Origen, formación, estructura y comportamiento de la arcilla de Bogotá

Texto completo

(1)ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. ING. ALICIA RUIZ CAMPO. ASESOR: ARCESIO LIZCANO, Ph.D..

(2) ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. PRESENTADO POR:. ING. ALICIA RUIZ CAMPO. ASESOR ARCESIO LIZCANO, Ph.D. PROFESOR ASOCIADO. MAGISTER EN INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES BOGOTÁ, 2006.

(3) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. ABSTRACT This study is accomplished with the intention of setting down a base to characterize Bogotá subsoil. This subsoil is formed by a lacustrine soft sediment deposit with special physical and mechanical properties. This deposit is product of the strains and failures that the Cordillera Oriental underwent during the different orogenic pulses, added to the humid climate, impermeable bottom and the lack of drainage of the great lake, which allowed the formation which today it is known as the Sabana of Bogotá. These special geotechnic properties of Bogotá, have given rise to complicated problems of foundations that turn in excessive settlements that cause uninhabitable structures. Therefore, this study attempts to make easy the understanding of Bogotá subsoil unusual behavior..

(4) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ ÍNDICE. 1. INTRODUCCIÓN. 2. INGENIERÍA GEOLÓGICA 1.1 Introducción 2.2 Principales eventos geológicos y formaciones en la cuenca de Bogotá D.C.. 3. COMPOSICIÓN 3.1 Zona de estudio 3.2 Distribución de tamaño de partículas y forma 3.3 Materia Orgánica 3.4 Mineralogía 3.5 Porcentaje de Arcilla. 4. ESTRATIGRAFÍA DE BOGOTÁ D.C.. 5. PROPIEDADES ÍNDICE. 6. ESTRUCTURA.

(5) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 7. COMPORTAMIENTO MECÁNICO 7.1 Compresibilidad 7.2 Curvas de fluencia. 8. PROBLEMAS INGENIERILES 9.1 Subsidencia Regional y Asentamientos 9.2 Amenaza Sísmica y Deslizamientos. 9. CONCLUCSIONES. 10. RECOMENDACIONES. 11. REFERENCIAS.

(6) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ INTRODUCCIÓN La ciudad de Bogotá se encuentra ubicada en una meseta de la Cordillera Oriental de los Andes a 2.600 metros de altura sobre el nivel del mar y está cerca del centro geográfico de Colombia. Fue fundada por Gonzalo Jiménez de Quesada el 6 de agosto de 1538. la fundación se efectuó en una parte de la plazuela que hoy se conoce como el Chorro de Quevedo, en el cruce de la calle 13 con carrera 2a. Las primeras viviendas ubicadas en aquella villa se erigieron alrededor en el tradicional barrio La Candelaria. En 1830, Bogotá se convirtió en la capital de Colombia y en la actualidad tiene una población de más de 7 millones de personas (27).. A pesar de estar localizada en una latitud ecuatorial, su. elevación modera el clima.. La temperatura promedio anual es cerca de 14 grados. centígrados (58º FMI), y cambia ligeramente durante el año (Figuras 1 y 2). La Sabana de Bogotá está geológicamente constituida por un mosaico de suelos de características físicas y mecánicas especiales producto de las deformaciones y fallamiento que sufrió la Cordillera Oriental durante los diferentes pulsos orogénicos. Los mismos que sumados al clima húmedo, un fondo impermeable y la falta de drenaje, dieron origen en el Plioceno, hace aproximadamente 3,5 millones de años, al gran lago que, a pesar de tener algunas grietas y fallas, permitió la formación de lo que hoy se conoce como la Sabana de Bogotá.. Figura 1. Panorámica de Bogotá y Monserrate (25).

(7) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 2. Panorámica de Bogotá con Monserrate y el Cerro de Guadalupe al fondo (26). El subsuelo de Bogotá presenta unas características únicas. El límite líquido (ωL) puede sobrepasar 200% y el índice de plasticidad (IP) puede ser superior a 100%, presentando variaciones después de los 50 m de profundidad en promedio. Lo cual indica la presencia de un estrato de arcillas blandas saturadas de 50 m de espesor y en algunos sitios de hasta 600 m, como sucede en cercanías a Fontibón, al occidente de la ciudad (Figura 3). Debido a las características únicas que presenta el subsuelo de Bogotá, se hace necesario recopilar los estudios realizados, con el fin de estructurarlos como lo están los de la arcilla de Londres, México o Boston. De esta manera, se llegará a un mejor entendimiento del comportamiento de la arcilla. Uno de los estudios más importantes realizados al subsuelo de Bogotá es el de Microzonificación Sísmica, realizado por Ingeominas & la Universidad de Los Andes (1993). Este estudio dividió la ciudad en varias zonas de comportamiento geomecánico homogéneo, caracterizadas por parámetros particulares. Bogotá está localizada en un ambiente sismotectónico de gran actividad, aunque no muy fuerte. La actividad sísmica es debida a la Zona de Subducción del Pacífico, la falla el.

(8) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ Romeral y el sistema de falla Frontal de la Cordillera Oriental. El NSR-98 ha clasificado la amenaza sísmica como intermedia. En cuanto a sismos, el problema radica en a vulnerabilidad.. En los últimos años se ha. presentado un movimiento continuo de personas hacia Bogotá, lo cual ha generado la construcción de viviendas que no cumplen las especificaciones técnicas y peor aún, localizadas en zonas no aptas para la construcción. Estos asentamientos han sufrido el deterioro continuo causado por movimientos sísmicos, inundaciones y otro gran problema que afecta en gran medida, los deslizamientos.. Éstos últimos, han causado grandes. pérdidas tanto para la población como para el país.. Fontibón. Figura 3. Localización de Fontibón en el mapa Bogotá (2).

(9) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ De acuerdo con estudios realizados por Martínez & Prieto (1992) es posible identificar 5 zonas en Bogotá: Zona montañosa, Zona de piedemonte, Zona de suelos duros, Zona de suelos blandos y Zona de Rondas de ríos y humedales. La zona de suelos blandos es la que presenta mayor interés para este estudio.. 2. INGENIERÍA GEOLÓGICA 2.1 Introducción Estudios como el de Microzonificación Sísmica realizado por Ingeominas & la Universidad de Los Andes (1993), han identificado los sectores en donde se hacen presentes las diferentes Formaciones que en conjunto conforman la geología de la ciudad de Bogotá. Hacia el Oriente de la ciudad, y en algunos sectores del Sur, aparece uno de los grupos de formaciones rocosas más antiguos, el Grupo Guadalupe. Este grupo fue depositado hace aproximadamente 69 millones de años en el periodo Cretáceo Superior cuando se aumentó la depositación de areniscas. De este grupo hacen parte la Formación Arenisca Dura, la Formación Plaeners y la Formación Labor-Tierna. La Formación Arenisca Dura está constituida por areniscas cuarzosas duras, de grano fino bien cementadas y color gris claro. La Formación Plaeners está compuesta por arcillolitas silíceas, fuente de recebo y caolín. La Formación Labor-Tierna proporciona la mayor parte de la “Arena de Peña” para la construcción.. En la zona de piedemonte al Oriente de la ciudad, en los Cerros de Suba, en sectores del Sur y Suroeste de Bogotá se presenta la Formación Guaduas. Esta formaciónse caracteriza por poseer mantos de carbón y arcillas sedimentadas, apta para la fabricación de productos comerciales como ladrillos y tejas. Al iniciar el Paleoceno, se presentaron movimientos de la Cordillera Oriental, resultando la.

(10) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ sedimentación de areniscas de color amarillo rojizo, de grano grueso, con estratificación cruzada de la Formación Cacho. Este material se explota para ser usado en la construcción. La Formación Cacho sirvió de basamiento para la sedimentación en el Eoceno Inferior de la Formación Bogotá. Esta última está constituida por alternancia de arcillolitas rojizas y areniscas cuarzosas feldespáticas, gris verdosa y arcillolitas gris oscuros, gris verdoso y marrón. En el Eoceno Medio, se sedimentaron las areniscas de cuarzo con abundante matriz arcillosa e intercalaciones de arcillolitas blandas y plásticas de color gris claro de la Formación Usme y una serie de lutitas que van hasta el Eoceno Superior, en donde se inician las limolitas y arcillolitas de colores gris oscuro y amarillo de la Formación Regadera con mantos de carbón que indican el comienzo del Oligoceno Medio (3). A lo largo de los Cerros Orientales aflora también la llamada Formación Tunjuelo. Esta formación recibe su nombre porque sus principales afloramientos se ubican en el Valle del río Tunjuelo. En este valle predominan las gravas, arenas y limos, con espesores de hasta 150 m. De allí se extrae gravilla de excelente calidad para concreto de alta resistencia (2). Según Amórtegui (2003), en el principio del Oligoceno Superior, hubo levantamiento y probable plegamiento de la cordillera. Como producto, se desarrollaron las características estructurales y morfológicas de la Sabana. Estas características fueron completadas durante el Mioceno. El levantamiento principal de la cordillera tuvo lugar posiblemente al comienzo del Plioceno, donde se depositó la Formación Tilatá en los valles que desembocan en la Sabana y en los cerros que la circundan. Cerca de la base de esta formación se encontraron fósiles de frutas de clima cálido que indican que la cordillera se encontraba a un nivel más bajo que el actual. En la parte superior de la Formación Tilatá se encontró polen de una flora similar a la actual de la cima de la cordillera, lo cual sugiere que durante la depositación de la Formación Tilatá se presentó un fuerte levantamiento de la Cordillera Oriental (Figuras 4 y 5). Al final del Plioceno e inicios del Pleistoceno, se tenía prácticamente la conformación de la.

(11) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ cuenca de la Sabana. Sobre esta cuenca se sedimentaron arenas finas con intercalaciones arcillosas. El clima inició una fase de calentamiento que produjo deshielos y generó flujos de lodo que cubrieron la cuenca con una espesa secuencia de arcilla, arena y material volcánico. W. E Valle superior del Cordillera Oriental. Cordillera Central. Cuenca Llanos. Magdalena. PALEOZOICO. OLIGOCENO. EOCENO. PALEOCENO Arenas fluviales o CRETÁCEO. marinas. Figura 4. Esquema de la cuenca en el Oligoceno (4). W. E Cordillera Central. Valle medio del Magdalena. Cordillera Oriental. Llanos. Paleozoico MIOCENO INFERIOR. OLIGOCENO. Conglomerado aluvial PALEOCENO. Figura 5. Esquema de la cuenca en el Mioceno (4). Depósitos marinos.

(12) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ Sobre estos materiales se depositaron, en ambiente aluvial, arenas finas. Algunos de estos flujos de lodo o algún deslizamiento pududieron cerrar el cauce de salida y se produjo un embalse donde se depositaron arcillas en ambiente lacustre. Por fluctuaciones del nivel del embalse se permitió la formación de turberas en las áreas emergidas. Amórtegui (2003), concluye que por esta época un evento orogénico fracturó y basculó la secuencia sedimentaria que llenaba la cuenca de la Sabana. Además se generó la falla de los Lagartos y emergieron los cerros de Tabio y Suba. Por el tipo de sedimentos arenosos de la zona, se presume que las corrientes de agua llevaron gran cantidad de materiales conformando cauces trenzados que fueron llenando la cuenca. Estos materiales provinieron de los cerros vecinos, los cuales por efecto de los levantamientos de la cordillera fueron erosionados en forma intensa. Al disminuir la velocidad del levantamiento de la cordillera, hubo un período de relativa estabilidad, lo que permitió la formación de pantanos en algunos sectores mientras que en otros continuó la depositación de arenas. Posteriormente, hubo reactivación tectónica lo que permitió la producción y sedimentación de arenas finas. Lo que permitió la formación de lagos y pantanos en lugares aislados. Se depositaron costras ferruginosas y posiblemente hubo algo de erosión leve dentro del depósito. Luego, vino otro período de actividad que levantó las rocas de la Formación Guadalupe, las cuales fueron rápidamente erodadas y se depositaron gruesas capas de arena. Con el levantamiento de las rocas del Grupo Guadalupe, se obstruyó el desaguadero de la cuenca, permitiendo la conformación de un lago somero donde se depositaron arcillas ricas en materia orgánica hasta el punto de colmatación. Se originaron depósitos de pantano. Hubo un período donde parte de los depósitos sufrieron oxidación y lixiviación superficial, mientras en otros sitios se depositaron niveles delgados de arena fina con costras de hierro en un clima supuesto como seco. El clima fue nuevamente húmedo, generando turberas en los bordes y acumulación de lodos orgánicos con aporte volcánico que se descompuso en arcillas expansivas. Lo anterior se deduce de la proliferación de fisuras en esta unidad de materiales (3)..

(13) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ Según Amórtegui (2003), posiblemente continuaba el levantamiento del bloque sur de la Sabana.. Lo que dio lugar nuevamente a un ambiente lagunar somero que permitió la. sedimentación de limos y la formación de turberas en áreas extensas. Posteriormente, durante un período largo de tiempo, el lago alcanzó gran extensión y permitió la depositación de secuencias monótonas de arcillas lacustres con variable contenido orgánico, abundante aporte volcánico y numerosas intercalaciones de diatomita. Al colmatarse nuevamente el lago, se inició un predominio de ambiente fluvial y las inundaciones en dos épocas del año depositaron sedimentos arcillosos y arenas. Durante otro período de relativa estabilidad se secó buena parte de la superficie del lago y se formó un suelo orgánico. El suelo orgánico fue oxidado y se formaron en algunos sectores costras duras ferruginosas. Sobre la superficie de la costra se generó una nueva capa de suelo orgánico, la cual fue arada y modificada por el hombre (3). En la parte donde se ubican la mayoría de la población de la ciudad de Bogotá, se hacen presentes las arcillas blandas provenientes de la llamada Formación Sabana.. Esta. formación se ubica en la parte superior de los depósitos lacustres y por consiguiente es una de las formaciones geológicas más recientes. En la Tabla 1 se muestra en detalle el origen y formación de la arcilla de Bogotá en orden cronológico de lo más antiguo hasta lo más reciente. La Formación Sabana presenta espesores mayores a 600 m en los alrededores de Funza. Esta formación está compuesta principalmente, por capas horizontales, poco consolidadas, de arcillas plásticas grises y verdes, y en menor proporción por lentes y capas de arcillas turbosas, turbas, limos, arenas finas hasta gruesas, restos de madera y capas de diatomita. (1) También presenta numerosas capas de cenizas volcánicas y arcillas ricas en materia orgánica, combinación que genera unos suelos de gran potencial de cambio volumétrico que se manifiesta como deformaciones verticales que agrietan vías y edificaciones (3). A las orillas del lago se encuentran sedimentos compuestos por material grueso, formados.

(14) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ por la acumulación de partículas de rocas.. Dentro del lago mismo, se encuentran. sedimentos finos con baja pendiente y mezclas de fango fino de lago con fango de río. Por lo tanto, la Formación Sabana incluye además suelos negros, humus, los fondos actuales de los ríos y lagunas, restos de antiguas terrazas y sedimentos lagunares alterados. En la figura 6 se presenta una adaptación del mapa de espesor de sedimentos presentado por Ingeominas & Universidad de Los Andes. A partir de esta figura se puede recrear una idea de la forma del antiguo lago, ya que éste presentaba mayores espesores de sedimentos hacia su parte central. Este mapa fue creado a partir de la interpretación conjunta de los mapas de anomalía residual, mapa topográfico y mapa geológico.. Tenjo. Chía. Madrid Funza Mosquera 2m 75 m 135 m. Soacha. 190 m 260 m 340 m 465 m. Figura 6. Mapa de espesor de sedimentos de Bogotá (Adaptado de Ingeominas & Universidad de Los Andes).

(15) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ Los suelos superficiales de la Sabana se pueden agrupar en tres grandes grupos: a. Suelos de origen fluvial en los valles de los ríos b. Suelos de terrazas bajas de origen volcánico y con vocación agrícola c. Suelos de las terrazas altas, también de origen volcánico, con varios horizontes orgánicos enterrados y un horizonte duro “costra” Los suelos de origen volcánico, con espesores aproximados entre 1 y 5 m, cubren del 70 al 80% del área de la Sabana, tienen alta proporción de cenizas volcánicas alteradas compuestas de vidrios volcánicos, minerales amorfos, minerales arcillosos y materia orgánica. Son suelos muy porosos, livianos, con gran capacidad de retención de agua, susceptibles a cambios de humedad, presentando contracción y agrietamiento al desecarse y colapso o expansión al humedecerse. Se ha encontrado que en profundidad las arcillas de la Formación Sabana son orgánicas, blandas de muy alta plasticidad, intercalados, en especial hacia las estribaciones de los cerros, con arenas, limos (algunos de ellos volcánicos), y en general, intercalaciones de turba muy blanda (1). 2.2 Principales eventos geológicos y formaciones en la cuenca de Bogotá D.C. Tabla 1. Formación del subsuelo de Bogotá (4) PERIODO. EDAD. HOLOCENO 1980´S (HISTORICO). FORMACIÓN. DESCRIPCION DEL EVENTO. Se presentaron grandes inundaciones subnormales de Bogotá como Patio Bonito. 1970´S. Se invadieron y urbanizaron algunas chucuas de los ríos que atraviesan la ciudad. Con la desecación de los pantanos y canalización de algunos ríos de la ciudad como el San Francisco, se han endurecido mucho los suelos de la ribera en los últimos veinte años. 1690´S 1970´S. En los años 60´y 70´se inundo con frecuencia el valle del río Bogotá, depositando limos, arenas y arcillas en la llanura plana de la Sabana. Para reducir los daños se levantaron diques y se elevaron artificialmente las riberas de algunos ríos por parte de entidades.

(16) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ públicas y privadas. 1950´S. A finales de los 50´se empezaron a llenar con basura las zonas deprimidas.. 1950´S. A principios de los 50´se empezaron a llenar con residuos de construcción las zonas bajas inundables.. 1930´S 1940´S. En los años 30´y hasta finales de los 40´se comenzaron a poblar algunas vegas de la parte plana de los ríos de la ciudad de Bogotá, pero las inundaciones periódicas alejaron a la gente. En los últimos sesenta años la acción antrópica esta influyendo notablemente sobre el subsuelo de la ciudad, por la explotación de los materiales pétreos y excavaciones para obras civiles, los cambios de la cobertura vegetal, los cambios microclimáticos, la expansión urbana cultivos de flores, relleno de vegas con materiales de construcción rellenos sanitarios cambios en el uso del agua superficial, canalización y sobreexplotación del agua subterránea.. 3500. Cuenta la leyenda Chibcha que una vez se inundo la sabana de Bogotá de tal manera, que todas las gentes tuvieron que huir desesperadas a las partes altas. Vino entonces Bochica con su vara de oro y abrió paso a las aguas por el paso de Tequendama, para desecar la laguna y salvar a la población. La inundación y desecación sucesiva de la Sabana de Bogotá, que sirve de base a la leyenda, puede haberse presentado cerca del año 1000 de nuestra era, pero puede también ser una tradición oral mucho más antigua.. (PREHISTORI 12000 CO). Es importante anotar que en la Sabana de Bogotá vivieron hombres de las cavernas, y dejaron numerosas evidencias escritas en piedra, como ilustra Miguel Triana en su libro El jeroglífico Chibcha. También se han hallado abundantes evidencias paleontológicas.. 30000. Hace aproximadamente 30.000 años empezó a bajar el nivel del lago llegando casi a colmatarse completamente, integrando la red hidrológica actual del Río Bogotá. Esto produjo un descenso en el nivel de base de erosión, con la consiguiente profundización de los ríos y la formación de terrazas y abanicos. Se ha comprobado con evidencias palinológicas, que durante el Pleistoceno alteraban periodos pluviales fríos con periodos cálidos de relativa sequía. Durante los primeros, el nivel de la laguna de la Sabana era alto y se formaban depósitos Lacustres. En las épocas Formación secas, cuando bajaba el nivel del agua por desecación parcial del lago, Sabana se reducía el área lacustre, generando la depositación de sedimentos Superior aluviales y paludables. En las áreas marginales se intercalaban sedimentos fluvioglaciares de diferentes edades (grava y arena) y capas de turba. La granulometría de los elementos decrece hacia el centro del lago (en Funza) donde son raros los niveles de turba..

(17) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ En el Waaliano (Plioceno Superior y Pleistoceno) por causas tectónicas Formación se formo un lago de grandes dimensiones en el centro de la sabana que Sabana se llenó lentamente de depósitos lacustres. Con una subsidencia Inferior continuada, la sedimentación lagunar generó depósitos de centros de metros de espesor. PLIO INFPLIO SUP. FASE OROGENICA ANDINA En este momento cesó el levantamiento acelerado de la Cordillera Oriental.. 3.0 ma. Durante las Orogenias Protoandinas y Andina, se acentuaron los pliegues y fallas en rocas del cretáceo y del terciario inferior. La región, ya continental, que tenia montañas de escasa elevación sobre el Formación nivel del mar y clima tropical, sufrió erosión subárea mientras PLIOCENO INFERIOR Tilatá paulatívamente se elevaba 300 metros para conformar una topografía muy similar a la que tiene la actual Cordillera Oriental. Los depósitos Superior de la época tienen evidencias de glaciación y esto obviamente trajo consigo una profunda modificación en el régimen climático, los patrones de erosión y las cuencas hidrográficas. Van del Hammen et al. Estiman que este periodo de levantamiento cesó hace 3-2.3 ma y que la velocidad de ascenso para la sabana de Bogotá fue entre 1 y 5 mm por año. En nuevas investigaciones se encontró que el levantamiento debe haber sido aún anterior a 3.6 ma mientras que la compañía EXXON data el mismo evento en 3.5 ma por huellas de fusión de Zr y Apatito en cenizas volcánicas. Todo el ascenso no fue continuado, porque los periodos de levantamiento alteraron con Formación periodos de relativa tranquilidad. Tilatá Media El levantamiento de la cordillera fue acompañado por la deposición de grandes cantidades de arena, grava y localmente, bloques grandes, que constituyen la parte media y superior de la formación Tilatá. En algunos lugares este tipo de deposición continuo después del levantamiento NO-PLIO. DISCORDANCIA Marca una de las fases de cambio de depositación en la base de la Formación Tilatá.. 5. La parte inferior de la F. Tilatá, conformada por depósitos fluviales y Formación lacustres, se depositó antes del levantamiento fuerte. Ya durante la Tilatá depositación de la Formación Tilatá comenzó la subsidencia progresiva Inferior del centro de la Sabana de Bogotá. MIOCENO MED MIOCENO SUP. MIOCENO. 10.5. 13.8. EROSION. FASE OROGENICA PROTO-ANDINA Desde el momento en que se empezó a levantar la Cordillera, los ríos comenzaron a atacar los sedimentos endurecidos y plegados; las areniscas resistían mejor la erosión de las arcillas o lutitas, y así se formaron montañas y valles, dando forma a la paleontopografía que hay bajo los sedimentos lacustres de la sabana. DISCORDANCIA.

(18) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ MEDIO. Formación Usme. Depositación de la Formación Usme FASE OROGËNICA. OLIGOCENO SUPERIOR-- 21-25 MIOCENO. OLIGOCENO INFERIOR OLIGOCENO SUPERIOR. EROSION. FASE OROGENICA A finales del Oligoceno Medio tuvieron lugar movimientos bastante fuertes que generaron estructuras anticlinales y siclinales suaves (Cumbres probablemente de hasta 500 m de altura). Con esa orogenia terminó peor completo la sedimentación marina. Sin embargo, estos movimientos no influyeron tanto en la cuenca de Bogotá, donde el periodo de mayor plegamiento se encuentra en el Mioceno. 30. Formación Regadera EOCENO MEDIO. El periodo de plegamiento del Ologoceno Medio fue seguido por una época de fuerte levantamiento en el Mioceno Superior y quizás en el Plioceno Inferior. Por causa de este plegamiento progresivo, hay una discordancia angular entre la Formación Usme y la Formación Regadera.. 39.5 EROSION 49.5 ma. Depositación de la Formación Regadera FASE OROGENICA Se presento la primera fase del levantamiento de mayor intensidad. En este periodo se plegaron fuertemente, fallaron y diaclasaron las rocas del Grupo Villeta y las Formaciones Guadalupe, Guaduas, Cacho y Bogotá. PALEO-EO INF. Formación Bogotá. Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina. PALEOCENO. Formación Cacho. Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina. MAASTPALEOC. Formación Guaduas. Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina. CRETTERCIAR CRET. SUP.. Fase OROGENICA GENERADA POR EL CHOQUE DE LA COORDILLERA OCCIDENTAL. 69 ma Formación Guadalupe. Depositación de la Formación Guadalupe.. 4. COMPOSICIÓN Según Ingeominas & Universidad de Los Andes, geomorfológicamente en Bogotá se diferencian 2 zonas: la primera de relieve montañoso con una parte habitada, otra dedicada a la minería de tajo abierto y otra aún no intervenida por el hombre localizada en los.

(19) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ sectores oriental y suroccidental. La segunda zona es la plana, ubicada hacia el centro, en donde se encuentra la mayor parte de la población de la ciudad. Esta segunda zona, tiene en su parte más superficial la Formación Sabana, la cual consta de arcillas plásticas de color gris oscuro, en estratos de 0.4 a 1 m de espesor, con intercalaciones de lentes de arena y grava e intercalaciones de ceniza volcánica, con un espesor total de aproximadamente 320 m. Dentro de la Formación Sabana, se pueden identificar 5 grupos: (2) 1. Depósitos aluviales (terrazas bajas-Terrazas altas): los afloramientos son escasos, constituidos por limos y arenas. 2. Coluvión: depósitos producto de la fracturación, meteorización y erosión de rocas preexistentes que han tenido transporte por acción del agua y de la gravedad y se han depositado en las partes media e inferior de las laderas.. Aflora en los. piedemontes oriental, suroriental y suroccidental de la ciudad. 3. Suelo residual: material producto del intemperismo de las rocas.. Son suelos. predominantemente arcillosos, su permeabilidad es baja y su comportamiento geomecánico es pobre. 4. Rellenos de excavaciones: depósitos que han resultado de acciones antrópicas para la adecuación de terrenos en el desarrollo urbanístico, principalmente en zonas pantanosas deprimidas, donde el material utilizado es excavaciones.. sobrante sacado de las. Estos depósitos abundan principalmente en los alrededores de. Guaymaral, Aeropuerto El Dorado, Autopista Norte y Norte de Bosa. 5. Rellenos de basura: conformados por desechos sólidos que produce la ciudad y que se han concentrado sobre lechos relativamente impermeables, previamente excavados y acondicionados. Se destacan los rellenos sanitarios de El Cortijo, Gibraltar, Santa Cecilia y Doña Juana..

(20) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 4.1 Zona de estudio La zona escogida para el estudio está situada en la Avenida 19 con Calle 97, al norte de Bogotá. Según el estudio de Microzonificación Sísmica de esta ciudad, esa zona hace parte de la Zona 3: zona Lacustra A. Esta zona se caracteriza por la presencia de arcillas blandas con profundidades mayores a 50 m. Aparecen ocasionalmente depósitos de turbas y/o arenas de espesor intermedio a bajo. Presenta una capa superficial preconsolidada de espesor variable.. Zona de estudio. Figura 7. Localización de zona de estudio (Adaptado de Ingeominas & Universidad de Los Andes). 4.2 Distribución de tamaño de partículas y forma La distribución de tamaños de partículas en la zona de estudio es presentada en la figura 8. El porcentaje de partículas de diámetro entre 0.075 mm y 0.425 mm es catalogado como.

(21) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ arena fina según el sistema de clasificación de la ASTM. El porcentaje de arena fina presentó valores que van desde 0% en profundidades cercanas a la superficie hasta un máximo aproximado de 30%, para luego disminuir nuevamente a 0% a los 25 m de profundidad. El porcentaje de partículas que van desde los 0.005 mm hasta los 0.075 mm de diámetro son catalogadas como limos según el mismo sistema de clasificación mencionado. Los limos presentaron valores importantes: 60% en cercanías a la superficie, incrementando con la profundidad hasta un 80%. El porcentaje de arcilla hallado, aunque pobre, es consistente con los resultados presentados por otros autores. En otros estudios hechos en esta zona han reportado que el mayor porcentaje de arcilla se encuentra en cercanías a la superficie, alcanzando un valor máximo de 70% y luego disminuye con la profundidad. En este caso, el porcentaje de arcilla hallado fue de aproximadamente 40% en cercanías a la superficie para luego disminuir rápidamente a un valor promedio de 15%.. Limo (%). Arcilla (%). Profundidad, (m). 0. 20 40 60 80 100. 0. Arena fina (%). 20 40 60 80 100. 0. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 20. 20. 20. 25. 25. 25. 20 40 60 80 100. Figura 8. Porcentajes de tamaño de partícula encontrados en la zona de estudio. Estos resultados evidencian que los limos juegan un papel importante en la composición del subsuelo de la ciudad de Bogotá..

(22) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ La determinación del tamaño de partículas se hizo por medio de ensayos de granulometría láser, en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Los Andes, CITEC. De las figuras 9 a 14 se presentan las curvas granulométricas resultantes de los ensayos mencionados para profundidades desde 2,5 m hasta 25 m. En la figura 15 se presenta un. 100. 100. 80. 80. Porcentaje que pasa (%). Porcentaje que pasa (%). consolidado de estas curvas.. 60. 40. 60. 40. 20. 20. 0. 0. 1E-005. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). 0.1. 1E-005. 1. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). 0.1. 1. 0.1. 1. 100. 100. 80. 80. Porcentaje que pasa (%). Porcentaje que pasa (%). Figuras 9 y 10. Curvas granulométricas para 2,5 m y 6 m de profundidad FMI. 60. 40. 20. 40. 20. 0 1E-005. 60. 0. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). 0.1. 1. 1E-005. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). Figuras 11 y 12. Curva granulométrica para 9,5 m y 15 m de profundidad.

(23) 100. 80. 80. Porcentaje que pasa (%). 100. 60. 40. 60. 40. 20. 20. 0. 0. 1E-005. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). 0.1. 1. 1E-005. 0.0001. 0.001 0.01 Diámetro (mm). Figuras 13 y 14. Curva granulométrica para 20 m y 25 m de profundidad. 100. 80. % que pasa. Porcentaje que pasa (%). MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. 60. Profundidad 2,5 m 6,0 m 9,5 m 15 m 20 m 25 m. 40. 20. 0 1E-005. 0.0001 0.001 0.01 0.1 Tamaño de partícula (mm). Figura 15. Curvas granulométricas para la zona de estudio. 1. 0.1. 1.

(24) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 4.3 Contenido de materia orgánica Es importante conocer la cantidad de materia orgánica presente en la arcilla de Bogotá, ya que éste parámetro modifica sus propiedades mecánicas y hace parte de su peculiaridad ante otros suelos del mundo. El contenido de materia orgánica varía con la profundidad. Desde la superficie hasta aproximadamente los 50 m de profundidad se han hallado contenidos de materia orgánica que oscilan entre 4% y 20%. A partir de los 50 m, este parámetro disminuye hasta alcanzar un valor promedio entre 5% y 10% (Ingeominas & Universidad de Los Andes, 1993). 4.4 Mineralogía La identificación de los minerales se hizo por medio del estudio de difracción de rayos X, en los laboratorios del Instituto Geográfico Agustín Codazzi. En las figuras 3a y 3b, se puede apreciar la distribución de los minerales de encontrados a lo largo de la perforación. La caolinita y el cuarzo fueron los minerales predominantes, presentaron porcentajes por encima del 50%.. El feldespato fue el segundo mineral. predominante, presentó valores entre 15% y 42%, seguido por la esmectita con valores entre el 15% y el 30%. Se presentaron otros minerales como, mica y vermiculita, pero en porcentajes menos importantes. 4.5 Porcentaje de arcilla La distribución de minerales de arcilla se presenta en la figura 16a.. Los minerales. identificados en la fracción de arcilla fueron caolinita, esmectita, cuarzo, mica y vermiculita. Como se había mencionado, la caolinita fue el mineral predominante, con valores por encima del 50%. De los otros minerales encontrados, el más destacado fue la esmectita. Los minerales hallados en este estudio, concuerdan con los hallados por otros autores..

(25) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. 0. Caolinita (%) 20 40 60 80 100 0. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 20. 20. 20. 25. 25. 25. Profundidad (m). 0. Esmectita (%) 20 40 60 80 100. Mica (%) 20 40 60 80 100. 0. 5. 5. 10. 10. 15. 15. 20. 20. 25. 25. Cuarzo (%) 20 40 60 80 100. 0. Vermiculita (%) 20 40 60 80 100. b). Profundidad (m). Profundidad (m). a). 0. Cuarzo (%) 20 40 60 80 100 0. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 20. 20. 20. 25. 25. 25. Feldespatos (%) 20 40 60 80 100. 0. Otros (%) 20 40 60 80 100. Figura 16. Minerales encontrados en la zona de estudio.

(26) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 4.6 Superficie Específica La superficie específica defina la cantidad de área superficial por volumen o masa que presenta una partícula. En términos de volumen la superficie específica está dada por la ecuación 1 (24).. Superficie Específica =. Área Superficial Volumen. (Ecuación 1). Al observar la ecuación 1, se deduce que las partículas pequeñas presentan una superficie específica mayor que las partículas grandes.. Lo anterior es fácilmente comprobable. observando el elevado contenido de agua que presentan partículas pequeñas como las arcillas en comparación con otras de mayor tamaña como la arena. En la tabla 2 se presentan los datos para los minerales más representativos presentes en la arcilla (24). Teniendo en cuenta que el mineral predominante hallado en la zona de estudio fue la caolinita, se puede concluir según la tabla 2 que la arcilla de la ciudad de Bogotá presenta un grosor típico entre 50 y 2000 nm, un diámetro típico entre 300 y 4000 nm y una superficie específica de 0.015 km2/kg. Tabla 2. Superficie específica para minerales representativos de arcilla (24).

(27) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 5. ESTRATIGRAFÍA DE BOGOTÁ D.C.. En Bogotá existe una concentración de población y edificaciones ubicadas sobre suelos de la Formación Sabana. En el presente proyecto se estudiarán las propiedades de los suelos de la Formación Sabana a los cuales se les denominarán Arcilla de Bogotá. Tomando como base los cortes realizados por Lobo-Guerrero (1994), se identificarán las capas que conforman los suelos de la Formación Sabana. En general, oscilando entre 0 y 5 m, se hallaron suelos de origen fluvial. Se inicia con una capa de relleno artificial con materiales locales, de construcción o desechos agrícolas, seguidos por una capa vegetal. La capa vegetal aflora en los sectores donde no se halló relleno y está compuesta de la llamada "tierra negra" agrícola con un alto porcentaje de arcilla no-orgánica de origen volcánico. Presentó un espesor generalmente no mayor a 1m. Por debajo de la capa vegetal se presenta un estrato que se caracteriza por una coloración anaranjada. La coloración es generada posiblemente por la presencia de minerales de hierro presentes en las cenizas volcánicas. Presentó un espesor promedio de 1 m. Seguido, se encuentran limos negros orgánicos, blandos y húmedos que se encuentran por encima de capas de arcilla limosa gris clara-verdosa o gris azulosa. Esta última presenta un espesor promedio de 3 m. Después de los suelos de origen fluvial, se hallaron suelos de origen lacustre, compuestos por dos conjuntos, uno superior y uno inferior. El conjunto superior de suelos de origen lacustre, inicia con capas de arcilla limosa y limo arcilloso entre café oscuro y gris claro, con algo de materia orgánica y con un espesor variable entre 9 y 20 m, con intercalaciones delgadas de cenizas volcánicas. Por debajo, se presenta una capa de arcilla limosa café oscura o café clara, con materia orgánica con un espesor promedio de 4 m y una capa de limo café claro, con un espesor de 10 m, con intercalaciones delgadas de turbas, que se hacen mayores en la siguiente capa compuesta de limo arcilloso orgánico café que presenta un espesor de promedio de 3 m..

(28) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ En el conjunto medio de los suelos de origen lacustre, se hallaron suelos de origen lacuste/aluvial ricos en materia orgánica. Este nuevo conjunto comienza con una capa de limo arcilloso café-rojizo claro que se encuentra por debajo de los 30 m desde la superficie, y en mayores profundidades hacia el centro de la cuenca. El espesor máximo hallado fue de 14 m. Por debajo, se encuentra una parte bastante anómala con gran contenido de arenas y costras duras de hierro. En el conjunto inferior de suelos de origen lacustre, se encuentran capas de arcilla limosa café oscura con materia orgánica con espesores que oscilan alrededor de los 5.5 m. Seguido, variando entre los 5 y 7 m se encuentra una arcilla limosa sin mayores características distintivas. Con espesores que varían entre 0 y 4 m se encuentran posteriormente arcillas con materia orgánica, turba y madera. En la siguiente capa se halla arcilla limosa homogénea café clara, con espesor promedio de 19 m. El siguiente conjunto lo conforman los suelos de origen fluviales arenosos. En esta parte se empieza a identificar la Formación Tilatá a una profundidad entre 60 y 80 m. Se hallan arenas de color gris hasta habano, de grano medio, muy limpia compuesta por cuarzo con algo de lidita negra-verdosa. Alcanza espesores de 20 a 22 m. Seguido, se halla una arcilla gris clara y café clara, plástica, con algo de arena con un espesor de alrededor de 20 m. Por debajo, se encuentran capas de arenas fina con algo de arcilla y arcilla con materia orgánica, turba y madera. Cada capa tiene un espesor promedio de 20 m. Posterior a este conjunto, se halla otro conformado por suelos de origen fluviales lacustres con un espesor total de aproximadamente 95 m. En la Figura 17 se presenta un corte realizado por la Calle 100 entre la Cra. 7 y la Avenida Boyacá. En este corte se puede apreciar claramente que la zona hace parte de la Formación Sabana, ya que cada capa hallada coincide con la estratigrafía general presentada para dicha Formación..

(29) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 17. Corte por la calle 100 entre Cra. 7 y Av. Boyacá. 6. PROPIEDADES ÍNDICE. Los Límites Líquido (ωL) y Plástico (ωP) se determinan para suelos cohesivos. A partir de estos dos límites se calcula el Índice de Plasticidad (IP) como se muestra en la Figura 18..

(30) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 18. Localización de los Límites de Atterberg sobre una escala de contenido de agua (5). El IP es usado comúnmente en correlaciones de esfuerzos y junto con ωL es usado para la clasificación de suelos finos. Con el aumento de ωL, aumenta la permeabilidad y la compresibilidad del suelo y disminuye la resistencia. Por otro lado, cuando aumenta IP, disminuye la permeabilidad y aumenta la resistencia. Los Límites Líquido y Plástico en conjunto con el contenido de agua natural (ω), sirven para predecir el estado de consolidación del suelo. Si w es cercano al ωL, el suelo estará Normalmente Consolidado. Si ω se acerca a ωP, el suelo estará sobreconsolidado. Si por el contrario, ω está en un rango intermedio, el suelo estará algo sobreconsolidado. Se podría presentar el caso en el que ω sea superior a ωL, en este punto el suelo se comportaría como un líquido viscoso.. Bowles (1996) deduce lo anterior debido a que un suelo. sobreconsolidado es más denso, la relación de vacíos es menor que un suelo remoldeado para los ensayos de Límites de Atterberg. Si un suelo está ubicado por debajo del nivel freático, donde está saturado, se esperaría que pequeñas relaciones de vacío tengan menos espacio para el agua y el valor de ω debe ser menor. Otro límite hallado para esta arcilla, fue el Límite de Contracción (ωS), el cual permite.

(31) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ obtener el contenido de humedad por debajo del cual no se presenta cambio adicional en el volumen e indica cuantitativamente el cambio. En las Figuras 19 y 20 se presenta ω, ωL, ωP, ωS, IP y el Índice de Liquidez (IL). En la figura 21 se presentan las variaciones de ωL y ωP con respecto a ω y de ωP con respecto a ωS, respectivamente. Según lo planteado por Bowles (1996), el suelo analizado está en estado Normalmente Consolidado y como se puede ver en la misma figura, en todos los casos ωS fue menor que ωP, comportamiento esperado para este tipo de suelo. Humedad Natural (%). Profundifad (m). 0. 0. 100. 200. 300. Límite Líquido (%) 0. 0. 100. 200. Límite Plástico (%). 300. 0. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 20. 20. 20. 25. 25. 25. Límite de Contracción (%). Profundifad (m). 0. 0. 0. 100. 200. 300. 50. 100. Índice de Liquidez. Índice de Plasticidad (%). 10 20 30 40 50. 0. 0. 5. 5. 5. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 20. 20. 20. 25. 25. 25. 0. 0.5. 1. Figura 19 y 20. Variación de ω, ωL y ωP con la profundidad y variación de ωS, IP e IL con la profundidad.

(32) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ En general en Bogotá el ωL presenta variaciones con la profundidad. El estudio de Ingeominas & Universidad de Los Andes (1993) de esta ciudad encontró en la zona de arcillas blandas, al Norte de la ciudad, que el ωL oscila entre 20% y 200% desde la superficie hasta aproximadamente 50 m de profundidad y a partir de esta distancia, el ωL disminuye, variando entre 20% y 100%. En este caso, el ωL siempre estuvo por encima del 100%, alcanzando valores máximos superiores a 260% a una profundidad de aproximada de 16 m. El IP presentó un valor promedio de 116% en un rango que va desde el 65% hasta 207%. En la figura 22, se presenta la ubicación de la arcilla de Bogotá, en el cuadro de plasticidad, clasificándola como CH.. Humedad (%) 0. 0. 100. 200. Humedad (%) 300. 0. 100. 5. Profundifad (m). Profundifad (m). 5. 0. 10. 15. 10. 15. 20. 20. 25. 25. w (%) wL (%) wP (%). wS (%) wP (%). Figura 21. Variación de ωL y ωP con respecto a ω y de ωS con ωP.

(33) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Índice de Plasticidad (%). 400. Línea U Línea A Arcilla de Bogotá. 300. 200. 100. 0 0. 100. 200. 300. 400. Límite Líquido (%). Figura 22. Ubicación de las muestras en el cuadro de Plasticidad. 7 Las. ESTRUCTURA propiedades. intrínsecas. del. suelo. son. aquellas. inherentes. al. mismo,. independientemente de su estado natural. Por lo tanto, las propiedades de una arcilla natural difieren de sus propiedades intrínsecas debido a la influencia de su estructura (Burland, 1990). Actualmente, la aplicación de la estructura del suelo al estudio de su comportamiento es hecha a través de la comparación de su microestructura inalterada con la remoldeada, o estructurada con la desestructurada (Díaz, 2003). En la figura 23 se presenta imágenes observadas usando microscopio electrónico (SEM). Se observa la estructura laminada de la arcilla, a lo que se le atribuye sus altos contenidos de humedad y relaciones de vacío..

(34) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 23. Imágenes de microscopio electrónico de una arcilla perteneciente al área de estudio (40). 8. COMPORTAMIENTO MECÁNICO. 8.1 Compresibilidad Para identificar el comportamiento mecánico del suelo estudiado, se realizaron 8 ensayos de consolidación con escalones de carga 50, 100, 200, 400, 800 y 1600 kPa, y descarga de 800, 400, 200, 100 y 50 kPa. Los ensayos se realizaron para muestras de profundidades desde los 2.5 m hasta los 25m. En la figura 24 se muestran curvas típicas de relación de vacíos contra esfuerzo para profundidades de 2,5 y 11,5 m. De estas figuras se puede deducir que en profundidades cercanas a la superficie, aproximadamente hasta los 3 m, el suelo se encuentra en estado sobreconsolidado, y a partir de esta profundidad, el depósito lacustre de la ciudad de Bogotá se caracteriza por ser normalmente consolidado. Lo anterior confirma lo que se había supuesto de acuerdo a la deducción de Bowles (1996) y la existencia de una costra dura por debajo de la capa vegetal. En la figura 25 se presenta la variación del esfuerzo de.

(35) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ preconsolidación con la profundidad. Las presiones de preconsolidación de cada muestra ensayada se hallaron siguiendo el método gráfico de Casagrande. 4. 3. 2.5. 2. 1.5. OCR = 1.29 Presión de Preconsolidación. 3.5. Relación de vacíos. Relación de vacíos. OCR = 5.87 Presión de Preconsolidación. 3 2.5 2 1.5. 1. 1 0.1. 1. 10. 100. 0.1. Presión de Consolidación (kg/cm2). 1. 10. 100. Presión de Consolidación (kg/cm2). Figura 24. Curvas típicas de compresión unidimensional para profundidades de 2.5 m y 11.5 m, respectivamente. 0. Esfuerzo de Preconsolidación (kPa) 50 100 150 200 250. 300. 2. 1.8. 1.6. 10 Cc. Profundidad (m). 5. 15. 20. 25. 1.4. 1.2. 1 0. 40. 80. 120 wL (%). 160. 200. Figuras 25 y 26. Variación del esfuerzo de preconsolidación con la profundidad y de Cc con el límite líquido.

(36) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ En la figura 26 se presenta la relación existente entre Cc y ωL. Se puede observar cómo influye la humedad en la compresibilidad del suelo de la ciudad de Bogotá. La relación es prácticamente lineal. 8.2 Curva de fluencia Se realizaron un total de 9 ensayos triaxiales consolidados no drenados (CU). Los ensayos se consolidaron a presiones iguales y por encima de la presión de preconsolidación y luego se fallaron variando la presión axial, σ1. La figura 27 muestra las trayectorias de esfuerzo en el espacio q-p’ para 3 muestras a 9.5 m, 15 m y 20 m, respectivamente. Se puede observar que en algunos ensayos hay datos que presentan anomalía, con respecto a los demás; estos puntos van a ser considerados atípicos para efectos de este estudio.. 400 Arcilla NC F = 32º. Esfuerzo desviador, q (kPa). Esfuerzo desviador, q (kPa). 300. s3 = 100 kPa s3 = 150 kPa. 200. s3 = 200 kPa. 100. Arcilla NC F = 27º. s3 = 150 kPa. 300. s3 = 250 kPa s3 = 350 kPa. 200. 100. 0. 0 0. 100. 200. p' (kPa). 300. 0. 100. 200. p' (kPa). 300. 400.

(37) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Esfuerzo desviador, q (kPa). 400 Arcilla NC F = 31º. s3 = 150 kPa. 300. s3 = 250 kPa s3 = 350 kPa. 200. 100. 0 0. 100. 200. 300. 400. p' (kPa). Figura 27. Trayectorias de esfuerzo para muestras a 9,5, 15 y 20 m de profundidad, respectivamente. Los ángulos de fricción hallados en estos ensayos fueron bastante cercanos entre sí, sugiriendo un depósito normalmente consolidado ligeramente homogéneo, con un ángulo promedio de 29º. 250. s3 = 150 kPa s3 = 200 kPa. t , (kPa). 200. 150. 100. 50. 0 0. 50. 100 150 s', (kPa). 200. 250. Figura 28. Círculos de Mohr para una muestra a 9,5 m de profundidad.

(38) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. 120. 120. 80. 40 s3 = 150 kPa. Esfuerzo desviador, q (kPa). Presión de poros, (kPa). 160. 80. 40. s3 = 100 kPa s3 = 150 kPa. s3 = 350 kPa 0. s3 = 200 kPa 0. 0. 5. 10. 15. 20. 25. Deformación unitaria axial, e(%). 0. 4. 8. 12. Deformación unitaria axial, e(%). Figura 29. Curvas de esfuerzo – deformación y de presión de poros contra la deformación unitaria para profundidades de 9.5 m y 15 m de profundidad, respectivamente. En la figura 28 se presentan los círculos de Mohr para una muestra a 9,5 m de profundidad en la zona de estudio. En la figura 29 se presentan curvas de esfuerzo-deformación y presión de porosdeformación observadas en muestras normalmente consolidadas, en donde se ve que el esfuerzo desviador pico máximo se alcanza a aproximadamente 9 % de la deformación unitaria.. 9. PROBLEMAS INGENIERILES. 9.1 Subsidencia Regional y Asentamientos En la Sabana de Bogotá, más específicamente hacia el occidente, desde hace varios años se ha venido presentado un fenómeno de subsidencia y agrietamientos severos, causados principalmente por el uso desmedido de agua subterránea, por la succión de los árboles foráneos o por el exceso o falta de lluvia..

(39) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 30. Casos de agrietamiento en vías. Según Vesga (1998), los problemas que se venían presentando con la estabilidad de las vías y construcciones en general, se había explicado con base en esas deformaciones que sufre el terreno. En la investigación desarrollada, se comprueba otra hipótesis: del problema de deformación, se genera uno de capacidad de soporte, lo cual hace que incluso el terreno presente falla por peso propio y las estructuras que se construyan en la superficie no puedan sostenerse por livianas que sean.. Figura 31. Agrietamiento en terreno.

(40) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ En los apiques realizados para el estudio, Vesga encontró que el subsuelo presenta tal grado de agrietamiento que se puede decir que está formado por "columnas", en lugar del caso generalmente adoptado en la ingeniería de cimentaciones de un medio continuo. Esto lleva a que el subsuelo presente una condición crítica de estabilidad, en la cual se debe tener en cuenta las consideraciones sobre la esbeltez de dichas "columnas" y realizar análisis tanto bajo carga estática, como carga sísmica. Como conclusión de la investigación queda que en la zona estudiada no se pueden aplicar los métodos convencionales de la ingeniería de cimentaciones, ni de pavimentos para el diseño de tales estructuras, ya que las características que presente el suelo en esa zona son únicas. 9.2 Amenaza Sísmica y deslizamientos La actividad sísmica de la ciudad de Bogotá es debida a la Zona de Subducción del Pacífico, la falla el Romeral y el sistema de falla Frontal de la Cordillera Oriental. Aunque desde el punto de vista geológico, ésta es de baja frecuencia en cuanto a eventos importantes. El NSR-98 ha clasificado la amenaza sísmica como intermedia. La amenaza sísmica como tal no genera un problema alarmante, porque como se mencionó está clasificada como intermedia. El problema alarmante lo genera la vulnerabilidad que se presenta actualmente en la ciudad. A nivel histórico, se han presentado eventos sísmicos que han causado destrucción parcial de la ciudad como los ocurridos en los años 1785 y 1827 con epicentro en los Páramos de Chingaza y Sumapaz, Cundinamarca. La máxima intensidad reportada en Bogotá ha sido de VIII, hasta 1997 (Herrera, 2002). En los últimos años se ha presentado un movimiento continuo de personas hacia Bogotá. Lo cual ha generado la construcción de viviendas que no cumplen las especificaciones técnicas y peor aún, están localizadas en zonas no aptas para la construcción. Estos.

(41) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ asentamientos han sufrido el deterioro continuo causado por movimientos sísmicos, aún si no son de gran intensidad, inundaciones y otro gran problema que afecta en gran medida, los deslizamientos.. Figura 32. Ubicación de Colombia en el mapa tectónico. Los fenómenos de remoción de masa han causado grandes pérdidas tanto para la población directamente implicada como para el país en general. Una de las causas que favorecen la ocurrencia de fenómenos de remoción en masa es la abrupta topografía de los cerros circundantes, donde se localizan estos asentamientos problemáticos: cerros orientales, del sur, de Suba y sus respectivas franjas de piedemonte..

(42) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ. Figura 33. Casos de caídas y flujos de tierra. 10 CONCLUSIONES El subsuelo de la ciudad de Bogotá presenta características únicas en el mundo, producto de la depositación de arcillas lacustres con contenido orgánico, abundante aporte volcánico y numerosas intercalaciones de diatomita.. Este depósito arcilloso contiene gran cantidad. minerales de arcilla, principalmente, de caolinita. Además, se encuentran límites líquidos por encima de 250%, con humedades naturales muy cercanas e índices de plasticidad igualmente altos (superiores a 150%).. Estas propiedades pueden atribuirse a la microestructura (o. microfábrica) abierta en forma de láminas que permiten encontrar relaciones de vacío por encima de los valores convencionales para este tipo de suelo: por encima de 3 y superiores a 5 en cercanías a la superficie donde se encuentra la costra. Se comprobó la presencia de una costra sobre la superficie de los depósitos lacustres, como lo había supuesto Amórtegui en sus estudios. La comprobación se hizo mediante ensayos de consolidación y triaxiales CU sobre suelos clasificados como lacustre A, según Ingeominas & Universidad de Los Andes. Cabe anotar que estos últimos en su estudio de microzonificación.

(43) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ de la ciudad de Bogotá, también hacen mención de dicha costra. La suposición hecha inicialmente, a partir de la deducción de Bowles (1996) del estado de preconsolidación del suelo a partir de los límites de Atterberg fue comprobada. La suposición fue que el subsuelo de la ciudad de Bogotá por debajo de la costra sobreconsolidada es un depósito semi-homogéneo de arcillas lacustres normalmente consolidadas. Lo anterior aplica hasta una profundidad de 25 m que fue la profundidad de exploración de este estudio. Ver figuras 24, 25 y 27. La comprobación de lo anterior se hizo mediante la interpretación de las gráficas de variación del esfuerzo de preconsolidación con la profundidad, hallado a apartir de ensayos oedométricos unidimensionales. Además de la interpretación de los resultados de los ensayos triaxiales CU. En estos ensayos se hallaron valores de ángulos de fricción bastante cercanos entre sí por debajo de la costra, lo cual sugiere la semi-homogeneidad del depósito lacustre.. 11 RECOMENDACIONES Para lograr una buena aproximación a la influencia de la estructura de este suelo arcilloso en su comportamiento único, es recomendable la ejecución de ensayos a muestras remoldeadas y compararlas con los resultados de muestras en su estado natural. De esta manera se llegará al conocimiento de sus propiedades intrínsecas. Para reducir los asentamientos por subsidencia, se recomienda frenar el uso desmedido del agua subterránea de la Sabana de Bogotá.. Este comportamiento está causando. agrietamientos severos que hace que las estructuras, por livianas que sean, trabajen ineficientemente.. Ejemplos claros, son las vías intransitables que se presentan. especialmente hacia el occidente de la ciudad. Un mejor conocimiento y entendimiento del comportamiento del subsuelo de la ciudad de Bogotá, significará una reducción en los costos no solo de la construcción de nuevas estructuras, sino de la remediación de existentes.. Además del favorecimiento de la.

(44) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ economía, habrá favorecimiento en la seguridad de la población y reducirá la vulnerabilidad de Bogotá ante la amenaza sísmica existente.. 12 REFERENCIAS 1.. VII Jornadas Geotécnicas de la Ingeniería Colombiana, Foro sobre Geotecnia de la. Sabana de Bogotá, Sociedad Colombiana de Geotecnia, octubre de 1992. 2.. Microzonificación sísmica de Santa fe de Bogota, Ingeominas, Universidad de Los. Andes, 1993. 3. Amórtegui, José Vicente; GeoBogotá, Bogotá, septiembre de 2003. 4.. Lobo-Guerrero Sanz, Alberto; "Geología de la Sabana del Nororiente de la ciudad de. Bogotá", Universidad Nacional de Colombia; 1994. 5. Bowles, Joseph E; Foundation Analysis and Design; 5ta Ed; Mc. Graw Hill; 1996. 6. Ingeominas (1988), Martines et al (1990,1992). 7.. Bowles, Joseph E; Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería civil; Análisis. Granulométrico-Método del Hidrómetro, ASTM D422; McGraw-Hill, c1981. 8.. Forero dueñas, Carlos A; Alarcón Guzmán, Adolfo; Diagrama de estado para una. arcilla de la Sabana, VII Jornadas Geotécnicas, Sociedad Colombiana de Ingenieros, Bogotá D.C., 1992. 9.. Schoefield, Andrew; Wroth, Peter; Critical State Soil Mechanics; McGrawHill,. Londres, 1968. 10. http://es.wikipedia.org/wiki, Energía de Activación, 2004. 11. http://taninos.tripod.com/viscosidad.htm 12. Tatsuoka, F; Time-Depend Strength and Deformation Properties of Geomaterial, No. 9 Time Effect 1 Graduate, 2003. 13. Li, Jianzhong; Acosta-Martínez, Hugo; Tatsuoka, Fumio; One-dimensional Compression Tests to Evaluate the Viscous Property of Clay, University of Tokio, 2003. 14. Suklje, L; The analysis of the consolidation process of the isotache method. Proc. 4th Int. Conf. Soil Mech. Fdn Engng, London 1, 200-206, 1957. 15.. Quiñones, C; OCR, Velocidad de Deformación y Viscosidad en las Arcillas;.

(45) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ Universidad de Los Andes, 2004. 16. Lambe, W; Soil Mechanics; Instituto Tecnológico de Massachusetts, 2001. 17. Leroueil, S; kabbaj, M; Tavenas, FMI, Bouchard, R, Stress-strain rate relation for the compressibility of sensitive natural clays, Quebec,1985. 18. Tatsuoka, F; Acosta-Martínez, H; Li, J;Viscosity in one dimensional deformation of clay and its modelling and simulation, University of Tokio, 2003. 19. Atkinson, J; Richardson, D; Stallebrass, E; effecto of recent stress history on the stiffness of overconsolidated soil, , Gèotechnique 40, No.4, 531-540, The City University of London, 1990. 20. Graham, J; Crooks, J; Bell, A; Time effects on the stress-strain behaviour of natural soft clays, Gèotechnique 33, No.3, 327-340, 1983. 21. Degroot, D; Santamarina, J; Assessment of deformation properties including time and rate effects, University of Massachusetts Amherst, MA; Georgia Institute of Technology, atlanta, GA, USA. 22.. Leinekugel,. H;. Deformations. und. Festigkeitsverhalten. bindiger. Erdstoffe.. Experimentelle Ergebnisse und ihre physikalische deutung. Veröff. Inst. Boden-u Felsmech. Univ. Karslruhe, Heft 159. 23.. Mesri, G & Godlewski, P; time-and-stress-compressibility interrelationships, J.. Geotech. Engng Div. am. Soc. Civ. Engrs 103, GT5, 417-430, 1977. 24. Holtz, R; Kovacs, W; An introduction to Geotechnical Engineering, New Jersey, 1981. Holtz, R; Kovacs, W; Op. Cit.; 1981; pg 91 25. http://en.wikipedia.org/wiki/Bogota,_Colombia 26. solar.physics.montana.edu/ munoz/ 27. Población y Tasa de Crecimiento media anual según departamentos, Santafé de Bogotá D.C. 1999 y 1995-2015. www.dane.gov.co 28. Vesga M., L., "Investigación geotécnica sobre los problemas de agrietamiento severos en los suelos del occidente de la Sabana de Bogotá", Primer Simposio de investigación en la Universidad de La Salle, Universidad de La Salle, 1998. 29. Díaz Barrios, M., "Subsidencia del terreno por el uso de agua subterránea en el acúifero Guadalupe en la Sabana de Bogotá", Universidad de Los Andes, 1991..

(46) MIC 2006-I-44 ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ 30.. Fontana Reina, A., "Estudio de la succión en suelos parcialmente saturados",. Universidad de los Andes, 1993. 31. www.kolumbienweb.de/ h_fot/g1_f9.htm 32. www.geocities.com/ esperantoencolombia/bogota.jpg 33. solar.physics.montana.edu/ munoz/ 34. http://en.wikipedia.org/wiki/Bogota,_Colombia 35. Gaviria et al, Pozo Ingeominas entre 0 y 160 m., 2004. 36. Burland, J.B. et al, The Rankine Lecture, On the compressibility and shear strength of natural clays, Géotechnique 40, 1990. 37. Díaz-Rodríguez, J.A., Characterization and engineering properties of Mexico City lacustrine soils, 2003. 38. Rodríguez, J.A., Comportamiento dinámico de los suelos blandos de Bogotá D.C., Universidad de Concepción, Chile. 39.. Ishibashi, I. and Zhang, X.,"Unified Dynamic Shear Moduli and Damping Ratios of. Sand and Clay," Soils and Foundations, 1993. 40. Ávila, G. 2004. Estudio de la retracción y el agrietamiento de arcillas: aplicación a la arcilla de Bogotá. Universidad Politécnica de Cataluña..

(47)