modelo geotÉcnico basado en propiedades Índice …

MODELO GEOTÉCNICO BASADO EN PROPIEDADES ÍNDICE SECTOR

PISCINAS TERMALES PÚBLICAS DEL MUNICIPIO DE PAIPA

HEIDI KATHERINE ALCANTAR SALAZAR

MILDRED JOHANA VARGAS LARROTTA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

TUNJA

2019

MODELO GEOTÉCNICO BASADO EN PROPIEDADES ÍNDICE SECTOR

PISCINAS TERMALES PÚBLICAS DEL MUNICIPIO DE PAIPA

HEIDI KATHERINE ALCANTAR SALAZAR

MILDRED JOHANA VARGAS LARROTTA

Trabajo de investigación para optar por el título de

INGENIERA CIVIL

DIRECTOR UPTC

LESLY NATHALIE LOPEZ VALIENTE

I.C MSC Geotecnia

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

TUNJA

2019

Tunja, Mayo 2019

Nota de aceptación:

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Firma del presidente del jurado

Firma del Jurado

Firma del Jurado

DEDICATORIA

Todo este esfuerzo está dedicado a mi Madre porque sé que ella me ayudo

en las buenas y en las malas, además de brindarme su infinito amor y

confianza a lo largo de los años para convertirme en lo que soy.

A Osvaldo por convertirse en mi Padre y un gran ejemplo a seguir, ofreciendo

siempre su cariño y tan valiosos consejos para guiar mi vida de la mejor

manera, y así mismo crecer como persona.

A mi hermana por estar siempre presente y ser la mejor compañera de vida,

por ser mi gran motivación y que veas en mí que con esfuerzo los sueños se

cumplen.

A mis abuelos, por sus enseñanzas, por los mensajes de aliento y su gran

manera de enseñarme a afrontar la vida. En general a toda mi familia por ser

un pilar fundamental y constante apoyo durante este largo camino.

Johana Larrotta

En cada etapa de mi vida he podido contar con grandes y generosas almas que

con mucho amor han dejado parte de ellas en lo que hoy día soy. Dedico no solo

mis triunfos, sino el vencer el temor de que no se puede a mis padres, ejemplo

de amor y superación. A ustedes mi infinito amor y gratitud, quienes a pesar de

los obstáculos creen plenamente en mis capacidades y me impulsan a no dejar

de soñar guiando mi camino agradeciendo a la vida por todas las alegrías y

bendiciones.

A mi hijo, que contigo de la mano todo se ha logrado y los sueños a tu lado no

son solo eso, son metas que poco a poco se ido materializando. A Camilo, mi

compañero de vida que siempre

A mis hermanos, Julián mi más constante e incondicional apoyo de vida y

Melissa, mi hermanita que teniendo un carácter tan diferente al mío me ha

enseñado que la felicidad no radica en la perfección.

A mi tía Esther, a mi prima Janeth y mi madrina Lucila quienes me han adoptado

como una hija y han contribuido diariamente en nuestro bienestar.

A mi Familia Alcántar, que ha acompañado cada etapa en mi vida. A mi familia

Salazar, que a pesar de la distancia acompaña mi crecimiento.

Heidi Katherine Alcántar

AGRADECIMIENTOS

De manera especial a nuestra tutora la ingeniera Nathalie López, por ser nuestra

guía, no solo en la elaboración de este trabajo de titulación, sino a lo largo de la

carrea universitaria. Agradecemos el compromiso por ser mejores, por involucrar

más del tiempo destinado a las asesorías, fortalecernos cuando nos

desanimábamos y por la dedicación con la que acepta cada tarea.

Agradecemos al grupo de personas que hacen parte del laboratorio de Suelo, en

especial al ingeniero Christian Pinilla que fue de gran apoyo desde el inicio en el

desarrollo de la investigación. Al ingeniero Dairo Gómez que nos permitió formar

parte de su investigación.

Finalmente, agradecemos a cada Ingeniero que a lo largo de nuestra formación

como Ingenieras fortalecieron nuestros conocimientos

RESUMEN

El presente trabajo de investigación se basa en la construcción del modelo

geotécnico teniendo en cuenta las propiedades índices del sector piscinas

termales públicas del municipio de Paipa, el cual geológicamente el sector se

localiza en el depósito aluvial en Paipa, donde se encuentran afloramientos de

agua termal. Lo anterior basados en la aplicación de métodos directos e

indirectos de exploración donde se pretende avanzar en el conocimiento de la

relación entre los dos tipos de resultados obtenidos mediante las exploraciones

mencionadas. Además, se desarrolla como proyecto enmarcado como apoyo al

trabajo de investigación de posgrado del ingeniero Dairo Gómez denominado

Modelo Geotérmico de Paipa mediante exploración del subsuelo y análisis físico

químico de aguas termales

Respecto a la exploración indirecta evaluada mediante los S.E.V, se llevaron a

cabo 5 sondeos de los cuales se distinguieron entre 4 a 5 capas de materiales

describiendo materiales arcillo-arenosos, arenosos y gravas con resistividades

entre los 10 ohmnios-m hasta los 1000 ohmnios-m.

El método directo de exploración se ejecutó manualmente mediante ensayo de

penetración estándar SPT a una profundidad de 15 metros recolectando 18

muestras con características arenosas, arcillosas y bajo contenido de gravas; a

las cuales se les realizo ensayo de caracterización de las siguientes propiedades

índice: humedad natural, relaciones volumétricas y gravimétricas, gravedad

específica, límites de atterberg, densidad relativa, granulometría entre otros...

Para determinar la relación entre los diferentes resultados obtenidos en las

exploraciones se correlacionaron la variación del peso unitario, densidad relativa,

humedad natural y porcentaje de finos respecto a la resistividad de los sondeos

geo eléctricos realizados sobre la misma zona geológica de la perforación

directa, identificando con esto los materiales presentes en la zona de estudio y

la variación de las propiedades antes descritas.

ABSTRACT

This research work is based on the application of the geotechnical model

consider by the index properties of the public thermal pools sector in the

municipality of Paipa, geologically the sector is located in the alluvial deposit in

Paipa, Where there are thermal water outcroppings. The foregoing is based on

the application of direct and indirect methods of exploration where it is intended

to advance in the knowledge of the relationship between the two types of results

obtained through the aforementioned explorations. In addition, it is developed as

a project framed as support to the work of postgraduate research of the engineer

Dairo Gómez called geothermal model of Paipa by exploration of the subsoil and

physical chemical analysis of thermal waters

With regard to the indirect exploration evaluated by the S.E. V, five surveys were

carried out, of which four to five layers of materials were distinguished describing

clay-sandy, sandy and gravel materials with resistivities between 10 ohm-M up

to the 1000 Ohm-M.

The direct method of exploration was executed manually using SPT standard

penetration test at a depth of 15 meters, collecting 18 samples with characteristic

Sandy, clayey and low-gravel characteristics; To which they were performed

characterization tests of the following properties index: Natural humidity,

volumetric and gravimetric relationships, specific gravity, limits of Atterberg,

relative density, particle size among others...

To determine the relationship between the types of results obtained in the

explorations correlated the variation of unit weight, relative density, natural

humidity and percentage of fines compared to the resistivity of the geoelectric

probes performed On the same geological zone of direct perforation, identifying

with this the materials present in the study area and the variation of the properties

described above.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 16

1. OBJETIVOS 17

1.1 OBJETIVO GENERAL 17

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 17

2 ALCANCE 18

3 JUSTIFICACIÓN 19

4 MARCO REFERENCIAL 20

4.1 MARCO CONCEPTUAL 20

4.1.1 Propiedades índices y básicas 20

4.1.2 Caracterización geotécnica 20

4.1.3 Ensayos de caracterización 20

4.1.4 Relaciones gravimétricas y volumétricas 20

4.1.5 Humedad natural 23

4.1.6 Granulometría 24

4.1.7 Densidad relativa 25

4.1.8 Límites de Atterberg 26

4.1.9 Peso unitario 28

4.1.10 Gravedad específica 30

4.1.11 Correlación entre variables 31

4.2 MARCO TEORICO 31

4.2.1 Sondeo geoeléctrico 32

4.2.2 Resistividad 33

4.2.3 Correlaciones entre N y resistencia efectiva de los suelos 34

4.2.4 Modelo geotécnico 35

4.3 MARCO LEGAL 36

4.3.1 INV E-122-07 36

4.3.2 INV E - 123 - 07. 36

4.3.3 INV E – 128 – 07. Gravedad específica 36

4.3.4 INV E – 125 – 07. Límite líquido 36

4.3.5 INV E - 126 - 07. Límite plástico 37

4.3.6 INV E - 214 - 07. Cantidad de material fino que pasa el tamiz nº 200 en

los agregados 37

4.3.7 INV E N- 136 - 07- determinación de masa unitaria máxima y mínima para

el cálculo de la densidad relativa 37

5 LOCALIZACIÓN 38

5.1 GEOGRAFÍA DEL AREA DE ESTUDIO 38

5.2 GEOLOGÍA LOCAL 40

5.2.1 Formación tibasosa 40

5.2.2 Formación une 40

5.2.3 Grupo churuvita 41

5.2.4 Formación conejo 41

5.2.5 Formación plaeners 41

5.2.6 Formación los pinos 41

5.2.7 Formación guaduas 41

5.2.8 Formación labor-tierna 41

5.2.9 Brecha hidrotermal 42

5.2.10 Depósitos cuaternarios 42

5.2.11 Depósitos aluviales 42

5.3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE INTERES 43

6 DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL 45

6.1 METODOLOGÍA 45

6.1.1 Etapa A. Reunión y análisis de información 45

6.1.2 Etapa B: Recopilación de los resultados del ensayo geofísico, realizado

por Ingeniero Dairo Alexander Gómez Romero, para la propuesta de grado

maestría: Modelo Geotérmico De Paipa Mediante Exploración Del Subsuelo Y

Análisis Físico Químico De Aguas Termales 45

6.1.3 Etapa C: Acompañamiento en el trabajo de campo 45

6.1.4 Etapa D: Caracterización geotécnica en laboratorio 46

6.1.5 Etapa E: Análisis de resultados obtenidos del trabajo de laboratorio 51

6.1.6 Etapa F: Correlación de datos obtenidos por medio de los métodos

directos e indirectos de exploración 51

6.1.7 Etapa G: Conclusiones y realización del libro 51

6.2 DISEÑO EXPERIMENTAL 52

7 RESULTADOS 55

7.1 RESULTADOS DE LABORATORIO 55

7.2 RESULTADOS DE SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES 9

8 ANALISIS DE RESULTADOS 9

8.1 PROPIEDADES INDICE 9

8.1.1 Humedad Natural. 9

8.1.2 Peso unitario. 10

8.1.3 Relación de Vacíos 12

8.1.4 Gravedad Específica. 12

8.1.5 Ángulo de Fricción 13

8.1.7 Granulometría. 15

8.2 CARACTERISTICAS GEOELÉCTRICAS 17

9 CORRELACIONES RESISTIVIDAD CON PROPIEDADES INDICE 22

9.1 HUMEDAD NATURAL Y RESISTIVIDAD 22

9.2 PESO UNITARIO Y RESISTIVIDAD 23

9.3 COMPACIDAD RELATIVA Y RESISTIVIDAD 24

9.4 GRANULOMETRÍA Y RESISTIVIDAD 25

10 MODELO GEOTENICO EN BASE A PROPIEDDES ÍINDICE DEL SUELO

26

10.1 PROPIEDADES GEOTÉCNICAS Y GEOELÉCTRICAS. MODELO

CONCEPTUAL 29

10.2 MODELOS MATEMÁTICOS 33

10.2.1 Resistividad y compacidad relativa 33

10.2.2 Resistividad y peso unitario 34

10.3 APLICACIÓN HERRAMIENTA ANÁLISIS GEOESTADÍSITICO 35

11 CONCLUSIONES 39

12 RECOMENDACIONES 43

BIBLIOGRAFÍA 45

ANEXO 46

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Valores típicos para peso unitario saturado de diferentes materiales 29

Tabla 2. Índice de vacíos, contenido de humedad y peso unitario seco (Coduto,

1999) 30

Tabla 3. Valores típicos de resistividad (Peck, 1974) 33

Tabla 4. Ecuaciones estimativas para parámetros de resistencia de un suelo

granular. 35

Tabla 5. Coordenadas de perforación y sondeos. 39

Tabla 6. Diseño Experimental 52

Tabla 7. Resumen de Resultados 8

Tabla 8. Resumen datos entregados de los sondeos geo eléctricos 9

Tabla 9. Comparación de Resistividad vs Profundidad de los 5 sondeos 17

Tabla 10. Propiedades del modelo 28

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama de Fases. 21

Figura 2. Definición de los límites de Atterberg 26

Figura 3. Rangos índices de liquidez 27

Figura 4. Carta de Casagrande 28

Figura 5. Valores de gravedad especifica de los materiales 31

Figura 6. Esquema ensayo geo eléctrico 32

Figura 7. Angulo de fricción real y equivalente 34

Figura 8. Localización Municipio de paipa 38

Figura 9. Piscinas Municipales de Paipa. Zona de realización de la perforación. 39

Figura 10. Mapa de Geología Municipio de Paipa 43

Figura 11. Geología del área Geotérmica de Paipa 44

Figura 12. Perforación Manual. 46

Figura 13. Evidencias ensayo de laboratorio de Humedad Natural 46

Figura 14. Evidencias ensayo de laboratorio de Limites de Atterberg 47

Figura 15. Evidencia ensayo de laboratorio Gravedad Específica 47

Figura 16. Evidencia ensayo de laboratorio Compacidad Relativa 48

Figura 17. Evidencia ensayo de laboratorio Relaciones Volumétricas y Gravimétricas.

49

Figura 18. Evidencia ensayo de laboratorio Peso Unitario. 49

Figura 19. Evidencia ensayo de laboratorio Ángulo de Fricción experimentalmente 50

Figura 20. Evidencia ensayo de laboratorio Granulometría 50

Figura 21. Evidencia ensayo de laboratorio Lavado sobre tamiz Nº200 51

Figura 22. Muestra 1, Sondeo 1. 55

Figura 23. Muestra 2, Sondeo 1 45















Figura 38. Muestra 17. Sondeo 1 8


Figura 40. Ubicación sondeos eléctricos verticales 3 y 5 20

Figura 41. Perfil estratigráfico generado de los sondeos eléctricos 3 y 5 21

Figura 42. Ubicación sondeos eléctricos verticales 4 y 1 18

Figura 43. Perfil estratigráfico generado de los sondeos eléctricos 1 y 4 19

Figura 44. Modelo con escala 1:1000 27

Figura 45. Variación media de la resistividad eléctrica 36

Figura 46. Histograma de los valores de resistividad 37

Figura 47. Grafica normal QQ Plot 38

LISTA DE GRAFICAS

Gráfica 1. Humedad Natural vs Profundidad 9

Gráfica 2. Peso Unitario vs Profundidad 11

Gráfica 3. Relación de vacíos vs Profundidad 12

Gráfica 4. Gravedad específica vs Profundidad 13

Gráfica 5. Ángulo de fricción vs Profundidad 14

Gráfica 6. Compacidad relativa (experimental) vs Profundidad 15

Gráfica 7. Granulometría vs Profundidad 16

Gráfica 8. Resistividad Sondeo 1 vs profundidad 17

Gráfica 9. Resistividad Sondeo 2 vs Profundidad 17




Gráfica 13. Resistividad vs Humedad Natural 22

Gráfica 14. Resistividad vs Peso unitario 23

Gráfica 15. Resistividad vs Compacidad relativa 24

Gráfica 17. Resistividad vs Porcentaje de Finos 25

Gráfica 19. Modelo: Resistividad vs Profundidad 29

Gráfica 20. Modelo: Humedad vs Profundidad 30

Gráfica 21. Modelo: Relación de vacíos vs Profundidad 30

Gráfica 22. Modelo: Limites de Atterberg vs Profundidad 31

Gráfica 23. Modelo: Gravedad específica vs Profundidad 31

Gráfica 24. Modelo: Relación de vacíos vs Profundidad 32

Gráfica 25. Modelo: Compacidad Relativa vs Profundidad 32

Gráfica 26. Modelo: Angulo de Fricción vs Profundidad 33

Gráfica 16. Tendencia Resistividad vs Compacidad Relativa 34

Gráfica 26. Tendencia Resistividad vs Peso Unitario 35

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Geología plancha 171 Duitama, extraída del Servicio Geológico

Colombiano. 46

Anexo B. Informe entregado de ensayos perforación manual 46

Anexo C. Informe entregado de sondeos eléctrico verticales 46

Anexo D. Humedad Natural 46

Anexo E. Peso unitario – Fases 47

Anexo F. Peso unitario – Medidor volumétrico 47

Anexo G. Relación de vacíos 47

Anexo H. Gravedad específica 47

Anexo I. Ángulo de fricción – SPT 47

Anexo J. Ángulo de fricción – Inclinómetro 48

Anexo K. Compacidad – Método experimental 48

Anexo L. Compacidad – SPT 48

Anexo M. Límites de Atterberg 48

Anexo N. Resumen límites de Atterberg 48

Anexo O. Granulometría 49

Anexo P. Clasificación del suelo 49

Anexo Q. Sondeo eléctrico 1 49

Anexo R. Sondeo eléctrico 2 49

Anexo S. Sondeo eléctrico 3 49

Anexo T. Sondeo eléctrico 4 50

Anexo U. Sondeo eléctrico 5 50

Anexo V. Resumen sondeo eléctrico 50

Anexo W. Relación humedad natural y limites de atterberg con respecto a la

profundidad 50

Anexo X. Comparación pesos unitarios 50

Anexo Y. Resumen granulometría 51

Anexo Z. Comparación ángulo de fricción 51

Anexo AA. Comparación compacidad relativa 51

Anexo BB. Correlación Resistividad y Humedad natural 51

Anexo CC. Correlación Resistividad y Peso unitario 51

Anexo DD. Correlación Resistividad y Compacidad relativa 53

Anexo EE. Correlación Resistividad y Porcentaje de finos 53

Anexo FF. Modelo matemático. Resistividad y Compacidad relativa 53

Anexo GG. Modelo matemático. Resistividad y Peso Unitario 53

Anexo HH. Modelo. ArcGis 53

16

INTRODUCCIÓN

Los estudios de caracterización geotécnica comúnmente en nuestro medio se

llevan a cabo mediante técnicas de perforación manual o mecánica, lo cual

depende de la escala de investigación que se desee alcanzar; manualmente

mediante barreno manual o calicatas y mecánicamente por percusión y lavado o

rotación.

El presente trabajo está encaminado a identificar la similitud y correlación de los

resultados obtenidos en los métodos de exploración directos e indirectos,

identificando los tipos de materiales y características de cada uno de estos

resultados.

El método de prospección física comúnmente empleado en la caracterización del

subsuelo es la geoeléctrica mediante sondeos eléctricos verticales, técnica

orientada a distinguir o reconocer formaciones geológicas localizadas en

profundidad mediante interpretaciones de la resistividad a partir de los contrastes

y anomalías que se van presentado estableciendo una distribución espacial de

los materiales y modelos característicos técnica que sirve para poder conocer en

primera instancia el subsuelo.

Si bien no se ha potencializado las ventajas de contar con la participación de

métodos directos e indirectos en estudios geotécnicos, en la presente

investigación se muestra como a partir de la caracterización en las propiedades

índice del perfil de suelo obtenido mediante la exploración directa manual y los

5 sondeos eléctricos verticales realizados cerca de la perforación se presenta

una propuesta en donde se evidencie la correlación entre características de los

suelos como humedad natural, compacidad relativa y peso unitario respecto a la

resistividad interpretada.

Igualmente se brindan recomendaciones y conclusiones de acuerdo a lo

observado para el caso específico del proyecto asimismo se logrará evidenciar

las tendencias de las propiedades geotécnicas y de resistividad que tiene el

subsuelo respecto a la profundidad

17

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar un modelo geotécnico en términos de sus propiedades índice para la

zona de estudio en el municipio de Paipa en el sector de las piscinas termales

públicas apoyado en datos correlativos.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Analizar los resultados obtenidos a partir de los 5 sondeos indirectos

realizados en el trabajo de grado de Maestría: MODELO GEOTÉRMICO

DE PAIPA MEDIANTE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO Y ANÁLISIS

FÍSICO QUÍMICO DE AGUAS TERMALES, a cargo del Ingeniero DAIRO

ALEXANDER GOMEZ ROMERO.

● Interpretar mediante ensayos de caracterización (INV E - 122 - 07, INV E

- 123 - 07, INV E - 128 - 07, INV E - 125 - 07, INV E - 126 - 07, INV E -

127 - 07), ensayos de Deformabilidad (INV E - 151 - 07) y ensayos de

resistencia (INV E - 154 - 07) los materiales provenientes de perforación

directa con recuperación continua de muestras mediante barreno manual

a mínimo 10 metros de profundidad.

● Correlacionar los datos obtenidos en la perforación directa con el método

geofísico SEV el cual consta de 5 sondeos con propiedades índice (Peso

Unitario, Densidad Relativa, Humedad Natural)

18

2 ALCANCE

Para definir el proyecto de investigación se tuvieron en cuenta factores como el

alcance y limitaciones, ya que son base fundamental al momento de determinar

la viabilidad del proyecto bajo las condiciones sugeridas, en este caso la

investigación se orientó hacia la obtención de la siguiente información:

a) Tipos de material del subsuelo

b) Profundidad del nivel freático

c) Reconocimiento de la variación del subsuelo a una profundidad de mínima

de 10m por medio del ensayo de penetración estándar.

d) Correlación de la variación de los suelos horizontalmente.

e) Caracterización geotécnica del perfil estratigráfico del subsuelo.

El procedimiento del cual se extrajo la información base del estudio, fue una

perforación mediante un ensayo de penetración estándar que se realizó a una

profundidad 15 metros, paralelamente se cuenta con métodos indirectos de

exploración (Geofísicos) a partir del trabajo de grado de maestría1, del cual se

utilizó el método Geo eléctrico que consto de 5 sondeos eléctricos verticales.

En cuanto a limitación se tuvo en cuenta el tiempo que se tardó en ejecutar la

perforación en campo ya que esta información va a ser suministrada a partir del

trabajo de grado de Maestría.

Se realizó una planeación preliminar de los ensayos que se ejecutaron, sin

embargo, existió la incertidumbre si las características de los materiales

recuperados de la perforación eran las óptimas para cada procedimiento

propuesto. Adicionalmente, se tuvo en cuenta la disponibilidad del laboratorio de

suelos de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia ya que se

desarrollaron una serie de ensayos de caracterización del material extraído al

mismo tiempo que otros trabajos investigativos y normal ejecución de horas de

laboratorio en las diferentes materias.

1 GOMEZ ROMERO, Dairo Alexander. Modelo geotérmico de paipa mediante exploración del subsuelo y análisis físico químico de aguas termales. Tesis de maestría Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. 2018

19

3 JUSTIFICACIÓN

El planteamiento del problema de investigación ¿Cómo es el perfil del suelo en

presencia de aguas termales en la zona de piscinas termales públicas del

municipio de Paipa y cuáles son las características geotécnicas? del modelo

geotécnico en base a propiedades índice, surgió en base a la necesidad de

fortalecer y apoyar un proceso más general denominado Modelo Geotérmico de

Paipa mediante exploración del subsuelo y análisis físico químico de aguas

termales. A través de la resolución del interrogante enunciado, proyecto que

actualmente se encuentra vinculado al Departamento Administrativo de Ciencia,

Tecnología e Innovación, Colciencias, contribuyendo en el posicionamiento del

país generando innovación y competencia mediante la vinculación de diferentes

investigaciones promueve una cultura donde se valora el conocimiento.

Al establecer la necesidad de identificar unas tipologías en el subsuelo propias

de una zona, los métodos de exploración, son la herramienta justa para ello ya

que tienen como fin determinar un conocimiento razonable de las características

del subsuelo, mediante la definición de la disposición de los materiales y

propiedades físicas de cada uno. Estos métodos de exploración, directos e

indirectos son el conjunto de operaciones de campo y laboratorio necesarias

para obtener esta información, de acuerdo a lo anterior esta investigación

pretende investigar correlaciones entre estos métodos.

En el presente trabajo investigativo se cuenta con información de exploración

directa (perforación manual) e indirecta (5 Sondeos Eléctricos Verticales) para la

determinación de las estructuras geotécnicas y sus propiedades en el área de

estudio. Sin embargo, no en todos los contextos tiene acceso a estas

herramientas, por lo cual, en el actual trabajo se proyecta establecer una base

teórica que facilite un proceso correlativo y comparativo entre los métodos

descritos anteriormente debido a que en la literatura existente se cuenta con

poca información al respecto.

20

4 MARCO REFERENCIAL

Para el desarrollo de la investigación es necesario conocer ciertos conceptos,

los más relevantes se desarrollarán a continuación.

4.1 MARCO CONCEPTUAL

A continuación, se van a encontrar los conceptos más importantes con respecto

a las propiedades y características más importantes que se utilizaron para la

creación del modelo geotécnico.

4.1.1 Propiedades índices y básicas. Las propiedades índices y básicas de

los suelos generalmente incluyen volumen-peso, relaciones de humedad-

densidad, densidad relativa, granulometría, límites de Atterberg y contenido de

material orgánico2, la definición de estas tiene como fin diferenciar distintos tipos

de suelo de una misma categoría. En este sentido, dos suelos de idéntico origen

con diferentes propiedades índice, pueden presentar diferente comportamiento

como terreno de cimentación o material de construcción.

4.1.2 Caracterización geotécnica. Consiste en la asignación de parámetros

físicos, mecánicos y químicos a las diferentes unidades geológicas que se

pueden distinguir en el subsuelo, mediante ensayos de laboratorio o in-situ y así

pode clasificarlas.

4.1.3 Ensayos de caracterización. Para la identificación de un suelo en

laboratorio se utilizan diferentes procedimientos de ensayo; relaciones

volumétricas de los suelos, humedad natural, límites de consistencia, peso

unitario, gravedad específica, análisis granulométrico, densidad y coeficientes de

permeabilidad.

4.1.4 Relaciones gravimétricas y volumétricas. El suelo consta de tres fases

de acuerdo a el grado de saturación que posea las cuales son: sólido (posee

fragmentos de roca o en algunos casos material orgánico), líquido y gaseoso

2 HUNT, Roy E. Geotechnical Engineering Investigation Handobook. Second Edition. 2005

21

(comprenden los volúmenes de vacíos del suelo); el siguiente diagrama varía

con cada tipo de suelo así: si este se encuentra totalmente saturado este tendrá

únicamente dos fases, que son líquido y sólido; pero si el suelo se encuentra

semi saturado se presentaran las tres fases observadas en el diagrama; y por

último cuando se tiene un suelo seco se presentaran las fases de gaseoso y

sólidos.

Figura 1. Diagrama de Fases.

Fuente. AMERATUNGA, Jay, SIVAKUGAN, Nagaratnam y M. DAS, Braja.

Correlations of soil and rock properties in geotechnical Engineering. Springer

(India). 2016

En el esquema anterior se encuentran en la parte izquierda las relaciones con

respecto al volumen y en la derecha las relaciones de peso que son:

Vt: Volumen total

𝑉𝑡 = 𝑉𝑉 + 𝑉𝑆 ( 1 )

Vv: Volumen de vacíos

𝑉𝑉 = 𝑉𝐴 + 𝑉𝑊 ( 2 )

Vs: Volumen de sólidos

Vw: Volumen de agua

22

Va: Volumen de aire

Wt: Peso total

𝑊𝑡 = 𝑊𝑆 + 𝑊𝑊 ( 3 )

Wa: Peso del aire

Ww: Peso del agua

Ws: Peso de sólidos

Teniendo las anteriores relaciones es posible determinar las siguientes

propiedades con respecto libro de Apuntes de Geotecnia básica del Ingeniero

Oscar Ramírez:

Porosidad: es una relación dada en porcentaje entre el volumen de vacíos y

volumen total.

𝜂 =𝑉𝑉

𝑉𝑡∗ 100 (%)

( 4 )

Esta propiedad define el índice de velocidad con el que el agua puede atravesar

el suelo, más conocida como la permeabilidad.

Relación de vacíos o índice de poros: es la relación entre el volumen de

espacios vacíos y el volumen de solidos

ℯ =𝑉𝑉

𝑉𝑆

( 5 )

Para un mismo suelo se pueden determinar ℯ𝑚𝑎𝑥 (corresponde al estado más

suelto del suelo), ℯ𝑚𝑖𝑛(se refiere al estado denso del suelo) y ℯ𝑖𝑛𝑡. Con respecto

al valor obtenido con esta relación se puede obtener el índice de deformación

que puede deformación del suelo.

Grado de Saturación: es la porción de espacios vacíos de un suelo que

contiene un fluido. Se expresa como el porcentaje de volumen de vacíos de

una muestra que está llena de agua.

𝑆 =𝑉𝑤

𝑉𝑡∗ 100 (%)

( 6 )

23

Contenido de Humedad: es la cantidad de agua que se encentra en un suelo

respecto a la masa de sólidos:

𝓌 =𝑊𝑤

𝑊𝑠∗ 100 (%)

( 7 )

Esta medida sirve para prever comportamientos de deformación y cambios

volumétricos por adición o disminución en el contenido de humedad.

4.1.5 Humedad natural. Es la propiedad que determina la cantidad de agua que

posee un suelo. Este se puede hallar tanto para muestras alteradas como

inalteradas3. El contenido de humedad se determina con la siguiente ecuación:

𝑤 =𝑃1 − 𝑃2

𝑃2 − 𝑃3∗ 100

( 8 )

Dónde:

P1: Peso de la muestra húmeda + recipiente

P2: Peso de la muestra seca + recipiente

P3: Peso del recipiente

El agua presente en el suelo depende del tamaño de las partículas que lo

componen, la cantidad de materia orgánica y establece su consistencia junto con

sus límites líquidos y plástico4.

La consistencia de un suelo se define como la capacidad que tiene un suelo de

mantener las partes del conjunto integradas, indicando cuanto pueden fluir sin

romperse y depende del contenido de agua y mineralogía5.

Los límites de atterberg describen los diferentes estados que presenta un suelo

fino o granular debido a la influencia de su contenido de agua en el

comportamiento mecánico de estos, es decir, se relacionan con la cantidad de

3 RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición. 4 FUNDACION PARA EL CONOCIMIENTO MADRIMASD.ORG. El Agua en el Suelo 4: Textura del Suelo y Propiedades Hídricas. Disponible (en línea): https://www.madrimasd.org/blogs/universo/2006/07/05/33887 5 DUQUE ESCOBAR, Gonzalo, ESCOBAR POTES, Carlos Enrique. Geomecanica. Universidad Nacional de Colombia – Sede Manizales. Capítulo 4. Plasticidad de los suelos

24

humedad que logran absorber definiendo los estados de consistencia que

presenta.6

4.1.6 Granulometría. Para el estudio de los suelos, el tamaño de los granos que

lo componen varía de gran manera, por lo cual es necesario clasificarlo de

acuerdo a la distribución granulométrica.

Con respecto al tipo de suelo que se posea se deben realizar diferentes ensayos

de laboratorios, como el tamizado por diferentes filtros para materiales gruesos

o el ensayo de hidrómetro cuando se van a estudiar suelos finos.

Análisis por medio de tamizado: este se realiza tomando una cantidad

medida de suelo seco pulverizado y pasándolo por medio de una serie de

mallas con aperturas cada vez más pequeñas. Se mide la cantidad de

suelo retenido y se determina el porcentaje acumulado del suelo que pasa

por cada una7.

Ensayo de hidrómetro: es basado en el principio de sedimentación de un

suelo en el agua. Para realizar este ensayo se basa en la ley de Stokes,

la cual dice que, si en un recipiente cualquiera se introduce material, la

sedimentación se produce a una velocidad proporcional al peso de las

partículas.8 Con la siguiente ecuación se determina el tamaño de las

partículas del suelo:

𝐷 = √18𝜂

(𝐺𝑆 − 1)𝛾𝑤

√𝐿

𝑡

( 9 )

Donde:

D: diámetro de la partícula del suelo

𝐺𝑆: gravedad específica de los sólidos del suelo

η: viscosidad del suelo

𝛾𝑤: peso unitario del agua

L: longitud efectiva

t: tiempo

6 RODRIGUEZ PUENTES, Jorge Isaac. Método para determinar el limite plástico en suelos con un limite liquido alto. Tesis Pregrado. Bogotá. Universidad de los Andes. 2013. 7 AMERATUNGA, Jay, SIVAKUGAN, Nagaratnam y M. DAS, Braja. Correlations of soil and rock properties in geotechnical Engineering. Springer (India). 2016 8 RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

25

Con respecto a la ecuación presentada anteriormente se determina el porcentaje

de suelo fino.

4.1.7 Densidad relativa. El estado de “empaquetamiento” que presenta un suelo

granular, no cohesivo y que permite el drenaje es relativo a los granos dentro del

mismo y se cuantifica a través de la propiedad de densidad relativa Dr (también

conocida como Id. índice de densidad). La densidad relativa es una medida de

cuán densamente (o sin apretar) los granos se envasan dentro de una

distribución específica de tamaño de grano. Al definir esta propiedad en un suelo

granular permite establecer su resistencia y rigidez, y determina la relación de

vacíos máxima y la densidad seca mínima, que se producen en el estado más

libre posible, indicándose con emax y ρd,min, respectivamente. La relación de

vacíos mínimos y la densidad seca máxima que tienen lugar en el estado más

denso posible se indican con emin y ρd,max, respectivamente. Ellos son fácilmente

obtenibles en ensayos de laboratorio.

A continuación, se presenta como se define la densidad relativa en función de la

relación de vacíos máxima, insitú y mínima:

𝐷𝑟(%) =𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒

𝑒𝑚𝑎𝑥 − 𝑒𝑚𝑖𝑛∗ 100 ( 10 )

Y en función de la densidad seca máxima, densidad seca mínima y densidad

seca in-sitú:

𝐷𝑟(%) =𝜌𝑑,𝑚𝑎𝑥

𝜌𝑑∗

𝜌𝑑 − 𝜌𝑑,𝑚𝑖𝑛

𝜌𝑑,𝑚𝑎𝑥 − 𝜌𝑑,𝑚𝑖𝑛∗ 100 ( 11 )

Sin embargo, a no todos los suelos granulares se les puede atribuir el termino

de densidad relativa, ya que al establecer la granulometría de este si presenta

más de 15% de finos se denominaría Compacidad Relativa9. Lo cual también se

refiere a la determinación de la masa unitaria máxima y mínima para el cálculo

de la densidad relativa norma Invias 136-07, donde especifica que el

procedimiento no aplica para muestra que contenga más de un 10% del material

que pase por el tamiz 0.075 mm (No.200).

9 AMERATUNGA, Jay, SIVAKUGAN, Nagaratnam y M. DAS, Braja. Correlations of soil and rock properties in geotechnical Engineering. Springer (India). 2016

26

4.1.8 Límites de Atterberg. se realizan con la finalidad de caracterizar el suelo

que por lo general son arcillosos. Teniendo en cuanta la cantidad de agua que

posee el suelo se determina el estado en el que se encuentra el mismo, como lo

muestra la siguiente figura:

Figura 2. Definición de los límites de Atterberg

Fuente. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Braja M. Das. Séptima

Edición. 2012

Como se muestra en la figura, de acuerdo al contenido de humedad y los puntos

donde cambio de estado se denominan:

LC - Límite de contracción: a partir del contenido de los cambios de

contenido de humedad la muestra presentará cambios volumétricos, los

cuales son reflejados como agrietamientos.

LP – Limite plástico: es el punto en el que el suelo deja de comportarse

como un material semisólido y pasa a ser un material plástico, lo que

implica que si se llegan a imprimir esfuerzos este obtendrá deformaciones

permanentes.

LL – Límite líquido: caso en el que el suelo comienza a comportarse como

un fluido debido a su contenido de humedad, por lo que el material se

comportará como un fluido viscoso.

27

Con respecto a los limites se proceden a determinar los índices que son de ayuda

para la caracterización del suelo. Los índices son:

Índice Plástico: es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico

𝐼𝑝 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 ( 12 )

Índice de Liquidez: es la consistencia de un suelo en estado natural.

𝐼𝐿 =𝑤 − 𝐿𝑃

𝐼𝑃

( 13 )

De acuerdo con el valor que este posea se puede caracterizar el suelo como: No

plástico, plástico o líquido viscoso; como lo muestra la siguiente figura:

Figura 3. Rangos índices de liquidez

Fuente. RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

Índice de consistencia: establece la consistencia del material con respecto a la

humedad que posea:

𝐼𝐿 =𝐿𝐿 − 𝑤

𝐼𝑃

( 14 )

Teniendo la caracterización completa de los materiales se debe emplear la carta

de plasticidad de Casagrande con el fin de conocer el tipo de material.

28

Figura 4. Carta de Casagrande

Fuente. CLASIFICACIÓN UNIFIACADA DE SUELOS. Ing. Mateus Lazo, Ing.

Marvin Blanco

Los límites de atterberg describen los diferentes estados que presenta un suelo

fino o granular debido a la influencia de su contenido de agua en el

comportamiento mecánico de estos, es decir, se relacionan con la cantidad de

humedad que logran absorber definiendo los estados de consistencia que

presenta.10

4.1.9 Peso unitario. El peso unitario esta dado como la relación entre el peso

de la muestra por unidad de volumen, de acuerdo a esto, esta propiedad

depende del contenido de agua del suelo.

𝛾 =𝑊

𝑉

( 15 )

Este puede variar desde el estado seco (γd) hasta un estado saturado (γsat), los

demás valores se determinan de acuerdo al porcentaje de humedad del suelo.

10 RODRIGUEZ PUENTES, Jorge Isaac. Método para determinar el limite plástico en suelos con un límite liquido alto. Tesis Pregrado. Bogotá. Universidad de los Andes. 2013.

29

Peso unitario saturado, que corresponde a un material que se encuentra

100% saturado y corresponde al máximo peso unitario que se puede

poseer la muestra.

𝛾𝑠𝑎𝑡 =𝑊

𝑉

( 16 )

A continuación, se encuentras los valores típicos del peso unitario saturado.

Tabla 1. Valores típicos para peso unitario saturado de diferentes materiales

Fuente. Elaboración propia en base: AMERATUNGA, Jay, SIVAKUGAN,

Nagaratnam y M. DAS, Braja. Correlations of soil and rock properties in

geotechnical Engineering. Springer (India). 2016. P.17.

Peso unitario seco, es el que presenta la muestra en condiciones secas,

por lo que será el menor peso unitario que presente la misma.

𝛾𝑑 =𝑊𝑠

𝑉

( 17 )

En la siguiente tabla se representan los valores típicos de peso unitario seco.

TIPO DE SUELO PESO UNITARIO SATURADO

(kN/m3)

SUELTO DENSO

Suelos granulares

Grava 20.0 21.0

Arena bien gradada y grava

21.5 23.0

Arena gruesa o mediana

20.0 21.5

Arena bien gradada 20.5 22.5

Arena fina o limosa 20.0 21.5

Relleno con roca 19.5 21.0

Bloque duro 16.5 19.0

Relleno con escoria 18.0 20.0

Relleno con ceniza 13.0 15.0

30

Tabla 2. Índice de vacíos, contenido de humedad y peso unitario seco (Coduto, 1999)

Fuente. Proyectos y apuntes teórico-prácticos de Ingeniería Civil. Relaciones de

peso. Disponible (en línea): https://www.ingenierocivilinfo.com/20101/relione s–

de–peso.html

4.1.10 Gravedad específica. Es la relación entre el peso de sólidos y el peso de

un volumen de agua igual al volumen de sólidos.11

𝐺𝑠 =𝑊𝑆

𝑉𝑆 ∗ 𝛾𝑤

( 18 )

Para la mayoría de los suelos, esta propiedad se encuentra entre el rango de 2.6

y 2.8. Para materiales más ricos en minerales puede llegar a un valor de 4.0 o

incluso más grande y para materiales más livianos pueden ser significativamente

menor con respecto al rango dado.

Determinar la gravedad especifica del material es necesaria para establecer las

características índices de los suelos tales como: la porosidad, relación de vacíos,

saturación.

De acuerdo con los valores que se encuentren de esta propiedad es posible

determinar los minerales de los que puede estar compuesto, como se puede

observar en la siguiente figura:

11 RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

31

Figura 5. Valores de gravedad especifica de los materiales

Fuente. RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

4.1.11 Correlación entre variables. Es una técnica estadística usada para

determinar la relación entre dos o más variables. La correlación puede ser de al

menos dos variables o de una variable dependiente y dos o más independientes,

denominada correlación múltiple.12

4.2 MARCO TEORICO

La resistividad es un elemento importante para la creación del modelo

geotécnico, por tal motivo a continuación se profundizará en cuanto a su utilidad

y como esta permite determinar el material que se encuentra en la zona de

estudio.

12 S, Gustavo Ramón. Correlación entre variables. Apuntes de clase del curso Seminario Investigativo Vl. Investigador Instituto Universitario de Educación Física. Medellín. Universidad de Antioquia

32

4.2.1 Sondeo geoeléctrico. Los sondeos geo eléctricos permiten estudiar la

constitución y posición de los sedimentos, socas y agua subterránea, utilizando

la resistividad eléctrica a través de la profundidad. Este método permite

suministrar información cuantitativa de las propiedades conductoras del

subsuelo y se puede determinar aproximadamente la distribución de su

resistividad. El método de resistividades permite el estudio de fallas, filones,

zonas de contacto, entre otros.

Una medición geo eléctrica, cualquiera que ella sea, se efectúa desde la

superficie del terreno mediante una disposición de cuatro electrodos, colocados

de manera lineal generalmente en forma simétrica respecto a un punto central.

En esencia, el método consiste en que a través de un par de electrodos (A,B) se

hace pasar una corriente eléctrica por el subsuelo y esto produce una caída

potencial, comúnmente llamada perdida de voltaje, que se mide entra pareja de

electrodos (M,N). El aumento de la distancia entre los electrodos significa una

penetración mayor de la corriente en el subsuelo (l).

Las resistividades medidas en campo resultan em la llamada curva de campo la

cual es procesada con el software adecuado para obtener la resistividad

verdadera y el espeso de cada capa.13

Figura 6. Esquema ensayo geo eléctrico

Fuente. ENSAYOS GEO-ELÉCTRICOS. Ulloa & Diez Ltda.

13 ULLOA & DIEZ LTDA. Ensayos Geo-Eléctricos. Disponible [en línea] URL: https://sites.google.com/a/ulloaydiez.com/www/ensayos-electricos

33

El método geo eléctrico es probablemente el más utilizado para investigaciones

a poca profundidad y muy especialmente para la búsqueda de napas freáticas o

reservorios de agua, teniendo en cuenta que esta puede variar de acuerdo al

contenido de humedad en el transcurso del tiempo.

Pese a que este método es efectivo en cuanto a la detección de agua e interpreta

los diferentes tipos de material del subsuelo no puede hacer una interpretación

detallada de los mismos; por lo cual no puede llevarse a cabo correlaciones

directas entre la resistividad y las propiedades geotécnicas, ya que como se

mencionó anteriormente un estudio geo eléctrico dará unos resultados de

resistividad del suelo en un tiempo puntual (con un contenido de humedad)

mientras que los parámetros geotécnicos son características invariables a pesar

de la presencia de agua.

4.2.2 Resistividad. Consiste en la colocación de una corriente eléctrica a través

del suelo y mediciones de la resistencia. La presencia de humedad y sales

disueltas dentro de los poros del suelo o la roca controlan generalmente, la

conductividad aparente de los materiales14. De acuerdo a la variación de la

humedad, las resistividades tienden a ser bajas en épocas de lluvia y altas en

épocas secas.

De acuerdo a la resistividad que posea la muestra está se podrá clasificar en

algún tipo de material como lo muestra la siguiente tabla:

Tabla 3. Valores típicos de resistividad (Peck, 1974)

Material Resistividad (ohm-cm)

Arena o limo saturado 0 – 10.000

Arcilla Arenosa 10.000 – 25.000

Arena Arcillosa 25.000 – 50.000

Arena 50.000 – 150.000

Grava 150.000 – 500.000

Roca meteorizada 100.000 – 200.000

Roca sana 150.000 – 4.000.000

Fuente. SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas

tropicales. 1 ed. Bucaramanga: Ingeniería de Suelos Ltda. Julio de 1998.

14 SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas


34

4.2.3 Correlaciones entre N y resistencia efectiva de los suelos. Al establecer

el comportamiento geotécnico de un suelo, particularmente de un suelo granular

se hace necesario evaluar la propiedad característica, la fricción interna “ɸ’”,

definida como, el máximo ángulo que garantiza el reposo de un material granular,

depende de factores como el tamaño de los granos, forma de los granos,

distribución de los tamaños de granos y densidad.

Existen numerosas correlaciones entre N y ɸ’, pero, antes de mencionar algunas

de ellas, es conveniente discutir cual valor de ɸ’ es el que se está obteniendo.

Dado que la mayor parte de estas correlaciones fueron obtenidas con materiales

granulares, para los cuales usualmente c’=0, lo que realmente se obtiene es las

relaciones entre esfuerzos cortantes y esfuerzos normales efectivos, es decir:

Figura 7. Angulo de fricción real y equivalente

Fuente. GONZALEZ G, Álvaro J. Estimativos de parámetros efectivos de

resistencia con el SPT. Facultad de Ingeniería. Bogotá. Universidad Nacional.

Con lo anterior, algunas relaciones entre ɸ’eq y N1, son las siguientes y para uso

en Colombia, se deben transformar a una energía e= 45% con el siguiente

resultado:

35

Tabla 4. Ecuaciones estimativas para parámetros de resistencia de un suelo granular.

𝑃𝑒𝑐𝑘 ɸ′𝑒𝑞 = 28.5 + 0.25𝑥𝑁145

𝑃𝑒𝑐𝑘, 𝐻𝑎𝑛𝑠𝑜𝑛 𝑦 𝑇ℎ𝑜𝑟𝑛𝑏𝑢𝑟𝑛 ɸ′𝑒𝑞 = 26.25𝑥(2 − exp (−𝑁145

62)

𝐾𝑖𝑠ℎ𝑖𝑑𝑎 ɸ′𝑒𝑞 = 15 + (12.5𝑥𝑁145)0.5

𝑆𝑐ℎ𝑒𝑚𝑒𝑟𝑡𝑚𝑎𝑛𝑛 ɸ′𝑒𝑞 = arctan [(𝑁145

43.3)

0.34

]

𝐽𝑎𝑝𝑎𝑛 𝑁𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑅𝑎𝑖𝑙𝑤𝑎𝑦 (𝐽𝑁𝑅) ɸ′𝑒𝑞 = 27 + 0.1875𝑥𝑁145

𝐽𝑎𝑝𝑎𝑛 𝑅𝑜𝑎𝑑 𝐵𝑢𝑟𝑒𝑎𝑢 (𝐽𝑅𝐵) ɸ′𝑒𝑞 = 15 + (9.375𝑥𝑁145)0.5

Fuente. GONZALEZ G, Álvaro J. Estimativos de parámetros efectivos de

resistencia con el SPT. Facultad de Ingeniería. Bogotá. Universidad Nacional.

4.2.4 Modelo geotécnico. En un modelo geotécnico se deben representar las

propiedades físicas y mecánicas también se debe precisar la profundidad del

material y la extensión que se tiene del mismo, esto se realiza con la finalidad de

conocer y mejorar las condiciones determinantes de un lugar para así tomar

decisiones en cuanto al diseño de una obra civil.

Dicho modelo geológico debe incluir:

La información de los sondeos que se realizaron, con la profundidad de

cada uno y la ubicación del nivel freático (si se encuentra)

Identificación del terreno en estado natural.

Incluir la información de cada uno de los ensayos de laboratorio que se

deben realizar, como límites de atterberg, granulometría, ensayos de

resistencia, ensayos de deformabilidad o ensayos químicos; todo

depende del tipo de material que se esté estudiando.

Datos obtenidos de los ensayos geofísicos que se realicen que pueden

ser métodos eléctricos o métodos sísmicos.

En el análisis de estabilidad de taludes15, Suarez, sugiere 2 tipos de modelos

para analizar los problemas de estabilidad de taludes: Conceptuales y

determinísticos. El primero describe analiza y valora las causas y mecanismos

que producen un fenómeno, explicando en base a sus características como es

el modelo, mientras el modelo el segundo debe ser la representación matemática

del modelo conceptual.

15 WWW.EROSION.COM.CO. SUAREZ DIAZ, Jaime. Mecanismos de falla de los taludes. Disponible [en línea]: http://www.erosion.com.co/presentaciones/category/45-tomo-i.html?download=445:librodeslizamientosti-cap2

36

4.3 MARCO LEGAL

Para el desarrollo de los diferentes ensayos de laboratorio se debe tener en

cuenta la normatividad que compete a cada ensayo que se realizará, con esto

se manejara la norma INVIAS del año 2007, las cuales se encargan de

reglamentar los estudios de laboratorio que se realizan a los suelos y

pavimentos, con la finalidad de conocer las características de los materiales que

se están utilizando y la calidad de los mismos. Las normas que son aplicables

en este caso son:

4.3.1 INV E-122-07 Humedad. En base al procedimiento descrito en la norma se

va a determinar en contenido de agua que presenta el suelo, la cual será

expresada en porcentaje (%) y está definida como la relación entre la masa del

agua y la masa de las partículas sólidas.

4.3.2 INV E - 123 - 07. Granulometría. La finalidad de este ensayo es realizar

un análisis de la distribución de tamaños de las partículas del suelo. Para

conocer su tamaño el material primero debe realizar una preparación a la

muestra y luego se procede a ser será tamizado por diferentes tipos de tamices,

descritos en la norma

.

4.3.3 INV E – 128 – 07. Gravedad específica. La gravedad específica se define

como la relación entre la masa de un cierto volumen de sólidos a una temperatura

dada y la masa del mismo volumen de agua y libre de gas. Esta gravedad es

necesaria para distintos cálculos como la realización del diagrama de fases. En

la realización de este procedimiento se debe utilizar un picnómetro el cual se

debe calibrar antes del procedimiento, después de tener esto se prepara la

muestra y se realiza el procedimiento que se encuentra en la norma.

4.3.4 INV E – 125 – 07. Límite líquido. El límite líquido es el contenido de agua,

expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la

transición entre el estado líquido y plástico de un suelo remoldeado o amasado.

Para la realización de este ensayo primero se debe hacer una preparación de la

muestra, la cual debe ser mezclada con agua destilada. Luego de tener la

muestra lista es necesario el uso de una cazuela de Casagrande y ranurador

curvo. Para este caso se va a emplear el método A descrito en la norma.

http://www.sfu.ca/~tafgrc/Courses/Easc313/B-Soil_Classification.pdf

37

4.3.5 INV E - 126 - 07. Límite plástico. Se le llama plasticidad a la propiedad

que presentan algunos suelos de modificar su consistencia en función de la

humedad; esta característica se da en suelos finos como arcillas y limos. Para

determinar este límite se deben realizar una serie de rollos con la mezcla de

material y agua de un diámetro aproximado de 3mm. Teniendo este límite es

posible determinar el índice de plasticidad es cual corresponde a la diferencia

entre el limite líquido y limite plástico.

4.3.6 INV E - 214 - 07. Cantidad de material fino que pasa el tamiz nº 200 en

los agregados. Este ensayo se realiza con la finalidad de determinar la cantidad

de material fino que pasa por el tamiz Nº 200 en un agregado. La norma describe

dos procedimientos para realizar este ensayo, pero de acuerdo al material que

se encontró se realizará el lavado con agua natural sin necesidad de agregar

ningún tipo de agente humectante.

4.3.7 INV E N- 136 - 07- determinación de masa unitaria máxima y mínima

para el cálculo de la densidad relativa. La densidad relativa se utiliza para

indicar el grado de compactación de un suelo, es empleado generalmente para

gravas y arenas o en materiales con partículas que no pasan el tamiz Nº200.

Para realizar este ensayo de laboratorio es necesario el uso de un molde, martillo

de compactación, embudo, horno y tamices entre otros.

38

5 LOCALIZACIÓN

5.1 GEOGRAFÍA DEL AREA DE ESTUDIO

Municipio situado en el centro-riente de Colombia. Administrativamente se

encuentra en la provincia de Tundama del departamento de Boyacá. Cuenta,

según los datos del censo de 2005, con una población de 27.274 habitantes, lo

que la convierte en la sexta ciudad más poblada de Boyacá.

Figura 8. Localización Municipio de paipa

Fuente. Mapa base Pagina Alcaldía de Paipa-Boyacá. Disponible [en línea]:

Paipa-boyaca.gov.co. Adaptado por autores

La zona a estudiar se encuentra en cercanías a las piscinas municipales, en

donde hay afloramiento de aguas termales en las siguientes coordenadas:

39

Tabla 5. Coordenadas de perforación y sondeos.

NÚMERO DE

PERFORACIÓN/SONDEO

COORDENADAS

NORTE

COORDENADAS

ESTE

PERFORACIÓN MANUAL

1 5º44’57’’ -73º06’43’’

SONDEOS ELECTRICOS VERTICALES

1 5º45’42’’ -73º06’37’’

2 5º45’25’’ -73º06’25’’

3 5º45’12’’ -73º06’32’’

4 5º45’40’’ -73º06’31’’

5 5º45’14’’ -73º06’40’’

Fuente. Elaboración Propia

A continuación, se encuentra la ubicación de los sondeos eléctricos verticales y

perforación manual

Figura 9. Piscinas Municipales de Paipa. Zona de realización de la perforación.

Escala 1:1000

Fuente. Elaboración propia mediante software ArcGIS

40

5.2 GEOLOGÍA LOCAL

El municipio de Paipa se localiza en la parte axial de la Cordillera oriental de

Colombia, en una región cuyo basamento lo componen rocas metamórficas y

sedimentarias del Paleozoico, así como las intrusivas y extrusivas del jurásico

que afloran en el Macizo de Floresta, hacia el NE de Paipa.16

En la zona afloran rocas sedimentarias jurásicas en estructuras regionales como

el anticlinal de Arcabuco. Se presentan también rocas del Paleógeno y depósitos

inconsolidados del Neógeno y Cuaternario.

La litología que presenta la zona es especialmente afloramientos volcánicos y

pueden tener relación con la fuente de calor del sistema geotérmico. El área de

estudio se encuentra ubicada en la parte sur de Paipa por lo que se van a

caracterizar algunas de las unidades geológicas a partir de la plancha 171, la

cual se encuentra en el Anexo A. A continuación, se describe la litología de la

zona:

5.2.1 Formación tibasosa (Kt): yace sobre las rocas antiguas de la región, en

el borde del valle de Sogamoso el contacto inferior es con la formación Girón, en

donde se presenta un pequeño ángulo de discordancia. Al SE de Paipa el

conjunto denominado Miembro del Calcáreo superior (Kmt1), compuesto por

shales oscuros, calizas y areniscas, ricos en restos fósiles (Renzoni 1981 y

Rosas 1983).

5.2.2 Formación une (Ku): aparece hacia el oriente del área con niveles

predominantemente duros en morfología alomada a escarpada. Se observa n

afloramientos de capas delgadas a gruesas con laminación cruzada de areniscas

cuarzosas de grano tamaño grueso a fino según conformen paquetes más

espesos o delgados. Se presentan intercalaciones relativamente abundantes de

shale pardo a gris en capas finas a gruesas. (Renzoni 1981)

16 INGEOMINAS, Informe Técnico Cartografía Geología y Estructural Sector Sur del Municipio de Paipa. Bogotá. 2003

41

5.2.3 Grupo churuvita (Kch): aflora con intercalaciones de capas delgadas con

estratificación plana paralela continua de shale negro con areniscas cuarzosas

de grano fino, con niveles abundantes de glauconita, muscovita, restos fósiles

de bivalvos, escamas de peces e ichnofósiles, también algunos niveles de caliza.

(Rezoni y Rosas 1983).

5.2.4 Formación conejo (Kc): es una sucesión de shales negros con

intercalaciones de areniscas, limolitas y calizas. En la zona aflora en capas

medias a muy gruesas de shale negro con intercalaciones delgadas de areniscas

cuarzosas de grano fino. (Renzoni 1981)

5.2.5 Formación plaeners (Kpl): esta formación hace parte del grupo

Guadalupe, unidad ampliamente distribuida en el Altiplano Cundiboyacense.

Aflora en capas delgadas a medias de liditas silíceas intensamente fracturadas,

con niveles ricas en fosforitas, foraminíferos, escamas y restos de peces.

(Renzoni 1981)

5.2.6 Formación los pinos (Klp): En la zona predominan los paquetes blandos

de limolitas negras a verdes en capas medias a muy gruesas con intercalaciones

de areniscas cuarzosas en capas medias a delgadas en estratificación ondulada

paralela. (Díaz & Sotelo 1995)

5.2.7 Formación guaduas (KPgg): aflora como arcillolitas y limolitas color

violeta, gris y crema en capas medias a gruesas y con intercalaciones

abundantes de areniscas cuarzosas, de grano fino en capas medias a muy

delgadas con estratificación ondulada paralela continua con óxidos de hierro.

(Renzoni, 1981)

5.2.8 Formación labor-tierna (Klt): La unidad se presenta en morfología

alomada con capas medias a muy gruesas de arenisca cuarzosa de grano

grueso a fino, redondeado a subredondeado; madura y friable. Es posible que

esta exposición corresponda con la sucesión superior de areniscas de la

Formación Labor-Tierna de (Renzoni, 1981)

42

5.2.9 Brecha hidrotermal (Qhh): se trata de un material anómalo por su

exposición en medio de limolitas y carbones de la Formación Guaduas y que es

explotado como puzolana en la cantera de El Durazno. En el afloramiento se

distinguen fragmentos angulares de variado tamaño, de liditas, areniscas

cuarzosas y carbón en matriz de arcilla silícea. Se interpreta como resultado de

una explosión de vapor que trituró y arrastro fragmentos de las formaciones

Plaeners, Los Pinos, Labor Tierna y Guaduas. Se le asigna una edad cuaternaria

ya que se infiere como correspondiente a una fase tardía de los eventos

volcánicos.17

5.2.10 Depósitos cuaternarios: estos depósitos se encuentran extendidos en

la depresión que marca el nacimiento del río Chicamocha, incluyendo zonas

bajas como la del Pantano de Vargas, Lago Sochagota y El Salitre al sur de

Paipa. Se trata de depósitos de arenas, limos, arcillas y conglomerados

correspondientes a la actividad más reciente de tipo aluvial, lecuestre y fluvio-

lacustre, los cuales estarían descansando en forma discordante sobre la

formación Tilatá. 18

5.2.11 Depósitos aluviales: La conformación de los depósitos aluviales

corresponden a la concentración mecánica fluvial la cual sucede cuando la

velocidad del río disminuye súbitamente, depositándose los granos más pesados

en el fondo. De acuerdo a lo anterior, este material tiene como característica que

el tamaño de grano disminuye desde el fondo hacia la superficie19. Entre los

materiales que se compone el depósito se distinguen las arenas de grano con

tamaño variable, arcillolitas de color gris oscuro, limolitas y en algunos casos

niveles conglomeráticos20.

En la siguiente figura, que identifica la geología local del municipio se localiza la

zona de estudio.

17 INGEOMINAS, Informe Técnico Cartografía Geología y Estructural Sector Sur

del Municipio de Paipa. Bogotá. 2003 18 INGEOMINAS, Informe Técnico Cartografía Geología y Estructural Sector Sur del Municipio de Paipa. Bogotá. 2003 19 INGEOMINAS, Caracterización de Depósitos Aluviales con Manifestaciones de Tantalio y Niobio (“Coltán”) en las Comunidades Indígenas De Matraca y Caranacoa, Departamento Del Guainía. Bogotá. 2011 20 VELANDIA NOSSA, Fabio Andrés. Estudio geológico-geofísico para la búsqueda de aguas subterráneas y pre diseño de un pozo, vereda Toibita, Paipa Boyacá. 2015. Facultad seccional Sogamoso. Escuela de Ingeniería Geológica

43

Figura 10. Mapa de Geología Municipio de Paipa

Fuente. POT Municipio de Paipa

5.3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE INTERES

El área de estudio corresponde a la zona geotérmica de Paipa la cual cuenta con

extensión de 130km2. En la zona se presenta afloramientos de rocas

sedimentarias de edad cretácica (formaciones Tibasosa, Une, Churuvita,

Conejo, Plaeners, Los Pinos, Labor y Tierna y Guaduas), de edad Paleógena

(Formación Bogotá), Neógena (Tilata) y Cuaternaria (depósitos aluviales,

lacustres y fluvio-lacustres) y una brecha Hidrotermal.

44

Figura 11. Geología del área Geotérmica de Paipa

Fuente. Cartografía 1:25.000, Velandia (2003); cartografía de vulcanitas,

Cepeda & Pardo (2004); Cartografía de domos (RuedaGutiérrez, 2016).

En general, estas formaciones sedimentarias están conformadas por niveles de

areniscas, arcillolitas, limolitas, con excepción de las formaciones Labor y Tierna

y Plaeners, caracterizadas por el dominio de arenitas cuarzosas y liditas silíceas

fracturadas, respectivamente. Algunas de las formaciones de esta secuencia

presentan particularidades como la presencia de mantos de carbón (Formación

Guaduas), capas de lignito (Formación Tilatá), niveles de calizas (Tibasosa,

Churuvita, Conejo, Los Pinos) y niveles de shales (Tibasosa, Churuvita, Conejo).

El basamento está conformado por rocas metamórficas (filitas, esquistos y

gnéises).21

21 SERVICIO GEOLÓGICO COLOMBIANO. Actualización del Modelo Conceptual del Área Geotérmica de Paipa. Bogotá, enero 2017.

45

6 DISEÑO METODOLÓGICO Y EXPERIMENTAL

El diseño metodológico de una investigación define y describe un proceso que

tiene como fin la resolución de un interrogante. En este caso la metodología fue

una herramienta que permitió delimitar el alcance de las etapas en la

investigación y establecer objetivos.

6.1 METODOLOGÍA

Las actividades que se establecieron para el desarrollo de la investigación que

describen como se generó, recolecto y analizó son las siguientes:

6.1.1 Etapa A. Reunión y análisis de información. En esta etapa se recopiló

la información primaria de la zona (geología y topografía…), a partir de POT

(Plan de Ordenamiento Territorial Paipa, 2010) e INGEOMINAS (Servicio

Geológico Colombiano, 2003), a partir de investigaciones seleccionándose las

más afines de acuerdo a los objetivos.

6.1.2 Etapa B: Recopilación de los resultados del ensayo geofísico,

realizado por Ingeniero Dairo Alexander Gómez Romero, para la propuesta

de grado maestría: Modelo Geotérmico De Paipa Mediante Exploración Del

Subsuelo Y Análisis Físico Químico De Aguas Termales. El análisis de los

sondeos eléctricos verticales fue suministrado por parte del trabajo de

investigación de Maestría Modelo Geotérmico De Paipa Mediante Exploración

Del Subsuelo Y Análisis Físico Químico De Aguas Termales.

6.1.3 Etapa C: Acompañamiento en el trabajo de campo. En el procedimiento

realizado en campo se llevó a cabo el reconocimiento de la zona de estudio en

donde se ejecutó la perforación manual mediante el Ensayo de Penetración

Estándar (SPT) a 15m de profundidad obteniendo 18 muestras alteradas.

La perforación se realizó en las coordenadas 5º44’57’’N 73º06’43’’W, por la

empresa SERVICIOS DE INGENIERÍA LTDA el día 16 de agosto del año 2018,

esta fue realizada por los perforadores Andrés Duque y Edilson Rojas, en los

Anexos B se encuentran los resultados entrega

46

Figura 12. Perforación Manual.


6.1.4 Etapa D: Caracterización geotécnica en laboratorio. Se recibieron 18

muestras alteradas de la perforación manual y se realizaron los siguientes

ensayos de caracterización de propiedades índice de acuerdo con la

normatividad INVIAS y bibliografía:

Humedad Natural: este laboratorio realizó para todas las muestras que se

tenían (18 muestras)

Figura 13. Evidencias ensayo de laboratorio de Humedad Natural


47

Límites de Atterberg: se realizó limite líquido para las muestras de 1 a 5 y

de 10 a 18 con un total de 14 ensayos, mientras que para limite plástico

se realizaron para las muestras 1, 2, 3, 5, 12 y 16 con un total de 6

ensayos.

Figura 14. Evidencias ensayo de laboratorio de Limites de Atterberg


Gravedad Específica: en este caso se realizan una totalidad de 18

ensayos de laboratorio, uno por cada muestra obtenida.

Figura 15. Evidencia ensayo de laboratorio Gravedad Específica


48

Compacidad Relativa: de acuerdo a las propiedades que se necesitaban

obtener para determinación de la compacidad relativa, densidad mínima

y máxima, con referencia en el peso unitario de relaciones volumétricas y

gravimétricas. El ensayo de laboratorio se realizó a las muestras 2, 3, 5,

10, 11, 12, 14, 16 y 18 con un total de 9 ensayos de acuerdo a la muestra

disponible.

Figura 16. Evidencia ensayo de laboratorio Compacidad Relativa


En donde a partir de volúmenes conocidos en el caso de la máxima

relación de vacíos se depositó el material seco para luego determinar la

masa evaluada en la unidad de volumen.

En cuanto a la mínima relación de vacíos, con ayuda de un material

plástico se depositó el material seco por capas, 3 en total, mediante

golpes en el recipiente se reacomodaron las partículas y entre capas se

apisonaba el material con ayuda de una varilla de 1” hasta que el material

sufriera la menor acomodación de partículas.

Relaciones Volumétricas y Gravimétricas22: para la realización de este

laboratorio se tuvieron en cuenta las muestras 2, 3, 5, 10, 11, 12, 14, 16 y

18 con un total de 9 ensayos.

22 RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

49

Figura 17. Evidencia ensayo de laboratorio Relaciones Volumétricas y

Gravimétricas.


Peso Unitario mediante medidor volumétrico de densidad en campo: para

determinar esta propiedad se utilizaron las muestras 2, 3, 5, 10, 11, 12,

14, 16 y 18 con un total de 9 ensayo.

Figura 18. Evidencia ensayo de laboratorio Peso Unitario.


50

Angulo de Fricción: este ensayo de aproximación se realizó mediante un

inclinómetro23 desarrollado en trabajo de investigación, este ensayo se

realizó a las 18 muestras que se tenían.

Figura 19. Evidencia ensayo de laboratorio Ángulo de Fricción

experimentalmente


Granulometría: el ensayo de laboratorio se realizó para las 18 muestras

que se tenían.

Figura 20. Evidencia ensayo de laboratorio Granulometría


23 Trabajo a cargo de estudiantes en el área de mecánica de rocas en Maestría en Geotecnia. 2011

51

Lavado sobre tamiz Nº200: para la realización de este ensayo se utilizaron

las 18 muestras que se tenía.

Figura 21. Evidencia ensayo de laboratorio Lavado sobre tamiz Nº200


6.1.5 Etapa E: Análisis de resultados obtenidos del trabajo de laboratorio.

En base a los procedimientos de cálculo sugeridos en la normatividad INVIAS se

tabularon los resultados de las propiedades índice y posteriormente la

clasificación del suelo verificando que correspondan las bases teóricas con

respecto a las obtenidas experimentalmente para poder generar el modelo

geotécnico en conjunto a los resultados suministrados de los sondeos eleéctricos

verticales.

6.1.6 Etapa F: Correlación de datos obtenidos por medio de los métodos

directos e indirectos de exploración. A partir de la resistividad propia del suelo

se establecerá la variación de las propiedades índice en función de la

profundidad, generando tendencias entre estas. Analizando el comportamiento

que presenta cada uno con respecto a la resistividad, mediante expresiones

matemáticas.

6.1.7 Etapa G: Conclusiones y realización del libro. modelo

52

6.2 DISEÑO EXPERIMENTAL

El alcance de un proyecto se limita mediante la definición de unos objetivos, si bien permiten establecer cuáles van a ser los

resultados del trabajo el estimar como vamos a evaluarlos también proporcionan al investigador herramientas de análisis muy

rigurosas que garantizan, si se aplican los métodos adecuados, que los resultados obtenidos sean más confiables24

Tabla 6. Diseño Experimental

PARAMETROS

PROCESO VARIABLES

INDEPENDIENTES VARIABLES DEPENDIENTES RESULTADOS

Modelo Geotécnico Basado en

Propiedades Índice Sector Piscinas

Públicas del Municipio de Paipa

Ensayos de Caracterización

Humedad Natural Interpretar mediante ensayos de caracterización (INV E-122-07,

INV E-123-07, INV E – 128 – 07, INV E – 125 – 07, INV E – 126 – 07, INV E – 127 – 07), ensayos de Deformabilidad (INV E – 151 – 07) y ensayos de resistencia

(INV E – 154 – 07) los materiales provenientes de perforación

directa con recuperación continua de muestras mediante

barreno manual a mínimo10 metros de profundad.

Características

geológicas, Topográficas…

presentes en la zona

Gravedad Específica

Angulo de fricción (Inclinómetro)

Granulometría

Límites de Atterberg

Tipo de Suelo Relaciones volumétricas y gravimétricas

Peso Unitario (In sitú)

Analizar los resultados obtenidos

a partir de los 5 sondeos

24 MEDINA SUÁREZ, María Nuncia. La investigación aplicada a proyectos. Volumen l Identificación del proyecto y formulación de la investigación. Segunda Edicion.2014. Pág. 14.

53

Resistividad Eléctrica

indirectos realizados en el trabajo de grado de Maestría: MODELO GEOTÉRMICO DE

PAIPA MEDIANTE EXPLORACION DEL

SUBSUELO Y ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DE AGUAS

TERMALES, a cargo del Ingeniero DAIRO ALEXANDER

GOMEZ ROMERO.

Perforación directa Manual

Correlacionar los datos obtenidos en la perforación

directa con el método geofísico sondeos eléctricos verticales el cual consta de 5 sondeos con

propiedades índice (Peso Unitario, Densidad Relativa,

Humedad Natural)

Resistividad

Eléctrica Propiedades

Índice del Suelo

Peso Unitario Humedad Natural

5 sondeos Eléctricos Verticales Compacidad Relativa


54

En la medición y análisis del Modelo Geotécnico Basado en Propiedades Índice

Sector Piscinas Públicas del Municipio de Paipa (objetivo general), la

herramienta con la que se dota a la investigación para generar resultados afines

(Características geológica, Topográficas… presentes en la zona, Perforación

directa Manual, 5 Sondeos Eléctricos Verticales). Con el objeto de caracterizar

al proyecto mediante variables que pueden o no variar a partir a los resultados

que se intentan obtener, objetivos específicos (Interpretar mediante ensayos de

caracterización (INV E-122-07, INV E-123-07, INV E – 128 – 07, INV E – 125 –

07, INV E – 126 – 07, INV E – 127 – 07), ensayos de Deformabilidad (INV E –

151 – 07) y ensayos de resistencia (INV E – 154 – 07) los materiales provenientes

de perforación directa con recuperación continua de muestras mediante barreno

manual a mínimo 10 metros de profundad, Analizar los resultados obtenidos a

partir de los 5 sondeos indirectos realizados en el trabajo de grado de Maestría:

MODELO GEOTÉRMICO DE PAIPA MEDIANTE EXPLORACION DEL

SUBSUELO Y ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DE AGUAS TERMALES, a cargo

del Ingeniero DAIRO ALEXANDER GOMEZ ROMERO y Correlacionar los datos

obtenidos en la perforación directa con el sondeo eléctrico vertical el cual consta

de 5 sondeos con propiedades índice (Peso Unitario, Densidad Relativa,

Humedad Natural)). Y estableciendo el concepto de variable como una

característica que puede tomar valores diferentes y además los cambios

ocurridos en dicha característica pueden ser medidos. Conviene para el proceso

de investigación distinguir variables que puedan ser probables en términos de

otras, es decir, variables independientes (Tipo de Suelo y Resistividad Eléctrica)

las cuales establecerán un resultado a partir de la alteración de las variables

dependientes (Ensayos de Caracterización, Resistividad Eléctrica y Propiedades

Índice del Suelo).

55

7 RESULTADOS

Para la caracterización de la zona se realizaron ensayos de caracterización a 18

muestras alteradas, también se recopilaron los resultados de los sondeos

eléctricos entregados en el estudio25.

7.1 RESULTADOS DE LABORATORIO

Se encuentra una descripción general de cada muestra, especificando el tipo de

suelo y las propiedades índice encontradas en cada una.

Muestra 1

Figura 22. Muestra 1, Sondeo 1.


Con una profundidad de 0.4m este

material presenta las siguientes

propiedades:

Humedad Natural: 17.8%

Gravedad específica: 2.62

Ángulo de fricción: 25º

Limite Liquido: 33.08 %

Limite Plástico: 22.14 %

Índice Plástico: 10.95 %

Al tacto presenta gravas y arcillas de

un color gris.

Su composición granulométrica

presenta un mayor porcentaje de

finos. De acuerdo con lo anterior este

suelo se clasifica según la norma

INVIAS como arcilla de baja

plasticidad CL.

25 GOMEZ ROMERO, Dairo Alexander. Modelo geotérmico de paipa mediante exploración del subsuelo y análisis físico químico de aguas termales. Tesis de maestría Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. 2018

45

Muestra 2

Figura 23. Muestra 2, Sondeo 1


Tiene una profundidad de 0.9 m y

posee las siguientes propiedades:


Gravedad especifica: 2.71

Peso Unitario: 19.60 kN/m3

Relación de vacíos: 0.61

Compacidad Relativa: 89.53%

Ángulo de Fricción: 22º

Limite liquido: 43.19 %

Limite plástico: 28.32 %

Índice Plástico:14.87 %

Tiene un color gris con presencia de

algunas gravas con presencia de

arcillas. Presenta una granulometría

con mayor presencia de finos. Se

clasifica según la norma INVIAS como

un limo orgánico ML

Muestra 3



Se encuentra a una profundidad de

1.5m y posee las siguientes

propiedades:

Humedad Natural: 8.4 %






Limite Liquido: 31.66 %

Limite Plástico: 28.47 %


Se encontraron dos tipos de

muestras, una contiene una cantidad

de gravas de un color café y la otra es

similar a una arena de color gris.

Este material presenta de acuerdo

con la granulometría una mayor

cantidad de arenas. Lo anterior

permite clasificar según la norma

INVIAS el suelo como arenas limosas

SM

8

Muestra 4



Posee una profundidad de 2.1m y lo

caracterizan las siguientes

propiedades:




Limite liquido: 17.88

Este material presenta un tono café y

al tacto parece contener trozos de

arcilla, pero una mayor cantidad de

arenas.

Este material por tener una

granulometría con una mayor

cantidad de arenas, lo que no permite

determinar algunas propiedades y se

clasifica según la norma INVIAS como

arena arcillosa SC.

Muestra 5



Está a una profundidad de 2.8m. y

contiene las siguientes

características:


Relación de Vacíos: 0.66


Peso Unitario: 19.30kN/m3

Compacidad relativa: 96.37%


Limite liquido: 29.37%

Limite plástico:18.6%


Se obtuvo un gran trozo de arcilla de

tonalidad oscura junto con arenas

sueltas de tonalidad gris.

De acuerdo con la granulometría, este

material posee una mayor cantidad de

gravas y se clasifica según la norma

INVIAS como una arcilla de baja

plasticidad CL

9

Muestra 6



Extraída a una profundidad de 4.0m y

presenta las siguientes propiedades:




De tonalidad café oscuro, esta

muestra presenta al tacto una alta

cantidad de arenas y pequeña

presencia de arcillas, lo cual se

corrobora con la granulometría

determinada de la misma; por esta

misma razón no fue posible

determinar la totalidad de sus

propiedades. De acuerdo con la

norma INVIAS este suelo se clasifica

como una Arena Arcillosa SC

Muestra 7



Encontrada a una profundidad de

4.5m comprende las siguientes

propiedades:




Posee una tonalidad gris compuesta

en su mayoría por arenas y un poco

presencia de arcillas. De acuerdo con

la granulometría determinada esta

contiene un mayor porcentaje de

arenas y de acuerdo con la norma

INVIAS se clasifica como Arenas

Arcillosa SC

10

Muestra 8



Extraída a una profundidad de 5.5m


Humedad Natural:37.9%

Gravedad Específica: 2.62


El aumento abrupto de la humedad

se debe a que el nivel freático se fue

encontrado a los 5.0m.

Al tacto está compuesta en mayor

cantidad por arenas y una pequeña

parte de arcilla. Presenta tonalidad

oscura entre grises y cafés. Con

respecto a la granulometría

encontrada contiene en mayor

porcentaje arenas, sabiendo esto se

clasifica como una Arena Arcillosa

SC según la normatividad INVIAS.

Muestra 9



Se encuentra a 6.2m de profundidad

y tiene las siguientes propiedades:

Humedad natural: 18.8%



Este material presenta un color gris

oscuro y pequeños fragmentos cafés,

al tacto se encuentra compuesto en

su mayoría por arenas, lo cual se

corrobora con la granulometría

determinada. Según la norma INVIAS

este material se clasifica como Arena

Arcillosa SC.

8

Muestra 10



Tiene una profundidad de 7.4m y se

encontraron las siguientes

propiedades:








Este material tiene una tonalidad gris

y está compuesta en su mayoría por

arenas. De acuerdo a la

granulometría calculada está

dispuesta en su mayoría con arenas,

pero también tiene un alto porcentaje

de finos. Acorde a la norma INVIAS

se clasifica como una Arena Arcillosa

SC.

Muestra 11



Está a una profundidad de 8.0m y se

aprecian las siguientes propiedades:








Posee una tonalidad oscura entre

grises y cafés, ya al tacto se presenta

una muy pequeña cantidad de

gravas, pero en su mayoría eran

arenas. Según la granulometría

calculada esta compuesta en mayor

porcentaje de arenas. De acuerdo a

la norma INVIAS el suelo se clasifica

como Arena Arcillosa SC.

9

Muestra 12



Extraída a una profundidad de 8.5m









Limite plástico: 13.88%

Índice plástico: 7.03%

Este fue el único shelby que se

extrajo de la zona de estudio, en su

mayoría está compuesto por arcilla

de tonalidad gris. De acuerdo con la

granulometría tiene un mayor

porcentaje de arenas. Se clasifica

como una Arena Arcillosa SC de

acuerdo a la norma INVIAS

Muestra 13



Está a una profundidad de 8.9m y

tiene las siguientes propiedades:





Material compuesto principalmente

por arenas al tacto y una muy

pequeña cantidad de arcillas, de

tonalidad café oscura.

Con respecto a la granulometría

calculada presenta un mayor

porcentaje de arenas y en menor

cantidad se encuentran los finos, con

una mínima presencia de gravas. Se

clasifica como una Arena Arcillosa

SC según la norma INVIAS

10

Muestra 14



Con una profundidad 10.6m el

material presenta las siguientes

propiedades:








Al tacto la muestra esta compuesta

por arenas y pequeños fragmentos

de arcillas de tonalidades entre gris y

café.

Según la granulometría calculada

contiene un alto porcentaje de arenas

un poco menor de finos y una mínima

parte de gravas. Se clasifica según la

norma INVIAS como una Arena

Arcillosa SC

Muestra 15



Extraída a una profundidad de 12m,

presenta las siguientes propiedades:





En apariencia la muestra presenta

arenas y pequeños fragmentos de

arcilla, de color gris.

Con respecto a la granulometría

calculada tiene un alto porcentaje de

arenas y una menor cantidad de

finos. Se clasifica según la norma

INVIAS como una Arena Arcillosa.

8

Muestra 16




13m, con las siguientes propiedades:








Limite plástico: 21.04%

Índice plástico: 8.91%

Se encontró un fragmento compuesto

principalmente de arcilla de tonalidad

café oscura.

De acuerdo con la granulometría está

compuesta en mayor porcentaje por

arenas, una menor cantidad de finos

y una mínima parte de gravas. Con

respecto a lo anterior se clasifica

como una Arena Arcillosa SC de

acuerdo a la normatividad INVIAS.

Muestra 17

Figura 38. Muestra 17. Sondeo 1



13.7m y posee las siguientes

propiedades:





Al tacto el material contiene algunos

fragmentos de arcilla de color café

claro y arenas con una tonalidad mas

oscura.

Según la granulometría encontrada el

material tiene un alto porcentaje de

arenas, en menor cantidad están los

finos y una muy pequeña parte de

gravas. De acuerdo con la norma

INVIAS se clasifica el suelo como una

Arena Arcillosa SC

8

Muestra 18



Extraída a una profundidad de 15m,

tiene las siguientes características:

Humedad Natural: 1652 %







Al tacto está compuesto por arenas y

fragmentos de arcillas, con una

tonalidad café oscura.

De acuerdo con la granulometría

calculada contiene un alto porcentaje

de arenas y una menor cantidad de

finos. Se clasifica como una Arena

Arcillosa SC según la norma INVIAS.

8

Tabla 7. Resumen de Resultados

Fuente. Elaboración propia

9

7.2 RESULTADOS DE SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES

Tabla 8. Resumen datos entregados de los sondeos geo eléctricos

Sondeo Coordenada

Norte Coordenada

Este Capa

Profundidad Resistividad

aparente Interpretación

(Metros) (Ohmios*m)

1 5º45`42" (-)73º06`37"

1 0 – 0.89 36.95 Suelo arcilloso

2 0.89 – 3.34 12.23 Arenas y gravas parcialmente saturadas


4 101.3 – ∞ 34.11 Arcillas

2 5º45`25" (-)73º06`25"




4 58.5 – ∞ 27.7 Arcillas

3 5º45`12" (-)73º06`32"

1 0 – 0.75 173 Suelo arenoso

2 0.75 – 1.59 1020 Cantos y gravas

3 1.59 – 3.21 47.8 Arcillas

4 3.21 – 63.8 403 Arenas compactas

5 63.8 – ∞ 13.7 Arenas y gravas parcialmente saturadas

4 5º45`40" (-)73º06`31"



3 3.18 – 82.8 22.5 Arcillas

8

5 82.8 – ∞ 35 Arcillas

5 5º45`14" (-)73º06`40"

1 0 – 0.87 190 Suelo arenoso

2 0.87 – 1.90 1069 Cantos y gravas compactas

3 1.90 – 3.75 50.8 Arcillas

4 3.75 – 63.3 404.4 Arenas compactas

5 63.3 – ∞ 22.85 Arenas y gravas parcialmente saturadas


Los datos fueron extraídos del informe entregado por el ingeniero Dairo Alexander Gómez Romero que utilizó para su tesis de

maestría Modelo Geotérmico De Paipa Mediante Exploración Del Subsuelo Y Análisis Físico Químico De Aguas Termales,

dicho informe se encuentra en el Anexo C.

9

8 ANALISIS DE RESULTADOS

La finalidad de la investigación es encontrar un modelo geotécnico en donde se

relacionen las propiedades índices del área de estudio de acuerdo a la

identificación de materiales reconocida en la prospección eléctrica.

8.1 PROPIEDADES INDICE

8.1.1 Humedad Natural. La humedad natural como se indicó en el marco

referencial es el contenido de agua presente en la porción de suelo, teniendo en

cuenta esto se expone a continuación los resultados obtenidos para este

parámetro.

El comportamiento de la humedad natural vs la profundidad (Anexo D) se

evidencia que el máximo valor de esta propiedad se encuentra a 5 m

aproximadamente. La variación de los limites de Atterberg se encuentra en los

Anexos M y Anexo N.

Gráfica 1. Humedad Natural vs Profundidad (Anexo W)

0 10 20 30 40 50

0.4

0.9

1.5

2.1

2.8

7.4

8

8.5

8.9

10.6

12

13

13.7

15

Limite de atterberg - Humedad Natural (%)

Pro

fun

ida

d (

m)

L ì m i tes de a t t e r be rg - W n ( %) VS Pr o f und idad ( m )

LL

LP

IP

wn

10


Teniendo en cuenta los resultados presentados en la gráfica 1 para los ensayos

de humedad natural y límites de consistencia se puede observar que en las

primeras muestras en comportamiento del suelo tiende a ser semisólido al

encontrarse la humedad natural por debajo de los p de liquidez y plasticidad;

comportamiento que cambia después de los 7 metros de profundidad

aproximadamente donde se evidencia que la humedad natural es igual y el

algunos casos superior a los límites de consistencia generando con eso un

cambio de comportamiento de plástico a líquido.

De acuerdo a lo anterior el suelo encontrado podría ser susceptible de

deformación ante la aplicación de cargas o antes los cambios de volumen que

se pueden presentar.

En la caracterización del suelo, al definir el tipo de partículas presentes en el

mismo y su relación con el contenido de humedad es fundamental, el cual lleva

a cabo mediante procedimientos definidos según la norma para la determinación

de los límites de atterberg en los que se refleja para la presente investigación

que las muestras de una profundidad de 0 - 2.8m (muestras 1 a 5) y 7.4 – 15m

(muestras 10 a 18) evidenciaron limite líquido. Mientras que las muestras que

presentaron limite plástico fueron 1, 2, 3, 5, 12 y 16 ya que el material presente

en la zona es arenoso.

8.1.2 Peso unitario. Esta propiedad depende del contenido de humedad que

posea el suelo, los espacios de aire y peso de las partículas sólidas, de acuerdo

con esto a medida que la humedad aumenta, el peso unitario tiende a disminuir

y cuando el contenido de solidos aumente en determinada masa de suelo el

espacio disponible para las fases de agua y aire es menor. En el Anexo E se

presentan los datos encontrados del peso unitario realizado por medio de fases

y en el Anexo F el peso unitario realizado con el medidor volumétrico

11

Gráfica 2. Peso Unitario vs Profundidad (Anexo X)


Según lo anterior y debido a la variación entre los dos ensayos realizado para la

obtención del parámetro de peso unitario se trabajará con el peso unitario

obtenido por medio de relaciones de fase teniendo en cuenta que este involucra

mayores parámetros en su obtención, sin embargo, el peso unitario medido en

laboratorio por medio del medidor volumétrico de densidad en campo será tenido

en cuenta únicamente para evidenciar el cambio de este en relación con la

profundidad.

De acuerdo a lo observado en la gráfica 2 se evidencia que el suelo presenta sus

valores máximos en superficie y a una profundidad aproximada de 8 metros

indicando con esto que los suelos en estas profundidades son más resistentes y

por ende más densos. En las demás profundidades se observar un

comportamiento similar en los valores de peso unitario encontrándose un rango

de 18 a 19 KN/m3.

Los datos obtenidos para el peso unitario en condiciones secas la literatura

consultada establece valores tipo descritas en la tabla 2, las tres primeras

muestras a las que se realizó el ensayo de laboratorio se pueden clasificar como

arenas limosas densas con excepción de la muestra 4 que se clasifica como una

arena limosa suelta.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00P

rofu

nd

ida

d (

m)

Peso Unitario ( kN/m3 )

Peso Unitario ( kN/m3 ) Vs Profundidad ( m )

PESOUNITARIOMEDIDOR kN/m3

12

8.1.3 Relación de Vacíos. La relación de vacíos se define como la relación entre el volumen de espacios vacíos y el volumen de partículas sólidas, con respecto a esto se puede decir que entre mayor sea la relación de vacíos más sueltas se encuentras las partículas que componen el material. Los resultados encontrados para esta propiedad se encuentran en el Anexo G.

Gráfica 3. Relación de vacíos vs Profundidad


De acuerdo a lo obtenido en la gráfica 3 se tiene un comportamiento similar al

evidenciado en la propiedad anterior peso unitario, donde se encuentra que la

relación de vacíos presenta su valor pico a 8 metros de profundidad

aproximadamente e igualmente se evidencia que después de esta profundidad

el suelo Tiende aumentar su compacidad.

8.1.4 Gravedad Específica. El concepto de gravedad especifica se deriva de

una cantidad de masa por unidad de volumen, no presenta unidades, donde la

densidad de un material es en relación con la del agua y cada material presenta

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Pro

fun

did

ad

(m

)

Relación de Vacíos

Relación de Vacíos Vs Profundidad ( m )

13

un valor de acuerdo a los minerales que posea en su composición26. Los

resultados discretizados se encuentran en el Anexo H.

Gráfica 4. Gravedad específica vs Profundidad


En la figura 5, se presentan los valores típicos de gravedad en los diferentes

minerales los cuales se encuentran inmersos en los distintos tipos de suelo,

concluyendo como valor representativo 2.7.

Si bien los resultados presentan en algunas profundidades valores atípicos de

los suelos, la dispersión obedece al distinto origen de estos materiales, ya que

corresponde a un depósito aluvial. Se expresa una variación a mayor

profundidad, lo cual se relaciona con el mayor contenido de material identificado

“dunas de arena” en la exploración.

8.1.5 Ángulo de Fricción. Para determinar el ángulo de fricción de un material se debe tener en cuenta diferentes factores (Bilz, 1995), como pueden ser: el tamaño de los granos, forma de los granos, distribución de los tamaños de granos y la densidad27; en la presente investigación se utilizaron un método teórico (ver tabla 3 del marco referencial). Con el fin de establecer el

26 KALPAKJIAN, Serope y R. SCHMID, Steven. Manufactura, Ingeniería y Tecnología. Pearson Educación.2002. P.91. 27 SUAREZ DIAZ, Jaime. Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas


0

2

4

6

8

10

12

14

16

2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80

Pro

fun

did

ad

(m

)


Gravedad Específica Vs Profundidad ( m )

14

comportamiento de esta propiedad se realizó una comparación entre los siguientes dos métodos: empleando un inclinómetro22 y otro teórico utilizando el SPT. Los resultados encontrados del ángulo de fricción realizado con el método de SPT están en el Anexo I. El ángulo de fricción inclinómetro está en el Anexo J

Gráfica 5. Ángulo de fricción vs Profundidad (Anexo Z)


Teniendo en cuenta la gráfica 5 y los valores de resistencia obtenidos para el

ángulo de fricción interna se observa una tendencia similar en los dos métodos

analizados encontrando que para una profundidad aproximada de 2 a 6 metros

el suelo se encuentra menos denso, presentando unos ángulos de fricción

menos en cuanto se sobrepasa la profundidad de 8 metros el suelo tiende a

mejorar su resistencia presentando ángulos de fricción mayores, encontrando

valores cercanos a los 35º por el método de SPT.

8.1.6 Compacidad Relativa. Al establecer la compacidad relativa en la exploración geotécnica es importante saber que esta propiedad define el grado de acomodo que poseen las partículas del suelo dejando más o menos vacíos entre ellas, cuando se presentan suelos compactos tiene una baja compacidad, para suelos poco compactos su compacidad será mayor28. Los datos

28 GEOMECÁNICA. Duque Escobar, Gonzalo y Escobas P., Carlos Enrique. Universidad Nacional de Colombia. 2016

28.00; 1515; 15

0

2

4

6

8

10

12

14

16

10 20 30 40 50

Pro

fun

did

ad

(m

)

Angulo de fricción (°)

Angulo de Fricción (°) Vs Profundidad (m)

ANGULODEFRICCIÓNSPT (º)

ANGULODEFRICCIÓN

15

compacidad relativa realizada por el método experimental están en los Anexos K y el realizado con SPT se encuentra en el Anexo L.

Gráfica 6. Compacidad relativa (experimental) vs Profundidad (Anexo AA)


A partir de los resultados obtenidos se identifica como las gravas presentes en

la exploración están principalmente depositadas a menor profundidad, sin

embargo, para la muestra 1 se presenta una variación respecto a las siguientes

y en base a la inspección inicial, se sugiere que es relleno de origen antrópico;

el cual tiene predominancia de finos, en menor porcentaje arenas y bajo cantidad

de gravas. Lo anterior se sustenta en las referencias [16] y [17], evidenciando

que el material sobresaliente a profundidad es la arena de color gris aumentando

su contenido con la profundidad, y en un menor porcentaje el contenido de finos

el cual disminuye a medida que aumenta la profundidad.

Según la gráfica 7 se evidencia que los materiales son heterogéneos

condicionando su comportamiento principalmente a los suelos gruesos con alto

contenido de finos.

8.1.7 Granulometría. Los depósitos fluvio-lacustres del altiplano Boyacense

(parte plana entre Tunja y Paipa) se encuentran discordantes sobre la Formación

Tilatá que en su proceso erosivo ha suministrado al depósito con materiales

0.1

2.1

4.1

6.1

8.1

10.1

12.1

14.1

16.1

16.00 36.00 56.00 76.00 96.00 116.00

Pro

fun

did

ad

(m

)

Compacidad Relativa( % )

Compacidad Relativa( % ) Vs Profundidad ( m )

COMPACIDAD RELATIVA(%) SPT

COMPACIDAD RELATIVA(%) BASE ARELACIONES DE FASES

16

arenosos, limolitas y arcillolitas, característicos de su formación29, dentro de la

zona de estudio se encuentra esta característica encontrando materiales

gruesos y finos. Los datos encontrados se evidencian en el Anexo O.

Gráfica 7. Granulometría vs Profundidad


A partir de los resultados obtenidos se identifica como las gravas presentes en

la exploración están principalmente depositadas a mayor profundidad, sin

embargo, para la muestra 1 se presenta una variación respecto a las siguientes

y en base a la inspección inicial, es sugiere que es relleno de origen antrópico;

el cual tiene predominancia de finos, en menor porcentaje arenas y bajo cantidad

de gravas. Lo anterior se sustenta en las referencias [16] y [17], evidenciando

que el material sobresaliente a profundidad es la arena de color gris aumentando

su contenido con la profundidad, y en un menor porcentaje el contenido de finos

el cual disminuye a medida que aumenta la profundidad.

29 REYES CH, Italo. Observaciones sobre el cuaternario del altilano Tunja – Sogamoso. Geología colombiana. 1990. Bogotà. P 151-157

15%2%3%2%1%0%1%0%1%2%3%

0%2%1%0%

5%3%5%

31%39%

53%77%

38%80%

83%80%

82%57%

70%58%

51%59%

69%62%

60%59%

54%59%

44%21%

61%20%

16%20%

17%41%

27%42%

47%40%

31%33%

37%36%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

123456789

101112131415161718

Pro

fun

did

ad (

m)

Granulometría (%) vs Profundidad (m)

PORCENTAJE DE GRAVAS (%) PORCENTAJE DE ARENAS (%)

PORCENTAJE DE FINOS (%)

17

8.2 CARACTERISTICAS GEOELÉCTRICAS

Tabla 9. Comparación de Resistividad vs Profundidad de los 5 sondeos (Anexo V)

Gráfica 8. Resistividad Sondeo 1 vs profundidad (Anexo Q)

Gráfica 9. Resistividad Sondeo 2 vs Profundidad (Anexo R)

Gráfica 10. Resistividad Sondeo 3 vs Profundidad (Anexo S)

Gráfica 11. Resistividad Sondeo 4 vs Profundidad (Anexo T)

Gráfica 12. Resistividad Sondeo 5 vs Profundidad (Anexo U)

Fuente. Elaboración propia.

0

10

20

30

40

10 20 30 40

Pro

fun

did

ad

(m

)

Resistividad (°ohmios*m)

Resistividad (Ohmios*m) Vs Profundidad (m)

0

20

40

60

80

100

120

5 15 25 35

Pro

fun

did

ad

(m

)



-20

0

20

40

60

80

20 520 1020 1520

Pro

fun

did

ad

(m

) Resistividad (°ohmios*m)


-20

0

20

40

60

80

100

120

5 25 45

Pro

fun

did

ad

(m

) Resistividad (°ohmios*m)


-20

0

20

40

60

80

20 520 1020 1520

Pro

fun

did

ad

(m

)



18

De acuerdo con la tabla 7, los sondeos 1, 2 y 4 coinciden en comportamiento

entre sí, en donde su tendencia es realizar una curva cóncava presentado igual

comportamiento con la profundidad. Además, a partir de la tabla 1 en donde se

presentan unos rangos de variación de resistividad típicos los cuales permiten

definir el material presente. En base a esto el material presente es un limo o

arcilla saturado.

Perfil estratigráfico a partir de los sondeos verticales de coordenadas:

Punto 1: 5°45’42’’N 73°06’37’’W

Punto 4: 5°45’40’’N 73°06’31’’W

Figura 40. Ubicación sondeos eléctricos verticales 4 y 1

Fuente. Elaboración propia mediante software ArcGIS.

A continuación, se presenta el perfil estratigráfico para la sección mostrada en

la figura 40.

19

Figura 41. Perfil estratigráfico generado de los sondeos eléctricos 1 y 4

Fuente. Elaboración propia mediante software ArcGis.

Por otra parte, los sondeos 3 y 5, que presentan semejanza en cuanto al

comportamiento variable con respecto a la profundidad, la primera capa de los

dos sondeos de acuerdo a la resistividad establece como material arcilla

arenosa; la segunda capa en los dos sondeos corresponde a arenas; para la

capa 3 se encuentra una arcilla o limo saturado en los dos sondeos; en la capa

4 se halla una arena arcillosa y, por último, en la capa 5 se relaciona una arcilla

o limo saturado. En estos sondeos es particular el que se presente para la

segunda capa valores de resistividad tan altos respecto a los demás al igual que

la capa número 4, los cuales son contrastantes con los demás sondeos.

Comportamiento atribuido a la presencia de un cuerpo de agua cercano a estos

sondeos, el cual se reconoce como afloramiento de agua termal, y que originaría

migración de finos hacia materiales contiguos generando un aumento atípico en

la resistividad.

20

Perfil estratigráfico a partir de los sondeos eléctricos verticales de

coordenadas:

Punto 3: 5°45’12’’N 73°06’32’’W

Punto 5: 5°45’14’’N 73°06’40’’W

Figura 42. Ubicación sondeos eléctricos verticales 3 y 5


A continuación, se presenta el perfil estratigráfico para la sección mostrada en

la figura 40.

21

Figura 43. Perfil estratigráfico generado de los sondeos eléctricos 3 y 5

Fuente. Elaboración propia mediante software ArcGIS.

Para llevar a cabo la ejecución del modelo, se van a tener en cuenta únicamente

los sondeos 3 y 5 ya que son los más cercanos a la perforación manual donde

se caracterizaron los materiales, además comparten su localización en el

depósito aluvial (Qal).

22

9 CORRELACIONES RESISTIVIDAD CON PROPIEDADES INDICE

Como se mencionó anteriormente los S.E.V 3 y 5, serán las variables

independientes a analizar mientras la humedad natural, peso unitario, densidad

relativa y porcentaje de finos como variables dependientes.

9.1 HUMEDAD NATURAL Y RESISTIVIDAD

El contenido de agua en un material es una propiedad la cual sugiere que entre

mayor sea, menor resistividad va a presentar debido a que el agua es un medio

conductor de electricidad. Sin embargo, el contenido de agua en un suelo se ve

condicionado por el peso unitario en el mismo, granulometría, permeabilidad de

los materiales adyacentes, mientras la resistividad establece unas limitaciones

interpretaciones en la información generada a partir de los sondeos geo

eléctricos los cuales generan resultados relativos a la época del año (temporada

de lluvias- temporada seca), escala de estudio, heterogeneidad en las

características del área a estudiar. En la gráfica 13 se presenta el

comportamiento de esta propiedad teniendo en cuenta los resultados de

resistividad obtenidos.

Gráfica 13. Resistividad vs Humedad Natural (Anexo BB)


0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Hu

me

da

d n

atu

ral

(%)

Resistividad (ohmnio-m)

Resistividad (ohmnio*m) vs Humedad Natural (%)

SONDEOELECTRICO 5(5º45`14"N,-73º06`40"E)


23

Al comparar las variables Resistividad vs Wn determinadas para la zona de

estudio, se obtiene que en el valor de máxima resistividad es menor la humedad

del material mientras para menores resistividades las humedades son mayores,

sin embargo, no se logra establecer una tendencia ya que en diferentes zonas

tiene un comportamiento en proporción, a más resistividad mayor es su humedad

natural, condición que puede deberse a la diferencia en la realización de los

ensayos de geo eléctrica y de la perforación manual.

9.2 PESO UNITARIO Y RESISTIVIDAD

Al analizar los componentes del suelo tiene que comprenderse como un sistema

con fases (solido, poros y agua), en donde si la parte solida aumenta queda

menos espacio que ocupar por poros y agua, lo cual establece que a mayor

contenido de agua menor va a ser la relación entre la masa de esa parte solida

del suelo y el volumen que ocupa el mismo. De acuerdo a lo anterior, en un medio

solido que en el caso de los suelos sería el porcentaje correspondiente a gravas,

arenas y/o finos se impide el paso de la corriente.

Gráfica 14. Resistividad vs Peso unitario (Anexo CC)


De acuerdo a lo evidenciado en la gráfica 14 se evidencia que en superficie que

es donde se registra la primera resistividad el pesó unitario tiende a ser mayor

19.0

19.1

19.2

19.3

19.4

19.5

19.6

19.7

19.8

19.9

20.0

10 210 410 610 810 1010 1210

Pe

so

un

itari

o (

kN

/m3)

Resistividad (ohmnios-m)

Resistividad (ohmnios-m) VS Peso Unitario (kN/m3)

SONDEOELECTRICO5(5º45`14"N,-73º06`40"E)


24

sin embargo una vez se gana profundidad la resistividad empieza a aumentar a

igualmente el peso unitario lo que contribuye a generar relación de la resistividad

versus el peso unitario a profundidad y la superficie.

9.3 COMPACIDAD RELATIVA Y RESISTIVIDAD

En esta propiedad se analiza una fase en el suelo que si bien en suelos finos no

es determinante en suelos gruesos (gravas y arenas) lo es, los poros. Como se

ha concluido el agua conduce, mientras la parte sólida del suelo impide entonces

los vacíos determinan que al reacomodarse los granos ocupando esos espacios

sea mayor el componente sólido, impidiendo el paso de los impulsos eléctricos.

Gráfica 15. Resistividad vs Compacidad relativa (Anexo DD)


El rango de variación de compacidad se encuentra entre 92% a 99%, donde el

mayor valor se relaciona a la mayor resistividad interpretada tendencia que

guardan la mayoría de datos, sin embargo, como sucede en las demás

propiedades se presenta un valor atípico.

De acuerdo a los cuatro puntos establecidos en cada sondeo se evidencia que

para los puntos superficiales de resistividad la compacidad relativa es

correlacionable, ya que aumentan proporcionalmente con la profundidad

91.0%

92.0%

93.0%

94.0%

95.0%

96.0%

97.0%

98.0%

99.0%

100.0%

1 201 401 601 801 1001

Co

mp

ac

ida

d r

ela

tiva

(%

)


Resistividad (ohmnios-m) vs Compacidad Relativa (%)



25

registrando un valor atípico donde la compacidad resistividad disminuye, sin

embargo, una vez se supera este valor la resistividad vuelve aumentar junto con

la compacidad relativa.

9.4 GRANULOMETRÍA Y RESISTIVIDAD

La variación de la granulometría en la caracterización geotécnica confirma que

el área de estudio contiene materiales arenosos con intercalaciones de arcillas

en menor cantidad y baja proporción de gravas de acuerdo a la descripción

realizada en el informe (Anexo C). La concentración de finos está en la superficie,

donde se distingue la mayor variación de resistividad en los sondeos de acuerdo

a lo descrito.

Gráfica 16. Resistividad vs Porcentaje de Finos (Anexo EE)


De acuerdo al comportamiento de resistividad respecto porcentaje de finos

descrito, hay valores que no corresponden a la relación establecida por lo que

no puede generarse correlación, no obstante, los demás valores describen como

a medida que aumenta el porcentaje de finos disminuye la resistividad

interpretada en los S.E.V. 3 y 5.

0

200

400

600

800

1000

1200

10% 20% 30% 40% 50% 60%

Re

sis

tivid

ad

(o

hm

nio

s-m

)

Porcentaje de finos (%)

PORCENTAJE DE FINOS (%) VS RESISTIVIDAD



26

10 MODELO GEOTENICO EN BASE A PROPIEDDES ÍINDICE DEL SUELO

Los materiales del área en donde se llevaron a cabo las exploraciones se

encuentran cubiertos con un depósito cuaternario el cual de acuerdo a la

topografía y granulometría corresponden a arenas con intercalaciones de finos y

gravas de los materiales. Por tanto, se define como un depósito aluvial

asociando que en esa área se debieron presentar flujos de agua. Buzando con

dirección NE aflora la formación Tilata, la cual tiene origen de rocas

sedimentarias y se compone por areniscas, limolitas y arcillolitas; en la figura 44

se evidencia el bloque diagrama propuesto como idea inicial de modelo

conceptual para la zona de estudio representado mediante el programa ArcGis,

el cual para la presente investigación será una herramienta que permita

visualizar las unidades del subsuelo.

A continuación, el modelo describe las propiedades geotécnicas interpretadas

en la estratigrafía de la perforación, incluye el análisis de resistividad descrito

anteriormente para la ejecución del mismo y correlaciona los resultados

estableciendo unidades con características y comportamientos semejantes.

27

Figura 44. Modelo con escala 1:1000


28

Tabla 10. Propiedades del modelo

Tipo de

Suelo

Profundidad

(m)

Resistividad

(ohm*m)

Humedad

(%)

Relación

de

vacíos

(e)

Límites de

Atterberg Gravedad

Específica

Peso

Unitario

(kN/m3)

Compacidad*

(%)

Ángulo

de

Fricción

(º) LL

(%)

LP

(%)

0 – 0.9 173 – 190

17.8 –

19.2 0.61

33.08

–

43.19

22.14

–

28.32

2.62 –

2.71

19.60 89.53 25 – 22

0.9 – 2.1 1020 – 1069 8.4 – 7.1 0.41 31.7 –

17.9 28.47

2.66 –

2.63 19.92 97.21 - 50 20 – 40

2.1 – 4.0 47.8 – 50.8 7.1 –

20.1 0.66 17.9 -

2.63 –

2.61 19.3 96.37 - 50 18 - 34

4.0 – 15 403 – 404.4 13.3 –

37.9 0.58

16.2 –

29.9

13.88

–

21.04

2.57 –

2.76 19.8 25 – 96.56 14 - 34

15 – 64 13.7 – 22.85


CL

SC

SC

SC

Arenas y

gravas

parcialme

nte

saturadas

29

10.1 PROPIEDADES GEOTÉCNICAS Y GEOELÉCTRICAS. MODELO

CONCEPTUAL

Las propiedades que se encuentran en la tabla 10 presentan una variación con

respecto a la profundidad, como se describe a continuación donde se realizan

graficas para poder evidenciar las variaciones de los parámetros que se tienen

respecto a la profundidad:

Gráfica 17. Modelo: Resistividad vs Profundidad


Al observar la variación de la

resistividad respecto a la

profundidad del modelo, se

tiene que esta varia de 0 a

1000ohm*m

aproximadamente, teniendo

una mayor concentración de

datos en las capas superiores

del modelo. También se tiene

que la mayoría de las

resistividades son menores a

500 ohm*m.

El comportamiento que se

presenta identifica un valor

atípico a los demás,

estableciendo que este

material presenta una

propiedad distinta.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 500 1000 1500

Pro

fun

did

ad (

m)

Resistividad (ohm*m)

Resistividad (ohm*m) vs Profundidad (m)

Minima

Maxima

30

Gráfica 18. Modelo: Humedad vs Profundidad


En la presenta gráfica se

observa que la humedad

varía de un 8 % a y 40 %

aproximadamente. Se debe

tener en cuenta que el nivel

freático se encuentra

después de los 5.0 metros,

por lo que la humedad

presente a una mayor

profundidad es tan alta con

respecto a la encontrada en

las capas superiores.

Gráfica 19. Modelo: Relación de vacíos vs Profundidad


En la gráfica se identifica que

la relación de vacíos que

presenta el modelo tiene una

variación entre 0.4 y 0.7

aproximadamente, según

esto y la literatura existente

corresponde a un tipo de

suelo que este compuesto

por arenas compactas,

arenas sueltas o arena

uniforme compacta.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40

Pro

fun

did

ad (

m)

Humedad (%)

Humedad (%) vs Profundidad (m)

Minima

Maxima

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Pro

fun

did

ad (

m)

Relación de Vacios

Relación de vacios vs Profundidad (m)

31

Gráfica 20. Modelo: Limites de Atterberg vs Profundidad


Se evidencia en la gráfica 20

que el límite líquido varía

entre los rangos de 17 a 42%

aproximadamente, mientras

que el límite liquido tiene un

rango de variación entre 13 y

28% aproximadamente. Esta

caracterización no posee

todos los limites en las 4

capas caracterizadas debido

al material que se encuentra

en la zona, que en su

mayoría son arenas.

Gráfica 21. Modelo: Gravedad específica vs Profundidad


En la gráfica 21 se observa

que la gravedad especifica

en las capas superiores

presenta un rango entre 2.6 y

2.5 aproximadamente,

mientras que para la capa

inferior se encuentra una

variación un poco más

amplia entre los rangos de

2.55 y 2.75

aproximadamente.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60

Pro

fun

did

ad (

m)

Limites de Atterberg (%)

Limites de Atterberg vs Profundidad (m)

Minimo LL

Maximo LL

Minimo LP

Maximo LP

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2.5 2.6 2.7 2.8

Pro

fun

did

ad (

m)


Gravedad Específica vs Profundidad (m)

Minima

Maxima

32

Gráfica 22. Modelo: Relación de vacíos vs Profundidad


El peso unitario que se

evidencia en la gráfica 22

presenta una variación entre

los rangos de 19 a 10

(kN/m3). Esta propiedad tiene

una gran dispersión en cada

capa, pero en su valor

coincide el tipo de suelo que

lo determina con respecto a

la literatura.

Gráfica 23. Modelo: Compacidad Relativa vs Profundidad


Se evidencia en la gráfica 23

que la compacidad relativa

tiene unos altos rangos de

variación en cada una de las

capas. Para la parte

superficial del modelo se

encuentran unos rangos

entre 50 y 100 % mientras

que para la capa inferior

presenta una variación entre

25 y 100%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

19.2 19.4 19.6 19.8 20

Pro

fun

did

ad (

m)

Peso Unitario (kN/m3)

Peso Unitario (kN/m3) vs Profundidad (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150

Pro

fun

did

ad (

m)

Compacidad Relativa (%)

Compacidad Relativa (%) vs Profundidad (m)

Minima

Maxima

33

Gráfica 24. Modelo: Angulo de Fricción vs Profundidad


El ángulo de fricción en las

capas superiores tiene un

rango mayor de variación

que la capa inferior. Como se

observa en la figura 24,

rango de variación de esta

propiedad se encuentra entre

14º y 40º.

10.2 MODELOS MATEMÁTICOS

A continuación, se presentan las relaciones encontradas entre la resistividad con

respecto al peso unitario y la compacidad relativa:

10.2.1 Resistividad y compacidad relativa. De acuerdo al valor atípico que se

presentaba para esta correlación y observando que había valores que

presentaban similitud en su comportamiento para poder establecer correlación

se decidió omitir este punto encontrando con esto un modelo matemático que

lleve a poder establecer una ecuación que para este caso será representativa

únicamente.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60

Pro

fun

did

ad (

m)

Angulo de Fricció (º)

Angulo de fricción (º) vs Profundidad (m)

Minima

Maxima

34

Gráfica 25. Tendencia Resistividad vs Compacidad Relativa (Anexo FF)


Según el modelo se establece que:

CR = 9E-05(R) + 0,8968

R² = 0,9683

Donde:

CR: Compacidad relativa (%)

R: Resistividad (ohm*m)

10.2.2 Resistividad y peso unitario. De acuerdo al valor atípico que se

presentaba para esta correlación y observando que existen valores que

presentaban similitud en su comportamiento para poder establecer correlación

se decidió omitir este punto encontrando con esto un modelo matemático que

lleve a poder establecer una ecuación que para este caso será representativa

únicamente.

y = 9E-05x + 0.8968R² = 0.9683

90.0%

91.0%

92.0%

93.0%

94.0%

95.0%

96.0%

97.0%

98.0%

99.0%

100.0%

1 201 401 601 801 1001

Co

mp

ac

ida

d r

ela

tiva

(%

)


RESISTIVIDAD VS COMPACIDAD RELATIVA

SONDEOELECTRICO5 (5º45`14"N,-73º06`40"E)

SONDEOELECTRICO3 (5º45`12"N,-73º06`32"E)

35

Gráfica 26. Tendencia Resistividad vs Peso Unitario (Anexo GG)


Según el modelo se establece que

ɣ= 0,0007(R)+ 19,085

R² = 0,664

Donde:

ɣ: Peso Unitario (kN/m3)

R: Resistividad (ohm*m)

10.3 APLICACIÓN HERRAMIENTA ANÁLISIS GEOESTADÍSITICO

El software ArcGIS el cual fue la herramienta para representar el modelo la cual

además nos brinda la posibilidad de modelar seleccionando e identificando los

datos que contiene lo componen.

El software ArcGIS fue la herramienta para representar el modelo, la cual

además nos brinda la posibilidad de extraer información adicional de los datos

SIG que podría no ser evidente y mostrarla en forma de gráficos.

De acuerdo a lo anterior, se asignó los valores de resistividad en cada capa a los

diferentes sondeos realizados para el área de estudio en el programa, mostrando

los siguientes análisis (Anexo HH):

y = 0.0007x + 19.085R² = 0.664

19.0

19.1

19.2

19.3

19.4

19.5

19.6

19.7

19.8

19.9

20.0

10 210 410 610 810 1010 1210

Pe

so

un

itari

o S

ec

o (

kN

/m3)


RESISTIVIDAD VS PESO UNITARIO



36

Figura 45. Variación media de la resistividad eléctrica

Fuente. Elaboración propia mediante el software ArcGIS

El mapa de resistividad se establecieron 5 intervalos, se identifica la mayor

variación desde los sondeos 3 y 5 disminuyen hacia los sondeos 1,2 y 4.

37

Figura 46. Histograma de los valores de resistividad


El histograma de resistividad nos muestra la agrupación de las resistividades en

las diferentes capas y sondeos de acuerdo a la frecuencia en que se presenta

cada valor. Este análisis muestra cual es el menor y mayor valor de la serie, la

mediana entre otras propiedades estadísticas.

38

Figura 47. Grafica normal QQ Plot


Ya que los datos presentan dispersión la tendencia lineal no se ajusta a la serie,

sin embargo, el programa facilita el que se evalué en comportamiento de forma

logarítmico.

Los resultados presentados son solo una de las formas en como mediante el uso

de esta herramienta podemos ir complementando el modelo para la zona, se

presentan los diferentes análisis en el Anexo HH. Se realizó con la propiedad de

resistividad ya que se contaba con más información respecto al área de estudio,

y como se evidencia en los análisis es de gran utilidad con información más

detallada.

.

39

11 CONCLUSIONES

De acuerdo a lo evidenciado en la perforación geotécnica se observa a los 8

metros la presencia del pico mínimo del peso unitario, mientras que la relación

de vacíos alcanza su valor máximo, definiendo que el material a esta profundidad

es poco denso y tipifica un cambio de suelo ya que otras propiedades como lo

son, la gravedad específica y ángulo de fricción modifican su comportamiento

tendiendo a disminuir. Igualmente, para esta profundidad de 8 metros La

compacidad relativa a pesar de tener su máximo valor al iniciar la perforación, a

esta misma profundidad, 8 metros, presenta diferenciación en los resultados

distinguiendo un aumento.

Corroborando que a los 8 metros las características del perfil del suelo varían,

se evidencia que el material encontrado en esta profundidad es más arenoso de

acuerdo con la granulometría determinada; y relaciona un valor de limite liquido

bajo y no presenta limite plástico, siendo cualidades representativas de un

material fácilmente deformables.

El contenido de humedad en el perfil del suelo varía entre 5% y 40%, se identifica

nivel el freático a 5 metros aproximadamente, y se evidencia que después de la

muestra número 8 la humedad presenta un cambio de tendencia, aumentando

sus valores con respecto a las muestras anteriores a está.

El tipo de suelo, el cual es arenoso con bajo contenido de finos y gravas restringió

la obtención del límite líquido con resultados entre 15% y 45% y en mayor

cantidad del límite plástico con valores aproximados entre 3% y 15%; pese a que

no presenta una alta diferencia de profundidades cada muestra el suelo tiene

una gran heterogeneidad.

De acuerdo con el contenido de humedad y resultados en los límites se concluye

que para profundidades menores a 3 metros el suelo presenta un

comportamiento solido a semisólido, mientras para más de 8 metros su cambio

de comportamiento es de plástico a líquido. Características indicativas de los

materiales representados ante la aplicación de cargas por diferentes

solicitaciones y cambios de volumen podría deformarse.

40

Mediante el empleo del medidor volumétrico de densidad en campo se pretendía

comparar los resultados obtenidos de la ejecución de las relaciones

gravimétricas y volumétricas, proceso del cual se comprobó que el

comportamiento es similar, estimando mayores valores en superficie y

disminución a 8 metros; sin embargo, a causa de que es un procedimiento que

involucra diversos factores para su obtención y define mayor dispersión en los

datos se adoptan como valores representativos del peso unitario, para el área de

estudio de acuerdo al material encontrado los resultados de las relaciones.

La relación de vacíos presenta de acuerdo a la tabla 2 del marco conceptual,

valores representativos de un suelo arenoso que está entre el rango de 0.4 a 0.8.

De acuerdo a la densidad de los materiales, se encuentra que entre mayor sea

está, menor será su relación de vacíos como se observa a partir de la

granulometría, donde a menos de 2 metros y a más de 8 metros, el porcentaje

de finos es mayor, y los valores de “e” son los más bajos.

En el perfil estratigráfico la gravedad especifica de los materiales en los primeros

8 metros conserva la particularidad de estar entre 2.6 a 2.7, sin embargo,

después de los 8 metros la dispersión en los datos concluye que si bien la

presencia de agua determina esta característica también se define por la

composición mineralógica del suelo, por lo que con una descripción de los

minerales que se identifican en la perforación se ajustaría mejor la transición a

los 8 metros.

La obtención del ángulo de fricción se realizó mediante dos procedimientos,

teórico y experimental los cuales al compararlos permiten establecer como varia

esta propiedad en las diferentes profundidades, observando que estos tienen

una tendencia similar. Aunque se destaca que los resultados del procedimiento

experimental se pueden adoptar de forma preliminar en un estudio si no se

cuenta con las muestras óptimas para la determinación de esta.

Los resultados teóricos del ángulo de fricción en base a la referencia en la tabla

4, se puntualizan mayores y con alta dispersión entre sus límites mínimos y

máximos; mientras los alcanzados con el inclinómetro relacionan una menor

dispersión en los datos, registrando menor valor en la propiedad de los

materiales por medio de este método. Hacia los 8 metros con SPT se denota

claramente una variación en el comportamiento, aumentando. Ya que los valores

en base a los estimativos son muy superiores y atípicos a un suelo con

propiedades arenosas con bajo contenido de gravas se asemejan más los

41

valores determinados con el inclinómetro de a las propiedades que se han

analizado e inspección visual realizada a cada muestra.

La resistividad con respecto a la humedad natural presenta una variación

inversamente proporcional, es decir, que entre mayor sea la resistividad

encontrada por el material menor será la humedad. Pero se debe tener en cuenta

que la humedad puede variar con respecto a otras características que posea

como la granulometría, el peso unitario y la permeabilidad del mismo.

A pesar de que se pretende establecer correlaciones entre las características

geoeléctricas y propiedades geotécnicas las pocas investigaciones especifican

que los resultados indican que la resistividad de los geomateriales permite

discriminar adecuadamente entre diferentes tipos de materiales y condiciones de

saturación, aunque no se hace factible relacionar valores de resistividad y

propiedades geomecánicas.

Al momento de relacionar las propiedades geotécnicas con respecto a la

resistividad, se observo que no fue posible generar una tendencia como tal entre

estas, esto se debe a que la humedad natural, peso unitario, compacidad relativa

y el porcentaje de finos no tuvo una relación directa con la resistividad.

La diferencia entre las escalas de detalle a las cuales se realizaron los ensayos

que se pretendían relacionar no eran equiparable, ya que solo se realizó una

perforación manual a una baja profundidad comparándola con los resultados que

arrojaron los cinco sondeos eléctricos verticales.

De acuerdo a las correlaciones realizadas entre la resistividad y el peso

unitario, humedad natural, compacidad relativa y contenido de finos se encontró

que se pueden presentar algunas tendencias como: La resistividad con el peso

unitario tiene una relación directa; resistividad con la compacidad presenta una

relación directa. Las demás propiedades no fue posible relacionarlas, debido a

que las variaciones que se encontraron no fueron consistentes para generar las

mismas.

El uso de herramientas informáticas en investigaciones de este tipo facilita una

mejor difusión de la información ya que con su aplicación el lector identifica mejor

lo se explica en el análisis.

42

Se representó un modelo en el software ArcGis que contiene las características

eléctricas de la zona. Sin embargo, no es una característica limitante para el

presente, pues si se cuenta con información de otras perforaciones podría

ejecutarse de igual manera en base a las propiedades geotécnicas.

43

12 RECOMENDACIONES

Para futuras investigaciones que tengan afinidad al tema se recomienda que,

para garantizar el modelo, la perforación de la cual se extraerá el material para

la caracterización geotécnica se lleve a cabo al mismo tiempo o con lapso corto

de tiempo de los sondeos eléctricos verticales.

Cuando se pretenda establecer relaciones entre propiedades in-sitú y

propiedades medidas en laboratorio se debe procurar adquirir muestras en su

estado natural, lo cual se ejecuta mediante la recolección de muestras mediante

shelby.

Para realizar el ensayo de densidad relativa o compacidad relativa de acuerdo al

tipo de suelo; se sugiere garantizar la extracción del suficiente material para la

ejecución adecuada del procedimiento de acuerdo a la normatividad sugerida.

Contar con diferentes sondeos eléctricos de la zona para diferentes temporadas

del año y con una mayor discretización de los resultados respecto a la

profundidad.

Para la caracterización geotécnica, sería importante contar con otras

investigaciones con la finalidad de corroborar los resultados obtenidos y construir

así un perfil geotécnico más completo.

Con el propósito de minimizar las fuentes de error y cumplir con la normatividad

establecida en el marco legal para la determinación de cada propiedad, se

sugiere previo a cada ensayo llevar a cabo calibración de los equipos en

laboratorio.

Para trabajos de grado a fines es de gran importancia contar con instalaciones

específicas de quienes desarrollan investigación, ya que al tener que compartir,

hornos, recipientes, instrumentos en general no se garantiza el adecuado manejo

de los mismos, estableciendo cierto grado error en la obtención de resultados.

En la etapa A. Reunión y análisis de información, se consultó referencias de

investigaciones en donde se intentaba hacer relación entre resistividad eléctrica

y condiciones geológicas y/o geotécnicas, actividad que tuvo resultados

44

limitados y escasos. Por lo anterior, es importante continuar evaluando el uso de

métodos geoeléctricos para la caracterización de los parámetros geotécnicos.

En las correlaciones se estableció comparar propiedades como el peso unitario,

densidad relativa y humedad natural. De acuerdo a lo anterior otros temas de

investigación que pueden derivarse de la investigación es el correlacionar otras

características como relación de vacíos, gravedad específica, limite líquido,

ángulo de fricción y si se presentan la cohesión.

En futuras investigaciones se recomienda representar por medio de algún

software las características que se encuentren de la zona, con el fin de facilitar

el entendimiento del mismo.

45

BIBLIOGRAFÍA

MORENO RODRIGUEZ, Nayib. Zonificación y Caracterización Geotécnica de

los Suelos de Barranquilla. Fase 1. Programa de Ingeniería Civil. Barranquilla.

Corporación Universidad de la Costa.

HUNT, Roy E. Geotechnical Engineering Investigation Handbook. Segunda

Edicion. Editorial: Taylor y Francis

GEOMECÁNICA. Duque Escobar, Gonzalo and Escobar P., Carlos Enrique.

Universidad Nacional de Colombia. 2016

AMERATUNGA, Jay, SIVAKUGAN, Nagaratnam y M. DAS, Braja. Correlations

of soil and rock properties in geotechnical Engineering. Springer (India). 2016

RAMIREZ, Oscar. Apuntes de Geotecnia Básica. Segunda Edición.

BRAJA M. Das. Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones. Séptima edición.

ISBN. 987-607-481-823-9.

JAIME, J. Métodos geofísicos aplicados a la caracterización de los suelos.

Universidad Industrial de Santander - Facultad de Físico mecánicos, 8.

LÓPEZ LAFUENTE, Antonio, VALVERDE ASENJO, Inmaculada, QUINTANA

NIETO, José Ramón, MARTÍN SANZ, Juan Pedro, MARTÍN, Ana de Santiago,

GONZÁLEZ HUECAS, Concepción. Estudio de los suelos del entorno del

Balneario de San Nicolás (Almería) Departamento de Edafología, Facultad de

Farmacia. Universidad Complutense de Madrid. Plza. Ramón y Cajal s/n. 28040

Madrid, España. Instituto IMDEA Agua. Avenida Punto Com, 28805 Alcalá de

Henares, Madrid, España.

SUAREZ DIAZ, Jaime. Mecanismos de falla de los taludes. Disponible [en línea]:

http://www.erosion.com.co/presentaciones/category/45-tomo-

i.html?download=445:librodeslizamientosti-cap2

46

ANEXO

Anexo A. Geología plancha 171 Duitama, extraída del Servicio Geológico Colombiano.

(Disponible en digital)

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Anexo B. Informe entregado de ensayos perforación manual


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Anexo C. Informe entregado de sondeos eléctrico verticales


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Anexo D. Humedad Natural


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Anexo E. Peso unitario – Fases


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Anexo F. Peso unitario – Medidor volumétrico


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Anexo G. Relación de vacíos


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Anexo H. Gravedad específica


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Anexo I. Ángulo de fricción – SPT


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Anexo J. Ángulo de fricción – Inclinómetro


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Anexo K. Compacidad – Método experimental


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Anexo L. Compacidad – SPT


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Anexo M. Límites de Atterberg


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Anexo N. Resumen límites de Atterberg


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49

Anexo O. Granulometría


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Anexo P. Clasificación del suelo


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Anexo Q. Sondeo eléctrico 1


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Anexo R. Sondeo eléctrico 2


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Anexo S. Sondeo eléctrico 3


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Anexo T. Sondeo eléctrico 4


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Anexo U. Sondeo eléctrico 5


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Anexo V. Resumen sondeo eléctrico


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Anexo W. Relación humedad natural y límites de atterberg con respecto a la profundidad


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Anexo X. Comparación pesos unitarios


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Anexo Y. Resumen granulometría


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Anexo Z. Comparación ángulo de fricción


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Anexo AA. Comparación compacidad relativa


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Anexo BB. Correlación Resistividad y Humedad natural


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Anexo CC. Correlación Resistividad y Peso unitario


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53

Anexo DD. Correlación Resistividad y Compacidad relativa


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Anexo EE. Correlación Resistividad y Porcentaje de finos


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Anexo FF. Modelo matemático. Resistividad y Compacidad relativa


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Anexo GG. Modelo matemático. Resistividad y Peso Unitario


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Anexo HH. Modelo. ArcGis


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modelo geotÉcnico basado en propiedades Índice …

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