-M12 1034306 997614 212 5,2 5,6 5,4 38 CH CUN-TA-SC029-PE2-M13 1034306 997614 213 5,6 6 5,8 58 CH CUN-TA-SC029-PE2-M14 1034306 997614 214 6 6,5 6,25 25 CH CUN-TA-SC029-PE2-M15 1034306 997614 215 6,5 7 6,75 17 47,6 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE METRIA MIS HIDROMETR 355 Figura 5.2.3 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-PE- 3. (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA CLASIFICACION USCS HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA CUN-TA-SC029-PE3-M1 TABIO 1034202 997652 3 1 0,25 0,75 0,5 30 CUN-TA-SC029-PE3-M2 TABIO 1034202 997652 3 2 0,75 1,25 1 30 CUN-TA-SC029-PE3-M3 TABIO 1034202 997652 3 3 1,45 1,8 1,625 35 69 28 41 1,83 CH CUN-TA-SC029-PE3-M4 TABIO 1034202 997652 3 4 2 2,5 2,25 40 CH CUN-TA-SC029-PE3-M5 TABIO 1034202 997652 3 5 2,5 2,9 2,7 42 1,74 CH CUN-TA-SC029-PE3-M6 TABIO 1034202 997652 3 6 3,1 3,5 3,3 62 CH CUN-TA-SC029-PE3-M7 TABIO 1034202 997652 3 7 4 4,75 4,375 103 149 50 99 1,37 CH CUN-TA-SC029-PE3-M8 TABIO 1034202 997652 3 8 4,9 5,4 5,15 37,36 52 22 30 1,86 CH 37,36 1,86 1,35 0,64 9 CUN-TA-SC029-PE3-M9 TABIO 1034202 997652 3 9 5,3 5,8 5,55 32 CH CUN-TA-SC029-PE3-M10 TABIO 1034202 997652 310 5,9 6,3 6,1 18 2,1 24,7 CH CUN-TA-SC029-PE3-M11 TABIO 1034202 997652 311 6,3 6,75 6,525 19 24,7 CUN-TA-SC029-PE3-M12 TABIO 1034202 997652 312 6,75 7,2 6,975 27 33 12 21 24,7 CL LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE METRIA MIS HIDROMETR COMPRESION INCONFINADA 356 Figura 5.2.4 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-PE- 4. (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) CLASIFICACION USCS HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINADA (kg/cm2) DEFORMACION UNITARIA CUN-TA-SC029-PE4-M1 TABIO 1034156 997682 4 1 0,27 0,75 0,51 19 1,88 CUN-TA-SC029-PE4-M2 TABIO 1034156 997682 4 2 0,75 1,04 0,895 22 CUN-TA-SC029-PE4-M3 TABIO 1034156 997682 4 3 1,5 1,9 1,7 35 70 33 37 1,73 CH CUN-TA-SC029-PE4-M4 TABIO 1034156 997682 4 4 1,9 2,4 2,15 37 CH CUN-TA-SC029-PE4-M5 TABIO 1034156 997682 4 5 2,5 2,8 2,65 45 98 30 68 1,67 CH CUN-TA-SC029-PE4-M6 TABIO 1034156 997682 4 6 3 3,8 3,4 68 80 30 50 1,54 CH CUN-TA-SC029-PE4-M7 TABIO 1034156 997682 4 7 4,6 5,05 4,825 112,79 1,4 CH 112,79 1.40 6,58 1,18 7,2 CUN-TA-SC029-PE4-M8 TABIO 1034156 997682 4 8 5,3 5,8 5,55 39,22 35 25 10 1,26 CH 39,22 1,26 0,91 0,54 8,5 CUN-TA-SC029-PE4-M9 TABIO 1034156 997682 4 9 5,8 6,25 6,025 55 CH CUN-TA-SC029-PE4-M10 TABIO 1034156 997682 410 6,25 6,75 6,5 54 CH CUN-TA-SC029-PE4-M11 TABIO 1034156 997682 411 6,75 7,15 6,95 45 CH LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR COMPRESION INCONFINADA 357 Figura 5.2.5 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-S3 (fuente propia) Figura 5.2.6 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-S6 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA CLASIFICACION USCS PESO UNITARIO (T/M3) PESO ESPECÍFICO (GS) HUMEDAD INICIAL (%) HUMEDAD FINAL (%) SATURACION INICIAL (%) SATURACION FINAL (%) RELACIÓN DE VACIOS INICIAL (e0) INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) CUN-TA-NA-S3-M1 TABIO 4,935 74,105 3 1 0,7 0,9 0,8 24,713 2,67 CUN-TA-NA-S3-M2 TABIO 4,935 74,105 3 2 1,4 1,7 1,55 29,349 2,67 95,2 CUN-TA-NA-S3-M3 TABIO 4,935 74,105 3 3 1,7 1,95 1,825 23,032 55,4 26 29,4 1,89 2,67 CH CUN-TA-NA-S3-M4 TABIO 4,935 74,105 3 4 2,05 2,35 2,2 25,159 2,67 CUN-TA-NA-S3-M5 TABIO 4,935 74,105 3 5 3 3,3 3,15 25,038 1,77 2,67 1,77 2,67 37,3 30,5 92,6 97,9 1,08 0,42 0,04 1,1 CUN-TA-NA-S3-M6 TABIO 4,935 74,105 3 6 3,6 3,9 3,75 21,811 32,3 27 5,26 1,93 2,78 ML CUN-TA-NA-S3-M7 TABIO 4,935 74,105 3 7 4,1 4,25 4,175 26,829 2,78 CUN-TA-NA-S3-M8 TABIO 4,935 74,105 3 8 4,4 4,7 4,55 28,718 34,1 22,2 11,9 2,78 CL CUN-TA-NA-S3-M9 TABIO 4,935 74,105 3 9 5,3 5,7 5,5 25,166 39,3 23,3 16 2,78 CL CUN-TA-NA-S3-M10 TABIO 4,935 74,105 3 10 6 6,3 6,15 30,129 35,8 23 12,8 2,78 CL LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE ETRIA MIS HIDROMETR CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL CODIGO INTERNO DE MUESTRA TIPO DE INFORMACIÓN CODIGO PROYECTO DEPARTAMENTO MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE TIPO DE EXPLORACION CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO CLASIFICACION USCS CUN-TA-NA-S5-M1 NATIVA RG-04 CUNDINAMARCA TABIO 4,93358 74,084 SONDEO A 5 1 0,2 0,66 0,43 26,361 CUN-TA-NA-S5-M2 NATIVA RG-04 CUNDINAMARCA TABIO 4,93358 74,084 SONDEO I 5 2 1,06 1,32 1,19 26,915 CUN-TA-NA-S5-M3 NATIVA RG-04 CUNDINAMARCA TABIO 4,93358 74,084 SONDEO I 5 3 2,9 3,3 3,1 25,784 CUN-TA-NA-S5-M4 NATIVA RG-04 CUNDINAMARCA TABIO 4,93358 74,084 SONDEO A 5 4 3,3 3,7 3,5 36,747 47,5 27,1 20,4 CL CUN-TA-NA-S5-M5 NATIVA RG-04 CUNDINAMARCA TABIO 4,93358 74,084 SONDEO I 5 5 3,7 4,1 3,9 32,613 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR 358 Figura 5.2.7 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Tabio Sabana de Bogotá-S5 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA MUNICIPIO COORDENADA NORTE COORDENADA ESTE PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) TAMIZ No. 200 (%) QUE PASA CLASIFICACION USCS CUN-TA-NA-S6-M1 TABIO 4,99192 74,071 6 1 0,7 1 0,85 27,359 2,81 CUN-TA-NA-S6-M2 TABIO 4,99192 74,071 6 2 1,3 1,6 1,45 18,898 58 29,4 28,6 2,81 CH CUN-TA-NA-S6-M3 TABIO 4,99192 74,071 6 3 2,4 2,6 2,5 32,405 2,81 CUN-TA-NA-S6-M4 TABIO 4,99192 74,071 6 4 2,9 3,2 3,05 38,463 64 27 37 1,71 2,81 88,2 CH CUN-TA-NA-S6-M5 TABIO 4,99192 74,071 6 5 3,5 3,8 3,65 45,99 1,64 2,81 CUN-TA-NA-S6-M6 TABIO 4,99192 74,071 6 6 4,65 4,9 4,775 32,405 67 31 36 2,81 81,2 CH CUN-TA-NA-S6-M7 TABIO 4,99192 74,071 6 7 4,9 5,2 5,05 34,683 71,5 33,8 37,7 1,71 2,81 81,2 CH LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE METRIA MIS HIDROMETR 359 Tabla 5.2.1. Análisis estadístico por nivel litológico información secundaria Sabana de Bogotá (fuente propia) Nivel Litologico Profundidad (m) Descriptor estadistico w (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) CLASIFICACIÓN USCS Media μ 32,05 63,90 26,22 37,68 1,74 2,76 Desviacion estandar σ 10,70 15,17 4,47 12,29 0,14 0,07 COV 0,33 0,24 0,17 0,33 0,08 0,03 Media μ 42,31 61,30 28,03 33,28 1,67 2,79 Desviacion estandar σ 25,28 43,38 13,15 31,32 0,27 0,02 COV 0,60 0,71 0,47 0,94 0,16 0,01 CH B 3,50 - 8,50 CH A 0,00 - 3,50 PROPIEDADES INDICE Nivel Litologico Profundidad (m) Descriptor estadistico HUMEDAD (%) PESO UNITARIO (g/cm3) PESO UNITARIO SECO (g/cm3) qu INCONFINAD A (kg/cm2) DEFORMACIO N UNITARIA Media μ 62,29 1,54 1,00 0,98 9,03 Desviacion estandar σ 36,78 0,33 0,42 0,74 6,89 COV 0,59 0,21 0,42 0,76 0,76 Media μ 65,60 29,32 14,08 0,76 7,50 Desviacion estandar σ 44,64 61,87 28,91 0,32 2,08 COV 0,68 2,11 2,05 0,42 0,28 B 3,50 - 8,50 COMPRESION INCONFINADA A 0,00 - 3,50 GRADO EXPANSIÓ Nivel Litologico Profundidad (m) DENISON CLASIFICACIÓN PRIKLOSNKY CLASIFICACIÓN U.R.S.S CLASIFICACIÓN RAMAN SKEMPTON CLASIFICACIÓN COLAPSABILIDAD 0,21 0,33 CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO Suelos expansibles -0,27 No tiende a colapsar MEDIO - ALTO CAOLINITA, CLASIFICADA COMO INACTIVA Y CON POTENCIAL DE CAMBIO DE VOLUMEN BAJO ACTIVIDAD COLOIDAL B 3,50 - 8,50 1,59 Suelo no colapsab le 0,41 Tendencia a No colapsar -0,48 No colapsa MUY ALTO A 0,00 - 3,50 2,28 Suelo no Colapsab le 0,23 360 ANEXO 5.2.2 ZONA PILOTO 2 361 Figura 5.2.8 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- AP1 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) CLASIFICACION USCS PESO UNITARIO (T/M3) PESO ESPECÍFICO (GS) HUMEDAD INICIAL (%) HUMEDAD FINAL (%) SATURACION INICIAL (%) SATURACION FINAL (%) RELACIÓN DE VACIOS INICIAL (e0) INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) QUI-AR-NA-AP1-M1 QUINDIO ARMENIA 1 1 0,2 0,5 0,35 34,1 QUI-AR-NA-AP1-M2 QUINDIO ARMENIA 1 2 1,2 1,5 1,35 27,5 QUI-AR-NA-AP1-M3 QUINDIO ARMENIA 1 3 1,5 1,8 1,65 21,4 QUI-AR-NA-AP1-M4 QUINDIO ARMENIA 1 4 2,1 2,4 2,25 60 50,7 38,8 11,9 ML QUI-AR-NA-AP1-M5 QUINDIO ARMENIA 1 5 2,4 2,7 2,55 73,2 59,7 49,3 10,4 1,44 MH 1,44 2,4 73,3 47,2 92,9 97,6 1,89 0,75 0,08 1,1 QUI-AR-NA-AP1-M6 QUINDIO ARMENIA 1 6 3 3,2 3,1 38,8 1,68 1,68 2,36 39,6 30,4 97,2 98,6 0,96 0,3 0,03 1,6 QUI-AR-NA-AP1-M7 QUINDIO ARMENIA 1 7 3,3 3,5 3,4 30,9 QUI-AR-NA-AP1-M8 QUINDIO ARMENIA 1 8 3,5 4,1 3,8 30 31 26,1 4,9 ML LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) CLASIFICACION USCS PESO UNITARIO (T/M3) PESO ESPECÍFICO (GS) HUMEDAD INICIAL (%) HUMEDAD FINAL (%) SATURACION INICIAL (%) SATURACION FINAL (%) RELACIÓN DE VACIOS INICIAL (e0) INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) QUI-AR-NA-AP3-M1 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 1 0,6 0,3 22,7 QUI-AR-NA-AP3-M2 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 2 1 1,35 1,175 42,7 QUI-AR-NA-AP3-M3 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 3 1,4 1,6 1,5 56,4 QUI-AR-NA-AP3-M4 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 4 1,7 2 1,85 53,9 QUI-AR-NA-AP3-M5 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 5 2,6 2,85 2,725 37,6 42,1 27,3 14,8 1,63 CL 1,63 2,66 37,6 28,2 80,3 99,8 1,25 0,49 0,04 1,05 QUI-AR-NA-AP3-M7(1) QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 7(1) 3,5 3,7 3,6 37,8 45,1 36,8 8,3 ML QUI-AR-NA-AP3-M7 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 7 3,5 4,1 3,8 53,3 QUI-AR-NA-AP3-M8 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 8 4,3 4,8 4,55 58,4 QUI-AR-NA-AP3-M9 QUINDIO ARMENIA APIQUE 3 9 5 5,2 5,1 43,3 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL 368 Figura 5.2.16 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- P-3-Parte 2 (fuente propia) 369 Figura 5.2.17 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- P-4-Parte 1 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) CLASIFICACION USCS INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) QUI-AR-SC99-P4-M1 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 1 0,9 1,5 1,2 21 1,65 QUI-AR-SC99-P4-M2 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 2 1,5 2 1,75 1,83 QUI-AR-SC99-P4-M3 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 3 3 3,7 3,35 40 47,5 32,2 15,3 1,72 2,58 ML 33,7 0,2 QUI-AR-SC99-P4-M4 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 4 3,7 4,3 4 1,5 2,44 QUI-AR-SC99-P4-M5 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 5 5 5,7 5,35 34 36,1 30,4 5,7 1,88 2,67 ML QUI-AR-SC99-P4-M6 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 6 5,7 6,2 5,95 1,83 2,84 2,43 0,02 QUI-AR-SC99-P4-M7 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 7 7 7,7 7,35 32 1,89 2,61 QUI-AR-SC99-P4-M8 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 8 7,7 8,2 7,95 34,4 2,92 QUI-AR-SC99-P4-M9 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 9 9,5 10 9,75 28,1 1,91 QUI-AR-SC99-P4-M10 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 10 10 10,4 10,2 37,5 1,76 QUI-AR-SC99-P4-M11 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 11 12,7 13,4 13,05 57,2 QUI-AR-SC99-P4-M12 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 12 15 15,6 15,3 74,6 QUI-AR-SC99-P4-M13 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 13 15,6 16 15,8 84,2 87,3 65,3 22 1,43 MH-OH QUI-AR-SC99-P4-M14 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 14 17,5 18 17,75 2,41 QUI-AR-SC99-P4-M15 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 15 18 18,5 18,25 55,8 65,8 46,4 19,4 1,62 MH-OH QUI-AR-SC99-P4-M16 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 16 19,8 20,5 20,15 52,6 QUI-AR-SC99-P4-M17 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 17 21,5 22 21,75 QUI-AR-SC99-P4-M18 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 18 23 23,5 23,25 51,3 QUI-AR-SC99-P4-M19 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 19 24,5 25 24,75 QUI-AR-SC99-P4-M20 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 4 20 25 25,4 25,2 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR LIDACION UNIDIME CORTE DIRECTO 370 Figura 5.2.18 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- P-4-Parte 2 (fuente propia) 371 Figura 5.2.19 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- P-5-Parte 1 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) CLASIFICACION USCS ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) QUI-AR-SC99-P5-M1 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 1 0,50 - 1,40 0,95 92,6 80,4 12,2 MH-OH QUI-AR-SC99-P5-M2 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 2 1,40 - 1,50 1,45 92,4 1,34 QUI-AR-SC99-P5-M2 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 2 1,50 - 1,80 1,65 QUI-AR-SC99-P5-M3 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 3 3,00 - 3,10 3,05 173,8 1,27 QUI-AR-SC99-P5-M3 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 3 3,10 - 3,80 3,45 50,7 56 41,8 14,2 1,58 MH-OH QUI-AR-SC99-P5-M4 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 4 3,80 - 4,00 3,9 QUI-AR-SC99-P5-M4 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 4 4,00 - 4,30 4,15 31 1,61 QUI-AR-SC99-P5-M5 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 5 5,00 - 5,30 5,15 QUI-AR-SC99-P5-M5 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 5 5,30 - 5,70 5,5 1,62 37,8 0,6 QUI-AR-SC99-P5-M6 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 6 5,70 - 6,20 5,95 36,4 QUI-AR-SC99-P5-M7 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 7 7,50 - 8,30 7,9 45,5 1,61 QUI-AR-SC99-P5-M8 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 8 8,30 - 8,50 8,4 33,6 QUI-AR-SC99-P5-M8 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 8 8,50 - 8,90 8,7 QUI-AR-SC99-P5-M9 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 9 9,50 - 10,4 9,95 58,8 80,8 46,1 34,7 1,64 MH-OH QUI-AR-SC99-P5-M10 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 10 10,4 - 10,6 10,5 QUI-AR-SC99-P5-M10 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 10 10,6 - 10,9 10,75 29,7 88 50,3 37,7 1,46 MH-OH QUI-AR-SC99-P5-M11 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 11 12 - 12,6 12,3 62,8 152 108 43,8 1,56 MH-OH 52 0,4 QUI-AR-SC99-P5-M12 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 12 12,6 - 13,1 12,85 73,8 1,65 QUI-AR-SC99-P5-M13 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 13 14 - 14,6 14,3 131,9 155 108 47 1,18 QUI-AR-SC99-P5-M14 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 14 14,6 - 15,2 14,9 75,2 51,2 24 QUI-AR-SC99-P5-M15 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 15 16,5 - 17,2 16,85 49,6 60 50,5 9,5 1,6 QUI-AR-SC99-P5-M16 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 16 17,2 - 17,6 17,4 61,5 72,3 49,6 22,7 QUI-AR-SC99-P5-M17 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 17 18,5 - 19,2 18,85 59 51,1 43,9 7,2 1,52 QUI-AR-SC99-P5-M18 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 18 19,2 - 19,7 19,45 55,8 62 47,5 14,5 QUI-AR-SC99-P5-M19 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 19 21 - 21,5 21,25 52,9 1,69 QUI-AR-SC99-P5-M20 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 20 21,5 - 21,7 21,6 QUI-AR-SC99-P5-M20 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 20 21,7 - 22 21,85 66,7 77,1 50 27,1 QUI-AR-SC99-P5-M21 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 21 23,5 - 24 23,75 52,5 63,1 46,6 16,5 1,54 QUI-AR-SC99-P5-M22 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 22 24 - 24,5 24,25 QUI-AR-SC99-P5-M23 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 23 26 - 26,5 26,25 60,6 1,58 QUI-AR-SC99-P5-M24 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 24 26,5 - 27 26,75 53,8 QUI-AR-SC99-P5-M25 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 25 28 - 28,8 28,4 41,8 1,6 QUI-AR-SC99-P5-M25 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 25 28,8 - 28,9 28,85 QUI-AR-SC99-P5-M26 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 26 28,9 - 29,2 29,05 61,5 QUI-AR-SC99-P5-M27 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 27 31 - 31,1 31,05 QUI-AR-SC99-P5-M27 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 27 31,1 - 31,5 31,3 59,8 QUI-AR-SC99-P5-M28 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 28 32,6 - 32,7 32,65 QUI-AR-SC99-P5-M28 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 28 32,7 - 32,9 32,8 QUI-AR-SC99-P5-M29 QUINDIO ARMENIA PERFORACION 5 29 32,9 - 33,3 33,1 53,7 1,58 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETRIA CORTE DIRECTO 372 Figura 5.2.20 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- P-5-Parte 2 (fuente propia) Figura 5.2.21 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- T4 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) CLASIFICACION USCS INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) QUI-AR-SC99-T4-M1 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA A 4 1 8,3 9,2 8,75 4,8 QUI-AR-SC99-T4-M2 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA A 4 2 10,8 11,8 11,3 61 47,8 34,2 13,7 1,57 2,75 ML 0,37 0,03 3,1 45 0,25 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR NSOLIDACION UNIDIMENSIO CORTE DIRECTO 373 Figura 5.2.22 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- T5 (fuente propia) Figura 5.2.23 Resultados de ensayos de laboratorio municipio de Armenia- Quindío- T8 (fuente propia) CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION CLASE DE MUESTRA PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) (%) ARCILLA MENOR DE 2 MICRAS CLASIFICACION USCS ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) QUI-AR-SC99-T5-M1 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA A 5 1 7,5 8,4 7,95 78,2 1,32 QUI-AR-SC99-T5-M2 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA A 5 2 5 6 5,5 37,2 31,2 6 ML 36,9 1 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETRIA CORTE DIRECTO CODIGO INTERNO DE MUESTRA DEPARTAMENTO MUNICIPIO TIPO DE EXPLORACION PERFORACION No MUESTRA No TRAMO DESDE (m) TRAMO HASTA (m) PROF MEDIA (m) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO PESO UNITARIO TOTAL (gr/cm3) GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) CLASIFICACION USCS INDICE RAMA VIRGEN Cc INDICE DE RECOMPRESION Cr CARGA PRECONSOLIDACION (Kg/cm2) ANGULO DE FRICCION Φ (°) COHESION (kg/cm2) QUI-AR-SC99-T8-M1 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA 8 1 1 2 1,5 30 63,7 37,9 25,8 1,41 2,45 MH 0,57 0,01 2,1 44,5 0,2 QUI-AR-SC99-T8-M2 QUINDIO ARMENIA TRINCHERA 8 2 3,1 4 3,55 79,9 2,64 0,9 0,04 3,5 0,28 24,4 LOCALIZACION PROPIEDADES INDICE HIDROMETR NSOLIDACION UNIDIMENSIO CORTE DIRECTO [Document text truncated for crawler view.]