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ANÁLISIS DE EFECTIVIDAD EN LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES EN EL TRAMO II DE LA TRANSVERSAL EL BOSQUE

EN EL MUNICIPIO DE FLORIDABLANCA, SANTANDER

3

ANÁLISIS DE EFECTIVIDAD EN LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

COLAPSABLES EN EL TRAMO II DE LA TRANSVERSAL EL BOSQUE EN EL

MUNICIPIO DE FLORIDABLANCA, SANTANDER

DIEGO ARMANDO QUIJANO ARIAS

EDISON ALEXANDER TENJO RAMOS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2018



4




DIEGO ARMANDO QUIJANO ARIAS

20161579005

EDISON ALEXANDER TENJO RAMOS

20152579036

Trabajo de grado para optar al título de

Ingeniero Civil

Director

Ing. Hernando Villota Posso

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2018



5

Nota de aceptación

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

_______________________________________

Presidente del Jurado

________________________________________

Jurado

Bogotá D.C ____, ____________, _________



6

Dedico este trabajo principalmente a Dios, por darme vida

y permitirme llegar a este momento tan importante en mi

formación como profesional. A mis padres por su apoyo

incondicional, sus esfuerzos por haberme educado en el

camino del bien, estoy orgulloso de ser como soy y eso se

los debo a ustedes. No se imaginan cuanto los quiero. A mi

novia Dayanna, por ser uno de los pilares en mi vida, por

apoyarme en todo momento, su infinita paciencia y la virtud

de tener las palabras correctas para los momentos más

difíciles. A todas aquellas personas que me brindaron su fiel

compañía, su amistad e incondicional apoyo en los

momentos que sentía que ya no podía más; Gracias porque

de cada uno de ustedes aprendí valiosas experiencias y

lecciones de vida que permitieron formarme en la persona

que soy hoy en día, a todos ellos les dedico cada una de las

páginas de este trabajo de grado.

Diego Armando Quijano Arias.



7

Este trabajo de grado a Dios, en agradecimientos por su

infinita compañía en este camino, y permitirme superar los

impases que se han presentado a lo largo de mi vida.

A mi familia, quienes han sido los pilares sobre los que se

sostiene quien soy y en quien me he convertido gracias a

que hacen parte de mi vida, especialmente agradezco y

dedico este logro a mi madre quien ha sacrificado

incontables veces su felicidad por la mía y la de mis

hermanos, es la única forma que encuentro para retribuirle

es llenarla de orgullo. También dedico esté trabajo de grado

a mi esposa e hijo quienes son una nueva razón para

esforzarme a diario y ser cada vez mejor.

“La dicha de la vida consiste en tener siempre algo que

hacer, alguien a quien amar y alguna cosa que esperar”.

Edison Alexander Tenjo Ramos.



8

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo no habría sido posible sin la influencia directa o indirecta de muchas personas a las

que agradecemos profundamente por estar presentes en las distintas etapas de su elaboración, así

como en el resto de nuestras vidas.

Agradecemos al Ing. Hernando Antonio Villota Posso por su interés en dirigir nuestro trabajo de

grado, por su confianza, colaboración y apoyo en el proceso de realización de la monografía.

A todos los docentes de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas que compartieron sus

conocimientos, dentro y fuera de clase, haciendo posible que nuestra formación profesional se

resuma en satisfacciones académicas e inquietudes insatisfechas en continua indagación.

A nuestros amigos y compañeros. A quienes trabajaron con nosotros hombro a hombro durante

estos años poniendo lo mejor de su energía y empeño por el bien de nuestra formación

profesional, a quienes compartieron su confianza, tiempo, y los mejores momentos que vivimos,

dentro y fuera de la universidad.

Por último a nuestras familias y seres más queridos por su paciencia y apoyo constante durante

esta etapa de nuestras vidas.



9

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1 RESUMEN ............................................................................................................................. 15 2 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 17 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................................... 18

4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 19 5 HIPÓTESIS ............................................................................................................................ 20 6 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 21 6.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 21 6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................. 21

7 MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................. 22 7.1 DEFINICIÓN SUELOS COLAPSABLES ........................................................................ 22

7.2 CARACTERIZACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES ................................................... 23

7.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES .......................................................... 25 7.4 PERFILES DE COLAPSABILIDAD Y MECANISMO DE COLAPSO ......................... 26 7.5 MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN ................................................................................. 29 7.5.1 Pruebas en Campo ......................................................................................................................................... 29 7.5.2 Pruebas de laboratorio ................................................................................................................................... 30 7.6 SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES ................................... 31 7.6.1 Sustitución del suelo ...................................................................................................................................... 33 7.6.2 Pre-humectación ............................................................................................................................................ 33 7.6.3 Humectación controlada ................................................................................................................................ 34 7.6.4 Control de humedad ....................................................................................................................................... 34 7.6.5 Control de compactación ............................................................................................................................... 34 7.6.6 Estabilización química o lechada ................................................................................................................... 36 7.6.7 Tratamiento térmico ....................................................................................................................................... 38 7.7 EVALUACIÓN DE LOS MÉTODOS DE TRATAMIENTO .......................................... 38 7.8 ENSAYOS E INSTRUMENTACIÓN ............................................................................... 41 7.8.1 Prueba de colapso edómetro individual: ........................................................................................................ 41 7.8.2 Prueba de caída de Doble edómetro: ............................................................................................................. 41 7.8.3 Prueba de carga placa Campo ........................................................................................................................ 42 8 REGISTROS DE SUELOS COLAPSABLES EN COLOMBIA .......................................... 44

8.1 REVISIÓN TEÓRICA DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO EN LAS

DUNITAS DE MEDELLÍN........................................................................................................... 44 8.2 EVALUACIÓN POR DIFERENTES MÉTODOS DEL POTENCIAL DE COLAPSO DE

ALGUNOS SUELOS RESIDUALES EN LOS VALLES DE ABURRÁ Y SAN NICOLÁS ..... 45

8.3 MEJORAMIENTO DEL SUELO COHESIVO POR MEDIO DE LA COMPACTACIÓN

DINÁMICA ................................................................................................................................... 46 9 DISEÑO METODOLÓGICO ................................................................................................ 48 9.1.1 LOCALIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO ..................................................................................................... 48 9.2 ETAPAS CONSTRUCTIVAS DEL PROYECTO ............................................................ 51 9.2.1 Etapa Constructiva I ...................................................................................................................................... 51 9.3 GEOLOGÍA ....................................................................................................................... 52

9.4 ESTRATIGRAFÍA ............................................................................................................. 53 9.4.1 Depósitos de flujos de Escombros (Qfe): ...................................................................................................... 53



10

9.4.2 Depósitos Aluviales de Terrazas Bajas (Qal1): ............................................................................................ 54 9.5 IDENTIFICACIÓN DE FALLOS EN EL PROYECTO ................................................... 55 9.6 CRITERIOS DE IDENTIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES ............................ 60 9.6.1 Denisov (1951) .............................................................................................................................................. 60 9.6.2 Cleverger (1958) ............................................................................................................................................ 60 9.6.3 Priklonski (1952) ........................................................................................................................................... 60 9.6.4 Gibbs (1961) .................................................................................................................................................. 61 9.6.5 Soviet Building Code (1962) ......................................................................................................................... 61 9.6.6 Feda (1964) .................................................................................................................................................... 62 9.7 MATERIALES ................................................................................................................... 62 9.7.1 Suelo de excavación ...................................................................................................................................... 62 9.7.2 Material de afirmado ...................................................................................................................................... 63 9.7.3 Cal .................................................................................................................................................................. 63 9.8 ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA ......................................................... 64 9.8.1 Granulometría ................................................................................................................................................ 64 9.8.2 Humedad Natural y Límites de Atterberg ...................................................................................................... 64 9.8.3 Humedad Óptima y Densidad Máxima. ......................................................................................................... 65 9.8.4 Capacidad de soporte de california (CBR) .................................................................................................... 65 9.8.5 Índice de colapso ........................................................................................................................................... 65 10 ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................ 67 10.1 DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO DEL SUELO DE

EXCAVACIÓN. ............................................................................................................................ 67 10.2 ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA ......................................................... 72 10.2.1 Granulometría ........................................................................................................................................... 72 10.2.2 Límites de Atteeberg ................................................................................................................................. 74 10.2.3 Humedad Óptima y Densidad Máxima. .................................................................................................... 75 10.2.4 Capacidad de Soporte de California (CBR) .............................................................................................. 76 10.2.5 Índice de colapso ....................................................................................................................................... 78 11 CONCLUSIONES ................................................................................................................. 82

12 RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 85 13 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 86



11

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1 Comparación de la solución de colapso predicho y medido para varios métodos de

tratamiento (Después Rollins y Rogers 1994). ............................................................................... 39

Tabla 2 Comparación de las ventajas y limitaciones de varios métodos de tratamiento (Después

Rollins y Rogers 1994). .................................................................................................................. 40

Tabla 3 Relación del potencial de colapso para la severidad de problemas de cimentación. Fuente:

Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. DAS, 7° Edición, Tabla 13.1. .............. 42

Tabla 4 Parámetros determinados por ensayos de laboratorio. ...................................................... 67

Tabla 5. Criterios de identificación de colapso, basados en características físicas. ....................... 68

Tabla 6 Humedad Inicial Vs índice de Colapso. ............................................................................ 69

Tabla 7. Distribución granulométrica de los materiales. ................................................................ 72

Tabla 8. Límites de Attenberg de los materiales utilizados. .......................................................... 74

Tabla 9. Clasificación según ASSTHO y USCS. ........................................................................... 74

Tabla 10. Humedad Óptima y Densidad Máxima. ......................................................................... 75

Tabla 11. Resultados ensayos de CBR. .......................................................................................... 76

Tabla 12. Requisitos de los materiales para terraplenes. ................................................................ 77

Tabla 13. Requisitos de los agregados para afirmados. ................................................................ 78

Tabla 14. Resultados de Índice de colapso. ................................................................................... 79

Tabla 15. Comparación índice de colapso. .................................................................................... 79

Tabla 16. Porcentajes de disminución del índice de colapso. ........................................................ 80



12

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1 Variación de la relación de vacíos con las presión para un suelo colapsable. ................. 24

Figura 2 Estructura de un suelo a) Antes y b) Después del colapso. ............................................. 27

Figura 3 Texturas potencialmente colapsables. .............................................................................. 28

Figura 4 Diagrama que ilustra la construcción gráfica comúnmente utilizada para seleccionar un

límite de proporcionalidad usando una curva de asentamiento de la placa que soporta la carga. Po

y Ppr = valores de presión de sobrecarga y límite de proporcionalidad. ....................................... 30

Figura 5 Criterios reportados para la identificación de suelos colapsables. ................................... 32

Figura 6 Diagrama esquemático del ensayo de colapso edómetro individual. .............................. 41

Figura 7 Diagrama esquemático del ensayo de doble edómetros. ................................................. 42

Figura 8 Diagrama de la curva de carga que ilustra asentamiento placa intensidad-cojinete. ....... 43

Figura 9 Localización del Proyecto. ............................................................................................... 49

Figura 10 Vista general del sitio del proyecto. ............................................................................... 49

Figura 11 Sitio del Proyecto. .......................................................................................................... 50

Figura 12 Etapa I Transversal del Bosque. .................................................................................... 51

Figura 13 Geología general del Área de Estudio ........................................................................... 52

Figura 14 – Ubicación de Hundimientos, proyecto transversal del Bosque Tramo II. .................. 56

Figura 14. Relación de Fases suelo en condiciones naturales. ....................................................... 68

Figura 15. Comparación de granulometrías de los materiales. ...................................................... 72

Figura 16. Análisis granulométrico para el mejoramiento mecánico. ............................................ 73

Figura 17. Comparación Cuervas Proctor modificado. .................................................................. 75

Figura 18. Resultados ensayos de CBR. ........................................................................................ 76

Figura 19. Porcentaje de aumento de CBR. .................................................................................. 78

Figura 20. Porcentajes de disminución del índice de colapso. ....................................................... 80



13

LISTA DE FOTOS

Pág.

Fotografía 1 Talud de aproximadamente 7 m de alto sobre depósitos de Flujos de Escombros

(Qfe) sobre el sector del Anillo Vial frente a las instalaciones de TV Cable. ............................... 54

Fotografía 2 Morfología de Depósitos aluviales de terrazas bajas (Qal1) aledaños al sitio de

ponteadero sobre la margen derecha de Río Frío. .......................................................................... 55

Fotografía 3. Hundimiento transversal a la vía que afecta la calzada y el separador. .................... 56

Fotografía 4. Hundimiento transversal de la calzada. .................................................................... 57

Fotografía 5. Hundimiento transversal que afecta la calzada completa y parte del separador....... 57



14

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. ESPECIFICACIONES Y NORMATIVAS APLICABLES

1.1. INV - E - 122 - DETERMINACIÓN EN EL LABORATORIO DEL CONTENIDO

DE AGUA (HUMEDAD) DE MUESTRAS DE SUELO, ROCA Y MEZCLAS SUELO -

AGREGADO

1.2. INV - E - 123 - DETERMINACIÓN DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS

DE LOS SUELOS.

1.3. INV - E - 125 - DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS.

1.4. INV - E - 126 - LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE LOS

SUELOS.

1.5. INV - E - 142 - RELACIONES HUMEDAD - PESO UNITARIO SECO EN LOS

SUELOS (ENSAYO MODIFICADO DE COMPACTACIÓN)

1.6. INV - E - 148 - CBR DE SUELOS COMPACTADOS EN EL LABORATORIO Y

SOBRE MUESTRAS INALTERADAS.

1.7. INV - E - 157 - MEDIDA DEL POTENCIAL DE COLAPSO DE UN SUELO

PARCIALMENTE SATURADO.

1.8 INVIAS ART.220-2013 - TERRAPLENES

1.9 INVIAS ART.311-2013 - AFIRMADO

ANEXO 2. RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO

2.1 CLASIFICACIÓN MATERIAL NATURAL DE EXCAVACIÓN

2.2 CLASIFICACIÓN MEJORAMIENTO MECÁNICO

2.3 CLASIFICACIÓN MATERIAL DE AFIRMADO

2.4 CLASIFICACIÓN MATERIAL MODIFICADO CON CAL AL 5%

2.5 CLASIFICACIÓN MATERIAL MODIFICADO CON CAL AL 7%

2.6 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Y CBR AL MATERIAL NATURAL DE

EXCAVACIÓN

2.7 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Y CBR AL MEJORAMIENTO

MECÁNICO

2.8 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Y CBR AL MATERIAL DE AFIRMADO

2.9 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Y CBR AL MODIFICADO CON CAL

AL 5%

2.10 ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO Y CBR AL MATERIAL MODIFICADO

CON CAL AL 7%

2.11 ENSAYOS DE INCIDE DE COLAPSO.



15

1 RESUMEN




Se realizó como aplicación del presente trabajo de grado, una investigación que permitiera

conocer en primera instancia las causas de los múltiples hundimientos presentados en la vía la

Transversal del Bosque II, localizada en el municipio de Florida Blanca, departamento de

Santander.

Sin embargo, tal como se indica en el actual documento, la premisa fundamental del trabajo está

encaminada a conocer si los daños están relacionados a un problema de suelos colapsables; razón

por la cual el presente documento recopila en primera instancia la antología y exhaustiva revisión

bibliográfica de los conceptos, criterios, metodologías, ensayos, perfiles de caracterización, entre

otros juicios, que se pueden llegar a tener en cuenta al momento de determinar y analizar suelos

susceptibles al fenómeno de colapso.

Con el fin de descubrir si esta razón fue la que originó los daños, como se mencionó

anteriormente, se hizo necesario conocer las características y propiedades del suelo utilizado en la

construcción de la vía, a través de ensayos de caracterización, que permitirán determinar e

identificar el grado de colapso del suelo, objeto de investigación del presente trabajo de grado.

De acuerdo a los datos obtenidos y el análisis técnico realizado, se procedió a estabilizar el suelo

mediante algunas de las metodologías que se mencionan en el marco de referencia del presente

documento con el fin establecer una serie de recomendaciones que ofrecen una solución

económica y eficiente en la utilización de suelos colapsables estabilizados para la construcción de

terraplenes en proyectos de infraestructura vial a nivel nacional, tomando como referencia el

tramo II de la transversal El Bosque, localizada en el municipio de Floridablanca, departamento

de Santander.



16

ABSTRACT

ANALYSIS OF EFFECTIVENESS IN THE STABILIZATION OF COLLAPABLE SOILS IN

SECTION II OF THE TRANSVERSAL THE FOREST IN THE MUNICIPALITY OF

FLORIDABLANCA, SANTANDER

As an application of the present work of degree, this investigation was made to allow knowing in

the first instance, the causes of the multiple subsidence presented in the Transversal del Bosque II

road, located in the municipality of Florida Blanca, department of Santander.

However, as indicated in the current document, the fundamental premise of the work is aimed at

knowing if the damages are related to a problem of collapsible soils; reason why this document

compiles in the first instance the anthology and exhaustive bibliographic revision of the concepts,

criteria, methodologies, tests, profiles of characterization, among other judgments, that can be

taken into account when determining and analyzing soils susceptible to the phenomenon of

collapse.

In order to discover if this reason was the one that originated the damage, as mentioned above, it

became necessary to know the characteristics and properties of the soil used in the construction of

the road, through characterization tests, which will allow to determine and identify the degree of

collapse of the soil, object of investigation of the present work of degree.

According to the data obtained and the technical analysis carried out, the soil was stabilized using

some of the methodologies mentioned in the reference framework of this document in order to

establish a series of recommendations that offer an economical and efficient solution in the use of

stabilized collapsible soils for the construction of embankments in highway infrastructure

projects at the national level, taking as a reference section II of the El Bosque cross-section,

located in the municipality of Floridablanca, department of Santander.



17

2 INTRODUCCIÓN

De acuerdo al Título H Estudios Geotécnicos de la Norma Sismo Resistente colombiana en el

apartado H.6.3.1 Generalidades, se entiende por suelo colapsable como: “aquellos depósitos

formados por arenas y limos, en algunos casos cementados por arcillas y sales (carbonato de

calcio), que si bien resisten cargas considerables en su estado seco, sufren pérdidas de su

conformación estructural, acompañadas de severas reducciones en el volumen exterior cuando

se aumenta su humedad o se saturan”.

La tendencia actual que describe la literatura referente al tema, indica que hay características muy

comunes, claramente evidentes, en la identificación de suelos susceptibles al colapso,

relacionadas a estructuras sueltas manifestadas por relaciones de vacíos altas y contenidos de

agua menor con respecto al grado de saturación.

Este fenómeno es el producto de una serie de factores que intervienen intrínsecamente en la

composición de las diferentes estructuras de suelos que hay en nuestra región, suelos en

formaciones de loes, depósitos eólicos, formaciones aluviales y residuales y ocasionalmente en

depósitos hechos por el hombre, donde comúnmente es posible encontrar suelos con estructuras

granulares cuyas uniones entre sus partículas son debidas a fuerzas capilares, hasta fuerzas

mucho más evidentes tales como fuerzas externas o gravitacionales; sin embargo este tipo de

fuerzas pueden llegar a ser anuladas o reducidas ante la presencia de agua, y por tanto un

aumento en el contenido de humedad del suelo.

En el presente trabajo se muestra cada uno de los criterios y metodologías utilizados para valorar

y determinar el grado de colapso que tiene el suelo utilizado en el tramo II de la transversal El

Bosque, localizada en el municipio de Floridablanca, departamento de Santander; y de esta

manera poder verificar si los eventos y daños ocurridos en la vía se encuentran relacionados a un

problema de suelos colapsables; de igual manera se dará a conocer toda la parte teórica que

sustentara posteriormente los resultados de los cálculos de ensayos y laboratorios realizados al

material utilizado para la construcción de la vía, para llegar a la conclusión si este material

presenta un suelo colapsable y las metodologías propuestas por este trabajo de grado para la

estabilización del mismo.



18

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Existen un gran número de fenómenos que caracterizan el comportamiento de los suelos,

desafortunadamente dichos comportamientos son muy complejos de detectar pues sus causas no

dependen de sus características mecánicas, algunas son el resultado de factores de otra índole

(químicos, físico-químicos, ambientales, etc.); este tipo de suelos son caracterizados como suelos

estructuralmente inestables, cuyos factores “no mecánicos” tienen una gran importancia.

Uno de los principales fenómenos que afectan el suelo, es el colapso brusco de su estructura

intergranular, los cuales son denominados suelos colapsables.

El fenómeno de colapso de un suelo consiste en una pérdida muy rápida de volumen del suelo,

que se traduce en una importante subsidencia superficial, asociada también a una pérdida rápida

de resistencia y a un desmoronamiento estructural interno, todo lo cual tiene lugar en el momento

en que el suelo absorbe cantidades importantes de agua.

Las fuentes de agua pueden ser naturales, como la lluvia y la fluctuación en el nivel freático, o

hecho por el hombre, como el riego excesivo y las fugas de las tuberías de agua y alcantarillado.

El Colapso puede desencadenarse por agua sola o por humectación y cargas que actúan juntos. La

existencia de suelos colapsables ha sido durante mucho tiempo reconocida desde la Segunda

Guerra Mundial. Sin embargo, los recientes desarrollos de infraestructura en regiones áridas,

acompañados por el uso de grandes cantidades de agua y los problemas de construcción asociada

justifican una investigación exhaustiva de estos suelos. El colapso de los suelos debido a la

humectación puede resultar en asentamientos de 2 a 6 por ciento de su espesor (Beckwith y

Hansen 1989).

Para el tramo II de la transversal El Bosque, municipio de Floridablanca, departamento de

Santander, corredor que conecta a la Autopista Bucaramanga-Floridablanca con el Anillo Vial

Floridablanca-Girón, con longitud de 2.424 metros, se han presentado algunos problemas como

losas levantadas, andenes deteriorados producto de los deslizamientos, y hundimientos,

atribuibles a la utilización de material de excavación in situ, para la construcción de los

terraplenes de la vía, dicho material presume tener las características de un suelo colapsable,

representando un problema para la estabilidad de la vía.



19

4 JUSTIFICACIÓN

Los efectos producidos por el fenómeno del colapso representan un problema para las obras

civiles, al potenciar el desarrollo de deformaciones en estructuras, producto de los asentamientos

diferenciales, el deslizamiento de taludes, la ruptura de terraplenes, el hundimiento de las bancas

en la vía, daños en el pavimento entre otros problemas; de ahí la importancia de su estudio de

manera que se logre estimar su ocurrencia y tomar las medidas pertinentes a fin de minimizar su

impacto.

De acuerdo a los diferentes inconvenientes presentados en varios tramos a lo largo de la

Transversal El Bosque fase II, entre los cuales se destacan los múltiples hundimientos en el

corredor vial, los análisis detallados, estudios y peritajes realizados en la zona por entidades

externas y particulares, y ante la constante incertidumbre entre la búsqueda de razones tacitas de

los problemas suscitas, se ha decidido abordar el problema de la Transversal El Bosque Fase II,

como un caso de suelos colapsables.

Por tal razón, el presente proyecto tiene como propósito evaluar metodologías experimentales que

permitan generar criterios de evaluación y alternativas solución frente al cuestionamiento de

cómo abordar en caso de identificar que en un proyecto de infraestructura vial, existe la presencia

de suelos colapsables.



20

5 HIPÓTESIS

De acuerdo a lo anteriormente mencionado, se hace preciso aseverar la necesidad de reconocer el

problema de suelos colapsables como un aspecto de mayor atención sobre los proyectos de

ingeniería desarrollados en el país, identificando las razones pertinentes de caracterización de

suelos susceptibles al colapso, e incluso la evolución de las diferentes etapas de colapso en el

tiempo que pueden llegar a desarrollar los suelos utilizados en nuestros proyectos.

A pesar de la corta experiencia que parece indicar la escasa bibliografía existente en el país,

referente a suelos colapsables y a los métodos comunes desarrollados por algunos profesionales

para la identificación de este tipo de suelos, el presente trabajo de grado tiene por objeto plantear

como hipótesis de investigación la identificación oportuna de este tipo de suelos, partiendo del

siguiente cuestionamiento: ¿Cómo minimizar los efectos producidos por suelos colapsables en su

utilización como material para la construcción de terraplenes en obras de infraestructura vial

mediante la modificación de la granulometría del suelo, la adición de materiales cementantes

como Cal o disminuyendo el índice de colapso compactando a una humedad óptima?



21

6 OBJETIVOS

6.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar la efectividad de algunos métodos experimentales para disminuir el índice de colapso y

así minimizar los efectos desfavorables producidos por suelos colapsables, extraídos in-situ,

utilizados para la construcción de terraplenes en la construcción de la Transversal del bosque -

Fase II.

6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Estudiar las características de los suelos colapsables y la naturaleza de su

comportamiento.

Caracterizar las diferentes muestras con respecto a los resultados obtenidos en los

ensayos de laboratorio ejecutados.

Evaluar el índice de colapso de los suelos utilizados para la construcción de

terraplenes en el proyecto vial en estudio.

Evaluar la disminución del índice de colapso en los suelos en estudio, modificando su

granulometría mediante la mezcla con otros materiales (arenas, gravas).

Evaluar la disminución del índice de colapso en los suelos en estudio, debido a la

creación de nuevos contactos cementantes mediante la aplicación de cal.

Comprobar la disminución del índice de colapso en los suelos en estudio,

compactándolo a su húmeda optima, obtenida desde la rama húmeda del ensayo de

proctor modificado.

Establecer recomendaciones que ofrezcan una solución eficiente para la utilización de

suelos colapsables, extraídos in-situ, para la construcción de terraplenes en proyectos

de infraestructura vial en el municipio de Floridablanca.



22

7 MARCO DE REFERENCIA

7.1 DEFINICIÓN SUELOS COLAPSABLES

Los suelos colapsables, también llamados suelos metaestables1, tienen como definición común

entre la bibliografía existente, ser suelos no saturados que sufren cambios volumétricos

considerables, que se traduce en una subsidencia superficial2 y a un desmoronamiento estructural

interno (RICO, Alfonso y DEL CASTILLO, Hermilo, 1977), debido a causas externas, como por

ejemplo, aumento de cargas, factores químicos, falta de agua, relaciones de vacíos altas y bajas

densidades. Este cambio, puede o no suceder bajo la aplicación adicional de cargas externas

(CHÁVEZ, 1992).

También se conocen como suelos colapsables aquellos depósitos formados por arenas y limos los

cuales tienen componentes cementantes provenientes de arcillas y sales (CaCO3), los cuales

poseen una característica se resistir cargas considerables en su estado seco, sin embargo su

estructura se ve considerablemente afectada ante la presencia de humedad. (ASOCIACIÓN

COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA, 2010)

La literatura sajona ha denominado a este proceso rápido de disminución de volumen,

COLAPSO, y al suelo que la sufre COLAPSABLE. (DUDLEY, J.H, 1970).

1 En muchas ocasiones, estos suelos se denominan suelos metaestables, haciendo referencia a su aparente estabilidad

en condiciones naturales y su eventual colapso con el incremento de la humendad, convirtiéndolos en suelos

sumamente inestables.

2 La subsidencia del terreno es un fenómeno consistente en el hundimiento de la superficie terrestre cuyo origen

puede deberse a diversas causas generando cuantiosos daños en aquellas infraestructuras que se asientan sobre ella.

(Roberto Tomás, 2010)



23

7.2 CARACTERIZACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES

El término suelos colapsables abarca una amplia gama de materiales que presentan el fenómeno

de colapso. Estos materiales incluyen depósitos eólicos o eólicos, depósitos de agua, suelos

residuales y depósitos coluviales. Los mecanismos que explican casi todos los depósitos de suelo

que se pueden colapsar naturalmente son el flujo de detritos y la deposición aluvial, y la

deposición de materiales arrastrados por el viento (DERBYSHIRE, E., DIJKSTRA, T. y

SMALLY, I., 1995). Sin embargo, (BELL, F.G. y BRUYN, I.A., 1997) informaron que la

mayoría de los suelos de origen natural que son colapsables, son depósitos eólicos. De acuerdo

con (JENNINGS, J.E. y KNIGHT, K, 1957), los depósitos de suelo con mayor probabilidad de

colapso son:

(A) Rellenos sueltos; (B) Arenas alteradas por el viento; (C) Lavados de ladera de consistencia

suelta; y (d) Granito descompuesto y otras rocas ígneas ácidas.

Los depósitos eólicos como loess, dunas y otros depósitos transportados por el viento se

encuentran en diferentes partes del mundo. (CLEMENCE, S.P. y FINBARR, A.O., 1981)

Reportaron que la distribución de loess abarca aproximadamente el 17% de los Estados Unidos,

aproximadamente el 17% de Europa, el 15% de Rusia y Siberia, y grandes áreas de China. Loes

también se encuentran en América del Sur (es decir, Argentina y Uruguay) y el sur de África.

Loess de dunas calcáreas se encuentran en Kuwait y algunas partes de la Península Arábiga

(ISMAEL, 1987). Los suelos eólicos tienen una metaestructura abierta y suelta unida por agentes

cementantes que, al humedecerse, se debilitan y pueden disolverse, causando el colapso. Estos

suelos están compuestos principalmente de cuarzo junto con feldespato y minerales de arcilla.

(BELL, F.G. y BRUYN, I.A., 1997) Informaron de que el aumento del contenido mineral de

arcilla disminuye la probabilidad de colapso.

Los depósitos de agua incluyen ventiladores aluviales, flujos de lodo y depósitos de inundación

repentina. Estos depósitos son depositados por el agua en un estado saturado. Se vuelven duros y

menos compresibles con una densidad relativamente baja a medida que se secan. La estructura

suele ser abierta y porosa, y los granos del suelo se unen mediante agentes cementantes durante la

deposición. Si estos depósitos se exponen posteriormente a agua acompañada o no de carga



24

adicional, pueden colapsar, causando una gran sedimentación. Los depósitos aluviales que

exhiben un fenómeno colapsable se encuentran en Arabia Saudita y en otras partes de Medio

Oriente (FOOKES, P.G., FRENCH, W.J. y RICE, S.M.M., 1985)

Los suelos residuales cubren una amplia gama de tamaños, desde el tamaño de arcilla hasta el

rango de grava. La estructura colapsable se desarrolla como resultado de la lixiviación de la

materia soluble y coloidal del suelo residual. Esta lixiviación de los materiales solubles y finos da

como resultado una estructura porosa e inestable.

(REGINATTO, 1977) Señala que, en general, los suelos colapsables presentan una serie de

características comunes, tales como:

Estructura macro porosa, con índice de huecos (e), entre relativamente alto, a muy alto.

Granulometría predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla.

El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes

escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es

relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el comportamiento

mecánico de la estructura intergranular.

Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas por espacios abiertos, y

unidas entre sí por acumulaciones o "puentes" de material predominantemente arcilloso. En

muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o uniones

arcillosas.

Figura 1 Variación de la relación de vacíos con la presión para un suelo colapsable.

Fuente: Libro: Principios de Ingeniería de Cimentaciones. Braja M. Das. Pág. 729.



25

(ZUR, A. y WISEMAN, G., 1973) Define como colapso a cualquier disminución rápida de

volumen del suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores:

• Contenido de humedad (w)

• Grado de saturación (Sr)

• Tensión media actuante (τ)

• Tensión de corte (σ)

• Presión de poros (u)

(MOLL, L.L, 1975) Los suelos colapsables poseen una estructura altamente porosa, tiene una

fábrica de textura abierta, que puede llegar a resistir esfuerzos razonablemente grandes para

condiciones de no saturación, pero que presentan una disminución brusca de volumen, debido al

colapso de la estructura al ser saturados, aún para condiciones de esfuerzo relativamente baja.

7.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES

La clasificación de los suelos colapsables varía dependiendo de la literatura consultada. Según

(ASOCIACIÒN COLOMBIANA DE INGENIERÌA SÌSMICA, 2010), se distinguen cuatro tipos

de suelos colapsables:

a. Suelos aluviales y coluviales

b. Suelos eólicos

c. Cenizas volcánicas

d. Suelos residuales

En (a) son suelos depositados por la acción de las precipitaciones y la gravedad, en (b)

depositados por la acción del viento, en (c) derivados de cenizas volcánicas depositados por

volcanes activos o recientemente extintos y por último (d) depósitos de productos de

meteorización química.



26

(URIEL, S. y SERRANO, A.A., 1974) Describe que son dos grandes grupos que albergan los

suelos colapsables:

Grupo I: Suelos en los que tiene lugar un rápido cambio de la relación entre presiones efectivas y

las deformaciones sin que se alcance la resistencia última del material. De acuerdo con esto la

causa del colapso es únicamente el cambio de las presiones efectivas. A este grupo pertenecen los

limos o arcillas cementadas y las rocas de gran porosidad. Cuando se ensaya a humedad

constante, se detecta una notable modificación de su módulo de compresibilidad al alcanzar un

cierto valor las presiones efectivas.

Grupo II: Suelos en los que, sin la presencia o cambio de las condiciones que producen el

colapso, no hay cambio abrupto en la relación presión-deformación. Tal es el caso de los loess y

algunas arcillas que contienen sulfatos. Si se ensayan a humedad constante, la relación tensión-

deformaciones es una curva suave y continua y sin agudos quiebros. La saturación produce, sin

embargo, un importante cambio volumétrico, debido probablemente a un incremento de la

presión de los poros que origina el agotamiento de la resistencia al corte del suelo.

7.4 PERFILES DE COLAPSABILIDAD Y MECANISMO DE COLAPSO

Varios investigadores han estudiado los mecanismos de colapso. El fenómeno del colapso se

relaciona principalmente con la estructura abierta del suelo. (CASAGRANDE, A., 1932) Ha

demostrado que una porción de la fracción de grano fino del suelo existe como material de unión

para las partículas de grano más grande y que estos enlaces experimentan compresión local en las

pequeñas brechas entre los granos adyacentes que resultan en el desarrollo de la fuerza. En el

contenido de humedad natural, estos suelos se comprimen ligeramente como resultado del

aumento de las presiones de sobrecarga debido a la construcción. Sin embargo, la estructura

permanece sensiblemente sin cambios. Cuando la tierra cargada se expone a la humedad y se

supera un cierto contenido crítico de humedad, los limos finos o puentes de arcilla que

proporcionan la cementación se ablandarán, debilitarán y / o disolverán hasta cierto punto.

Eventualmente, los aglutinantes alcanzan una etapa en la que ya no resisten las fuerzas de

deformación y la estructura colapsa como se muestra en la Figura 2



27

Figura 2 Estructura de un suelo a) Antes y b) Después del colapso.

Fuente: BOLETÍN DE CIENCIAS DE LA TIERRA (38), pp. 60-64. July, 2015. Medellín. ISSN 0120 - 3630

Printed, DOI: http://dx.doi.org/10.15446/rbct.n38.49026

(AITCHISON, G.D. y DONALD, I.B, 1956) Informaron que, para granos esféricos uniformes en

un empaque cúbico abierto, la presión máxima añadida debido al efecto capilar ocurre con un

contenido de humedad de aproximadamente 32%.

Para el empaquetamiento más denso de granos esféricos uniformes, la tensión máxima ocurre con

un 10% de contenido de humedad. Las investigaciones realizadas con varios suelos colapsables

mostraron que los valores pico de estrés efectivo ocurren a contenidos de humedad menores que

la saturación y por encima del 10% de contenido de agua (CLEMENCE, S.P. y FINBARR, A.O,

1981)

(HOLTZ, W.G. y HILF, J.W., 1961) Describieron el mecanismo de colapso como el resultado de

presiones capilares cercanas a cero y el grado de saturación que aumenta al 100%. (BURLAND,

J.B., 1965) Describió el mecanismo de colapso en términos de la estabilidad en los puntos de

contacto entre partículas. Debido a la humedad, la presión negativa del agua intersticial en los

puntos de contacto disminuye, causando el deslizamiento y la distorsión del grano. (DUDLEY,

J.H, 1970) Explicó que a medida que el suelo se seca por debajo del límite de contracción, el

agua restante en los puntos de contacto con los granos se pone bajo tensión. Por lo tanto, la

presión del agua en exceso se vuelve negativa y, por lo tanto, la tensión efectiva real se vuelve

más grande que la tensión total aplicada por la carga. Esto aumenta la fuerza aparente del suelo.



28

(DUDLEY, J.H, 1970) (BARDEN, 1973) y (MITCHELL, 1993) explicaron el fenómeno del

colapso en términos de los agentes cementantes en los puntos de contacto de los granos del suelo.

Identificaron cuatro condiciones necesarias para que ocurra el colapso:

1. Una tela abierta, parcialmente inestable, parcialmente saturada.

2. Una tensión total suficientemente alta para que la estructura sea metaestable.

3. Un aglutinante de arcilla lo suficientemente fuerte u otro agente cementante para estabilizar la

estructura cuando está seca.

4. La adición de agua al suelo que reduce la succión del suelo y, por lo tanto, produce el colapso.

Figura 3 Texturas potencialmente colapsables.

Fuente: http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/suelos-expansivos-colapsables/

(COLLINS, K., 1978.) explicó que un tejido abierto, que es un requisito previo para el colapso,

puede estar compuesto por: (a) contactos de grano de grano revestidos; (b) puentes o

contrafuertes de grano compuestos de arcilla o limo más posiblemente material cementoso tal

como óxido de hierro o carbonatos; y (c) agregados de arcilla. La tasa de colapso depende del

tipo de enlace y esto fue indicado por (TADEPALLI, R., RAHARDJO, H. y FREDLUND, D.G.,



29

1992.) Que informaron que el fenómeno del colapso se relaciona principalmente con la reducción

de la succión matricial durante la inundación. La tasa de colapso depende en gran medida del tipo

de enlace, así como de otros factores que influyen. (CLEMENCE, S.P. y FINBARR, A.O, 1981)

Informaron que el colapso es más inmediato en el caso en que los granos del suelo se mantienen

unidos por succión capilar, pero son lentos en el caso de la cementación química y mucho más

lentos en el caso de los contrafuertes de arcilla.

Con base en los estudios anteriores, parece que el fenómeno de colapso es complejo, que incluye

tejido, contenido inicial de humedad, densidad inicial de secado y condiciones de carga. Es

importante que estos factores se miren simultáneamente al evaluar el comportamiento de los

suelos colapsables.

7.5 MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN

7.5.1 Pruebas en Campo

Las pruebas de campo se utilizan con frecuencia para identificar suelos colapsables. Una prueba

de campo muy simple es la prueba de "salchicha" (CLEMENCE, S.P. y FINBARR, A.O, 1981)

Se extrae un bloque de suelo de aproximadamente 500 cm3 del pozo de prueba de prueba y se

divide en dos piezas, y cada una se recorta hasta que son aproximadamente iguales en volumen.

Una muestra se humedece y se moldea en las manos para formar una bola húmeda. El volumen

de esta bola se compara con el volumen de la muestra no perturbada. Si la bola mojada es

obviamente más pequeña, entonces se puede sospechar un colapso. Esta prueba es solo una guía

sobre si un suelo puede colapsar o no.

Las pruebas de carga de placas son las pruebas de campo más comunes para la evaluación de las

presiones permisibles bajo cimientos. Estas pruebas se realizan normalmente cerca de la

superficie del suelo. En esta prueba, el agua se introduce en el suelo cargado y se registra el

desplazamiento resultante debido a la humedad. Los valores de asentamiento de la placa de

soporte para la misma intensidad de carga y las mismas condiciones de suelo dependen de sus



30

dimensiones como se indica en la literatura. Se informó que los antiguos Códigos de

Construcción de la URSS (REZNIK, Y.M., 1992) especifican que la carga de prueba de campo

puede realizarse en pozos abiertos en placas circulares rígidas con áreas de 600, 2500 y 5000

cm2. Los resultados de las pruebas de placa de cojinete se muestran en forma de curva de

asentamiento de carga de placa (Figura 4) donde los ingenieros soviéticos aceptan el límite de

proporcionalidad (Ppr) en esta curva como la capacidad de soporte seguro para cimientos.

Figura 4 Diagrama que ilustra la construcción gráfica comúnmente utilizada para seleccionar un límite de

proporcionalidad usando una curva de asentamiento de la placa que soporta la carga. Po y Ppr = valores de presión

de sobrecarga y límite de proporcionalidad.

Fuente: State-of-the-Art Review of Collapsible Soils, Amer Ali Al-Rawas,

7.5.2 Pruebas de laboratorio

Las pruebas de laboratorio se utilizan para obtener estimaciones cuantitativas del potencial de

colapso, que pueden utilizarse para estimar asentamientos potenciales de estructuras. (ISMAEL,

1987) Llevaron a cabo un estudio para examinar los factores que afectan el potencial de colapso

de las arenas desérticas calcáreas en Kuwait, que incluían la densidad relativa, la presión de la

sobrecarga y el efecto de la perturbación o remodelado del suelo. Informaron las siguientes

conclusiones:

1. El potencial de colapso disminuye linealmente con la densidad relativa.

2. El potencial de colapso aumenta con la presión aplicada a un ritmo decreciente.



31

3. La alteración de los suelos produce un potencial de colapso significativamente

mayor.

Algunos investigadores han llevado a cabo la medición directa del potencial de colapso utilizando

el edómetro unidimensional o la prueba de consolidómetro, la prueba más común, de la siguiente

manera:

1. Prueba de doble edómetro (JENNINGS, J.E. y KNIGHT, K, 1957)

2. Prueba de colapso de una sola muestra (HOUSTON, S.L., HOUSTON, W.N. y

SPADOLA, D.J., 1988) y ASTM D5333

3. Prueba de punto único y múltiples muestras (NOORANY, 1992.)

7.6 SOLUCIONES INGENIERILES EN SUELOS COLAPSABLES

(ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA, 2010) Propone las siguientes

medidas preventivas en el caso de dar con un suelo colapsable:

a. Remoción del suelo colapsable

b. Restricción o minimización del humedecimiento

c. Transferencia de las cargas a suelos inertes

d. Estabilización por inyección de agentes químicos

e. Pre-humedecimiento

f. Compactación



32

Figura 5 Criterios reportados para la identificación de suelos colapsables.

Fuente: Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. DAS, 7° Edición, Tabla 13.1.

g. Vibro flotación

h. Voladuras controladas a profundidad

i. Diseño estructural tolerante

Otras bibliografías proponen varios métodos que pueden usarse para minimizar o eliminar el

colapso de un suelo en particular. La elección del método apropiado depende de la profundidad



33

del suelo colapsable, el tipo de estructura que se construirá y el costo y la practicidad del método.

Estos métodos incluyen:

1. Sustitución del suelo (ANAYEV, V.P. y VOLYANICK, N.V., 1986)

2. Pre humectación (HOUSTON, S.L., HOUSTON, W.N. y SPADOLA, D.J., 1988)

3. Humectación controlada (BALLY, R. y OLTULESCU, D., 1980)

4. Control de la humedad (MANCKENCHINIE, W.R., 1980)

5. Control de compactación (ROLLINS, K.M. y ROGERS, G.W., 1994.)

6. Estabilización química o lechada (CLEMENCE, S.P. y FINBARR, A.O, 1981) (PENGELLY,

A.D., BOEHM, D.W., RECTOR, E., y WELSH, J.P., 1997.)

7. Tratamiento térmico (BELL, F.G. y BRUYN, I.A., 1997)

Estos métodos se describen brevemente en los siguientes párrafos

7.6.1 Sustitución del suelo

Una solución simple es excavar a la profundidad requerida y eliminar el suelo colapsable. El

suelo removido se puede compactar y usar como base de suelo. Tal técnica se usa comúnmente,

especialmente cuando el suelo colapsable ocurre a poca profundidad (ANAYEV, V.P. y

VOLYANICK, N.V., 1986)El suelo reemplazado debe compactarse a una densidad de 95-100%

(Especificaciones AASHTO). (JENNINGS, J.E. y KNIGHT, K, 1957) sugirieron que el suelo

siempre debe compactarse a una humedad superior al 2% menor que la óptima.

7.6.2 Pre-humectación

La pre humectación significa inundar o mojar el suelo que se espera que colapse al saturarse

antes de que se construya la estructura, de modo que el colapso del suelo se reducirá al mínimo

una vez construida la estructura (HOUSTON, S.L., HOUSTON, W.N. y SPADOLA, D.J., 1988)

(GIBBS, H.J. and BARA, J.P., 1962) Mojar el suelo se puede lograr a través de encharcamiento o

trincheras y pozos. A pesar de que la pre-humectación es útil para canales y carreteras donde las



34

cargas inducidas son pequeñas, la pre humectación sin precarga no es suficiente para evitar el

establecimiento de cimientos en el futuro. La pre humectación hace que el suelo colapse bajo su

presión de sobrecarga existente. Por lo tanto, las cargas adicionales impuestas por la fundación no

se compensan y darán como resultado una liquidación adicional (ROLLINS, K.M. y ROGERS,

G.W., 1994.)

7.6.3 Humectación controlada

La humectación controlada es similar a la pre humectación, excepto que se realiza después de que

la estructura está en su lugar. Las cantidades de agua deben medirse aproximadamente y

agregarse en incrementos. Este método es también se usa una vez que una estructura presenta

algún daño o inclinación debido a asentamiento diferencial. El agua añadida se debe introducir de

una manera cuidadosamente controlada para corregir la inclinación (BALLY, R. y

OLTULESCU, D., 1980)

7.6.4 Control de humedad

Este método pretende evitar la entrada de agua en el suelo. Las medidas que se pueden usar para

controlar el mojado incluyen: (a) controlar el riego con agua, (b) colocar el paisaje en cajas de

macetas estancas, (c) restringir la vegetación del paisaje adyacente a la estructura, (d) colocar

pavimento o geo membranas enterradas alrededor del perímetro de las estructuras, (e) colocando

sistemas efectivos de drenaje de superficie y enterrados, (f) informando a los ocupantes de los

edificios sobre los problemas asociados con los suelos colapsables.

7.6.5 Control de compactación

Uno de los métodos más prácticos y efectivos para minimizar el colapso del suelo es mediante el

uso de compactación. La compactación se ha utilizado para suelos colapsables poco profundos y

profundos. (ROLLINS, K.M. y ROGERS, G.W., 1994.) señalaron que este método: (a)

disminuye la cantidad de suelo colapsable en la zona de estrés significativo; (b) aumenta la



35

profundidad a la que el agua debe filtrarse antes de que llegue a los materiales colapsables; y (c)

disminuye la tensión inducida a la que está sometido el suelo colapsable. Todo lo anterior mejora

las propiedades del suelo y su rendimiento de ingeniería.

En el sur de California (EE. UU.), Los depósitos de suelo plegables de 6 y hasta 10 m de

profundidad con frecuencia se eliminan y recompactan (HOUSTON, S.L., HOUSTON, W.N. y

SPADOLA, D.J., 1988). Sin embargo, se espera que el proceso de compactación sea efectivo

solo hasta unos 5 m de profundidad, con la mayor mejora en los 3 m superiores (ROLLINS, K.M.

y ROGERS, G.W., 1994.). Si se dejan caer pesos lo suficientemente grandes desde alturas

suficientemente grandes, entonces la efectividad puede extenderse algo más profunda

(PENGELLY, A.D., BOEHM, D.W., RECTOR, E., y WELSH, J.P., 1997.). La compactación se

puede lograr mediante el uso de rodillos, pilas de desplazamiento, compactación pesada

(compactación dinámica) y vibración (vibroflotación o voladura profunda). Estos métodos de

compactación se discuten brevemente de la siguiente manera.

(a) Rodillos: los rodillos se utilizan para compactar suelos con o sin agua (JONES, D.L. y

VAN ALPHEN, G.H., 1980). En este método, el suelo se elimina a la profundidad

requerida, se apila y se compacta en capas.

(b) Montones de desplazamiento: la compactación mediante pilas de desplazamiento implica

la conducción de pilas de desplazamiento (es decir, pilotes de acero o prefabricados de

hormigón) y luego retirar las pilas y rellenar los agujeros con tierra. La densificación de

los suelos circundantes puede ocurrir durante la conducción y el relleno (ABELEV, M.Y.,

1975) (BALLY, R.J. y CULITZA, C, 1987)

(c) Compactación dinámica (compactación dinámica): la compactación mediante

compactación pesada se ha utilizado para densificar los suelos colapsables al arrojar pesos

muy pesados, de hasta 30 toneladas, desde grandes alturas, hasta 40 metros, hacia el suelo

(LUTENEGGER, A.J., 1986); (ROLLINS, K.M. and KIM, J.H., 1994); (PENGELLY,

A.D., BOEHM, D.W., RECTOR, E., y WELSH, J.P., 1997). El peso al golpear la

superficie del suelo imparte su energía en el suelo, creando un efecto densificante



36

inmediatamente alrededor y una profundidad por debajo del peso. También se ha utilizado

para tratar perfiles de subrasante que consisten en materiales aluviales plegables para

proyectos de carreteras en Nuevo México (LOVELACE, A.D., BENNETT, W.T., y

LUECK, R.D., 1982) (BELL, F.G. y BRUYN, I.A., 1997) indicaron que si el loess

contiene un contenido de carbonato relativamente alto, puede ser difícil lograr los

resultados deseados con la compactación dinámica.

(d) Vibración (vibroflotación o voladura profunda) - La compactación también se ha logrado

mediante vibración mediante vibroflotación o voladura profunda. La vibroflotación

implica el lanzamiento de una sonda vibratoria en su lugar y la arena o grava se vierte

junto con la sonda a medida que se retira (LOVELACE, A.D., BENNETT, W.T., y

LUECK, R.D., 1982) La voladura profunda se usa para romper la estructura del suelo, por

lo que se densificará completamente por su propio peso (MINKOV, M., EVSTATIEV,

D., DONCHEV, P. y STEFANOFF, 1981). En ambas técnicas de vibración, el suelo ha

sido humedecido de antemano.

7.6.6 Estabilización química o lechada

La estabilización química mediante aditivos tales como silicato de sodio y cloruro de calcio se ha

intentado durante muchos años con diversos grados de éxito. El método desarrolla la cementación

dentro de la estructura del suelo y por lo tanto resiste el colapso cuando se humedece. La

penetración de soluciones químicas en la profundidad deseada es esencial para el éxito de la

operación. El método es más aplicable a los depósitos de arena fina. La ventaja de la lechada es

que puede usarse después de que una estructura ya esté en su lugar, (HOUSTON, S.L.,

HOUSTON, W.N. y SPADOLA, D.J., 1988) señalaron que la lechada proporciona mejora del

suelo por uno o más de los tres mecanismos siguientes:

(i) Si la viscosidad de la lechada es lo suficientemente baja y la permeabilidad del suelo es lo

suficientemente alta, la lechada simplemente penetra en el suelo y lo fortalece y endurece en gran

medida.



37

(ii) Si la viscosidad de la lechada es alta y la permeabilidad del suelo es baja, la lámpara de

lechada comprime y densifica el suelo circundante. Este proceso se llama inyección de

compactación.

(iii) El tercer mecanismo se puede llamar refuerzo del suelo. Si se coloca suficiente lechada en el

suelo en suficientes ubicaciones y profundidades, entonces las zonas de lechada rígida tenderán a

soportar la sobrecarga y las cargas estructurales, mientras que las zonas sueltas se descargarán en

cierta medida.

La estabilización de silicatos generalmente es costosa. Sin embargo, se ha utilizado con éxito en

los Estados Unidos y otros países (PENGELLY, A.D., BOEHM, D.W., RECTOR, E., y WELSH,

J.P., 1997.). La inyección de solución de silicato de sodio se ha utilizado ampliamente en la

antigua Unión Soviética y Bulgaria. Las pruebas de campo y de laboratorio realizadas en la

antigua Unión Soviética indicaron que la pre-humectación con una solución de silicato de sodio

al 2% puede disminuir significativamente la compresibilidad y aumentar la resistencia de los

depósitos de loessial colapsables (SOKOLOVSKI, V.E. y SEMKIN, V.V., 1984). Este método se

utiliza para suelos colapsables secos y húmedos que se espera que disminuyan bajo el peso

adicional de la estructura que se construirá. Este método consta de tres pasos:

(i) Inyección de dióxido de carbono para la eliminación de cualquier agua presente y la activación

preliminar del suelo.

(ii) Inyección de lechada de silicato de sodio.

(iii) Inyección de dióxido de carbono para neutralizar el álcali.

Las pruebas de campo en suelos arenosos de tipo no carbonado tratados previamente con dióxido

de carbono han mostrado un aumento de la fuerza de 20-25% (CLEMENCE, S.P. y FINBARR,

A.O., 1981). La inyección de amoníaco solo en suelos húmedos se ha utilizado. Sin embargo, la

efectividad del amoníaco es mucho menor que la de los silicatos de sodio. Además, el amoníaco

también es peligroso de usar. El uso de cemento para reducir el potencial de colapso se intentó

con éxito, (ISMAEL, 1987) mostraron que el uso de cemento como aditivo en pequeñas

cantidades del 5% dio como resultado una disminución significativa del potencial de colapso que

no excedió el 0,5%. Las emulsiones de cal y bitumen se han utilizado para estabilizar los suelos



38

de loess, particularmente en relación con la construcción de carreteras (BELL, F.G., 1993). El

ácido fosfórico se ha utilizado en Nueva Zelanda para estabilizar el loess del suelo (EVANS,

G.L. y BELL, D.H., 1981).

7.6.7 Tratamiento térmico

(BELL, F.G. y BRUYN, I.A., 1997) informaron sobre el uso del tratamiento térmico del loess en

el sudeste de Europa y Rusia mediante la quema de gas y fuel oil en pozos presurizados. Las

perforaciones están muy cercadas y las temperaturas se generan hasta 1000 ° C, produciendo una

columna de suelo estabilizado con un diámetro de 1.5 - 2 m.

7.7 EVALUACIÓN DE LOS MÉTODOS DE TRATAMIENTO

Estudios comparativos sobre la efectividad y economía de varios métodos de tratamiento fueron

reportados en la literatura. Por ejemplo, (ROLLINS, K.M. y ROGERS, G.W., 1994.) llevaron a

cabo un estudio comparativo en un sitio ubicado en Nephi, Utah (EE. UU.) Para evaluar el costo

y la efectividad de diversos métodos de tratamiento bajo condiciones de campo usando seis

pruebas a gran escala en pies cuadrados de 1,5 m. Los métodos de tratamiento incluyeron: (1)

pre-humectación con agua; (2) pre humectación con una solución de silicato de sodio al 2%; y (3)

excavación parcial y reemplazo con relleno granular compactado; (4) compactación dinámica en

suelo seco; y (5) compactación dinámica en suelo pre-humedecido. La mejora del suelo se evaluó

usando pruebas de doble edómetro en muestras no alteradas junto con pruebas de penetración de

conos y pruebas de presímetro. El perfil del suelo generalmente estaba compuesto de limo

arcilloso arenoso (CL-ML). El contenido de agua natural generalmente estaba entre 7% y 10%,

mientras que el límite líquido era aproximadamente 22% y el índice de plasticidad era

aproximadamente 5%. La distribución del tamaño de grano del suelo consistía típicamente en un

30% de arena, un 60% de limo y un 10% de arcilla. En la Tabla 5 se resume el asentamiento

predicho por la prueba del edómetro y el asentamiento medido para varios métodos. Se encontró

que los métodos de silicato de sodio y compactación dinámica fueron los métodos más efectivos

para reducir la sedimentación de suelos colapsables de más de 250 mm a menos de 25 mm (Tabla



39

1 Comparación de la solución de colapso predicho y medido para varios métodos de tratamiento

(Después Rollins y Rogers 1994).). Pero eran más caros que los otros métodos.

Prueba Método de tratamiento

Colapso predicho Asentamiento después de la

carga

Asentamiento medido después de cargar

Antes del

tratamiento (Mm)

Después

del

tratamiento (Mm)

Colapso

(Mm)

Arrastrarse

(Mm)

1 Sin tratamiento 267 N / A 282 12

2 De mojar con agua 270 300 243 12

3 Prehumectación con silicato de sodio 270 32 27 9

4 excavación y sustitución parcial con relleno

267 183 114 9

5 La compactación dinámica en humedad

natural 254

31a 125 ter

3 14

6 La compactación dinámica después de humectación previa

396 15 11 18

Tabla 1 Comparación de la solución de colapso predicho y medido para varios métodos de tratamiento (Después

Rollins y Rogers 1994).

(ROLLINS, K.M. y ROGERS, G.W., 1994.) también presentaron la Tabla 2, que da las ventajas

y limitaciones de varios métodos de tratamiento.

Resultados similares sobre el éxito de la utilización de la compactación fueron reportados por

(SOUZA, A., CINTRA, J.C.A.y VILAR, O.M., 1995) quienes mostraron que la compactación

puede reducir asentamiento colapso de alrededor del 87% y aumentar la carga admisible de 110%

basado en sus pruebas de carga de placas de campo en Brasil. Cabe señalar que más de un

método puede ser usado en una situación particular, como la humectación previa y la

compactación.



40

Tabla 2 Comparación de las ventajas y limitaciones de varios métodos de tratamiento (Después Rollins y Rogers

1994).

Ventajas limitaciones

(A) Prehumectación con agua

Bajo costo

Facilidad de aplicación

Asentamiento excesivo sin precarga sobre

excavación

El fracaso para densificar capas superficiales

asentamiento diferencial probable

(B) Prehumectación con silicato de sodio

Reducción dramática en el Desarrollo de solución de

colapso de la Reducción de cementación permanente

en la conductividad hidráulica significativo en la

solución de fluencia

Potencial para su uso como una medida correctiva

mayor costo ($ 8- $ 12 / cu yd) base de la

experiencia limitada

profundidad de tratamiento limitada a menos

de 2 m

(C) La excavación parcial y reemplazo con relleno

Costo relativamente bajo ($ 4- $ 8 / cu yd) Facilidad

de aplicación

Amplia experiencia contratista con el método de

Reducción de la tensión inducida en colapsable

asentamiento mínima del suelo para los pequeños

volúmenes de agua

Minimización de los asentamientos diferenciales

Tratamiento de las zonas de superficie sólo

asentamiento excesivo después de la

humectación de las zonas profundas.

(D) Compactación dinámica en humedad natural

Reducción dramática en Disminución de solución de

colapso en la mejora de la conductividad hidráulica a

profundidades significativas (> 5 m)

Mayor costo ($ 8- $ 10 / cu yd)

Potencial de daño debido a las vibraciones

no uniformidad de tratamiento

Contratista menos experiencia con el

método

(E) La compactación dinámica después de humectación previa

Disminución significativa en la solución de colapso

Aumento de la eficiencia de compactación antes de

la reducción de licuefacción en el nivel de

vibraciones

Una mayor uniformidad de la disminución de

densificación en la mejora de la conductividad

hidráulica a profundidades significativas (> 5 m)

Mayor costo ($ 9- $ 11 / cu yd)

Aumento de fluencia (a largo plazo)

Potencial de liquidación para licuefacción

cuando el contenido de agua es alto

Difícil la retirada de peso después de tiempo

de caída de secado después del tratamiento

puede ser excesiva

Contratista menos experiencia con el

método Difícil de medir la mejora



41

7.8 ENSAYOS E INSTRUMENTACIÓN

7.8.1 Prueba de colapso edómetro individual:

El espécimen inalteradas suelo en contenido de humedad natural cargado en la edómetro

convencional a un nivel de estrés que oscila entre 200 y 400 KPa y luego inundación por agua

destilada se aplica para inducir el colapso, después de 24 horas, la prueba edómetros se lleva a

cabo mediante el aumento de la carga a su de carga máxima. Figura 6: Diagrama esquemático del

ensayo de colapso edómetro individual.

Figura 6 Diagrama esquemático del ensayo de colapso edómetro individual.

Fuente: La evaluación del potencial colapso de rellenos durante la inundación mediante pruebas de placa de carga

https://es.scribd.com/document/352113689/Suelos-Colapsables

7.8.2 Prueba de caída de Doble edómetro:

(JENNINGS, J.E. y KNIGHT, K, 1957) propusieron un método para el cálculo de liquidación de

colapso de como suelo para fines de diseño utilizando los resultados de un doble edómetros. Dos

muestras idénticas se colocan en edómetros, una prueba en el contenido de humedad natural en el

sitio y la otra está completamente saturada antes de que comience la prueba, y luego se somete a

una carga idéntica. Dos tensiones frente a las curvas de deformación se generan. La diferencia



42

entre las curvas de compresión es la cantidad de deformación que se produciría en cualquier

estrés nivel en el que se saturan el suelo.

Figura 7 Diagrama esquemático del ensayo de doble edómetros.

Fuente: La evaluación del potencial colapso de rellenos durante la inundación mediante pruebas de placa de carga


Tabla 3 Relación del potencial de colapso para la severidad de problemas de cimentación. Fuente: Fundamentos de

Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. DAS, 7° Edición, Tabla 13.1.

7.8.3 Prueba de carga placa Campo

Las pruebas de carga de placas son las pruebas de campo más comunes para la evaluación de las

presiones permisibles bajo los cimientos. Estas pruebas se llevan a cabo normalmente cerca de la

superficie del suelo. En esta prueba, el agua se introduce en el suelo cargado y el desplazamiento

resultante debido a la humectación se registra. Figura 8



43

Figura 8 Diagrama de la curva de carga que ilustra asentamiento placa intensidad-cojinete. Fuente: La evaluación del potencial colapso de rellenos durante la inundación mediante pruebas de placa de carga




44

8 REGISTROS DE SUELOS COLAPSABLES EN COLOMBIA

Los suelos colapsables están ampliamente distribuidos en la mayoría de las partes del mundo (por

ejemplo, los Estados Unidos de América, Brasil, Egipto, Kuwait, Sudáfrica y China),

particularmente en las regiones áridas y semiáridas. Estos suelos representan una amenaza

potencial para las estructuras construidas sobre ellos cuando están mojados.

De acuerdo con las características anteriormente mencionadas, los suelos colombianos parecen

tener una estrecha relación con las que definen un suelo colapsable. La bibliografía existente en

el país con respecto a la existencia y/o estudio de suelos colapsables es bastante escasa, sin

embargo, a continuación, se mencionan algunos de los trabajos que tienen relación con este tema

tan interesante.

8.1 REVISIÓN TEÓRICA DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO EN

LAS DUNITAS DE MEDELLÍN3

Por: Óscar Egidio Rodríguez, Eileen Carolina Salgado, Adriana María Gallo, Eduardo Danilo

Vanegas.

“En el siguiente artículo se hace referencia a la primera etapa de una investigación que está

enmarcada por una revisión bibliográfica y teórica de todos los criterios, métodos y ensayos que

se han utilizado a través del tiempo para determinar el grado de colapsabilidad de los suelos y,

posteriormente, se realizará una segunda etapa que consistirá en la aplicación de una serie de

ensayos de laboratorio para obtener las conclusiones pertinentes que nos permita identificar el

grado de colapso del suelo. Esta investigación se lleva a cabo en la ciudad de Medellín,

principalmente en la zona oriental donde se encuentra ubicada la dunita. La idea surgió por una

serie de eventos que se han venido presentado en este sector, a lo largo de los años, donde han

3 Ó. E. RODRÍGUEZ, E. C. SALGADO, A. M. GALLO Y E. D. VANEGAS, “Revisión teórica de evaluación del

potencial de colapso en las dunitas de Medellín”. Ingeniería Solidaria, vol. 10, n.° 17, pp. 193-197, en.-dic., 2014.

doi: http://dx.doi.org/10.16925/in.v10i17.882



45

sido afectadas algunas vías principales como son la autopista Medellín-Bogotá, que comunica a

Medellín con la capital de Colombia, la vía Las Palmas que comunica a Medellín con el

aeropuerto internacional José María Córdoba” (Ó. E. RODRÍGUEZ, E. C. SALGADO, A. M.

GALLO Y E. D. VANEGAS, 2014)

La conclusión de este trabajo es:

“Es importante resaltar que todos estos criterios son pertinentes y eficaces para determinar el

grado de colapsabilidad de la dunita de Medellín, teniendo presente todos los requisitos o

normas a la hora de tomar las muestras en sitio y realizar los ensayos de laboratorio” (Ó. E.

RODRÍGUEZ, E. C. SALGADO, A. M. GALLO Y E. D. VANEGAS, 2014)

8.2 EVALUACIÓN POR DIFERENTES MÉTODOS DEL POTENCIAL DE COLAPSO

DE ALGUNOS SUELOS RESIDUALES EN LOS VALLES DE ABURRÁ Y SAN

NICOLÁS4

Por Yamile Valencia-González, Jorge Andrés Yepes-García & Oscar Echeverri-Ramírez

“Se evaluó por diferentes métodos el potencial de colapso en diez muestras de suelos residuales

tropicales provenientes de cinco puntos diferentes de los valles de Aburrá y San Nicolás, y se

compararon los resultados con el índice de colapso obtenido a partir del ensayo de doble

edómetro, logrando establecer cuál de los procedimientos se acerca más a los resultados del

ensayo tradicional y de esta manera obtener una aproximación al potencial de colapso a partir

de metodologías de fácil ejecución con ahorros significativos en tiempos de ensayo y costos

asociados, sin pérdida de confiabilidad en la evaluación” (Y, GONZÁLEZ, J. Y. GARCIA, O.

E. RAMIREZ, 2015)

4 Y, GONZÁLEZ, J. Y. GARCIA, O. E. RAMIREZ, “ Evaluación por diferentes métodos del potencial de colapso

de algunos suelos residuales en los Valles de Aburrá y San Nicolás”, Boletin de Ciencias de la Tierra,pp. 60-64,

2015, ISSN 0120-3630.



46

Las conclusiones de este trabajo son:

- “Es importante entonces determinar el potencial de colapso para esos suelos residuales

tropicales, para lo cual la literatura provee diversos métodos cualitativos, los cuales

fueron evaluados en diez muestras de suelos de la región, y se compararon con los

resultados obtenidos mediante el ensayo de doble edómetro, encontrando que los métodos

de Priklonski (1952), Feda (1964), Handy (1973) y el Código de Obras de la URSS

(1962) no son adecuados para estimar el potencial de colapso de los suelos de los Valles

de Aburrá y San Nicolás; en contraste, y a pesar de haber sido formulado para suelos en

otras latitudes, el método propuesto por Denisov (1951) ofrece una caracterización del

potencial de colapso muy cercana al índice de colapso. Sin embargo, se propuso un

ajuste a los intervalos y los criterios originales, logrando así resultados más coherentes

entre el método y el ensayo de doble edómetro.” (Y, GONZÁLEZ, J. Y. GARCIA, O. E.

RAMIREZ, 2015)

- “Se propone entonces usar el método de Denisov con los ajustes realizados, como una

primera aproximación para determinar el potencial de colapso de los suelos residuales

tropicales presentes en los valles de Aburrá y San Nicolás. No obstante se hace hincapié

en que dicha aproximación no reemplaza la ejecución del ensayo duplo de doble

edómetro.” (Y, GONZÁLEZ, J. Y. GARCIA, O. E. RAMIREZ, 2015)

8.3 MEJORAMIENTO DEL SUELO COHESIVO POR MEDIO DE LA

COMPACTACIÓN DINÁMICA5

Por Jaime Mauricio Soto Andrade

El presente trabajo de grado pretende determinar el mejoramiento de las propiedades mecánicas

y dinámicas de un suelo cohesivo ubicado en la ciudad de Bogotá (Km 6.5 vía Bogotá –

Medellín) por medio de la técnica de la compactación dinámica.

5 SOTO A, J,M. “Mejoramiento del suelo cohesivo por medio de la compactación dinámica”, Trabajo de Maestría,

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, Bogotá D.C, 2014, pp 25-26.



47

El mejoramiento del suelo cohesivo por medio de la compactación dinámica se comprueba

comparando los resultados obtenidos de sondeos, ensayos de laboratorio y ensayos geofísicos

tipo REMI antes y después de la densificación del suelo. (SOTO A, J,M., 2014)

En este trabajo de grado se indica que uno de los tipos de suelos donde la compactación dinámica

ha sido aplicada con éxito, resulta ser en suelos colapsables, incluso, hace mención a un caso

histórico donde a través de la compactación dinámica se logró bajar el índice de colapso del suelo

y adicional estabilizarlo:

5.3. BIOFILM S.A. 2003

Proyecto y Supervisión de compactación dinámica en Tampico Méjico. Los suelos eran

colapsables y de baja densidad. Después de compactación dinámica, se cimentaron estructuras y

maquinaria hasta fatigas de 30 ton/m2. Se usaron dos grúas con dos pesas de 10 toneladas para

compactar en corto tiempo 32000 m2. 6

6 SOTO A, J,M. “Mejoramiento del suelo cohesivo por medio de la compactación dinámica”, Trabajo de Maestría,

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, Bogotá D.C, 2014, pp 25-26.



48

9 DISEÑO METODOLÓGICO

Dado el objetivo propuesto para este trabajo de grado se estudió el suelo de excavación, utilizado

para la construcción de terraplenes en el proyecto Transversal del Bosque Tramo II, ubicado en

Floridablanca, para tal fin se llevaron a cabo ensayos de caracterización, con los cuales se

evaluaron algunos criterios basados en las propiedades índice del material, adicionalmente, se

llevó a cabo el ensayo de medida del potencial de colapso del mismo, para definir si los daños y

hundimientos generados en la calzada del proyecto fueron ocasionados por la presencia de suelos

colapsables.

Adicionalmente, se llevó a cabo la experimentación con algunos métodos, aceptados

geotécnicamente, para el mejoramiento de este tipo de suelos colapsables, esto, mediante la

elaboración de ensayos de laboratorio como clasificación, capacidad de soporte de california

(CBR) y medida del potencial de colapso, con el objetivo de medir y comparar los efectos de

cada uno de los métodos evacuados.

9.1.1 LOCALIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO

El proyecto vial de la Transversal del Bosque Tramo 2, se localiza en el municipio de

Floridablanca, departamento de Santander, entre las coordenadas 7°04’00” Norte y 73°07’14”

Oeste. La Transversal del Bosque Tramo 2 dará continuidad de la comunicación entre la autopista

Bucaramanga - Floridablanca con el anillo vial Floridablanca - Girón.

La Transversal del Bosque pasa por la urbanización Mediterráneo, el centro comercial Carrefour,

el centro médico de La Foscal, la UNAB, la urbanización Club House, por terrenos de la

hacienda Ginebra de Floridablanca y por el costado occidental del Club Campestre, hasta llegar al

anillo vial que comunica con Girón. El Tramo 2 de la Transversal del Bosque se asienta

principalmente sobre los terrenos de la hacienda Ginebra del Municipio de Floridablanca, donde

se proyecta un futuro desarrollo urbanístico.



49

Fuente base de IGAC

Figura 9 Localización del Proyecto.

Fuente: Estudios y diseños de la transversal del bosque tramo 2-Estudio de suelos para diseño de

fundaciones y estabilidad de taludes-Informe Final AMB-117-2012-SFET-IF-2

Fuente base de Google Earth

Figura 10 Vista general del sitio del proyecto.





50


Figura 11 Sitio del Proyecto.



Con el objetivo propuesto se estudió el suelo de excavación utilizado para la construcción de

terraplenes en el proyecto Transversal del Bosque Tramo II, ubicado en Floridablanca, para tal

fin se llevaron a cabo ensayos de caracterización con los cuales se evaluaron algunos criterios

basados en las propiedades índice del material, adicionalmente, se llevó a cabo el ensayo de

medida del potencial de colapso

Mediante la aplicación de tres métodos experimentales, los cuales consistieron 1) El

mejoramiento de las propiedades físicas del suelo mediante la mezcla con un material más

competente, mejoramiento de los contactos cohesivos del material mediante la inclusión de un

porcentaje de cal, y finalmente, el pre-hundimiento del material existente y su compactación

obteniendo la humedad optima desde la rama húmeda del ensayo de Proctor.



51

9.2 ETAPAS CONSTRUCTIVAS DEL PROYECTO

La construcción del proyecto transversal del Bosque Tramo II, está constituido por 4 etapas, sin

embargo, en la actualidad la etapa ya finalizada, corresponde a nuestra zona de estudio. A

continuación, se describe la primera etapa:

9.2.1 Etapa Constructiva I

La Transversal del Bosque Tramo 2 conecta la Transversal del Bosque Tramo 1 con el Anillo

Vial a nivel, mediante carriles de aceleración y desaceleración. Este corredor cuenta con una

doble calzada de dos carriles por sentido de 3.5m cada carril, y además, tiene un retorno doble en

el inicio del tramo.


Figura 12 Etapa I Transversal del Bosque.

Fuente: Estudios y diseños de la transversal del bosque tramo 2-Estudio de suelos para diseño de fundaciones

y estabilidad de taludes-Informe Final AMB-117-2012-SFET-IF-2



52

9.3 GEOLOGÍA

La presente caracterización tomo como base a nivel regional el Boletín Geológico del

Cuadrángulo H-12 Bucaramanga y el Estudio de Zonificación Sismo – Geotécnica Indicativa de

Bucaramanga; a nivel local, se fundamentó en las observaciones de campo realizadas en el mes

de octubre del presente año sobre el trazado del corredor y sitio de ponteadero propuesto. En la

Figura 13 se presenta la cartografía geológica del área de estudio.

Qal1 Terrazas Bajas

CUATERNARIO

Qfe Flujo de escombros

Qb Formación Bucaramanga

Qblr Miembro Limos Rojos

Qbg Miembro Gravoso

Qbf Miembro Finos

Qbo Miembro Órganos

Fuente: Mapa Geológico Estudio de Zonificación Sismogeotécnica Indicativa de Bucaramanga

Figura 13 Geología general del Área de Estudio

Fuente: Estudios y diseños de la transversal del bosque tramo 2-Estudio de suelos para diseño de fundaciones y

estabilidad de taludes-Informe Final AMB-117-2012-SFET-IF-2

Qfe

Jg

Qal1

Qfe

Qbf

Qbg

Qbo



53

9.4 ESTRATIGRAFÍA

Se presenta a continuación la descripción de las unidades estratigráficas de las unidades

estratigráficas relacionadas con la zona del proyecto:

9.4.1 Depósitos de flujos de Escombros (Qfe):

Son depósitos de piedemonte de origen aluvio torrencial y aluvio gravitacional, provenientes

principalmente de la denudación de los materiales alterados que componen el Macizo de

Santander, los cuales son transportados a lo largo de los cauces de corrientes de agua que nacen

en éste. De acuerdo con las características granulométricas, geométricas y composicionales, estos

depósitos provienen de flujos torrenciales de detritos y, en parte, flujos de escombros.

Se presentan sobre el piedemonte oriental del Área Metropolitana, entre el casco urbano de

Floridablanca y Piedecuesta, donde se reconocen materiales cuyo depósito, forma abanicos y

conos de deyección coalescentes con pendiente de 1° a 3,5° y superficie suavemente ondulada,

con drenaje paralelo a subparalelo. Se destaca los depósitos paralelos a los cauces del Río Frío y

la Quebrada Aranzoque entre la Autopista Floridablanca – Bucaramanga y la PTAR aledaños a

la zona de estudio.

Están constituidos esencialmente por fragmentos de rocas ígneas y metamórficas del macizo,

tamaño grava y bloque, principalmente neises y granodiorita, esporádicamente anfibolitas y

esquistos, en matriz areno-arcillosa. Estos depósitos sedimentarios se han venido acumulando

mediante repetidos episodios de descargas torrenciales, probablemente violentas, por lo que los

espesores y sus proporciones granulométricas y volumétricas son muy variados. Se pueden

encontrar eventos clasto soportado, con predominio de bloques y gravas, como también matriz

soportados (Fotografía 1), con predominio de arena; el tamaño máximo de estos bloques puede

sobrepasar 1 m de diámetro.



54

Fotografía 1 Talud de aproximadamente 7 m de alto sobre depósitos de Flujos de Escombros (Qfe) sobre el sector del

Anillo Vial frente a las instalaciones de TV Cable.



La matriz intersticial es de arena media a gruesa en alrededor de un 80 a 30% (aproximadamente

un 20 a 50 % de finos limo-arcillosos), principalmente cuarzo, feldespatos y partículas de rocas

moderadamente meteorizados, moscovita en laminillas y algunos máficos; los depósitos

presentan coloración blancuzca, rojiza y ocre, dependiendo del grado de oxidación y baja

humedad.

En general los materiales que conforman los depósitos de flujos de escombros se encuentran en

condición medianamente suelta. De acuerdo con lo observado en el área de estudio, éstos

depósitos descansan, sobre la Formación Girón y/o sobre niveles gravosos del Miembro

Órganos; su espesor medio se estima en alrededor de 10 a 15 m, infrayaciendo niveles de

terrazas aluviales bajas.

9.4.2 Depósitos Aluviales de Terrazas Bajas (Qal1):

En la zona de estudio esta unidad se presenta al este en el sector del Barrio Molinos Bajos sobre

zonas planas aledañas a la Quebrada Zapamanga. Estos depósitos corresponden a los niveles

máximos de inundación alcanzados por las crecientes extraordinarias subactuales. Fotografía 7.

Los cortes de terraza, de profundidad inferior a 6 metros, muestran cantos y bloques de tamaño



55

métrico subredondeados a subangulares ígneo-metamórficos y sedimentarios de la Formación

Girón.

Fotografía 2 Morfología de Depósitos aluviales de terrazas bajas (Qal1) aledaños al sitio de ponteadero sobre la

margen derecha de Río Frío.



Sobre el corredor del proyecto esta unidad aflora sobre la margen derecha de Río Frío

constituyendo el nivel de subrasante del terraplén de aproximación del Puente sobre el mismo río,

específicamente entre las abscisas K1+500 a k2+100 de la calzada derecha de la vía,

constituyendo superficialmente niveles arenolimosos de hasta 3 m de profundidad no plásticos

con contenidos de gravas menor al 10%, infrayacidos por niveles gravosos presentando espesores

totales menores de 6 m.

9.5 IDENTIFICACIÓN DE FALLOS EN EL PROYECTO

Posteriormente al recibo de los trabajos en el proyecto de construcción del tramo 2 de la

transversal del bosque, se reportaron algunos daños sobre la infraestructura vial recibida, entre los

cuales destacaron cuatro zonas, en las cuales se presentaron hundimientos o asentamientos que

afectaban en algunas ocasiones ambas calzadas y e separador del proyecto, estas zonas estaban

ubicadas en los sectores de terraplén del proyecto como se puede apreciar la Figura 14.



56

Figura 14 – Ubicación de Hundimientos, proyecto transversal del Bosque Tramo II.

Fuente: Elaboración propia-

Dichos daños se generaron en los sectores donde se realizaron los terraplenes con el material de

compensación de las excavaciones llevadas a cabo en el proyecto, a continuación, se presenta en

las fotografías 3, 4 y 5, los daños más relevantes.

Fotografía 3. Hundimiento transversal a la vía que afecta la calzada y el separador.

Fuente: Registro fotográfico aportado por la entidad Interventora del proyecto, DIN S.A.



57

Fotografía 4. Hundimiento transversal de la calzada. Fuente: Registro fotográfico aportado por la entidad Interventora del proyecto, DIN S.A.

Fotografía 5. Hundimiento transversal que afecta la calzada completa y parte del separador. Fuente: Registro fotográfico aportado por la entidad Interventora del proyecto, DIN S.A.



58

Durante la evaluación geotécnica de los daños presentados en el proyecto, se dividió en tres

zonas de análisis de la siguiente manera, adicionalmente se presentaron los siguientes daños que

se enlistan dentro de cada una de ellas:

Zona geotécnica I: comprendida entre las abscisas K1+050 al K1+500 en el costado

oriental y en el costado occidental entre las abscisas K1+390 al K1+870; cuya

característica geométrica presenta sección transversal en corte, tipo cajón, con cortes

de alturas variables de hasta 4 metros.

o Hundimiento en el K1+650 Occidental y K1+310 Oriental

o Hundimiento en el K1685 Occidental

Zona geotécnica II: comprendida entre las abscisas K1+500 al K1+830 en el costado

oriental y en el costado occidental del K1+870 al K2+210; cuya característica

geométrica presenta una sección en terraplén, en forma trapezoidal, con alturas hasta

de 10 metros.

o Hundimiento en el K1+925 Occidental y K1+550 Oriental.

o Hundimiento K1+650 Oriental

o Hundimiento en los andenes K2+100 al K2+140 Occidental

o Hundimiento en anden y calzada K2+190 Occidental

Zona geotécnica III, comprende del K1+810 al K2+210 en el costado oriental y en el

costado occidental abarca del K2+000 al K2+400; cuya característica geométrica

presenta una sección transversal de corte, tipo cajón, con corte que alcanzan alturas

hasta de 12 metros.

o Hundimiento en el K2+240 Occidental y K1+860 Oriental

o Hundimiento de Anden K2+230 al K2+310



59

Como se puede apreciar los daños presentados en el proyecto transversal del Bosque, en su gran

mayoría se presentan debido a hundimientos en las calzadas, que afectan tanto la estructura de

pavimento como el separador intermedio, razón por la cual se sospecha que la causa de los daños

se encuentra en el material de excavación usado para la construcción de los terraplenes y rellenos.

Dadas las características de los fallos en su mayoría son asentamientos o hundimientos de la

calzada, se puede intuir que esto se debe a una pérdida brusca de volumen del suelo de relleno,

dado que el tipo de suelo utilizado para la compensación de excavación se pueden clasificar como

arenas finas limo arcillosas pobremente gradadas, suelos que se conocen por sus características

altamente erodables, se presume que este suelo es potencialmente metaestable, del tipo

colapsable.

Los suelos colapsables, tienen la característica que sus partículas se encuentran unidas entre si

por fuerzas o materiales cementantes que son susceptibles, toda vez que unos u otros pueden ser

anulados o disminuidos, con el aumento de la humedad del suelo, y cuando este soporte es

eliminado o disminuido, las partículas del suelo se deslizan y reacomodan por una perdida en la

resistencia al corte del mismo, cuando la estructura del suelo es macroporosa esta reacomodación

de granos se manifiesta en un cambio brusco del volumen.

El proyecto de construcción de la Transversal del Bosque Tramo II, carece de zanjas de

coronación en las crestas de los taludes, de revegetalización de las caras de los taludes, drenes

horizontales en los taludes, estructuras de conducción de aguas lluvias, filtros laterales en ambos

lados de las secciones en corte y en el separador blando, lo cual pudo haber facilitado con

rapidez, que el agua llegara al material de excavación compactado para los terraplenes y rellenos.



60

9.6 CRITERIOS DE IDENTIFICACIÓN DE SUELOS COLAPSABLES

Los criterios basados en las propiedades índice del material fueron en su mayoría los expuestos

en la tabla 11.1 del libro (DAS, 1998), los cuales se exponen a continuación:

9.6.1 Denisov (1951)

Propone un coeficiente de hundimiento que se define como la relación entre la relación de vacíos

en el límite líquido y la relación de vacíos del suelo en estado natural.

𝐾 =

𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (1)

De dicha relación se clasifica si el suelo es colapsable o no colapsable, de acuerdo con los

siguientes intervalos:

𝐾 = 0.5 − 0.75 − 𝑀𝑢𝑦 𝐶𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾 = 1.00 − 𝑙𝑖𝑚𝑜𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠𝑜 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾 = 1.00 − 2.00 − 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜𝑠 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠

9.6.2 Cleverger (1958)

Este criterio clasifica la colapsabilidad del suelo con base en el peso específico seco que tiene el

suelo en estado natural, entonces, si el peso específico seco es menor de 12.6 kN/m3 el

asentamiento será grande; si el peso específico seco es mayor de 14.1 kN/m3 el asentamiento será

pequeño.

9.6.3 Priklonski (1952)

Propone un coeficiente de hundimiento que se define como una correlación con la humedad del

suelo, su límite plástico y su índice de plasticidad en estado natural.



61

𝐾𝑃 =

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 − 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜

𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (2)

Se clasifica la colapsabilidad del suelo con base en los siguientes intervalos.

𝐾𝑃 < 0 − 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑚𝑢𝑦 𝐶𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾𝑃 > 0.5 − 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾𝑃 > 1.0 − 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑣𝑜

9.6.4 Gibbs (1961)

Propone una razón de colapso, y su evaluación mediante graficas

𝐾 =

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 (3)

El suelo se considera colapsable siempre que el contenido de humedad en saturación sea mayor al

límite líquido, lo que se traduce que el factor K > 1.

9.6.5 Soviet Building Code (1962)

Proponen una correlación con las relaciones de vacíos del suelo, tanto en estado natural como en

estado de humedad del límite líquido.

𝐿 =ℯ𝑜 − ℯ𝐿

1 − ℯ𝑜 (4)

Donde:

ℯ𝑜 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙.

ℯ𝐿 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜.

Para un grado de saturación menor a 60%, si L>-0.1, se trata de un suelo colapsable.



62

9.6.6 Feda (1964)

𝐾𝐿 =

𝑤𝑜

𝑆𝑟−

𝐿𝑃

𝐼𝑃 (5)

Donde:

𝑤𝑜 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙

𝑆𝑟 = 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟

𝐿𝑃 = 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜

𝐼𝑃 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑

Para un grado de saturación menor a 100%, si 𝐾𝐿 > 0.85, se trata de un suelo asentable.

9.7 MATERIALES

9.7.1 Suelo de excavación

Para obtener el espécimen indicado de suelo que fue utilizado en esta investigación se desarrolló

una identificación varios sectores de excavación del proyecto, y por medio de un procedimiento

visual y manual de acuerdo a lo indicado en la norma INVIAS INV. E -102-13, después se

extrajo una muestra, con mayor probabilidad de pertenecer al suelo utilizado durante la etapa de

obra, para su utilización en la construcción de los terraplenes, en el municipio de Bucaramanga,

Santander, durante la ejecución de la construcción de la Transversal del Bosque Tramo II.

Se extrajeron muestras alteradas, extraídas manualmente y almacenadas en bolsas de plástico,

con el objetivo de conservar las condiciones de humedad natural de las muestras, se recogieron

aproximadamente 250 kg de muestra y se llevaron al laboratorio para iniciar con los ensayos

necesarios.



63

9.7.2 Material de afirmado

Se obtuvo un material granular que cumpliera la especificación INV-311, como un afirmado A-

25, material que está calificado para ser usado en terraplenes viales y como material de

mejoramiento, este material se solicitó obtuvo de una obra vial en Bogotá, donde estaba siento

utilizado como material de mejoramiento de subrasante.

A este se le realizó un proceso de muestreo sobre un lote de seis metros cúbicos, para obtener la

muestra objetivo que será mezclada con el suelo de excavación del proyecto Transversal del

Bosque en la proporción 85%-15%, encontrada mediante el proceso de mejoramiento mecánico

expuesto por el Ing. Alfonso Montejo Fonseca e su libro “Ingeniería de Pavimentos, 3 edición”.

9.7.3 Cal

La muestra de cal que se utilizó para la realización de las pruebas fue comprada por kilos, la cal

que se utilizó es cal viva (CaO), que es la cal que mejor comportamiento tiene para la

estabilización de suelos cohesivos, la cal viva se produce de la transformación química del

carbonato de calcio (piedra caliza – CaCO3) en óxido de calcio.

Se revisó la bibliografía disponible, y basados en los resultados encontrados, se optó por revisar

el impacto sobre el índice de colapso del suelo estudiado, al ser mezclado en concentraciones del

5% y el 7%, valores que se encuentran dentro del rango normal para llevar a cabo estabilización

de suelos con adición de cal.



64

9.8 ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA

9.8.1 Granulometría

Se realizó la obtención de la curva granulométrica de los materiales utilizados mediante el

método de tamizado para partículas mayores al tamaño del tamiz 200 (0.075 mm) e hidrómetro

para partículas que pasan el tamiz No. 200, según la norma INV-123-2013.

Tomando registro de los valores de tamaño máximo nominal, y de los pesos retenidos en cada

uno de los tamices para, a partir de estos, obtener los valores de porcentaje de suelo que pasa por

cada uno de los tamaños escogidos para el análisis.

9.8.2 Humedad Natural y Límites de Atterberg

Se realizaron los ensayos de para hallar tanto el limite liquido como el limite plástico de las

diferentes mezclas de suelo, según las normas INV- 125-2013 y INV-126-2013.

La humedad se define como la relación porcentual, entre el peso del agua de la muestra que

ocupa los vacíos y el peso o masa dela muestra del material seco.

El limite liquido se define como el contenido de agua que soporta el suelo, antes del de pasar de

su estado plástico a un estado líquido, en un suelo remoldeado amasado, se determina con la

Cuchara de Casagrande, y el número de golpes necesarios para cerrar la ranura con una longitud

aproximada de 1.2 cm.

El limite plástico se define como el contenido de contenido de agua que tiene un suelo, antes de

cambiar su estado de solido a plástico, se determina sobre una porción de suelo del material que

pasa el tamiz No. 40, secado al horno, y humedecido hasta el puto de dejarse moldear en rollos

hasta partirse de la forma especificada.



65

Con el objetivo de registrar el cambio del índice de plasticidad del material, tratado con las

diferentes metodología.

9.8.3 Humedad Óptima y Densidad Máxima.

Se realizaron ensayos de proctor modificado con el fin de determinar la humedad óptima de

compactación de los diferentes suelos, y la densidad máxima que alcanzan los mismos, este

ensayo se realizó siguiendo lo dictado por la norma INV-142-2013.

9.8.4 Capacidad de soporte de california (CBR)

Con el objetivo de identificar el impacto de cada una de las metodologías de estabilización

estudiadas sobre la competencia del suelo de excavación, tanto como material de terraplén como

de sub-rasante para la estructura de pavimentos, se realizó un ensayo de CBR en laboratorio a

todas las muestras, de acuerdo con lo estipulado en la norma INV-148-2013.

Este valor se determinó a partir de muestras compactadas al 95% o 100% de los valores máximos

de compactación del ensayo proctor modificado realizado a cada muestra, este ensayo busca

determinar la resistencia al esfuerzo cortante, con el fin de determinar de manera cuantitativa la

calidad del material para subrasante, sub-base y base granular para estructuras de pavimento.

9.8.5 Índice de colapso

De acuerdo con el objetivo de este proyecto, se realizó el ensayo para conocer el potencial de

colapso del suelo, y así conocer como se ve afectado por cada una de las metodologías de

estabilización propuestas, los ensayos se llevaron a acabo de acuerdo con los lineamientos

propuestos por la norma INV-157-2013.



66

Este ensayo se realiza mediante la preparación de una porción de suelo en el consolidometro,

posteriormente se realiza un aumento de carga aplicada hasta llegar a los 200 kPa, a continuación

parada una hora del último incremento de cara, se inunda el espécimen, y se toma registro de las

deformaciones durante diferentes tiempos las siguientes 24 horas, el Incide de colapso se define

de la siguiente manera:

𝐼𝑐 = [

𝑑𝑓 − 𝑑𝑖

ℎ0] ∗ 100 (6)

Donde:

ℎ0 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝐼𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝é𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛, (𝑚𝑚).

𝑑𝑓 = 𝐿𝑒𝑐𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑥𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛, (𝑚𝑚).

𝑑𝑖 = 𝐿𝑒𝑐𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑥𝑜𝑠 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑢𝑛𝑑𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛, (𝑚𝑚).



67

10 ANÁLISIS DE RESULTADOS

10.1 DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO DEL SUELO DE

EXCAVACIÓN.

De acuerdo con los criterios expuestos por la tabla 11.1 de (DAS, 1998), a continuación se

hallaron los valores de propiedades intrínsecas del suelo, que son insumo para la determinación

de dichos criterios, luego en la tabla se muestra de forma tabulada los resultados de cada uno de

ellos, y su calificación sobre el suelo en estudio.

Tabla 4 Parámetros determinados por ensayos de laboratorio.

PARÁMETROS DETERMINADOS POR

ENSAYOS DE LABORATORIO

GS 2.53

ɣ𝑑−𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎 (𝑔𝑟/𝑐𝑚3) 1.938

𝓌𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎 (%) 12.7

ɣ (𝑔𝑟/𝑐𝑚3) 2.18

𝐿𝐿 (%) 28

𝐿𝑃 (%) 20

𝐼𝑃 (%) 8 Fuente: Elaboración Propia.

A partir de los datos anteriores a continuación se determinan los valores de relación de vacíos en

el límite líquido y en condición de saturación, para la condición natural se asumirá valores de

compactación igual a la óptima del ensayo de proctor modificado, asumiendo un perfecto trabajo

de control y ejecución en obra:

ℯ𝐿 = 𝐿𝐿 ∗ 𝐺𝑆 (7)

ℯ𝐿 = 0.28 ∗ 2.53 = 0.71

A continuación se muestra de forma gráfica la relación de fases para el suelo en condiciones

naturales, poniendo a la izquierda las unidades de volumen y al lado derecho las unidades de



68

masa; con base en los valores obtenidos se pudo calcular los otros componentes y se procede al

cálculo de la relación de vacíos natural:

Figura 15. Relación de Fases suelo en condiciones naturales.

Fuente: Elaboración Propia

ℯ𝑜 = 0.24

0.76= 0.32

Tabla 5. Criterios de identificación de colapso, basados en características físicas.

CRITERIO INTERVALO DE DECISIÓN VALOR DEL

CRITERIO CLASIFICACIÓN

DENISOV (1951) 𝐾 = 0.5 − 0.75 − 𝑀𝑢𝑦 𝐶𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾 = 1.00 − 𝑙𝑖𝑚𝑜𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠𝑜 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒

𝐾 = 1.00 − 2.00 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜𝑠 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑝𝑠𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠

2.21 No Colapsable

CLEVERGER (1958) ɣ

𝑑 < 12.6 kN/m3 el asentamiento será grande;

ɣ𝑑 > 14.1 kN/m3 el asentamiento será pequeño.

19.01 kN/m3 Asentamientos

pequeños

PRIKLONSKI

(1952)

𝐾𝑃<0 - Suelo muy Colapsable

K𝐾𝑃>0.5 - Suelo no colapsable

𝐾𝑃>1.0 - Suelo expansivo

-0.94 Suelo muy Colapsable

GIBBS (1961) K > 1 Suelo propenso al colapso.

0.45 No Colapsable

SOVIET BUILDING

CODE (1962)

Sr< 60%

L > -0.1 Sr=100% No Colapsable

SrFEDA (1964) Sr <100 %

𝐾𝐿 > 0.85 Sr=100% No Colapsable

Fuente: Elaboración Propia.

Se llevaron a cabo dos ensayos de determinación del potencial de colapso de un suelo, a través

del ensayo normalizado INV-157-2013, que nos presenta la escala de medida del grado de



69

colapso como aparece en la tabla 6, estos ensayos se realizaron a diferentes humedades de

compactación, con el objetivo de analizar el comportamiento del suelo y su índice de colapso, los

resultados se presentan a continuación:

Tabla 6. Clasificación del índice de Colapso, Ie.

Fuente: Normas de Ensayo de Materiales para Carreteras, INV-E-157-2013. INVIAS.

Tabla 7 Humedad Inicial Vs índice de Colapso.

HUMEDAD INICIAL ÍNDICE DE

COLAPSO

GRADO DE

COLAPSABILIDAD

1.63 % 8.13 Moderadamente

Severo

11.0% 6.05 Moderado

12.4% 1.23 Ligero Fuente: Elaboración Propia.

De acuerdo a los resultados obtenidos por los criterios de identificación de colapso presentados

en la Tabla 5, es apropiado para este análisis, indicar que el suelo, objeto de investigación de este

trabajo, no presenta las características típicas de un suelo colapsable, sin embargo, los resultados

mostrados en la Tabla 7, demuestran que para un valor bajo de humedad de compactación, el

suelo presenta un grado de colapsabilidad moderadamente severo, el cual disminuye conforme se

aumenta el porcentaje de humedad de compactación hasta obtener el valor óptimo del ensayo de

proctor modificado, por esta razón, se considera que el suelo estudiado presenta en cierta medida

un grado de colapsabilidad moderado.

Esto se ve apoyado por la clasificación granulométrica realizada al suelo de excavación, que s

presenta a continuación:



70

Figura 16. Granulometría del material de excavación.

Como se puede apreciar la porción del material de excavación que pasa el tamiz numero No. 4 y

queda retenido en el tamiz No.200 es un 46.92%, y la porción que pasa el tamiz No. 200 es del

40.63%, por lo que se considera un material arenoso fino susceptible a presentar el fenómeno de

colapso, a continuación se realizó la caracterización de la porción fina, mediante el ensayo de

hidrometría, a continuación se presenta el resultado.



71

Figura 17. Hidrometría al material de excavación. Fuente: Elaboración Propia

Como se puede observar en la figura 17, de ese 40.63% de la granulometría que pasa el tamiz

200, solo el 8.33 % son partículas de arcilla, las cuales tiene un diámetro menor a 0.002 mm, por

consiguiente, el suelo se clasifica como una arena fina limosa, que es considerado el material más

propenso a un posible colapso, en presencia de un aumento de la humedad.

Dado que se estableció que el material extraído de excavaciones en el proyecto en estudio

efectivamente se caracteriza como un suelo colapsable, en el 10.2. ENSAYOS DE

CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICAse presentan los análisis de resultados de la aplicación de

diferentes metodologías para la estabilización y reducción de e índice de colapso en los suelos del

proyecto.



72

10.2 ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA

10.2.1 Granulometría

A continuación se muestran los resultados y una gráfica comparativa de las granulometrías

encontradas:

Tabla 8. Distribución granulométrica de los materiales.


Figura 18. Comparación de granulometrías de los materiales. Fuente: Elaboración Propia

.

Material de

Excavación

Afirmado

Canton Norte

Mezcla

85-15

1 1/2" 92.37% 100.00% 98.86%

1" 92.37% 99.10% 98.09%

3/4" 89.85% 80.00% 81.48%

1/2" 89.85% 70.70% 73.57%

3/8" 89.41% 68.20% 71.38%

No 4 87.57% 57.30% 61.84%

10 84.35% 38.60% 45.46%

40 63.16% 25.60% 31.23%

80 51.20% 18.60% 23.49%

200 40.65% 12.20% 16.47%

Tamiz

% Pasa



73

Como se puede apreciar la porción del material de excavación que pasa el tamiz numero No. 4 y

queda retenido en el tamiz No.200 es un 46.92%, y la porción que pasa el tamiz No. 200 es del

40.63%, por lo que se considera un material fino susceptible a presentar el fenómeno de colapso.

Como se puede observar en la figura 17, de ese 40.63% de la granulometría que pasa el tamiz

200, solo el 8.33 % son partículas de arcilla, las cuales tiene un diámetro menor a 0.002 mm, por

consiguiente, el suelo puede clasificarse como una arena limosa, que es considerado el material

más propenso a un posible colapso, en presencia de un aumento de la humedad.

Por tanto, como medida de mejoramiento del suelo, especialmente su potencial de colapso se

plantea la ejecución de una estabilización mecánica del material como lo muestra la Figura 19,

donde se encuentro que se debe emplear una mezcla del 85 % del material de afirmado con 15 %

de material de excavación.

Figura 19. Análisis granulométrico para el mejoramiento mecánico.




74

10.2.2 Límites de Atteeberg

Se realizaron los ensayos de para hallar tanto el limite liquido como el limite plástico de las

diferentes mezclas de suelo, según las normas INV- 125-13 y INV-126-13.

Tabla 9. Límites de Attenberg de los materiales utilizados.


A partir de estos resultados a continuación se presenta la clasificación de los suelos de acuerdo a

las metodologías ASSTHO y USCS:

Tabla 10. Clasificación según ASSTHO y USCS.


Un aspecto importante de resaltar en los datos obtenidos anteriormente tiene que ver con el

aumento del índice de plasticidad con respecto a las muestras que se dosificaron con cal;

contrario a lo que se pensaba, que este debía bajar, sucedió lo contrario. Este fenómeno lo explica

(MONTEJO F, A., 2006) quien indica que suelos con índices plásticos inferiores a 15, la cal

incrementa el limite liquido en forma que el índice plástico experimenta un ligero incremento,

para suelos con IP>15 la cal generalmente reduce el limite líquido y aumenta el limite plástico,

generando una disminución en el índice plástico.

Material de

Excavación

Afirmado

Canton Norte

Mezcla

85-15

Material de

Excavacion

+5% Cal

Matrial de

Excavacion

+7% Cal

LL 28% N.P. 11% 32% 34%

LP 20% N.P. 21% 20% 22%

IP 8% N.P. 10% 12% 12%

W 14.7% 5.6% 5.8% 9.8% 14.7%

Material de

Excavación

Afirmado

Canton Norte

Mezcla

85-15

Matrial de

Excavacion

+5% Cal

Matrial de

Excavacion

+7% Cal

ASSTHO A-4 A-1-b A-2-4 A-4 A-4

USCS SC SM SC SC SC



75

10.2.3 Humedad Óptima y Densidad Máxima.

Se realizaron ensayos de proctor modificado con el fin de determinar la humedad óptima de

compactación de los diferentes suelos, y la densidad máxima que alcanzan los mismos, este

ensayo se realizó siguiendo lo dictado por la norma INV-142, a continuación, se presentan los

resultados obtenidos:

Tabla 11. Humedad Óptima y Densidad Máxima.


Figura 20. Comparación Cuervas Proctor modificado.


Material de

Excavación

Afirmado

Canton Norte

Mezcla

85-15

Matrial de

Excavacion

+5% Cal

Matrial de

Excavacion

+7% Cal

Humedad

óptima (%)12.5% 7.8% 7.9% 11.5% 11.9%

Desidad

Maxima

Seca

(gr/cm3)

1.96 2.11 2.09 1.94 1.94



76

10.2.4 Capacidad de Soporte de California (CBR)

Con el objetivo de identificar el impacto de cada una de las metodologías de estabilización

estudiadas sobre el suelo de excavación, tanto como material de terraplén como de sub-rasante

para la estructura de pavimentos, se realizó un ensayo de CBR en laboratorio a todas las

muestras, de acuerdo con lo estipulado en la norma INV-148, los resultados se presentan a

continuación:

Tabla 12. Resultados ensayos de CBR.


Figura 21. Resultados ensayos de CBR.


Material

In-situ

Mejoramiento

mecanico del

material

85%-15%

Matrial de

Excavacion +5%

Cal

Matrial de

Excavacion

+7% Cal

CBR (%)

95% PM4.4% 70.4% 33.5% 28.3%



77

Tabla 13. Requisitos de los materiales para terraplenes.

Fuente: Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras 2013, Articulo 220-1. INVIAS.

Como se puede apreciar en la Tabla 12 los métodos evaluados, generan un aumento de la

capacidad de soporte CBR del suelo, en mayor medida lo genera el mejoramiento mecánico, con

un incremento del 66 %, lo cual se podía intuir, dado que se realizó la mezcla en un porcentaje

predominante del material de afirmado competente en comparación con el material extraído in-

situ (85%-15%); por otro lado, hubo un incremento del 29% y 23.9% para dosificación del 5% y

7% respectivamente, en vista que mejora las características plásticas del material, haciéndolas

más friables y aumentando el valor de soporte del mismo.



78

Tabla 14. Requisitos de los agregados para afirmados.

Fuente: Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras 2013, Articulo 311-13. INVIAS.

Figura 22. Porcentaje de aumento de CBR.


10.2.5 Índice de colapso

De acuerdo con el objetivo de este proyecto, se realizó el ensayo para conocer el potencial de

colapso del suelo, y así conocer como se ve afectado por cada una de las metodologías de

estabilización propuestas, los ensayos se llevaron a acabo de acuerdo con los lineamientos

propuestos por la norma INV-157-2013, a continuación, se presentan los resultados encontrados:



79

Tabla 15. Resultados de Índice de colapso.


Tabla 16. Comparación índice de colapso.

De acuerdo a la Tabla 16, es posible evidenciar que las metodologías propuestas y posteriormente

implementadas para reducir el índice de colapso de las muestras de suelo analizadas, en efecto

generan una disminución en el índice; indicando que el mejoramiento mecánico del material de

excavación con un material de afirmado competente, reduce en mayor medida (94.71 %), con

Material

In-situ

Material de

Excavacion -

Compactacion

por la rama

Humeda

Mejoramiento

mecanico del

material

85%-15%

Material de

Excavacion

+5% Cal

Material de

Excavacion

+7% Cal

Indice de

Colapso (%)6.05% 0.49% 0.32% 0.90% 1.06%

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

Indice de Colapso (%)

6.05%

0.49%0.32%0.90% 1.06%

MaterialIn-situ

Material de Excavacion - Compactacion por la rama Humeda

Mejoramiento mecanico del material85%-15%

Material de Excavacion +5% Cal

Material de Excavacion +7% Cal



80

respecto a los demás métodos estudiados, no obstante, dado que este mejoramiento mecánico

implica realizar una mezcla 85% material de afirmado competente con un 15 % del material

extraído in-situ, y considerando las condiciones particulares del proyecto podría incurrirse en un

sobrecosto.

Como se puede apreciar el método de humectación previa ofrece una disminución del índice de

colapso sustancial (91.90%), y de esta forma se generaría un aprovechamiento del 100% del

suelo extraído insitu, generando ventajas económicas para el proyecto, adicionalmente este

método brinda facilidad de aplicación en campo.

Tabla 17. Porcentajes de disminución del índice de colapso.


Figura 23. Porcentajes de disminución del índice de colapso.

Material de

Excavacion -

Compactacion

por la rama

Humeda

Mejoramiento

mecanico del

material

85%-15%

Material de

Excavacion +5%

Cal

Material de

Excavacion

+7% Cal

Porcentaje de

disminución

Indice de

Colapso (%)

91.90% 94.71% 85.12% 82.48%



81

Con respecto al método de adición de cal al suelo extraído en situ, con el fin de generar una

mejor unión de las partículas mediante un material cementante, se puede observar que también se

generó una disminución del índice de colapso, pero en menor medida en comparación con los

otros dos métodos estudiados, y como se puede observar en la Tabla 9 la adición de cal al suelo

estudiado provoco un aumento de 4% en el índice de plasticidad, con lo cual esta característica

del suelo sobrepaso los límites permitidos por la normativa colombiana para suelos de afirmado,

sumado a la dificultad logística de aplicación de este método en campo, con respeto a los

anteriores, es posible aseverar que no resulta ser un método óptimo para su implementación en el

mejoramiento de este tipo de suelos presentes en la zona en estudio.



82

11 CONCLUSIONES

De acuerdo con la clasificación realizada a los suelos de excavación, usados para la

construcción de terraplenes en el tramo de estudio se definio el suelo como una arena fina

limosa, y presenta índices de colapso del orden de 6.05 a 8.13, rango de valores con un

grado de colapsabilidad moderado a moderadamente alto, esto sumado a que en las

excavaciones realizadas se encontraron humedades altas con compacidades del suelo

bajas, se comprueba la existencia de suelos colapsables en el tramo en estudio.

Los suelos colapsables se caracterizan por tener valores bajos de cohesión, y presentar

relaciones de vacíos altas, y dado que sus partículas están unidas entre sí por fuerzas o

materiales cementantes que son susceptibles, tanto unos y otros pueden ser anulados o

reducidos cuando aumenta el contenido de humedad del suelo. Cuando este soporte es

reducido o anulado, las partículas del suelo deslizan o ruedan, por perdida de la

resistencia al corte, y una reacomodación de las partículas deslizadas lo cual genera una

perdida brusca de volumen.

Para efectos de estudio y desde el punto de aplicación de la ingeniería civil, resulta

importante resaltar el uso de los parámetros y/o criterios reportados para la identificación

de suelos colapsables propuestos por Denisov, Clevenger, Prilonski, Gibbs, Feda, Benites,

Handy, el Código de Construcción Soviético, de tal forma que sea posible realizar una

evaluación preliminar del comportamiento y susceptibilidad del suelo frente al fenómeno

de colapso.

A pesar que la evaluación de diferentes criterios para la identificación de colapsabilidad

en suelos, arrojo como resultado que el suelo estudiado no presentaba características de

un suelo colapsable, de acuerdo con varios autores y a pesar de que estos criterios fueron

pensados para la determinación de suelos colapsables en otros lugares del mundo, cada

uno con condiciones únicas, lastimosamente no son aplicables a los suelos del proyecto en

estudio, esto fundamentado en que mediante ensayos de medición del índice de colapso se



83

pudo comprobar que esta característica si está presente en los suelos estudiados, y que

puede apreciarse de mayor o menor manera, de acuerdo con la variación de humedad de

compactación aportada.

Sin embargo, de acuerdo a los resultados obtenidos en el proyecto y en contraste con los

demás trabajos mencionados en el cuerpo del documento, tales como “Evaluación por

diferentes métodos del potencial de colapso de algunos suelos residuales en los valles de

Aburrá y San Nicolás” por Yamile Valencia-González, Jorge Andrés Yepes-García &

Oscar Echeverri-Ramírez, “Revisión teórica de evaluación del potencial de colapso en

las dunitas de Medellín” por Óscar Egidio Rodríguez, Eileen Carolina Salgado, Adriana

María Gallo, Eduardo Danilo Vanegas, el uso de los parámetros deben considerarse

como indicadores preliminares de evaluación, en vista que al compararlos con los

resultados de los ensayos mecánicos normados, presentan variaciones bastante

significativas en la determinación del fenómeno de colapso del suelo.

Dadas las características del suelo estudiado, para llevar a cabo un mejoramiento

mecánico para su utilización como material de afirmado competente para construcción de

terraplenes, este suelo es aprovechable en muy bajos porcentajes de la mezcla final, dado

que la mezcla requerirá un 85% de material externo para ser mezclado con un 15% del

suelo de excavación , esto debido las características mayormente finas del material de

excavacion, este método obtuvo la mayor reducción sobre el índice de colapso,

generando una disminución del 94.72% y genero un aumento considerable en el CBR del

material pasando de 4.4% a 70.4%.

El segundo método que tuvo la mayor reducción del índice de colapso del suelo, con una

reducción del 91.90%, clasificando el nuevo índice de colapso como Ligero, fue mediante

el pre-humedecimiento del suelo hasta superar su humedad optima de compactación, con

el objetivo de incidir la perdida de los contactos cementantes de las partículas menores, y

una vez logrado esto se deja secar el material hasta su humedad óptima para



84

compactación del ensayo de Proctor, lo cual también logro generar un aumento en la

capacidad de soporte (CBR) del suelo

La metodología de la inclusión de Cal, en porcentajes del 5% y 7%, para la generación de

nuevos contactos cementantes, que no fueran reducidos por un posterior aumento en el

contenido de humedad del suelo, presento una reducción en el índice de colapso del suelo,

del orden de 85.12% y 82.14%, acompañado de un aumento de la capacidad de soporte

(CBR) del suelo pasando de l4.4% inicial a valores de 33.5% y 28.3%. n

No obstante, dadas las condiciones del suelo, el cual presenta un valor bajo de índice de

plasticidad (8%), el tratamiento con adición de cal genero un aumento del mismo, razón

por la cual este tratamiento no se considera una opción viable, para los suelos presentes en

la zona en estudio, dado que este aumento en el índice de plasticidad puede llegar

sobrepasar el límite permitido por la normativa colombiana.

Se observó una reducción del índice de colapso mediante la implementación de los

métodos de estabilización propuestos, no obstante, realizando una comparación de los

procesos constructivos de cada uno de los métodos evaluados, y dada la cantidad de

material excavación que se puede aprovechar se considera que el método más eficiente

para la estabilización de los suelos en estudio es la pre-humectación del material.



85

12 RECOMENDACIONES

El proyecto de construcción de la Transversal del Bosque Tramo II, carece de zanjas de

coronación en las crestas de los taludes, adolece además de revegetalización en las caras

de los mismos, posteriormente la falta de estructuras de conducción de aguas lluvias, de

drenes horizontales, filtros laterales en ambos lados de las secciones en corte y en el

separador blando, facilitaron que el agua llegara al material de excavación compactado

para los terraplenes y rellenos, lo que produjo una pérdida brusca de volumen del suelo de

relleno, y adicional a que el tipo de suelo utilizado para la compensación de excavación se

clasifica como arenas finas limo arcillosas pobremente gradadas, presentó todas las

condiciones para que surgiera el colapso del suelo.

Se debe realizar para las demás etapas de este proyecto y para los demás proyectos de

ingeniería civil, de cualquier índole, tener presente la presencia de agua y el debido

direccionamiento de la misma, tal como se mencionó en el presente trabajo, la presencia

de agua es uno de los factores más importante que estimulan el colapso de un suelo. Tener

en cuenta que el agua puede tener diferentes orígenes, tales como ascenso del nivel

freático del suelo, concentraciones de aguas pluviales, filtraciones por rotura de tuberías,

etc,. Que pueden poner en riesgo la integridad de las estructuras construidas.

Resulta de carácter imperativo por parte del profesional a cargo de cualquier proyecto de

ingeniería civil, considerar el fenómeno de colapso del suelo, como uno de los parámetros

fundamentales al momento de iniciar un proyecto; su importancia se atribuye a que en los

últimos años, la actividad ingenieril, adquiere mayor fuerza sobre zonas áridas y

extensiones de tierra cuyos suelos llevan por muchos años, incluso eras geológicas, sin ser

explorados, y dada la versatilidad de los suelos, podrían tener orígenes de cualquier

índole, como formaciones de loes, depósitos eólicos, formaciones aluviales, residuales,

etc., que como se mencionó en el presente trabajo, son suelos altamente susceptibles al

fenómeno de colapso.



86

13 Bibliografía

ABELEV, M.Y. (1975). Compacting loess soils in the USSR. En Geotechnique (págs. 79-82.).

AITCHISON, G.D. y DONALD, I.B. (1956). Actas de la Segunda Conferencia de Mecánica de Suelos de Australia - Nueva

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88

ANEXOS



89

ANEXO 1. ESPECIFICACIONES Y NORMATIVAS

APLICABLES



90

ANEXO 2. RESULTADOS DE ENSAYOS DE

LABORATORIO

Documents

ANÁLISIS DE EFECTIVIDAD EN LA ESTABILIZACIÓN DE …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/13320/1/QuijanoArias... · Tabla 3 Relación del potencial de colapso para la severidad