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CLASIFICACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA DE MATERIALES
PROVENIENTES DE CANTERAS ALEDAÑAS A BOGOTÁ, A PARTIR DE SU VALOR
DE AZUL DE METILENO Y SU RELACIÓN CON LA CLASIFICACIÓN POR EL
SISTEMA UNIFICADO Y SISTEMA AASHTO.
JAVIER ENRÍQUEZ MAYORGA
DIANA TRIANA BARRERA
KAROL ZABALETA ORTEGA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C. – 2016
CLASIFICACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA DE MATERIALES
PROVENIENTES DE CANTERAS ALEDAÑAS A BOGOTÁ, A PARTIR DE SU VALOR
DE AZUL DE METILENO Y SU RELACIÓN CON LA CLASIFICACIÓN POR EL
SISTEMA UNIFICADO Y SISTEMA AASHTO.
JAVIER ENRÍQUEZ MAYORGA
DIANA TRIANA BARRERA
KAROL ZABALETA ORTEGA
Trabajo de grado para obtener el título de especialista en ingeniería de pavimentos.
ASESOR: JUAN CARLOS RUGE
INGENIERO CIVIL, PHD.
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C. – 2016
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 1
1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO ..................................................................... 2
1.1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ............................................................................................................. 2 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................................. 2
1.3. Problema a resolver. ............................................................................................................... 2 1.4. Antecedentes del problema a resolver. .................................................................................... 3 1.5. Pregunta de investigación (opcional). ..................................................................................... 3
2. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 3 3. OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 4
3.1. Objetivo general ...................................................................................................................... 4 3.2. Objetivos específicos ............................................................................................................... 4
4. METODOLOGÍA .................................................................................................................................. 5 5. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................................ 6 5.1. INFORMACIÓN GEOLÓGICA DEL ÁREA DE INFLUENCIA DE LA INVESTIGACIÓN ........................... 6
5.1.1 Estratigrafía .................................................................................................................................. 6 5.1.2 Geología Estructural ................................................................................................................... 12
5.2. INFLUENCIA DE LA FRACCIÓN FINA EN EL COMPORTAMIENTO FÍSICO - MECÁNICO DE LOS
MATERIALES PARA BASES Y SUB BASE .................................................................................................................. 13 5.3. NORMATIVIDAD .......................................................................................................................... 14 6. SELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIALES ......................................... 16 6.1. CARACTERIZACIÓN ..................................................................................................................... 16 6.2. SELECCIÓN DE FUENTES DE MATERIALES .................................................................................. 16 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................................... 19 7.1. CURVAS DE GRADACIÓN DE MATERIALES ..................................................................... 20 8. CLASIFICACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA MEDIANTE EL ENSAYO DE AZUL DE
METILENO 26 9. VERIFICACION DEL CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVIDA ........................................... 29 10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................................. 31
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 33
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 5-1 SECCIONES ESTRATIGRÁFICAS GENERALIZADAS Y ESQUEMÁTICAS
DEL CRETÁCICO SUPERIOR EN LA SABANA DE BOGOTÁ 7
FIGURA 5-2 AFLORAMIENTO DE LA FORMACIÓN PLAENERS. SECCIÓN DE
MONDOÑEDO. 8
FIGURA 5-3: FORMACIONES PLAENERS Y LABOR. SECCIÓN VEREDA LOS PUENTES
– MONDOÑEDO 9
FIGURA 5-4: DISTRIBUCIÓN DE LOS AFLORAMIENTOS Y ESPESORES DE LAS
FORMACIONES ARENISCA DURA Y LIDITA SUPERIOR EN LA SABANA DE BOGOTÁ. 16
FIGURA 5-5: MAPA ESTRUCTURAL DE LA SABANA DE BOGOTÁ 11
FIGURA 6-1: UBICACIÓN CANTERA EL PENCAL 16
FIGURA 6-2: UBICACIÓN CANTERA EL CAJON 17
FIGURA 6-3: UBICACIÓN CANTERA RETREX 18
FIGURA 7-1 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL CAJON M1 20
FIGURA 7-2 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL CAJON M2 21
FIGURA 7-3 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL CAJON M3 21
FIGURA 7-4 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL PENCAL M1 22
FIGURA 7-5 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL PENCAL M2 2
FIGURA 7-6 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL PENCAL M3 23
FIGURA 7-7 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL RETREX M1 23
FIGURA 7-8 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL RETREX M2 24
FIGURA 7-9 GRADACIÓN FUENTE DE MATERIAL EL RETREX M3 24
FIGURA 7-10 CONSOLIDADO DE CURVAS DE GRADACIÓN 25
FIGURA 8-1: CLASIFICACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA DE LAS DIFERENTES
FUENTES DE MATERIALES MEDIANTE EL ENSAYO DE AZUL DE METILENO 26
FIGURA 8-2: CORRELACIÓN DE RESULTADOS 27
FIGURA 8-3: CORRELACIÓN LINEAL DE RESULTADOS 27
LISTA DE TABLAS
TABLA 7-1 RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO PARA LAS
DIFERENTES FUENTES DE MATERIAL 19
TABLA 8-1: RESUMEN RESULTADOS OBTENIDOS 26
TABLA 9-1 REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA MATERIAL
GRANULAR TIPO SUBBASE (IDU-ET-2011) 26
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad se han encaminado diferentes investigaciones sobre los materiales que a
diario son utilizados para la construcción de vías, buscando la forma de mejorar las
características y propiedades de los materiales que componen la estructura del pavimento.
En la construcción de obras de infraestructura vial es de gran importancia la clasificación
y caracterización de agregados que serán empleados durante la ejecución y construcción de la
estructura del pavimento.
Agregados a los cuales se les realizan comúnmente ensayos de durabilidad, dureza,
capacidad de soporte, geometría de partícula, índices de aplanamiento y alargamiento, y por
supuesto limpieza, que busca el contenido de finos presentes en los materiales, ensayos que son
los más empleados en nuestro medio para controlar o encontrar los materiales óptimos a ser
utilizados.
La presencia de finos en los diferentes materiales granulares empleados para la
configuración de las estructuras de pavimentos afectan directamente las propiedades físico
químicas del mismo. A medidas que estos aumentan la resistencia disminuye y aumenta la
cohesión, todos los efectos negativos de los materiales finos son más evidentes cuanto mayor
sea el contenido y la actividad coloidal de estos. En esto radica la importancia de la
caracterización de la fracción fina de los materiales puesto que dependiendo de su reacción físico
química tendrán una influencia más marcada en el comportamiento del material.
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1. GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
1.1.Línea de investigación
Nuestra línea de investigación busca enfocarse en el conocimiento de las propiedades
físico-mecánicas de materiales que a diario son utilizados en la conformación y construcción de
la infraestructura vial, para este trabajo de grado realizaremos la caracterización y análisis de
materiales granulares mediante prácticas de laboratorio que nos permitirán evaluar
particularmente la clasificación de la fracción fina a partir de su valor de azul de metileno de los
materiales provenientes de las canteras el Cajón, Pencal y Retrex.
1.2.Planteamiento del problema
Para el año 2023 se espera que la ciudad de Bogotá demande 19 millones 955 mil
toneladas de material para la construcción, lo cual representa un consumo de 2.3 toneladas por
persona en ese año. La caída en el mercado se revertirá al totalizar un crecimiento de 4,9% por
año en la siguiente década. La construcción del Metro de Bogotá, la complementación de la red
de Transmilenio con las troncales de la Boyacá y la Av. Calle 68 y el desarrollo del metro ligero
dinamizarán las obras civiles que registrarán una variación media anual de 11%.
Se debe tener en cuenta que la distribución por segmento de consumo se distribuye de la
siguiente manera: obras civiles 19%, edificaciones 14%, cadena de distribución 61%, e industria
el 6%.
En este sentido, se pueden encontrar diversas fuentes de material dentro de la ciudad y
sus alrededores, pero no es posible tener certeza de la calidad de los mismos, por lo que se hace
necesario un trabajo investigativo que analice la mayor cantidad de fuentes posibles para que se
tengan resultados que permitan a las instituciones y proveedores obtener los materiales
adecuados para el desarrollo de sus proyectos.
1.3.Problema a resolver.
La clasificación conocida como Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (Unified
Soil Clasification System – U.S.C.S), y AASHTO usadas en nuestro país para la clasificación de
suelos para pavimentos, clasifica los suelos finos teniendo en cuenta el comportamiento en
presencia de agua, relacionando por intermedio de límites de consistencia y demás propiedades
físicas de los mismos.
Sin embargo teniendo en cuenta que los materiales con características arcillosas son
inestables químicamente, se requiere determinar con claridad si un suelo o material para
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estructura de pavimento presenta un contenido significativo de materiales arcillosos que puedan
expandirse y reaccionar desfavorablemente.
Es por esto que en ocasiones cuando la porción fina de un material es clasificada por
medio del sistema unificado aquellos valores que quedan cerca de la Línea A (que define si es
limo o arcilla), no se tiene una certeza absoluta con respecto al material y su comportamiento,
debido a lo anterior se hace necesario verificar, caracterizar y tipificar la fracción fina del
material con el fin de validar mediante otros ensayos como el valor de azul de metileno si el
material es potencialmente perjudicial para el conjunto (agregados), o si por el contrario no
representa incidencia alguna, adicionalmente con el fin de no dejar como única ventana de
aceptación la gradación precisa del material, para utilización de esta en una o varias capas de la
estructura de un pavimento.
1.4.Antecedentes del problema a resolver.
Infortunadamente en la búsqueda de los mejores materiales de construcción de carreteras
se comenten algunas arbitrariedades mediante los sistemas y normas de clasificación empleados
en la actualidad, los cuales tipifican, caracterizan y dan el aval para ser aceptados o no para ser
empleados en los procesos constructivos, sin tener en cuenta factores tan importantes como la
disponibilidad de materiales, localización, transporte entre otros, que deben ser relevantes a la
hora de hacer cumplir o no una granulometría o características específicas de un material.
1.5.Pregunta de investigación (opcional).
Por ello determinamos la pregunta problema de esta investigación, así:
¿Desde el análisis de clasificación de la fracción fina a través del resultado de azul de
metileno, cuál es la calidad y propiedades de los materiales usados para la construcción en la
infraestructura vial de algunas fuentes de material de la ciudad de Bogotá D.C.?
2. Justificación
El proyecto se encuentra sustentado considerando las múltiples obras de infraestructura
Vial que se tienen previstas para construir en los próximos años y es conocido en el gremio de la
construcción que Bogotá y sus alrededores cuentan con un material que tiene unas propiedades y
características mecánicas variables, en tal sentido, es necesario reconocer las propiedades de los
materiales de las diferentes minas autorizadas y que cuentan con sus permisos ambientales al día.
Hay que decir que los materiales usados para rellenos, sub bases y bases granulares no
presentan características tan desfavorables como si las presentan los materiales triturados que se
usan para elaboración de concretos y de mezclas asfálticas ya que los porcentajes de desgaste,
adherencia y otras propiedades no cumplen con las especificaciones técnicas de la ciudad.
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En tal sentido, se procede a efectuar varios ensayos de laboratorio para tres (3) fuentes de
material cercanas a la ciudad de Bogotá y de esta forma establecer el cumplimiento de los
materiales con las especificaciones técnicas nacionales e internacionales.
3. OBJETIVOS
3.1.Objetivo general
Analizar la caracterización de la porción fina de los materiales granulares de la ciudad de
Bogotá D.C. con el fin de comparar los resultados en el Sistema Unificado de Clasificación de
Suelos, el sistema empleado por la AASHTO y lo establecido en la Norma de Ensayo del
Instituto Nacional de Vías (INVÍAS).
3.2.Objetivos específicos
Identificar las diferentes fuentes de materiales usadas para la infraestructura vial en la
ciudad de Bogotá D.C.
Caracterizar los materiales usados para la construcción en la infraestructura vial de la
ciudad de Bogotá D.C. para determinar la oferta de mejorar calidad desde el punto de vista de
sus propiedades mecánicas.
Clasificar mediante el sistema USCS y AASHTO la fracción fina de los materiales
estudiados de las diferentes fuentes de material.
Realizar un análisis comparativo de los resultados obtenidos y en el ensayo de Azul de
Metileno.
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4. METODOLOGÍA
•Revisar el Mapa de Uso de suelos de Bogota y alerededores para identificar las zonas con presencia de materiales
•Verificar la lista de proveedores de agregados, mezclas asfalticas y concretos de la ciudad en el IDU
•Seleccionar las fuentes de material sobre las cuales se concentrará el estudio
IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIAL
•Realizar una visita para cada una de las fuentes de material dando alcance a las que se encuentran denrtro de Bogota, Mosquera, Soacha, Cota, Funza, Chia, entre otros.
•Obtener con los proveedores informacion sobre la procedencia de los materiales.
•Obtener informacion sobre los ensayos de laboratorio de los materiales.
•Tomar las muestras de material para realizar los ensayos de laboratorio necesarios para el estudio.
•Obtener en el IDU e INVIAS las especificaciones tecnicas con las cuales se evaluan los materiales
OBTENER LA INFORMACION NECESARIA PARA EL
PROYECTO
•Procesar y recopilar toda la informacion de ensayos de laboratorio para generar los resultados.
•Identificar lo proveedores que traen material de otros lugares para mejorar sus productos.
•Comparar las propiedades mecanicas de los materiales frente a las normas Tecnicas.
•Caracterizar los materiales de conformidad con las normas prestablecidas.
PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION
•Generar graficas comparativas de la calidad de los materiales de diferentes proveedores.
•Evaluar el comportamiento y durabilidad de los materiales usados.
•Establecer el grado de calidad de los materiales suministrados por las diferentes fuentes.
PRODUCTOS DEL PROYECTO
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5. MARCO DE REFERENCIA
5.1. Información Geológica Del Área De Influencia De La Investigación
La Sabana de Bogotá está localizada en la parte central de la Cordillera Oriental y en ella
afloran rocas desde el Cretácico Superior al Cuaternario las cuales evidencian diferentes
condiciones de sedimentación. Las rocas más antiguas están representadas en las formaciones
Chipaque, La Frontera, Simijaca y Conejo (Turoniano-Santoniano); ésta sedimentación se dió en
ambientes marinos con la depositación de 1.200 m aproximados de secuencia. A partir del
Campaniano las condiciones de sedimentación varían y se deposita en zonas distales la
Formación Lidita Superior y la Formación Arenisca Dura en zonas proximales y continúa la
sedimentación en el Campaniano Superior con al Formación Plaeners; la regresión se completa y
deja como último registro marino la Formación Labor-Tierna y la parte inferior de la Formación
Guaduas y empieza una sedimentación continental de tipo fluvial.
5.1.1 Estratigrafía
Podemos considerar 3 grandes zonas para la sabana de Bogotá partiendo de la
estratigrafía del Cretácico superior y se tomará como referencia geográfica el río Bogotá, para
separar las partes Oriental y Occidental de la Sabana y al Sur se escogió el río Tunjuelito; éstos,
sirven de referencia para poder presentar la siguiente figura:
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Figura 5-1 Secciones estratigráficas generalizadas y esquemáticas del Cretácico superior en la
Sabana de Bogotá. Fuente: INGEOMINAS
La nomenclatura para la secuencia del Cretácico Superior (Cenomaniano hasta el
Santoniano), difiere entre el oriente y el occidente de la cordillera (Figura xx) en este intervalo la
nomenclatura que se utiliza al Oriente corresponde a la Formación Chipaque en el sentido de
Renzoni (1962) y al Occidente a las Formaciones Simijaca, La Frontera y Conejo definidas en la
región de Chiquinquirá y Villa de Leyva (Etayo, 1968 y 1979). Mientras para las unidades de
edad Campaniano y Maastrichtiano, la nomenclatura utilizada son las formaciones que
conforman el Grupo Guadalupe: Arenisca Dura, Plaeners y Labor-Tierna que fueron definidas
formalmente por Pérez & Salazar (1978), al Oriente de Bogotá.
Una vez determinada la ubicación de las fuentes de material objeto del presente proyecto,
Pencal y Retrex en Mosquera y el Cajón en Siberia; fue posible determinar la formación que
determina las características geológicas de los materiales, la cual corresponde a Plaeners y
Arenisca Dura.
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5.1.1.1 Formación Plaeners
Nombre propuesto formalmente por Pérez & Salazar (1978) para la unidad
litoestratigráfica que reposa concordantemente sobre la Formación Arenisca Dura y suprayace a
la Formación Arenisca de Labor; en la sección tipo presenta un espesor de 73 m, esta
representada por arcillolitas, liditas, limolitas y en menor proporción areniscas de grano muy
fino. En general presenta una morfología suave y genera una hondonada debido a su litología
fina que contrasta con las pendientes abruptas de las unidades geológicas que la circundan.
Al Oriente en el área de la Sabana de Bogotá, la Formación Plaeners aflora haciendo
parte de los anticlinales de Bogotá, Machetá, San José, Sopo-Sesquilé; en el sector Occidental,
en los anticlinales de Tabio, Cota-Zipaquirá, Nemocón, Canadá. Al Sur, se observa en los
anticlinales de Soacha, Mochuelo y San Miguel, en el sinclinal de Granillas, en el embalse de
Muña y en localidades de Facatativa y la Calera.
Litología
Sección Mondoñedo. La Formación Plaeners en esta sección, se levantó unos metros
delante de la intersección de la vía Bogotá - La Mesa con la quebrada Balsillas (N:1.008.131 y
E:979.593), presenta un espesor de 73 m (Figura 19) y se subdivide en tres segmentos (Figura
20):
Figura 5-2 Afloramiento de la formación Plaeners. Sección de Mondoñedo.
Fuente: INGEOMINAS
Segmento A. Constituido por 26 m de intercalaciones de arcillolitas, limolitas y en menor
proporción chert, están dispuestas en capas delgadas con estratificación plana paralela continua,
presenta dos capas gruesas de areniscas de grano muy fino, las areniscas y algunas capas de chert
tienen cantidades importantes de fosfatos.
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Segmento B. Con 24 m esta representado por chert, liditas e intercalaciones de
arcillolitas y esporádicas capas de areniscas de grano muy fino, dispuestas en capas delgadas,
planas, paralelas y continuas, en ocasiones hay capas de chert y areniscas fosfáticas alteradas.
Segmentos C. Son 23 m de un intervalo de arcillolitas azules, moradas y grises que
parten en shales y en la parte más inferior se presentan limolitas.
Figura 5-3: Formaciones Plaeners y Labor. Sección Vereda Los Puentes – Mondoñedo.
Fuente: INGEOMINAS
Posición estratigráfica y edad.
La Formación Plaeners reposa en la parte central y norte (anticlinales de Tausa;
Guachaneca y Chocontá) sobre la Formación Lidita Superior, el contacto es neto y concordante
pasando de capas silíceas de la Formación Lidita Superior a capas arcillosas con gran abundancia
de foraminíferos bentónicos de la Formación Plaeners.
En los sectores oriental, occidental y sur esta suprayaciendo rocas de la Formación
Arenisca Dura; el contacto es neto y concordante, pasa de capas arenosas masivas a capas
arcillosas de la Formación Plaeners. Esta unidad es suprayacida por la Formación Labor-Tierna
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en contacto gradual rápido y se pasa de limolitas silíceas a capas de arenisca muy fina y
limolitas.
La edad de la Formación Plaeners según Follmi et al. (1992 en Vergara y Rodríguez,
1997), con base en amonitas de la región de Tausa, es Campaniano Superior a Maastrichtiano
temprano.
Correlaciones
En el piedemonte oriental de la Cordillera Oriental, la Formación Plaeners es
correlacionable por litología y edad (Campaniano tardío) con Las Lodolitas de Aguascalientes
que afloran en la región de San Luis de Gaceno (Guerrero & Sarmiento, 1996). En la Sierra
Nevada del Cocuy, por posición cronoestratigráfica se correlaciona con la Formación Los Pinos,
representada por lodolitas y hacia el techo calizas y areniscas de grano fino (Fabre 1985).
5.1.1.2 Formación Arenisca Dura
Nombre propuesto formalmente por Pérez & Salazar (1978), para la unidad
litoestratigráfica que reposa concordante y transicionalmente sobre una sucesión monótona de
lutitas físiles y grises de la Formación Chipaque y que es suprayacida por una secuencia de
arcillolitas, arcillolitas silíceas y liditas de la Formación Plaeners. La sección tipo se localiza en
el cerro El Cable (oriente de Bogotá), con un espesor de 449 m, esta subdividida en ocho
conjuntos constituidos por areniscas en un 63,8% y 36,2% de limolitas, arcillolitas y liditas.
En el área de la Sabana de Bogotá, esta unidad se reconoce por formar una morfología
abrupta, derivada de la litología que la constituye principalmente de areniscas. Aflora al oriente,
haciendo parte de los anticlinales de Bogotá, Machetá, San José, Sopó-Sesquilé y en alrededores
de la zona de la Calera; en el sector occidental, se observa en los anticlinales de Tabio, Cota-
Zipaquirá, Caldas, Nemocón, Canadá y al sur, en los anticlinales de Soacha, Mochuelo y San
Miguel y en los alrededores de Facatativa y el embalse del Muña.
Litología
La Formación Arenisca Dura, presenta variaciones de espesor y facial; en la sección más
oriental con un espesor de 407 m (carretera Guasca-Sueva, N:1.027.271 y E:1.029.390) presenta
una proporción de arena : lodo-sílice de 70,4:39,6; mientras al occidente en la carretera que
conduce de Tabio a Subachoque (N: 1.038.207 y E: 996.367) tiene un espesor de 320 m y una
proporción arena : lodo-sílice de 90,6:9,4 (Figura xx).
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Figura 5-4: Distribución de los afloramientos y espesores de las formaciones Arenisca Dura y Lidita
Superior en la Sabana de Bogotá.
Fuente: INGEOMINAS
Sección de Tabio-Subachoque: En la vía que conduce de Tabio a Subachoque se levantó
una columna con un espesor de 320 m, en donde se reconocen tres segmentos.
Segmento A. Constituido por 122 m de areniscas de grano muy fino en capas gruesas y
muy gruesas, continuas, con contactos levemente ondulosos y paralelos, intercaladas con capas
delgadas de areniscas de grano muy fino o limosas, limolitas y areniscas fosfáticas, estas últimas
con espesores hasta 15 cm.
Segmento B. Son 18 metros de una secuencia silicea, constituida por capas muy delgadas
de limolitas, chert y liditas, algunas con fosfatos.
Segmento C. Representado por 168 m de una secuencia de areniscas de grano muy fino y
en menor proporción de grano fino, dispuestas en capas gruesas y muy gruesas, en ocasiones
medias. Son areniscas blancas, cremas y grises, compactas, bioturbadas y con laminación
ondulosa no continua.
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5.1.2 Geología Estructural
Desde el punto de vista estructural la geología de la sabana de Bogotá está conformada
por diversas fallas y anticlinales que determinan la distribución de los suelos a lo largo de todo el
territorio. A continuación se puede observar el sistema estructural de la sabana de Bogotá:
Figura 5-5: Mapa estructural de la Sabana de Bogotá. Fuente: INGEOMINAS
Conforme al anterior mapa, se pueden determinar dos sistemas de fallas que se
encuentran el área de influencia de nuestro estudio, las cuales detallamos a continuación:
Falla El Porvenir
Nombre tomado de Velandia & Bermoudes (2002), para referirse a la estructura que es la
continuación por debajo de los depósitos cuaternarios de la falla que bordea por el occidente a la
serranía de Chía – Cota y que se extiende hacia el norte hasta Zipaquirá. Es una falla inversa con
vergencia al occidente, en su parte sur se localiza debajo de depósitos cuaternarios, pero es la
responsable del levantamiento de la serranía de Chía colocando la Formación Conejo al nivel de
los depósitos cuaternarios. En el sector norte desde la carretera Tabio-Cajicá, hacia Zipaquirá, su
trazo entra a afectar rocas de las formaciones Dura, Plaeners y Labor-Tierna, esta última cabalga
sobre la Formación Guaduas, en este sentido su desplazamiento va siendo menos importante y en
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Zipaquirá queda involucrada en el complejo bloque fallado que existe a causa del diapirismo de
sal.
Sistema de Fallas de Mondoñedo
Está conformado por al menos 4 fallas que se desprenden de la falla de Santa Bárbara
hacia el Noroccidente hasta localidad de Bojacá y que afectan las rocas aflorantes en la región de
Mondoñedo. El rumbo varía de N100W a N400W y aunque su salto vertical es notorio como
fallas inversas con vergencia al Occidente, presentan movimientos transcurrentes sinextrales.
Este movimiento combinado genera escamación tectónica y pliegues con buzamientos suaves de
corta longitud (5 km.).
5.2. Influencia De La Fracción Fina En El Comportamiento Físico - Mecánico De Los
Materiales Para Bases Y Sub base
Normalmente las especificaciones técnicas de construcción se han venido fijando o
normalizando de acuerdo a la experiencia con la que se cuenta en el medio, delimitando los
valores límites de los resultados de estos ensayos, según la funcionalidad o el uso que se prevé
para el material.
Sin embargo la influencia que ejerce la presencia de material fino dentro de las capas de
la estructura de un pavimento básicamente radica, en la estabilidad o inestabilidad que la
fracción fina genera, ya que básicamente una adecuada estabilidad de un material depende de la
distribución, en especial la relación de la cantidad de finos frente a la Proción de material grueso,
la forma y cantidad, de la fricción interna y de la cohesión, donde una adecuada estabilidad
poseerá una alta fricción interna entre materiales que ayudara a soportar la cargas que se
imponen por el tráfico. En cuanto al módulo Resiliente, la literatura reporta un incremento en el
módulo resiliente cuando las partículas son más angulares (Hicks, 1971), (BARKSDALE R. D.,
1973), (ALLEN, 1974), (Barskale, 1989), (Hicks, 1971), (Barskale, 1989), (Tutumluer,
2003), concluyen que entre mayor es la presencia de finos en un material granular la rigidez
tiende a disminuir. Similar observación es reportada por (MAGNUSDOTTIR, 2002), pero
mencionan que el conocimiento general en esta área es que materiales densos bien gradados
usualmente tienen la más alta resistencia mecánica con contenidos de finos por debajo de 9%.
(CORONADO, 2005) reportan un incremento notable en el módulo resiliente cuando el
contenido de finos aumenta de 7% a 10%., realizando ensayos cíclicos sobre materiales
triturados y parcialmente triturados, reportan que el módulo disminuyó con el aumento de finos
para el caso del material parcialmente triturado, y aumentó para el caso del material totalmente
triturado. (RADA, 1981), basados en estudios realizados sobre 6 materiales granulares diferentes
concluyen que no existe una tendencia general de la evolución del valor del módulo con el
contenido de finos y su grado de influencia depende del tipo de material estudiado
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5.3.Normatividad
Se determinó realizar los siguientes ensayos de laboratorio con el fin de caracterizar las
fraccion fina de los materiales de las diferentes fuentes a las cuales se tomaron las muestras,
realizando 3 (tres) ensayos por normativa descrita a continuacion:
1. Análisis Granulométrico de los Agregados Grueso y Fino (INV E 213-13):
Este método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la distribución de
los tamaños de las partículas de los agregados grueso y fino de un material, por medio de
tamizado.
2. Determinación de la Cantidad de Material que pasa el Tamiz de 75um (No. 200) en los
Agregados Pétreos Mediante Lavado (INV E 214-13):
Esta norma describe el procedimiento para determinar la cantidad de material que pasa el
tamiz No. 200 en un agregado. Durante el ensayo, se separan de la superficie del agregado, por
lavado, las partículas que pasan el tamiz No. 200, tales como limo, arcilla, polvo de los
agregados y materiales solubles en el agua.
3. Determinación de los Tamaños de las partículas de los suelos (INV E 123-13)
Esta norma se refiere a la determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de
las partículas de un suelo. La distribución de las partículas mayores retenidas en el tamiz No. 200
se determina por tamizado, mientras que la distribución de los tamaños de las partículas menores
se determina por un proceso de sedimentación empleando un hidrómetro.
4. Determinación del Límite Líquido de los suelos (INV E 125-13)
Esta norma se refiere a la determinación del límite líquido de los suelos, definido según
se indica en la sección 2. Se presentan dos métodos para preparar las muestras de prueba: por vía
húmeda y por vía seca.
5. Límite Plástico e Índice de Plasticidad de los suelos (INV E 126-13)
Esta norma de ensayo se refiere a la determinación del límite plástico y del índice de
plasticidad de los suelos.
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6. Valor de Azul de Metileno en Agregados Finos (INV E 235-13)
Esta norma indica el procedimiento para determinar el valor de azul de metileno de la
fracción que pasa el tamiz No. 4 de la mezcla total de agregados.
7. Determinación de la Gravedad Específica de las partículas sólidas de los suelos y del llenante
mineral, empleando un picnómetro con agua (INV E 128-13)
Determina la gravedad específica de los suelos que pasan el tamiz No. 4 y del llenante
mineral de las mezclas asfálticas, empleando un picnómetro. Cuando el suelo contiene partículas
mayores que el tamiz No. 4, la gravedad especifica de estas se deberá determinar con el método
de ensayo descrito en la norma INV E-223.
8. Equivalente de arena de suelos y agregados finos (INV E 133-13)
Determina bajo condiciones normalizadas las proporciones relativas de polvo y material
de apariencia arcillosa o finos plásticos presentes en suelos o agregados finos de tamaño inferior
a 4.75 mm.
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6. SELECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIALES
Para la realización de los estudios se realizaron una serie de toma de muestras en las
zonas aledañas a Bogotá, con base en la formación geología anteriormente descrita se seleccionó
las fuentes de materiales presentes o que se encuentran en las canteras del Cajón, Pencal y
Retrex, básicamente por las características geológicas de los materiales que se pueden extraer en
la explotación, los cuales están gobernados por la presencia de Areniscas, arcillolita, algunas
intercalaciones de lutitas clara, carbón, entre otros, materiales que potencialmente pueden tener
presencia de arcilla en su configuración mineralógica, especialmente las Arcillolitas y lutitas
claras.
6.1.Caracterización
El material pétreo objeto de explotación corresponde a areniscas cuarzosas, de grano
medio a grueso, a veces conglomerática, friable de color blanco con vetas de óxido, con
estratificación interna cruzada y la formación plaeners, conformada por linitas y cherts, con
delgadas intercalaciones lodolitas y arcilolitas laminadas, de composición silícea, con
estratificación paralela, con contenido de foraminíferos
6.2.Selección De Fuentes De Materiales
Cantera El Pencal
Se Ubica en el Municipio de Mosquera Cundinamarca
|
Figura 6-1: Ubicación Cantera El Pencal
Fuente: Google Earth.
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El contrato de concesión minera fue otorgado en el año 2009, mediante Registro Minero
Nacional GHV-091de la Agencia Nacional de Minería. Vigencia 24 de Mayo de 2030.
Plan de manejo ambiental (PMA) establecido a través de la resolución N° 1519 del 17 de
julio de 2009 de la Corporación Autónoma Regional (CAR). Vigencia 17 de Julio de 2032.
Cantera El Cajon
Se ubicada en la vía Bogotá – Siberia. Kilómetro 12,5 de la Autopista Medellín.
Figura 6-2: Ubicación Cantera El Cajon
Fuente: Google Earth.
Registro Minero Nacional No.02-007 de la Agencia Nacional de Minería.
Resolución N° 1928 del 27 de julio de 2011 de la Corporación Autónoma Regional
(CAR). Vigencia 04 de Enero 2018
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Cantera Retrex
Se Ubica en el Municipio de Mosquera Cundinamarca
Figura 6-3: Ubicación Cantera Retrex
Fuente: Google Earth.
Registro Minero Nacional Exp. EHD-131-RMN:EHD-131 de la Agencia Nacional de
Minería. Vigencia 10 de Julio de 2036.
Resolución N° 0237 del 15 de Febrero de 2008 de la Corporación Autónoma Regional
(CAR). Vigencia 10 de Julio 2036.
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CANTERA MUESTRA CAJON PENCAL RETREX
1
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
2
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
3
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
U.S.C.S=GP-GM
A.A.S.H.T.O=A-1-a
1 10.11% 12.08% 14.24%
2 10.85% 10.15% 12.32%
3 9.68% 9.08% 11.95%
1
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
2
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
3
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
LL= NL
LP=NP
IP=NP
1
2
3
1 Gs =2.7% Gs =2.5% Gs =2.5%
2 Gs =2.5% Gs =2.3% Gs =2.3%
3 Gs =2.3% Gs =2.4% Gs =2.4%
1
2
3
1 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
2 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
3 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
1 25% 23% 21%
2 25% 23% 20%
3 25% 23% 21%
No presenta una fraccion fina significativa
densidad, densidad relativa
(gravedad específica) y absorción
del agregado fino
INV E 222-13
Gsb = 2.46
Gsb SSS =2.53
Gsa = 2.65
Absorcion = 2.84%
Gsb = 2.46
Gsb SSS =2.52
Gsa = 2.62
Absorcion = 2.42%
Gsb = 2.67
Gsb SSS =2.73
Gsa = 2.84
Absorcion = 2.23%
ENSAYO
Análisis Granulométrico de los
Agregados Grueso y Fino INV E 213-13, 123-13
Determinación de la Cantidad de
Material que pasa el Tamiz de
75um (No. 200) en los Agregados
Pétreos Mediante Lavado
INV E 214-13
INV E 235-13
Equivalente de arena de suelos y
agregados finos INV E 133-13
CAJON, PENCAL RETREX
Determinación de la Gravedad
Especifica de las partículas sólidas
de los suelos y del llenante
mineral, empleando un
picnómetro con agua
INV E 128-13
Limites de ConsistenciaINV E 125-13, INV E
126-13
Valor de Azul de Metileno en
Agregados Finos
Análisis granulometrico por medio
del hidrómetro - Determinacion
tamaño particulas menores a 2
um
INV E 123-13
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
TABLA 7-1 Resultados de ensayos de laboratorio para las diferentes fuentes de material
Fuente: propia
Nota: Los materiales expuestos al análisis granulométrico por medio del hidrómetro (INV E-123-13) no presentaron tamaño de partículas menores a 2 um.
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En la TABLA 7-1, se relacionan los resultados de los ensayos realizados a las diferentes
fuentes de material, y que servirán como base para validar o constatar el cumplimiento de la norma
técnica IDU-ET-2011.
7.1.CURVAS DE GRADACIÓN DE MATERIALES
Como se mencionó anteriormente, el material seleccionado de las diferentes fuentes de
materiales, es el denominado subbase granular tipo A, porque siendo una parte de la estructura de
pavimento, será el que se encuentre en contacto directo con la subrasante, adicionalmente se tuvo en
cuenta que este material será el que se presenta menor exigencia en las especificaciones técnicas IDU
2011, teniendo en cuenta que la zona de estudio es la ciudad de Bogotá.
A continuación se presenta las curvas de gradación de las diferentes fuentes de materiales, a
las cuales se les realizo el chequeo del cumplimiento de las especificaciones:
Fuente de material el Cajon
Figura 7-1 Gradación fuente de material el Cajon M1
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Figura 7-2 Gradación fuente de material el Cajon M2
Figura 7-3 Gradación fuente de material el Cajon M3
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Fuente de material el Pencal
Figura 7-4 Gradación fuente de material el Pencal M1
Figura 7-5 Gradación fuente de material el Pencal M2
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Figura 7-6 Gradación fuente de material el Pencal M3
Fuente de material Retrex
Figura 7-7 Gradación fuente de material el Retrex M1
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Figura 7-8 Gradación fuente de material el Retrex M2
Figura 7-9 Gradación fuente de material el Retrex M3
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Figura 7-10 Consolidado de Curvas de Gradación
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8. CLASIFICACIÓN DE LA FRACCIÓN FINA MEDIANTE EL ENSAYO DE
AZUL DE METILENO
Luego de realizar las actividades establecidas en la Norma INV E 182-13 para la
clasificación de la fracción fina de un suelo a partir de su valor de Azul de Metileno, se ha
determinado que el agregado no presenta una fracción fina significativa como para clasificarla
través del método mencionado, toda vez que los análisis granulométricos por medio del
hidrómetro (INV E 123-13 ) determinó la no presencia de partículas menores a 2um,
información relevante para la clasificación objeto del presento documento.
Figura 8-1: Clasificación de la Fracción Fina de las diferentes fuentes de materiales
mediante el ensayo de azul de metileno
Lo anterior es consecuente con los resultados arrojados por los límites de Atterberg los
cuales indican que el material analizado tiene características no plásticas (NP), en este sentido, la
clasificación por sistema aashto y carta de plasticidad del sistema unificado (u.s.c.s) no pueden
ser abordados por la casi inexistencia de plasticidad en las nueve (9) muestras analizadas.
CORRELACIÓN DE LOS RESULTADOS
La naturaleza de los materiales provenientes de las distintas fuentes de material (canteras)
presenta diferencias en la cantidad y composición de los finos (Pasa tamiz No.200). Las
especificaciones técnicas hacen referencia al ensayo equivalente de arena como un indicador
cualitativo de dicha característica. Sin embargo, es indispensable definir la nocividad de estos
finos.
Tabla 8-1: Resumen Resultados obtenidos
CANTERA MUESTRA CAJON PENCAL RETREX1 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
2 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
3 VA= 8mg/g VA= 6.5mg/g VA= 7.5mg/g
1 25% 23% 21%
2 25% 23% 20%
3 25% 23% 21%
CAJON, PENCAL RETREX
Valor de Azul de Metileno en
Agregados Finos INV E 235-13
Equivalente de arena de suelos y
agregados finos INV E 133-13
ENSAYO
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Figura 8-2: Correlación de resultados
Con base en los resultados obtenidos se generó la siguiente figura adicional:
Cajon
Pencal
Retrex
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Figura 8-3: Correlación lineal de Resultados
De lo anterior se puede determinar:
No define una relación entre el equivalente de arena y el valor de azul.
Presenta un alto rango de variabilidad del valor de azul de metileno con el equivalente
de arena para las fuentes analizadas
Coeficiente de correlación inferior al 50%
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9. VERIFICACION DEL CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVIDA
TABLA 9-1 Requisitos de los agregados para material granular tipo subbase (IDU-ET-2011)
Tomando como referencia los valores máximos permitidos por la especificación técnica
de obligatorio cumplimiento para los materiales utilizados en Bogotá, se puede evidenciar lo
siguiente:
Con respecto al límite liquido LL máximo permitido el 25%, índice de plasticidad IP
máximo de 6% y valor de azul de metileno VA máximo de 10mg/g, se pude constatar que la
fuente de material el Cajon cumple los valores máximos establecidos ya la muestra no presenta
plasticidad, en este sentido el resultado del índice de plasticidad es NP y el valor de Azul de
Metileno (VA) corresponde al 8 mg/g en las tres (3) muestra analizadas de la misma cantera, por
tal motivo cumple la especificación citada anteriormente.
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En cuanto a la fuente de material el Pencal se puede argumentar que cumple la
especificación básicamente por su valor de Azul de metileno VA=6.5mg/g, lo cual no supera a
las especificación, la cual recomienda un valor máximo de Azul de Metileno de VA=10mg/g. En
relación a los límites de consistencia, las tres (3) muestras analizadas tienen ausencia de material
Plástico, por lo tanto se da cumplimiento a los parámetros analizados.
Por último, para las tres (3) muestras de material obtenidas de la fuente Retrex se
determinan que cumple con los parámetros analizados anteriormente, si se tiene en cuenta que la
muestra se caracteriza por no presentar de plasticidad (NP) y su valor de azul de metileno se
encuentra por debajo de los 10 mg/g.
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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Luego de realizar la gradación de las diferentes fuentes de materiales, se puede evidenciar
que desde el punto de vista granulométrico cumplen con la norma IDU-ET-2011, de igual
manera, y luego de realizar las verificaciones respectivas, tanto de valores de índice de
plasticidad IP, límite líquido LL, y valor de Azul de Metileno VA, las fuentes de materiales el
Cajon, el Pencal y Retrex cumplen la especificación, ya que sus características plásticas
corresponden a NL, NP y NP, y los valor de azul de metileno VA están por debajo del límite
máximo que corresponde a10mg/g. clacificando como materiales tipo subbase tipo A. Por
consiguiente las tres (3) fuentes de materiales cumplen la especificación dentro de la
conformación de una estructura de pavimento.
Por otro lado, y como es de conocimiento general, el potencial de hinchamiento de los
suelos está influenciado por el porcentaje de arcilla fracción que contienen, así como por la
composición de esta fracción. El tamaño del grano de las muestras de suelo reveló que la
mayoría de ellos tenían un bajo contenido de arcilla (Material con un diámetro de grano menor
de 2 micras), sin embargo, es importante mencionar que la nocividad de material no es
directamente proporcional a la cantidad de finos presentes en la misma, toda vez que la
nocividad de las arcilla se relaciona con la estructura interna del grano.
Cuando se realizó el análisis de tamaño de grano usando tamices con Aberturas, la presencia de
bajos porcentajes de material muy fino pasando el 200 se ha registrado. Solo tres (3) muestras
tenían partículas con un diámetro Inferior a 0,075 mm en un porcentaje superior al 12%.
Las pruebas de límites de Atterberg resultaron nulas en valores para el índice de plasticidad,
sugiriendo que los suelos no son plásticos. Los materiales analisados caen en el grupo A-1-a
según la clasificación en Método AASHTO. Este grupo implica que los materiales del suelo son
adecuados una vez drenados y compactados un espesor moderado para uso de estructuras de
pavimento tales como base o subbase el cual tiene un comportamiento óptimo para soportar las
solicitaciones del tránsito.
A pesar que la cantera el Cajón tiene porcentajes de pasa 200 menores 12%, su material
presenta un mayor grado de nocividad que las canteras Retrex y el Pencal la cual presenta
mayores porcentajes de pasa 200.
La Formación Plaeners cuenta con los mejores materiales para la utilización en subbases
granulares debido a las buenas características presentadas.
El ensayo de azul de metileno es un ensayo complementario al equivalente de arena, sin
embargo, se debe considerar el uso frecuente del mismo, teniendo en cuento que ofrece mayor
confianza técnica para la idealización de la fracción fina de un material en relación a determinar
la nocividad de los material.
Teniendo cuenta el desajuste granulométrico de las muestras analizadas, es impórtate
verificar el comportamiento de las plantas trituradoras para dar cumplimiento exigido.
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A pesar que en las tres (3) fuentes de materiales analizadas existe un alto rango de
variabilidad del valor de azul de metileno con el equivalente de arena, de debe verificar el
comportamiento de otras fuentes de materiales
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BIBLIOGRAFÍA
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