CARACTERIZACIÓN DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS EN EL ...

CARACTERIZACIÓN DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS EN EL

DEPARTAMENTO DEL QUINDÍO SOMETIDAS A CONDICIONES DE SECADO

JUAN DAVID RIVERA VASQUEZ

Proyecto de Grado

Asesor: ARCESIO LIZCANO

BOGOTÁ

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

2003

TABLA DE CONTENIDO

1. Introducción 1

2. Objetivos de la investigación 4

2.1. Objetivo general 4

2.2. Objetivos específicos 4

3. Alcances del estudio 5

4. Antecedentes 6

5. Cenizas Volcánicas 8

5.1. Formación de las cenizas volcánicas 9

5.2. Tipos de ceniza volcánica 10

5.2.1. Cenizas de erupciones magmáticas 10

5.2.2. Cenizas de erupciones freatomagmáticas 12

5.2.3. Cenizas volcánicas de conos litorales 12

5.2.4. Cenizas volcánicas de erupciones freáticas 12

5.3. Meteorización de las cenizas volcánicas en el Quindío 12

5.4. Materiales amorfos en las cenizas volcánicas 14

5.4.1. Alófana 15

5.4.2. Imogolita 17

5.4.3. Haloisita 19

5.4.4. Significado de las propiedades de los minerales 21

5.5. Cementante en las cenizas volcánicas 26

5.6. Zona de estudio 27

6. Metodología 30

6.1. Ensayo oedométrico 32

6.2. Ensayo de corte directo 35

6.3. Ensayo de límites de consistencia 37

7. Posibles problemas presentados en el estudio 40

8. Análisis de resultados 41

9. Conclusiones 44

Bibliografía 45

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Curvas de consolidación. 48

Figura 2: Curvas de consolidación cajón 2. 49



Figura 5: Límites de Atterberg. Ensayos de consolidación. 52

Figura 6: Índice de plasticidad. Ensayos de consolidación. 53

Figura 7: Gráfica de plasticidad. Ensayo de consolidación. 54

Figura 8: Gráficas de corte directo. 55

Figura 9: Gráficas de corte directo. 56

Figura 10: Gráficas de corte directo cajón 2. 57



Figura 13: Límites de Atterberg. Ensayos de corte directo. 60

Figura 14: Índices de plasticidad. Ensayos de corte directo. 61

Figura 15: Gráfica de plasticidad. Ensayo de corte directo. 62

Figura 16: Andosoles en Colombia 63

Figura 17: Localización del Departamento del Quindío 64

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Resumen de resultados (corte y consolidación). 66

Tabla 2: Relación entre geología, estratigrafía y geotecnia. 67

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1. INTRODUCCION

Las cenizas volcánicas son materiales que poseen una rápida meteorización1

debido a su alto contenido de materiales amorfos; se originan en erupciones

volcánicas explosivas.

Las cenizas volcánicas se originaron en erupciones volcánicas explosivas, las

cuales ocurrieron entre el Pleistoceno y el Holoceno. Sus fuentes se encuentran:

en Colombia, en la cordillera Central, fueron los volcanes que constituyen el

Parque de los Nevados, incluyendo el Quindío, Santa Isabel, Cerro Santa Rosa y

el volcán Machín que se encuentra al otro lado de la cordillera ; en el resto del

mundo, en países que están en presencia de volcanes como Japón, Nueva

Zelanda, Chile, etc. La zona que se espera que posea más cenizas volcánicas es

la denominada “Cinturón de fuego del Pacífico” (Los Andes, América Central,

Montañas Rocosa, Alaska, Islas Aleutianas, Nueva Guinea, Nueva Zelanda,

Kuriles, Japón, Filipinas e Indonesia), ya que es la zona que presenta un

volcanismo más acentuado.

El proceso de meteorización de las cenizas volcánicas forma mezclas que pueden

incluir los siguientes minerales: alófana, vidrio, imogolita, haloisita, sílice, opalina,

caolinita y los llamados sesquihidróxidos. Su principal constituyente es el mineral 1 Se define como la respuesta de materiales de la litosfera a condiciones de contacto, o cercanas a éste, con la atmósfera, la hidrosfera y posiblemente la biosfera. En otras palabras, es la rama de la ciencia que estudia el comportamiento de rocas y suelos en la superficie de la tierra. (Arango Gartner, Juan David, 1993, “Características generales y comportamiento geotécnico de las cenizas volcánicas en la zona del antiguo Caldas”, en su Tesis de grado, pg. 139).

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amorfo llamado Alófana, que proviene de la meteorización de los vidrios

volcánicos y plagioclasas.

Estos suelos en su estado natural poseen una buena estabilidad, aunque sus

propiedades físicas y químicas pueden verse afectadas por el proceso de

secamiento al cual han sido expuestas, o por cualquier proceso de manipulación;

por ejemplo: al aumentar considerablemente la presión en las cenizas volcánicas,

éstas pueden asumir una condición semilíquida; a su vez, las cenizas del glasis

del Quindío, las cuales en el laboratorio presentan ángulos de resistencia al corte

de hasta 52°, son conocidas por los ingenieros que las estudian in situo como

problemáticas en lo referente a la estabilidad presentada en los cortes de las vías.

Por esta razón, los parámetros determinados en el laboratorio son de poca

confiabilidad, lo cual a su vez conlleva a la necesidad de realizar una recopilación

de información y una realización de ensayos que conste de una metodología

diferente para en un futuro, poderlas predecir con márgenes de error mínimo.

Sus características especiales, en lo referente a sus propiedades físicas, químicas

y mineralógicas, están relacionadas en gran parte por la existencia de los

materiales amorfos.

También se debe de estudiar cómo influyen los factores ambientales en la

resistencia de éstas; más específicamente, la influencia que tiene un proceso de

secamiento sobre la resistencia, ya que se ha demostrado que el material es

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susceptible a los procesos de secado y a la temperatura, por lo cual es necesario

realizar ensayos que nos ayuden a entender la resistencia y las propiedades

índices del material respecto a procesos de secado.

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2. OBJECTIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

2.1. OBJETIVO GENERAL

Por medio de ensayos sobre muestras no saturadas2, encontrar un patrón de

comportamiento de las propiedades físicas y químicas de las cenizas volcánicas,

dependiendo de procesos de secamiento y/o de la mineralogía que la compone.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Identificar el papel que juegan los materiales amorfos en el comportamiento

mecánico y físico de los suelos de cenizas volcánicas, mediante muestras

no saturadas.

• Identificar la resistencia de los suelos de ceniza volcánica según su

composición y procesos de secado, mediante muestras no saturadas.

• Predecir el comportamiento de los límites de consistencia del suelo,

dependiendo del proceso de secado y de la mineralogía de la muestra.

• Identificar la consolidación que pueden presentar los suelos de cenizas

volcánicas parcialmente saturados, sometidos a procesos de secado.

2 Un suelo está saturado cuando sus espacios están ocupados totalmente por agua. (Lambe, T. William y V. Whitman, Robert, 2000, Mecánica de suelos , Limusa - Noriega Editores, duodécima reimpresión de la segunda edición, pg. 33).

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3. ALCANCES DEL ESTUDIO

Ampliar el conocimiento acerca del comportamiento mecánico de los suelos de

ceniza volcánica, dependiendo del proceso de secado al cual han sido sometido,

ya que esto nos dará una idea de cómo pueden afectar las condiciones

ambientales sus propiedades mecánicas. Esto se logrará por medio de ensayos

que serán realizados en el CITEC e INGEOMINAS.

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4. ANTECEDENTES

Se han realizado varios estudios en el mundo sobre suelos de ceniza volcánica.

En Colombia, hasta la fecha, no se han realizado suficientes investigaciones sobre

el comportamiento de las cenizas volcánicas para ingeniería, que permitan

establecer parámetros de diseño apropiados para la ejecución de obras de

infraestructura. De los pocos estudios realizados acá, la mayoría son del norte de

la cordillera central, la cual comprende la zona de estudio de esta tesis.

A continuación se mencionarán algunos estudios realizados sobre el tema:

En 1988, T.D. O´Rourke y E. Crespo, realizaron estudios sobre el comportamiento

mecánico de cenizas volcánicas cementadas, en una formación volcánica ubicada

en el Ecuador y al sur de Colombia conocida como Cangahua.

En 1993, Juan David Arango Gartner realizó un estudio en el cual mediante la

recopilación de información existente sobre los suelos de ceniza volcánica, entró a

analizar los comportamientos geotécnicos de estas.

En 1998, Sudhakar M. Rao , realizó un estudio sobre las propiedades del esfuerzo

cortante de los suelos alofánicos. Este trabajo realiza una comparación entre el

comportamiento inusual de las propiedades del esfuerzo cortante de los suelos

alofánicos y los suelos arcillosos sedimentareos.

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En 1998, C.A. Forero, B.J Briscoe, C. Butenuth, M. H. De Freitas, P. F. Luckham y

N. Özkan, publicaron un paper sobre la influencia del contenido de agua en el

comportamiento mecánico del mineral amorfo silica gel; concluyendo que este

mineral se ve gravemente afectado por la variación de la humedad en sus

propiedades mecánicas.

En 1999, Carlos A. Forero, Ennio Galvez Peralta, William Fino y Elkin Fabian

Ulloa, realizaron un estudio sobre las cenizas volcánicas de Armenia. Este estudio

surgió gracias a la ocurrencia del sismo de enero 25 de 1999, en el cual se estudia

el comportamiento estructural y se muestran algunos métodos de campo y

laboratorio para reconocer las cenizas volcánicas.

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5. CENIZAS VOLCANICAS

Las cenizas volcánicas son materiales que poseen una rápida meteorización

debido a su alto contenido de materiales amorfos; se originan en erupciones

volcánicas explosivas.

Entendiendo el término de estructura, definido por Mitchell (1976) y Burland

(1990), como el conjunto del arreglo geométrico de las partículas sumado a las

fuerzas interparticulares; la estructura de las cenizas volcánicas es función del

contenido de humedad y controla el comportamiento geomecánico de estas, las

cuales hacen parte de los materiales “alofánicos”, un grupo especial de depósitos

de origen volcánico.

Los suelos alofánicos sufren cambios volumétricos y estructurales durante el

secado, los cuales son irreversibles. En estado seco se comportan como otro

material: “plásticas” cuando húmedas y “arenosas” cuando secas.

Al ser descritas como “geles”, se propone un modelo Micro – Estructural

conformado por enlaces siloxano (Si – O – Si), el cual permite explicar en gran

parte el comportamiento general de estos materiales.

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La mineralogía de rayos X en la fracción arcilla, muestra materiales cristalinos en

elevada proporción (50%). La mineralogía de arenas muestra granos con

revestimiento de vidrio volcánico.

5.1. FORMACIÓN DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS

Existen tres mecanismos por los cuales se pueden formar las cenizas volcánicas:

a) Por medio de la liberación de gases de la solución. Esto se desata por la

descompresión del magma al llegar a la superficie terrestre, formando una

nube de gases con materiales sólidos en suspensión. Si se produce una

liberación y expansión de los gases a cierta profundidad específica dentro

de la chimenea, ésta surge como una gran explosión hacia arriba, creando

una enorme columna de sólidos y gases.

b) Por medio del enfriamiento y explosión en fragmentos del magma. Esto

sucede al ser liberado el magma y a su vez, tener contacto con la

superficie terrestre, la superficie del agua, el hielo o la nieve. Se puede dar

más frecuentemente en erupciones freatomagmáticas3.

c) Por medio de la trituración y expulsión de las partículas o residuos que se

encuentran en el cráter y en los respiraderos del volcán. Esto ocurre

3 Erupciones causadas por la interacción del magma con agua freática o del suelo. (Arango Gartner, Juan David, 1993, “Características generales y comportamiento geotécnico de las cenizas volcánicas en la zona del antiguo Caldas”, en su Tesis de grado, pg. 31).

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durante las erupciones de vapor o agua caliente; generalmente en

erupciones freáticas4.

Las cenizas pueden crearse bien sea por el resultado de la combinación de estos

mecanismos o por la existencia de un mecanismo en particular.

5.2. TIPOS DE CENIZA VOLCÁNICA

Según Juan David Arango en su trabajo de grado “CARACTERISTICAS

GENERALES Y COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DE LAS CENIZAS

VOLCANICAS EN LA ZONA DEL VIEJO CALDAS”, se establecen los siguientes

tipos de ceniza volcánica, según su proceso de formación:

5.2.1. CENIZAS DE ERUPCIONES MAGMÁTICAS

La viscosidad y la tensión superficial del magma, son controladas por el contenido

de volátiles, la composición y su temperatura. La siguiente clasificación de los

tipos de cenizas volcánicas, se encuentra dada de forma ascendente de acuerdo a

su viscosidad:

a) Cenizas de composición basáltica: Se forman a partir de lava de baja

viscosidad. Las partículas de vidrio producidas son de tamaño pequeño, de

4 Cuando el proceso de ascenso del magma éste entra en contacto con rocas del subsuelo impregnadas de agua, se origina gran cantidad de vapor que, acumulándose a gran presión, puede provocar gigantescas explosiones. (Arango Gartner, Juan David, 1993, “Características generales y comportamiento geotécnico de las cenizas volcánicas en la zona del antiguo Caldas”, en su Tesis de grado, pg. 31).

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forma esferoidal u ovoide. La mayoría de las partículas alargadas son

quebradas por la fuerza del aire o por el contacto con piroclastos mayores.

b) Cenizas de composición silícica: Producidas por explosiones de magma

traquíticos y dacíticos, con magmas de poca viscosidad, caída de ceniza

escasa y en su mayoría flujos piro clásticos.

c) Cenizas de composición rhyolítica a andesítica: Producto de grandes

explosiones, con magma de alta viscosidad y gran contenido de volátiles.

Las cenizas de composición andesítica poseen una mezcla de vidrio,

cristales y componentes líticos, con superficie casi siempre irregular. En la

mayoría de los casos las vesículas son paralelas al eje del piroclasto y

alargadas similarmente al piroclasto. Los fenocristales de la erupción son

convertidos en cristales, los cuales componen estas cenizas.

Las cenizas de composición rhyolítica en la mayoría de los casos son

pumitas y derivados de su fragmentación. Los granos más finos son

pumitas pulverizadas, fenocristales individuales o algunos fragmentos

líticos.

d) Cenizas de composición carbonatada: Poseen un gran contenido de

carbonato de sodio; las partículas de cenizas presentes en este suelo se

caracterizan por encontrarse revestidas por cristales en forma de tallo. Su

presencia es escasa.

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5.2.2. CENIZAS DE ERUPCIÓNES FREATOMAGMATICAS

Al crearse un contacto entre el magma y el agua, se produce un fluido inestable,

propagándose una onda que fragmenta el material. El tamaño de las partículas

resultantes depende de la magnitud de la explosión que determina los diferentes

tipos de depósitos y los diferentes modos de dispersión; se ha demostrado que

entre menor sea el tamaño de la explosión, mayor es el tamaño de las partículas.

Estas partículas poseen una forma de bloque, con superficies curviplanares y

planares, que generalmente se encuentran en ángulos rectos, con escasez de

vesícula.

5.2.3. CENIZAS VOLCÁNICAS DE CONOS LITORALES

Se producen cuando el vapor es atrapado bajo la corteza de flujos de lava,

generando explosiones.

5.2.4. CENIZAS VOLCÁNICAS DE ERUPCIÓNES FREÁTICAS

Debido a la actividad de los sistemas hidrotermales, se produce en gran cantidad.

Estas cenizas consisten en fragmentos minerales en una matriz de arcilla y

fragmentos líticos alterados; sus formas son en la mayoría de los casos

subangulares.

5.3. METEORIZACIÓN DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS EN EL QUINDIO

El IGAC (1995), en relación con la evolución de la meteorización de las cenizas

volcánicas en Colombia, señalaba que el proceso se conoce como “Andolización”

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y genera suelos tipo “Melanudands”, “Hapludands”, “Fulvudands”,

“Melanoborands” y “Placudands”. Se generan “Andosoles Alofánicos” con

tendencia evolutiva hacia la creación de alofana/imogolita y humus. Existe un

predominio hacia Alófana Tipo B, y los materiales alofánicos dominan sobre la

presencia de haloisita, gibsita, imogolita y caolinita.

Es importante conocer la edad y los minerales que en el momento componen las

cenizas volcánicas, ya que éstos dan un indicio de cómo han avanzado los

procesos de meteorización en estas. Gracias a la corta edad geológica de las

cenizas volcánicas (edad menor a 10.000 años), éstas no han alcanzado estados

avanzados de meteorización, lo cual quiere decir que el único mineral que ha

desarrollado un proceso de meteorización en los suelos de ceniza volcánica en el

Viejo Caldas es el vidrio volcánico. Este mineral posee una rápida meteorización,

siendo éste el punto de partida para la formación de nuevos minerales en las

cenizas volcánicas.

Según Juan David Arango en su trabajo de grado “CARACTERISTICAS

GENERALES Y COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DE LAS CENIZAS

VOLCANICAS EN LA ZONA DEL VIEJO CALDAS”, en la zona del Viejo Calda

(ambiente húmedo) al no encontrarse presente el mineral gibsita, y al ser

arrastradas las sales solubles por medio de lixiación rompiendo los ligamentos de

sílice, el vidrio volcánico presente en las cenizas volcánicas puede seguir el

siguiente proceso de meteorización:

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Vidrio volcánico alófana haloisita/metahaloisita(haloisita

deshidratada) caolinita o motmorillonita.

Es de anotar que según este autor, en la zona del Viejo Caldas, el mineral

conocido como alófana es muy abundante en los primeros horizontes, mientras en

horizontes enterrados es abundante la haloisita; esto se debe a que existe una

diferencia de humedades y de edades, lo cual es necesario para la creación de la

haloisita por medio de la meteorización del mineral alófana.

5.4. MATERIALES AMORFOS EN LAS CENIZAS VOLCÁNICAS

El proceso de meteorización de las cenizas volcánicas forma mezclas que pueden

incluir los siguientes minerales: alófana, vidrio, imogolita, haloisita, sílice, opalina,

caolinita y los llamados sesquihidróxidos. Su principal constituyente es el mineral

amorfo llamado Alófana, que proviene de la meteorización de los vidrios

volcánicos y plagioclasas.

Los materiales amorfos tienen una gran importancia en la acción de crear puentes

de unión entre los minerales, constituyendo estos materiales y la sílica amorfa en

particular, un agente proveedor de cohesión y un elemento de gran importancia en

la estructura de las cenizas volcánicas.

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En Colombia constituyen el 11.6% con relación al total de los suelos nacionales.

Están ampliamente distribuidos en la cordillera Central, encontrándose en

proporción media en la cordillera Occidental, y en menor cantidad en la cordillera

Oriental. Armenia y el Eje Cafetero están dentro de estas zonas.

Identificar los minerales amorfos comprendidos en las cenizas volcánicas es de

suma importancia, ya que en ellos se puede llegar a explicar el comportamiento

tan extraño que siguen las cenizas volcánicas. Los minerales amorfos que son

importantes para este estudio se encuentran a continuación, con la descripción

pertinente de sus propiedades:

5.4.1. ALÓFANA

Mitchell y Coutinho (1991) señalan que la Alófana es un silicato amorfo, de alta

porosidad, alta capacidad de intercambio catiónico y aniónico, alta capacidad

de absorción de agua y una muy grande superficie específica, lo cual le

confiere alta actividad química, y puede presentar cambios de volumen

irreversibles. La estructura de la alófana no está completamente estudiada.

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Kitawa propone que en el estado seco, esas unidades esféricas se encuentran

unidas en estado aglomerado, formando los “microagregados” típicos de estos

materiales, comúnmente observados en el campo; el secado remueve el agua

absorbida, facilitando la unión de partículas individuales y la aparición de

grumos.

a) Sistemática

• Formula química: Al2SiO5.nH2O

• Clase: Silicatos.

• Subclase: filosilicatos.

b) Óptica

• Carácter: Isótropo.

• Índice de refracción: n1: 1.47-1.51.

c) Física

• Color: Incolora, blanca a diversas coloraciones.

• Raya: Blanca.

• Brillo: Vítreo, céreo, resinoso o craso.

• Diafanidad: Transparente a traslúcida.

• Fusibilidad: Infusible. F = 7.

• Exfoliación: No presenta.

• Fractura: Concoidea a desigual.

• Tenacidad: Frágil.

• Dureza: 2.0 - 3.0.

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• Densidad: 1.8 - 2.1. (pura 1.9).

• Hábito: Masas reniformes, estalactíticas y costras. Concrecciones

pulverulentas.

d) Cristalografía

• Sistema Cristalino: Amorfo.

e) Observaciones

• Impurezas: Fe, Cu, Zn, P, Mg, Cr (miloschita), Ca.

• Solubilidad: En CIH.

• Frecuencia: Común.

• Paragénesis: Crisocola, haloisita, casiterita, galena, cuarzo y minerales

del grupo de la caolinita.

• Caracterización: Desprende agua en tubo cerrado. Descompone al

soplete sin fundir. Luminiscencia blanca, crema, verde o parda

amarillenta.

• Origen: Producto de la alteración de silicatos. Aparece en ciertos

sedimentos arcillosos.

• Observaciones: Se carbonata por la acción de las aguas carbonatadas.

• Aplicaciones: Mineral de interés científico y coleccionista.

5.4.2. IMOGOLITA También conocida como alófana A (se diferencia de la alófana B en que sus

partículas son más grandes, tiene algo de cristalización y es más estable).

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a) Sistemática:

• Formula química: Al2SiO3(OH)4

• Clase: Silicatos

• Subclase: Filosilicatos

b) Óptica:


• Índice de refracción: n: 1.47-1.51

c) Física:

• Peso molecular: 198.08 mg

• Color: azul, verde, café, amarillo a diversas coloraciones.

• Raya: Blanca

• Diafanidad: Transparente.

• Dureza: 2.0 - 3.0.

• Densidad: 2.7.

• Hábito: Texturas arcillosas, con ninguna afinidad cristalina visible, Earthy

- Dull.

d) Cristalografía:

• Sistema Cristalino: Monoclínico.

e) Generalidades:

• Origen: Principalmente en suelos derivados de ceniza volcánica.

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5.4.3. HALOISITA

La haloisita se compone de hojuelas, cada una de las cuales está formada por una

capa tetraédrica de sílice y una capa octaédrica de alúmina; la capa tetraédrica se

sílice se ubica en la superficie. Sus hojuelas sucesivas están organizadas una

sobre la otra en forma aleatoria; entre estas hojuelas se puede introducir una

película molecular sencilla de agua, aunque ésta no siempre se desarrolle

completamente entre todas las hojas.

a) Sistemática:

• Formula química: Si4O10(OH)8Al4.4H2O

• Clase: Silicatos.

• Subclase: Filosilicatos.

• Tipo Estructural: Filosilicatos 1:1 (Bilaminares).

• Grupo: Grupo de las Kanditas (Dioctaédricas).

b) Óptica:


• Figura de interferencia: Biáxica. Anomalías Uniáxicas.

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• Índices de refracción: n1: 1.528 - 1.542 (haloisita) 1.519 - 1.551

(metahaloisita).

c) Física:

• Color: Incolora, blanca, gris, verde, amarillo, roja.

• Raya: Blanca.

• Brillo: Céreo a mate.

• Diafanidad: Traslúcida a opaca.

• Fractura: Concoidea a terrosa.

• Tenacidad: Frágil.

• Dureza: 1.0 – 3.0.

• Densidad: 2.0 – 2.2.

• Hábito: Masas nodulares a terrosas.

d) Cristalografía:

• Sistema cristalino: Monoclínico.

• Clase de Simetría: Domática.

• Grupo Espacial: Am.

• Fórmulas por celda: 2.

• Parámetros de Celda:

a: 5.14 – 5.20.

b: 8.9.

c: 7.25 – 10. Depende del contenido en agua.

β: 90°.

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e) Observaciones:

• Impurezas: Fe, Ca, K, Ti, P, Cr,.

• Solubilidad: En ácidos y álcalis calientes, descomponiéndose de forma

parcial.

• Frecuencia: Común.

• Paragénesis: Caolinita, gibsita y otros minerales de, cinc, aluminio,

cobalto y níquel.

• Caracterización: Es untuosa al tacto.

• Origen: Sedimentaria. Aparece en bauxitas.

• Observaciones: La metahaloisita proviene de la deshidratación de la

haloisita.

5.4.4. SIGNIFICADO DE LAS PROPIEDADES DE LOS MINERALES

a) Carácter: Comportamiento de la luz al atravesar el mineral en función de la

dirección.

b) Figura de interferencia: La imagen que presenta un cristal cuando se ve con

disposición conoscópica.

c) Índices de refracción: Está relacionado con la velocidad de la luz

transmitida a través de un cuerpo, siendo esta función de la distribución

atómica suministrando los datos estructurales y cristalográficos.

• Isótropos (n1): Posee una superficie esférica, como consecuencia de que

la luz se transmita con la misma velocidad en todas las direcciones.

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• Anisótropos con más de un solo índice de refracción: Superficie irregular,

como consecuencia de que la luz no se propaga con la misma velocidad

en todas las direcciones. Estas sustancias pueden presentar dos tipos de

superficies ópticas o indicatrices:

o Elipsoides de revolución o de dos ejes (n1 y n2): Cristales Uniáxicos.

o Elipsoides de tres ejes (n1, n2 y n3: Cristales Biáxicos.

d) Color: Resulta de la combinación de las longitudes de ondas, ya que al

interaccionar las sustancias con la luz, parte de su energía es absorbida y

el resto es transmitida.

• Minerales Idiocromáticos: Su color se encuentra íntimamente relacionado

con la naturaleza de sus componentes.

• Mineral Halocromático: Se presentan varios colores debido a defectos en

la estructura cristalina o a la existencia de inclusiones.

e) Raya: Color característico de un mineral al pulverizarse. Este color se

puede observar al raspar la superficie del mineral con un objeto punzante

mas duro que él.

f) Brillo: Depende de la relación entre la luz absorbida y reflejada por el

mineral. Existen tres tipos de brillos que puede presentar un mineral.

• Brillo Metálico: El mineral refleja la mayor parte de la luz que incide en él.

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• Brillo Submetálico: El mineral refleja la parte de la luz que incide en él, de

carácter opaco, con un índice de refracción un poco menor a 3.

• Brillo Vítreo: Minerales transparentes, que poseen un índice de refracción

entre 1.33 y 2.

g) Diafanidad: Comportamiento que presenta un mineral al ser atravesado por

un haz de luz. Existen tres tipos de diafanidad que se puede presentar en

un mineral:

• Transparente: Permite que la mayor parte del haz de luz atraviese el

mineral.

• Translúcid: Permite que la una parte del haz de luz atraviese el mineral y

las imagines no se pueden distinguir.

• Opaco: No permite que el haz de luz atraviese el mineral.

h) Fusibilidad: Temperatura de fusión de un mineral.

i) Exfoliación: Ruptura que da lugar a la formación de superficies más o

menos suaves.

j) Fractura: Ruptura de forma irregular que se da en un mineral al aplicar una

fuerza mayor que su resistencia.

k) Tenacidad: Resistencia que opone un mineral al ser roto, molido o doblado.

La clasificación de la tenacidad de los minerales se da en alguno de los

siguientes términos:

• Frágil

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• Maleable

• Séctil

• Dúctil

• Flexible

• Elástico

l) Dureza: Resistencia de un mineral al ser rayado. La resistencia depende

por donde transcurre la raya, ya que es una propiedad que se relaciona con

la estructura.

m) Densidad: Propiedad de los minerales que depende del tipo de disposición

de los átomos en el retículo. La densidad es una expresión entre la masa

del mineral y el su volumen. Por la razón de que los minerales presentan

impurezas, se considera un valor teórico a partir de la sustancia pura que

posee el mineral.

n) Habito: Propiedad referente a la configuración presente en un mineral, bien

sean aislados o una formación de agregados cristalinos. Esta propiedad se

ve condicionada por factores externos al mineral.

o) Cristalografía: Propiedad que se encarga de describir las clase de simetría,

el grupo espacial y el sistema cristalino del mineral.

p) Grupo espacial: Forma cristalina.

q) Clase de simetría: Conjunto de operaciones de simetría que se pueden dar

para una distribución periódica.

r) Sistema cristalino: Un mineral puede adoptar las siguientes clasificaciones:

ICIV 2003-1 24

25

• Cúbico.

• Hexagonal.

• Trigonal.

• Trigonal R.

• Tetragonal.

• Rómbico.

• Monoclínico.

• Triclínico.

s) Impureza: En algunos casos se encuentran elementos químicos presentes

en los minerales con poca frecuencia y en pocas ocasiones, a esto se le

denomina impurezas.

t) Solubilidad: Reactivos químicos que son capaces de diluir los

componentes de un mineral.

u) Frecuencia: Establece que tan frecuente se puede encontrar el mineral en

la naturaleza.

v) Paragénesis: Asociación entre el mineral en cuestión con otros, ya que se

forman en las mismas condiciones físicas y químicas.

w) Caracterización: Pruebas mediante las cuales se puede descubrir los

componentes de un mineral.

x) Origen: Ambiente en el que se forma el mineral, existen tres tipos:

Magmático o Igneo, Sedimentario y Metamórfico.

y) Aplicaciones: Utilidad del mineral en la industria y en la vida practica.

ICIV 2003-1 24

26

5.5 CEMENTANTE EN LAS CENIZAS VOLCANICAS

Las cenizas volcánicas en la mayoría de ocasiones poseen texturas porosas en

las cuales las partículas se encuentran cementadas por medio de vidrio volcánico

y sus derivados (silica gel). La presencia de un mineral cementante en las cenizas,

varía sus características físicas, ya que éste le proporciona al suelo un incremento

en su resistencia. De acuerdo a esto, la resistencia del suelo se define como la

resistencia que proporciona el esqueleto de éste más la resistencia proporcionada

por el cementante.

El comportamiento de los suelos se ve afectado por la existencia de silica gel

(material viscoelastoplástico), ya que ésta induce variaciones considerables en la

resistencia del suelo al ser alterado el contenido de humedad de éste.

La fracción de resistencia aportada por el cementante no disminuye con cargas

compresivas, ya que ésta permanece constante. No es clara la razón de este

suceso; una razón puede ser que mientras se carga el suelo, el número de

uniones (creadas por el cementante) por volumen unitario continúa siendo el

mismo. (Nagaraj. T.S, Pandian. N.S. y Narashimha Raju, P.S.R, 1998,

Geotechnique 48, pg. 282).

Respecto a la relación de vacíos (e), al comparar 2 suelos los cuales poseen como

única diferencia la presencia de cementante en uno de ellos, se puede observar

ICIV 2003-1 24

27

que el suelo en el cual se encuentra un cementante, aumenta su relación de

vacíos con respecto al otro, durante la trayectoria de una curva, en un proceso de

compresión por medio de cargas verticales similares.

5.6. ZONA DE ESTUDIO

El estudio fue realizado en el departamento del Quindío el cual está localizado en

el centro de Colombia, hacia el este (ver figura 1); corresponde a la vertiente

occidental de la cordillera central de los Andes, la cual lo atraviesa convirtiéndolo

en un territorio quebradizo y se extiende hasta las riberas del río La Vieja (zona

donde predominan vegas y relieves suaves); sus suelos son Volcánicos. En este

departamento se pueden apreciar cimas como son el Chilí, Barragán, Calarcá, y

Cumbarco, el nevado del Quindío y el alto de Campanario. Hidrográficamente

pertenece a la cuenca del río Cauca, cuyos principales afluentes son los ríos

Barbas, Quindío, la Vieja.

Geográficamente está enmarcado dentro de las siguientes coordenadas: Entre

4° 04’ y 4° 44’ de latitud N y los 75° 24’ y 75° 52’ de longitud O (ver figura 17).

Limita al norte con el departamento del Risaralda, por el Oriente con el

departamento del Tolima, por el sur con los departamentos del Tolima y Valle del

Cauca y por el occidente con el Valle del Cauca.

ICIV 2003-1 24

28

Tiene una extensión de 1.845 Km2; sus principales municipios son Calarcá,

Circasia, y Quimbaya, y su capital es Armenia.

Departamento tradicionalmente agropecuario; es una de las zonas cafeteras más

importantes del país, debido a la presencia de suelos volcánicos y a la

precipitación presente a lo largo del año en este departamento. Sus principales

cultivos aparte del café son, el plátano, la yuca, los cítricos, la Soya, el sorgo y el

cacao. Dentro de la industria, la que más sobresale es la de Alimentos. La

ganadería es importante, especialmente para carne y leche, destacándose la cría

de ganado vacuno, porcino, caballar y mular. A pesar de no tener una minería

desarrollada, cuenta con buenos yacimientos de oro, cuarzo, carbón, plata, cobre,

mármol y caliza. Las actividades que ocupan más trabajadores son aquellas

relacionadas con los servicios, como el transporte, la banca, el comercio, la

educación y demás.

Armenia se asienta sobre materiales que conforman el “Glacis del Quindío”, gran

depósito de origen volcánico – sedimentario constituido por alternancias de flujos

piroclásticos y lahares (los cuales descendieron por los drenajes incluyendo el Río

Quindío) y, en menor proporción, materiales fluviotorrenciales, aluviales y

glaciales, los cuales se encuentran cubiertos por cenizas volcánicas (ver Tabla 2).

Los materiales del subsuelo de Armenia se ubican en capas mas o menos

subhorizontales; estas capas son, de arriba (más recientes) hacia abajo (más

antiguas):

ICIV 2003-1 24

29

• Llenos antrópicos recientes. Espesores, “z”, hasta 10m en su mayoría, otros

entre 10 y 20m y algunos pocos de más de 20m.

• Cenizas volcánicas, “z”, del orden de 20m. De acuerdo con el tamaño del

grano, estos últimos incluyen lapillo (diámetro “d” entre 4 y 32 mm), ceniza

volcánica (“d” entre 1/16 a 4 mm) y polvo volcánico (“d” menores a 1/16

mm).

• Suelo Residual y Saprolito, producto de la meteorización de los Flujos

Volcánicos inferiores. “z” del orden de 15m.

• Flujos volcánicos: Piroclásticos y Lahares, edad Terciario superior –

Cuaternario. “z” cercano a 100m.

• Basamento: Constituido por rocas de edad Cretácica. Anfibolitas y

esquistos.

Sus suelos residuales consisten en una arcilla rojiza, muy impermeable. El nivel

inferior de meteorización, o saprofito, posee características variables entresuelo y

roca.

ICIV 2003-1 24

30

6. METODOLOGIA

La metodología a seguir será básicamente realizar recolección de información por

medio de libros, papers, normas internacionales, normas implementadas en el

CITEC e Internet sobre las cenizas volcánicas y ensayos que ayudan a esclarecer

las propiedades mecánicas y químicas sobre éstas.

Después de analizar la información obtenida, se identificaron los ensayos

necesarios a desarrollar en el CITEC, para la realización de este documento;

dichos ensayos se enumeran y explican mas adelante. Para la realización de este

estudio, fue necesario realizar un viaje al departamento del Quindío (Colombia), en

el cual se recolectaron 4 cajones de suelo de ceniza volcánica, con las siguientes

dimensiones:

Altura: 15 cm.

Profundidad: 15cm

Ancho: 20 cm.

Estos cajones se trasladaron a la ciudad de Bogotá (Colombia) y fueron

guardados en un cuarto húmedo controlado electrónicamente.

Para la realización de los ensayos, se buscó que las muestras al ser talladas

fueran perturbadas lo mínimo posible; a su vez se trató, que mientras se realizaba

un ensayo, los otros cajones no perdieran humedad. Esto se logró gracias a que

ICIV 2003-1 24

31

cada muestra era tallada el mismo día en que se iba a realizar el ensayo, además

de que el suelo restante se parafinaba y se introducía en el cuarto húmedo.

El procedimiento que se siguió para cada tipo de ensayo es el siguiente:

En primer lugar se talló una muestra a humedad natural, se prosiguió a realizar el

ensayo a humedad natural, la cual se calculó al final de esté. Se toma una

muestra por debajo de la muestra extraída, la cual será utilizada por Ingeominas

para la realización de los ensayos difractometria de rayos x, análisis petrográfico y

análisis en microscopio electrónico.

En segunda instancia se talló la siguiente muestra a humedad natural y una

porción de material por debajo de la anterior muestra para Ingeominas. Estas

muestras se pesaron, fueron sometidas a un proceso de secado el cual se basaba

en introducir la muestra en un horno a una temperatura de 25°C, se pesan de

nuevo, para luego proseguir a la realización de los ensayos; como paso final, se

realizaron los procedimientos necesarios para el cálculo de la humedad de la

muestra ensayada en el CITEC antes y después del secado.

Este último proceso se realizó no solo para una temperatura de 25°C, sino

también para las temperaturas de 30°C y 40°C.

ICIV 2003-1 24

32

En algunos cajones no fue posible realizar todos los procesos de secado, ya que

se dificultó el manejo de la muestra y no fue suficiente el material para la

realización de la totalidad de los ensayos.

6.1. ENSAYO OEDOMÉTRICO

Este ensayo se basa en determinar la magnitud y la tasa de consolidación de los

suelos, estando restringido a deformaciones laterales y drenado axialmente

mientras es sometido a incrementos de esfuerzos controlados. Lo peculiar de la

realización de estos ensayos en esté estudio, es que en ningún momento la

muestra tuvo contacto con el agua, saliéndose un poco de la norma, ya que está

especifica que se debe de saturar la muestra.

El procedimiento que se siguió fue el siguiente:

En primer lugar se talla la muestra la cual tenía las siguientes dimensiones:

H: 2.54 cm.

D: 6.35 cm.

Luego se prosigue a tomar el peso húmedo y al montaje de la muestra en el

aparato. La muestra al ser montada en éste debe de tener una piedra porosa y un

papel filtro en cada extremo axial.

Se prosigue a montar el deformimetro, para anotar la deformación debido a los

esfuerzos a la cual es sometida la muestra.

ICIV 2003-1 24

33

El ensayo se realiza en tres etapas, las cuales constan de carga, descarga y por

último, una recarga de la muestra, con los siguientes esfuerzos:

Carga: 50 Kpa, 100 Kpa, 200 Kpa, 400 Kpa, 800 Kpa y 1600 Kpa.

Descarga: 800 Kpa, 400 Kpa, 200 Kpa, 100 Kpa y 50 Kpa.

Recarga: 100 Kpa, 200 Kpa, 400 Kpa, 800 Kpa y 1600 Kpa.

A cada escalón de carga le corresponde un tiempo, el cual no debe de ser menor

al 90% de deformación que puede alcanzar la muestra en el respectivo escalón.

Finalmente se desmonta la muestra y se toma el peso final de ésta, para luego ser

introducida en el horno y conocer su peso seco.

El siguiente paso es calcular la relación de vacíos inicial y durante cada escalón

de carga para poder calcular la curva que relaciona la relación de vacíos (e) con el

logaritmo en base diez del esfuerzo aplicado sobre la muestra.

Esta curva es de suma importancia, ya que de esta se puede extraer el esfuerzo

de preconsolidación, el coeficiente de compresión (pendiente de la rama virgen), el

coeficiente de expansión (pendiente de la línea de descarga) y el coeficiente de

recompresión (pendiente de la línea de recarga).

Los cálculos necesarios para poder procesar este ensayo son los siguientes:

ICIV 2003-1 24

34

a) wG

MdVs

ρ=

Donde:

Vs: Volumen de sólidos.

Md: Peso seco de la muestra.

G: Gravedad especifica de los sólidos.

wρ : Densidad del agua.

b) A

VsHs =

Donde:

A: Área de la muestra.

Vs: Volumen de sólidos.

Hs: Altura equivalente de los sólidos.

c) Hs

HsHe

−= 0

0

Donde:

0e : Relación de vacíos inicial.

H0: Altura inicial de la muestra.

d) Hs

HsHe f

f

−=

Donde:

ICIV 2003-1 24

35

fe : Relación de vacíos al final de cada escalón.

Hf: Altura final de la muestra después de cada escalón.

e) Md

MdMhw

−=

Donde:

w: Humedad de la muestra antes del ensayo.

Mh: Peso húmedo de la muestra.

f) Md

MdMhw f

−=

Donde:

wf: Humedad de la muestra después del ensayo.

6.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO

Este ensayo se basa en determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un

espécimen de suelo, con un desplazamiento horizontal en el tiempo y un esfuerzo

normal conocidos. Lo peculiar de la realización de estos ensayos en este estudio,

es que en ningún momento la muestra tuvo contacto con el agua.


ICIV 2003-1 24

36

En primer lugar se tallan tres muestras las cuales se fallan a diferentes esfuerzos

normales (50 Kpa, 100 Kpa, 150 Kpa) y tienen las siguientes dimensiones:

h= 2 cm.

b= 6 cm.

p= 6 cm.

Luego se prosigue a tomar el peso húmedo y al montaje de cada muestra por

aparte en el aparato; La muestra al ser montada en éste, debe de tener una piedra

porosa y un papel filtro en cada extremo axial.

Se prosigue a montar el esfuerzo normal, el deformimetro axial y el dinamómetro.

El defromímetro axial es necesario para conocer el comportamiento de la muestra

(contractancia y dilatancia) durante el ensayo y el dial de carga nos muestra la

fuerza necesaria para que la muestra se haya desplazado en cierto grado.

Se inicia el ensayo, y se deben de tomar lecturas del deformimetro y el dial de

carga cada 5 segundos, hasta que la lectura que indica el dial de carga alcance un

pico y empiece a reducirse. Por último se desmonta la muestra y se toma el peso

final de ésta, para luego ser introducida en el horno y conocer su peso seco.

Las graficas necesarias para comprender el comportamiento del ensayo son:

a) Gráfico Esfuerzo Cortante Vs. Deformación Horizontal.

b) Gráfico Deformación Vertical Vs. Deformación Horizontal.

ICIV 2003-1 24

37

c) Gráfico Esfuerzo Cortante de Falla Vs. Esfuerzo Normal, del cual

obtenemos ángulo de fricción interna y la cohesión.

d) Gráfico deformación vertical Vs. deformación horizontal.

Los cálculos necesarios para poder procesar este ensayo son los siguientes:

a) Desplazamiento Vertical = Lectura Deformimetro* Constante.

b) Esfuerzo Cortante = (Lectura dial de carga* Constante)/Área de la muestra.

c) Angulo de fricción interna: Es el ángulo medido desde el eje x del grafico

Esfuerzo Cortante de Falla Vs. Esfuerzo Normal.

d) Cohesión: El corte con el eje y del grafico Esfuerzo Cortante de Falla Vs.

Esfuerzo Normal.

6.3. ENSAYO DE LÍMITES DE CONSISTENCIA

Este ensayo se realiza para calcular el contenido de agua en el cual el suelo

empieza a poseer un comportamiento liquido o plástico, estos contenidos de agua

poseen el nombre de limite liquido (wl) y limite plástico (wp) respectivamente.


a) Limite plástico: Se debe de alcanzar el contenido de agua, en el cual al

realizar rollitos de suelo con diámetro de máximo 3mm y con consistencia

cuarteada.

b) Límite líquido: Se define como el contenido de agua, en que el corte

realizado con la espátula en el suelo (montado en el aparato de

ICIV 2003-1 24

38

cassagrande), requiere de 25 golpes para cerrarse a lo largo del corte, una

distancia de 13mm.

Se deben de realizar tres etapas, en las cuales la ranura se cierre una distancia de

13mm entre 30-40 golpes (primera etapa), 20-30 golpes (segunda etapa) y 10-20

golpes (tercera etapa), teniendo en cuenta que el suelo utilizado para el ensayo, si

es necesario, debe de ser pasado por el tamiz #40. La diferencia entre el número

de golpes en el cual se cierra la ranura, de una etapa a otra, no debe de variar a

más de un intervalo de 9-11 golpes. Por último se debe de calcular la humedad

respectiva de cada etapa con la siguiente formula:

MdMdMh

w−

=

Donde

W: Humedad de la muestra.

Mh: Peso de la muestra húmeda.

Md: Peso de la muestra seca.

Para calcular el límite líquido se debe de realizar la grafica humedad Vs. Logaritmo

en base 10 del número de golpes.

Por medio de una regresión lineal de la forma: w = A log(N)+ B, podemos calcular

la humedad al introducir el número de golpes igual a 25 (N), ya que por medio de

ICIV 2003-1 24

39

los datos recolectados en el ensayo se pueden obtener los parámetros A y B de la

regresión, ya sea por fórmulas matemáticas o uso de un computador.

ICIV 2003-1 24

40

7. POSIBLES PROBLEMAS PRESENTADOS EN EL ESTUDIO

Es importante dar a conocer al lector, cuales pudieron ser los o son los problemas

que pudo presentar el estudio, por lo cual se mencionaran a continuación:

a) El aparato utilizado para el ensayo de consolidación y de corte directo, es

especialmente diseñado para muestras saturadas. Como en este estudio

en ningún momento se saturo la muestra, puede ser que esto interfiera en

los resultados obtenidos.

Si se requiere en algún momento de realizar ensayos oedométricos en

muestras no saturadas, se recomienda realizar un ensayo oedométrico

con succión controlada. Respecto al equipo de corte directo, se debe de

evaluar la valides de esté para suelos parcialmente saturados.

b) Por el difícil manejo de la muestra estas fueron talladas introduciendo el

anillo en el bloque. Esto puede llevar a un problema, el cual es que

después del secado la muestra reduce sus dimensiones, y se realizo lo

posible para conocerlas, aunque estas medidas no fueron lo

suficientemente precisas por la incomodidad de que estas todavía se

encontraba dentro del anillo.

c) Respecto a los aparatos utilizados para el desarrollo de los ensayos,

estos pueden no estar calibrados en el momento de la realización del

ensayo, por lo cual se debe de verificar la valides del equipo.

ICIV 2003-1 24

41

8. ANALISIS DE RESULTADOS

• Según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, el cajón cuatro se

clasifica como CL-ML, y el cajón tres y dos como MH ó OH (ver Figura 15 y

Figura 7).

• En las Figuras 5 y 13 podemos observar que el límite plástico del cajón

cuatro no varía sustancialmente, por lo cual, tampoco cambia durante el

proceso de secado, ya que las mínimas variaciones presentes se le pueden

atribuir a la incertidumbre del ensayo. El límite líquido de este cajón

generalmente disminuye a partir de la humedad natural; después de cierta

humedad éste permanece constante.

• En las Figuras 5 y 13 podemos observar que el límite plástico del cajón tres

presenta variaciones mínimas durante el proceso de secado, por lo cual se

puede concluir que existe una disminución mínima en el límite plástico. El

límite líquido de este cajón disminuye considerablemente durante el

proceso de secado.

• En las Figuras 5 y 13 no se puede analizar el comportamiento del límite

plástico del cajón dos, porque los datos no son lógicos. El límite líquido de

este cajón disminuye durante el proceso de secado.

• En la Figura 1 podemos observar que el cajón dos es el material que posee

una relación de vacíos inicial (eo) más alta; le sigue en forma descendente

el cajón tres y por último el cajón cuatro. Por esta razón, al analizar la

figura, podemos visualizar que las curvas de consolidación del cajón dos se

ICIV 2003-1 24

42

encuentran por encima del cajón tres y cuatro y la curva de consolidación

del cajón tres se encuentra por encima de la del cajón cuatro.

• En las Figuras 2 y 3 podemos analizar que las curvas de consolidación se

desplazan hacia abajo a medida que aumenta la temperatura de secado;

esto sucede al realizarse un proceso de secado sobre los cajones dos y

tres.

• En la Figura 4 se puede observar que las curvas de consolidación del cajón

cuatro se desplazan hacia abajo a medida que aumenta la temperatura de

secado; en el punto T40 se desplaza hacia arriba.

• En la Figura 8, podemos analizar que la muestra del cajón cuatro presenta

una resistencia muy alta al esfuerzo cortante; a su vez le sigue el cajón dos

y finalmente el cajón tres, de forma descendente.

• En la Figura 10 podemos observar que el cajón dos adquiere resistencia al

corte a medida que aumenta la temperatura de secado; esto puede darse

por la existencia de cementante en la muestra, la cual adquiere resistencia

hasta cierta humedad.

• En la Figura 11 podemos observar que el cajón tres adquiere resistencia al

corte al ser secado, aunque no es muy claro si aumenta su resistencia al

aumentarse la temperatura de secado.

• En la Figura 12 no es claro el comportamiento del cajón cuatro respecto a

su resistencia al corte, ya que estas curvas no demuestran el

comportamiento adecuado de un suelo. Se nota un incremento en el ángulo

ICIV 2003-1 24

43

de fricción interna; este resultado no es confiable por la forma en que se

presentan las graficas.

ICIV 2003-1 24

44

9. CONCLUSIONES

• En general se puede concluir que los suelos de ceniza volcánica, aumentan

su resistencia al corte al disminuir su humedad; esto puede ser por la

presencia de un cementante en estos suelos, ya que aumenta la resistencia

de la unión entre las partículas causadas por el cementante. A su vez, los

minerales amorfos presentes en este suelo, puede ser que varíen su

composición, alterando las propiedades mecánicas del suelo.

• En general el límite líquido de las cenizas volcánicas disminuye al estar

sometidas a procesos de secado, en el cual, el límite plástico, no tiene

variaciones significativas.

• En la mayoría de los casos, la curva de consolidación de las cenizas

volcánicas se desplaza hacia abajo mediante los procesos de secado.

• Algunas de las regresiones lineales realizadas para las gráficas de corte

directo no son adecuadas, ya que una la mitad de estas no se comportan

linealmente. Por lo tanto, el modelo aplicado no es adecuado.

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45

BIBLIOGRAFÍA

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47

FIGURAS

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48

Caracterización de las cenizas volcánicas en el departamento del Quindio sometidas a condiciones de secado

Juan David Rivera Figura 1. Curvas de Consolidación

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

10,0 100,0 1000,0 10000,0Carga(kPa)

Rel

acio

n de

Vac

íos

(e)

C3WnC,eo=1.82

C3T25C,eo=1.46

C4WnC,eo=0.94

C4T25C,eo=0.97

C4T30C,eo=0.89

C4T40C,eo=0.91

C2WnC,eo=2.06

C2T25C,eo=2.05

C2T30C,eo=2.0

C2T40C,eo=1.91

Gs2=2.29Gs3=2.28Gs4=2.61

ICIV 2003-1 24

49


Juan David Rivera Figura 2. Curvas de Consolidación Cajon 2

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

10 100 1000 10000

Carga (kPa)

Rel

acio

n d

e V

acio

s (e

)

Wn25°C30°C40°C

ICIV 2003-1 24

50



0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

10,0 100,0 1000,0 10000,0Carga (kPa)

Rel

acio

n d

e V

acio

s (e

)

Wn25°C

ICIV 2003-1 24

51



0,75

0,77

0,79

0,81

0,83

0,85

0,87

0,89

0,91

0,93

0,95

10 100 1000 10000

Carga(kPa)

Rel

acio

n d

e V

acio

s (e

)

Wn25°C30°C40°C

ICIV 2003-1 24

52


Juan David Rivera Figura 5. Límites de Atterberg. Ensayos de consolidación

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

w (

%)

C2wP

C2wL

C3wP

C3wL

C4wP

C4wL

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53


Juan David Rivera Figura 6. Indice de plasticidad. Ensayos de consolidación

0%

500%

1000%

1500%

2000%

2500%

3000%

3500%

4000%

4500%

5000%

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

Ip (%

)

C2Ip

C3Ip

C4Ip

ICIV 2003-1 24

54

Juan David RiveraFigura 7. Gráfica de plasticidad.

Ensayo de Consolidación


0%

500%

1000%

1500%

2000%

2500%

3000%

3500%

4000%

4500%

5000%

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

Ip(%

)

C2Ip

C3Ip

C4Ip

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100wL (%)

Ip (

%)

C3WnC

C3T25C

C3T30C

C4WnC

C4T25C

C4T30C

C4T40C

C2WnC

C2T25C

C2T30C

C2T40C

Línea A

ML o OL

MH O OH

Cl-Ml

ICIV 2003-1 24

55


Juan David Rivera Figura 8. Gráficas de Corte Directo

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160σ(kPa)

τ(kP

a)C3WnC

C3T25C

C3T30C

C4WnC

C4T25C

C4T30C

C4T40C

C2WnC

C2T25C

C2T30C

C2T40C

ICIV 2003-1 24

56


Juan David Rivera Figura 9. Gráficas de Corte Directo

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160σ(KPa)

τ(kP

a)

C3WnC,c=11kPa,fi=27°

C3T25C,c=87kPa,fi=22°










ICIV 2003-1 24

57


Juan David Rivera Figura 10. Gráficas de Corte Directo Cajon 2

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160σ(kPa)

τ(kP

a)

C2WnC

C2T25C

C2T30C

C2T40C

ICIV 2003-1 24

58



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160σ(kPa)

τ(kP

a)

C3WnC

C3T25C

C3T30C

ICIV 2003-1 24

59



0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160σ(kPa)

τ(kP

a)

C4WnC

C4T25C

C4T30C

C4T40C

ICIV 2003-1 24

60


Juan David Rivera Figura 13. Límites de Atterberg. Ensayos de corte directo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

w (

%)

C2wp

C2wl

C3wp

C3wl

C4wp

C4wL

ICIV 2003-1 24

61


Juan David Rivera Figura 14. Indice de plasticidad. Ensayos de corte directo

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

Ip (%

)

C2Ip

C3Ip

C4Ip

ICIV 2003-1 24

62


Juan David RiveraFigura 15. Gráfica de plasticidad.

Ensayo de corte directo

0%

500%

1000%

1500%

2000%

2500%

3000%

3500%

4000%

4500%

5000%

10 15 20 25 30 35 40 45Temperatura(°C)

Ip(%

)

C2Ip

C3Ip

C4Ip

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100wL (%)

Ip (

%)

C3WnC

C3T25C

C3T30C

C4WnC

C4T25C

C4T30C

C4T40C

C2WnC

C2T25C

C2T30C

C2T40C

Línea A

CL-ML

MH o OH

ML o OL

ICIV 2003-1 24

63

Foreo-Dueñas, Gálvez Peralta, Fino & Ulloa C. "ESTUDOS DE LA ESTRUCTURA DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS DE ARMENIA Y SU RELACIÓN CON EL COMPORTAMIENTO GEOTÉCNICO"

Juan David Rivera Figura 16. Andosoles en Colombia

Caracterización de las cenizas volcánicas en el departamento del Quindío sometidas a condiciones de secado

ICIV 2003-1 24

64

Juan David Rivera Figura 17. Localizacion del departamento del Quindío


ICIV 2003-1 24

65

TABLAS

ICIV 2003-1 24

66

Cajon Gs T w σp (kPa) wL wp Ipwn 87,37% 315 80,91% 41,93% 38,98%

25 87,51% 310 68,75% 42,51% 26,24%30 82,95% 550 72,23% 54,90% 17,33%40 56,61% 380 77,16% 37,07% 40,09%

wn 61,86% 180 85,33% 40,05% 45,28%25 44,95% 380 69,98% 38,86% 31,12%30 36,09% NA 66,39% 40,47% 25,92%

wn 18,93% 580 21,16% 17,76% 3,40%25 8,87% 515 25,34% 19,55% 5,79%30 8,63% 515 22,14% 18,46% 3,68%40 3,63% 545 19,96% 16,14% 3,82%

Cajon Gs T w σp (kPa9) wL wp Ipwn 87,18% 315 81,27% 41,27% 40,00%

25 72,86% 310 74,77% 48,02% 26,75%30 79,82% 550 76,44% 43,21% 33,23%40 47,25% 380 74,33% 44,75% 29,58%

wn 62,98% 180 94,49% 50,40% 44,09%25 46,21% 380 80,76% 50,96% 29,80%30 34,08% NA 74,07% 42,07% 32,00%

wn 25,64% 580 27,98% 18,27% 9,71%25 13,59% 515 21,44% 16,25% 5,19%30 12,84% 515 22,15% 18,67% 3,48%40 3,56% 545 20,88% 15,93% 4,95%

Caracterización de las cenizas volcánicas del Quindio sometidas a condiciones de secado

Juan David Rivera Tabla 1. Resumen de resultados (Corte y Consolidación)

Corte

Consolidación

2

3

4 2,61

2,28

2,29

2,29

2,28

2,61

2

3

4

ICIV 2003-1 24

67

GEOLOGÍA MATERIAL/

(Espesor)

GEOTECNIA

CUATERNARIO.

Holoceno

Llenos

Antrópicos

(hasta 20m)

Características geomecánicas variables, que

dependen de la historia y el tratamiento.

CUATERNARIO.

Holoceno–

Pleistoceno

Cenizas

Volcánicas

(hasta 20m)

Suelos porosos, de mediana permeabilidad.

TERCIARIO

SUPERIOR.

Plioceno

Flujos

Piroclásticos

y Lahares

(80 a 150 m)

Parte superior con un (paleo) suelo residual

rojizo, de baja permeabilidad, la cual contrasta

con las cenizas volcánicas superiores,

ocasionando la ubicación de una tabla de

agua encima de dicha interface; en algunas

fallas de taludes dicho contacto actuó como la

superficie de falla. En la parte intermedia se

ubica un saprofito, el cual es la transición

hasta el flujo volcánico inferior. Este último se

considera como “roca”, desde el punto de vista

de ingeniería (siguiendo a Terzaghi, 1955).

CRETÁCEO. Grupo

Arquía?

Anfibolitas y

Gneises

Basamento más antiguo e inferior de la

secuencia. Es “roca”.

Juan David RiveraTabla 2. Relaciones entre Geología, estratigrafía

y geotecnia. (Forero – Dueñas, INGEOMINAS, 1999).

Caracterización de las cenizas volcánicas del Quindio sometidas a condiciones de secado

CARACTERIZACIÓN DE LAS CENIZAS VOLCÁNICAS EN EL ...

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