Lineamientos básicos para la clasificación de Suelos tropicales en Colombia orientado a Pavimentos

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(1)1. LINEMIENTOS BÁSICOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE SUELOS TROPICALES EN COLOMBIA ORIENTADO A PAVIMENTOS. NIDYA MAGALY MALAVER SOTO RICARDO TAFUR TAFUR. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTA, D.C. NOVIEMBRE - 2018.

(2) 2. LINEMIENTOS BÁSICOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE SUELOS TROPICALES EN COLOMBIA ORIENTADO A PAVIMENTOS. NIDYA MAGALY MALAVER SOTO RICARDO TAFUR TAFUR. Trabajo de grado para obtener el título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTA, D.C. - 2018.

(3) 3. LINEMIENTOS BÁSICOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE SUELOS TROPICALES EN COLOMBIA ORIENTADO A PAVIMENTOS.

(4) 4. LINEMIENTOS BÁSICOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE SUELOS TROPICALES EN COLOMBIA ORIENTADO A PAVIMENTOS. Nota de aceptación:. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación. ______________________________________ Asesor Métodológico. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., noviembre de 2018.

(5) 5. TABLA DE CONTENIDO Pag. INTRODUCCIÓN …………………………………..………………………………………………...… 11 1. Generalidades ………………………………………………………………………………………… 15 1.1 Línea de Investigación ……………………………………………………………………………… 15 1.2 Planteamiento del Problema ………………………………………………………………………... 15 1.2.1 Antecedentes del problema ……………………………………………………………………….. 15 1.2.2 Pregunta de investigación ………………………………………………………………………… 17 1.3 Justificación …………………………………………………………………………………………17 1.4 Objetivos ……………………………………………………………………………………………. 18 1.4.1 General …………………………………………………………………………………………… 18 1.4.2 Específicos ……………………………………………………………………………………….. 18 2. Marcos de referencia ………………………………………………………………………………… 20 2.1 Marco conceptual …………………………………………………………………………………... 20 2.1.1 Geología de los suelos de la Amazonía y Orinoquía Colombiana ……………………………….. 20 2.1.2 Historia geológica general ………………………………………………………………………... 20 2.1.2.1 Geología Estructural ……………………………………………………………………………. 25 2.1.3 Metodología Clasificación suelos tropicales con uso de la metodología MCT ………………….. 27 3. Clasificacion de Suelos Tropicales Metología MCT ………………………………………………... 31 3.1 Ensayos de la metodología de clasificación MCT ………………………………………………… 33 3.1.1 Ensayo de Capacidad de Soporte Mini-CBR …………………………………………………….. 33 3.1.1.1 Equipo del Ensayo de Capacidad de Soporte Mini-CBR ………………………………………. 35 3.1.1.2 Procedimiento del Ensayo de Capacidad de Soporte Mini-CBR ………………………………. 42 3.1.2 Ensayo de Expansión …………………………………………………………………………….. 45.

(6) 6. 3.1.2.1 Equipo del Ensayo de Expansión ………………………………………………………………. 45 3.1.2.2 Procedimiento del Ensayo de Expansión ………………………………………………………. 46 3.1.3 Ensayo de Contracción …………………………………………………………………………… 46 3.1.3.1 Equipo del Ensayo de Contracción …………………………………………………………….. 47 3.1.3.2 Procedimiento del Ensayo de Contracción ……………………………………………………... 47 3.1.4 Ensayo de Infiltrabilidad …………………………………………………………………………. 48 3.1.5 Ensayo de Permeabilidad ………………………………………………………………………… 49 3.1.6 Ensayo de Pérdida de Masa por Inmersión en Agua ……………………………………………... 49 3.1.6.1 Equipo y Materiales Ensayo de Pérdida de Masa por Inmersión en Agua ……………………. 50 3.1.6.2 Procedimiento del Ensayo de Pérdida de Masa por Inmersión en Agua ……………………….. 52 3.1.7 Suelos compactados en equipo miniatura Mini-MCV …………………………………………… 54 3.1.7.1 Curva Mini-MCV ………………………………………………………………………………. 54 3.1.7.2 Mini-MCV ……………………………………………………………………………………… 55 3.1.7.3 Curva unidad de compactación = Mini-MCV ………………………………………………….. 55 3.1.7.4 Equipos y materiales …………………………………………………………………………… 55 3.1.7.5 Procedimiento ………………………………………………………………………………….. 57 3.1.7.6 Ensayo …………………………………………………………………………………………. 58 3.1.7.7 Calculos ………………………………………………………………………………………… 59 3.1.7.8 Resultados ……………………………………………………………………………………… 62 4. Aplicaciones Prácticas de la Metodología MCT en Pavimentos ……………………………………. 64 4.1 Clasificación de los suelos con uso de la metodología MCT ………………………………………. 64 4.2 Propiedades geotecnicas de los suelos con uso de la metodología MCT …………………………. 68 4.3 Estudios geoténicos de los suelos de subrasante con uso de la metodología MCT ………………… 73 4.4 Estudios geoténicos de fuentes de materiales con uso de la metodología MCT …………………… 75.

(7) 7. 4.5 Aplicaciones de la metotología MCT en Bases de Suelos para Pavimentos ……………………….. 76 5. Conclusiones y Recomendaciones …………………………………………………………………… 83 BIBLIOGRAFIA ………………………………………………………………………………………... 87 ANEXOS ………………………………………………………………………………………………... 88.

(8) 8. LISTA DE FIGURAS. Pág. Figura 2-1. Sistema de información Ambiental Territorial de la Amazonía Colombiana – Instituto Sinchi. .............. 25 Figura 2-2. Geología Estructural de la Amazonía Colombiana – Corpoamazonia. ..................................................... 27 Figura 3-1. Fluxograma Grupos de Ensayos de la Metología MCT, Nogami e Villibor (1995) ................................. 32 Figura 3-2. Equipo y características del ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR, Nogami e Villibor (1995) ....... 33 Figura 3-3. Penentrómetro con soportee Mini-CBR y ensayo de penetración en campo, Nogami e Villibor (1995) .. 34 Figura 3-4. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_1 (DNER-ME 254/97 (MT - DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) ......................................................................... 37 Figura 3-5. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_2 (DNER-ME 254/97 (MT - DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) ......................................................................... 38 Figura 3-6. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_3 (DNER-ME 254/97 (MT - DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) ......................................................................... 39 Figura 3-7. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_4 Soporte del Extensómetro. (DNER-ME 254/97 (MT - DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) ............................. 40 Figura 3-8. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_4 Esquema de Montaje (DNER-ME 254/97 (MT DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) ........................................ 41 Figura 3-9. Equipo y características del ensayo de Expansión, Nogami e Villibor (1995) ......................................... 45 10. Equipo y características del ensayo de Contracción, Nogami e Villibor (1995) ................................................... 47 Figura 3-11. Equipo y características del ensayo de Infiltrabilidad, Nogami e Villibor (1995) .................................. 48 Figura 3-12. Equipo y características del ensayo de Infiltrabilidad, Nogami e Villibor (1995) .................................. 49 Figura 3-13. Equipo y características del ensayo de Pérdida de masa por inmersión en agua, Nogami e Villibor (1995) ..................................................................................................................................................... 50 Figura 3-14. Soporte Molde compactación - Ensayo de Pérdida de masa por inmersión en agua (Norma DNER-ME 228/94, 256/98 Brasil) ............................................................................................................................ 51.

(9) 9. Figura 3-15. Recipiente de Inmersión - Ensayo de Pérdida de masa por inmersión en agua (Norma DNER-ME 228/94 y 256/98 Brasil) .......................................................................................................................... 51 Figura 4-1. Hoja de datos del ensayo Mini-MCV y Pérdida Masa por Inmersión (anexo B-1 Norma DNER-ME 258/94 Brasil. Requiz, Jonathan, (2018), Tesis de grado Universidad Nacional Federico Villarreal, Lima- Perú.............................................................................................................................................. 57 Figura 4-1. Curvas de Mini-MCV hojas de gráfico (anexo B-2 Norma DNER-ME 258/94 Brasil). Requiz, Jonathan, (2018), Tesis de grado Universidad Nacional Federico Villarreal, Lima- Perú ..................................... 63 Figura 5-1. Gráfico para clasificación de suelos laterícos y saproliticos, Nogami (1995) ........................................... 65 Figura 5-2. Abaco de clasificación de suelos MCT, Nogami e Villibor (1995) .......................................................... 66 Figura 4.2-1. Actividades asociadas para estudios geotécnicos, Nogami e Villibor (1995) ........................................ 72 Figura 4.5-1. Banda granulométrica reomendada para bases de ALA, Nogami e Villibor (1995) ............................. 79 Figura 4.5-2. Clasificación MCT de mezclas tipo ALA, Nogami e Villibor (1995) ................................................... 80 Figura 4.5-3. Rangos curva Granulométrica recomendada para Bases SLAD, Nogami e V(1995) ............................ 81 Figura 4.5-4. Areas del Gráfico de Clasificación MCT deSLAD utilizadas en Bases de Pavimentos, Nogami e Villibor (1995) ....................................................................................................................................... 82.

(10) 10. LISTA DE TABLAS. Pág. Tabla 2-1. Tabla esquemática de los principales eventos geológicos en la Amazonia colombiana, propuestos por Galvis (1994).. (ideam.gov.co / openbiblio / bvirtual / 001546 / EntornoFisicoy Natural/Geologia /. Geologia.doc ). .......................................................................................................................................... 24 Tabla 2-2. Grupos de clasificación de suelos MCT, Fernandez (2006) ....................................................................... 29 Tabla 4.1-1. Clasificación de suelos MCT, a partir del coeficiente c´ y la penetración del ensayo de Mini-MCV, Nogami e Villibor (1995) .......................................................................................................................... 68 Tabla 4.2-1. Ensayos determinados por la metodología MCT y propiedades físicas asociadas ................................. 70 Tabla 4.2-2. Principales características mecánicas e hídricas de los suelos lateríticos y saprolíticos. Nogami e Villibor (1995) ........................................................................................................................................... 71 Tabla 4.5-1. Rangos adminisbles de las propiedades de la mezcla SLAD, Nogami e V (1995) ................................ 81.

(11) 11. RESUMEN. Estudios sobre el comportamiento de suelos tropicales han concluido que a diferencia de otros materiales geotécnicos, no existe todavía suficiente conocimiento fundamental de estos suelos residuales, en especial con respecto a sus propiedades químicas y mineralógicas y a su comportamiento mecánico. Por ello, estos suelos para fines de construcción en general, presentan limitación del uso de las metodologías tradicionales de clasificación de suelos y los parámetros involucrados en las mismas, que han sido establecidas generalmente para los suelos de origen sedimentario que se encuentran en los países de clima templado a frío, lugares donde la Mecánica de Suelos clásica tuvo su desarrollo más acentuado (Carrillo, 1978), pero no para los suelos lateríticos que se encuentran en la zona tropical de la región del amazonas de América del Sur y que incluye a la Amazonía y a la Orinoquía Colombiana. Existe un subdesarrollo cultural que asume como indiscutible la adopción de "Normas Internacionales". En especial, los métodos de diseño, ejecución y control de suelos de los Estados Unidos, que tomaron en consideración las condiciones climáticas características de su zona, y la dificultad de encontrar materiales adecuados para que el suelo soportara de manera adecuada el ciclo de congelación y descongelación. Esta característica se hace evidente cuando los trabajos de pavimentación deben ser aprobados bajo estas normas internacionales a las que se sujetan las normas y especificaciones técnicas colombianas estipuladas por el Instituto Nacional de Vias – INVIAS, a partir de los cuales se decide sobre la aceptación o no de actividades tendientes a la pavimentación vial, cosa que, en los diferentes tipos de suelos en donde estas condiciones climáticas extremas no existen en Colombia y menos en la región de la Amazonía Colombiana; esto hace que se incurra en sobrecostos en los pavimentos al proyectar un pavimento que no será sometido jamás a estas condiciones extremas a lo largo de su vida útil. La metodología tradicional para la clasificación de suelos presenta una serie de limitaciones y deficiencias para el estudio del uso de suelos en la pavimentación, desde los aspectos de clasificación geotécnicos de suelos hasta los criterios de elección y dosificación de materiales para el empleo en bases. Dos clasificaciones tradicionales se han utilizado para obras viales: la HRB (Highway Research Board) - AASHTO (también adoptada por la ASTM) y la USCS ("Unified Soil Classification System"). Los lineamientos básicos presentados en este proyecto, se basan en la clasificación de suelos MCT desarrollada en Brasil, específicamente para suelos tropicales, no se basa en las propiedades índices (límites de Atterberg, distribución granulométrica) como si lo hacen las clasificaciones tradicionales, se basa en ensayos de laboratorio de compactación y pérdida de masa por inmersión en agua, de cuerpos de prueba compactados y de dimensiones reducidas (Nogami & Villibor, 1981)..

(12) 12. ABSTRACT. Studies on the behavior of tropical soils have concluded that unlike other geotechnical materials, there is still not enough fundamental knowledge of these residual soils, especially with respect to their chemical and mineralogical properties and their mechanical behavior. For this reason, these soils for construction purposes in general, show limitation of the use of traditional methodologies of soil classification and the parameters involved themselves, which have been established generally for soils of sedimentary origin that are found in the countries of temperate to cold climate, places where Classical Soil Mechanics had its most accentuated development (Carrillo, 1978), but not for the lateritic soils found in the tropical zone of the Amazon region of South America and that includes the Amazon and the Colombian Orinoquía. There is a cultural underdevelopment that assumes the implementation of "International Standards" as indisputable. In particular, the methods of design, execution and control of soil of the United States, which took into consideration the climatic conditions characteristic of their area, and the difficulty of finding suitable materials for the soil to adequately support the freezing cycle and defrosting. This characteristic becomes evident when the paving works must be approved under these international norms to which the Colombian technical norms and specifications stipulated by the National Institute of Vias - INVIAS are subject, from which it is decided on the acceptance or not of activities tending to road paving, which, in the different types of soils where these extreme climatic conditions do not exist in Colombia and less in the Amazonic region of the Colombian; this means that extra costs are incurred in the pavements when projecting a pavement that will never be subjected to these extreme conditions throughout its useful life. The traditional methodology for the classification of soils presents a series of limitations and deficiencies for the study of the use of soils in paving, from the aspects of geotechnical classification of soils to the criteria of choice and dosing of materials for use in foundations. Two traditional classifications have been used for road works: the HRB (Highway Research Board) AASHTO (also adopted by the ASTM) and the USCS ("Unified Soil Classification System"). The basic guidelines presented in this project are based on the MCT soil classification developed in Brazil, specifically for tropical soils, it is not based on the index properties (Atterberg limits, granulometric distribution) as traditional classifications do, it is based in laboratory tests of compaction and loss of mass by immersion in water, of compacted test bodies and of reduced dimensions (Nogami & Villibor, 1981)..

(13) 13. INTRODUCCIÓN Frecuentemente se encuentran reportes donde se exponen las falencias de la infraestructura vial de Colombia, por su lado, el Departamento Nacional de Planeación expuso esta misma problemática y algunas de sus repercusiones en el Plan Nacional de Desarrollo (2014-2018): “El atraso en la provisión de infraestructura logística y de transporte ha sido señalado en repetidas ocasiones como uno de los principales obstáculos para el desarrollo económico y la consolidación de la paz en Colombia” (p.126). A raíz de una evidente falta de inversión en este tema, los últimos dos gobiernos nacionales han dedicado parte de sus esfuerzos a mejorar la infraestructura vial del país en proyectos como la Ruta del Sol y las vías 4G (oficialmente, Cuarta Generación de Concesiones). El verdadero estado de la red vial: del total nacional, el INVÍAS (2013) determinó que únicamente el 72% de las vías están pavimentadas y del total, el 25% está en condiciones malas o muy malas. La importancia de mejorar la infraestructura vial del país es el principal motivo por el que se debe analizar esta problemática ante la necesidad de transportar carga y pasajeros a través de un modo vial. Este hecho supone que, de no tener una cierta calidad de infraestructura vial, el transporte de personas y de carga será más complicado de lo que debería ser en las regiones de Colombia como la Amazonía y la Orinoquía donde hay una baja densidad poblacional y puede ser muy costoso mejorar vías existentes en estas regiones por las diversas clases de suelos de subrasante y materiales de construcción y/o la carencia de fuentes de materiales, los fenómenos naturales, las emergencias invernales y otros factores que afectan el funcionamiento y desarrollo de la red vial. Se estima que el crecimiento técnico, industrial y un bienestar ambiental sostenible puede orientarse en el futuro hacia estas regiones del trapecio amazónico Colombiano, lo que hace importante conocer el tipo de suelo predominante como son los suelos denominados lateríticos o suelos tropicales; suelos que requieren de estudios complementarios que permitan caracterizar esas particularidades con una mayor aproximación; por esta razón, en este trabajo se presentan los lineamientos básicos para la caracterización geotécnica de un suelo tropical colombiano, ante la ausencia de normatividad para este fin, normas que deberán ser desarrolladas a través de una investigación más profunda a través de ensayos en los equipos respectivos, que se describen en este proyecto y que se han ido implementado en países de sur américa como Brasil. Estudios sobre el comportamiento de suelos tropicales han concluido que a diferencia de otros materiales geotécnicos, no existe todavía suficiente conocimiento fundamental de estos suelos residuales, en especial con respecto a sus propiedades químicas y mineralógicas y a su comportamiento mecánico. Por ello, estos suelos para fines de construcción en general, presentan limitación del uso de las metodologías tradicionles de clasificación de suelos y los parámetros involucrados en las mismas, que han sido establecidas generalmente para los suelos de origen sedimentario que se encuentran en los países de clima templado a frío, lugares donde la Mecánica de Suelos clásica tuvo su desarrollo más acentuado (Carrillo, 1978), pero no para los suelos lateríticos que se encuentran en la zona tropical de la región del amazonas de América del Sur y que incluye a la Amazonía y a la Orinoquía Colombiana. En general, casi todos los problemas geotécnicos en un suelo residual ocurren en la zona del suelo que no está saturada, donde la resistencia al corte del suelo está íntimamente ligada a la presión de succión del agua. Por tanto, a diferencia de otros materiales geotécnicos, la evaluación de.

(14) 14. parámetros de resistencia al corte requiere el uso combinado de condiciones de saturación y de confinamiento similares a las existentes en el momento que ocurre la falla, o de lo contrario se obtienen valores de resistencia muy lejanos de los que existieron en la naturaleza (Carrillo, 1983)..

(15) 15. 1.. 1.1. GENERALIDADES. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN. Lineamientos básicos para la caracterización física y clasificación de los suelos tropicales y su posible aplicación en una normatividad orientada a la construcción de pavimentos.. 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La falta de estudios realizados en Colombia orientados a los suelos tropicales, presentan la necesidad de desarrollar medidas claras para la clasificación de suelos y evaluación general de los parámetros de resistencia geotécnicas que puedan servir como base de estudios para el diseño y construcción de la estructura de un pavimento; falencias que impiden y frenan el desarrollo económico y calidad de vida de las personas en estas regiones apartadas de Colombia, donde no hay suficiencia de materiales con las propiedades específicas y características que garanticen la estabilidad requerida. El futuro desarrollo de la zona de la Amazonía y de la Orinoquía colombiana, requiere la implementación de herramientas que favorezcan el avance del mejoramiento y expansión de la infraestructura vial como eje fundamental del desarrollo sostenible.. 1.2.1. Antecedentes del problema. La historia geológica regional de la zona amazónica que comparten Colombia, Venezuela, Brasil y Perú, sobre los suelos en estudio se compilan y se extraen del documento virtual en ideam.gov.co / openbiblio / bvirtual / 001546 / Textos / MapasTematicos / EntornoFisico y Natural / Geologia / Geologia.doc, donde se detalla que los suelos que provienen de la desintegración y descomposición química de la roca madre que se encuentra en el sitio y que no han sido transportados por agente alguno se llaman “suelos residuales”; siendo estos los que predominan en la selva amazónica. La alteración de la roca a través de los procesos de meteorización se lleva a cabo en forma progresiva por medio de una serie de acontecimientos y etapas, los cuales dan como resultado un perfil de suelo residual meteorizado tropicalmente. Se define como perfil de meteorización de un suelo tropical a la secuencia de materiales con diferentes propiedades físicas formadas en el sitio donde se encuentra y el cual yace sobre la roca meteorizada. Hacia la Orinoquia y en parte de la Serranía de La Macarena, a poca profundidad, se desarrollaron formaciones calcáreas debido a la actividad de organismos fotosintéticos primitivos (algas azules) y sedimentación de abanicos submarinos. Posteriormente, se produjo un evento tectónico que desencadenó procesos metamórficos de grado bajo para las sedimentitas recién depositadas y un.

(16) 16. evento magmático que originó la Sienita Nefelínica del Guaviare. A partir de ésta última actividad (Ordovícico – hace 505 a 438 millones de años), se presentó un largo período de tiempo sin depósitos en la región amazónica y ocurrió un basculamiento suave del borde del cratón hacia el oeste. Esto facilitó la consolidación de nuevas sedimentitas de grano fino en forma de cuña, que se adelgazan hacia el este de la Orinoquia. (ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/001546/EntornoFisicoyNatural/Geologia/Geologia.doc ). Los perfiles de meteorización cambian de un lugar a otro, debido a variaciones locales en el tipo y estructura de la roca madre, la topografía, la velocidad de erosión y las condiciones de agua subterránea además de las variaciones climáticas regionales, particularmente la pluviosidad. La clasificación en términos de zonas de intemperización y grados de intemperización es esencial para el diseño de ingeniería. (ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/001546/EntornoFisicoy Natural/Geologia/Geologia.doc ). En los últimos años se ha observado un aumento en el número de investigaciones con respecto a la clasificación de los suelos tropicales, todos ellos contribuyen a desarrollar criterios adecuados para establecer su posible comportamiento, tomando en consideración que los suelos tropicales han mostrado diferentes conductas cuando han sido comparados con suelos de otros orígenes, y además no están convenientemente representados en el sistema de clasificación clásico conocido en la ingeniería geotécnica. Así se han hecho muchos intentos (usando factores objetivos o subjetivos), que han sido elaborados para identificar las características intrínsecas de los suelos tropicales y para prever sus propiedades geotécnicas. Uno de los proyectos desarrollados en Brasil fue denominado MCT (Miniatura Compacto Tropical), (Villibor y Nogami 1979), que permite la determinación de conductas lateríticas y no lateríticas/suelos lateríticos jóvenes (saprolíticas), que toman en cuenta sus propiedades con relación a sus características genéticas. En Perú, después de analizar estadísticamente miles de resultados de ensayos efectuados, principalmente durante la construcción de carreteras y aeródromos, así como también cimentación de edificios, puertos y problemas de derrumbes en las riberas de los principales ríos tanto en la selva alta como en la llanura amazónica, se han establecido algunas correlaciones típicas de comportamiento para luego lograr un primer intento de zonificación y clasificación de los suelos tropicales, utilizando además la información geomorfológica, de clima, pedológica, y tomando en cuenta la roca madre subyacente a cada región (Carrillo-Gil, 1995), desde el punto de vista práctico se ha logrado establecer ciertas correlaciones empíricas entre las características de plasticidad de los suelos tropicales y su probable clasificación que pueden utilizarse para diseños preliminares con los suelos de la amazonía peruana. En 1994 el DNER-Dirección Nacional de Carreteras, ahora llamado DNIT-Departamento Nacional de Infraestructura de Transporte de Brasil, estandarizó el ensayo Mini-CBR, revisándolo en 1997 (DNER-ME 254/97) y adoptó el valor del Mini-CBR según las correlaciones presentadas por Nogami (1972) por medio de las cuales el valor numérico del Mini -CBR es equivalente al.

(17) 17. adquirido en el ensayo CBR tradicional (DNER-ME 049/94). Estas correspondencias se basan en suelos del interior de São Paulo y fueron generalizadas para los demás tipos de suelos, quedando sujetas a críticas. Posteriormente, Marson, L. A., (2004) propuso medidas que simplificaban aún más el ensayo, y nuevas correlaciones más precisas para los suelos analizados por él. Sin embargo, Barroso (2002) y Barros (2003) verificaron que no había relación entre CBR y Mini-CBR para los suelos del municipio de Fortaleza - CE y São Carlos - SP, respectivamente, de ello se concluye que ni para todos los locales y/o tipos de suelo existe esa relación. 1.2.2 Pregunta de investigación ¿Qué lineamientos básicos para la clasificación de suelos tropicales, debería tener una normatividad enfocada en el diseño y construcción de pavimentos con estos materiales? ¿Con los lineamientos básicos para la clasificación de suelos, cómo sería una normatividad para la clasificación de suelos tropicales, orientada al diseño y construcción de pavimentos en Colombia, que incluya descripción, caracterización, clasificación, propiedades de los equipos y generalidades de los ensayos de laboratorio?, ¿Y qué falencias se encuentran en los suelos lateríticos para ser usados en la construcción de pavimentos? 1.3 JUSTIFICACIÓN En los países, categorizados como subdesarrollados, existe un gran reto en solucionar la movilidad de carga y pasajeros desde sus zonas recónditas hasta las ciudades principales, con el fin de avanzar económicamente en cada una de sus regiones; así como también de conservar las tradiciones de las mismas, en cuanto a la agricultura y ganadería se refiere, esto porque actualmente, estas actividades no están siendo rentables para los campesinos, puesto que los costos de producción son muy altos, en especial el ingreso de la materia prima y el transporte de sus productos de comercialización, dado a que las vías se encuentran en condiciones precarias y los entes territoriales no cuentan con suficiente presupuesto para poder realizar las obras de mantenimiento, rehabilitación o pavimentación que se requiere. Colombia no es ajena a esta problemática y varios investigadores han hecho avances, proponiendo alternativas encaminadas a reducir los costos en la solución técnica de las vías que comunican corregimientos, veredas, y caseríos; con las vías de mayor tráfico, denominadas por INVIAS, como primarias y secundarias; no obstante, no hay una clara definición o metodología establecida; sobre todo en los lugares donde no se cuenta con materiales pétreos disponibles y su trasiego es difícil por las condiciones geográficas y especialmente en zonas de Colombia como la Amazonía y la Orinoquía donde hay ausencia de los materiales granulares competentes y donde además, los suelos predominantes son los lateríticos o suelos tropicales, que presentan un comportamiento diferente a los suelos que se encuentran en el resto del país dominado por la zona andina y la zona de la costas Atlántica y Pacífica..

(18) 18. Con este trabajo se pretende ofrecer una conceptualización de las estrategias utilizadas en otros países, para clasificar los suelos lateríticos con fines constructivos, y sus respectivos procedimientos y metodologías. Lo anterior como punto de partida, en el camino de instar a la investigación y la creación de una normatividad que permita atender con celeridad las necesidades de transporte que presenta la poblacion de la región del Amazonas y de la Orinoquía Colombiana Con este trabajo se pretende ofrecer los linementos básicos para realizar una caracterización de los suelos lateríticos que predominan en la región del Amazonas y de la Orinoquía Colombiana, como son la clasificación particular de suelos que presenta diferencia con los suelos convencionales predominantes en el resto del país y presentar generalidades de la evaluación de los parámetros de resistencia geotécnicas de los mismos; esto como base para futuras investigaciones mediante los ensayos descritos y los equipos mencionados, para la elaboración de una normatividad que permita la correcta clasificación de este tipo de suelos, y que facilite el proceso de estudios, diseños y uso de suelos lateríticos en la construcción de pavimentos en Colombia, específicamente en esta región del país.. 1.4. OBJETIVOS. 1.4.1 General Presentar los lineamientos básicos sobre los ensayos y equipos para la clasificación de suelos tropicales, enfocados en la construcción de vías, utilizados en países más avanzados en el tema, mediante el acopio de la información de vanguardia, que sirvan como punto de partida, en el camino de instar a la investigación y la creación de una normatividad que permita atender con celeridad las necesidades de transporte que presenta la poblacion de la región del Amazonas y de la Orinoquía Colombiana 1.4.2 Específicos Sintetizar la información existente sobre la temática abordada con el fin de identificar las características y propiedades de los suelos tropicales. Identificar los ensayos de laboratorio específicos para suelos tropicales, que permitan obtener los parámetros de clasificación y las generalidades de la resistencia geotécnica. Definir el procedimiento de análisis de los resultados de ensayos de laboratorio convencionales que revelen las características de un suelo residual..

(19) 19. Identificar los equipos existentes en la elaboración de los ensayos a los suelos tropicales. Determinar los criterios de selección y priorización de suelos ltropicales en la estructura del pavimento, optimos para ser utilizados en la subrasante..

(20) 20. 2.. MARCOS DE REFERENCIA. 2.1 MARCO CONCEPTUAL 2.1.1 Geología de los suelos de la Amazonía y Orinoquía Colombiana La geología de la Amazonia colombiana, está compuesta por rocas complejas de orígen ígneo metamórfico que pertenecen al zócalo cristalino, de edad precámbrica y composición variada y rocas sedimentarias que van desde el paleozoico hasta los depósitos recientes (IGAC, 1979 y 1999). 2.1.2 Historia geológica general. La história geológica general se encuentra bien resumida en el documento tomado de ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/001546/EntornoFisicoyNatural/Geologia/Geologia.doc y se presenta a continuación: Hace más de 2.000 millones de años emergió un protocontinente (cratón de Venezuela, Brasil y Colombia) de placas marinas, sobre las cuales se depositaron sedimentitas de grano fino durante el Arqueano-Proterozoico (hace ±2.500 millones de años). Posteriormente, a través de procesos metamórficos de alto grado, vulcanismo básico y tectonismo, estos depósitos fueron levantados y convertidos en migmatitas con aspecto granitoide, a comienzos del Proterozoico (hace más de 1.700 millones de años). Estas secuencias de origen precámbrico, las más antiguas del continente, están representadas principalmente por el Complejo Migmatítico de Mitú. Por procesos de expansión de esta nueva masa continental, se generó una zona subsidente en lo que hoy corresponde a la Amazonia colombiana y parte de la Amazonia brasilera, en su sector limítrofe con nuestro país, bordeada por bloques elevados. Durante el Proterozoico medio (hace 1.600 a 900 millones de años) esta zona fue rellenada por procesos sedimentarios intercontinentales. En la región correspondiente a la actual Venezuela y la zona limítrofe con Colombia, ocurrió un intenso proceso de sedimentación transicional entre continental y deltaico. A comienzos del Paleozoico (hace ±570 millones de años) es probable que la plataforma del cratón haya sufrido un movimiento vertical, que originó una cuenca sedimentaria invadida posteriormente por el mar, dando lugar a un nuevo proceso de sedimentación de tipo epicontinental-litoral que está representado por el sector sur de la Formación Araracuara..

(21) 21. Hacia la Orinoquia y en parte de la Serranía de La Macarena, a poca profundidad, se desarrollaron formaciones calcáreas debido a la actividad de organismos fotosintéticos primitivos (algas azules) y sedimentación de abanicos submarinos. Posteriormente, se produjo un evento tectónico que desencadenó procesos metamórficos de grado bajo para las sedimentitas recién depositadas y un evento magmático que originó la Sienita Nefelínica del Guaviare. A partir de ésta última actividad (Ordovícico – hace 505 a 438 millones de años), se presentó un largo período de tiempo sin depósitos en la región amazónica y ocurrió un basculamiento suave del borde del cratón hacia el oeste. Esto facilitó la consolidación de nuevas sedimentitas de grano fino en forma de cuña, que se adelgazan hacia el este de la Orinoquia. Durante el Triásico (hace 245 a 208 millones de años), al inicio de la deriva del continente suramericano, ocurre una colisión del borde irregular saliente del protocontinente (saliente del Vaupés) contra una masa continental. Esto produce intensos procesos de metamorfismo en el área de La Macarena y una sedimentación turbidítica y epicontinental en el borde entrante. El fallamiento de la plataforma generado por la colisión, es posteriormente reactivado, dejando como resultado un conjunto estructural de bloques y un sistema de fallas de cabalgamiento como la falla de Guaicáramo y todo el conjunto de fallas satélites asociadas a ella. Según la teoría de la deriva continental, entre los períodos Triásico y Jurásico los continentes que conformaban Pangea migran notoriamente. En este período, en la región donde posteriormente se levanta la Cordillera Andina, ocurre una sedimentación calcárea con intrusiones, vulcanismos comagmáticos y sedimentación volcanoclástica. Ya en el Cretáceo, la zona del Macizo de Garzón había emergido parcialmente y la región de La Macarena se había deprimido. El avance del mar fue continuo, llegando a La Macarena, sectores aislados de la protocordillera Oriental y las cuencas llanera y amazónica, donde se depositaron sedimentitas de origen marino. La transición Cretáceo-Terciario está marcada por un solevantamiento general de la zona que causa la retirada del mar (regresión marina). Es marcado el dominio de los ambientes continentales y en menor proporción, el de los transicionales. En las cuencas sedimentarias Terciarias de la región se presentaron los siguientes eventos: -. -. En la cuenca llanera hubo sedimentación continental fluvial durante el Terciario, con carga procedente en gran parte de la recién formada cordillera. En el Plioceno- Cuaternario, debido al levantamiento de la Cordillera Oriental (evento que afectó a todas las subcuencas), cambia la dinámica y la orientación de muchos ríos. Hacia el este se depositan capas cuarzosas detríticas, producto de la erosión continua del Escudo. En la cuenca amazónica se generaron ambientes de depositación algo diferentes, unos aislados y otros en contacto. Durante el Mioceno inferior las cuencas recibieron aportes del Escudo Guyanés y el sistema fluvial era de poca sinuosidad con una dirección de transporte noroeste. En el Mioceno medio ocurre una gran transgresión (ingreso del mar por una conexión con el Mar Caribe, a través de la cuenca amazónica o desde el portal de Guayaquil), dando lugar a grandes sistemas lagunares y depósitos cenagosos de ambiente costero..

(22) 22. Entre el Mioceno medio y el Plioceno la Cordillera Oriental comienza su levantamiento final, evento que termina por anular el sistema fluvial de origen amazónico, cerrando el portal de Guayaquil. Entre el Plioceno y el Cuaternario se forma un nuevo sistema fluvial de origen andino; a partir de este momento, domina la sedimentación andinense en las cuencas del PutumayoAmazonas. En la cuenca de La Macarena se produjo una sedimentación continental fluvial, coluvio-aluvial y diluvial, en sentido oeste-este, con aportes de la Cordillera Oriental (Van der Hammen, 1952). En el Cuaternario predominan los ambientes de depositación fluvial para todas las regiones. La sedimentación eólica se presenta en un sector de la cuenca llanera, y la sedimentación volcánica y fluvio-volcánica, en la Cordillera Oriental y en una parte del piedemonte. En este período es muy probable la ocurrencia de movimientos tectónicos que afectaron los depósitos más jóvenes. Galvis (1994) propone una sucesión de eventos geológicos que han tenido repercusión en la conformación del paisaje actual en la Amazonia colombiana (ver tabla Principales eventos geológicos en la Amazonia colombiana).. Era Precámbrica. Periodo Proterozoico temprano (?) (>1.700 millones de años). Epoca. Evento geológico Manifestación Pulso de actividad En forma de depósitos granitizados en la volcánica de base de la secuencia litológica de la composición félsica serranía de Naquén (Guainía) Erosión Sedimentación. Conglomerado polimíctico de la base de la serranía de Naquén y Caranacoa (Guainía). Sobre el conglomerado se depositaron sedimentos arenáceos y pélticos en un ambiente subacuático.. Granitización Proterozoico tardío (>600 millones de años). Los sedimentos sufrieron un metamorfismo regional de bajo grado y se transformaron gradualmente en rocas de composición y texturas granitoides. Formación de los continentes Oxigenación de la atmósfera terrestre, Presencia de sedimentos rojos en especial cambio de hierro profusión, así como vulcanitas de ese ferroso a férrico. color comunes en la región del Chiribiquete donde constituyen la base de la sección estratigráfica local. Pulsos magmatismo produjeron vulcanismo composición alcalina.. de Vulcanitas riolíticas riodacíticos y que traquíticas del raudal Huitoto (Yarí), raudal superior del río Taraira, Yacayana de (río Vaupés), Soratama (Bajo Apaporis). Cambio de rocas sedimentarias e ígneas en rocas de aspecto granitoide con.

(23) 23. Granitización. Paleozoica. Cámbrico Ordovícico Silúrico Devónico Carboniíero. Pérmico. Mesozoica. Triásico Jurásico. Cretáceo Cenozoica. Terciario. Paleoceno. Eoceno. profusión de feldespato de potasio a veces en cristales gigantes. Presencia de numerosos diques de diabasa. No existen registros de sedimentos marinos Ingresión del mar en Sedimentos característicos de ambientes la Amazonia desde el neríticos al oriente del Chiribiquete y en occidente Araracuara. Denudadción, No existen registros. erosión de los núcleos de los anticlinales que formaron los sedimentos del Ordovícico, quedando como remanentes las estructuras sinclinales. Desertificación que Acumulaciones enormes de arena. produjo erosión. Formación de Pangea. Fallamiento de un Grabens en la Amazonia occidental bloque que forma una gran fosa tectónica o graben que subside entre bordes constituidos por fallas normales y recibe una gran cantidad de sedimentos detríticos Aumento de la Presencia de sedimentos fluviales en pluviosidad amplias zonas de la región amazónica. Solevantamiento del El eje de la anteclisa se localiza en el área central del Chiribiquete y la cuenca del Vaupés, lo Amazonas que levantó las mesas del Chiribiquete a colombiano, su actual altura topográfica. formándose una Extensos depósitos de gravas en el amplia anteclisa. extremo occidental de la Amazonia (Formación Pepino) Erosión Cubrió las gravas de espesas capas de ceniza volcánica típicas del piedemonte Vulcanismo del Macizo de Garzón. Mineralización Desarrollo de espesos suelos lateríticos; residual bauxitas en las sabanas del Tunia..

(24) 24. Oligoceno. Activación de Se trasladó el sector occidental y se fallamientos de tipo pusieron en contacto la Amazonia transcurrente occidental y el Macizo de Garzón. Generaron fallas transcurrentes menores Movimientos como la que limita al oriente el Macizo de transcurrentes Garzón y la Macarena. Fallas aún activas que producen el Movimientos encauzamiento de la red hidrográfica en cizallantes de ese sentido. dirección surestenoroeste Mioceno Disminución de la Semidesertificación de la región, como lo pluviosidad evidencia la presencia de paleosuelos de calcrete en los sedimentos. Cuaternario Pleistoceno Desertificacion y Alternancia de períodos secos y húmedos, glaciaciones. Luego, concomitantes con glaciaciones e la pluviosidad interglaciaciones. aumentó hasta llegar a las condiciones climáticas actuales. Tabla 2-1. Tabla esquemática de los principales eventos geológicos en la Amazonia colombiana, propuestos por Galvis (1994). (ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/001546/EntornoFisicoy Natural/Geologia/Geologia.doc )..

(25) 25. Figura 2-1. Sistema de información Ambiental Territorial de la Amazonía Colombiana – Instituto Sinchi.. 2.1.2.1 Geología Estructural. Así mismo la geología estructural, se toma del resumen del documento ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/001546/EntornoFisicoyNatural/Geologia/Geologia.doc y se presenta a continuación:.

(26) 26. Los rasgos estructurales de los eventos que produjeron el metamorfismo en el Complejo Migmatítico de Mitú son indeterminables porque procesos posteriores a su formación como orogénesis y tectomagmatismo los enmascararon. Solo se puede definir y ver claramente la paleosutura que se extiende desde el río Negro hasta el río Atabapo en dirección noroeste (Galvis, et al., 1979). En el sector de Mitú y según el tratamiento estadístico dado a los diferentes lineamientos identificados en las imágenes de satélite y fotografías aéreas usadas en el Proyecto ORAM- IGAC (1999), el 35% de los datos muestra una tendencia en dirección N20°-30°E, cerca del 43% en dirección N40°-50°W, y las demás siempre se encuentran asociadas a las anteriores. El rasgo más evidente es la paleosutura que se extiende desde el río Negro hasta el río Atabapo en dirección noroeste y aunque sus desplazamientos se desconocen, el trazo de ella es relativamente claro. Son evidenciables también esfuerzos compresionales en dirección noroeste que originaron unas directrices de movimientos en sentido N30°W a N50°W en la Formación La Pedrera hacia el borde sur del cratón (Galvis, et al., 1979). El sistema difiere ya que hacia el centro, en la Formación Roraima, se presentan grandes estructuras anticlinales y sinclinales en forma de cuchara y grandes fallamientos en dirección norte-sur a través de los cuales se observa con frecuencia alteración hidrotermal. Otra directriz tectónica en dirección noreste se evidencia en la Serranía de Naquén representando pliegues como el anticlinal de Maimachi. En el área pericratónica del sur, la Formación La Pedrera presenta pliegues apretados y evidencias de deslizamientos sobre el piso granítico, evidenciado por grandes cizallamientos en los contactos. Al suroeste de Mitú el plegamiento de la Formación Pirá-Paraná presenta una dirección norte-sur a N20°E en estructuras monoclinales. Los fallamientos más importantes son la Falla del río Aque, Falla del Querarí y un sistema con dirección N70°W a N80°W, dentro del cual es importante la Falla de Puerto Colombia en el bajo Guainía. Un sistema con dirección N40°E a N50°E dentro del cual están la Falla de Mitú y la del Cuiarí paralelas entre sí, determinan una amplia franja de montes e islas en dirección noreste. Otras fallas pertenecientes a este sistema se pueden observar en la cuenca del río Atabapo, como son las Fallas del río Chaquita y caño Garza en direcciones N50°E y N60°E. Al suroeste de éstas se encuentra la Falla de Aguazul ubicada en el interfluvio de los ríos Apaporis y Caquetá. Otro sistema importante se encuentra al sur con dirección N30°W a N40°W al cual pertenecen la gran Falla del río Putumayo que se observa a partir de las bocas del río Sábalo-Yacu, con movimiento relativo de su bloque norte. En el sector occidental, la Cordillera Oriental está afectada.

(27) 27. por el sistema de fallas inversas de Guaicáramo y todo el conjunto de fallas satélites asociadas a ésta que recorren la zona en dirección norte-sur a N30°E.. Figura 2-2. Geología Estructural de la Amazonía Colombiana – Corpoamazonia.. 2.1.3 Metodología Clasificación suelos tropicales con uso de la metodología MCT. La clasificación de los suelos con uso de la Metodología MCT fue desarrollada especialmente para el estudio de suelos tropicales y basada en propiedades mecánicas e hídricas obtenidas de cuerpos de prueba compactados de dimensiones reducidas..

(28) 28. Esta clasificación no utiliza la granulometría, el límite de liquidez y el índice de plasticidad, como ocurre en el caso de las clasificaciones geotécnicas tradicionales. Separa los suelos tropicales en dos grandes clases: los de comportamiento laterítico y los de comportamiento no laterítico. Los suelos tropicales son suelos finos residuales y se han dividido en dos grupos: SUELOS LATERITICOS: Son considerados suelos superficiales residuales maduros o transportados, que se forman a partir del proceso de laterización, meteorización tropical también llamada lixiviación, proceso que se da en condiciones bien drenadas, clima húmedo y tropical, SUELOS SAPROLITICOS: son considerados suelos residuales que se forman de la disgregación y/o descomposición de las rocas in situ conservando sus características de origen los cuales pueden ser del tipo arenoso, limoso y/o arcilloso. A diferencia de los lateríticos, en los suelos saprolíticos se da la formación de pseudo-terrones en las superficies expuestas a la intemperie, esto es consecuencia de los constantes procesos de saturación y contracción por secado. Los suelos lateríticos y saprolíticos, según la clasificación MCT, pueden pertenecer a los siguientes grupos: •. Suelos de comportamiento laterítico, designados por la letra L, subdivididos en 3 grupos: - LA - arena laterítica cuartzosa. - LA '- suelo arenoso laterítico. - LG '- suelo arcilloso laterítico.. •. Suelos de comportamiento no laterítico (saprolítico), designados por la letra N, que se subdividen en 4 grupos: - NA - arenas, siltes y mezclas de arenas y siltes con predominio de grano de cuarzo y / o mica, no laterítico. - NA'- mezclas de arenas cuartzosas con finos de comportamiento no laterítico (suelo arenoso). - NS' - suelo siltoso no laterítico. - NG'- suelo arcilloso no laterítico..

(29) 29. En esta clasificación, se propusieron dos grupos de suelos que pueden presentar comportamiento:. Tabla 2-2. Grupos de clasificación de suelos MCT, Fernandez (2006). De acuerdo con Fernandez (2006) estos grupos presentan las siguientes características: Arenas lateríticas (LA): En este grupo están incluidas las arenas con pocos finos, de comportamiento laterítico, típicas del horizonte B de los suelos cohesivos pedológicamente como arenas de cuarzos. Suelos arenosos lateríticos (LA’): Suelos típicamente arenosos y constituyentes del horizonte B de los suelos cohesivos pedológicamente en Brasil para lato suelos arenosos y suelos podzólicos o podzolizados arenosos. Estos suelos más allá de la presencia de los matices rojos y amarillos, presenta cortes firmes (poco o nada erosivos), nítidamente trincados, cuando se exponen a la intemperie. Suelos arcillosos lateríticos (LG’) : Este grupo está formado por arcillas y arcillas arenosas, que constituyen el horizonte B de los suelos cohesivos pedológicamente como latosuelos, suelos podzólicos y tierras bien estructuradas. Cuando presentan porcentajes de arena elevadas, tienen un comportamiento semejante a los suelos del grupo LA’. Arenas no lateríticas (NA): Los suelos pertenecientes a este grupo son las arenas, materiales sedimentarios y combinaciones de arenas y sedimentos, en los cuales los granos son constituidos esencialmente por cuarzos y micas. Prácticamente no posee finos arcillosos cohesivos sedimentarios caoliníticos..

(30) 30. Suelos arenosos no lateríticos (NA’): Compuestos granulométricamente por combinación de arenas con cuarzos (o de minerales de propiedades similares) con finos que pasan el tamiz de 0.075 mm, de comportamiento no laterítico. Generalmente los tipos más representativos son los suelos saprolíticos originados de rocas ricas en cuarzo tales como granitos, neis, areniscas y cuarzos impuros. Suelos sedimentarios no lateriticos (NS’): Este grupo comprende los suelos saprolíticos areno-sedimentarios, resultantes del intemperismo tropical de rocas metamórficas y volcánicas, de constitución predominante de feldespatos, micas y cuarzos. La variedad más rica es las arenas provenientes de cuarzos, que pueden tener características mecánicas e hidráulicas que se aproximan a los suelos del grupo NA’. Suelos arcillosos no lateríticos (NG’): Este grupo comprende los suelos saprolíticos arcillosos, provenientes de rocas sedimentarias arcillosas o cristalinas pobres en cuarzo y ricas en anfibolitas, piroxenos y feldespatos cálcicos. La clasificación de este grupo son suelos superficiales pedogénicos no lateríticos, como lo son vertisuelos y suelos transportados..

(31) 31. 3. CLASIFICACION DE SUELOS TROPICALES METOLOGÍA MCT. Existe un subdesarrollo cultural que asume como indiscutible la adopción de "Normas Internacionales". En especial, los métodos de diseño, ejecución y control de suelos de los Estados Unidos, que tomaron en consideración las condiciones climáticas peculiares de su zona, y la dificultad de encontrar materiales adecuados para que el suelo soportara bien el ciclo de congelación y descongelación. Esta característica se hace evidente cuando los trabajos de pavimentación deben ser aprobados bajo estas normas internacionales a las que se sujetan las normas y especificaciones técnicas colombianas estipuladas por el Instituto Nacional de Vias – INVIAS, a partir de los cuales se decide sobre la aceptación o no de actividades tendientes a la pavimentación vial, cosa que, en los diferentes tipos de suelos en donde estas condiciones climáticas extremas no existen en Colombia y menos en la región de la Amazonía Colombiana; esto hace que se incurra en sobrecostos en los pavimentos al proyectar un pavimento que no será sometido jamás a estas condiciones extremas a lo largo de su vida útil. La metodología tradicional presenta una serie de limitaciones y deficiencias para el estudio del uso de suelos en la pavimentación, desde los aspectos de clasificación geotécnicos de suelos hasta los criterios de elección y dosificación de materiales para el empleo en bases. Dos clasificaciones tradicionales se han utilizado para obras viales: la HRB (Highway Research Board) - AASHTO (también adoptada por la ASTM) y la USCS ("Unified Soil Classification System"). La clasificación MCT desarrollada en Brasil, específicamente para suelos tropicales no se basa en las propiedades índices (límites de Atterberg, distribución granulométrica) como si lo hacen las clasificaciones tradicionales, se basa en ensayos de laboratorio de compactación y pérdida de masa por inmersión en agua de cuerpos de prueba compactados y de dimensiones reducidas (Nogami & Villibor, 1981). El método utiliza muestras de prueba compactadas de dimensiones reducidas de 5 cm de diámetro y 5 cm de altura para calificar propiedades fundamentales de los suelos como contracción, permeabilidad, expansión, coeficiente de penetración del agua, cohesión, capacidad de soporte y las familias de curvas de compactación. La designación MCT (Miniatura Compactado Tropical) procede de la utilización, en los ensayos, de cuerpos de prueba de dimensiones reducidas (cuerpos de prueba de 50 mm de diámetro) en suelos tropicales compactados. Esta Metodología abarca dos grupos de ensayos a saber: - MiniCBR y asociados; - Mini-MCV y asociados. A partir de los ensayos de Mini-CBR y asociados, se pueden obtener las características de los suelos apropiados para bases de pavimentos..

(32) 32. Generalmente después de la compactación de los cuerpos de prueba, se determina una serie de propiedades, tales como: capacidad de soporte (Mini-CBR), expansión, contracción, infiltrabilidad, permeabilidad, etc. Los ensayos Mini-MCV y asociados proporcionan parámetros para la determinación de los coeficientes c´ 'e y que, a su vez, permiten la clasificación de los suelos de acuerdo con la metodología MCT, además de permitir la determinación de todas las propiedades referidas en los ensayos Mini -CBR y asociados. Las propiedades obtenidas con el uso del grupo de ensayos Mini-CBR y asociados se determinan en cuerpos de prueba compactados con energía constante (normal o intermedia), para varios niveles de humedad. Con respecto al grupo de ensayos Mini-MCV y asociados, con excepción del ensayo de pérdida de masa por inmersión, las demás propiedades se obtienen en la masa específica aparente su máxima (MEASmax) para varios niveles de humedad (variación de la energía de compactación). El diagrama de flujo ilustra en la siguiente figura los diferentes grupos de ensayos de la Metodología MCT.. Figura 3-1. Fluxograma Grupos de Ensayos de la Metología MCT, Nogami e Villibor (1995).

(33) 33. 3.1 ENSAYOS. DE LA METODOLOGÍA DE CLASIFICACIÓN MCT. 3.1.1 Ensayo de Capacidad de Soporte Mini-CBR EQUIPO. CARACTERÍSTICAS. APLICACIÓN DE RESULTADOS. Capacidad de Soporte PISTÓN: Mini (ø 16 mm); Sub Mini ø 8mm) CARGA: - Estática penetr. 1.25 mm/min. - Dinámica golpe compactación. INMERSIÓN: 24 horas o sin inmersión. SOBRECARGA: Estándar o sin Especial. EXPANSIÒN: Determinada de manera similar o procedimiento tradicional. MINI – CBR DE CAMPO: Determinada por el equipo de fácil manejo.. Método de ensayo: DNER-ME 254/97 (MT DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil) Suelos compactados en equipo miniatura Mini-CBR y expansión Uso:Uso: Dimensionamiento de pavimentos. Selección de suelos para refuerzo de la subrasante y bases.. Figura 3-2. Equipo y características del ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR, Nogami e Villibor (1995). El ensayo de compactación es uno de los principales ensayos de la Metodología MCT pues, a partir de sus parámetros básicos (humedad óptima y masa específica aparente seca máxima), se moldean moldes de prueba para la determinación de otras propiedades geotécnicas de la Metodología MCT. El ensayo de compactación integral de la sistemática MCT, utiliza un aparato de dimensiones reducidas pudiendo ser efectuado por dos métodos distintos de compactación. - Método MiniProctor: Designado comúnmente de Mini-Proctor, en el que se busca fijar una determinada energía de compactación y, con esa energía (normal, intermedia o modificada), compactar una serie de cuerpos de prueba con diferentes niveles de humedad. Con este procedimiento, se determinan el contenido óptimo de humedad y la MEASmax (masa específica aparente seca del suelo, expresada en g / cm³ )del material. - Método Mini-MCV: Este ensayo fue desarrollado para estudios de suelos tropicales en dimensiones reducidas, por Nogami y Villibor en 1980 y denominado de Mini-MCV. Se basó en el método propuesto por Parsons en 1976, conocido como ensayo MCV (Moisura Condition Value). Consiste en la.

(34) 34. aplicación de energías crecientes, hasta conseguir un aumento sensible de MEAS para varios niveles de humedad, obteniéndose una familia de curvas de compactación. Estas curvas se denominan curvas de deformabilidad o de Mini-MCV, pues, a partir de ellas se puede determinar el valor de los Mini-MCV de cada una de las curvas. Con la curva de deformabilidad correspondiente al Mini-MCV igual a 10, se obtiene el coeficiente c ', utilizado en la clasificación geotécnica MCT. El ensayo también puede ser utilizado en el control de la compactación y en la predicción de la erosión. En la siguiente figura se ilustra el equipo, las características y procedimientos del ensayo y sus aplicaciones prácticas. El ensayo Mini-CBR presenta una dispersión menor de valores de capacidad de soporte en relación al ensayo convencional.. Figura 3-3. Penentrómetro con soportee Mini-CBR y ensayo de penetración en campo, Nogami e Villibor (1995). El soporte Mini-CBR de capas de suelo compactado puede ser evaluado, in situ, a través del penetrómetro sudafricano y/o de la utilización de equipos portátiles acoplados a vehículos (prensa Mini-CBR) como el mostrado en la Figura 3-3. Los resultados in situ presentan valores de capacidad de soporte superiores a los obtenidos en los cuerpos de prueba moldeados en la humedad óptima en laboratorio. Esto refuerza la afirmación de que las bases y capas de la estrcutura del.

(35) 35. pavimento, en ambientes tropicales, trabajan en una humedad inferior a la humedad óptima de compactación.. 3.1.1.1 Equipo del Ensayo de Capacidad de Soporte Mini-CBR Se toma la desripción del equipo de ensayo requerido de la norma de Carreteras del MT DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS de BRASIL, DNER-ME 254/97: •. Dispositivo o molde de prueba para ser sumergido, tal como se muestra en la figura 3-4.. •. Pistón de 16 mm de diámetro y una longitud mínima de 15 cm, acoplable a un anillo dinamométrico, u otro dispositivo equivalente, que permita mantener la verticalidad durante la operación de penetración, conforme a la Figura 3-4.. •. Cronómetro. •. Prensa compuesta de:. a) cuadro formado por base y tramo de hierro o acero y 4 (cuatro) tirantes de acero, presentando el travesaño una muesca inferior para la suspensión de un conjunto dinamométrico; b) mono de engranaje, de funcionamiento manual por movimiento giratorio de una manivela, con dos velocidades, acompañado de un plato reforzado ajustable al mono, con 24 cm de altura diámetro, para soportar el molde; c) conjunto dinamométrico con capacidad para 4 905 N (500 kgf) y sensibilidad de 4,9 N (0,5 kgf), constituido por: anillo de acero con dimensiones compatibles con la carga arriba presentada, con dispositivo para fijar a la muesca del travesa; extensómetro graduado en 0,01 mm, fijo al centro del anillo; pistón de penetración de acero; d) dispositivo para medida de penetración del pistón, provisto de un extensómetro que permita lectura directa en 0,01 mm y contagios, fijable al pistón a que se refiere el ítem 4.2, mediante un soporte del tipo ilustrado en la Figura 3-5. • •. Papel Filtrro Dispositivo provisto de un extensómetro con una precisión de 0,01 mm, de acuerdo con las.

(36) 36. Figura3-6 para medir el aumento de la altura del cuerpo de prueba, debido a la embebida de la muestra sumergida. •. Tanque de agua que cumpla las condiciones siguientes: a) con el molde con cuerpo de prueba y su armazón, estando su eje perfectamente en posición vertical; b) permita obtener una lámina de agua cerca de 5 mm por encima de la placa superior del armazón, a la que se refiere a la letra a; c) vaciado y llenado continuo del agua.. •. • •. Sobrecarga anular, metálica, diámetro exterior de 49 mm, agujero central de diámetro de 18 mm y masa de 500 g, según figura 3-6. Guía anular, metálica, con las mismas dimensiones de la sobrecarga del ítem anterior. Extractor de muestras de cuerpos de prueba compactados en moldes de 50 mm de diámetro, y puede ser utilizado el que acompaña el compactador miniatura.. •. Invernadero capaz de mantener la temperatura a 110 ºC ± 5 ºC.. •. Balanza con capacidad de 1 kg, con sensibilidad de 0,1 g..

(37) 37. Figura 3-4. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_1 (DNER-ME 254/97 (MT DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil).



(40) 40. Figura 3-7. Equipo ensayo de capacidad de soporte Mini-CBR_4 Soporte del Extensómetro. (DNER-ME 254/97 (MT - DEPARTAMENTO NACIONAL DE CARRETERAS DE RUEDAS, Brasil).