caracterización física, mecánica y petrográfica de

Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en diferentes fases

de producción en canteras cercanas a Bogotá

Mirna Isabel Pérez Pérez

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería, Área Curricular de Ingeniería Civil y Agrícola

Bogotá, Colombia

Abril de 2021

Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en diferentes fases

de producción en canteras cercanas a Bogotá


Trabajo Final presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magíster en Ingeniería - Geotecnia

Directora:

Gloria Inés Beltrán Calvo

IC, M.Sc., DIC

Línea de Profundización:

Relaciones constitutivas de suelos, rocas y materiales afines

Área:

Materiales para carretera.

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería, Área Curricular de Ingeniería Civil y Agrícola

Bogotá, Colombia

Abril de 2021

A mi SEÑOR y Dios, toda la gloria y honra solo a ÉL.

A mis amados Padres, quienes siempre han estado junto a mí.

Declaración de obra original

Yo declaro lo siguiente:

He leído el Acuerdo 035 de 2003 del Consejo Académico de la Universidad Nacional. «Reglamento

sobre propiedad intelectual» y la Normatividad Nacional relacionada al respeto de los derechos de

autor. Esta disertación representa mi trabajo original, excepto donde he reconocido las ideas, las

palabras, o materiales de otros autores.

Cuando se han presentado ideas o palabras de otros autores en esta disertación, he realizado su

respectivo reconocimiento aplicando correctamente los esquemas de citas y referencias bibliográ-

ficas en el estilo requerido.

He obtenido el permiso del autor o editor para incluir cualquier material con derechos de autor

(por ejemplo, tablas, figuras, instrumentos de encuesta o grandes porciones de texto).

Por último, he sometido esta disertación a la herramienta de integridad académica, definida por la

universidad.

________________________________


Fecha 30/04/2021

Agradecimientos

Gracias a Dios por su sabiduría, la cual me ha brindado por medio de los docentes, compañeros y

amigos, a través del camino que EL me ha mostrado seguir.

A Colciencias (hoy MinCiencias), por la financiación recibida para el transporte del material en

campo, la elaboración de muestras necesarias para ensayos de petrografía, en el marco del pro-

yecto Evaluación de amenaza, vulnerabilidad y riesgo en taludes mineros, con Código Hermes

25249 y Código QUIPU 201010024093.

Al personal a cargo de las tres fuentes de materiales y plantas de trituración, por el suministro de

material pétreo necesario para la investigación y por facilitar las labores de muestreo en campo. A

Jhon Jairo Giraldo y León Congote, muchas gracias.

A los laboratorios de Geotecnia y Estructuras de la Facultad de Ingeniería, por facilitar los espacios

y equipos para la realización de las pruebas de caracterización física y mecánica.

Al laboratorio de Petrografía de la Facultad de Ciencias, por facilitar el espacio y microscopios para

los análisis petrográficos y toma de microfotografías.

Agradezco sinceramente a la profesora Gloria Inés Beltrán Calvo, quien posee el don de brindar el

conocimiento sin reservas, gracias, profesora por estar al frente de cada fase de este trabajo, por

compartir tantas ideas conmigo, por el tiempo dedicado en las salidas de campo, por acoger a di-

ferentes profesionales y por ser un ejemplo a seguir.

A los geólogos Nidya Romero, Jeimy Peralta y Andrés Rodríguez, al Ingeniero Omar Rosada. A todos

mis compañeros de maestría, en especial al geólogo Julio Cesar Guerra Ospino, a quien agradezco

su amistad, apoyo y ayuda durante el desarrollo de este trabajo, infinitas gracias compañero.

Contenido IX

Gracias Universidad Nacional de Colombia, gracias departamento del Área Curricular de Ingeniería

Civil y Agrícola, por abrir espacios al conocimiento, hoy me siento orgullosa de haber estado en

ellos.

Resumen y Abstract XI

Resumen

En este trabajo, se estudian los cambios que sufren los agregados durante los procesos de produc-

ción industrial (voladura, reducción de tamaños con martillo hidráulico, y trituración primaria hasta

terciaria), mediante técnicas petrográficas no convencionales como complemento a los análisis fí-

sico-mecánicos que se realizan tradicionalmente en la evaluación de materiales de construcción.

Para esos fines, se seleccionaron tres fuentes de materiales pétreos cercanos a Bogotá como casos

de estudio (canteras Une, El Cajón y Mosquera), se recopilaron muestras de materiales después de

cada proceso productivo, se estableció la litología de cada fuente y se elaboraron muestras para

análisis petrográficos y para determinar propiedades físico-mecánicas en laboratorio. Como resul-

tado de este trabajo, se evidencian cambios en los materiales con el avance de las etapas de con-

minución, los cuales guardan alguna relación con el comportamiento mecánico: se encontraron

cambios en la fábrica representados por rotura de los granos y fisuramiento; así mismo, variaciones

en la proporción de clastos, matriz y poros, con tendencia a la disminución de la resistencia a la

compresión simple ante el incremento de la matriz. Con la inspección bajo el microscopio también

se logra confirmar que la litología y composición mineralógica, asociadas a la génesis las fuentes,

inciden en los cambios de los rasgos microestructurales y texturales de los materiales sometidos a

los procesos productivos. Finalmente, se establece que los materiales pétreos pueden presentar

un comportamiento físico-mecánico heterogéneo dentro de un mismo yacimiento en respuesta a

los procesos industriales, siendo necesario una caracterización integral de estos para evaluar su

desempeño. En esa dirección y conforme a las experiencias logradas, este trabajo aporta una me-

todología que permite involucrar los análisis petrográficos con las caracterizaciones rutinarias de

laboratorio para materiales de carretera.

Palabras clave: agregados pétreos, materiales para carreteras, análisis petrográfico, resistencia a

la compresión simple, fábrica y textura de material pétreo.

XII Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en diferen-

tes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

Contenido XIII

Abstract

In this work, the changes suffered by the aggregates during industrial production processes (blast-

ing, size reduction with hydraulic hammer, and primary to tertiary crushing) are studied, using non-

conventional petrographic techniques, as a complement to the physical mechanical analyzes that

are traditionally performed in the evaluation of building materials. For these purposes, three

sources of materials near Bogota were selected as cases of study (Une, El Cajón and Mosquera

quarries); samples of materials were collected after each production process; the lithology of each

source was established, and samples were prepared for petrographic analysis and to determine

physical-mechanical properties in the laboratory. As a result of this work, changes in the materials

were evidenced with the advancement of the comminution stages, which are related in some way

to the mechanical behavior: changes in the fabric, represented by breakage of the grains and crack-

ing, variations in the proportion of clasts, matrix, and pores, with a tendency to decrease the re-

sistance to simple compression with the increase of the matrix. Inspections under the microscope

also confirms that the lithology and mineralogical composition, associated with origin of the quar-

ries, influence changes in the microstructural and textural features of the materials subjected to

the production processes. Finally, it is observed that materials can present a heterogeneous phys-

ical-mechanical behavior within the same mine in response to industrial processes, requiring a

more comprehensive characterization to evaluate their performance. In this sense and according

to the experience achieved, this work provides a methodology that allows involving petrographic

analyzes with routine laboratory characterizations for road materials.

Keywords: stone aggregates, road materials, petrographic analysis, unconfined compressive

strength, fabric and texture of stone material.

XIV Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en diferen-

tes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

Contenido XV

Contenido

Pág.

Resumen .......................................................................................................................... XI

Contenido ........................................................................................................................ XV

Lista de figuras .............................................................................................................. XVIII

Lista de tablas ................................................................................................................. XXI

Lista de Símbolos y abreviaturas ..................................................................................... XXIII

Introducción ....................................................................................................................... 1 Definición del Problema ................................................................................................... 1 Objetivo General ............................................................................................................. 2 Objetivos Específicos ....................................................................................................... 2

1. Estudios Antecedentes ................................................................................................. 5

2. Fundamentos Teóricos ................................................................................................ 13 2.1 Cadena productiva de agregados pétreos .............................................................. 13

2.1.1 Extracción ....................................................................................................... 14 2.1.2 Trituración y clasificación .................................................................................. 15

2.2 Evaluación de calidad de agregados pétreos .......................................................... 19 2.3 Efectos de los procesos industriales en las características microscópicas y macroscópicos .............................................................................................................. 22 2.4 Consideraciones sobre caracterización mecánica .................................................... 23

2.4.1 Compresión simple ........................................................................................... 23 2.4.2 Índice de Resistencia a la Carga Puntual .............................................................. 27 2.4.3 Velocidades de onda......................................................................................... 28 2.4.4 Descripción petrográfica ................................................................................... 29

3. Estrategia Metodológica ............................................................................................. 33

4. Descripción de fuentes de materiales ........................................................................... 47 4.1 Fuente Une ........................................................................................................ 49 4.2 Fuente Mosquera ............................................................................................... 54 4.3 Fuente El Cajón .................................................................................................. 59

5. Resultados de caracterización de materiales ................................................................. 63 5.1 Fuente Une ........................................................................................................ 63

XVI Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en dife-

rentes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

5.1.1 Caracterización física ........................................................................................ 63

5.1.1.1 Muestra in situ (P1U) ................................................................................ 63 5.1.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2U) ............................................................ 65

5.1.2 Caracterización petrográfica ............................................................................. 66 5.1.2.1 Muestra in situ (P1U) ................................................................................ 66 5.1.2.2 Muestra obtenida después de la trituración Primaria (UNE I) ......................... 68 5.1.2.3 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (UNE II) ..................... 70 5.1.2.4 Muestra obtenida después de la trituración terciaria (UNE III) ....................... 72

5.1.3 Caracterización mecánica ................................................................................. 75 5.2 Fuente Mosquera ................................................................................................ 77

5.2.1 Caracterización física ........................................................................................ 77 5.2.1.1 Muestra in situ (P1M) ................................................................................ 77 5.2.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2M) ........................................................... 79 5.2.1.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3M) .............................. 80 5.2.1.4 Muestra expuesta a trituración primaria (MOS I) .......................................... 81

5.2.2 Caracterización petrográfica ............................................................................. 81 5.2.2.1 Muestra in situ (P1M) ................................................................................ 82 5.2.2.2 Muestra expuesta a voladura (P2M) ........................................................... 84 5.2.2.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3M) .............................. 87 5.2.2.4 Muestra obtenida después de la trituración primaria (MOS I) ........................ 89 5.2.2.5 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (MOS II) .................... 91

5.2.3 Caracterización mecánica ................................................................................. 94 5.3 Fuente El Cajón ................................................................................................... 97

5.3.1 Caracterización física ........................................................................................ 97 5.3.1.1 Muestra in situ (P1C) ................................................................................. 97 5.3.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2C) ............................................................. 99 5.3.1.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3C) ............................. 100 5.3.1.4 Muestra obtenida después de la trituración primaria (CAJÓN I).................... 101 5.3.1.5 Muestra obtenida después de trituración secundaria (CAJÓN II) .................. 102

5.3.2 Descripción petrográfica ................................................................................. 102 5.3.2.1 Muestra in situ (P1C) ............................................................................... 102 5.3.2.2 Muestra expuesta a voladura (P2C) ........................................................... 105 5.3.2.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3C) ............................. 106 5.3.2.4 Muestra obtenida después de la trituración primara (CAJÓN I) .................... 109 5.3.2.5 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (CAJÓN II) ............... 111 5.3.2.6 Muestra obtenida después de la trituración terciaria (CAJÓN III) .................. 113

5.3.3 Caracterización mecánica ............................................................................... 115

6. Análisis de resultados ............................................................................................... 119

7. Conclusiones y recomendaciones .............................................................................. 135 7.1 Conclusiones ..................................................................................................... 135 7.2 Recomendaciones ............................................................................................. 140

Bibliografía ..................................................................................................................... 143

A. Imágenes estereomicroscopio ................................................................................... 147

Contenido XVII

B. Imágenes microscopio .............................................................................................. 151

Contenido XVIII

Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1: Microfracturas, observadas en el granito Avja. ....................................................... 10

Figura 2-1: Esquema general de los procesos dentro de la cadena productiva. ....................... 13

Figura 2-2: Proceso de arranque por voladura .......................................................................... 14

Figura 2-3: Operaciones de extracción del material. ................................................................. 15

Figura 2-4: Línea de producción de agregados pétreos. ............................................................ 15

Figura 2-5: Configuraciones para trituración primaria. .............................................................. 16

Figura 2-6: Trituración primara, Fuente Mosquera. .................................................................. 17

Figura 2-7: Equipos de trituración secundaria, trituradoras de cono ........................................ 18

Figura 2-8: Transporte y acumulación del material ................................................................... 19

Figura 2-9: Factores asociados con la resistencia a la degradación de los agregados. .............. 22

Figura 2-10: Curva esfuerzo deformación para el ensayo de compresión simple ....................... 23

Figura 2-11: Estimaciones para el Módulo de Young a partir de la curva 𝜎 - 𝜀 ........................... 25

Figura 2-12: Configuración de carga y forma de espécimen para ensayo ................................... 27

Figura 2-13: Forma de los granos en términos de esfericidad y redondez. ................................. 30

Figura 2-14: Estimación cualitativa del porcentaje composicional. ............................................. 31

Figura 3-1: Secuencia de etapas para el desarrollo del estudio................................................. 33

Figura 3-2: Muestreo y procesos industriales en las fuentes .................................................... 35

Figura 3-3: Elaboración sección delgada. ................................................................................... 37

Figura 3-4: Extracción de núcleos. ............................................................................................. 38

Figura 3-5: Caracterización física de muestras. .......................................................................... 39

Figura 3-6: Petrografía de sección delgada. ............................................................................... 41

Figura 3-7: Ensayos de caracterización mecánica ...................................................................... 43

Figura 4-1: Fuentes de material y unidades geológicas que enmarcan la Sabana de Bogotá. .. 48

Figura 4-2: Unidades geomorfológicas identificadas en el área de las fuentes. ........................ 49

Figura 4-3: Localización Fuente Une. ......................................................................................... 50

Figura 4-4: Panorámica Fuente Une. .......................................................................................... 50

Figura 4-5: Frentes de explotación, Fuente Une ........................................................................ 51

Figura 4-6: Secuencias estratigráficas, Fuente Une. .................................................................. 51

Figura 4-7: Vista panorámica de la fuente y afloramiento, Une. ............................................... 52

Figura 4-8: Procesos industriales en la Fuente Une. .................................................................. 53

Figura 4-9: Localización Fuente Mosquera. ............................................................................... 54

Figura 4-10: Frente de explotación Fuente Mosquera. ............................................................... 55

Contenido XIX

Figura 4-11: Afloramientos de la unidad Arenisca Dura. ............................................................. 55

Figura 4-12: Afloramientos de la Formación Plaeners. ................................................................ 56

Figura 4-13: Afloramiento Formación Balsillas. ........................................................................... 57

Figura 4-14: Procesos industriales, Fuente Mosquera. ................................................................ 58

Figura 4-15: Localización Fuente El Cajón. ................................................................................... 59

Figura 4-16: Operaciones en los frentes de trabajo, fuente El Cajón. ......................................... 60

Figura 4-17: Afloramientos de liditas y secuencia estratigráfica. ................................................ 60

Figura 4-18: Zonas de afectación tectónica, fuente El Cajón. ...................................................... 61

Figura 4-19: Procesos industriales, Fuente El Cajón. ................................................................... 62

Figura 5-1: Observación de muestras de mano. ........................................................................ 64

Figura 5-2: Imágenes bajo estereomicroscopio de muestras de mano. .................................... 64

Figura 5-3: Observación de muestras de mano. ........................................................................ 65

Figura 5-4: Secciones delgadas muestra P1U. ............................................................................ 67

Figura 5-5: Secciones delgadas muestra UNE I. ......................................................................... 69

Figura 5-6: Secciones delgadas muestra UNE II. ........................................................................ 71

Figura 5-7: Secciones delgadas UNE III. ...................................................................................... 73

Figura 5-8: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra in situ (P1U) Fuente Une. ........................ 76

Figura 5-9: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P2U) después de voladura Fuente Une. 76

Figura 5-10: Muestras de mano. .................................................................................................. 78

Figura 5-11: Imágenes bajo estereomicroscopio. ........................................................................ 78

Figura 5-12: Características muestras de mano. .......................................................................... 79

Figura 5-13: Muestras de mano. .................................................................................................. 80

Figura 5-14: Muestras de mano sometidas a la trituración primaria. ......................................... 81

Figura 5-15: Sección delgada muestra P1M. ................................................................................ 82



Figura 5-18: Sección delgada muestra MOS I. .............................................................................. 89

Figura 5-19: Sección delgada muestra MOS II. ............................................................................. 92

Figura 5-20: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra in situ. ...................................................... 95

Figura 5-21: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra después de voladura. .............................. 96

Figura 5-22: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra después de voladura y martillo hidráulico.

96

Figura 5-23: Muestras de mano in situ. ........................................................................................ 98

Figura 5-24: Imágenes bajo estereomicroscopio. ........................................................................ 98

Figura 5-25: Muestras de mano extraídas después del proceso de voladura. ............................ 99

Figura 5-26: Muestras de mano luego de ser sometidas a procesos de voladura y martillo. ... 100

Figura 5-27: A. B. C. Muestras de mano obtenidas después del proceso de trituración primaria.

101

Figura 5-28: Trituración Secundaria (Cajón II). ........................................................................... 102

Figura 5-29: Sección delgada muestra P1C. ............................................................................... 103



XX Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en dife-


Figura 5-32: Sección delgada muestra CAJÓN I. ........................................................................ 109

Figura 5-33: Sección delgada muestra CAJÓN II. ....................................................................... 111

Figura 5-34: Sección delgada CAJÓN III. ..................................................................................... 113

Figura 5-35: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P1C) in situ. .......................................... 116

Figura 5-36: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P2C) después de voladura. .................. 117


118

Figura 6-1: Proporción de clastos o armazón, matriz y poros en muestras de mano. ............ 119

Figura 6-2: Proporción de clastos o armazón, matriz y poros en secciones delgadas. ............ 120

Figura 6-3: Relaciones de forma mínimos, máximos y promedio. ........................................... 123

Figura 6-4: RCS medida, estimada e IRCP. ............................................................................... 127

Figura 6-5: Diferencias en la fábrica y textura de las fuentes. ................................................. 128

Figura 6-6: Resultados del ensayo en Máquina de los Ángeles. .............................................. 129

Figura 6-7: Variación de los pesos unitarios, humedad y gravedad específica. ....................... 130

Figura 6-8: Estimación de parámetros elásticos en las muestras seleccionadas ..................... 131

Figura 6-9: Curva esfuerzo deformación para las muestras .................................................... 131

Figura 6-10: Curva esfuerzo deformación para las muestras. ................................................... 132

Figura 6-11: Curva esfuerzo deformación para las muestras. ................................................... 133

Figura 6-12: Resultados de la medición de velocidad de onda P y S. ........................................ 134

Contenido XXI

Lista de tablas

Pág.

Tabla 2-1: Requisitos de los agregados para afirmados. .......................................................... 20

Tabla 2-2: Requisitos de agregados para subbase granular. .................................................... 20

Tabla 2-3: Algunos requisitos de los agregados para bases granulares. ................................... 21

Tabla 2-4: Requisitos para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua.................... 21

Tabla 2-5: Parámetros elásticos de algunas rocas .................................................................... 26

Tabla 2-6: Rangos de RCS a partir de índices de campo. .......................................................... 26

Tabla 2-7: Rango de velocidades de onda p en rocas ............................................................... 28

Tabla 3-1: Resumen de condiciones evaluadas ........................................................................ 35

Tabla 3-2: Diseño experimental en laboratorio ........................................................................ 36

Tabla 3-3: Número de microfotografías tomadas. .................................................................... 40

Tabla 4-1: Generalidades de las fuentes de material seleccionadas. ....................................... 47

Tabla 4-2: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción para la Fuente

Une. 53

Tabla 4-3: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción. ......................... 59

Tabla 4-4: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción. ......................... 62

Tabla 5-1: Valores de relación de forma, Fuente Une. ............................................................. 74

Tabla 5-2: Resultados de caracterización geotécnica y propiedades índice para la Fuente Une.

75

Tabla 5-3: Valores de relación de forma, Fuente Mosquera. ................................................... 94

Tabla 5-4: Resultados de los ensayos de geotecnia para las muestras de la fuente Mosquera.

94

Tabla 5-5: Valores de relación de forma, Fuente El Cajón. ..................................................... 115

Tabla 5-6: Resultados de ensayos de geotecnia para la fuente El Cajón. ............................... 116

Tabla 6-1: Características más relevantes identificadas para las secciones delgadas. ........... 121

Tabla 6-2: Índice de campo para estimación de la RCS y valores de resistencia por laboratorio.

124

Tabla 6-3: Parámetros de resistencia RCS e IRCP. .................................................................. 125

Tabla 6-4: Contribución de la RCS al sistema de clasificación RMR. ....................................... 126

XXII Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en dife-


Contenido XXIII

Lista de Símbolos y abreviaturas

Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición

𝐸 Módulo de elasticidad o de Young (promedio) MPa 𝜎/𝜖

𝐸50 Módulo de elasticidad o de Young (al 50% del esfuerzo máximo)

MPa 𝜎/𝜖

Símbolos con letras griegas Símbolo Término Unidad SI Definición

𝜐 Relación de Poisson - −𝜖𝑎/𝜖𝑙 𝜖 Deformación - 𝜖𝑎 Deformación axial - ∆𝑙/𝑙 𝜖𝑙 Deformación lateral - ∆𝑙/𝑙 𝜎 Esfuerzo N 𝐹/𝐴

Abreviaturas Abreviatura Término

ZODME Zona de Manejo de Escombros y Material de Ex-cavación

DMA Desgaste en Máquina de los Ángeles RCS Resistencia a la Compresión Simple IRCP Índice de Resistencia a la Carga Puntual NII Nicoles paralelos NX Nicoles cruzados

XXIV Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en dife-


Introducción

A través del tiempo se han venido desarrollando normas técnicas en las cuales se indican las espe-

cificaciones que deben cumplir los materiales utilizados para construcción de obras civiles en fun-

ción de su uso, así como las pruebas para la determinación de indicadores de calidad. En particular,

para el sector vial nacional, el Instituto Nacional de Vías (INVÍAS) establece los requisitos de calidad

y el manejo que debe darse a los materiales para mantenerlos estables frente a los agentes climá-

ticos y evitar que reaccionen de manera inconveniente con los componentes de los agentes agluti-

nantes o con adiciones.

Estas especificaciones evalúan tradicionalmente características y propiedades de dureza, durabili-

dad, forma, limpieza, gradación y capacidad portante del agregado pétreo. Pese a que algunas de

estas propiedades se asocian al origen de la roca de la cual provienen, y otras al proceso productivo,

sobre estos dos factores no se suele realizar un seguimiento detallado en los estudios rutinarios de

calidad de materiales para construcción vial.

Definición del Problema

Los procesos productivos pueden imprimir a los materiales pétreos ciertas características que afec-

tan tanto el comportamiento como la durabilidad de los agregados colocados y compactados en

obras viales. Igualmente, las características asociadas con la litología pueden brindar información

valiosa para evaluar su desempeño durante su aprovechamiento, mediante evaluaciones a escalas

micro y macroscópicas.

Dado que la caracterización a niveles macro y micro de agregados pétreos después de atravesar

algunos procesos mineros, como la trituración, la voladura, el desgaste, no es una práctica rutinaria

en la industria, se dificulta una identificación clara de los efectos de estos procesos en los agregados

2 Introducción

pétreos, que conlleven a prevenir o corregir problemas de desempeño del material mediante ajus-

tes en la cadena productiva o la transformación para optimizar dichas operaciones.

En este contexto, nace el interés del Trabajo Final de Maestría para caracterizar el material pétreo

antes, durante y después de los procesos industriales, utilizando algunas pruebas geomecánicas,

para evaluar resistencia, rigidez y dureza; así mismo, se proponen análisis petrográficos como he-

rramienta para observar rasgos texturales y composicionales, principalmente, e identificar aquellas

características influenciadas por el origen del material y los procesos productivos.

Objetivo General

Estudiar el efecto que tienen los procesos de producción sobre propiedades físico-mecánicas de

materiales pétreos, mediante análisis petrográficos y pruebas de resistencia, en tres canteras dife-

rentes, ubicadas en los alrededores de Bogotá.

Objetivos Específicos

- Identificar posibles cambios en propiedades físico-mecánicas de los materiales pétreos du-

rante distintas fases del proceso productivo.

- Caracterizar, mediante técnicas petrográficas, los materiales pétreos provenientes de tres

fuentes de materiales, definiendo composición y rasgos texturales apreciables.

- Plantear una metodología que permita involucrar estudios petrográficos con estudios físi-

comecánicos en la evaluación de materiales de construcción.

El contenido de este trabajo ha sido estructurado en siete capítulos. En el capítulo 1 se presenta

una recopilación de estudios o trabajos antecedentes en diferentes partes del mundo y en Colom-

bia; en el capítulo 2 se incluyen los aspectos conceptuales más relevantes, necesarios para la com-

presión de la metodología, caracterización física, mecánica y petrográfica de los materiales; el ca-

pítulo 3 presenta la descripción de la estrategia metodológica empleada; el capítulo 4, describe las

Introducción 3

características más relevantes de los yacimientos en los cuales se recuperaron los materiales pé-

treos analizados; el capítulo 5 contiene los resultados de la caracterización física, petrográfica y

mecánica para cada una de las fuentes en sus diferentes procesos; el capítulo 6 reúne el análisis de

resultados, y finalmente el capítulo 7, presenta las conclusiones y recomendaciones de este tra-

bajo.

1. Estudios Antecedentes

Evaluar el comportamiento de los materiales para carretera se ha convertido en una tarea cada vez

más importante en la geotecnia, no solo para determinar su desempeño sino también para mejo-

rarlo. Por eso este trabajo busca analizar en detalle los aspectos mecánicos, físicos y petrográficos

en conjunto, empleando ensayos de laboratorio y técnicas petrográficas, análisis de parámetros

relevantes y establecimiento de relaciones entre propiedades que afecten de alguna forma los

agregados pétreos para vías. Es por eso, que en este capítulo busca presentar, los trabajos que

abordan las temáticas mencionadas previamente.

Caracterizar los materiales pétreos usados en vías o incluso en concreto, resulta muy interesante

en la tarea de la investigación, es decir, colocar como base conocer las características físicas, me-

cánicas e incluso petrográficas de los materiales, como ensayos no convencionales. Tovar y Posada

(2018) realizan una caracterización mineralógica y microestructural de agregados provenientes de

material de arrastre en una cantera en Guamal, Magdalena. Este trabajo busca profundizar el papel

que desempeña el origen de los agregados como material para vías, estudiándolos a través de en-

sayos no convencionales, como difracción de rayos X y el microscopio electrónico de barrido (SEM),

para caracterizar la mineralogía, microestructura porosidad y la química de estos. Mediante difrac-

ción de rayos X se identificó una gran proporción de cuarzo, baja presencia de Illita y contenido

nulo en asbestos y anfíboles fibrosos que pudieran afectar la adsorción de agua y por consecuente

separación del agregado pétreo de los ligantes. Estos autores de hecho concuerdan con lo expuesto

por Montero (2006), en el sentido de analizar las diferentes fuentes de materiales para vías desde

el enfoque de la caracterización petrográfica, en este caso se toca más a fondo los métodos no

convencionales, como la petrografía, cada vez más usada en la geotecnia.

6 Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en dife-


Se resalta del trabajo de Tovar y Posada (2018), la intención de transformar el campo de los mate-

riales para construir vías, invitando a los productores de la región a conocer más a fondo las pro-

piedades e incluso el desempeño de los materiales que están explotando, situación que se busca

mejorar en todo nuestro país. Por ejemplo, a través de los ensayos no convencionales como la

petrografía o el uso del microscopio electrónico de barrido (SEM) se puede estudiar la plasticidad

o cambios en el volumen de arcillas presentes en los materiales para vías.

La calidad de los pavimentos, y por consecuente su durabilidad depende en gran parte, de los agre-

gados pétreos, pues estos son la materia prima que sirve de conexión con otros productos. Mon-

tero (2006) resalta el estudio de aspectos físicos y mecánicos de los agregados pétreos en pavimen-

tos, para anticipar los cambios que estos materiales puedan sufrir de manera variada frente a los

agentes climáticos. Características como la forma de la partícula, la textura superficial propia o ad-

quirida, influencian el comportamiento de las capas estructurales del pavimento. Un logro impor-

tante del trabajo de Montero (2006), es exponer los aspectos más relevantes de la petrología y la

litología de los agregados pétreos, por ejemplo, la fábrica de algunas rocas influye en la resistencia

y la deformación en las capas de los pavimentos; la fábrica cristalina masiva y bien cementada hace

que los pavimentos sean más resistentes y menos deformables, teniendo en cuenta que la roca

este fresca y sana, estas características se pueden estudiar a través de la petrología y petrografía.

Al Estudiar los índices de forma o una relación de forma en los agregados por medio de petrografía,

podría ayudar en buscar optimizar la resistencia del conjunto del material usado en las capas del

pavimento, previniéndose la abrasión, fracturación y deformación acumulada de este. Si bien este

autor muestra el profundo efecto de ciertas características sobre el desempeño de los materiales,

aclara que los ensayos de calidad sobre los agregados pétreos deben considerarse como valoracio-

nes índice, pues los materiales que incluso constituyen la Sabana de Bogotá han sido objeto de muy

pocos estudios y pocos muestreos, por lo que se necesita una expansión de la base de datos del

comportamiento y desempeño de las fuentes de materiales para vías, tanto desde el punto de vista

físico, mecánico y petrológico, en su escala macro y micro.

Capítulo 1 - Estudios Antecedentes 7

Continuando con las contribuciones de diferentes autores en la tarea de impulsar el mejoramiento

del desempeño de las capas que tiene la estructura del pavimento, se encuentra el trabajo de Suá-

rez y Vera (2017) quienes adelantan una caracterización físico-mecánica y mineralógica de agrega-

dos extraídos en Sopó, con el objetivo de seleccionar el material más optimo, teniendo en cuenta

diferentes comportamientos.

La naturaleza de un buen material para vías radica en su tamaño, dureza, limpieza, resistencia,

durabilidad, relaciones de forma, entre otros, factores que según sus características inciden pro-

gresivamente en el pavimento. Suárez y Vera (2017), encontraron en sus estudios variedades de

sílice, como el ópalo, la cristobalita y calcedonia, que se convierten en componentes reactivos. Si

bien estos resultados se pueden obtener de distintas formas, los ensayos no convencionales como

la petrografía brindan una herramienta para anticiparse a las futuras reacciones con otros compo-

nentes, siendo indispensable su extensión a cualquier fuente, ya que el desempeño de un material

puede variar de distintas formas a pesar de ser de una misma formación geológica o roca.

Benediktsson (2015) señala la relevancia de estudiar la calidad de los agregados a través de sus

propiedades mecánicas, usando ensayos como el de desgaste del material, o el índice de deslei-

miento, por ejemplo. Se encuentra que los clastos con índices de forma más bajos son más sensi-

bles al desleimiento, al igual que grandes contenidos de cuarzo pueden afectar el comportamiento

del material frente a la aparición de fracturas.

Figueroa Madero et al. (2014), desarrollaron un estudio comparativo entre las propiedades micro-

estructurales de un agregado intrusivo, en este caso el Batolito de Santa Marta, por medio del uso

de la petrografía y ensayos de resistencia mecánica y química. Los autores resaltan la importancia

de entender las propiedades mecánicas de un agregado pétreo por medio del análisis petrográfico,

ya que, por ejemplo, la resistencia y durabilidad se consideran propiedades intrínsecas de un ma-

terial, y la petrografía es base para su entendimiento, por lo que, el análisis petrográfico representa

la herramienta más valiosa para predecir la calidad de un agregado.

Este análisis revela no solo la importancia de las características en el ámbito estructural y textural

de los agregados, sino también la composición mineralógica. Dicho análisis indica que los cristales



equidimensionales representan una importante fracción en esta roca intrusiva, la presencia de im-

portantes microfracturas en óxidos de hierro como la magnetita y la hematita y que las propiedades

mecánicas de los agregados se ven influenciadas por las diferentes características petrográficas

como el tamaño de grano, dispersión mineral y la textura. Estos autores resaltan que propiedades

como el orden de preferencia espacial de los granos, la porosidad, presencia de microfracturas,

tienen un gran efecto sobre la resistencia de los agregados a la hora de ser fragmentados en la

máquina de los ángeles.

Aschenbrener (1994), resalta que una componente clave de la estructura de un agregado pétreo a

la hora de ser usado es su angularidad, la cual es relacionada con la forma de las partículas y su

textura. Al-Rousan et al. (2007), en su trabajo vuelve a resaltar lo que ha motivado el presente

estudio y trabajos previos, las características petrográficas de los agregados pétreos influyen en su

comportamiento durante todas las fases de su aprovechamiento. Estos autores, por medio de pro-

cedimientos matemáticos analizan las características del agregado, tales como la esfericidad, re-

dondez, angularidad, morfología, textura, concluyendo que estas propiedades del material pueden

ser cuantificadas independientemente por medio de relaciones matemáticas, específicamente des-

criptores de Fourier, teniendo en cuenta la cuantificación de su morfología analizada por medio de

imágenes obtenidas de microscopía electrónica.

Rojas (2017), implementó un completo estudio de los agregados y sus mezclas asfálticas por medio

del uso de la petrografía. En este trabajo se analizaron características como la redondez, que es un

resultado de la expresión entre la relación de las aristas y angulosidad del material; microfisuras

(atribuidas a un nivel de compactación de hasta 75 golpes), que representan un espacio potencial

para la mezcla asfáltica y que permite la pronta fragmentación del material. Otra evidencia impor-

tante de este este estudio fue el análisis de partículas alargadas del 20 y 65%, lo que conlleva a una

mala calidad del agregado usado en la fabricación de la mezcla, proceso que se dio gracias a la

petrografía.

Reyes-Ortíz et al. (2013) desarrollaron un estudio sobre la caracterización mecánica de mezclas

asfálticas en función del origen del agregado pétreo. Estos autores encontraron relación entre el


comportamiento y la dinámica de dichas mezclas con el origen de los agregados. Asimismo, el tra-

bajo encontró un aumento en la densidad de las mezclas en fuentes de agregados de canteras

cercanas en el Tolima, también las probetas que se obtuvieron de esta misma fuente fueron más

susceptibles al agua.

Liu et al. (2005), estudió las propiedades mecánicas de tres muestras de granito con composición

mineralógica similar, usando la cuantificación de su textura por medio de microscopía y su compa-

ración con ensayos geotécnicos de laboratorio. La cuantificación de la microtextura y su simulación

computarizada, permitieron analizar las propiedades mecánicas de los agregados pétreos, ya que,

según sus resultados, las propiedades texturales influencian a las mecánicas. Por el ejemplo, la re-

sistencia es la propiedad mecánica más afectada negativamente por la distribución preferencial de

algunas microfisuras y el tamaño del grano (Figura 1-1).



Figura 1-1: Microfracturas, observadas en el granito Avja.

Imágenes obtenidas usando microscopía con luz fluorescente y luz polarizada, por medio del sistema de

análisis de imágenes Carl Zeiss Visión KS400. Fuente: Liu et al. (2005).

Un importante avance en el estudio de las características de los agregados pétreos fue establecido

por Janoo (1998), quien estudió el desempeño de una base a partir de la cuantificación de la forma,

rugosidad y angulosidad, por medio del análisis computarizado de imágenes obtenidas de una cá-

mara de alta resolución. En esta aproximación, con los pixeles de la imagen y algoritmos de proce-

samiento se estiman de manera indirecta estas relaciones geométricas, automatizándose un pro-

ceso que por lo general era dispendioso.


En cuanto al uso de la técnica de Difracción de Rayos-X, Agamalian et al. (2002) empleó esta herra-

mienta para el estudio de micro deformaciones y propiedades microestructurales en cristales de

silicio (Si) presentes en agregados pétreos.

En Colombia, Beltrán (2011), determinó diferentes propiedades como fracturas, textura, tamaño

de poro, por medio del uso de microscopía óptica, complementadas con la técnica de espectrosco-

pia de Fluorescencia de Rayos-X, para estudiar 4 muestras de agregados para concreto asfaltico. En

este trabajo se utilizó microscopios ópticos para el análisis petrográfico, mientras que, para la ca-

racterización morfológica de propiedades de interés a mayor escala, se requirió el uso de micros-

copía electrónica de barrido y microanálisis de Rayos-X, de igual manera se analizaron las caracte-

rísticas físicas de bloques pulidos de agregados mediante el estereomicroscopio, a partir de las

muestras empleados para las secciones delgadas. Como una importante conclusión del trabajo de

Beltrán (2011), la combinación de análisis con las herramientas de microscopia óptica y electrónica,

permitieron identificar proporciones de agregado, textura, forma, mineralogía y grado de meteo-

rización de estos materiales y las microfisuras que después son rellenas por la mezcla asfáltica.

Los trabajos anteriores dan cuenta de la profunda influencia de las propiedades petrográficas, tales

como la forma, textura, angularidad, presencia de microfisuras, en las propiedades mecánicas y el

desempeño de los agregados pétreos, siendo las técnicas de microscopia y de análisis de imagen,

una valiosa herramienta para entender dicho comportamiento.

2. Fundamentos Teóricos

En este capítulo se presentan los conceptos más relevantes relacionados con la caracterización fí-

sica, mecánica y petrográfica de agregados pétreos en general, los cuales serán la base para el

desarrollo de los capítulos posteriores.

2.1 Cadena productiva de agregados pétreos

La cadena productiva de los agregados pétreos comprende una secuencia o cadena de actividades

constituidas por diferentes etapas o procesos (Figura 2-1). Los eslabones o fases de esta cadena

inician cuando se obtiene el derecho a la explotación de la fuente, seguido por el proceso de ex-

tracción o arranque de este, luego el acarreo y transporte, para después iniciar la etapa de tritura-

ción, la clasificación del material y finalmente su comercialización. En este documento se hará én-

fasis en las etapas que involucran la extracción o arranque del material, la trituración y clasificación

de dichos materiales, los cuales se detallan a continuación.

Figura 2-1: Esquema general de los procesos dentro de la cadena productiva.

Fuente: editado de Dirección General de Desarrollo Minero (2013).

Extracción: fragmentacion

mecánica o químicaAcarreo y transporte

Trituración y clasificación:

trituradoras y cribasComercializacion

Primer eslabón Primer eslabón Primer eslabón Primer eslabón

14 Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en di-

ferentes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

2.1.1 Extracción

Los materiales pétreos pueden ser extraídos de fuentes aluviales o canteras, es decir de depósitos

no litificados o afloramientos de roca (canteras). El origen del material influye en la forma inicial de

los agregados, siendo más redondeados en las fuentes aluviales que en las canteras.

En la etapa de extracción, el material pétreo se arranca de la fuente para su aprovechamiento,

realizando inicialmente un descapote y retiro de la cobertura vegetal y capa superficial del suelo,

con el fin exponer el material de interés económico, el cual se extrae por medio del uso de explo-

sivos o maquinaria.

Para el proceso de extracción es importante la identificación de la geometría que posee el yaci-

miento, al igual que un pleno entendimiento del efecto de los explosivos sobre el macizo rocoso.

En la cadena productiva de agregados pétreos en canteras, luego del arranque por voladura (Figura

2-2), se reduce el tamaño de los bloques mediante martillo hidráulico y se emplean retroexcava-

doras y volquetas para el manejo de los materiales resultantes (Figura 2-3).

Figura 2-2: Proceso de arranque por voladura

Fuente: Northstone Ltd. (2020)

En la Figura 2-2 se presenta un esquema del proceso de voladura en una cantera y en la Figura 2-3

las fotografías de algunas de las operaciones de extracción del material en las fuentes visitadas en

este trabajo.

Capítulo 2 - Fundamentos Teóricos 15

Figura 2-3: Operaciones de extracción del material.

A) B)

A. Taladros de perforación empleados para voladura, Cantera El Pedregal, Une-Cundinamarca. B. Maquina-

ría recuperando el material después de voladura y martillo hidráulico, Cantera Mosquera. Fuente: Propia.

2.1.2 Trituración y clasificación

Este proceso está enfocado en continuar con la disminución del tamaño del material pétreo, que

ya ha pasado por la voladura y reducción de tamaño con martillo hidráulico. La carga proveniente

de estos dos procesos, ahora sometida a una cadena de trituración y su posterior clasificación (Fi-

gura 2-4).

Figura 2-4: Línea de producción de agregados pétreos.

Fuente: Machine Thug (2018).



El material pétreo pasará inicialmente por una trituradora primaria de mandíbula o giratoria, que

rompen el material para disminuir su tamaño, luego el agregado pasa por unas mesas vibratorias

o cribas de diferentes aberturas, las cuales permiten ir clasificando el material en sunción de su

tamaño. Si algún fragmento continúa presentando una dimensión excesiva, que le impida el paso

por la trituradora secundaria, vuelve a través de una criba a la primera clasificación. En las fases de

trituración secundaria y terciaria, es frecuente el uso de las trituradoras de cono, y entre la fase

secundaria y terciaria, también existen mesas vibratorias que detectan tamaños que no fueron re-

ducidos, y que direccionan el material a pasar por el triturador secundario o terciario.

Las principales trituradoras primarias son conocidas con el nombre de trituradoras de mandíbula,

las cuales funcionan fragmentando los agregados pétreos por impacto del material en medio de

dos mandíbulas, una de ellas fijas y la otra móvil, separadas por un espacio que es más estrecho

hacia el fondo de la máquina. Otra alternativa para el proceso de trituración primaria es el uso de

trituradoras giratorias, la cual consiste en un elemento de forma cónica en acero duro, suspendido

de la base, el cual rota dentro de una cámara de trituración (Figura 2-5).

Figura 2-5: Configuraciones para trituración primaria.

A) B)

A. Esquema de trituradora de mandíbula. B. Trituradora giratoria. Fuente: Kumar (2018).


En la Figura 2-6 se muestra el proceso de suministro de material al interior de una trituradora de

mandíbula, para la etapa de trituración primaria en la Fuente Mosquera.

Figura 2-6: Trituración primara, Fuente Mosquera.

A) B)

A. Descargue del material para trituración primaria. B. Ingreso del material en la trituradora de mandíbulas.

Fuente: propia.

La trituradora de cono se emplea en la fase de trituración secundaria para el material que ya fue

reducido en la eta anterior. El cono usa método de impacto y compresión para la rotura del agre-

gado mediante la rotación de la unidad trituradora. Adicionalmente, existen otras máquinas para

reducir el material, como por ejemplo los rodillos giratorios, el cual comprime el material entre dos

rodillos cilíndricos en rotación; esta unidad es principalmente empleada para materiales finos.



A) B) A. Trituradora de cono. B. Trituradora de rodillo. Fuente: Kumar (2018)

En la Figura 2-7 se muestra las trituradoras de cono empleadas para el proceso de trituración se-

cundaria en las fuentes de Mosquera y Une.

Figura 2-7: Equipos de trituración secundaria, trituradoras de cono

A) B)

A. Trituradora de cono, Fuente Mosquera. B. Trituradora secundaria, Fuente Une. Fuente: propia.

A medida que el material va siendo reducido, es trasladado por medio de bandas transportadoras

hasta las cribas o mesas vibratorias de clasificación. Una vez el material ha completado los procesos


de trituración y clasificación, es almacenado en silos o tolvas, o también, en stockpiles, que hacen

referencia a la acumulación del material en forma de montículos cónicos directamente sobre el

terreno (Figura 2-8).

Figura 2-8: Transporte y acumulación del material

A) B)

A. Mesas clasificadoras del material pétreo, Fuente Mosquera. B. Conformación de stockpiles para almace-

namiento del material, Fuente El Cajón. Fuente: propia.

2.2 Evaluación de calidad de agregados pétreos

Los diferentes parámetros y criterios a tener en cuenta en la evaluación de la calidad del material

pétreo para su uso en capas de pavimentos se encuentran consignados en las normas técnicas del

Instituto Nacional de Vías INVIAS. A continuación, se relacionan las características requeridas por

las normas específicas del INVIAS en Colombia:

Para el uso de agregados en afirmado, las Especificaciones generales de construcción de

carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras (INVIAS, 2012), en su artículo

311-13, señalan las características de dureza, limpieza consignadas en la Tabla 2-1.



Tabla 2-1: Requisitos de los agregados para afirmados.

CARACTERÍSTICA NORMA DE ENSAYO INV

REQUISITO Dureza (O)

Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A), máximo (%) - 500 revolucio-nes

E-218 50

Limpieza (F)

Límite líquido, máximo (%) E-125 40

Índice de plasticidad (%) E-125 y E-126 4 __9

Contenido de terrones de arcilla y partícu-las deleznables, máximo (%)

E-211 2

Contracción lineal E-127 o E-129 Tabla 311-3

Fuente: Artículo 311-13, Fuente: INVIAS (2012).

Como se aprecia en la anterior tabla, el componente de caracterización física (macroscópica) y pe-

trográfica (microscópica) no es tenido en cuenta en la evaluación de calidad, siendo necesario pro-

poner relaciones entre los parámetros de calidad anteriores, por ejemplo, con las caracterizaciones

físicas, mecánicas y petrográficas para una evaluación integral del desempeño.

A nivel de agregados para subbases (Tabla 2-2), bases granulares (Tabla 2-3) y mezclas asfálticas

(Tabla 2-4), se incorporan parámetros adicionales obtenidos a partir de la caracterización físicas,

mecánicas y petrográficas de los materiales.

Tabla 2-2: Requisitos de agregados para subbase granular.

CARACTERÍSTICA NORMA DE EN-SAYO INV

SUB-BASE GRANULAR

Dureza (O) CLASE C CLASE B CLASE A

Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A), máximo (%) -500 revolu-ciones

E-218 50 50 50

Limpieza (F)

Límite líquido, máximo (%) E-125 25 25 25

Índice de plasticidad, máximo (%) E-125 y E-126 6 6 6

Equivalente de arena, mínimo (%) E-133 25 25 25

Contenido de terrones de arcilla y partí-culas deleznables, máximo (%)

E-211 2 2 2

Artículo 320-13 - Subbase Granular. Fuente: INVIAS (2012).


Tabla 2-3: Algunos requisitos de los agregados para bases granulares.


BASE GRANULAR

Dureza (O) CLASE C CLASE B CLASE A

Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A), máximo (%) -500 revoluciones -100 revoluciones

E-218 40 40 35

8 8 7

Limpieza (F)

Límite líquido, máximo (%) E-125 25 _- _-

Índice de plasticidad, máximo (%) E-125 y E-126 3 0 0


Contenido de terrones de arcilla y partí-culas deleznables, máximo (%)

E-211 2 2 2

Geometría de las Partículas (F)

Índice de alargamiento y aplanamiento, máximo (%)

E-230 35 35 35

Caras fracturadas, mínimo (%) -Una cara -Dos caras

E-227 50 70 100

_- 50 70

Angularidad de la fracción fina, mínimo (%)

E-239 _- 35 35

Artículo 330-13. Fuente: INVIAS (2012).

Tabla 2-4: Requisitos para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua


NIVEL DE TRÁNSITO

Dureza, agregado grueso (O) NT1 NT2 NT3

Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A), máximo (%) -Capa de: rodadura/intermedia/base, 500 revoluciones -Capa de: rodadura/intermedia/base,100 revoluciones

E-218

25/35/_- 25/35/35 25/35/35

5/7/_- 5_7_7 5_7_7

Limpieza, gradación combinada (F)

Índice de plasticidad, máximo (%) E-125 y E-126 NP NP NP


Geometría de las Partículas, agregado grueso (F)

Partículas planas y alargadas, relación 5:1, máximo (%)

E-240 10 10 10

Caras fracturadas, mínimo (%) -Una cara: rodadura/intermedia/base -Dos caras: rodadura/intermedia/base E-227

75/60/_- 75/75/60 85/75/60

_-/_-/_- 60/_-/_- 70/_-/_-

Artículo 450-13. Fuente: INVIAS, 2014.



2.3 Efectos de los procesos industriales en las características mi-croscópicas y macroscópicos

La caracterización física y mecánica de los agregados pétreos y su estudio a través petrografía cons-

tituyen las mejores herramientas de las ciencias e ingeniería para comprender el desempeño de

los materiales integrando los ensayos mecánicos y métodos microscópicos. Bajo esta aproximación

es posible caracterizar de manera cualitativa y cuantitativa texturas, mineralogía, formas, dimen-

siones, conteos, birrefringencias y entender el efecto de dichas características sobre el comporta-

miento del agregado, tales como la resistencia a la compresión simple, carga puntual, velocidades

de onda, entre otros.

Por otra parte, los procesos mecánicos influyen en la desintegración de los agregados y la natura-

leza geológica de formación puede incidir en la producción de minerales secundarios, en respuesta

a los procesos del intemperismo posteriores. Esta degradación repercute en el desempeño mecá-

nico en diferentes proporciones, pues en cada etapa del ciclo de vida del material, este es sometido

a diferentes acciones y agentes que lo van transformando y alterando Figura 2-9, mostrando un

comportamiento particular durante su etapa de aprovechamiento en las obras de infraestructura

(Tamayo et al., 1983).

Figura 2-9: Factores asociados con la resistencia a la degradación de los agregados.

Fuente: Tamayo et al. (1983).

Características iniciales:Procesos

formativos, evolutivos, actuantes

Procesos de producción:

Voladura, extracción,

trituración, lavado, clasificación,

almacenamiento, intemperismo

Procesos constructivos:

Transporte, distribución,

mezclado, humedecimiento,

calentamiento, compactación, intemperismo

Comportamiento durante la vida

de servicio: Reacción con

ligantes y aditivos, acción del tráfico,

intemperismo


De los factores observados en la figura anterior, a la salida de los procesos de voladura, extracción

y trituración se obtiene un material un material sometido a unos esfuerzos diferentes a los de for-

mación, inclusive con una resistencia mecánica reducida, presentaran un menor tamaño, un au-

mento de la fricción de las partículas y con un incremento sustancial de las superficies expuestas

agentes de meteorización como el agua. Esto último conlleva a una reducción en la resistencia del

agregado, reduciéndose la fricción la fricción inter e intra particular por efecto del aumento en la

fracción fina (Tamayo et al., 1983).

2.4 Consideraciones sobre caracterización mecánica

2.4.1 Compresión simple

El objetivo del ensayo de compresión simple (RCS) es la determinación de la resistencia de núcleos

de roca intacta en compresión uniaxial. En este ensayo, el espécimen de roca es cortado a una

determinada longitud y se hace un acabado liso/plano en los extremos, luego es colocado en un

marco de carga. La carga axial sobre el espécimen es incrementada y las deformaciones son medi-

das y registradas continuamente como función de la carga hasta la carga pico (falla). La norma

técnica que rige los parámetros y procedimientos de esta prueba es la ASTM D7012-14 (Método

D).

Con los datos anteriores es posible construir un gráfico de esfuerzo deformación (Figura 2-10), en

la dirección axial y radial, en las cuales se aprecia un comportamiento no lineal del esfuerzo defor-

mación a niveles de esfuerzo bajos y altos.

Figura 2-10: Curva esfuerzo deformación para el ensayo de compresión simple

Fuente: ASTM D7012 (2014)



Los parámetros derivados de los resultados de la prueba anterior corresponden a: Resistencia a la

compresión simple 𝑞𝑢, Módulo de Young 𝐸, Relación de Poisson 𝜈, deformación axial 𝜀𝑎 y lateral

𝜀𝑙, los cuales se describen a continuación.

Resistencia a la compresión simple

𝑞𝑢

Donde:

𝑞𝑢 =𝑃

𝐴

- 𝑞𝑢 Resistencia a la compresión uniaxial o simple

(Mpa)

- 𝑃 Carga de falla (kN)

- 𝐴 Área transversal

Deformación axial 𝜀𝑎 Donde:

𝜀𝑎 =∆𝐿

𝐿

- 𝜀𝑎 Deformación axial

- 𝐿 Longitud axial original (no deformada)

- ∆𝐿 Cambio en la longitud axial medido

Deformación lateral 𝜀𝑙

Donde:

𝜀𝑙 =∆𝐷

𝐷

- 𝜀𝑙 Deformación lateral

- 𝐷 Diámetro original (no deformado)

- ∆𝐷 Cambio en el diámetro, donde un incremento en

el diámetro es positivo y una disminución es negativa

Deformación volumétrica 𝜀𝑣 Donde:

𝜀𝑣 = 𝜀𝑎 + 2𝜀𝑙

- 𝜀𝑎 Deformación axial

- 𝜀𝑙 Deformación lateral

Relación de Poisson 𝜈

𝜈 = −𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙

𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙= −

𝐸

𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙


Donde

- 𝐸 Módulo de Young

Módulo de Young 𝐸

El valor del Módulo de Young 𝐸 puede ser calculado con alguno de los siguientes métodos (Figura

2-11): A) módulo tangente a un nivel de esfuerzo que es fijado como algún porcentaje, usualmente

como el 50% de la resistencia máxima. B) pendiente promedio del segmento de línea recta de la

curva esfuerzo deformación. C) Módulo secante, usualmente desde el nivel de esfuerzo cero hasta

algún porcentaje fijo del esfuerzo máximo. Para este trabajo, se ha considerado la pendiente pro-

medio del segmento de línea recta.

Figura 2-11: Estimaciones para el Módulo de Young a partir de la curva 𝜎 - 𝜀

Fuente: ASTM D7012 (2014).

Las constantes elásticas anteriores se emplean para calcular esfuerzos y deformaciones en macizos

rocosos. Sin embargo, cabe señalar que las propiedades de resistencia y deformación en núcleos

de roca medidos en laboratorio por lo general no reflejan exactamente las propiedades in situ a

gran escala, debido a que estas últimas son influenciadas por diaclasas, fallas, heterogeneidades,

planos de debilidad y otros factores. En la Tabla 2-5 se presentan los parámetros elásticos 𝐸 y 𝜈

para algunos tipos de roca.



Tabla 2-5: Parámetros elásticos de algunas rocas

Roca In-

tacta

E Estático,

(kg/cm²) (x105)

E dinámico

(kg/cm²) (x105) ν

Andesita 3,0-4,0 4,6-10,5 0,23-0,32

Arenisca 0,3-6,1 0,5-5,6 0,1-0,4

Basalto 3,2-10 4,1-8,7 0,19-0,38

Cuarcita 2,2-10 0,8-9,9 0,08-0,24

Granito 1,7-7,7 1,0-8,4 0,1-0,4

Grauvaca 4,7-6,3 2,3-10,7 0,25

Caliza 1,5-9,0 0,8-9,9 0,12-0,33

Fuente: González de Vallejo et al. (2002).

Para efectos de valorar los rangos de resistencia a la compresión simple (RCS) del material a partir

de una estimación o índice de campo mediante el uso del martillo geológico, se han considerado

los criterios de categorización establecidos por el ISRM (1981) (Tabla 2-6).

Tabla 2-6: Rangos de RCS a partir de índices de campo.

Clase Descripción Identificación de campo Rango de RCS

(Mpa)

R0 Roca extremada-

mente blanda Se puede marcar con la uña. 0,25 - 1,0

R1 Roca muy blanda La roca se desintegra al golpearla con la

punta del martillo. 1,0 - 5,0

R2 Roca blanda Se talla con dificultad con una navaja. Al golpear con la punta del martillo se pro-

ducen pequeñas marcas. 5,0 - 25

R3 Roca moderadamente

dura

No puede tallarse con la navaja. Puede fracturarse con un golpe fuerte del marti-

llo. 25 - 50

R4 Roca dura Se requiere más de un golpe con el marti-llo para fracturarla.

50 - 100

R5 Roca muy dura Se requieren muchos golpes con el marti-llo para fracturarla.

100 - 250

R6 Roca extremada-

mente dura Al golpearlo con el martillo sólo saltan es-

quirlas. > 250


2.4.2 Índice de Resistencia a la Carga Puntual

El ensayo de carga puntual (IRCP) es empleado como una prueba índice para la clasificación de la

resistencia de materiales rocosos. En este ensayo, especímenes de roca en la forma tanto de nú-

cleos, bloques cortados, o trozos irregulares, son ensayados por medio de la aplicación de una carga

concentrada a través de un par de platinas cónicas truncadas. Poca o ninguna preparación del es-

pécimen es requerido. La norma técnica que rige los parámetros y procedimientos de esta prueba

es la ASTDM D5731-16. Los cálculos para este ensayo se describen a continuación.

Resistencia a la carga puntual no corregida 𝑰𝒔

𝐼𝑠 =𝑃

𝐷𝑒2

Donde:

- 𝑃 Carga de falla (kN).

- 𝐷𝑒 Diámetro equivalente del núcleo, que para un trozo irregular sería (¡Error! No se en-

cuentra el origen de la referencia.): 𝐷𝑒2 = 4𝐴/𝜋, donde 𝐴 = 𝑊𝐷, área transversal mí-

nima. (ver Figura 2-12).

Figura 2-12: Configuración de carga y forma de espécimen para ensayo

Fuente: ASTM D5731-16 (2016)



Factor de corrección por tamaño 𝐹

Dado que 𝐼𝑠 varía como función de 𝐷𝑒, una corrección por tamaño debe ser realizada para obtener

un valor de resistencia a carga puntual único para la muestra de roca, tal que pueda ser empleado

para propósitos de clasificación. Esta corrección aplica para muestras con un diámetro menor a 50

mm.

𝐹 = (𝐷𝑒

50)

0.45

Valor medio del Índice de resistencia a la carga puntual 𝑰𝒔(𝟓𝟎)

𝐼𝑠(50) = 𝐹 ∙ 𝐼𝑠

Donde:

- 𝐹 es el factor de corrección por tamaño

- 𝐼𝑠 es la Resistencia a la carga puntual no corregida

2.4.3 Velocidades de onda

Cuando las ondas se propagan en las rocas, lo hacen dependiendo la densidad y de las propiedades

elásticas de estos materiales. Así mismo, la velocidad de las ondas clasifica a las rocas según su

calidad, los valores entre 1400 y 4200 m/s para onda p están asociados areniscas Tabla 2-7, por

ejemplo, y entre más altas son las velocidades, mayor será la calidad de la roca.

Tabla 2-7: Rango de velocidades de onda p en rocas

Roca sana Velocidad de propaga-

ción de las ondas p (m/s)

Arenisca 1400-4200

Basalto 4500-6500

Caliza 2500-5000

Conglomerado 2500-5000

Cuarcita 5000-6500

Granito 4500-6000

Lutita 1400-3000

Fuente: Goodman (1989)


2.4.4 Descripción petrográfica

La petrografía se fundamenta en la descripción física y composicional de las rocas, usando técnicas

visuales a nivel macroscópico y microscópico. Gracias a la petrografía se puede conocer informa-

ción de los minerales presentes en las rocas, la forma de estos, la textura, componentes de la matriz

y el cemento de las rocas y características cualitativas y cuantitativas de los minerales; rasgos esen-

ciales para estudiar la durabilidad de los agregados pétreos y por consecuente su calidad (Romero,

2010).

Antes de pasar a un nivel microscópico, se realiza un análisis macroscópico de las muestras, en

donde se observa color, textura, estructura, tamaño de los fragmentos, porosidad, meteorización,

entre otros. Para esto se necesitan materiales como lupas con 10 a 20 aumentos, estereomicros-

copio, martillo, ácido clorhídrico diluido al 10%, bisturí.

A continuación, se mencionan los principales criterios para la descripción física y petrográfica.

- Tamaño de partícula: comprende los tamaños de partícula que van desde tamaño arcilla

<0,0039 mm; limo entre 0,062 mm y 0,0039 mm; arena entre 2 mm y 0,062; y gravas para

tamaños mayores de 2 mm.

- Relación de forma: relación entre la longitud del lado más corto y el más largo de un grano,

medido bajo el microscopio, para una muestra no menor a 100 granos en cada sección

delgada.

- Forma: Contempla los conceptos de esfericidad y la redondez, los cuales expresan el efecto

que ha tenido el agua, la meteorización, la erosión, en general los agentes atmosféricos,

sobre los materiales pétreos. Cuando los materiales son sometidos al transporte por agen-

tes como el agua o el viento, se ven afectados por la abrasión entre las mismas partículas,

la cual ira modificando su forma. En la Figura 2-13 se presentan los descriptores para la

redondez y esfericidad en función de la morfología del grano.



Figura 2-13: Forma de los granos en términos de esfericidad y redondez.

Tomado de (Powers & Easterling, 1982).

Otras de las características más relevantes para tener en cuenta en la caracterización de las mues-

tras en este trabajo, corresponde a la porosidad, la cual comprende la distribución de espacios

vacíos de la muestra, es decir propios a su génesis.

La distribución de los porcentajes, que se tienen en cuenta en la caracterización cualitativa, y que

expone Alonso (2006) en Rojas (2017) son las siguientes:

- Porosidad muy baja: menor de 4%.

- Porosidad baja: de 4% a 8%.

- Porosidad media: de 8% a 16%.

- Porosidad alta: de 16% a 32%.

- Porosidad muy alta: mayor de 32%.


Una manera de estimar dichos porcentajes en las secciones delgadas y muestras de mano es a

través de cartas de referencia a partir de la estimación de áreas (Figura 2-14).

Figura 2-14: Estimación cualitativa del porcentaje composicional.

Tomado de Comptom (1985).

La caracterización petrográfica a nivel microscópico requiere la preparación de secciones delgadas

de los materiales y el uso de un microscopio de polarización y epiluminación (microscopia de luz

reflejada) con aumentos de 4X a 100X el cual dispone de una cámara incorporada para la toma de

imágenes. Asimismo, otras técnicas de análisis involucran:

- Difracción de Rayos X (DRX): Es un método que permite el análisis de la estructura crista-

lina de los materiales, usada frecuentemente en el estudio de minerales de la arcilla. Para su apli-

cación se debe contar con un Difractómetro de rayos X, y la muestra del material en tamaño muy

fino (pasa tamiz No 200) (Romero, 2010). Si bien esta herramienta no se empleó en este trabajo,

hace parte de las técnicas a nivel micro. para esta técnica

- Espectroscopia de Fluorescencia de Rayos X (FRX): Esta técnica es amplio uso para cono-

cer la composición de una sustancia gracias a la emisión de rayos X (longitud de onda menor al



espectro de luz visible) de los componentes en la muestra. La muestra puede estar en estado sólido,

polvo o en líquido. Requiere un espectómetro de fluorescencia de rayos X, y muestras preparadas

mediante ignición, en perlas o pastillas (Romero, 2010).

- Microscopía Electrónica de Barrido (SEM: Scanning Electron Microscopy) y Microanálisis

de Rayos X (EDX): Este microscopio usa electrones para formar una imagen, en lugar de luz como

los microscopios convencionales. Entrega imágenes de alta resolución, lo que permite estudiar las

superficies del material con un nivel de detalle muy alto. Adicionalmente, la Microsonda de rayos

X (EDX) entrega la composición elemental de las sustancias. Las herramientas necesarias son bas-

tante sofisticadas, requiriéndose el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), la Microsonda de

Rayos X (EDX) y secciones delgadas metalizadas (Romero, 2010).

3. Estrategia Metodológica

Para lograr los objetivos planteados en este trabajo, se realizó la secuencia mostrada en la Figura

3-1, la cual comprenden la búsqueda de información secundaria, la selección de fuentes de mate-

riales como casos de estudio, la realización de trabajos de campo para recuperación de muestras,

el diseño de la fase experimental en laboratorio, la preparación del material para ensayos y la res-

pectiva caracterización física, geotécnica y petrográfica. Con esta estrategia, se busca adelantar la

caracterización de al menos tres tipos de materiales resultantes del proceso de producción de agre-

gados, abarcando desde su condición in situ en los frentes de explotación, procesos de voladura,

rotura con martillo hidráulico, hasta las operaciones de trituración primaria, secundaria y terciaria).

Figura 3-1: Secuencia de etapas para el desarrollo del estudio

Fuente: propia.

I• Recopilación de información

II• Selección de la fuente

III• Recuperación y selección de muestras después de cada proceso productivo

IV• Preparación de las muestras para caracterización física, elaboración de secciones delgadas, extracción de los núcleos

V

•Descripción física de muestras de mano.

•Análisis petrográfico de secciones delgadas, análisis de muestras en lupa estereomicroscópica

•Ensayos geotécnicos

VI•Consolidación y análisis de resultados



A continuación, se describe cada una de las etapas que componen la estrategia de trabajo de este

estudio.

Etapa I – Recopilación de información secundaria

Esta etapa comprende todo el proceso de revisión bibliográfica y búsqueda de literatura que per-

mita la construcción de un marco conceptual y metodológico del trabajo. Se ha tenido en cuenta

información técnica que aborde las temáticas de caracterización petrográfica, física y mecánica de

materiales de construcción, estándares o normas nacionales e internacionales, además de la infor-

mación brindada por los operadores de las fuentes de material.

Etapa II – Selección de fuentes de material

En esta etapa se identificaron fuentes de materiales involucradas con el suministro de agregados

pétreos para la construcción de carreteras y se contactaron tres (3) fuentes de materiales que per-

mitieron el acceso y el suministro de las muestras para los ensayos de este trabajo. Las fuentes

serán identificadas en adelante, como Une, Mosquera y El Cajón cuya descripción se realiza en

detalle en el Capítulo 4.

Etapa III – Visita de campo y recuperación de muestras

Se realizaron visitas de campo en compañía de la directora del trabajo final de Maestría, a los pun-

tos habilitados por las fuentes, las cuales están localizadas en el departamento de Cundinamarca,

dentro de las municipalidades de Une, Mosquera y Siberia. El objetivo de estas visitas fue identificar

los procesos industriales en cada sitio de explotación y obtener las muestras de cada etapa de pro-

cesamiento.

Se recuperaron muestras in situ, es decir en el frente de explotación, y muestras del material des-

pués de ser sometido a los procesos de voladura, martillo, trituradora primaria, secundaria y ter-

ciaria; algunos de estos procesos se ilustran en la Figura 3-2 y en la Tabla 3-1 se muestra el resumen

de procesos evaluados en cada fuente.

De las condiciones in situ, voladura y martillo, se recuperaron muestras en bloque y de las condi-

ciones de trituración se tomaron muestras en lonas. Las muestras fueron trasladadas a la Facultad

Capítulo 3 - Estrategia Metodológica 35

de Ingeniería de la Universidad Nacional y almacenadas en un espacio dispuesto en el Laboratorio

de Geotecnia, hasta la realización de ensayos.

Figura 3-2: Muestreo y procesos industriales en las fuentes

A) B)

C) D)

A) Muestra después de trituración con martillo hidráulico. B) Embalaje e identificación de muestras en blo-

que. C) Trituración primaria. D)Trituración secundaria.

Fuente: propia

Tabla 3-1: Resumen de condiciones evaluadas

Condición Fuente UNE Fuente Mosquera Fuente Cajón

In-situ x x x

Voladura x x x

Martillo x x

T. Primaria x x x

T. Secundaria x x x

T. Terciaria x x

La x significa el proceso industrial que aplica



Etapa IV – Definición de ensayos y preparación de muestras

El diseño experimental en laboratorio contempló la preparación de las muestras indicadas en la

Tabla 3-2. En total se prepararon 72 núcleos y 18 secciones delgadas.

Tabla 3-2: Diseño experimental en laboratorio

FUENTE UNE CAJON MOSQUERA

Condición No. Núcleos No. S. Delg. No. Núcleos No. S. Delg. No. Núcleos No. S. Delg.

In-situ 7 2 9 2 13 2

Voladura 8 - 9 1 10 1

Martillo N.A. N. A. 4 1 12 1

T. Primaria - 1 - 1 - 1

T. Secundaria - 1 - 1 - 1

T. Terciaria - 1 - 1 N. A. N. A.

Abreviaturas: No.: número; S. Delg.: sección delgada; N.A.: No Aplica

A las muestras en bloque se realiza una descripción macroscópica, empleando lupas de mano, mar-

tillo geológico y demás materiales adecuados para identificar las características litológicas y textu-

rales. Además de la descripción anterior, son preparadas para la extracción de núcleos de roca y la

realización de secciones delgadas (Figura 3-3); este último proceso estuvo a cargo de la empresa

Minerlab Ltda.

Con las secciones delgadas, se lleva a cabo el estudio petrográfico para cada fuente y proceso in-

dustrial, empleando técnicas de microscopía electrónica con los equipos disponibles en el Labora-

torio de Caracterización Litogeoquímica del Departamento de Geociencias de la Universidad Na-

cional.


Figura 3-3: Elaboración sección delgada.

A) B) C)

D)

A) y B) Cortes de muestra con un espesor de 8 mm. C) Pulimiento de muestras. D) Sección delgada final

después de haber sido pulida a un espesor de 30 𝜇𝑚. Fuente: propia.

En cuanto a la extracción de núcleos de muestras de gran tamaño, se realizó con un taladro portátil

del Laboratorio de Estructuras de la Facultad de Ingeniería de Universidad Nacional (Figura 3-4). La

extracción de núcleos se hace de tal forma, que se cumpla con los estándares requeridos para en-

sayos mecánicos de resistencia a compresión simple con deformación controlada, carga puntual y

evaluación de velocidades de onda. Adicionalmente se determinaron propiedades índice como el

peso unitario, peso específico y el contenido de agua en condición natural (humedad).



Figura 3-4: Extracción de núcleos.

A) B)

C)

A) Operación de taladro extractor de núcleos. B) Extracción del núcleo de roca de la muestra en bloque. C)

Núcleos de roca. Fuente: propia

Adicionalmente, para las fracciones de materiales obtenidos de trituración secundaria y terciaria

que lo permitieron, se evaluó la dureza a través de ensayos de resistencia al desgaste en Máquina

de Los Ángeles.

Etapa V – Caracterización de los materiales

En esta etapa se lleva a cabo la caracterización de las muestras mediante una descripción física,

análisis petrográfico, propiedades índices y ensayos de resistencia mecánica. La caracterización de

estos materiales fue realizada acorde con lo estipulado en la norma ASTM C295 (ASTM


C295/C295M-19, 2019) y el Manual de Petrografía Aplicada al Estudio de Materiales Pétreos (Ro-

mero, 2010).

Se evaluaron parámetros tales como, la clasificación de forma en los clastos (Powers & Easterling,

1982), el tamaño de partículas y estimación de la porosidad (Terry & Chilingar, 1955), para la ca-

racterización física y petrográfica (a través del software libre imageJ (Rueden et al., 2017)).

- Caracterización física

Comprende la descripción visual de la muestra por medio de lupa de mano y lupa estereomicros-

cópica, identificándose el color, textura, porosidad, minerales y relación composicional visual,

grado de meteorización, relación de resistencia con el martillo geológico (Figura 3-5).

Figura 3-5: Caracterización física de muestras.

A)



B)

A) Muestra de mano con lupa de bolsillo. B) Muestras de mano bajo el estereomicroscopio. Fuente: propia

- Caracterización petrográfica de las muestras bajo sección delgada

Abarca la descripción de las secciones delgadas a través del microscopio petrográfico (Figura 3-6)

de textura, color, porosidad, mineralogía, composición de la roca, relación de forma en los minera-

les, identificación de fracturas o características relevantes.

Para este trabajo, la petrografía se hizo a través de un microscopio óptico, facilitado por el Depar-

tamento de Geociencias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. La petrografía se

desarrolló empleando cámara digital de alta resolución para la captura de imágenes y el análisis de

éstas se llevó a cabo en el software libre ImageJ y Motic. En total, se tomaron 1988 microfotografías

digitales (Tabla 3-3), con un promedio de 110 fotos por sección delgada.

Tabla 3-3: Número de microfotografías tomadas.


Condición Microfotografías Microfotografías Microfotografías

In situ 170 100 161

Voladura 0 100 103

Martillo N.A. 100 109

T. Primaria 162 118 121



Condición Microfotografías Microfotografías Microfotografías

T. Secundaria 156 106 143

T. Terciaria 188 161 N.A.

Total 676 685 637

N.A.: No Aplica

De igual forma, a las muestras se le evalúan aspectos geométricos de sus partículas, midiendo al-

tura, ancho y largo, con el fin de observar cambios relevantes en su forma conforme al proceso de

conminución al que fueron sometidos (trituración primaria, secundaria o terciaria). Adicional-

mente, se estimó la relación de clastos/matriz/poros por medio de conteo sistemático de por lo

menos 100 puntos en las secciones delgadas.

Figura 3-6: Petrografía de sección delgada.

A) B)



C) D)

A) Microscopio petrográfico. B) Sección delgada sobre la platina giratoria. C) y D) Imágenes de la sección

delgada a través de los objetivos del microscopio. Fuente: propia.

- Caracterización mecánica de las muestras

Esta etapa comprende una campaña de caracterización realizada en las instalaciones del laborato-

rio de Geotecnia de la Universidad Nacional laboratorio (Figura 3-7), y busca la determinación de

propiedades índice (peso unitario, gravedad específica, humedad), parámetros elásticos (módulo

de elasticidad (𝐸), relación de Poisson (𝜈)), resistencia a la compresión simple, desgaste en Má-

quina de los Ángeles y medición de velocidad de onda p y s.


Figura 3-7: Ensayos de caracterización mecánica

A) B)

C) D)



E) F)

G) H)

A) Ensayo de carga puntual. B) Medición velocidad de onda. C) Preparación de muestra para ensayo de

compresión simple. D) Ensayo de compresión simple con deformación controlada. E) y F) Muestras de nú-

cleos con galgas instaladas para conectarlas al Puente de Wheatstone. G) Máquina de compresión ELE, con

velocidad de aplicación de carga graduable. H) Circuito Puente de Wheatstone. Fuente: propia.

Sobre los núcleos se llevó a cabo la medición de resistencia a compresión uniaxial con medición de

deformaciones en dos direcciones, conforme al procedimiento establecido en la norma ASTM


D7012 (2014), método C. Para la medición de la deformación se usaron galgas extensiométricas

de membrana para uso en materiales varios, referencia Kyowa, con una resistencia de 120 ohm y

longitud de 2cm; cada una funciona como un deformímetro eléctrico que permite registrar la de-

formación en el eje vertical y horizontal de la muestra. Las galgas son calibradores de tensión de

lámina, las cuales garantizan la medición de los cambios en la deformación de las muestras; dichos

cambios son visualizados a través del Puente de Wheatstone, el cual funciona como un circuito

eléctrico capaz de medir resistencias desconocidas que, para este caso, permite que sean visibles

las magnitudes de las deformaciones en cada eje a medida que se aplica la carga. Finalmente, la

máquina para compresión usada en este trabajo fue facilitada por el laboratorio de Geotecnia de

la Universidad Nacional de Colombia, un equipo de referencia ELE International, con una capacidad

de carga de 100 toneladas.

Etapa VI – Consolidación y análisis de la información

Esta etapa abarca todo el proceso de consolidación de información obtenida en las diferentes prue-

bas de caracterización y trabajo experimental, organizando, validando y procesando todos los da-

tos obtenidos.

Con la integración de los resultados de todos los ensayos y prácticas experimentales, se busca iden-

tificar cambios relevantes en las características de las muestras para cada fuente en las diferentes

fases de producción.

4. Descripción de fuentes de materiales

Para este trabajo se tuvo acceso a tres (3) fuentes de material enfocadas en la producción de agre-

gados pétreos para vías. Todas las fuentes se encuentran en el departamento de Cundinamarca,

cerca de la ciudad de Bogotá, explotando mantos de rocas sedimentarias detríticas.

Tabla 4-1: Generalidades de las fuentes de material seleccionadas.

Fuente Sitio Propietario/Operador Municipio Yacimiento

Une Cantera El Pedregal

Gravillera Albania S.A. Une Formación Une

Mos-quera

Reservado Reservado Mosquera Grupo Guadalupe – Formación Arenisca Dura; Formación Plaeners

El Cajón Cantera El Cajón

Asfaltos y Triturados de la Sá-bana - ATS S.A.

Madrid Grupo Guadalupe – Forma-ción Plaeners

Fuente: propia.

El estudio ha sido desarrollado en el área de la Cordillera Oriental, específicamente en la Sabana

de Bogotá y alrededores, en una zona enmarcada por rocas sedimentarias de edad cretácica, pa-

leógena y cuaternaria, siendo los materiales de interés económico niveles competentes de las se-

cuencias de la Formación Une, y rocas del Grupo Guadalupe, específicamente las formaciones Plae-

ners y Arenisca Dura, todas de edad cretácica (Figura 4-1). Estos materiales se encuentran interca-

lados con rocas lodosas y son cubiertos por depósitos y suelos residuales de diferente espesor los

cuales conforman los estériles de las explotaciones.



Figura 4-1: Fuentes de material y unidades geológicas que enmarcan la Sabana de Bogotá.

Fuente: construido a partir de otros autores.

A nivel geomorfológico se resalta que, dadas las características litológicas de las diferentes unida-

des geológicas anteriores, las fuentes se enmarcan en zonas de relieve colinado a montañoso, es

decir expresiones morfológicas fuertes y sobresalientes a causa de la resistencia a la degradación

de los materiales. De acuerdo con la historia de deformación de las zonas, estas secuencias sedi-

mentarias pueden conformar pliegues anticlinales, sinclinales u homoclinales, afectados por un

marcado fallamiento que influencia la resistencia de los macizos rocosos explotados. De esta ma-

nera se han configurado las diferentes sierras estructurales (anticlinales, sinclinales) y lomeríos,

sobre los cuales el ser humano ha intervenido y cambiado la morfología en las canteras (Figura

4-2).

Capítulo 4 – Fuentes de material 49

Figura 4-2: Unidades geomorfológicas identificadas en el área de las fuentes.

Fuente: construido a partir de otros autores.

A continuación, se describen de manera más detalladas las diferentes fuentes de material haciendo

énfasis en las características litológicas y estructurales del yacimiento.

4.1 Fuente Une

Localizada a aproximadamente 50 km por carretera de la ciudad de Bogotá, por la salida suroriental

hacia la localidad de Usme y el municipio de Chipaque, la fuente denominada Une (Cantera El Pe-

dregal) es un título en etapa de explotación propiedad de la empresa Gravillera Albania S.A., foca-

lizada en la producción de agregados para concretos y materiales de base y subbase granulares. Se

encuentra en la jurisdicción del municipio de Une, veredas Timacita y Hoya de Carrillo, departa-

mento de Cundinamarca, cerca al límite con Chipaque y Cáqueza (Figura 4-3), sobre la vía Chipaque

- Une. En la Figura 4-4 se presenta una vista general de la explotación minera para esta fuente de

material.



Figura 4-3: Localización Fuente Une.

Fuente: propia

Figura 4-4: Panorámica Fuente Une.

Tomado de Sanabria (2019).

En la fuente afloran suelos y depósitos de origen natural (coluviones y flujos fluviotorrenciales an-

tiguos) (Figura 4-5), como también rellenos antrópicos, y el yacimiento está conformado por una


secuencia de rocas detríticas, constituidas por niveles de areniscas intercalados con paquetes de

lodolitas (lutitas) y limolitas pertenecientes a la unidad Formación Une o Arenisca de Une.

Figura 4-6) se identifican en la base areniscas de color gris de grano fino a medio y capas delgadas

de lodolitas negras, luego paquetes de arenisca intercalados con lodolitas (lutitas), seguidas por

intercalaciones de niveles de cuarzoarenitas cementadas, con tamaño de grano medio a grueso de

resistencia dura a moderada y lodolitas ricas en materia orgánica (lutitas carbonosas). Los materia-

les de interés económico corresponden a los mantos de arenisca, mientras que las secuencias de

lodolitas son materiales estériles los cuales son dispuestos en la ZODME.

Figura 4-5: Frentes de explotación, Fuente Une

A) B)

A) y B) Panorámica del frente de explotación en el cual afloran rocas de duras (F) y moderadamente duras

(H2). A) tomado de Sanabria (2019), B) Fuente: propia.

Figura 4-6: Secuencias estratigráficas, Fuente Une.

A) B)

A) y B) Secuencia estratigráfica en los frentes. Los niveles oscuros corresponden a capas de lutitas, mientras

que los segmentos claros son areniscas. A) Tomado de Sanabria (2019), B) Fuente: propia.



En cuanto a los rasgos estructurales, a nivel local, se identifica un pliegue de tipo homoclinal con

una orientación promedio de N39E/19NW, el cual se extiende desde la cantera hasta la población

de Une. Este pliegue y el conjunto del macizo rocoso se encuentra afectado por diferentes fallas

locales de tipo normal y de rumbo (Figura 4-7).

Figura 4-7: Vista panorámica de la fuente y afloramiento, Une.

A) B)

A). Disposición estructural de las capas en un pliegue tipo homoclinal. B) Afectación del macizo rocoso por

fallamiento. A) Tomado de Sanabria (2019).

En esta fuente se llevan a cabo los procesos de arranque por voladura, luego reducción del tamaño

con martillo hidráulico y finalmente los procesos de trituración primaria, secundaria y terciaria para

la reducción de tamaños. En la Figura 4-8 se ilustran algunas de estas operaciones y en la Tabla 4-

2 las muestras recuperadas en cada proceso.


Figura 4-8: Procesos industriales en la Fuente Une.

A) B)

C) D)

A) Frente después de voladura. B) Imagen de la unidad de trituración primaria. C) Trituración secundaria. C)

Trituración Terciaria. Fuente: propia.

Tabla 4-2: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción para la Fuente Une.

Fuente o Can-tera

Proceso Muestra

Tamaño de muestra

después de trituración

Sección del-gada

Une

In situ P1U Si

Voladura P2U No

Trituradora primaria UNE I 6” Si

Trituradora secundaria UNE II 5” – 4” Si

Trituradora terciaria UNE III 2” Si



4.2 Fuente Mosquera

Localizada a aproximadamente 30 km por carretera de la ciudad de Bogotá, por la salida occidental

hacia el municipio de Mosquera. La fuente denominada Mosquera es un título en etapa de explo-

tación y que por motivos de confidencialidad sus titulares son reservados para este trabajo. Foca-

lizada en la producción de agregados para recebos, rajón, bases y sub-bases granulares y arenas y

gravas de trituración para mezclas asfálticas. Se encuentra en la jurisdicción del municipio de Ma-

drid, vereda Balsillas, departamento de Cundinamarca, cerca al límite con Tenjo, vía Mosquera La

Mesa (Figura 4-9).

Figura 4-9: Localización Fuente Mosquera.

Fuente: propia.

En esta fuente afloran suelos, depósitos de origen natural (coluviones), rellenos antrópicos, y rocas

cretácicas y cenozoicas de tipo detrítico con una litología variada, pertenecientes al Grupo Guada-

lupe (formaciones Arenisca Dura, Plaeners) y la Formación Balsillas (unidad más reciente) (Figura

4-10).


Figura 4-10: Frente de explotación Fuente Mosquera.

Fuente: propia.

Uno de los yacimientos está conformado por la unidad Arenisca Dura (Figura 4-11), la cual alcanza

un espesor de 90 m y está representada por bancos de gran espesor, de 3 a 5 m, de arenisca silícea

de color blanco, amarillento a ocre, de grano fino a medio, compacta y de cemento silíceo, con

alternancia de capas finas de arcillolitas grises a amarillentas y bancos de limolitas grises. De esta

secuencia se extraen los agregados gravas de cantera.

Figura 4-11: Afloramientos de la unidad Arenisca Dura.

Fuente: reservada por motivos de confidencialidad.



La Formación Plaeners (Figura 4-12), aflora en toda la extensión de la cantera, con un espesor pro-

medio de 35 m, y se caracteriza hacia su base por ser una secuencia de liditas silíceas amarillentas

grises, cuyos niveles presentan fracturas en bloques regulares casi simétricos, intercaladas con lá-

minas de arcillolitas delgados (3-5 cm de espesor). Hacia la parte superior se identifica un segmento

conformado por estratos de arcillolitas de color crema intercalados con capas delgadas de limolitas

(40 cm) y liditas. De esta unidad se extraen los materiales denominados como recebos.

Figura 4-12: Afloramientos de la Formación Plaeners.


La Formación Balsillas, aflora en sectores aislados y de menor extensión en el área de la cantera,

cubriendo las rocas de la Formación Plaeners (Figura 4-13), en contacto discordante. Es la unidad

más superficial y reciente, constituida por depósitos coluviales antiguos intercalados con paleosue-

los arcillo-limosos, con espesor de 5 a 8m y con coloraciones que van desde el rojo, marrón hasta

negro en la base y techo. Estos materiales son considerados como estériles.


Figura 4-13: Afloramiento Formación Balsillas.


En cuanto a geología estructural, en el área del título se han identificado fallas de tipo inverso, con

un rumbo N-S, afectando los materiales de la Formación arenisca Dura y Plaeners, además de fallas

normales y satélites. Asimismo, se identifican pliegues de tipo anticlinal y sinclinal afectando las

unidades del Grupo Guadalupe (Formación Arenisca Dura y Plaeners).


de bloques con martillo hidráulico y finalmente los procesos de trituración primaria y secundaria

para la reducción de tamaños de partículas. En la Figura 4-14 se ilustran algunas de estas operacio-

nes y en la Tabla 4-3 las muestras recuperadas en cada proceso.



Figura 4-14: Procesos industriales, Fuente Mosquera.

A) B)

C) D)

A) Reducción de tamaño por martillo hidráulico. B) trituración primaria. C) Cono para trituración secunda-

ria. D) Unidad de trituración secundaria. Fuente: propia.


Tabla 4-3: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción.

Fuente o Can-tera

Proceso Muestra

Tamaño de muestra


Sección del-gada

Mosquera

In situ P1M Si

Voladura P2M Si

Voladura y martillo P3M Si

Trituradora primaria MOS I 6” – 5” Si

Trituradora secundaria MOS II 2” – 2½” Si

4.3 Fuente El Cajón

Localizada a aproximadamente 30 km por carretera de la ciudad de Bogotá, por la salida norocci-

dental hacia el municipio de El Rosal (Figura 4-15). La fuente denominada El Cajón (Cantera El Ca-

jón) es un título en etapa de explotación, propiedad de la empresa Asfaltos y Triturados de la Sá-

bana - ATS S.A., focalizada en la producción de agregados para concreto, filtros y materiales de

base y subbase granulares (Figura 4-16). Se encuentra en la jurisdicción del municipio de Madrid,

vereda La Punta, departamento de Cundinamarca, cerca al límite con Tenjo, sobre la vía Bogotá –

El Rosal (Figura 4-15).

Figura 4-15: Localización Fuente El Cajón.

Fuente: propia.



Figura 4-16: Operaciones en los frentes de trabajo, fuente El Cajón.

A) B)

A) Frente de explotación Fuente El Cajón. B) Cargue de material. Fuente: propia.

En esta cantera afloran materiales del Grupo Guadalupe, en particular la Formación Plaeners, cu-

biertos por suelos residuales de poco espesor y depósitos coluviales. El yacimiento de la fuente

está conformado por arcillolitas laminadas de dureza baja y resistencia débil, paquetes de limolitas

silíceas (liditas) en estratos de 5 y 20m de colores crema, grises claros; areniscas masivas blancas,

grises, gris verdoso y negras, de grano fino a medio, compactas y duras (Correa, 2013) (Figura 4-17).

El espesor de la secuencia alcanza los 120-140 m, siendo los materiales de interés económico las

limolitas silíceas o liditas y las areniscas, mientras que los niveles arcillolitas conforman los estériles.

Figura 4-17: Afloramientos de liditas y secuencia estratigráfica.

A) B)

A) Secuencia de liditas intercaladas con lodolitas. B) Columna estratigráfica generalizada donde resalta el

nivel de areniscas. Fuente: Correa (2013).


En las inmediaciones del cerro donde aflora los materiales rocosos, se identifican depósitos de te-

rraza alta que conforman la topografía plana y están constituidos por gravas, cantos angulares de

rocas sedimentaria alternado con arcillas y limos de color café, amarillo y rojizo (Correa, 2013).

A nivel estructural en el área del título, se identifica un pliegue de tipo anticlinal cuyo eje está ali-

neado N30° y 50°E, con buzamientos leves en sus flancos, de igual manera se identifica la presencia

de una falla normal y estructuras menores asociadas, responsables de generar un brechamiento en

las liditas (Figura 4-18) (Correa, 2013).

Figura 4-18: Zonas de afectación tectónica, fuente El Cajón.

A) B)

A) zonas de afectación tectónica induciendo fallamiento. B) Brechamiento de liditas por fallamiento.

Fuente: Correa (2013).


de bloque con martillo hidráulico y finalmente los procesos de trituración primaria, secundaria y

terciaria para la reducción de tamaños de partículas. En la Figura 4-19 se ilustran algunas de estas

operaciones y en la Tabla 4-4 las muestras recuperadas en cada proceso.



Figura 4-19: Procesos industriales, Fuente El Cajón.

A) B)

A) Unidad de trituración primaria. B) Unidad de trituración secundaria. Fuente: propia.

Tabla 4-4: Muestras recuperadas en los diferentes procesos de producción.

Fuente o Can-tera

Proceso Muestra

Tamaño de muestra


Sección del-gada

El Cajón

In situ P1C Si

Voladura P2C Si

Voladura y martillo P3C Si

Trituradora primaria CAJÓN I 6” Si

Trituradora secundaria CAJÓN II 5” – 4” Si

Triturados terciaria CAJÓN III 4” – 3” Si

5. Resultados de caracterización de materiales

Este capítulo presenta los resultados obtenidos de la caracterización física, petrográfica y mecánica

para los materiales de cada una de las tres fuentes estudiadas, y a su vez en las diferentes etapas

de la explotación, es decir en los frentes de arranque de material, arranque por voladura, disminu-

ción de tamaños por martillo hidráulico y finalmente los procesos de conminución (trituración pri-

maria, secundaria y terciaria).

5.1 Fuente Une

En los siguientes numerales se presentan los resultados de la descripción y caracterización de las

muestras para la Fuente Une en sus diferentes procesos de producción.

5.1.1 Caracterización física

Se presentan para la Fuente Une las descripciones físicas de las muestras en el frente de explota-

ción (in situ) y aquellas sometidas al proceso de voladura.

5.1.1.1 Muestra in situ (P1U)

La muestra tomada in situ (Figura 5-1 y

Figura 5-2) es una roca sedimentaria, masiva y homogénea, secuencial (seriada), compuesta textu-

ralmente por clastos con tamaño de grano muy fino a fino, subredondeados a redondeados, alta

esfericidad; los granos de cuarzo están altamente entrabados y matriz-soportados. Las relaciones

apreciadas en muestra macro de clastos, matriz y poros es de 91/4/5 respectivamente, su color

normalmente es gris claro 5BP7/1 con bandeamientos color café generados por el óxido; desarrolla

color rosado 5R7/1, atribuido a la presencia de óxidos de hierro en la matriz. Los clastos se compo-

nen principalmente de cuarzo y la matriz de materiales tamaño limos-arcillas.



La muestra fue tomada en el horizonte IB según González de Vallejo et al., (2002a); el grado de

meteorización se correlaciona a un 10% que indica una meteorización ligera. La resistencia es R5

muy dura correlacionable a 100MPa de capacidad (González de Vallejo et al., 2002).

Figura 5-1: Observación de muestras de mano.

A) B)

A) Superficie de muestra de mano in situ. B. Tamaño de los clastos.

Figura 5-2: Imágenes bajo estereomicroscopio de muestras de mano.

A) B)

A.B. Imágenes estereoscópicas que muestran la disposición de los granos y la relación clastos y matriz en la

muestra in situ.

Capítulo 5 – Resultados de caracterización de 65

5.1.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2U)

La muestra expuesta a voladura (Figura 5-3) es una roca sedimentaria, masiva y homogénea, se-

cuencial (seriada), compuesta texturalmente por clastos con tamaño de grano muy fino a fino, su-

bredondeados a redondeados, con alta esfericidad. Los granos de cuarzo están altamente entraba-

dos; la muestra es matriz-soportada y las relaciones apreciadas de clastos, matriz y poros es 91/5/4

respectivamente, su color normalmente es marrón grisáceo oscuro (2.5YR 7/2). Los clastos se com-

ponen principalmente de cuarzo, localmente calcedonia y en la matriz materiales tamaño limo-

arcilla; la porosidad apreciable es muy baja.

La muestra fue tomada en el horizonte IB según González de Vallejo et al., (2002a), el grado de

meteorización es menor al 10% lo que indica una muy baja meteorización; la rugosidad en la mues-

tra es moderada. La roca presenta leves fracturamientos en direcciones paralelas y perpendiculares

a la estratificación, lo cual se aprecia de forma clara después de la voladura. La resistencia es R6,

correspondiente a una roca muy dura.

Figura 5-3: Observación de muestras de mano.

A) B)



C)

A). Muestra de mano expuesta a voladura. B). Superficie de la muestra. C). Tamaño de los clastos.

5.1.2 Caracterización petrográfica

A continuación, se presentan las descripciones de los materiales a partir de las diferentes secciones

delgadas realizadas para las muestras recuperadas del frente de explotación (in situ), posterior al

proceso de voladura, y finalmente a la salida de las fases de conminución primaria, secundaria y

terciaria.

5.1.2.1 Muestra in situ (P1U)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, supermadura, el pro-

ceso de litificación muestra disolución y reemplazamiento entre los granos de cuarzo, un contacto

tipo suturado (Figura 5-4). Los clastos no presentan orientación preferencial, la relación clastos,

matriz y poros es de 98/1/1 respectivamente, la porosidad es muy baja, no presenta fracturas aso-

ciadas a esfuerzos.


Figura 5-4: Secciones delgadas muestra P1U.

A) B)

C) D)

Secciones delgadas de muestras in situ de la fuente de Une, escala 200 µm bajo nicoles cruzados (NX). A. Se

señala la moscovita y cuarzo con disolución por presión. B. Se señala cuarzo con disolución por presión y

líticos de rocas sedimentarias compuestos por cuarzo. C. Se señalan cuarzos por disolución y reemplaza-

miento de granos en naranja, y cuarzos de disolución por presión en rojo. D. Se señalan cristales de zirco-

nes.

A nivel de especies minerales identificada se encuentra:

- Cuarzo de disolución y reemplazamiento: El contenido mineral en la muestra es del 87.6%.

La esfericidad varía de esférico a subdiscoidal y la redondez de anguloso a subangular, pero

estas características se encuentran un poco afectadas por la disolución y reemplazamiento

en los cuarzos como respuesta a los procesos de diagénesis. El rango de los tamaños es

ampliamente variable, son comunes los siguientes tamaños 200 µm *800 µm y 600 µm *

800 µm.

- Moscovita: El contenido mineral de este mineral en la muestra es del 5%. La sección pre-

senta cristales característicos de las micas en forma alargada, cuyas dimensiones varían



entre 500 µm * 50 µm hasta 600 µm * 70 µm, algunas conservan su forma tabular, mientras

que otras presentan una leve deformación, lo cual se asocia al transporte.

- Líticos: Los líticos son sedimentarios y están compuestos de clastos de cuarzo. El contenido

mineral de los líticos en la muestra es del 4%. La redondez varía de anguloso a subanguloso

y la esfericidad de prismático y esférico. El tamaño varía 200 µm * 200 µm.

- Arcillas: El contenido mineral en la muestra es del 0.4%. La esfericidad y redondez no son

apreciables.

- Zircones: La cantidad porcentual del mineral en la roca es del 3%. La esfericidad varía entre

prismático y subprismático, la redondez varía de subanguloso a bien redondeado. El ta-

maño de los cristales de zircones varía de 30 µm * 150 µm.

- La cantidad de poros identificado en la sección delgada es del 2%.

La muestra texturalmente es una arenisca (Folk, 1980), mientras que composicionalmente corres-

ponde a una cuarzoarenita (Pettijohn et al., 1987), es decir el tamaño del material que conforma la

roca es predominantemente arena y el término cuarzoarenita hace referencia a su composición,

además de que puede brindar información acerca de las fuentes aportantes a la formación de esta.

La muestra se compone principalmente de cuarzo, con moderados procesos de litificación que han

generado recristalización, lo cual indica un aumento marcado en la dureza del material evitando

que este tenga un comportamiento deleznable. Además, la porosidad es casi nula y tiene bajo con-

tenido de matriz por lo que no se encuentra susceptible a aumentar la porosidad con los procesos

industriales, por ejemplo.

5.1.2.2 Muestra obtenida después de la trituración Primaria (UNE I)

Corresponde a una roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, su-

per madura. Asociado al proceso de trituración primaria, la muestra no experimenta cambios tex-

turales (Figura 5-5), pues se preservan todas las características de la fábrica respecto a la muestra

original; la relación de clastos, matriz y poros es de 98/1/1 respectivamente.


Figura 5-5: Secciones delgadas muestra UNE I.

A) B)

C) D)

E) F)

Escala 200 µm. A. B. C. D. E. F. Se muestra en rojo los clastos de cuarzo monocristalinos, policristalinos, po-

ros y líticos con sus respectivos tamaños, en amarillo las trazas de óxidos de hierro.

Especies minerales identificadas:



- Cuarzo: La esfericidad varía de esférico a subdiscoidal y la redondez de anguloso a suban-

gular, el tamaño de los clastos oscila entre 200 µm *800 µm y 600 µm * 800 µm.

- Moscovita: Los cristales preservan la forma de mica alargada, las dimensiones varían entre

500 µm * 50 µm hasta 600 µm * 70 µm.

- Líticos: Los líticos presentan redondez que varía de anguloso a subanguloso y la esfericidad

de prismático y esférico. El tamaño varía 200 µm * 200 µm.

- Zircones: La esfericidad varía de prismático y subprismático, la redondez entre subanguloso

a bien redondeado. El tamaño de los cristales de zircones varía de 30 µm * 150 µm

El proceso de trituración no genera cambios físicos importantes, tales como fracturamiento, reduc-

ción de tamaños en los clastos o recristalización. Texturalmente es una arenisca (Folk, 1980) y,

composicionalmente se mantiene como una cuarzoarenita (Pettijohn et al., 1987). No desarrolla

fracturas y tampoco aumento en la porosidad, esto permite identificar que el material es resistente

al proceso de trituración primaria.

5.1.2.3 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (UNE II)

Roca sedimentaria clástica litificada, con estructura masiva, muy bien ordenada. La muestra some-

tida al proceso de trituración secundaria no muestra cambios en la fábrica, presentando un estado

similar al de la muestra del proceso anterior: no hay cambios en la relación clastos, matriz y poros

(98/1/1), o variaciones en el tamaño de clastos y tipo de contacto entre éstos (Figura 5-6).


Figura 5-6: Secciones delgadas muestra UNE II.

A) B)

C) D)

E) F)



G) H) Escala 200 µm. A. B. C. D. E. F. Se muestra en rojo los clastos de cuarzo monocristalinos y policristalinos,

mientras que, en color amarillo, los poros, cristales de moscovita, líticos de cuarzo, óxidos de hierro y arci-

llas con sus respectivos tamaños.


- Cuarzo: la esfericidad varía de esférico a subdiscoidal y la redondez de anguloso a suban-

gular. El rango de los tamaños oscila entre 200 µm *800 µm y 600 µm * 800 µm.

- Moscovita: las micas preservan la forma alargada, ligeramente deformadas, las dimensio-

nes varían entre 200 µm * 50 µm hasta 600 µm * 70 µm.

- Líticos: tienen redondez que varía de anguloso a subanguloso y esfericidad de prismático y

esférico. El tamaño varía 200 µm * 200 µm.

- Zircones: la esfericidad varía entre prismático y subprismático, la redondez varía de suban-

guloso a bien redondeado. El tamaño de los cristales de zircones varía de 30 µm * 150 µm.

No se aprecian cambios físicos en la textura y relaciones matriz clastos de la muestra clasificada

como una arenisca (Folk, 1980) y se mantiene composicionalmente como una cuarzoarenita (Pet-

tijohn et al., 1987).

5.1.2.4 Muestra obtenida después de la trituración terciaria (UNE III)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, super madura, sometida al proceso de tri-

turación terciaria sin apreciarse cambios significativos en la fábrica, que impliquen variaciones en


la relación de clastos, matriz y poros, la cual se mantiene en 98/1/1 respectivamente. Tampoco se

aprecia fracturamiento de clastos, reducción de tamaño, cambios en los tipos de contactos, diso-

lución o recristalización, ni orientación preferencial en toda la muestra (Figura 5-7).

Figura 5-7: Secciones delgadas UNE III.

A) B)

C) D)

E) F) Escala 200 µm. A. B. C. D. E. F. Se señalan en rojo los clastos de cuarzo monocristalino y policristalino, mien-

tras que, en amarillo se indican los poros, líticos y moscovitas, todos con sus respectivos tamaños.




- Cuarzo: La esfericidad varía de esférica a subdiscoidal y la redondez de anguloso a suban-

gular. El rango de tamaño en los clastos oscila entre 200 µm *800 µm y 600 µm * 800 µm.

- Moscovita: Los clastos son de forma tabular, ligeramente deformadas, las dimensiones va-

rían entre 500 µm * 50 µm hasta 600 µm * 70 µm.

- Líticos: La redondez varía de anguloso a subanguloso y la esfericidad de prismático y esfé-

rico. El tamaño oscila entre 200 µm * 200 µm hasta 300 µm * 300 µm.

- Zircones: La esfericidad varía entre prismático y subprismático, la redondez varía de suban-

guloso a bien redondeado. El tamaño común en los clastos es 30 µm * 150 µm.

A la salida del proceso de trituración terciaria, la muestra no presenta cambios en la fábrica, por lo

que texturalmente se clasifica como arenisca (Folk, 1980), y composicionalmente como cuarzoare-

nita (Pettijohn et al., 1987).

Las mediciones observadas en las imágenes de las secciones delgadas mostradas en las anteriores

figuras se hicieron para determinar una relación de forma calculada a partir de la medición en cada

grano de su longitud más corta y más larga. Se midieron más de 100 granos para las muestras de

cada proceso. Las relaciones de formas encontradas para la fuente de material pétreo de Une se

observan en la Tabla 5-1.

Tabla 5-1: Valores de relación de forma, Fuente Une.

Fuente o Can-tera

Proceso Muestra Valores de relación de forma observada en

petrografía

UNE

In situ P1U De 0.4 a 0.9

Trituradora pri-maria

UNE I De 0.4 a 1.0

Trituradora se-cundaria

UNE II De 0.5 a 1.0

Trituradora ter-ciaria

UNE III De 0.4 a 1.0


5.1.3 Caracterización mecánica

En la Tabla 5-2 se presentan los resultados obtenidos para velocidad de onda p y s, resistencia a la

compresión simple por medio de carga puntual, módulo de elasticidad (Figura 5-8 y Figura 5-9),

coeficiente de Poisson y desgaste en Máquina de los Ángeles (DMA). Complementariamente, se

presentan los resultados de peso unitario, gravedad específica, humedad, para cada muestra. Los

ensayos fueron adelantados en las muestras cuyas características y dimensiones eran adecuadas,

aquellas que no cumplían con algunos requisitos de dimensiones que exigen los estándares y guías

de ensayo, en la Tabla 5-2 se identifican como “No Aplica (N.A.)”.

Tabla 5-2: Resultados de caracterización geotécnica y propiedades índice para la Fuente Une.

Proceso Mues-

tra γ

(g/cm3) Gs

w (%)

Vp (m/s)

Vs (m/s)

que (*) (MPa)

qu (**) (MPa)

Is(50) (MPa)

E (MPa) ν DMA (%)

In situ P1U 2,88 2,52 0,15 2618,0 1112,0 70,2 235,5 11,8 37209,08 0,05 N.A.

Voladura P2U 2,79 2,52 0,24 2330,3 1144,4 114,3 145,2 7,3 46583,68 0,12 N.A.

T. prima-ria

UNE I N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 189,4 8,4 N.A. N.A. N.A.

T. secun-daria

UNE II N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 249,3 12,4 N.A. N.A. 20,1

T. tercia-ria

UNE III N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 24,2

γ: peso unitario; Gs: Gravedad específica; w: humedad; Vp: velocidad de onda p; Vs: velocidad de onda s; qu

(*): resistencia medida en compresión simple; qu (**): resistencia a la compresión simple estimada a partir

de carga puntual; Is(50): Índice de resistencia a la carga puntual; E: Módulo de elasticidad; ν: Relación de Poi-

sson; DMA: Desgaste en Máquina de los Ángeles.

En la Figura 5-8 y Figura 5-9, se presentan los resultados de las relaciones constitutivas que exhibe

el material en condición in situ y después de voladura, medidas en pruebas de compresión simple.



Figura 5-8: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra in situ (P1U) Fuente Une.

Figura 5-9: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P2U) después de voladura Fuente Une.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P1U) In situ Fuente Une

Def. Axial Def. Trans.

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002Def

orm

ació

n V

olu

mét

rica

Deformación Axial

0

20

40

60

80

100

120

140

-0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P2U) después de voladura Fuente Une



5.2 Fuente Mosquera

En los siguientes numerales se presentan los resultados de las pruebas de laboratorio y la caracte-

rización de las muestras para la Fuente Mosquera en sus diferentes procesos de producción.


A continuación, se presenta la descripción física para los materiales pétreos expuestos en el frente

de explotación (in situ), aquellos sometidos al proceso de voladura y finalmente reducción de ta-

maño por martillo hidráulico.

5.2.1.1 Muestra in situ (P1M)

Corresponde a roca sedimentaria, masiva y homogénea, secuencial (seriada), compuesta textural-

mente por clastos con tamaño de grano muy fino a fino, subredondeados, alta esfericidad, los gra-

nos de cuarzo están altamente entrabados, la muestra es clasto-soportada (Figura 5-10 y Figura

5-11) La relación clastos, matriz y poros es de 85/11/4 respectivamente, su color normalmente es

gris 5BP7/1 y los clastos se componen principalmente de cuarzo; hay presencia de calcedonia, ocu-

rrencias menores de moscovitas y de pirolusita; el color rosado 5R7/1 que se aprecia en la muestra

se atribuye a la presencia de óxidos de hierro y la matriz se compone materiales tamaño limos-

arcillas.

La muestra fue tomada en el horizonte IB según González de Vallejo et al., (2002a), ; en el macizo se apreciaron leves fracturas de forma paralela y perpendiculares a la estratificación, lo cual se

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003Def

orm

ació

n V

olu

mét

rica

Deformación Axial



evidencia también en el material removido por voladura. Además, la muestra proviene de un blo-que in situ de roca fresca, en el que no es común apreciar alteraciones minerales, por lo cual, el grado de meteorización es muy bajo. La resistencia medida con el martillo geológico, varía de R5 a R6 muy dura, equivalente a una resistencia de 100 MPa -250 MPa.Figura 5-10: Muestras de mano.

A) B)

A) Muestras de mano de material in situ de la fuente Mosquera. B) Tamaño de clastos

Figura 5-11: Imágenes bajo estereomicroscopio.

A) B) A. Objetivo 2X – Clastos de cuarzos envueltos en matriz fina teñida por óxidos. B. Objetivo 4X - Clastos de

cuarzos, material in situ de la fuente Mosquera, observado a través del estereomicroscopio.


5.2.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2M)

Roca sedimentaria, masiva y homogénea, secuencial (seriada), compuesta por clastos de tamaño

fino, de forma redondeada y alta esfericidad; los clastos de cuarzo están perfectamente entraba-

dos, es decir la muestra es clasto-soportada. La relación clastos, matriz y poros es de 80/12/8 res-

pectivamente. El color de la muestra es gris claro, 10YR 7/1, con zonas de alto contenido de óxidos

con tonalidades naranjas 10YR 8/8. Se compone principalmente de cuarzo, ocurrencias locales de

moscovita y la presencia de óxidos de hierro se estima del 10%; la matriz se compone de limos y

arcillas y la porosidad se categoriza como baja (Figura 5-12).

La muestra presenta ligera meteorización, estimada en 10%. Se presenta un cementante silíceo y

descamación local de la muestra. La resistencia es R5, muy dura que equivale a 100 MPa -250 MPa.

Figura 5-12: Características muestras de mano.

A) B)

C)

A. B. Muestra de mano expuesta al proceso voladura. C. Escamas generadas en la superficie de partición

por el cemento silíceo.



5.2.1.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3M)

Roca sedimentaria cristalina, masiva, clasto-soportada, presenta una tendencia menor a lamina-

ción, secuencial (seriada), levemente deformada, compuesta texturalmente por granos con ta-

maño que varía de fino a muy fino, redondeados, con esfericidad alta; la relación de clastos, matriz

y poros es de 80/13/7 respectivamente y el color de la muestra es gris amarillento claro 7.5YR 7/2.

Se compone principalmente de cuarzo, moscovitas locales, nódulos y bandeamientos irregulares

de óxidos de hierro; la matriz se compone de limo y arcillas y la porosidad es baja (Figura 5-13).

La muestra fue tomada entre los horizontes IB y II (González de Vallejo et al., 2002), ya que presenta

decoloraciones y meteorización del 10%. En la superficie del material recuperado a la salida del

proceso de reducción de tamaño por martillo hidráulico, se aprecian nódulos de óxidos de hierro.

La resistencia de la muestra varía de R5 a R6 muy dura, equivalente a 100 MPa – 250 MPa.

Figura 5-13: Muestras de mano.

A) B)

C)

A. Superficie de la muestra de mano P3M. B. C. Tamaño de los clastos


5.2.1.4 Muestra expuesta a trituración primaria (MOS I)

Roca sedimentaria, masiva y homogénea, secuencial (seriada), compuesta texturalmente por par-

tículas tamaño fino, de forma redondeada y con alta esfericidad; los clastos no presentan orienta-

ción y están perfectamente entrabados; la muestra es clasto-soportada, la relación clastos, matriz

y poros es de 78/15/7. El color es gris claro (5P 7/1) con algunas tinciones de óxidos (7.5YR 7/6)

(Figura 5-14). Los clastos se componen principalmente de cuarzo, seguido por una cantidad repre-

sentativa de óxidos de hierro, estimada en 15% y ocasionalmente se aprecia moscovita; la matriz

se compone de limos y arcillas y finalmente, la porosidad es considerada como baja.

La muestra se tomó en el horizonte IIA según González de Vallejo et al., (2002a); el grado de me-

teorización alcanza el 10% de la muestra (Figura 5-14). La resistencia varía entre R5 y R6, categoría

muy dura (usando el martillo geológico), equivalente al rango de 100 MPa -250 MPa.

Figura 5-14: Muestras de mano sometidas a la trituración primaria.

5.2.2 Caracterización petrográfica

En los siguientes numerales se presentan las descripciones de las diferentes secciones delgadas

realizadas para las muestras recuperadas del frente de explotación (in situ), posterior al proceso de

voladura, y finalmente a la salida de las fases de conminución primaria y secundaria.



5.2.2.1 Muestra in situ (P1M)

Roca sedimentaria clástica litificada, de estructura masiva, muy bien ordenada; el empaqueta-

miento muestra contactos suturados entre los cuarzos, supermadura y los clastos no presentan

orientación preferencial; la relación clastos, matriz y poros es de 96/2/2 respectivamente, con po-

rosidad muy baja. La matriz se compone de finos y ocasionalmente por óxidos de hierro; la muestra

presenta fracturas alargadas en una dirección, más no tienen una orientación preferencial, que

puedan asociarse a deformaciones en la roca inducidas por esfuerzos (Figura 5-15).

Figura 5-15: Sección delgada muestra P1M.

A) B)

C) D)

E) F)


Secciones delgadas bajo nicoles paralelos (Nll) y cruzados (NX), muestra (P1M) in situ, escala 50 µm. A.B.

Glauconita y siderita con sus dimensiones. C.D. Turmalina con sus respectivas dimensiones, siderita, cuar-

zos de disolución por presión y poros. E.F. Zircones y cuarzos con disolución por presión.

La muestra composicionalmente presenta:

- Cuarzos con disolución: El contenido mineral es del 17%. La esfericidad varía desde prismá-

tico a esférico y la redondez de angular a subangular. El rango del tamaño va de 70 µm *

100 µm hasta 80 µm * 150 µm.

- Líticos: El contenido mineral es del 4%. La esfericidad varía desde subdiscoidal a discoidal

y la redondez de subanguloso a muy anguloso. Las partículas van de 50 µm * 80 µm hasta

100 µm * 120 µm.

- Cuarzos sin disolución: El contenido mineral es del 64%. La esfericidad varía desde subpris-

mático a subdiscoidal y la redondez de anguloso a subanguloso. Las partículas van de 50

µm * 50 µm hasta 80 µm * 200 µm.

- Calcedonia: El contenido mineral es del 2%. La esfericidad varía entre esférico y subdiscoi-

dal, mientras que la redondez de subanguloso a subredondeado. El tamaño de los granos

va de 200 µm * 250 µm.

- Turmalina: El contenido mineral es del 6%. La esfericidad varía entre prismático y subpris-

mático, mientras que la redondez entre subredondeado a bien redondeado. El tamaño de

las partículas va entre 50 µm * 50 µm hasta 80 µm * 200 µm.

- Glauconita: El contenido mineral es de 2%. La esfericidad varía entre esférico a subdiscoi-

dal, mientras que la redondez entre anguloso a muy anguloso. El tamaño de las partículas

va entre 50 µm * 70 µm hasta 80 µm * 120 µm.

- Zircón: El contenido mineral es del 3%. La esfericidad varía entre prismático y subprismá-

tico y la redondez entre subredondeado a muy bien redondeado, los minerales que se en-

cuentran redondeados corresponden a cortes transversales del grano en la muestra. El ta-

maño entre las partículas va entre 0.30 µm * 0.40 µm.

- Siderita: El contenido mineral en la muestra es del 2%. Este mineral se encuentra relle-

nando ocasionalmente los contactos vacíos entre los contactos de los cuarzos y cuarzos

con otros minerales.



La muestra texturalmente es una arenisca lodosa (Folk, 1980), mientras que composicionalmente

corresponde a una cuarzoarenita (Pettijohn et al., 1987), es decir el tamaño del material que con-

forma la roca es predominantemente arena y el término cuarzoarenita hace referencia a su com-

posición, además de que puede brindar información acerca de las fuentes aportantes a la forma-

ción de ésta.

La muestra se compone principalmente de cuarzo y debido a los procesos de litificación, ha sufrido

procesos de recristalización, reflejando un aumento en la dureza a lo largo del macizo rocoso siendo

este poco deleznable. Si bien la porosidad es muy baja, la siderita o los óxidos de hierro presentes

en la muestra son especies fácilmente lixiviables por lo que pueden ser removidas del material y

en consecuencia aumentar la porosidad del material.

5.2.2.2 Muestra expuesta a voladura (P2M)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, sometida a procesos

de voladura, que no evidencia cambios en la fábrica concernientes a la textura y estructura en la

roca; referente a la relación clastos, matriz y poros hay un leve cambio siendo de 92/6/2 respecti-

vamente, lo cual se asocia a ligeras variaciones en la fábrica de la roca. La muestra no presenta

cambios de gran relevancia respecto a la muestra original, tanto en el tamaño de clastos como en

la angularidad, forma y contactos entre los granos (Figura 5-16).



A) B)

C) D)

E) F)



Secciones delgadas en nicoles cruzados (NX). A. B. Se señalan los cristales de cuarzo monocristalinos y poli-

cristalinos producto de la disolución, escala 100 µm. C. Escala 50 µm. D. E. F. Se señalan en amarillo los líti-

cos, clastos de epidota, zircón y moscovita; en rojo los cristales de cuarzo monocristalino y policristalino,

con sus respectivos tamaños, escala 100 µm.

A nivel de especies minerales se identifican:

- Cuarzos con disolución: El rango de la esfericidad varía entre prismático a esférico y la re-

dondez de angular a subangular. El rango del tamaño va de 150 µm * 50 µm hasta 380 µm

* 100 µm.

- Cuarzo monocristalino: La esfericidad varía entre subprismático y subdiscoidal, la redondez

de anguloso a subanguloso. El tamaño de los clastos va entre 80 µm * 90 µm y 130 µm *

40 µm.

- Calcedonia: La esfericidad va desde esférico a subdiscoidal, la redondez varía entre suban-

guloso y subredondeado. El tamaño de los clastos alcanza los 200 µm * 250 µm.

- Turmalina: La esfericidad de los clastos varía entre prismático y subprismático, la redondez

entre subredondeado a bien redondeado. El tamaño de los clastos va entre 50 µm * 50 µm

hasta 80 µm * 200 µm.

- Glauconita: La esfericidad varía de esférico a subdiscoidal, la redondez de anguloso a muy

anguloso. El tamaño de los clastos va entre 50 µm * 70 µm hasta 80 µm * 120 µm.

- Zircón: La esfericidad varía entre prismático y subprismático, la redondez de subredon-

deado a muy bien redondeado, los clastos redondeados corresponden a cortes transversa-

les del grano en la muestra. El tamaño entre las partículas varía entre 0.30 µm * 0.40 µm.

- Siderita: El mineral se dispone rellenando ocasionalmente los espacios entre clastos de los

cuarzos y con otros minerales.

El proceso de voladura al que es sometido la muestra, no genera cambios significativos en su tex-

tura, ni en su composición, tampoco en la fábrica de la roca, por esto, la muestra se mantiene como

una arenisca lodosa (Folk, 1980). Asimismo, no hay variaciones en el tamaño de los clastos, que

implique una reducción en su tamaño causado por el fracturamiento de los granos o en su defecto,

la recristalización entre minerales.


5.2.2.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3M)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, sometida a procesos

de voladura, que evidencia cambios leves en la fábrica concernientes a la textura y estructura en la

roca. En la muestra es posible apreciar una reducción en el porcentaje de clastos, asociada al au-

mento de las proporciones de matriz y poros. La muestra es clasto-soportada, con relación clastos,

matriz y poros de 80/13/7, el fracturamiento y porosidad no es homogéneo en toda la roca; final-

mente, los cuarzos no muestran fracturamiento ni recristalización (Figura 5-17).


A) B)

C) D)



E) F)

A. Se muestran cuarzos policristalinos, escala 50 µm. B. C. D. En rojo los cuarzos monocristalinos, policrista-

linos, epidotas y poros, mientras que en amarillo se indican los líticos, escala 100 µm. E. F. Se muestran en

azul los óxidos de hierro y en amarillo los poros vacíos, escala 500 µm.

A nivel de especies minerales se identifican:

- Cuarzos con disolución: La esfericidad varía entre prismático y esférico, la redondez entre

angular y subangular. El rango del tamaño va de 110 µm * 120 µm hasta 380 µm * 100 µm.

- Cuarzo monocristalino: La esfericidad varía desde subprismático a subdiscoidal, la redon-

dez de anguloso a subanguloso. El tamaño de los clastos oscila entre 80 µm * 90 µm y 380

µm * 100 µm.

- Calcedonia: La esfericidad varía entre esférico a subdiscoidal, la redondez de subanguloso

a subredondeado. El tamaño de los clastos alcanza los 200 µm * 250 µm.

- Turmalina: Los clastos presentan una esfericidad que varía entre prismático y subprismá-

tico, mientras que la redondez de subredondeado a bien redondeado. El tamaño de los

clastos varía entre 50 µm * 50 µm hasta 80 µm * 200 µm.

- Glauconita: Los clastos presentan una esfericidad que varía entre esférico a subdiscoidal,

la redondez de anguloso a muy anguloso. El tamaño de los clastos se encuentra entre 50

µm * 70 µm hasta 80 µm * 120 µm.

- Zircón: Los clastos presentan una esfericidad que varía entre prismático y subprismático,

mientras que la redondez entre subredondeado a muy bien redondeado, los clastos redon-

deados corresponden a cortes transversales del grano en la muestra. El tamaño entre las

partículas va entre 0.30 µm * 0.40 µm.


- Siderita: Es un mineral que se dispone entre los espacios clastos de los cuarzos y clastos

soportado.

La muestra exhibe un cambio significativo en la fábrica de la roca, conservando clastos de tamaño

arena con cierto lodo (arenisca lodosa) (Folk, 1980). Asimismo, a la salida de este proceso industrial

se evidencia reducción o fracturamiento leve de los clastos que implican una disminución del ta-

maño, pero no la recristalización de éstos.

5.2.2.4 Muestra obtenida después de la trituración primaria (MOS I)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, supermadura; el em-

paquetamiento muestra contactos suturados entre los cuarzos, donde algunos evidencian disolu-

ción; no hay orientación preferencial y la relación clastos, matriz y poros es de 88/8/4 respectiva-

mente (Figura 5-18), y la porosidad muy baja. La muestra no presenta cambios significativos con

respecto a la sección del proceso anterior, manteniendo el porcentaje de porosidad y fractura-

miento, sin que se aprecie una reducción significativa en el tamaño de los clastos, tipo de contactos,

forma o angularidad.

Figura 5-18: Sección delgada muestra MOS I.

A) B)



C) D)

E) F) A. B. El material preserva la textura y disposición inicial de la roca in situ, además se muestran en rojo las

zonas con altos contenidos de óxidos de hierro y las estructuras porosas, escala 500 µm. C. D. E. F. Se indi-

can en color rojo los clastos de cuarzo, algunos con recristalización entre ellos, mientras que, en amarillo,

los poros presentes en la muestra con sus respectivas dimensiones, escala 200 µm.

A nivel de especies minerales identificadas se encuentra:

- Cuarzos con disolución: El rango de la esfericidad varía entre prismático a esférico, la re-

dondez de angular y subangular. El rango del tamaño va de 250 µm * 180 µm hasta 380 µm

* 100 µm.



100 µm.


- Calcedonia: La esfericidad varía de esférico a subdiscoidal, la redondez de subanguloso a

subredondeado. El tamaño de los clastos alcanza los 200 µm * 250 µm.


de subredondeado a bien redondeado. El tamaño de los clastos va entre 50 µm * 50 µm


- Glauconita: La esfericidad varía entre esférico a subdiscoidal, la redondez de anguloso a

muy anguloso. El tamaño de los clastos va entre 50 µm * 70 µm hasta 80 µm * 120 µm.



les del grano en la muestra. El tamaño de los cristales varía entre 0.30 µm * 0.40 µm.



A la salida del proceso de trituración, no hay cambio composicional o alteraciones significativas en

la fábrica de la roca, permaneciendo texturalmente clastos tamaño arena (arenisca lodosa). Asi-

mismo, a la salida de este proceso industrial no se evidencian reducción o fracturamiento de los

clastos que impliquen una disminución del tamaño, o en su defecto la recristalización de éstos.

5.2.2.5 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (MOS II)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, muy bien ordenada, sin orientación prefe-

rencial; el tipo de contacto entre los cuarzos es suturado e inclusive muestra contactos suturados

por disolución; la relación clastos, matriz y poros es de 90/6/4 respectivamente, mostrando ligeros

cambios faciales en la roca (Figura 5-19). La porosidad es muy baja, sin que se presenten cambios

en la fábrica asociados al proceso mecánico, ni alteración en la cantidad de poros y fracturamiento;

tampoco se evidencia reducción en el tamaño y forma de los clastos, tipos de contactos o angula-

ridad.



Figura 5-19: Sección delgada muestra MOS II.

A) B)

C) D)

E) F)


A. Se muestran en rojo las dimensiones de los poros más grandes en la muestra, escala 600 µm. B. En rojo,

los clastos de cuarzo, y en amarillo los poros con sus respectivas dimensiones, escala 50 µm. C. D. En rojo,

los poros presentes en la muestra, y en color amarillo las fracturas rellenas por moscovitas, con sus respec-

tivas dimensiones, escala 100 µm. E. F. Se muestra en rojo los clastos de cuarzo con sus respectivas dimen-

siones, escala 50 µm.

En cuanto a las especies minerales identificadas:

- Cuarzos con disolución: El rango de la esfericidad varía entre prismático esférico, la redon-

dez de angular y subangular. El tamaño de los granos oscila entre 250 µm * 180 µm a 380

µm * 100 µm.



100 µm.

- Calcedonia: La esfericidad varía de esférico a subdiscoidal, la redondez de subanguloso a

subredondeado. El tamaño de los clastos alcanza los 200 µm * 250 µm.


de subredondeado a bien redondeado. El tamaño de los clastos oscila entre 50 µm * 50 µm


- Glauconita: La esfericidad varía entre esférico a subdiscoidal, la redondez de anguloso a

muy anguloso. El tamaño de los clastos va de 50 µm * 70 µm hasta 80 µm * 120 µm.



les del grano en la muestra. El tamaño entre las partículas varía entre 0.30 µm * 0.40 µm.



No se aprecian cambios composicionales ni alteraciones en la fábrica, manteniéndose constituida

principalmente por clastos tamaño arena. Referente a cambios en el tamaño de los clastos, no se

aprecia reducción o fracturamiento de éstos que impliquen una disminución del tamaño o en su

defecto procesos de recristalización.



Las relaciones de forma encontradas para la fuente de material pétreo de Mosquera se observan

en la Tabla 5-3.

Tabla 5-3: Valores de relación de forma, Fuente Mosquera.

Fuente o Cantera

Proceso Muestra Relación de forma

observada en petro-grafía

MOSQUERA

In situ P1M 0,8-1,0

Voladura P2M 0,3-0,8

Voladura + Martillo

P3M 0,4-1,0

Trituradora primaria MOS I

0,5-0,9

Trituradora secundaria MOS II

0,4-1,0


Las propiedades tales como peso unitario, gravedad específica, humedad, velocidad de onda p y s,

junto con los parámetros de resistencia como índice de resistencia a la carga puntal, resistencia a

la compresión simple, medida y estimada por correlación, además del ensayo en Máquina de los

Ángeles, se presentan en la Tabla 5-4.

Tabla 5-4: Resultados de los ensayos de geotecnia para las muestras de la fuente Mosquera.

Proceso Mues-

tra γ

(g/cm3) Gs

w (%)

Vp (m/s)

Vs (m/s)

qu (*) (MPa)

qu (**) (MPa)

Is(50) (MPa)

E (MPa) ν DMA (%)

In situ P1M 2,39 2,15 0,30 2552,42 1432,33 40,5 47,5 2,4 16866,24 0,10 N.A.

Voladura P2M 2,57 2,21 0,50 2665,56 1272,00 35,7 105,3 5,1 65240,47 0,44 N.A.

Voladura + Martillo

P3M 2,79 2,42 0,22 2887,00 1768,18 102,1 148,7 7,4 24106,97 0,10 N.A.

T. primaria MOS I N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 70,9 3,5 N.A. N.A. N.A.

T. secun-daria

MOS II N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 262,0 11,85 N.A. N.A. 20,63






Los ensayos fueron adelantados en las muestras cuyas características y dimensiones eran adecua-

das; aquellas que no cumplen con dimensiones que exigen los estándares y guías de ensayo, se

identifican como “No Aplica (N.A.)” en la Tabla 5-4.

Las curvas de esfuerzo contra deformación axial y lateral, y deformación volumétrica se presentan

en la Figura 5-20 a Figura 5-22, a partir de las cuales se han determinado los parámetros elásticos:

módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson.

Figura 5-20: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra in situ.

Muestra (P1M) in situ Fuente Mosquera.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P1M) In situ Fuente Mosquera


0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Def

orm

ació

n

Vo

lum

étri

ca

Deformación Axial



Figura 5-21: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra después de voladura.

Muestra después de voladura (P2M) Fuente Mosquera.


0

5

10

15

20

25

30

35

40

-0,0002 -0,0001 0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P2M) después de voladura Fuente Mosquera


0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006

Def

orm

ació

n

Vo

lum

étri

ca

Deformación Axial

0

20

40

60

80

100

120

-0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo -Deformación Muestra (P3M) después de voladura y martillo Fuente Mosquera



Muestra (P3M) después de voladura y martillo hidráulico Fuente Mosquera.

5.3 Fuente El Cajón

En los siguientes numerales se presentan los resultados de la descripción y caracterización de las

muestras para la Fuente El Cajón en sus diferentes procesos de producción.


Se presenta en este capítulo la descripción física para los materiales pétreos expuestos en el frente

de explotación (in situ), aquellos sometidos al proceso de voladura, reducción de tamaño con mar-

tillo y a la salida del proceso de trituración primaria y secundaria.

5.3.1.1 Muestra in situ (P1C)

La muestras P1C, es una roca sedimentaria, masiva, clasto-soportada, de estructura homogénea,

secuencial (seriada), compuesta texturalmente por clastos de tamaño de grano muy fino a fino,

subredondeados, de alta esfericidad (Figura 5-23 y Figura 5-24); los granos de cuarzo se encuentran

altamente entrabados, la relación clastos, matriz y poros es de 78/18/4 respectivamente; su color

predominante es marrón grisáceo oscuro (5YR 7/2), aunque también muestra tonos rosados de-

bido a la presencia de óxidos de hierro en la matriz, que suelen ser amplificados por la transparen-

cia de los cuarzos. Se identifican moscovitas de manera local.

La muestra proviene de un bloque in situ de roca fresca, en el que no es común apreciar alteracio-

nes minerales, por lo tanto, el grado de meteorización es muy bajo. En afloramiento, el material

presenta niveles de meteorización muy baja, aproximadamente del 10%, con fracturas paralelas y

perpendiculares a la estratificación del macizo. La resistencia es R6, roca muy dura.

00,0005

0,0010,0015

0,0020,0025

0,0030,0035

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Def

orm

ació

n

Vo

lum

étri

ca

Deformación Axial



Figura 5-23: Muestras de mano in situ.

A) B)

Muestras de mano in situ (P1C) recuperadas del frente de explotación.

Figura 5-24: Imágenes bajo estereomicroscopio.

A) B)

C)

A. Objetivo 2X – Clastos, matriz y vacíos. B Objetivo 4X – Zoom de clastos, matriz y vacíos. C. Objetivo 5X

Cuarzo. Muestras in situ P1C observadas a través del estereomicroscopio, Fuente el Cajón.


5.3.1.2 Muestra expuesta a voladura (P2C)

Roca sedimentaria, masiva y de estructura homogénea, secuencial (seriada), clastosoportada, com-

puesta texturalmente por clastos de tamaño de grano fino a muy fino, de forma redondeada y de

baja esfericidad, el color es marrón claro (10YR 7/2) (Figura 5-25) y la porosidad es baja; la relación

clastos, matriz y poros es de 83/10/7 respectivamente. La muestra se compone principalmente por

cuarzos, presenta óxidos de hierro, líticos de chert y cuarzo variedad calcedonia.

La muestra presenta decoloración (Figura 5-25), con meteorización moderada entre 10% y 35%, el

cual corresponde a un horizonte IIB. La resistencia puede ser categorizada como R5, roca muy dura,

cuya resistencia alcanzaría hasta aproximadamente 100 MPa.

Figura 5-25: Muestras de mano extraídas después del proceso de voladura.

A)

B)

C)



5.3.1.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3C)

Roca sedimentaria, masiva y estructura homogénea, secuencial (seriada), clastosoportada, com-

puesta texturalmente por clastos de tamaño de grano muy fino a fino, subredondeados, alta esfe-

ricidad y de porosidad muy baja, la relación clastos, matriz y poros es de 81/15/4 respectivamente;

su color predominante es marrón grisáceo oscuro (10R 6/2), también colores rosados (5YR 8/4)

(Figura 5-26). Debido a la presencia de óxidos de hierro dispuesto en forma de bandas a lo largo de

la matriz, este color se amplifica por efecto de la transparencia de los cuarzos, además presenta

moscovitas y pirolusita de manera local.

La muestra presenta niveles de meteorización muy bajos, aproximadamente del 10%, correspon-

dientes al horizonte IB (González de Vallejo et al., 2002). Se asigna una clasificación de R5 catego-

rizada como una roca muy dura con una resistencia de 100 MPa – 250 MPa.

Figura 5-26: Muestras de mano luego de ser sometidas a procesos de voladura y martillo.

A)

B) C)


5.3.1.4 Muestra obtenida después de la trituración primaria (CAJÓN I)

En relación con el material obtenido después del proceso de trituración primaria para la Fuente El

Cajón, la muestra corresponde a una roca sedimentaria cristalina, masiva, estructura homogénea,

de fábrica secuencial (seriada). El tamaño de los clastos varía de muy fino a fino, los granos son

subredondeados y de alta esfericidad, el color es marrón grisáceo oscuro (10YR 7/2); la relación

clastos, matriz y poros es de 85/11/4 respectivamente; a lo largo de la superficie de la roca la ru-

gosidad es leve (Figura 5-27). Se compone por granos de cuarzo, los cuales se encuentran alta-

mente entrabados, con ocurrencias locales de moscovitas, pirolusita y cuarzo variedad calcedonia,

el cual no excede el 10%. La muestra presenta niveles de meteorización muy bajas menores al 10%.

La resistencia puede ser categorizada como R6, roca muy dura.

Figura 5-27: A. B. C. Muestras de mano obtenidas después del proceso de trituración primaria.

A)

B) C)



5.3.1.5 Muestra obtenida después de trituración secundaria (CAJÓN II)

Roca sedimentaria, masiva y estructura homogénea, secuencial (seriada), clastosoportada, com-

puesta texturalmente por clastos de tamaño de grano fino a muy fino, la forma es redondeada, la

esfericidad es baja, el color es marrón claro (10YR 7/2) (Figura 5-28); la relación clastos, matriz y

poros es de 85/8/7 respectivamente. Se compone principalmente de cuarzo, presenta óxidos de

hierro junto con clastos de líticos de chert, además de ocurrencias menores de cuarzo variedad

calcedonia con un aspecto blanco translúcido de grano fino.

La muestra presenta decoloración moderada 10% a 35%, además de ocurrencias locales de materia

orgánica. El grado de meteorización corresponde al horizonte IIB según González de Vallejo et al.

(2002), y se asigna una clasificación de R5 correspondiente a una roca muy dura, con una resistencia

de aproximadamente 100 MPa.

Figura 5-28: Trituración Secundaria (Cajón II).

A) B)

5.3.2 Descripción petrográfica

En los siguientes subcapítulos se presentan las descripciones de las diferentes secciones delgadas

realizadas para las muestras recuperadas del frente de explotación (in situ), posterior al proceso de

voladura, y finalmente a la salida de las fases de conminución primaria, secundaria y terciaria.

5.3.2.1 Muestra in situ (P1C)

La muestra P1C, es una roca sedimentaria clástica litificada, supermadura, de estructura masiva,

muy bien ordenada, el empaquetamiento varía de flotante a contactos puntuales entre granos y se


observa una leve tendencia en la orientación preferencial de los clastos; la relación clastos/ma-

triz/poros es de 73/21/6, presentando una porosidad baja. Las estructuras corresponden a tres

sistemas de fracturas a las cuales no se les reconoce la temporalidad (Figura 5-29); una corresponde

a un sistema de fracturas con comportamiento frágil, la extensión alcanza unos centímetros y están

rellenadas por moscovitas; el otro tipo de fracturas se desarrollan en un sistema frágil dúctil, con

extensión de algunos centímetros y rellenadas por óxidos de hierro; el último grupo, no se identifica

relleno o recristalización; el eje longitudinal alcanza 2 mm y de ancho 125 µm.

Figura 5-29: Sección delgada muestra P1C.

A) B)

C) D)

A. Las zonas señaladas en rojo corresponden a fracturas que han sido rellenadas con matriz y una a fractura

sin relleno; las áreas señaladas en amarillo son poros dentro de la matriz, escala 500 µm. B. Fractura rellena

de moscovita, escala 500 µm. C y D. Fotos en nicoles paralelos (NII) (C) y cruzados (NX) (D) de los minerales

y poros que componen la muestra, escala 50 µm.



El armazón se compone de granos con tamaños arena fina a muy fina, mientras que la matriz está

representada por arcillas, carbonatos y óxidos de hierro, entre otros. El 90% de los clastos, se com-

pone de cuarzos monocristalinos que fueron separados en tres grupos (Qz1, Qz2 y Qz3) acorde a

sus características. Los minerales que componen las muestras son:

- Cuarzo - Qz1: El contenido mineral es de 35%. La esfericidad varía desde prismoidal a sub-

prismoidal y la redondez de angular hasta subangular. Los tamaños se encuentran com-

prendidos desde 40 µm * 60 µm hasta 60 µm * 100 µm.

- Cuarzo - Qz2: El contenido en la muestra es de 35%. La fuente y distancia de transporte en

esta clase es diferente a la anterior, ya que la forma es tabular, por esto la esfericidad es

prismoidal, la redondez varía de muy angular a angular. Rangos de tamaños entre 15 µm *

100 µm y 30 µm * 120 µm.

- Cuarzo - Qz3: El contenido mineral corresponde al 20%. La fuente y distancia de transporte

es diferente a los anteriores grupos, la esfericidad varía de esférica a subdiscoidal, mientras

que la redondez entre subredondeado y redondeado. Los tamaños de granos oscilan entre

20 µm * 20 µm hasta 40 µm * 40 µm.

- Epidota Ep: El contenido mineral corresponde al 6%. La esfericidad varía de esférica a pris-

moidal, mientras que la redondez entre subredondeado y redondeado. Los tamaños de

granos oscilan entre 20 µm * 70 µm hasta 30 µm * 100 µm.

La muestra texturalmente es una arenisca lodosa (Folk, 1980) y composicionalmente es una cuar-

zoarenita (Pettijohn et al., 1987), lo que implica que el tamaño del material que conforma la roca

es predominante mente arena con un contenido de lodo un poco más bajo. El término cuarzoare-

nita se refiere a la composición mineralógica de la roca, además de brindar información acerca de

las fuentes aportantes a la unidad.

La muestra no registra fuertes procesos de litificación ya que los contactos entre los cuarzos no

presentan disolución, y por el contrario estos son de tipo puntual en algunos casos. Las fracturas al

encontrarse rellenas por moscovitas, arcillas o en su defecto vacías, son zonas de debilidad que


pueden afectar a escala macroscópica el comportamiento del macizo en cuanto a su resistencia y

permeabilidad.

5.3.2.2 Muestra expuesta a voladura (P2C)

Roca sedimentaria clástica litificada de estructura masiva. La muestra luego de ser sometida a este

proceso no evidencia cambios texturales; sin embargo, hay alteración en la relación de clastos,

matriz y poros de 85/13/2 respectivamente, atribuible a ligeras variaciones en la fábrica, conser-

vando los clastos el tamaño original (Figura 5-30). Tampoco hay cambios significativos en caracte-

rísticas tales como esfericidad y redondez, independientemente de los tipos de cuarzo.


A) B)

C) D)



E) F)

Escala 100 µm. A. B. C. E. Se muestra en rojo los clastos de cuarzo monocristalino (Qz1, Qz2 y Qz3), los po-

ros y líticos con sus respectivos tamaños. D. Se muestra en amarillo las fracturas presentes en la muestra,

las cuales están rellenas de arcillas, micas, óxidos de hierro y poros. F. Se muestran en amarillo y rojo la ma-

triz con presencia de óxidos de hierro con sus respectivas dimensiones.

A nivel de especies minerales identificada se encuentra:

- Cuarzos: Los cuarzos Qz1 tienen esfericidades entre prismoidal y subprismoidal, la redon-

dez varía de angular hasta subangular. Los tamaños entre 40 µm * 60 µm hasta 60 µm *

100 µm. Los cuarzos Qz2 tienen esfericidad prismoidal, la redondez varía de muy angular a

angular. El tamaño de clastos oscila entre 15 µm * 100 µm y 30 µm * 120 µm. Los cuarzos

Qz3 tienen esfericidades entre esférica a subdiscoidal, la redondez oscila entre subredon-

deado y redondeado. Los tamaños de clastos son comunes entre 20 µm * 20 µm y 40 µm

* 40 µm.

Se puede concluir que el proceso no afecta de manera significativa la muestra, al no generarse

cambios texturales, referentes al fracturamiento o reducción de tamaños de clastos, recristaliza-

ción o difusión en los cuarzos.

5.3.2.3 Muestra expuesta a voladura y martillo hidráulico (P3C)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, supermadura. A grandes rasgos, la primera

característica que se reconoce es un cambio en la fábrica, que conlleva la orientación de los clastos


y reducción de tamaño en los granos, generándose zonas en las que se da un aumento en el con-

tenido de matriz a partir de ciertos clastos, los cuales pueden estar embebidos en ésta. Frecuente-

mente se observa que estos clastos disgregados, provienen de los más grandes; se evidencia recris-

talización en los cuarzos (Figura 5-31). Aun con estos cambios texturales, la muestra se mantiene

constituida por un armazón de arena muy fina a fina, la matriz por arcillas y limos, presencia de

carbonatos (siderita) y óxidos de hierro, entre otros. La relación clastos, matriz y poros es de

80/18/2 respectivamente.


A) B)

C) D)



E) F) A. Se muestra la orientación preferencial en la fábrica y se señalan las dimensiones de los cuarzos mono-

cristalinos, escala 100 µm. B. En rojo los poros de la muestra y en amarillo las zonas con aumento de matriz,

escala 50 µm. C. D. E. F. Se muestran en rojo los clastos de cuarzo que han sufrido reducción de tamaño y

disolución entre ellos, los poros y las zonas enriquecidas en óxidos, en amarillo, donde se da un aumento

de matriz asociados al proceso industrial, escala 50 µm.


- Cuarzos: Los cuarzos Qz1 tienen una esfericidad entre prismoidal y subprismoidal, mientras

la redondez es angular hasta subangular. El tamaño de los clastos está comprendido entre

40 µm * 60 µm hasta 60 µm * 100 µm. Los cuarzos Qz2 tienen esfericidad prismoidal y la

redondez varía de muy angular a angular. Los rangos de tamaños están entre 15 µm * 100

µm y 30 µm * 120 µm. Los cuarzos Qz3 tienen una esfericidad que varía de esférica a sub-

discoidal y la redondez entre subredondeado y redondeado. Los tamaños de granos varían

de 20 µm * 20 µm hasta 40 µm * 40 µm.

La muestra, posterior al proceso de martillo y voladura, continúa siendo clasificada como una are-

nisca lodosa (Folk, 1980), la composición se mantiene como una cuarzoarenita (Pettijohn et al.,

1987). La orientación preferencial del armazón es una respuesta ante los esfuerzos que se han apli-

cado en dirección perpendicular a la orientación de los clastos. Así mismo, la implementación del

martillo genera la reducción de tamaños en varios granos, donde los clastos de cuarzo fragmenta-

dos a tamaños más finos experimentan disolución de manera incipiente, lo cual se observa al borde


de los granos. Un aspecto de suma importancia a resaltar es que en las áreas donde se dan las

reducciones de tamaño, no guardan relación entre los ejes longitudinales y transversales, lo cual

quiere decir que la deformación se desarrolló a lo largo de las zonas donde era factible tener una

respuesta mecánica ante los esfuerzos.

5.3.2.4 Muestra obtenida después de la trituración primara (CAJÓN I)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva, supermadura. Se aprecia que la trituración

primaria, tiene como implicaciones un cambio de la fábrica en la roca. El empaquetamiento en la

muestra va desde clastos con contactos puntuales a clastos completamente flotantes; la homoge-

neidad en el tamaño de los clastos varía, ya que los clastos experimentan reducción de tamaño,

generando así aportes a la matriz (Figura 5-32); los clastos no presentan ninguna orientación pre-

ferencial y la relación clastos, matriz y poros aumentó con los siguientes valores correspondientes

65/32/3, mientras que la porosidad disminuyó a muy baja. La muestra no refleja ningún tipo de

fisuración.

Figura 5-32: Sección delgada muestra CAJÓN I.

A) B)



C) D)

E) F)

Fotografías en nicoles cruzados, escala 100 µm. A. B. Las áreas encerradas en amarillo muestran la reduc-

ción de algunos clastos de cuarzo, y las delimitadas en rojo son cuarzos que proporcionaron el aumento de

matriz. C. D. E. F. Se aprecia el comportamiento anterior, además de los poros presentes en las muestras

con sus respectivas dimensiones.


- Cuarzo: En la reducción de tamaño se evidencia que los clastos en que se desarrolla este

proceso presentan rotura donde las esfericidades varían desde prismáticas a esféricas y la

redondez desde anguloso a muy anguloso. Los tamaños van desde 10 µm * 10 µm hasta


100 µm * 150 µm. Adicionalmente los pequeños fragmentos de cuarzo tienden a mostrar

disolución.

Rasgos como la esfericidad y la disolución en los cuarzos reflejan que la muestra experimentó du-

rante el proceso de trituración comportamientos mecánicos en el dominio frágil y dúctil. El primero

se dio al inicio del proceso, mientras que el segundo fue posterior a este, lo cual puede ser corro-

borado en los pequeños clastos derivados de los iniciales que se encuentran recristalizados entre

ellos por disolución. A pesar de estos cambios la muestra texturalmente continúa siendo una are-

nisca lodosa (Folk, 1980) y composicionalmente una cuarzoarenita (Pettijohn et al., 1987).

5.3.2.5 Muestra obtenida después de la trituración secundaria (CAJÓN II)

Roca sedimentaria clástica litificada, estructura masiva. Este material al estar sometido al proceso

de trituración secundaria muestra en el microscopio (Figura 5-33), cambios en la fábrica de la roca,

el cual se manifiesta en una variación en la relación clastos, matriz y poros de 65/33/2 respectiva-

mente, mostrando un aumento en el porcentaje de matriz, como también una reducción del ta-

maño de los granos, ambos cambios derivados por el fracturamiento que reciben los clastos. La

reducción de tamaño y aumento de matriz genera contactos puntuales y en otros casos granos

completamente flotantes. Otro aspecto para resaltar, asociado al aumento de matriz, es que la

porosidad disminuyó a muy baja.

Figura 5-33: Sección delgada muestra CAJÓN II.

A) B)



C) D)

E) F)

Fotografías en nicoles cruzados, escala 50 µm. A. B. C. D. E. F. Se muestra el aumento de matriz con peque-

ños clastos de cuarzo que presentan contactos flotantes y quedan embebidos en la matriz, además de las

dimensiones respectivas.


- Cuarzo: Los clastos de cuarzos reflejan tamaños que varían de 10 µm * 10 µm hasta 40 µm

* 50 µm, la esfericidad algunas veces varía de subprismático a subdiscoidal, ya que tiende

a ser completamente anhedral y la redondez va de subredondeado a bien redondeado. A

raíz del fracturamiento, son comunes en el borde de clastos, la presencia de granos más

pequeños, muy angulares y completamente anhedrales.


La muestra texturalmente es una arenisca lodosa (Folk, 1980) y composicionalmente es una cuar-

zoarenita (Pettijohn et al., 1987). Asimismo, las características observadas ante el proceso al que

fue sometida la muestra sugieren un comportamiento mecánico frágil de manera prolongada, lo

cual se puede corroborar en el tipo de esfericidad y redondez de los clastos y en la poca homoge-

neidad de tamaños en las partículas por la reducción de tamaño.

5.3.2.6 Muestra obtenida después de la trituración terciaria (CAJÓN III)

Roca sedimentaria clástica litificada, de estructura masiva, porosidad muy baja. El proceso al que

es sometida la muestra conlleva ligeros cambios en la fábrica, reflejados en los contactos de los

clastos variando desde puntuales hasta clastos completamente flotantes; el tamaño de los granos

no es homogéneo, aunque predomina la fracción de arena; la relación clastos, matriz y poros au-

mentó con los siguientes valores 70/27/3 respectivamente. La muestra presenta fracturas que va-

rían en la escala macroscópica desde milímetros a micras, sin que estas se encuentre rellenas por

especies minerales.

Figura 5-34: Sección delgada CAJÓN III.

A) B)



C) D)

E) F) A. B. Se muestra en amarillo las fracturas presentes en la muestra, escala 500 µm. C. D. En rojo los clastos

de cuarzo, en amarillo las fracturas rellenas de finos con alta porosidad, escala 100 µm. E. Se muestran las

variaciones faciales internas, por esto se indican en rojo las zonas con alto contenido de matriz y en amari-

llo los poros, escala 200 µm. F. Se muestran en rojo los clastos de cuarzo, escala 200 µm.


- Cuarzo: Por efectos del fracturamiento se evidencia una reducción de los tamaños, donde

las esfericidades varían desde prismáticas a esféricas y la redondez de anguloso a muy an-

guloso. Los tamaños varían desde 10 µm * 10 µm hasta 100 µm * 150 µm. Un aspecto

importante para resaltar es que algunos fragmentos de cuarzo desarrollan en bajas pro-

porciones disolución hacia los bordes.


Fenómeno como la disolución en los cuarzos refleja que la muestra experimentó un comporta-

miento mecánico dúctil durante el proceso de conminución, acompañado de partículas con recris-

talización en los bordes. El comportamiento frágil, se manifiesta en la reducción de tamaño de las

partículas, además de granos de tamaños representativos embebidos en la matriz. A pesar de estos

cambios la muestra texturalmente continúa siendo una arenisca lodosa (Folk, 1980) y composicio-

nalmente una cuarzoarenita (Pettijohn et al., 1987).

Las relaciones de forma encontradas para la fuente de material pétreo de Mosquera se observan

en la Tabla 5-5.

Tabla 5-5: Valores de relación de forma, Fuente El Cajón.

Fuente o Cantera

Proceso Muestra Relación de forma ob-servada en petrogra-

fía

EL CAJÓN

In situ P1C 0,4-0,9

Voladura P2C 0,4-0,9

Voladura + Martillo P3C

0,4-0,9

Trituradora primaria CAJÓN I

0,5-1,0

Trituradora secundaria CAJÓN II

0,4-0,9

Trituradora terciaria CAJÓN III

0,5-0,9


Las propiedades índice tales como peso unitario, gravedad específica, humedad, velocidad de onda

p y s, junto con los parámetros de resistencia como índice de resistencia a la carga puntal, resisten-

cia a la compresión simple, medida y estimada por correlación, además del ensayo en Máquina de

los Ángeles, se presentan en la Tabla 5-6. Los ensayos fueron adelantados en las muestras cuyas

características y dimensiones eran adecuadas, aquellas que no cumplían con algunos requisitos de

dimensiones que exigen los estándares y guías de ensayo, se identifican como “No Aplica (N.A.)”

en la Tabla 5-6.



Tabla 5-6: Resultados de ensayos de geotecnia para la fuente El Cajón.

Proceso Muestra γ

(g/cm3) Gs

w (%)

Vp (m/s)

Vs (m/s)

qu (*) (MPa)

qu (**) (MPa)

Is(50) (MPa)

E (MPa) ν DMA (%)

In situ P1C 2,70 2,35 0,18 2545,3 1526,9 16,1 186,1 9,3 16641,23 0,17 N.A.

Voladura P2C 2,73 2,41 0,39 2728,9 1571,9 73,7 145,2 7,3 36578,32 0,40 N.A.

Voladura + Martillo

P3C 2,69 2,47 0,42 2230,3 1119,7 36,6 108,0 5,4 72008,62 0,27 N.A.

T. prima-ria

CAJÓN I N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 79,94 4,0 N.A. N.A. N.A.

T. secun-daria

CAJÓN II N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 195,5 9,9 N.A. N.A. 20,9

T. terciaria CAJÓN III N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. N.A. 25,6





Las curvas de esfuerzo contra deformación axial y lateral, y deformación volumétrica se presentan

en la Figura 5-35 a Figura 5-37, a partir de las cuales se han determinado los parámetros elásticos:

módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson.

Figura 5-35: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P1C) in situ.

0

5

10

15

20

-0,0002 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P1C) In situ Fuente El Cajón



Figura 5-36: Curva Esfuerzo – Deformación, muestra (P2C) después de voladura.

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012

Def

orm

ació

n

Vo

lum

étri

ca

Deformación Axial

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-0,0005 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P2C) después de voladura Fuente El Cajón


-0,0005

0

0,0005

0,001

0,0015

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002

Def

orm

ació

n V

olu

mét

rica

Deformación Axial




Muestra (P3C) después de voladura y martillo hidráulico, Fuente El Cajón

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-0,0002 -0,0001 0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006

Esfu

erzo

Axi

al (

MP

a)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación Muestra (P3C) después de voladura y martillo Fuente El Cajón


0

0,00005

0,0001

0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006

Def

orm

ació

n

Vo

lum

étri

ca

Deformación Axial

6. Análisis de resultados

A partir de la descripción física de las muestras de mano por medio de lupa de mano, estereomi-

croscopio y martillo geológico, se establece que el porcentaje de clastos, matriz y poros en los ma-

teriales analizados no muestran una variación significativa en relación con los diferentes procesos

industriales. Es decir, sus características texturales no son modificadas por los procesos de vola-

dura, martillo y conminución en sus diferentes niveles (Figura 6-1), por lo menos para las muestras

de estas fuentes. Sin embargo, vale la pena tener en cuenta que esta descripción física es una pri-

mera aproximación a la caracterización del material y no reviste de la misma exactitud que ofrece

la microscopia óptica. Al analizar sistemáticamente estos mismos materiales por medio de seccio-

nes delgadas (Figura 6-2) se encuentran diferencias importantes en la proporción clastos/ma-

triz/poros, en relación con los porcentajes establecidos mediante la descripción física.

Figura 6-1: Proporción de clastos o armazón, matriz y poros en muestras de mano.

91

91

85

80

80

78

83

81

85

85

4

5

11

12

13

18

10

15

11

8

5

4

4

8

7

4

7

4

4

7

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

1 - Insitu

2 - Voladura

1 - Insitu

2 - Voladura

3 - Voladura + Martillo

1 - Insitu

2 - Voladura


4 - Trituradora primaria

5 - Trituradora secundaria

UN

EM

OSQ

UER

AC

AJÓ

N

Relación clastos, matriz y poros

Clastos Matriz Poros



Como se aprecia en la Figura 6-2, donde se reportan los porcentajes de clastos, matriz y poros,

establecidos por medio de conteo sistemático en secciones delgadas, los datos sugieren que en

términos generales a medida que se avanza en el proceso industrial hay evidencia de una tendencia

al incremento del porcentaje de matriz y la consecuente disminución de los clastos. Este compor-

tamiento es muy notorio con las muestras de la Fuente El Cajón, las cuales mostraron los mayores

cambios, seguido de la Fuente Mosquera. Por su parte, la cantera Une se aleja de este comporta-

miento y no muestra variación alguna en la fábrica de los materiales a medida que estos avanzan

en el proceso de producción de la mina.

Figura 6-2: Proporción de clastos o armazón, matriz y poros en secciones delgadas.

Cabe señalar que este comportamiento no necesariamente puede estar asociado al proceso indus-

trial exclusivamente, siendo oportuno señalar que, a diferencia de las muestras de El Cajón y Mos-

quera, el yacimiento de la Fuente Une está conformado por niveles de arenisca de la Formación

Une, mientras que, en las otras dos fuentes, se explotan areniscas lodosas pertenecientes al grupo

Guadalupe, específicamente Formación Plaeners y Arenisca Dura. Lo anterior sugiere entonces que

98

98

98

98

98

96

92

80

88

90

73

85

80

65

65

70

1

1

1

1

1

2

6

13

8

6

21

13

18

32

33

27

1

1

1

1

1

2

2

7

4

4

6

2

2

3

2

3

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

1 - Insitu

2 - Voladura



5 - Trituradora terciaria

1 - Insitu

2 - Voladura




1 - Insitu

2 - Voladura





UN

EM

OSQ

UER

AC

AJÓ

N

Relación clastos, matriz y poros

Clastos Matriz Poros

Capítulo 6 – Análisis de resultados 121

la génesis del material puede influenciar la respuesta de este frente a los procesos industriales en

relación con la alteración de las proporciones clastos, matriz y poros.

Para las fuentes Mosquera y Cajón, la voladura genera rotura de granos, con fracturas y microfrac-

turas inducidas por la liberación de energía y con una mayor superficie de exposición, lo cual lo

hace más propenso a los procesos de degradación por acción de los agentes del intemperismo, lo

que repercute en una reducción en la fricción inter e intra partículas y aumento del contenido de

finos (Tamayo et al., 1983). Este último efecto podría ser responsable del incremento de la matriz

observado en la petrografía.

De igual manera como se mencionó en el Capítulo 5, a pesar de que las muestras exhiban cambios

en la proporción de clastos, matriz y poros o modificaciones en su fábrica, estos son insuficientes

para alterar su clasificación textural, es decir arenisca (Fuente Une) y arenisca lodosa (fuentes Mos-

quera y El Cajón), o composicional, que en el caso de todas las canteras fue una cuarzoarenita

(Tabla 6-1).

Tabla 6-1: Características más relevantes identificadas para las secciones delgadas.

Fuente Proceso Mues-

tra Yaci-

miento Clasificación

textural Clasificación

composicional Variaciones

Un

e

In situ P1U

Form

ació

n U

ne

Arenisca Cuarzoarenita

Voladura P2U Arenisca Cuarzoarenita

Sin variaciones en la fábrica. Fracturamiento leve en 2D

Trituración primaria

UNE I Arenisca Cuarzoarenita

Sin variaciones en la fábrica

Trituración secundaria

UNE II Arenisca Cuarzoarenita


Trituración terciaria

UNE III Arenisca Cuarzoarenita


Mo

squ

era

In situ P1M

Form

ació

n A

ren

isca

Du

ra y

Fo

rmac

ión

Pla

ener

s

Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Fracturas preexistentes en una dirección

Voladura P2M Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Leve descamación. Sin variaciones en la fá-brica

Voladura y Martillo

P3M Arenisca lo-

dosa Cuarzoarenita

Modificación proporción clastos, matriz y po-ros. Fracturamiento y porosidad no homogénea


MOS I Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Sin variaciones en la fábrica


MOS II Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Sin variaciones en la fábrica

Caj

ón

In situ P1C

Form

ació

n

Pla

ener

s

Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Orientación preferencial y 3 sistemas de frac-turas

Voladura P2C Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Ligera variación en la proporción clastos, ma-triz y poros

Voladura y Martillo

P3C Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita Cambio en la fábrica: Reorientación de clastos




tra Yaci-

miento Clasificación

textural Clasificación

composicional Variaciones

Variación de tamaños por fracturamiento de granos e inmersión de estos en matriz


CAJÓN I Arenisca lo-

dosa Cuarzoarenita

Cambio en la fábrica: Variación de tamaños por fracturamiento Clastos embebidos en matriz Sin orientación preferencial


CAJÓN II Arenisca lo-

dosa Cuarzoarenita

Cambio en la fábrica: Variación de tamaños por fracturamiento Clastos embebidos en matriz Sin orientación preferencial


CAJÓN III

Arenisca lo-dosa

Cuarzoarenita

Cambio en la fábrica Fracturamiento de granos Clastos embebidos en matriz Sin orientación preferencial Fracturamiento en la sección

Conforme a la información señalada en la Tabla 6-1 y que resumen las características más relevan-

tes identificadas en la caracterización petrográfica, las muestras de El Cajón fueron las que mostra-

ron más cambios significativos en su fábrica (variación de tamaños por fracturamiento, clastos em-

bebidos en la matriz, reorientación de los granos) que pueden asociarse a los procesos industriales.

No obstante, a pesar de dichas modificaciones en la fábrica tan notorias, estas no son suficientes

para generar un cambio en la clasificación textural ni composicional de las muestras, pues estas se

mantienen independientemente del proceso. Cabe resaltar que las muestras de El Cajón también

exhibieron mayores grados de meteorización (hasta 35%), lo cual también parece incidir en los

cambios apreciados durante los procesos de producción.

Asimismo, aunque las fuentes Mosquera y El Cajón presentan el mismo yacimiento Formación Plae-

ners del Grupo Guadalupe, la respuesta de sus materiales ante los procesos industriales es dife-

rente (cambios en la fábrica y modificación en la relación clastos, matriz y poros).

Cuando se evalúan las dimensiones de los clastos en las secciones delgadas para los diferentes

procesos de producción (Figura 6-3) en función de su relación de forma (dimensión menor/dimen-

sión mayor) se evidencia que los valores mínimos y máximos tienden a mantenerse constantes en

las diferentes etapas productivas. Es decir, si se examina una muestra a la salida de los procesos de

trituración, las relaciones de forma mínima y máxima no muestran una tendencia sostenida, sino

que varían dentro de los límites establecidos por los procesos productivos antecedentes (0.4 a 1.0).


Asimismo, si se evalúa el valor promedio en cada sección, tampoco se puede identificar una ten-

dencia regular que permita inferir que la forma de los clastos ha ido cambiando con los procesos

de voladura, martillo o conminución; por el contrario, el valor promedio tiende a mostrar un com-

portamiento bastante regular, pero con un leve incremento cuando se compara la relación inicial

en la muestra in situ con la última etapa de trituración, por lo menos para las fuentes de Une y

Cajón.

Figura 6-3: Relaciones de forma mínimos, máximos y promedio.

Fuente: propia

Para la Fuente Mosquera, se aprecia que las relaciones de forma tanto mínima, máxima y promedio

exhiben un comportamiento bastante irregular a medida que se avanza en el proceso de produc-

ción, presentando aumentos y descensos en los valores, contrastando con el patrón aproximada-

mente regular de las otras fuentes. Desataca la pronunciada reducción de este valor entre la mues-

tra in situ y a la salida de la voladura, donde se observa que el valor mínimo pasa de 0.8 a 0.3 entre

estos dos procesos (Figura 6-3), lo que en principio sugeriría que hubo una marcada variación entre

0,9

1 1 1 1

0,8

1

0,9

1

0,9 0,9 0,9

1

0,9 0,9

0,4 0,4

0,5

0,4

0,8

0,3

0,4

0,5

0,4 0,4 0,4 0,4

0,5

0,4

0,5

0,6

0,7 0,7 0,7

0,8

0,7 0,7

0,8

0,7

0,6 0,6 0,6

0,7 0,7 0,7

1 -

Insi

tu

3 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

4 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

5 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

6 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

UNE MOSQUERA CAJÓN

Relaciones de Forma

RF Superior RF Inferior RF Promedio



las dimensiones de los clastos, pero dicho comportamiento no se identificó en los análisis de las

secciones delgadas, aunque sí se evidencia disminución de tamaño de granos.

Durante la caracterización física de las muestras de mano, es posible determinar un índice de

campo correlacionable con un rango de Resistencia a la Compresión Simple (ISRM, 1981), em-

pleando el número de golpes con el martillo geológico para fracturar la muestra. Aprovechando

este índice y los datos obtenidos del ensayo de compresión simple o inconfinada con deformación

controlada, fue posible evaluar la calidad del estimativo de campo frente a los datos de laboratorio

para la misma muestra (Tabla 6-2).

Conforme a lo anterior, se aprecia que el índice de campo, que para todas las muestras varió entre

R5 y R6, tiende a sobreestimar la Resistencia a la Compresión Simple comparada con la obtenida

en laboratorio. Esto responde a las características subjetivas en la estimación del índice, donde se

involucran diferentes intensidades de impacto que varían en función de la persona, que pueden

alterar la percepción esta frente a la resistencia real de la roca y la misma interpretación de los

límites o umbrales entre las categorías.

Para este estudio, aparentemente se estimó una clase por encima del valor real, es decir, si bien

son consideradas como Rocas muy duras (R5), hubiese sido más acertado categorizarlas como Ro-

cas Duras (R4), con una RCS entre 50 – 100 MPa, que es más cercano a los órdenes de magnitud

obtenidos en laboratorio. Lo anterior permite ratificar que los meros estimativos de campo o índi-

ces no son suficientes para obtener parámetros de diseño en el macizo rocoso y siempre se re-

quiere acotar dichos parámetros con ensayos de laboratorio.

Tabla 6-2: Índice de campo para estimación de la RCS y valores de resistencia por laboratorio.


tra Clasificación

textural

Clasificación composicio-

nal

Índice RCS (ISRM, 1981)

Rango RCS (ISRM, 1981)

(MPa)

RCS me-dida

(MPa)

Une In situ P1U

Arenisca Cuarzoarenita R5 100 - 250 70.2

Voladura P2U Arenisca Cuarzoarenita R6 > 250 114.3

Mos-quera

In situ P1M Arenisca lodosa Cuarzoarenita R5 100 - 250 40.5

Voladura P2M Arenisca lodosa Cuarzoarenita R5 100 - 250 35.7

Voladura y Martillo

P3M Arenisca lodosa Cuarzoarenita R5 100 - 250 102.1



tra Clasificación

textural

Clasificación composicio-

nal

Índice RCS (ISRM, 1981)

Rango RCS (ISRM, 1981)

(MPa)

RCS me-dida

(MPa)

Cajón In situ P1C Arenisca lodosa Cuarzoarenita R6 > 250 16.1

Voladura P2C Arenisca lodosa Cuarzoarenita R5 100 - 250 73.7

Voladura y Martillo

P3C Arenisca lodosa Cuarzoarenita R5 100 - 250 36.6

Con base en los resultados de la Resistencia a la Compresión Simple RCS y su contribución a la

calidad del macizo rocoso, empleando el sistema de Clasificación RMR (Rock Mass Rating) de Bie-

niawski (1984 en Goodman, 1989), de manera general se observa que los valores de Índice de Carga

Puntual obtenidos (Tabla 6-4) no coinciden con los rangos establecidos de RCS fijados para la cla-

sificación (Tabla 6-3) y en su defecto si se empleasen solamente los IRCP medidos en laboratorio

se tendería a sobreestimar el aporte de la resistencia en la zonificación del macizo, por lo que es

recomendable para efectos de zonificación emplear los valores de RCS puesto que contribuyen a

un estimativo más conservador del RMR.

La correlación entre el Índice de Resistencia a la Carga Puntual (IRCP - 𝐼𝑠, 𝐼𝑠(50)) y la Resistencia a la

Compresión Simple (RCS), no es un indicar fiable para la estimación de esta propiedad (RCS) toda

vez que, si se compara el valor obtenido de resistencia a la compresión con deformación controlada

y el calculado a partir del IRCP, este último tiende a sobreestimar la resistencia de la muestra (Fi-

gura 6-4), independientemente de la magnitud esperada o proceso. Esto por cuanto el factor de

corrección que debe aplicarse al 𝐼𝑠 o 𝐼𝑠(50) varía entre 17,5 y 24,5 (ASTM D5731-16, 2016) pero los

valores de corrección requeridos para obtener un estimativo cercano a la RCS medido en laborato-

rio varían entre 2 y 16 (Tabla 6-4).

Tabla 6-4: Parámetros de resistencia RCS e IRCP.

Fuente Muestra Proceso RCS (MPa) IRCP (MPa) Factor de correc-

ción requerido

Une P1U In situ 70.2 11.8 6.0

P2U Voladura 114.4 7.3 15.6

Mosquera P1M In situ 40.5 2.4 16.9

P2M Voladura 35.7 5.1 7.0

P3M Voladura y martillo 102.1 7.4 13.8

Cajón P1C In situ 16.1 9.3 1.7

P2C Voladura 73.7 7.3 10.0

P3C Voladura y martillo 36.6 5.4 6.8

Resistencia a la Compresión Simple (RCS), Índice de Resistencia a la Carga Puntual (IRCP) para las muestras.



Tabla 6-5: Contribución de la RCS al sistema de clasificación RMR.

Índice de Carga Pun-tual (MPa)

Resistencia a la Com-presión Simple (Mpa)

Aporte calidad del macizo rocoso (ponderación)

>10 >250 15

4 – 10 100 - 250 12

2 – 4 50 – 100 7

1 – 2 25 – 50 4

No usar 10 – 25 2

No usar 3 – 10 1

No usar <3 0

Resistencia a la compresión simple en el sistema de clasificación geomecánica del macizo MRM (Rock Mass

Rating) de Bieniawski (1984 en Goodman, 1989).

Si bien se ha reportado que las voladuras pueden reducir la resistencia de los fragmentos de roca

debido a la generación de micro-fracturas dentro de estos (Khademian et al., 2017), los resultados

de este trabajo no sugieren de manera contundente que los procesos industriales repercutan en la

resistencia de la muestra, pero si se aprecia en las fuentes de Une y Mosquera una ligera tendencia

a incrementar los valores de Resistencia a la Compresión Simple entre las muestras in situ, voladura

y martillo (barras azules de la Figura 6-4), y de manera similar con la Resistencia a la Carga Puntual,

entre los materiales in situ hasta trituración (barras rojas de la Figura 6-4).

No obstante, la Fuente El Cajón no mantiene este último comportamiento y los valores de IRCS

tienden a disminuir con el avance en las etapas de producción. Intuitivamente se espera que los

fragmentos resultantes de los procesos de voladura y trituración presenten un incremento de la

resistencia, por cuanto en la medida que se avanza en las etapas de producción se espera que el

fracturamiento de los clastos se de a lo largo de planos, fracturas o zonas de debilidad preexistentes

o inducidas, las cuales tienen que ir reduciendo su número con el avance de los procesos producti-

vos y en consecuencia quedar solamente los volúmenes más continuos, homogéneos y resistentes

del material. Se debe tener en cuenta que, si bien en el material en los frentes es considerado en

este trabajo como in situ, este no necesariamente está inalterado puesto que puede haber recibido

previamente el efecto de las voladuras que han permitido la exposición del material en momentos

anteriores al inicio de este estudio.


Figura 6-4: RCS medida, estimada e IRCP.

Si se compara la RCS promedio (92.3 MPa) obtenida para la Fuente Une, esta presenta el mayor

valor en relación con las demás fuentes (42.0 MPa y 59.4 MPa), lo cual puede ser correlacionado

en primer lugar por el tipo de roca de esta cantera, que corresponde a una arenisca; segundo, el

contacto de los granos es suturado con disolución y recristalización de los cuarzos y tercero, pre-

senta los menores porcentajes de matriz (<1%). Estas características contrastan con las demás

fuentes donde se tienen areniscas lodosas, contactos puntuales a suturados y en particular un no-

table incremento de la matriz (Figura 6-5). Inclusive en la muestra in situ de El Cajón donde se

identificaron sistemas de fracturas, mostró la menor RCS en relación con las demás canteras. A la

luz de estos resultados, se puede inferir que efectivamente la textura y fábrica del material afecta

la resistencia de la roca; en particular el incremento del porcentaje de matriz tanto in situ como

con el avance de los procesos de producción, parecen sugerir que la resistencia del material se

reduce.

70,2

114,3

40,5

35,7

102,1

16,1

73,7

36,6

235,6

146

168

248

48

102

148

70

237

186

146

108

80

197,4

11,78

7,3

8,4

12,4

2,4

5,1

7,4

3,5

11,85

9,3

7,3

5,4

4

9,87

051015202530

0 50 100 150 200 250 300 350

1 - Insitu

2 - Voladura




1 - Insitu

2 - Voladura




1 - Insitu

2 - Voladura





UN

EM

OSQ

UER

AC

AJÓ

N

Índice de Resistencia a la Carga Puntual (MPa)

Resistencia a la Compresión Simple (MPa)

Resistencia a la compresión simple y carga puntual

RCS Estimado con IRCP (MPa) RCS Medida (MPa) IRCP (Mpa)



Además del comportamiento anterior vale la pena señalar que, los valores promedio de RCS obte-

nidos para las fuentes, a pesar de ser todos composicionalmente una cuarzorenita y texturalmente

arenisca o arenisca lodosa, muestran una variación importante entre ellos, lo que demuestra que

el material rocoso es altamente heterogéneo y a pesar de tener el mismo yacimiento o formación

geológica y explotar un manto definido, se puede encontrar un comportamiento mecánico variable

entre las muestras.

Figura 6-5: Diferencias en la fábrica y textura de las fuentes.

A) B)

C)

A) Contactos suturados entre granos de cuarzo, nótese la ausencia de matriz. B) Relación clastos, matriz

siendo esta última bastante extensa en la muestra. C) Relación clastos y poros, siendo estos últimos bas-

tante recurrentes. Fuente: propia.

En relación con el desgaste en Máquina de los Ángeles de los agregados producidos en trituración

secundaria y terciaria (Figura 6-6), los datos parecen sugerir que al avanzar en los procesos de pro-

ducción, el agregado pétreo tiende a ser más susceptible a la degradación, sin embargo no es po-

sible establecer un comportamiento diferencial entre las fuentes y por el contrario todas las can-


teras presentaron un desempeño relativamente homogéneo, lo que puede relacionarse a su com-

posición textural (arenisca y arenisca lodosa) mineralógica (cuarzoarenita). El incremento en el des-

gaste del material se puede atribuir a la misma naturaleza del ensayo, donde se somete el material

a procesos de impacto y abrasión de manera reiterada y la respuesta de la muestra, parece estar

condicionada por el entrabamiento, contacto del armazón y en particular el alto contenido de

cuarzo de la roca, el cual presenta una dureza intermedia (7 en la escala de dureza de Mohs).

Figura 6-6: Resultados del ensayo en Máquina de los Ángeles.

A nivel de propiedades físicas tales como pesos unitarios, gravedad específica y humedad (Figura

6-7), se observa que los dos primeros no muestran una variación significativa entre los procesos,

salvo en la Fuente Mosquera, donde se tiene un leve incremento entre las muestras in situ y aque-

llas sometidas al proceso de voladura y martillo. Los datos sugieren que el contenido de humedad

después de la voladura incrementa, lo cual puede explicarse por el aumento del área superficial de

los fragmentos de material y el tiempo que puede pasar entre el arranque por voladura y el inicio

de las etapas de disminución de tamaño con martillo o trituración, que pueden favorecer la acción

del intemperismo en las muestras.

20,124,2

20,6

20,925,6

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

1 - Insitu



2 - Voladura


1 - Insitu



UN

EM

OSQ

UER

AC

AJÓ

N

Desgaste en Máquina de los Ángeles (%)

Desgaste en Máquina de los Ángeles DMA



Figura 6-7: Variación de los pesos unitarios, humedad y gravedad específica.

Al evaluarse los parámetros elásticos estimados, como son el Módulo de Elasticidad y relación de

Poisson (Figura 6-8), se observa como el módulo promedio (𝐸) y el módulo al 50% de la resistencia

última (𝐸50) tiene un comportamiento muy similar en las diferentes muestras, debido al compor-

tamiento casi lineal en los ensayos; de igual manera, estos exhiben un incremento importante en

su magnitud entre el material in situ y el expuesto a voladura en todas las tres fuentes. Sin embargo,

en la fuente Mosquera se observa que una vez el material sale del proceso de reducción de tama-

ños con martillo los módulos 𝐸 y 𝐸50 vuelven a disminuir.

Por otra parte, si bien la relación de Poisson incrementa con la porosidad según Zhang (2020),

cuando se compara el cambio en la porosidad del análisis petrográfico, no se aprecia una variación

significativa que puede correlacionarse con el comportamiento de este parámetro elástico.

2,88 2,792,39

2,572,79 2,70 2,73 2,69

2,52 2,522,15 2,21

2,42 2,35 2,41 2,47

0,15

0,240,30

0,50

0,220,18

0,390,42

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

4 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

5 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra s

ecu

nd

aria

6 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

UNE MOSQUERA CAJÓN

Hu

med

ad (

%)

Pes

o U

nit

ario

(g/

cm3

) y

Gs

Peso Unitario, Humedad y Gravedad Específica

Peso Unitario (g/cm3) Gs Humedad (%)


Figura 6-8: Estimación de parámetros elásticos en las muestras seleccionadas

Al observar las curvas de esfuerzo y deformación axial obtenidas para la Fuente Une (Figura 6-9),

se observa que en estos materiales se presenta un comportamiento predominantemente lineal en

toda la extensión de los datos, sin que se llegue a identificar un tramo inicial asociado al cierre de

fracturas o poros, indicado en la literatura, como si se aprecia en las otras fuentes.

Figura 6-9: Curva esfuerzo deformación para las muestras

Muestra P1U In situ y P2U después de voladura de la Fuente Une.

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

0100002000030000400005000060000700008000090000

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

4 -

Tri

tura

do

ra…

5 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra…

1 -

Insi

tu

2 -

Vo

lad

ura

3 -

Vo

lad

ura

+ M

arti

llo

4 -

Tri

tura

do

ra p

rim

aria

5 -

Tri

tura

do

ra…

6 -

Tri

tura

do

ra t

erci

aria

UNE MOSQUERA CAJÓN

Rel

ació

n d

e P

ois

son

v

Mó

du

lo d

e El

asti

cid

ad E

(M

pa)

Párametros Elasticos E, v

Módulo de Elasticidad E (MPa) Módulo de Elaticidad E50 (MPa) Relación de Poisson

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Esfu

erz

o A

xial

(M

Pa)

Deformación Axial

Curva Esfuerzo - Deformación

P1U P2U



En las curvas esfuerzo deformación axial de la Fuente Mosquera, se destaca en primer lugar un

tramo inicial cóncavo asociado al cierre de fracturas o poros, que antecede la región de comporta-

miento lineal, tanto en la muestra in situ como la expuesta a voladura y martillo. En segundo lugar,

se observa que, para la muestra obtenida después de voladura, antes de iniciar la región elástica

se presenta una región convexa, el cual indica que el proceso de compactación de poros no ocurrió

debido al contenido de agua, siendo concordante con el aumento del porcentaje de humedad iden-

tificado para esta muestra (Figura 6-10).

Figura 6-10: Curva esfuerzo deformación para las muestras.

Muestra P1M in situ, P2M después de voladura y P3M voladura y martillo de la Fuente Mosquera.

Para la fuente El Cajón (Figura 6-11), la curva esfuerzo deformación de la muestra in situ, muestra

un comportamiento predominantemente lineal, al igual que la muestra sometida a voladura y mar-

tillo hidráulico, mientras que la muestra después de voladura presenta una región convexa que

antecede el tramo elástico, asociada a la ausencia de compactación de poros.

0

20

40

60

80

100

120

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045

Esfu

erz

o A

xial

(M

Pa)

Deformación Axial


P1M P2M P3M


Figura 6-11: Curva esfuerzo deformación para las muestras.

Muestra P1C in situ, P2C después de voladura y P3C voladura y martillo de la Fuente El Cajón.

Del comportamiento anterior resalta que la única fuente que no mostró un comportamiento cón-

cavo al inicio de la curva fue la cantera de Une, la cual presente el menor contenido de poros y

matriz, acercándose a un modelo lineal, mientras que Mosquera y El Cajón exhiben dicha región

cóncava, coincidente con materiales que presentan un mayor porcentaje de matriz y poros, y con-

tenidos de humedad mayores.

Los análisis de las curvas de esfuerzo-deformación se realizaron con el fin de destacar los compor-

tamientos presentados en las muestras a través de los ensayos, particularmente en la dirección

axial, donde se identifican tramos cóncavos al inicio de la curva, los cuales se relacionan con el

cierre de las fracturas y/o de los poros en las muestras. Se descarta que dicho comportamiento

obedezca a errores del equipo, por cuanto no es una respuesta sistemática en las muestras, dado

que la Fuente Une se aleja de dicha tendencia. En lo referente a la deformación volumétrica, no es

posible definir un comportamiento dilatante o contráctil dado que dichos términos involucran ma-

teriales granulares, los cuales distan de las características litológicas de un material rocoso como el

analizado en este trabajo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,002

Esfu

erz

o A

xial

(M

Pa)

Deformación Axial


P1C P2C P3C



Finalmente, en relación con el comportamiento de las velocidades de onda P y S (Figura 6-12), no

es posible establecer un patrón de comportamiento influenciado por los procesos de producción,

teniendo en cuenta que dicha propiedad se ve influenciada por factores tales como composición

mineralógica y textura, densidad, porosidad, agua intersticial, presión de confinamiento, tempera-

tura, meteorización, alteración, planos de estratificación, propiedades de las discontinuidades (ru-

gosidad, relleno, agua, orientación), anisotropía, esfuerzos de confinamiento, entre otros. Por

ejemplo, al comparar las velocidades de onda P con las densidades del material o RCS, los patrones

de comportamiento no son plenamente concordantes con lo señalado en la literatura (Sarkar et al.,

2012; Heidari et al., 2020; Saroglou & Kallimogiannis, 2017).

Figura 6-12: Resultados de la medición de velocidad de onda P y S.

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0

1 - Insitu

2 - Voladura

1 - Insitu

2 - Voladura


1 - Insitu

2 - Voladura


UN

EM

OSQ

UER

AC

AJÓ

N

Velocidad de onda P y S

Velocidad Onda S (m/s) Velocidad onda P (m/s)

7. Conclusiones y recomendaciones

7.1 Conclusiones

El principal aporte de este trabajo Final de Maestría, es el desarrollo de una metodología que per-

mite involucrar estudios petrográficos no convencionales, como complemento a los análisis físico-

mecánicos que se realizan tradicionalmente en la evaluación de materiales de construcción.

La metodología planteada con base en la experiencia de este estudio se puede resumir en la si-

guiente secuencia de actividades:

- Toma de muestras en campo representativas de cada proceso industrial. Debidamente

identificadas y rotuladas.

- Descripción de muestras de mano, identificando: color, textura, fábrica, porosidad, grado

de meteorización, relación clastos, matriz y poros. Asimismo, estimación de índices de re-

sistencia por medio de martillo geológico.

- Preparación de núcleos y muestras para ensayo. En esta etapa también se incluye la elabo-

ración de secciones delgadas para análisis petrográfico.

- Inspección de las secciones bajo el microscopio petrográfico y toma de imágenes digitales

(mínimo 100 fotografías por cada sección). Realizar un conteo sistemático de por lo menos

100 puntos para determinar la relación clastos, matriz y poros; mediciones de las diámetros

mínimos y máximo en igual número de puntos (100), y análisis de campos visuales con

diferentes objetivos: 50, 100, 200 µm para identificación de especies minerales, fábrica,

forma, disolución y contacto de los granos.

- Cuantificación de parámetros y rasgos identificables (relación de forma, composición, pro-

porción, clastos/matriz/poros, composición mineralógica, rotura de granos, fisuración, me-

teorización)



- Clasificación textural y composicional de la muestra.

- Realización de ensayos de laboratorio para determinar propiedades índice (peso unitario,

humedad, gravedad específica, etc), velocidades de onda, parámetros elásticos (𝐸, 𝜈) y de

resistencia (RCS, IRCP)

- Conformación de bases de datos con todos los parámetros determinados

- Análisis de las variaciones observables durante los procesos e identificación de posibles

relaciones con otros parámetros físicos y mecánicos.

Con la aplicación de esta metodología al estudio de los materiales pétreos, se involucran descrip-

ciones propias de la geología, desde el punto de vista de la litología y la petrografía, las cuales

aportaron información adicional a las caracterizaciones ingenieriles, para contar con un panorama

más completo de las tres fuentes de materiales seleccionadas como casos de estudio.

La caracterización petrográfica ayudó a definir la composición mineralógica, rasgos texturales apre-

ciables como la proporción de clastos, matriz y poros, entre muchos otros, cuyo seguimiento du-

rante los procesos productivos de los tres materiales, condujo a establecer el nivel de afectación

que tienen dichos procesos en los materiales.

Es así como se concluye que la Fuente Mosquera, que aprovecha niveles de la unidad Arenisca

Dura, texturalmente corresponde a una arenisca lodosa, y composicionalmente a cuarzoarenitas.

Las muestras analizadas en los diferentes procesos industriales muestran una leve tendencia a in-

crementar el porcentaje de matriz y poros conforme se avanza en las etapas de producción, con la

consecuente reducción en el volumen del armazón o clastos. Mediante la petrografía y análisis

visual de muestras de mano, se observó la presencia de fisuras preexistentes en las muestras de-

nominadas in situ; como producto de la voladura se identificó descamación y por efecto del martillo

hidráulico, afectaciones por rotura de granos e incremento de la porosidad.

Los análisis de muestras de mano y petrografía de la Fuente El Cajón, la cual explota un yacimiento

que texturalmente corresponde a areniscas lodosa y composicionalmente a cuarzoarenitas, mos-

traron un incremento sostenido en el porcentaje de matriz, con el avance del material por los dife-


rentes procesos productivos. Texturalmente exhibe cambios importantes tales como la disminu-

ción del tamaño de los clastos por fracturamiento, inmersión de los granos en la matriz, reorienta-

ción del armazón y sistemas de fracturas.

Por su parte, en las areniscas de la fuente Une, el único rasgo a destacar es la generación de dos

sistemas de fracturas, paralelas y perpendiculares a la estratificación, observadas en el material

sometido a voladura.

Los efectos de los diferentes procesos industriales no son homogéneos en las muestras y en las

fuentes, pues los materiales tienen diferentes respuestas tanto en la fábrica como en sus propie-

dades físicas y mecánicas. Algunos pueden estar libres de variaciones en la fábrica o textura y en

consecuencia mostraran un comportamiento homogéneo independientemente del proceso, mien-

tras otros exhiben una variación en las proporciones de matriz o poros, la reducción del tamaño de

los clastos por fracturamiento, o inclusive la generación de microfracturas. Lo anterior resulta más

evidente al analizar el desempeño de la Fuente Cajón y Mosquera que, a pesar de coincidir en la

unidad geológica del yacimiento, mostraron un compartimiento diferente, y si se compara con Une,

el despeño difiere a un más, a pesar de que se trate genéricamente de material proveniente de

areniscas.

Aunque existen modificaciones en la fábrica, cuando se analiza la relación de forma de los granos,

no se evidencia una tendencia clara que pueda ser asociada a los procesos de producción; esta

relación entre la dimensión menor/dimensión mayor de los granos, se mantiene entre 0,4 y 0,9 en

la mayoría de los casos. No obstante, la Fuente Mosquera presenta un cambio notable con la vola-

dura, pasando de relaciones en el rango 0,8 - 1,0 en la roca intacta a 0,3 - 0,8. En este caso particu-

lar, los granos con formas iniciales esféricas o cúbicas pasan a subprismoidales o prismoidales, agu-

dizando de algún modo su susceptibilidad a romperse por su dimensión menor.

Con base en todo lo anterior, se logra dar cumplimiento a dos de los objetivos específicos:

- Caracterizar, mediante técnicas petrográficas, los materiales pétreos provenientes de tres

fuentes de materiales, definiendo composición y rasgos texturales apreciables.

- Plantear una metodología que permita involucrar estudios petrográficos con estudios fí-

sico-mecánicos en la evaluación de materiales de construcción.



Un tercer elemento logrado en este estudio, en cumplimiento de los objetivos específicos, es la

identificación de posibles cambios en propiedades físico-mecánicas de los materiales pétreos du-

rante distintas fases del proceso productivo. Para ello, se recurrió a una campaña de pruebas de

resistencia a compresión simple, carga puntual y velocidad de onda en laboratorio. Las conclusio-

nes más relevantes de estos análisis se presentan a continuación.

Al relacionar la resistencia a la compresión simple promedio de las muestras y las características

petrográficas identificas, se observa que existe una relación inversa con el contenido de matriz. La

fuente Une, presentó el menor porcentaje de matriz y su resistencia promedio fue superior a la de

las otras canteras, mientras que El Cajón, registró la mayor cantidad de matriz y su resistencia pro-

medio fue la menor. Esto conlleva a que, como se ha señalado extensamente en la literatura, la

fábrica y mineralogía de la roca influencia su desempeño.

Al comparar los valores de resistencia a la compresión simple medidos directamente en núcleos de

roca, con aquellos obtenidos a partir de correlación con el Índice de Resistencia a la Carga Puntual,

estos últimos tienden a sobreestimar la resistencia, debido a que los factores de corrección repor-

tados en la literatura son mucho más elevados de los realmente requeridos para obtener un valor

cercano al real. Esto conlleva a que este tipo de correlaciones debe ser empleada de manera con-

servadora pues, para los casos de estudio considerados, se sobrevalora la verdadera capacidad de

la roca.

En términos generales, se observa una tendencia a incrementarse la resistencia a la compresión

simple y la rigidez entre el material in situ y las muestras sometidas a voladura y martillo. Algo

similar reflejan los resultados del Índice de Resistencia a la Carga Puntual (IRCP), el cual se incre-

menta conforme se avanza en los procesos industriales, para las muestras de Une y Mosquera.

Lo anterior puede estar relacionado con que, en la medida que se avanza en las etapas de produc-

ción, el fracturamiento de los clastos se da lo largo de planos, fracturas o zonas de debilidad pre-

existentes o inducidas; con el avance de los procesos productivos tales discontinuidades tienen a

reducirse en número; en consecuencia, los fragmentos obtenidos de los procesos de voladura y


trituración pueden resultar más continuos, homogéneos y resistentes que la roca in situ. Este factor

de escala también tiene que ver mucho cuando se está seleccionando la zona del fragmento de

donde se extraen los núcleos y bloques para ensayos de resistencia.

Debido a los diferentes factores que controlan la velocidad de onda, no se identifican relaciones

claras con las propiedades estudiadas. Es muy probable que este parámetro se vea influenciado

por una combinación de cambios microestructurales, texturales y de propiedades físicas, por lo que

se sugiere profundizar en ello en investigaciones futuras.

A nivel del desgaste obtenido por medio de la Maquina de los Ángeles, se aprecia un desempeño

bastante homogéneo entre las muestras y las fuentes, con pérdidas en peso menores o iguales a

25%; esto en parte explicado por la abundancia de cuarzo presente en todos los materiales (mayor

a 80%), el cual parece controlar el comportamiento de éstos frente a la abrasión y desgaste.

Las demás propiedades físicas se mantienen prácticamente constantes a lo largo de los procesos

de producción en las tres fuentes: alrededor de 2,7 t/m3 el peso unitario, entre 2, 1 y 2,5 la gravedad

específica y humedades menores a 0,5%.

Todas las conclusiones presentadas en este documento se desarrollaron con el fin de constituir un

referente para la adquisición, procesamiento y su análisis de datos. Siendo importante resaltar que,

si bien las empresas en su mayoría poseen laboratorios para la caracterización de sus muestras,

sería oportuno que se implemente progresivamente una línea de caracterización integral de los

materiales en las diferentes etapas o fases de producción. Con ello se podría garantizar un mues-

treo sistemático y representativo que aporte resultados particulares a cada explotación y que estos

se traduzcan en propuestas de optimización o mejoramiento de calidad en el manejo y aprovecha-

miento de los materiales.

Finalmente, con los resultados y análisis presentados en este Trabajo Final de Maestría, se da cum-

plimiento al objetivo general que se planteó: la caracterización física, mecánica y petrográfica de

materiales pétreos obtenidos en diferentes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá.



7.2 Recomendaciones

Una de las principales limitantes para la realización de este tipo de trabajos es la disponibilidad de

información y material de muestreo, los cuales dependen esencialmente del acceso que permitan

los titulares y operadores de las fuentes. Para futuras investigaciones, se recomienda ampliar la

campaña de muestreo y extenderla hacia otras fuentes de materiales.

El uso de técnicas de análisis tales como la microscopia óptica, la difracción de rayos X, el procesa-

miento de imágenes, no son herramientas afianzadas en la práctica del estudio de materiales para

fines geotécnicos, siendo notable la mínima cantidad de estudios que involucren estas aproxima-

ciones en el País, mientras que en otras partes del mundo se aplicación es recurrente para la eva-

luación del desempeño de los materiales para carreteras.

Si bien se han identificado investigaciones enfocadas a la caracterización física y mecánica de los

agregados pétreos, estas no involucran o llegan a tener en cuenta el efecto de los diferentes pro-

cesos industriales en las características del material, por lo que las etapas de producción merecen

continuar siendo investigadas en aras de detectar su influencia real sobre el desempeño de los

materiales, especialmente para vías, más aún para nuestro país cuyos proyectos viales están en

auge y son ejes estratégicos del desarrollo de la Nación.

Los análisis petrográficos deben de ser una práctica rutinaria pues se evidencia que el desempeño

y comportamiento de los agregados pétreos es heterogéneo frente al efecto de los procesos indus-

triales, debido a la mineralogía, fabrica y litología de la roca. En consecuencia, su monitoreo debe

afianzarse en el control de calidad de esta industria y se recomienda a la industria de agregados

pétreos, acoger los resultados y análisis derivados de este estudio, como insumos que permitan

mejorar los procesos productivos y la calidad de los materiales.

Este trabajo constituye una aproximación a la determinación del efecto de los procesos industriales

en las características, físicas, mecánicas y petrográficas de los materiales pétreos, sirviendo de base

para trabajos posteriores que logren involucrar más fuentes de material, muestreos extensivos y


sistemáticos, técnicas y equipos más modernos. Para ello se requiere de una inversión que acom-

pañe estas investigaciones, cuyos recursos deberían provenir conjuntamente de la Nación y del

sector privado.

Enfoques y temas adicionales que pueden ser abordados en trabajos posteriores, incluyen, pero no

se limitan a:

- Identificación de arcillas: por ejemplo por medio de la técnica de difracción de rayos x, que

permitan detectar potenciales minerales reactivos como la esméctica, la cual es determi-

nante en el control de la durabilidad (Cetin et al. (2000 en Dhakal et al., 2002), dado que

puede expandirse en contacto con el agua y favorecer la separación de los granos.

- Estudiar la optimización de los procesos de trituración a partir de una reducción de tamaño

y debilitamiento de los fragmentos por efecto de voladuras. Esto por cuanto el incremento

de la energía aplicada en la voladura, conlleva una reducción importante en la resistencia

de los fragmentos de roca, particularmente el IRCP (Khademian et al., 2017), asociados a

la generación de microfracturas que pueden ser aprovechadas en los procesos de conmi-

nución posteriores.

- Evaluar el efecto de la humedad en la resistencia, pues se sabe que a mayor humedad la

resistencia de la roca disminuye (Ojo & Brook, 1990), lo cual puede ser aprovechado para

optimizar los procesos tanto de voladura como de conminución.

- Cuantificación del efecto de la meteorización sobre la resistencia

- Evaluar de manera detallada los factores que controlan el comportamiento de las veloci-

dades de onda en los materiales pétreos, pues son muchos elementos que deben ser con-

siderados, aunado a los requerimientos tecnológicos que requiere su estudio.

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A. Imágenes estereomicroscopio

UNE

P1U - 1 P1U - 2 P1U - 3

P2U - 1 P2U - 2 P2U - 3

148 Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en

diferentes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

MOSQUERA

P1M - 1 P1M - 2 P1M - 3

P2M - 1 P2M - 2 P2M - 3

P3M - 1 P3M - 2 P3M - 3

CAJÓN

P1C - 1 P1C - 2 P1C - 3

Anexo B. Imágenes microscopio 149

P2C - 1 P2C - 2 P2C - 3

P3C - 1 P3C - 2 P3C - 3

B. Imágenes microscopio

UNE

P1U - 1 P1U - 2 P1U - 3

UNE I - 1 UNE I - 2 UNE I - 3

UNE II - 1 UNE II - 2 UNE II - 3

UNE III - 1 UNE III - 2 UNE III - 3

152 Caracterización física, mecánica y petrográfica de materiales pétreos obtenidos en

diferentes fases de producción en canteras cercanas a Bogotá

MOSQUERA

P1M - 1 P1M - 2 P1M - 3

P2M - 1 P2M - 2 P2M - 3

MOS I - 1 MOS I - 2 MOS I - 3

MOS II - 1 MOS II - 2 MOS II - 3

Anexo B. Imágenes microscopio 153

CAJÓN

P1C - 1 P1C - 2 P1C - 3

P2C - 1 P2C - 2 P2C - 3

P3C - 1 P3C - 2 P3C - 3

caracterización física, mecánica y petrográfica de

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