Análisis de la viabilidad de la aplicación de imágenes VIS-IRM pa

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Universidad de La Salle Universidad de La Salle 
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle 
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
2020 
Análisis de la viabilidad de la aplicación de imágenes VIS-IRM Análisis de la viabilidad de la aplicación de imágenes VIS-IRM 
para controlar la calidad de mezclas de geo materiales y cemento para controlar la calidad de mezclas de geo materiales y cemento 
Cindy Patricia García Otálora 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Fabian Camilo Mogollón Pacheco 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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imágenes VIS-IRM para controlar la calidad de mezclas de geo materiales y cemento. Retrieved from 
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ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD DE LA APLICACIÓN DE 
IMÁGENES VIS-IRM PARA CONTROLAR LA CALIDAD DE 
MEZCLAS DE GEO MATERIALES Y CEMENTO. 
 
 
 
 
 
CINDY PATRICIA GARCÍA OTÁLORA 
FABIAN CAMILO MOGOLLÓN PACHECO 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
 FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
 2020 
Análisis de la viabilidad de la aplicación de imágenes VIS-IRM para controlar la calidad 
de mezclas de geo materiales y cemento. 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil 
 
 
Director 
IC-MIC-PhD Orlando Rincón Arango 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2020 
 
 
Nota de aceptación: 
___________________________________ 
___________________________________ 
 ___________________________________ 
___________________________________ 
___________________________________ 
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___________________________________ 
 
 
____________________________ 
Firma del presidente del jurado 
 
____________________________ 
Firma del jurado 
 
 ___________________________ 
Firma del jurado 
AGRADECIMIENTOS 
 
Por parte de los autores se extienden los agradecimientos a: 
La universidad de La Salle, por brindarnos los mecanismos necesarios durante el proceso 
de formación como profesionales. 
A todo el grupo de docentes que nos dejaron bases fundamentales de conocimiento para 
nuestra vida personal y profesional. 
Agradecimiento especial a nuestro director de tesis, el ingeniero Orlando Rincón, que con 
su constante apoyo nos brindó las herramientas para finalizar el proceso de grado. 
A los laboratoristas, Oscar Malagón y Luis Borja, quienes nos colaboraron con su 
experiencia y conocimiento en la elaboración de los ensayos correspondientes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
Mi tesis se la dedico con todo el amor a mis padres Helver Humberto y Aura María, 
principales promotores de mis sueños, que por su sacrificio y esfuerzo han forjado un 
cimiento para la construcción de mi vida profesional como Ingeniera Civil, sentando bases 
sólidas de responsabilidad y deseos de superación. 
A mi hermana Cristina por su apoyo constante, fuente de motivación e inspiración para 
cumplir mis metas. 
A mi pareja, quien me colaboró con sus conocimientos y me acompañó en los momentos 
más importantes de este proyecto. 
Cindy Patricia García Otálora 
El presente trabajo investigativo, lo dedico con especial afecto a mis padres Bibiano 
Mogollón y Nancy Rubiela Pacheco, por su amor incondicional, apoyo y consejos que 
permitieron cumplir cada uno de mis objetivos, uno de ellos, culminar mi carrera en el 
campo de Ingeniería. A mi hermano Diego Alejandro, quien siempre estuvo 
acompañándome y dándome ánimos para no desfallecer. 
Fabian Camilo Mogollón Pacheco 
 
 
 
CONTENIDO 
1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 
2 LISTA DE CÓDIGOS DE IDENTIFICACIÓN USADOS EN EL DOCUMENTO ............. 3 
3 CONCEPTOS BÁSICOS ........................................................................................................ 5 
4 MATERIALES EMPLEADOS ............................................................................................. 16 
4.1 Grava de Cáqueza .......................................................................................................... 17 
4.2 Arena del Guamo .......................................................................................................... 18 
4.3 Caolín Impalpable ......................................................................................................... 19 
4.4 Cemento Cemex de uso general .................................................................................... 19 
5 METODOLOGÍA ................................................................................................................. 20 
5.1 Procedimiento................................................................................................................ 20 
5.1.1 Fase 1: Revisión del estado del arte. ..................................................................... 20 
5.1.2 Fase 2: Caracterización de los materiales .............................................................. 20 
5.1.3 Fase 3: Calibración de la mezcla ........................................................................... 20 
5.1.4 Fase 4. Elaboración de mezclas cemento geo-material ......................................... 21 
5.1.5 Fase 5: Análisis de resultados ............................................................................... 21 
6 ANTECEDENTES ................................................................................................................ 22 
7 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ......................................................................... 27 
7.1 Ensayos de caracterización ............................................................................................ 27 
7.1.1 Grava de Cáqueza. ................................................................................................. 28 
7.1.2 Arena del Guamo. ................................................................................................. 33 
7.1.3 Caolín impalpable ................................................................................................. 37 
7.1.4 Cemento de uso general ........................................................................................ 45 
8 PROCESO DISEÑO Y CALIBRACIÓN MEZCLA PATRÓN ........................................... 48 
8.1 Compactación de las mezclas teóricas (A, B y C) ......................................................... 50 
8.2 Comparación entre la granulometría de diseño y la real en las respectivas mezclas .... 54 
8.3 Humedad óptima de las mezclas ................................................................................... 57 
8.3.1 Humedades para las respectivas mezclas .............................................................. 62 
9 PROTOTIPOS PARA EL CONTROLDE CALIDAD DE LOS DATOS ........................... 64 
9.1 Prototipo para toma de imágenes (macrotubo) .............................................................. 64 
9.2 Prototipo sensor térmico ................................................................................................ 66 
10 ELABORACIÓN DE MEZCLAS CEMENTO GEO MATERIAL ................................. 71 
10.1 Resistencia a la compresión de cilindros moldeados de suelo-cemento ................... 71 
10.2 Colorimetría .............................................................................................................. 76 
10.2.1 Calibración de las imágenes térmicas................................................................ 79 
10.3 Humedecimiento y secado de mezclas compactadas de suelo–cemento (INV-E 612 – 
13) 90 
10.3.1 Descripción visual de las muestras. ................................................................... 92 
10.3.2 Análisis de comportamiento por ciclos ............................................................. 96 
10.3.3 Análisis de graficas normalizadas. .................................................................. 104 
10.3.4 Análisis de imágenes térmicas ........................................................................ 110 
10.3.5 Evolución térmica de las muestras .................................................................. 198 
10.3.6 Procesamiento imágenes programa Def-Lab-Geo-imagen 1.0 ........................ 207 
10.3.7 Análisis de variación de color ......................................................................... 217 
10.3.8 Análisis crítico de los ensayos de durabilidad ................................................. 237 
10.3.9 Metodología estandarizada propuesta para el desarrollo de mezclas controladas 
de geometrales y cemento ...................................................................................................... 241 
11 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 243 
12 RECOMENDACIONES ................................................................................................. 247 
13 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 248 
 
 
 
 
Lista de Tablas. 
 
Tabla 1. Códigos de identificación .................................................................................... 3 
Tabla 2. Ensayos de caracterización ................................................................................ 27 
Tabla 3. Ensayos del cemento .......................................................................................... 28 
Tabla 4. Resultados de los ensayos realizados a la Grava de Cáqueza ........................... 32 
Tabla 5. Resultados de los ensayos realizados a la Arena del Guamo ............................ 35 
Tabla 6. Valores típicos de Gs para diferentes tipos de suelos ....................................... 35 
Tabla 7. Densidad Bulk para cada fracción. .................................................................... 36 
Tabla 8. Clasificación de los suelos según el tamaño de las partículas ........................... 38 
Tabla 9. Resultados de los ensayos realizados al Caolín Impalpable .............................. 40 
Tabla 10. Resultados de los ensayos realizados al Cemento ........................................... 45 
Tabla 11. Descripción de las mezclas .............................................................................. 51 
Tabla 12. Granulometría ideal y real (mezcla A). ........................................................... 55 
Tabla 13. Granulometría ideal y real (mezcla B) ............................................................. 56 
Tabla 14. Granulometría ideal y real (mezcla C) ............................................................. 57 
Tabla 15. Humedades óptimas curva A ........................................................................... 59 
Tabla 16. Humedades óptimas curva B ........................................................................... 60 
Tabla 17. Humedades óptimas curva C ........................................................................... 61 
Tabla 18 Humedades de las muestras. ............................................................................. 63 
Tabla 19. Datos promedio de compresión curva A ......................................................... 72 
Tabla 20. Datos promedio de compresión curva B .......................................................... 73 
Tabla 21. Datos promedio de compresión curva C .......................................................... 74 
Tabla 22. Valores de emisividad para varios materiales ................................................. 80 
Tabla 23. Temperatura de acuerdo con el contenido de agua para el Caolín .................. 81 
Tabla 24 Temperatura de acuerdo con el contenido de agua para la arena del Guamo ... 83 
Tabla 25 Temperatura de acuerdo con el contenido de agua para el cemento ................ 85 
Tabla 26 Temperatura de acuerdo con el contenido de agua para la grava de Cáqueza . 87 
Tabla 27. Nomenclatura especímenes ............................................................................. 91 
 
 
Lista de Figuras. 
Figura 1. Depósito de materiales ..................................................................................... 16 
Figura 2. Ferretería Juber ................................................................................................. 16 
Figura 3. Reducción de la muestra ................................................................................... 17 
Figura 4. Localización de Cáqueza. ................................................................................. 18 
Figura 5. Localización del Guamo. .................................................................................. 18 
Figura 6. Curva granulométrica de la Grava de Cáqueza. ............................................... 28 
Figura 7. Histograma de frecuencias porcentaje retenido. ............................................... 29 
Figura 8. Parámetros para la determinación de la morfometría en una partícula ............ 30 
Figura 9. Morfometría partículas de la fracción pasa No. 3/4” ....................................... 30 
Figura 10. Morfometría partículas de la fracción pasa No. 3/8” ..................................... 31 
Figura 11.Morfometría partículas de la fracción pasa No. 4 ........................................... 31 
Figura 12. Morfometría de partículas sometidas a desgaste. ........................................... 32 
Figura 13. Mosaico de ensayos Grava de Cáqueza ......................................................... 33 
Figura 14. Curva granulométrica de la Arena del Guamo. .............................................. 33 
Figura 15. Histograma de frecuencias porcentaje retenido. ............................................. 34 
Figura 16. Mosaico de ensayos Arena del Guamo .......................................................... 37 
Figura 17. Hidrómetro. .................................................................................................... 37 
Figura 18. Curva granulométrica Caolín Impalpable ...................................................... 38 
Figura 19. Clasificación del tamaño de las partículas por diferentes autores. ................. 39 
Figura 20.Material ensayado para materia orgánica. ....................................................... 40 
Figura 21. Ensayo límites. ............................................................................................... 40 
Figura 22. Clasificación del caolín de acuerdo con el SUCS .......................................... 41 
Figura 23.Clasificación del caolín de acuerdo con la AASHTO ..................................... 42 
Figura 24. Ensayo límite de contracción. ........................................................................42 
Figura 25. Ensayo Gravedad especifica. .......................................................................... 43 
Figura 26. Ensayo Azul de metileno ................................................................................ 43 
Figura 27. Resultado ensayo azul de metileno. ............................................................... 44 
Figura 28. Consistencia y Tiempo de Fraguado del cemento. ......................................... 46 
Figura 29. Ensayo Densidad del cemento. ....................................................................... 46 
Figura 30.Tiempo de fraguado de la pasta de cemento hidráulico Cemex. ..................... 47 
Figura 31. Especificación de subbase SBG-50. ............................................................... 48 
Figura 32. Especificación de subbase SBG-38. ............................................................... 49 
Figura 33. Granulometría de la mezcla de la curva A. .................................................... 51 
Figura 34. Probeta de la curva A. .................................................................................... 52 
Figura 35. Granulometría de la mezcla de la curva B. .................................................... 52 
Figura 36. Muestra de la curva B ..................................................................................... 52 
Figura 37. Granulometría de la mezcla de la curva C. .................................................... 53 
Figura 38. Muestra de la curva C. .................................................................................... 53 
Figura 39. Granulometría mezcla A. ............................................................................... 54 
Figura 40. Granulometría mezcla B ................................................................................. 55 
Figura 41. Granulometría mezcla C. ................................................................................ 56 
Figura 42.Compactación de muestras sin porcentaje de cemento. .................................. 58 
Figura 43. Humedad óptima 0% cemento Figura 44. Humedad óptima 6% cemento
 59 
Figura 45. Humedad óptima 12% cemento ..................................................................... 59 
Figura 46. Humedad óptima 6% cemento ....................................................................... 60 
Figura 47. Humedad óptima 0% cemento ....................................................................... 60 
Figura 48. Humedad óptima 12% cemento ..................................................................... 60 
Figura 49. Humedad óptima 0% cemento ....................................................................... 61 
Figura 50. Humedad óptima 6% cemento ....................................................................... 61 
Figura 51. Humedad óptima 12% cemento ..................................................................... 61 
Figura 52. Humedades de las mezclas ............................................................................. 62 
Figura 53. Prototipo macrotubo. ...................................................................................... 64 
Figura 54. Espacio de toma de imágenes. ........................................................................ 65 
Figura 55. Cámaras utilizadas en la toma de imágenes. .................................................. 65 
Figura 56. Sistema de medición de cambios de temperatura. .......................................... 66 
Figura 57. Elementos que componen el sistema de sensores térmicos ............................ 67 
Figura 58. Diagrama de flujo de la programación del código ......................................... 69 
Figura 59. Código de los sensores térmicos, programado en MATLAB. ....................... 70 
Figura 60. Espécimen sometido a compresión ................................................................ 71 
Figura 61. Cámara húmeda o cámara de curado .............................................................. 72 
Figura 62.Resistencia a la compresión de la curva A ...................................................... 73 
Figura 63. Resistencia a la compresión de la curva B ..................................................... 74 
Figura 64. Resistencia a la compresión de la curva C. .................................................... 75 
Figura 65. Colorímetro. ................................................................................................... 77 
Figura 66. Materiales ensayo colorimetría. ..................................................................... 77 
Figura 67. Diagrama de cromaticidad de los materiales .................................................. 78 
Figura 68. Curva temperatura caolín. .............................................................................. 82 
Figura 69.Muestra original de caolín. .............................................................................. 82 
Figura 70. Imagen térmica de aumento de humedad en el caolín. ................................... 83 
Figura 71. Temperatura Vs contenido de humedad para la arena del Guamo ................. 84 
Figura 72 Muestra original de arena del Guamo. ............................................................ 84 
Figura 73.Imagen térmica de aumento de humedad en la arena del Guamo. .................. 85 
Figura 74 Temperatura Vs contenido de humedad para el cemento. ............................... 86 
Figura 75.Muestra original cemento. ............................................................................... 86 
Figura 76.Imagen térmica de aumento de humedad del cemento. ................................... 87 
Figura 77 Temperatura Vs contenido de humedad para la grava de Cáqueza ................. 88 
Figura 78. Muestra original de grava de Cáqueza. .......................................................... 88 
Figura 79. Imagen térmica de aumento de humedad en la grava .................................... 89 
Figura 80. Temperatura presentada por goteo en la Arena del Guamo ........................... 89 
Figura 81. Raspado de especímenes. ............................................................................... 91 
Figura 82. Pérdida en masa muestra 3_1, curva A .......................................................... 97 
Figura 83. Pérdida en masa muestra 6_1, curva A .......................................................... 97 
Figura 84. Pérdida en masa muestra 9_1, curva A .......................................................... 98 
Figura 85. Pérdida en masa muestra 12_1, curva A ........................................................ 98 
Figura 86. Pérdida de volumen muestra 3_2, curva A ..................................................... 99 
Figura 87. Pérdida de volumen muestra 6_2, curva A ..................................................... 99 
Figura 88. Pérdida de volumen muestra 9_2, curva A ..................................................... 99 
Figura 89. Pérdida de volumen muestra 12_2, curva A ................................................... 99 
Figura 90. Pérdida en masa muestra 3_1, curva B ......................................................... 100 
Figura 91. Pérdida en masa muestra 6_1, curva B ......................................................... 100 
Figura 92. Pérdida en masa muestra 9_1, curva B ......................................................... 100 
Figura 93. Pérdida en masa muestra 12_1, curva B ....................................................... 100 
Figura 94. Pérdida de volumen muestra 3_2, curva B ................................................... 101 
Figura 95. Pérdida de volumen muestra 6_2, curva B ................................................... 101 
Figura 96. Pérdida de volumen muestra 9_2, curva B ................................................... 101 
Figura 97. Pérdida de volumen muestra 12_2, curva B ................................................. 101 
Figura 98. Pérdida en masamuestra 3_1, curva C ......................................................... 103 
Figura 99. Pérdida en masa muestra 6_1, curva C ......................................................... 103 
Figura 100. Pérdida en masa muestra 9_1, curva C ....................................................... 103 
Figura 101. Pérdida en masa muestra 12_1, curva C ..................................................... 103 
Figura 102. Pérdida de volumen muestra 3_2, curva C ................................................. 104 
Figura 103. Pérdida de volumen muestra 6_2, curva C ................................................. 104 
Figura 104. Pérdida de volumen muestra 9_2, curva C ................................................. 104 
Figura 105. Pérdida de volumen muestra 12_2, curva C ............................................... 104 
Figura 106. Errores en la toma de dimensiones para cálculo del volumen ................... 105 
Figura 107. Muestra 6_1 (curva C) ................................................................................ 107 
Figura 108. Análisis térmico muestra 3_1, curva A. ..................................................... 111 
Figura 109.Análisis térmico muestra 3_2, curva A. ...................................................... 114 
Figura 110.Análisis térmico muestra 6_1, curva A. ...................................................... 117 
Figura 111. Análisis térmico muestra 6_2, curva A. ..................................................... 121 
Figura 112..Análisis térmico muestra 9_1, curva A ...................................................... 126 
Figura 113.Análisis térmico muestra 9_2, curva A ....................................................... 131 
Figura 114.Análisis térmico muestra 12_1, curva A ..................................................... 136 
Figura 115..Análisis térmico muestra 12_2, curva A. ................................................... 141 
Figura 116.Análisis térmico muestra 3_1, curva B. ...................................................... 142 
Figura 117.Análisis térmico muestra 3_2, curva B. ...................................................... 146 
Figura 118..Análisis térmico muestra 6_1, curva B. ..................................................... 151 
Figura 119.Análisis térmico muestra 6_2, curva B. ...................................................... 155 
Figura 120.Análisis térmico muestra 9_1, curva B. ...................................................... 159 
Figura 121.Análisis térmico muestra 3_1, curva B ....................................................... 163 
Figura 122. Análisis térmico muestra 12_1, curva B. ................................................... 167 
Figura 123.Análisis térmico muestra 12_2, curva B. .................................................... 172 
Figura 124.Análisis térmico muestra 3_1, curva C. ...................................................... 173 
Figura 125.Análisis térmico muestra 3_2, curva C. ...................................................... 175 
Figura 126.Análisis térmico muestra 6_1, curva C ....................................................... 176 
Figura 127.Análisis térmico muestra 6_2, curva C. ...................................................... 180 
Figura 128.Análisis térmico muestra 9_1, curva C. ...................................................... 184 
Figura 129.Análisis térmico muestra 9_2, curva C. ...................................................... 188 
Figura 130..Análisis térmico muestra 12_1 curva C. .................................................... 192 
Figura 131.Análisis térmico muestra 12_2, curva C. .................................................... 197 
Figura 132.zona escogida para análisis térmico. ........................................................... 198 
Figura 133. Evolución térmica- curva de temperatura y normalizada, curva A. ........... 201 
Figura 134.Evolución térmica- curva de temperatura y normalizada, curva B. ............ 204 
Figura 135.Evolución térmica- curva de temperatura y normalizada, curva C. ............ 207 
Figura 136. Programa de procesamiento de imágenes .................................................. 208 
Figura 137. Comparación promedio y entropía de gris con pérdidas de material, curva A.
 ............................................................................................................................................ 211 
Figura 138.Comparación promedio y entropía de gris con pérdidas de material, curva B.
 ............................................................................................................................................ 213 
Figura 139.Comparación promedio y entropía de gris con pérdidas de material, curva C.
 ............................................................................................................................................ 216 
Figura 140.Análisis variación de color, sección X-X, Y-Y- programa Def-Lab-Geo-
imagen 1.0 .......................................................................................................................... 217 
Figura 141. Irregularidades presentadas en las dimensiones ......................................... 238 
Figura 142. Toma de dimensiones recomendada. .......................................................... 241 
Figura 143. Masa comparativa de cepillado .................................................................. 242 
 
1 
 
1 INTRODUCCIÓN 
El fundamento de este proyecto de investigación fue determinar las propiedades 
mecánicas de una mezcla en condiciones controladas de materiales, al tener como aditivo 
distintos porcentajes de cemento; todo con el fin de ver y controlar la durabilidad con el uso 
de imágenes VIS-IRM en la caracterización de la mezcla. 
Este proyecto hace parte de la búsqueda para desarrollar técnicas que mejoren las 
condiciones en el manejo de algunos materiales usados en construcción, permitiendo que se 
disminuyan las deficiencias en el análisis del comportamiento de distintos materiales 
estabilizados para el desarrollo del material patrón, se emplearon materiales de uso común 
en nuestro medio, como lo son: arena del Guamo, grava de Cáqueza y caolín impalpable de 
uso industrial. 
El objetivo principal del proyecto fue analizar la viabilidad de la aplicación de imágenes 
VIS-IRM para controlar la calidad de mezclas de geo materiales y cemento, además de la 
respuesta en el rango visible e IRM de estas, otro punto que se evaluó fue un análisis crítico 
de los ensayos para el control de calidad de mezclas y su aplicabilidad para Colombia y por 
último se definió una metodología estandarizada para el desarrollo de mezclas controladas 
de geo materiales y cemento para su uso en laboratorio. 
En esta investigación se realizó una prueba piloto con el objetivo de minimizar las 
incertidumbres existentes al aplicar los diferentes porcentajes de aditivo (cemento) a una 
mezcla y determinar sus propiedades, en especial pruebas de durabilidad. 
Se analizaron las diferentes imágenes en el espectro visible e infrarrojo, encontrando 
patrones comunes en cada una de las muestras, en el caso de imágenes térmicas al aumentar 
2 
 
la degradación incrementa la capacidad de absorber calor en su superficie. En cuanto a las 
imágenes del espectro visible, se encuentra durante el ensayo de durabilidad, que las 
intensidades altas representan zonas sanas o de poca degradación, mientras que las zonas con 
fisuras o con mayor pérdida de material presenta valores de píxel bajos comprendidos entre 
0 y 80. 
Además, se encontraron diferentes aspectos a considerar en los ensayos para el control de 
calidad en las mezclas de suelo-cemento, los cuales son de gran conveniencia analizarlos y 
corregirlos. Con esto nos referimos a una metodología más clara y precisa del paso a paso 
para la ejecución de los ensayos. 
 
3 
 
2 LISTA DE CÓDIGOS DE IDENTIFICACIÓN USADOS EN EL DOCUMENTO 
Sedecidió debido al gran número de muestras y tratamiento de datos, implementar 
códigos de identificación para representar de una manera más simple la información que se 
trabajó, con el fin de generar uniformidad en la descripción de variables dentro del cuerpo 
del documento, para disminuir la densidad de la información en las gráficas, como se puede 
observar en la Tabla 1, 
Tabla 1. Códigos de identificación 
 
Fuente: obtenida de autores 
 
 
Código
GC
AG
CI
Cm
A
B
C
A_Cm0
A_Cm3
A_Cm6
A_Cm9
A_Cm12
B_Cm0
B_Cm3
B_Cm6
B_Cm9
B_Cm12
C_Cm0
C_Cm3
C_Cm6
C_Cm9
C_Cm12
ACC
DCC
PMS
Mezcla C con 3% de cemento
Mezcla C con 6% de cemento
Mezcla C con 9% de cemento
Mezcla C con 12% de cemento
Antes de la cámara de curado 
Después de la cámara de curado
Primera masa seca
Mezcla B con 6% de cemento
Mezcla B con 9% de cemento
Mezcla B con 12% de cemento
Mezcla C con 0% de cemento
Mezcla B con 3% de cemento
Cemento 
Mezcla A con 9% de cemento
Mezcla A con 12% de cemento
Mezcla B con 0% de cemento
Mezcla con exceso de finos
Mezcla ideal
Mezcla con exceso de gruesos
Mezcla A con 0% de cemento
Mezcla A con 3% de cemento
Mezcla A con 6% de cemento
SímboloRepresentación
Grava de Cáqueza
Arena del Guamo
Caolín Impalpable
4 
 
Nota: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A
B
C
ACC Muestra después de compactación
DCC Muestra 7 días después de humedecimiento
PMS Muestra después del cepillado
Conformada por 30% de GC, 30% de AG y 40% de CI 
Conformada por 55% de GC, 35% de AG y 10% de CI 
Conformada por 77% de GC, 13% de AG y 10% de CI 
5 
 
3 CONCEPTOS BÁSICOS 
A continuación, se hace una recopilación de los conceptos generales que se desarrollarán 
y tendrán gran importancia a lo largo de la presente investigación, con el fin de generar mayor 
claridad. 
o Suelo 
El término “suelo” ha sido definido de diferentes maneras, ya sea que dicha definición 
provenga del geólogo, del agrónomo o del ingeniero civil, el geólogo define el suelo como 
el material resultante de la descomposición y la desintegración de la roca por el ataque de 
agentes atmosféricos, el agrónomo define al suelo como la delgada parte superior del manto 
de rocas que penetran las raíces de las plantas y de donde estas toman el agua y las demás 
sustancias necesarias para su existencia, por su parte el ingeniero civil lo ha definido como 
un conjunto de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica o de 
descomposición química de rocas preexistentes. (Duran, 2019). 
o Clasificación del suelo 
Clasificar los suelos conlleva a una agrupación por similitud en los comportamientos, 
propiedades o demás características comunes, además, Duque & Gonzalo (2016) [dicen que] 
correlacionar propiedades con los grupos de un sistema de clasificación, aunque sea un 
proceso empírico, permite resolver multitud de problemas sencillos (p. 78). “Sin embargo, 
como todos los suelos son de naturaleza heterogénea, una clasificación muy estricta resulta 
poco práctica” (Duran, 2019, p. 1). 
Independientemente de su origen, los tamaños de partículas que conforman el suelo 
pueden variar en un amplio intervalo. Los suelos son normalmente llamados grava, arena, 
6 
 
limo o arcilla, dependiendo del tamaño predominante de las partículas dentro del suelo. (Das, 
2013, p. 28). 
o Grava 
Son suelos no cohesivos formados por trozos de roca de diámetro de 5 a 80mm, y se 
clasifican según su tamaño: Gravas gruesas o Gravas finas (Duran, 2019, p. 2). 
Como generalmente en las gravas las partículas gruesas y finas se hallan mezcladas, la 
clasificación según tamaño depende del tipo de granos que predominen. Si en la estructura 
del suelo los granos gruesos están en contacto entre sí, el suelo se conoce como grueso, 
mientras que si están separados y son los granos finos los que predominen, el suelo se 
cataloga como de grano fino (Duran, 2019). 
o Arenas 
Las arenas son suelos no cohesivos formados por partículas minerales de forma 
redondeada y de tamaño más pequeño que las gravas, pero mayor a 0,075 mm. Estas 
partículas no tienden adherirse entre sí, sino que su posición relativa varía según la relación 
de vacíos, formando estructuras sueltas o compactas, según el contenido de humedad. Por el 
tamaño de las partículas que predominan, las arenas pueden clasificarse de acuerdo a su paso 
a través de tamices en: Arenas Gruesas, Arenas Medianas y Arenas Finas (Duran, 2019, p. 
3). 
o Limos 
Son suelos formados por partículas minerales de grado muy fino, con tamaños variables 
entre 0,002 y 0,075mm, y cuyo límite liquido e índice de plasticidad los ubican por debajo 
de la Línea A. Generalmente se denominan limos los suelos de arcilla muy fina con baja 
7 
 
plasticidad y se clasifican en dos tipos: Limos orgánicos y Limos inorgánicos (Duran, 2019, 
p. 3). 
o Arcilla 
Se da el nombre de arcilla a las partículas sólidas con un diámetro menor a 0.005 mm y 
cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser mezclada con agua. Químicamente 
es un silicato de alúmina hidratado, aunque en no pocas ocasiones contiene también silicatos 
de hierro o de magnesio hidratados, la estructura de estos minerales es generalmente 
cristalina y complicada, y sus átomos están dispuestos de forma laminar (Crespo Villalaz, 
2004, p. 22). 
De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcilla se pueden clasificar en tres 
grupos básicos, que son: 
a) Caolinitico (…) están formadas por una lámina silícica y una lámina aluminica 
superpuestas de manera indefinida y con una unión tal entre sus retículas que no 
permiten la penetración de moléculas de agua entre ellas, pues producen una capa 
electrónicamente neutral, lo que induce, desde luego, a que estas arcillas sean bastante 
estables en presencia del agua (Crespo Villalaz, 2004, p. 23) 
b) Montmorilonitico (…) se forman por la superposición indefinida de una lámina 
aluminitica entre dos laminas silícicas, pero con una unión débil entre sus retículas, lo 
que hace que el agua pueda penetrar en su estructura con facilidad. Estas arcillas sufren 
fuerte expansión en contacto con agua, lo que provoca inestabilidad en ellas (Crespo 
Villalaz, 2004, p. 23) 
c) Ilitico (…) presentan un arreglo reticular similar al de las Montmoriloniticas, pero con 
la tendencia a formar grumos por la presencia de iones de potasio, lo que reduce el 
8 
 
área expuesta al agua, razón por la cual no son tan expansivas como las arcillas 
Montmoriloniticas (Crespo Villalaz, 2004, p. 24). 
o Suelo - Cemento 
El suelo-cemento es el resultado de una mezcla de suelo pulverizado con determinadas 
cantidades de cemento portland y agua que se compactan y curan, para obtener densidades 
altas y para que se produzca su endurecimiento más efectivo. De esta forma se obtiene un 
nuevo material resistente a los esfuerzos de compresión prácticamente impermeable termo 
aislante y estable en el tiempo (Toirac Corral, 2008, p. 7). 
Según la PCA (Portland Cement Association), el suelo cemento es una mezcla altamente 
compactada de suelo/agregado, cemento Portland y agua, siendo el principal uso de este 
material en estructuras de pavimentos (González, 2019). 
Una de las razones del buen registro de servicio del suelo cemento, se debe porque las 
pruebas de laboratorio estandarizadas han estado disponibles para determinar los factores del 
control para la construcción. Estos métodos de prueba se han utilizado con éxito constante 
para una amplia gama de suelos, condiciones climáticas y de subrasante (…) El contenido de 
cemento requerido se determina mediante pruebas estándar de humedecimiento y secado, 
congelamiento – descongelamiento (Norling, 1963). 
o Durabilidad 
La durabilidad se refiere a la capacidad de un material de mantener su integridad 
estructural en condiciones a las que está expuesto. Las principales fuerzas de deterioro que 
destruyen la integridad estructural de un materialestabilizado son variaciones en humedad y 
temperatura (Marcon, 1997). 
9 
 
Entre las formas de evaluación de la durabilidad está la pérdida de peso o la variación de 
absorción o expansión al final de determinado tiempo o número de ciclos de una acción 
periódica, siguiendo el ejemplo del secado y mojado (Jiménez, Consoli, & Heineck, 2008) 
o Cemento 
Es el material artificial de construcción más ampliamente usado en todo el mundo, existen 
muchos tipos de hormigón basados en distintos cementos. Sin embargo, el hormigón de 
cemento portland está tan extendido que a menos que se indique lo contrario, termino 
hormigón siempre se refiere al hormigón de cemento portland. El cemento portland fue 
patentado por Joseph Aspdin en 1824 y debe su nombre a los acantilados de piedra caliza de 
la isla de Portland, en Inglaterra. En una estabilización el cemento ayuda a disminuir el límite 
líquido y a incrementar el índice plástico y la manejabilidad de los suelos arcillosos (Das, 
2013). 
o Imagen 
Una imagen (del latín imago) es una representación visual, que manifiesta la apariencia 
visual de un objeto real o imaginario. Aunque el término suele entenderse como sinónimo de 
representación visual, también se aplica como extensión para otros tipos de percepción, como 
imágenes auditivas, olfativas, táctiles, sinestesias, etc. Las imágenes que la persona no 
percibe, sino que vive interiormente son denominadas imágenes mentales, mientras que se 
designan como imágenes creadas, (o bien como imágenes reproducidas, según el caso) las 
que representan visualmente un objeto mediante técnicas diferentes: dibujo, diseño, pintura, 
fotografía o vídeo, entre otras (Riascos, 1992). 
 
10 
 
o Imágenes IR 
La termografía es una técnica de ensayo no destructivo que se emplea para comprobar la 
temperatura de un objeto o lugar. Este tipo de ensayo es capaz de detectar la temperatura 
exacta a distancia, sin la necesidad de establecer un contacto físico con el objeto o la máquina 
a estudiar, manteniendo su funcionamiento activo. Esto sucede de la siguiente manera (…) 
[se] capta la radiación infrarroja del espectro electromagnético, convirtiéndose la energía 
radiada en información sobre la temperatura (SCI, 2018) 
o Imágenes VIS 
Una imagen visible (VIS, desde ahora) es aquella que toma un satélite en el llamado canal 
o banda visible. En este canal el satélite "ve" al sistema tierra-atmósfera de forma equivalente 
a la que un ser humano, situado dentro del satélite, vería por la ventanilla. Por lo tanto, la 
interpretación de una imagen VIS es más o menos inmediata, ya que es equivalente a lo que 
detectarían nuestros ojos. (Nimbus., 2001) 
o Historia del control de mezclas y su aplicabilidad en Colombia 
Durante la década de 1920 y principios de 1930 varios departamentos de carreteras 
estatales experimentaron con mezclas de tierra y cemento para pavimentar. Aunque los 
resultados de estos experimentos fueron impredecibles, fueron alentadores y estimularon un 
extenso programa de investigación realizado por la Asociación de Cemento de Portland en 
1935. Esta investigación dio como resultado el desarrollo de métodos de prueba confiables y 
predecibles. Se utiliza para detectar los factores necesarios para la calidad del cemento del 
suelo. Desde entonces, la AASHTO ha adoptado estas pruebas (densidad de humedad, 
humedecimiento y secado, y congelación-descongelación), ASTM y ASA (Norling, 1963). 
11 
 
El siguiente paso en el programa de investigación de 1935 fue idear métodos para medir 
el efecto que diversos contenidos de cemento, contenidos de humedad y densidades que 
tienen sobre las propiedades físicas de las mezclas compactadas de suelo y cemento. Dado 
que la tasa y la cantidad de hidratación del cemento influirían materialmente en los resultados 
finales, se permitió que las muestras permanecieran sin perturbar durante 7 días en una 
atmósfera de alta humedad antes de analizarlas. Esto permitió la hidratación de una porción 
significativa del cemento (Norling, 1963). 
El número de ciclos de prueba y su duración evolucionaron mediante pruebas 
exploratorias sobre temperaturas de congelación, tiempo de congelación, temperaturas de 
secado, tiempo de secado y tiempo de remojo. Doce ciclos para cada prueba produjeron datos 
interpretables y también cumplieron los requisitos de un límite de tiempo práctico (Norling, 
1963). 
Al principio del desarrollo de las pruebas, se realizaron mediciones de volumen, humedad 
y peso en las muestras en cada ciclo de prueba para juzgar su condición. Las pérdidas de peso 
durante las pruebas fueron erráticas, particularmente para muestras que contenían bajos 
contenidos de cemento. Este problema se resolvió desarrollando un procedimiento de 
cepillado que elimina el material aflojado. Esto dio como resultado resultados más 
consistentes y reproducibles (Norling, 1963). 
Por lo tanto, las pruebas de humedecimiento y secado (…) se desarrollaron para 
determinar el contenido mínimo de cemento requerido para producir un material estructural 
que resista los cambios de volumen producidos por los cambios en la humedad. Aunque la 
intención principal era medir los efectos del cambio de humedad, las pruebas también miden 
los efectos del cambio de temperatura (Norling, 1963). 
12 
 
✓ Aplicabilidad en Colombia 
Desde el inicio del desarrollo de las pruebas de durabilidad de suelo-cemento en la década 
de los 20, se ha visto que es una opción bastante acertada y con mucha proyección en su 
utilización para bases estabilizadas, principalmente en carreteras. En Colombia, el ensayo se 
vio incorporado por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS). En las especificaciones 
generales de construcción de carreteras, se determinan los requisitos mínimos que debe 
cumplir el agregado para un diseño óptimo. Por otra parte, en las normas de ensayo para 
materiales de carreteras, se explica la metodología para realizar el ensayo y así determinar 
las aptitudes de la mezcla suelo-cemento. 
Si bien el propósito es generar una estructura que sea adecuadamente resistente junto con 
una coherente durabilidad, las especificaciones coinciden en permitir que haya 
experimentación adicional. Esto admite que se puedan construir tramos de prueba que dejen 
corroborar el comportamiento de la estructura, la resistencia del material y simultáneamente 
el sistema constructivo empleado (Silva, 2020). 
La última versión de las especificaciones define el ensayo en la sección 600 de bases 
estabilizadas como la INV-E-612 “Humedecimiento y secado de mezclas compactadas de 
suelo-cemento”. Las pruebas de humedecimiento y secado buscan determinar el contenido 
mínimo de cemento requerido para producir un material estructural que resista los cambios 
de volumen producidos por los cambios en la humedad. Además, las probetas son sometidas 
a un proceso de degradación por cepillado que elimina el material aflojado. 
13 
 
Este ensayo desde sus inicios buscó inducir fuerzas internas similares a las ocurridas por 
cambios en el contenido de humedad, causados por congelamiento y deshielo, 
fundamentalmente en estados americanos del norte con inviernos muy fríos. 
Es conveniente pensar que el ensayo al ser diseñado para estados de congelamiento y 
deshielo es ideal para ellos, pero Colombia se encuentra en una zona tropical, lo que significa 
que en la mayor extensión de su territorio el clima es cálido (65%), sin embargo, los 
microclimas van desde lo más caluroso hasta lo más frío. Cabe aclarar que las zonas 
montañosas o de clima frío son de protección, ya que allí se genera la mayor cantidad de agua 
que es consumida o captada para los acueductos. En este orden de ideas, las condiciones 
climáticas en donde surgió el ensayo de durabilidad son muy distintas a las locales. 
Por ello se investigaron otras metodologías para el diseño de bases o mezclas de suelo-
cemento, que se asemejaran más a las condicioneslocales. La metodología española aportada 
por la IECA (Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones) en su “manual de 
estabilización de suelos con cemento y cal”, constituye condiciones similares a las de 
Colombia. Allí utilizaron los procedimientos en las obras de suelo-cemento que 
posteriormente abandonaron por varias razones: 
1. Se han obtenido mezclas de adecuada durabilidad con las especificaciones sobre 
resistencias de suelos estabilizados con cemento establecidas en la normativa 
(resistencia a compresión a 7 días no inferior a 1.5 MPa para explanadas) 
2. Tanto el ensayo de humedad-sequedad como el de congelación-deshielo fueron 
concebidos para condiciones climáticas muy distintas a las usuales en España 
3. Se requiere de un mes para su realización 
14 
 
4. Los contenidos de cemento obtenidos mediante estos métodos se consideran excesivos 
paras las condiciones españolas. 
Pero ese mismo manual contempla otros parámetros a obtener en laboratorio con el mismo 
tipo de probetas como son la tracción indirecta y el módulo de elasticidad (Silva, 2020). El 
ensayo de tracción directa destaca por ser un método simple y representativo, que permite 
obtener la carga máxima que aguanta una muestra antes de romper. 
La guía de bases tratadas con cemento de la PCA contempla, además, un nuevo 
procedimiento denominado “Prueba de succión de tubo (TST)”. Esta ayuda a identificar 
materiales que pueden ser sensibles a la degradación de la humedad en el campo, midiendo 
el movimiento del agua en una muestra de material estabilizado para identificar si el 
contenido de cemento de la mezcla reduce la permeabilidad y capilaridad del espécimen 
(Silva, 2020) 
De acuerdo con estas nuevas metodologías de diseño para mezclas de suelo-cemento, es 
evidente que la normativa colombiana debe hacer una actualización del ensayo descrito en la 
norma INV-E 612, destacando lo que se dice en el manual de estabilización de suelos con 
cemento y cal, ya que este ensayo es muy largo y como se muestra posteriormente en el 
contenido de este documento, hay errores para diferentes tipos de dosificaciones, como lo es 
la temperatura del horno, las medidas de perdida de volumen, entre otras. Además, uno de 
los parámetros que las especificaciones del INVIAS exigen es la resistencia mínima a los 7 
días. 
 
 
15 
 
✓ Metodologías 
Los fundamentos de los diversos métodos de diseño de espesores son diferentes. Algunos 
están basados en criterios obtenidos mediante la observación del comportamiento real de 
diversos pavimentos durante su periodo de servicio, mientras que otros se fundamentan en 
conceptos de fatiga y esfuerzos admisibles. En la actualidad se encuentran en fase de 
desarrollo algunos métodos avanzados de cálculo basados en teorías mecanicistas o 
empírico-mecanicistas, en los que se hacen intervenir parámetros como el clima de la zona y 
los módulos dinámicos de los materiales de las distintas capas del pavimento (IMCYC, 
2008). 
Estas metodologías varían de acuerdo con el país en que se apliquen, a continuación, se 
nombran algunas de estas: 
o PCA 
o Brasileros 
o ASTM 
o AASHTO 
o Colombia INVIAS 
o España 
o USACE 
16 
 
4 MATERIALES EMPLEADOS 
La ciencia de los materiales comprende la relación que existe entre sus componentes y sus 
propiedades, las cuales son implementadas para el diseño de mejoramiento en la calidad de 
mezclas. Los materiales como llegan del sitio de adquisición al laboratorio se denominarán 
granel. 
 Los materiales se adquirieron en un depósito denominado “Arenas y placa fácil Camilo 
Rojas” ubicado en la Calle 36 Sur 26b 30, Cl. 12 #16 46, barrio Bravo Páez, Bogotá, 
Cundinamarca, (Figura 1), estos fueron: Grava de Cáqueza y Arena del Guamo. 
 
Figura 1. Depósito de materiales 
Fuente: Google Maps, 2018 
 
El Caolín Impalpable y el cemento de uso general Cemex se adquirieron en el Depósito y 
Ferretería Juber, ubicado en la Diagonal 40 sur No. 27-12, (Figura 2), 
 
Figura 2. Ferretería Juber 
Fuente: Google Maps, 2018 
 
17 
 
Antes de iniciar los ensayos de la Grava de Cáqueza y la Arena del Guamo, se debió hacer 
una adecuada reducción de las muestras, siguiendo la norma INV E 202-13 (Figura 3) con el 
fin de mantener la mayor uniformidad y minimizar la variación de las características de las 
muestras seleccionadas. 
 
Figura 3. Reducción de la muestra 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
4.1 Grava de Cáqueza 
Cáqueza es un municipio perteneciente al departamento de Cundinamarca, Colombia 
(Figura 4). En este lugar se encuentra una gran cantera de la cual se extraen la mayoría de los 
materiales, en este caso la Grava de Cáqueza. De acuerdo con SGC (2015) la grava de 
Cáqueza proviene del periodo Cretácico Berriasiano-Cenomaniano, su formación es 
procedente de siete segmentos de cuarzoarenitas. Su origen parte un conglomerado basal con 
clastos provenientes de la Formación Quetame, que causó procesos erosivos de la Formación 
Marichuela. La parte más baja de la formación Tilatá, compuesta de arcillas, arenas, gravas 
y localmente turbas. Los sedimentos de gravas y bloques de la formación Marichuela 
18 
 
sugieren depositación sinorogéncica durante la época del Mioceno. Los tamaños encontrados 
de este material son de fino a medio y conglomerados. 
 
Figura 4. Localización de Cáqueza. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
 
4.2 Arena del Guamo 
El Guamo es un municipio colombiano ubicado en el suroriente del departamento de 
Tolima (Figura 5). En este lugar se extrae la arena de los ríos, principalmente del río Coello, 
el cual es un lugar de gran explotación minera. 
 
Figura 5. Localización del Guamo. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
19 
 
La arena del Guamo proviene del periodo Cuaternario, su formación es procedente de los 
abanicos del Guamo los cuales son depósitos de arenas puzolánicas de origen volcánico. Su 
origen parte de erupciones explosivas del volcán cerro Machín, que generaron depósitos de 
piroclastos de caída y flujos piroclásticos conformando flujos de lodo que se canalizaron a 
través del río Coello. Los tamaños encontrados de este material son de fino a medio. (Acero 
& Cuervo, 2015) 
4.3 Caolín Impalpable 
El caolín es un producto compuesto de especies arcillosas que dan cierta plasticidad, son 
generalmente grasas y contiene un porcentaje de áridos para darle más cuerpo al estuco. El 
Caolín Impalpable es procesado al calor para quitarle el agua libre y garantizar un grado 
mínimo de humedad e impalpable para que no raye al estucar y presente superficies lisas y 
tersas. Su fórmula química es AL203, 2S02, 2H2O. Tiene un 2% máximo de contenido de 
humedad. Su contenido de caolín es 60, de Arenas arcillosas 30 y otros 10 (Discenal, 2016). 
4.4 Cemento Cemex de uso general 
El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinación a 1,450°C de una mezcla de 
piedra caliza, arcilla y mineral de hierro. El producto del proceso de calcinación es el clinker 
—principal ingrediente del cemento— que se muele finamente con yeso y otros aditivos 
químicos para producir cemento. Su composición química está dada por: CaO, SiO2, Al2O3, 
Fe2O3 (CEMEX, 2020). 
 
 
20 
 
5 METODOLOGÍA 
A continuación, se presenta la metodología que se usó para evaluar la viabilidad de la 
aplicación de imágenes VIS-IRM para controlar la calidad de mezclas de geo materiales y 
cemento, con el fin de obtener información que sea acorde al plan de trabajo y llegar así a 
tener datos verídicos. 
5.1 Procedimiento 
Para la ejecución del proyecto de investigación fue implementado en diferentes fases que 
permitieron responder a los objetivos propuestos. 
5.1.1 Fase 1: Revisión del estado del arte. 
En esta fase se indagó las diferentes fuentes que nos proporcionaron información acerca 
de los ensayos y materiales que se utilizaron en la prueba, además de los estudios donde se 
han aplicado imágenes VIS-IRM. 
5.1.2 Fase 2: Caracterizaciónde los materiales 
En esta fase se realizó la caracterización de los materiales, los cuales son, arena del 
Guamo, arcilla o caolinita y grava de Cáqueza que fueron requeridos para el desarrollo de la 
investigación, se tuvo en cuenta los ensayos que están estipulados por el INVIAS como lo 
son: Proctor, limites, equivalente de arena, desgaste, aplanamiento, alargamiento, contenido 
de materia orgánica, azul de metileno y granulometría. 
5.1.3 Fase 3: Calibración de la mezcla 
Se realizó por medio de curvas granulares de calibración de la mezcla de geo material, 
donde se emplearon tres granulometrías, la primera de estas se encontraba por el límite 
inferior, es decir, exceso de finos, la segunda por el límite superior, exceso de material grueso 
21 
 
y finalmente con una curva que se encontraba en el estado ideal, esto se hizo con fin de 
realizar comparaciones entre los resultados obtenidos. Se realizaron 10 muestras en esta fase. 
5.1.4 Fase 4. Elaboración de mezclas cemento geo-material 
En esta, se hizo un adecuado control de las variables, de acuerdo con los insumos y 
gradaciones que se conocen. Se realizaron adiciones de cemento en las mezclas con 
cantidades de 0%, 3%, 6%, 9% y 12%, en donde se determinó la resistencia (compresiones), 
durabilidad (cepillado, humedecimiento y secado). En estas fases se tomaron diferentes 
fotografías para tener un registro de cómo es el comportamiento del material y su evolución. 
Se realizaron 90 muestras, a las cuales se les ejecutó los ensayos anteriormente dichos. 
5.1.5 Fase 5: Análisis de resultados 
Principalmente se realizó una evaluación de las variables encontradas en las diferentes 
pruebas aplicadas, teniendo en cuenta todos los factores que pudieron afectar la muestra, para 
así dar una respuesta pertinente a la pregunta planteada en el marco investigativo del 
proyecto. 
 
 
 
 
 
 
22 
 
6 ANTECEDENTES 
A continuación, se presenta un resumen de diferentes investigaciones en donde se usaron 
imágenes VIS-IRM para el desarrollo de esta. 
o Influence of coconut fibres and lime on the properties of soil-cement mortar 
- (Danso & Manu, 2020) 
El estudio de caso investigó la influencia de las fibras de coco y la cal sobre las 
propiedades del mortero en el suelo-cemento. En donde se hicieron 120 muestras (60 
cilíndricas y 60 en cubos para las pruebas), a cada una se le adicionaron distintos porcentajes 
de fibras de coco de 0.2 a 0.8% del peso total de la mezcla; adiciones de cal de 0 a 15% del 
peso total de la mezcla y un valor de 5% de cemento en la mezcla. Las pruebas a las que 
fueron sometidas las muestras son: densidad, absorción de agua, resistencia a la compresión, 
resistencia a la tracción y SEM. Se encuentra que las fibras de coco y la cal influyen 
positivamente en las propiedades del mortero en mezclas de suelo-cemento para la aplicación 
en las construcciones. 
o Characterization and mechanism analysis of polynaphthalene sulfonate 
modified cemented soil - (Xu et al., 2020) 
Este estudio tuvo por objetivo examinar los efectos de modificación de un polielectrolito 
macromolecular, es decir, sulfonato de polinaftaleno (NS) para las características macro y 
micro de un suelo-cemento. Se emplearon adiciones de NS de 0.6 a 1.8% de la masa de 
cemento. Las características macro implicaban la compactación, resistencia a la compresión 
no confinada y la deformación en volumen producida por la reacción química. Mientras que 
las características micro incluyeron la evolución de los compuestos, la micro morfología y la 
23 
 
actividad química de la superficie probadas por difracción de rayos X, espectroscopía 
infrarroja por transformación de Fourier, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía 
de fotoelectrones de rayos X. En el estudio se encontró que la adición de NS al 1.2% mejoró 
la compactación, la resistencia a la compresión inconfinada y la contracción química del 
suelo-cemento debido a la adsorción sustancialmente preferencial de NS en minerales del 
suelo en comparación con el cemento era el mecanismo fundamental de mejora 
o Ensayos a mezclas de barro estabilizadas para el relleno y empañetado de 
paredes de Bahareque - (Henneberg-De León & Briceño, 2016) 
Las edificaciones de bahareque se deterioran mayormente por la vulnerabilidad del barro 
ante la humedad y por no emplearse mezclas adecuadas en su reparación. En la investigación 
se buscó el comportamiento de mezclas de barro estabilizados con cemento y cal con 
porcentajes del 10% y 15%, expuestos a efectos de agua de acuerdo con ensayos 
normatizados. Las diferentes observaciones arrojaron que la mezcla optima de barro con 
cemento es del 10% debido a la baja absorción de agua que presenta. 
o Sistema de imagen infrarroja para la caracterización in-situ del 
comportamiento a fuego de materiales compuestos - (Sergio & Mel, 2017) 
Un nuevo sistema de medida no intrusivo basado en imagen infrarroja cuantitativa ha sido 
diseñado y desarrollado específicamente para el estudio de materiales compuestos sometidos 
a fuego. El sistema consiste en dos cámaras infrarrojas que miden ambas caras de una muestra 
plana durante un ensayo a fuego, proporcionando mapas espacialmente corregistrados de la 
evolución temporal de la temperatura. Este modelo permite realizar un exhaustivo análisis 
24 
 
del estado de degradación de las capas internas de la muestra, y definir las temperaturas de 
inicio y fin de la degradación por pirolisis en el material. 
o Evaluación de la Aplicabilidad de la Técnica de la Termografía Infrarroja al 
Reconocimiento del Estado de Elementos de Hormigón - (Guerrero Mena, 
Zamora, & Fernandez Carrasco, 2013) 
La técnica de termografía activa, específicamente el método de termografía pulsada, como 
procedimiento de inspección en pos de la identificación de anomalías y del análisis 
cualitativo de elementos de hormigón. Por tanto, los especímenes a estudiar se someterán a 
una excitación inicial mediante el calentamiento paulatino de estos por una fuente exterior, 
para provocar un flujo de calor interno que resalte los defectos y anomalías que han sido 
creados artificialmente en el laboratorio. En este método se registraron las temperaturas en 
la etapa del calentamiento y más importante aún, en la etapa de enfriamiento, aplicándose 
posteriormente un análisis estadístico a los datos obtenidos, así como un procesamiento de 
imagen sencillo utilizando el propio software que acompaña a la cámara termográfica 
utilizada. Los resultados observados de la termografía pueden detectar la evolución de ese 
proceso de deterioro, pudiendo distinguir las diferentes alteraciones que se producen cuando 
se comparan los datos obtenidos del procesamiento y análisis de los termogramas y se 
presentan de forma secuencial. 
 
 
25 
 
o Termografía activa y fotogrametría de objeto cercano para la detección, 
medición y evaluación de defectos e imperfecciones en uniones soldadas -
(Rodriguez, 2015) 
Se pretende estudiar una técnica tan ventajosa en términos de detección como es la 
termografía activa para diseñar protocolos de ensayo sencillos y aplicables en ambientes 
exteriores que permitan la detección, caracterización y medición de fisuras superficiales 
mediante el estudio de temperaturas y de velocidades de enfriamiento después de inducir en 
el material una estimulación energética ligera y segura. Por otro lado, se pretende facilitar la 
labor de inspección visual mediante la posibilidad de recrear modelos tridimensionales de 
soldaduras desde imágenes tomadas con una cámara fotográfica comercial. Las propiedades 
térmicas intervinientes en el proceso de enfriamiento anteriormente descrito deben ser 
distintas para un diferencial de material que se encuentre en una zona fisurada con respecto 
a otro diferencial de material que se encuentre en una zona no fisurada. Se demuestra la 
validez del procesado por líneas de contorno para diferenciardistintas tipologías de crack, ya 
que los contrastes en las velocidades de enfriamiento entre zonas fisuradas y no fisuradas 
permiten una identificación clara de las fisuras con respecto a la zona adyacente. Este último 
enfoque tiene un fin predictivo pues permite una estimación de la orientación del crack en 
base a su eje de simetría trazado a través de las confluencias de las distintas isotermas y con 
ello es posible trazar una línea de orientación que puede extenderse a la placa completa para 
dar una visión global de la orientación de la fisura y de su eje de propagación. 
 
 
26 
 
o Modelado de fracciones de carbono del suelo con espectroscopía visible de 
infrarrojo cercano (VNIR) e infrarrojo medio (MIR) - (Knox et al., 2015) 
El análisis de las piscinas permite una imagen más detallada de los procesos del 
ecosistema, específicamente la descomposición y la acumulación de C en los suelos. Este 
estudio evaluó el potencial del infrarrojo cercano visible (VNIR), infrarrojo medio (MIR) y 
una región espectral combinada VNIR-MIR para estimar y predecir las fracciones de C del 
suelo. Los espectros DRS de infrarrojo medio se recogieron de submuestras molidas con 
bolas usando un espectrómetro Scimitar equipado con un accesorio de transformada de 
Fourier infrarrojo de reflectancia difusa (DRIFT). En términos de variabilidad de C, las 
arenas marinas dominadas por cuarzo excesivamente bien drenados tienen bajas tasas de 
producción de biomasa en relación con las tasas de mineralización y, por lo tanto, son bajas 
en C. Aunque tanto los modelos PLSR como los RF tuvieron éxito en el modelado de 
fracciones C, los modelos RF parecen apuntar a las propiedades físicas vinculadas a la 
propiedad que se analiza y, por lo tanto, pueden ser el mejor método de modelado para 
generalizar en nuevas áreas. 
 
 
 
 
 
 
27 
 
7 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 
En este capítulo, se hizo una descripción de las características de cada material, como 
dispone las normas de ensayo dadas por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS); Cabe 
resaltar que los datos para la obtención de los resultados se podrán ver detalladamente en el 
ANEXO 1, 2, 3 y 4. 
7.1 Ensayos de caracterización 
Los ensayos buscan por medio de distintas pruebas que se determine el comportamiento 
del material teniendo en cuenta las condiciones ambientales a las que se encuentre. 
En esta tesis se encontró el comportamiento de los materiales (Caolinita, Arena del 
Guamo, grava de Cáqueza y cemento), a los cuales se les realizó los ensayos respectivos 
estipulados por el por el INVIAS, estos se ven resumidos Tabla 2 y Tabla 3 
Tabla 2. Ensayos de caracterización 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
28 
 
Tabla 3. Ensayos del cemento 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
7.1.1 Grava de Cáqueza. 
Uno de los ensayos más importantes es el análisis granulométrico, ya que nos brinda 
bastante información de las características de los materiales propuestos o que se están 
trabajando, en (Figura 6 y Figura 7) se muestra la distribución de la Grava, 
 
Figura 6. Curva granulométrica de la Grava de Cáqueza. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
29 
 
 
 
Figura 7. Histograma de frecuencias porcentaje retenido. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
De acuerdo con los resultados obtenidos se determinó que la Grava era fina, debido a que 
un 93.5% del material pasó el tamiz ¾”, mientras que solamente un 6.5% quedó retenido en 
esta malla. Aunque la grava era de característica fina, se definió que es adecuada, ya que las 
especificaciones que se utilizaron en su mayoría sugerían trabajar con fracciones que pasarán 
el tamiz ¾”, esto consecuentemente llevó a un análisis más completo del material y de las 
mezclas realizadas, debido a que se descartó un porcentaje muy pequeño. 
Por otra parte, se clasificó por la USCS y AASHTO, obteniendo que es un material GP 
(Grava pobremente gradada) y A-1-a respectivamente. Al momento de realizar la 
granulometría de la grava de Cáqueza se optó por hacer una descripción de esfericidad y 
redondez de las fracciones que componen el material. Los conceptos relacionados con la 
descripción de la forma del agregado son: 
• Índices o factores de forma (Longitud de ejes principales). 
• Grado de angulosidad o redondez 
30 
 
Estos parámetros son importantes para determinar si el material tiene una alta fricción o 
no, por medio de la razón de angularidad y redondez (Figura 8). Es por lo que, surgen varias 
teorías como la de Folk, Riley, Zingg, Krumbein, Wenworth y Powers 
 
Figura 8. Parámetros para la determinación de la morfometría en una partícula 
Fuente: (Morfometría Sedimentología, 2011) 
 
a) Relaciones para factor de forma, b) Factores de esfericidad y c) Factores de angularidad y redondez 
Se observó que el tamiz que retiene media pulgada (½”) en las relaciones de esfericidad, 
las partículas de grava en un 50% eran compactas y elongadas, esto quiere decir que eran 
muy iguales o esféricas; haciendo la relación con redondez se encontró que son partículas 
sub-angulosas, con bordes algo redondeados y caras relativamente planas con superficies sin 
pulimentar, lo cual permite fricción moderada (Figura 9). 
 
Figura 9. Morfometría partículas de la fracción pasa No. 3/4” 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
a) Partícula original ½”, (b) Índices a y b (c) Índice c, (d) Esfericidad y (e) Angularidad y redondez. 
Por otra parte, las partículas retenidas en el tamiz 3/8” (Figura 10) se observó que son 
esféricas y elipsoidales en un 71%, esto significa que eran muy iguales; En relación con 
redondez se encontró que son angulosas a muy angulosas, es decir, partículas con bordes 
31 
 
agudos y caras relativamente planas con superficies sin pulimentar, por consecuencia son 
ideales en un comportamiento mecánico, debido a su gran fricción y resistencia a la 
compactación. 
 
Figura 10. Morfometría partículas de la fracción pasa No. 3/8” 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
(a) Partícula original 3/8”, (b) Índices a y b (c) Índice c, (d) Esfericidad y (e) Angularidad y redondez. 
Continuando con la fracción retenida en el tamiz No.4 (Figura 11) se observó que las 
partículas son en un 90% compacto elongadas o cilíndricas; Relacionado a su redondez se 
encontró que son angulosas, es decir, bordes agudos y caras relativamente planas, por lo que 
su fricción sería alta y cumple las exigencias de las especificaciones de subbase. 
 
Figura 11.Morfometría partículas de la fracción pasa No. 4 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
(a) Partícula original No.4, (b) Índices a y b (c) Índice c, (d) Esfericidad y (e) Angularidad y redondez 
Finalmente, al comparar la muestra original con el desgaste por abrasión (Figura 12), se 
evidenció que las partículas tienden a ser compacto elongadas o cilíndricas, lo que significa 
que mantienen una forma muy regular; Al ver su redondez se determinó que su angularidad 
pasa de ser generalmente angulosa o muy angulosa a sub-angulosa, es decir, sufre una 
reducción mínima en los bordes agudos del material. Por otra parte, algunas de las 
32 
 
propiedades son: La textura es áspera, la dureza es muy alta y el color representativo es gris 
oscuro, además de que es opaco. 
 
Figura 12. Morfometría de partículas sometidas a desgaste. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
Partícula desgaste por abrasión, (b) Índices a y b (c) Índice c, (d) Esfericidad y (e) Angularidad y 
redondez. 
Los valores obtenidos en los diferentes ensayos que se le realizaron a la Grava de Cáqueza 
se muestran en la (Tabla 4), para más información detallada revisar el ANEXO 1 
Tabla 4. Resultados de los ensayos realizados a la Grava de Cáqueza 
 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
Se determinó, que la calidad relativa es bastante buena, debido a que se obtuvo un desgaste 
del 34%, esto significa que su uso puede ser para base granular o subbase granular, de acuerdo 
con las especificaciones exigidas por INVIAS,ya que el desgaste máximo exigido es 40% y 
50% respectivamente, esto significa que el material no contiene rocas friables. 
Por otra parte, la geometría de las partículas (índice de alargamiento y aplanamiento) nos 
mostró que el material es de tendencia alargada, pero muy regular en cuanto al aplanamiento. 
La incidencia se verá reflejada al momento de realizar la compactación, debido a que tendrán 
una susceptibilidad media a la fractura. 
Material Norma Descripción Simbolo Valor
INV E 122-13 Humedad ꙍ(%) 4.8
INV E 218-13 Desgaste MA (%) 34
Indice de alargamiento IL (%) 82
Indice de aplanamiento IA (%) 25
Grava de 
Cáqueza INV E 230-13
33 
 
 
Figura 13. Mosaico de ensayos Grava de Cáqueza 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
 
7.1.2 Arena del Guamo. 
En la (Figura 14 y Figura 15), se muestra la información referente al ensayo de 
granulometría de la arena del Guamo. 
 
Figura 14. Curva granulométrica de la Arena del Guamo. 
Fuente: Obtenida de autores. 
34 
 
 
Figura 15. Histograma de frecuencias porcentaje retenido. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
 
Al analizar la granulometría, se determinó que es un material definido como arena media, 
esto se debe a que la mayor parte se encuentra comprendida entre el tamiz No. 10 y No. 40, 
característica propia de la Arena del Guamo. Se decidió trabajar con todas las fracciones que 
componen el material, debido a que el porcentaje que retiene en No.4 es muy bajo (6.94%), 
por consiguiente, lo retenido se usó posteriormente para complementar la fracción gruesa de 
las mezclas, además de que la fracción que pasa el tamiz No. 200 es del 0.66%. 
Por otra parte, algunas propiedades son: La textura es áspera, la dureza es alta y el color 
representativo es gris y marrón, además de que es opaco. 
Los valores obtenidos en los diferentes ensayos que se le realizaron a la Arena del Guamo 
se muestran en la (Tabla 5) y se pueden ver de manera más detallada en el ANEXO 2 
35 
 
Tabla 5. Resultados de los ensayos realizados a la Arena del Guamo 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
La gravedad especifica que se encontró con los ensayos de la Arena del Guamo es de 2.66, 
con lo cual, de acuerdo con la (Tabla 6)¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., se 
clasifica como arena. 
Tabla 6. Valores típicos de Gs para diferentes tipos de suelos 
 
Fuente: Manual de laboratorio de suelos de ingeniería civil, Bowles E. Joseph 
 
El equivalente de arena asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y carácter 
del material arcilloso o similar, presente en una muestra de suelo o de agregado fino. El 
resultado que se obtuvo es de 96%; según las especificaciones del INVIAS para base granular 
y subbase granular cumple, ya que exige un porcentaje mínimo del 30% y 25% 
respectivamente. La Arena del Guamo es bastante buena, ya que proporciona un bajo 
contenido de materiales poco deseados, como lo es limos y arcillas, además de un bajo 
contenido de materia orgánica. 
Por otra parte, la densidad bulk (peso unitario) de agregados finos, gruesos o una mezcla 
de ambos, en condición suelta o compacta, sirve para calcular los vacíos con base en la misma 
Material Norma Descripción Símbolo Valor
INV E 121-13 Contenido de materia orgánica MO (%) 3.17
INV E 122-13 Humedad ꙍ (%) 5.3
INV E 128-13 Gravedad específica Gs 2.66
INV E 133-13 Equivalente de arena EA (%) 96
Arena del 
Guamo
Tipo de suelo Gs
Arena 2.65-2.67
Arena limosa 2.67-2.7
Arcilla inorganica 2.7-2.8
Suelos con micas o hierro 2.75-3
Suelos organicos Variables, pueden ser inferiores
36 
 
determinación. El método es aplicable a materiales que tengan tamaño máximo nominal 
menor o igual a 125mm (5”) (INVIAS, 2013). 
Este procedimiento se realizó para diferentes fracciones del material y posteriormente 
para el material original, las fracciones a analizar son: 
• Pasa tamiz 3/8” retiene tamiz No. 4, 
• Pasa tamiz No. 4 retiene tamiz No. 16 
• Pasa tamiz No. 16 retiene tamiz No. 30 
• Pasa tamiz No. 30 retiene tamiz No. 200 
• Material original. 
Para cada fracción se realizó el ensayo 3 veces tanto para la masa suelta como 
apisonada, con el fin de obtener un valor promedio que no sea sesgado como se ve en la 
Tabla 7. 
Tabla 7. Densidad Bulk para cada fracción. 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
Fracción Densidad Bulk Valor (g/cm
3
)
Suelto 1.72
Apisonado 1.18
Suelto 1.69
Apisonado 1.14
Suelto 1.59
Apisonado 1.1
Suelto 1.47
Apisonado 1.58
Suelto 1.49
Apisonado 1.05
Muestra original
Pasa 3/8 retiene No. 4
Pasa No. 4 retiene No. 16
Pasa No. 16 retiene No. 30
Pasa No. 30 retiene No. 200
37 
 
 
Figura 16. Mosaico de ensayos Arena del Guamo 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
7.1.3 Caolín impalpable 
Para determinar el diámetro de las partículas que pasan el tamiz No. 200, se emplea el 
proceso de sedimentación por medio del hidrómetro (Figura 17 y Figura 18). 
 
Figura 17. Hidrómetro. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
38 
 
 
Figura 18. Curva granulométrica Caolín Impalpable 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
Los diámetros obtenidos en este ensayo arrojaron que se tiene una mínima proporción de 
arena gruesa, la concentración mayoritaria se encontró dentro del rango de tamaños de arena 
fina, limo y arcilla, lo cual coincide con las especificaciones del caolín impalpable, según lo 
descrito por los autores Coquot y Kerisel (Tabla 8). Donde se realizaron las respectivas 
correcciones, las cuales son: por menisco de 1, por temperatura de 3 y gravedad específica 
de 0.99 
Tabla 8. Clasificación de los suelos según el tamaño de las partículas 
 
Adaptado: Crespo Carlos, Pg. 60 
 
Suelo Tamaño de particulas (mm)
Gravas 2 > d < 20
Arena gruesa 0.02 > d < 2
Arena fina 0.02 > d < 0.2
Limo 0.002 > d < 0.02
Arcilla d < 0.002
Ultra arcilla d < 0.0002
39 
 
 
Figura 19. Clasificación del tamaño de las partículas por diferentes autores. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
De acuerdo con la curva granulométrica del material fino, se hizo una clasificación por 
diferentes autores (Figura 19), quienes tienen perspectivas diferentes en cuanto a los límites 
de los materiales. La AASHTTO considera un rango más amplio en el diámetro del material 
que es Arcilla, mientras que la USDA, considera un rango más amplio de material Limo. 
Como se puede apreciar, cada autor considera que hay material perteneciente a las arenas 
después del tamiz No. 200. 
Los valores obtenidos en los diferentes ensayos que se le realizaron al Caolín Impalpable 
se muestran en la Tabla 9 y se pueden ver más detalladamente en el ANEXO 3. 
40 
 
Tabla 9. Resultados de los ensayos realizados al Caolín Impalpable 
 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
 
Figura 20.Material ensayado para materia orgánica. 
Fuente: Obtenida de autores. 
 
Los límites de Atterberg son importantes para establecer propiedades sobre su 
comportamiento ingenieril, como lo es la compresibilidad, la permeabilidad, la 
compactibilidad, los procesos de expansión, contracción y la resistencia al corte. 
 
Figura 21. Ensayo límites. 
Fuente: Obtenida de autores. 
Norma Descripción Símbolo Valor
INV E 121-13 Contenido de materia orgánica MO (%) 1.4
INV E 122-13 Humedad ꙍ (%) 5.3
INV E 125-13 Límite líquido LL (%) 34.3
INV E 126-13 Límite plástico LP (%) 20.4
Índice de plasticidad IP (%) 14.1
INV E 127-13 Límite de contracción C (%) 31.8
INV E 128-13 Gravedad específica Gs 2.7
INV E 235-13 Azul de metileno VA (g/Kg) 60.0
Superficie específica m
2
/g 146.9
41 
 
De acuerdo con los valores de LL, LP e IP de la Tabla 9, la clasificación del caolín según 
los diferentes sistemas es: 
o Clasificación USCS: Según el Abaco de Casagrande el material ensayado (Figura 
22) se encontró dentro de CL u OH, lo cual es, un material comprendido entre 
limos y arcillas orgánicos limosas de baja plasticidad. 
 
Figura 22. Clasificación del caolín de acuerdo con el SUCS 
Fuente: Obtenida de autores.