Caracterização Geotécnica

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5. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA GENERAL DEL SUBSUELO 5-1
5.1. METODOLOGÍA, ALCANCES Y LIMITACIONES 5-1
5.2. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO 5-2
5.3. LOS “LLENOS” DE LA CIUDAD DE ARMENIA 5-5
5.4 CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DEL SUBSUELO DE
LA CIUDAD DE ARMENIA 5-7
5.4.1. Resultados de los análisis de microestructura de las cenizas volcánicas 5-9
5.4.1.1. Importancia 5-9
5.4.1.2. El problema de los suelos “alofánicos” 5-10
5.4.1.3. Posibles causas del comportamiento inusual de las alófanas 5-12
5.4.1.4. Composición química de las cenizas volcánicas de Armenia 5-17
5.4.1.5. Ensayos microscópicos efectuados a las cenizas volcánicas
 de Armenia 5-28
5.4.2. Resultados de los análisis de clasificación, compresibilidad,
 resistencia estática, resistencia dinámica y succión 5-38
5.4.2.1. Ensayos de clasificación en Cenizas Volcánicas 5-38
5.4.2.2. Otras propiedades índice 5-46
5.4.2.3. Resistencia al corte estática y dinámica 5-49
5.4.3. Resultados de los análisis de sobre muestras alteradas:
 compresibilidad, compactación y resistencia 5-51
5.5. ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE MATERIALES DEL
 SUBSUELO DE ARMENIA 5-52
5.5.1. Zona I A, Cenizas volcánicas someras. Espesores hasta de 13.5 m 5-55
5.5.2. Zona I B, Cenizas volcánicas de profundidad intermedia.
 Espesores entre 13.5 y 22.5 m 5-55
5.5.3 .Zona I C, Cenizas volcánicas . Espesores mayores a 22.5 m 5-55
5.5. 4. Zona II, suelos residuales y saprolito 5-55
5.5.5. Zona III, Suelos cizallados, cercanía de la Falla de Armenia 5-55
5.5.6. Zona IV, Flujos piroclásticos y Lahares 5-57
5.5.7. Zona V, Suelos coluviales 5-57
5.5.8. Zona VI, Suelos aluviales de terraza baja 5-57
5.5.9. Zona VII, Suelos aluviales de terraza alta 5-57
5.5.10. Zona VIII, “llenos” mecánicos 5-57
5.5.11. Zona IX, “llenos” sanitarios 5-57
5.5.12. Zona X, “llenos” naturales 5-57
5.6. FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN MASA: TIPOLOGÍAS Y EVOLUCIÓN 5-60
5.6.1. Observaciones de campo 5-60
5.6.2 Mediciones de succión en el laboratorio 5-64
5.7. ZONIFICACIÓN DE LOS FENÓMENOS DE REMOCIÓN EN
 MASA USANDO UN SIG 5-66
5.7.1. Modelamiento de variables 5-66
5.7.1.1. Litologia 5-66
5.7.1.2. Inclinación de pendientes 5-66
5.7.1.3. Dirección o aspecto de las pendientes 5-66
5.7.1.4. Geomorfología 5-71
5.7.1.5. Tectónica 5-71
5.7.1.6. Forma de las pendientes 5-74
5.7.1.7. Amplitud del relieve 5-74
5.7.1.8. Geotecnia 5-74
5.7.1.9. Zonificación preliminar 5-77
5.7.2. Susceptibilidad a fenómenos de remoción en masa y erosión 5-77
5.7.3. Susceptibilidad muy alta (MA) 5-78
5.7.4. Susceptibilidad alta (A) 5-79
5.7.5. Susceptibilidad media (M) 5-79
5.7.6. Susceptibilidad baja (B) 5-79
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 5-1
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La caracterización geotécnica se obtuvo mediante la combinación de criterios
geomecánicos, de geología para ingeniería, geomorfológicos y de comportamiento
estático y dinámico, para cada uno de los estratos del subsuelo. En la Figura 6.1 se
presenta el resumen de la estrategia de caracterización, la cual partió del conocimiento
inicial que se tenía del área (INGEOMINAS, 1992), en relación con el origen de los
materiales, la estratigrafía, y el conocimiento preliminar de algunos parámetros de la
respuesta estática del subsuelo. Como complemento, se hizo la recopilación de la
información que la CRQ tenía en su Centro de Documentación, incluyendo Tesis de grado
(Universidad del Quindío, 1994 y Universidad de Manizales, 1998), y Trabajos de
investigación (CRQ, 1998). Igualmente, se tuvo como criterio, el comportamiento
observado y la clase de daños durante el sismo, para cada uno de los materiales y
subsectores de la ciudad, durante el terremoto de enero 25 (INGEOMINAS, Informe No.
2. Armenia, 1999). Con base en lo anterior se decidió un programa de exploración y
ensayos “in situ”, con el cual se buscó investigar sitios considerados como claves, por
ubicarse en materiales y zonas representativas del subsuelo de la ciudad de Armenia; se
tuvo como complemento la caracterización geofísica del subsuelo (INGEOMINAS 1999).
Finalmente, los materiales se caracterizaron en el Laboratorio de Geotecnia.
)LJXUD�����Estrategia para efectuar la Zonificación Geotécnica General de Armenia.
RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN
(INGEOMINAS, CRQ, CONSULTORES)
- GEOLOGÍA PARA INGENIERÍA Y GEOTECNIA
- ESTUDIOS DE SUELOS Y CIMENTACIONES
- COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES DURANTE EL SISMO
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO. INGEOMINAS, 1999.
 7 PERFORACIONES MECÁNICAS (INGEOMINAS,
ALCALDÍA DE ARMENIA), 11 SONDEOS MANUALES
(INGEOMINAS), 12 TRINCHERAS-APIQUES
(INGEOMINAS). ENSAYOS IN SITU: Ensayo de
Penetración Estandar, Penetrómetro, Downholes,
Crossholes. INGEOMINAS).
PRUEBAS DE LABORATORIO. Clasificaciones, Ensayos Estáticos de
Resistencia y Compresibilidad, Columna Resonante, Triaxial cíclico, Péndulo
CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA GENERAL
EXPLORACIÓN
GEOFÍSICA
(INGEOMINAS,
1999)
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 5-2
La caracterización geotécnica que se presenta, es de carácter general, y busca identificar
las principales características de comportamiento de cada uno de los materiales del
subsuelo, con el ánimo de entenderlas y así poder trazar guías sobre lo que se debiera
incluir en estudios geotécnicos adicionales, ya sea para efectos de completar la
Microzonificación Sísmica o al construir sobre estos. Para destacar las diferencias de
comportamiento existentes entre uno y otro material del subsuelo, se presentarán por
ejemplo curvas de capacidad portante admisible y de asentamientos esperados, las
cuales sin embargo no buscan ser utilizadas en los diseños de cimentaciones, sino servir
para el propósito mencionado y como guía general de la variación de los parámetros
geotécnicos.
Como limitaciones se encuentran las restricciones de la cantidad de exploración, y el
número limitado de pruebas de laboratorio, ambos debidos a la urgencia de las
evaluaciones. Por ello, esta caracterización geotécnica es de carácter general, y podrá ser
complementada en el futuro con estudios adicionales.
�����([SORUDFLyQ�GHO�VXEVXHOR
En el Mapa 5.1 se presenta la localización de las 7 Perforaciones, 11 Sondeos Manuales
y las 11 Trincheras-Apíques. El resumen de la localización de dicha exploración y
caracterización “in situ” del subsuelo se presenta de manera resumida en la Tabla 5.1, y
de manera detallada en los Anexos 2.1 y 2.2. El INGEOMINAS contrató la ejecución de 3
perforaciones manuales, con la firma Alvaro Millán y Cía, cuyos resultados se tuvieron a
tiempo para la ejecución de este informe; la Alcaldía de Armenia contrató otras 4
perforaciones, cuyos resultados de campo y ensayos de laboratorio, solo se pudieron
tener de manera parcial, a la hora de escribir este capítulo. La información producida
luego de este informe será de gran valor para efectos de producir el capítulo detallado de
Geotecnia, correspondiente a la Microzonificación Sísmica definitiva de Armenia, a
realizarse en la siguiente fase del estudio.
En resumen, la exploración geotécnica del subsuelo, combinada con los resultados de la
exploración geofísica, confirman lo expuesto por el modelo geológico. De esta forma, se
pretende utilizar a la geología para ingeniería, como un elemento conceptual que permita
extrapolar las propiedades y características más destacables del subsuelo de Armenia,
tomadas para algunos sitios puntuales, a otras zonas de Armenia con similares
características geológicas. De esta manera, la exploración geotécnica y sus conclusiones
serán optimizadas salvando tiempo, de acuerdo con las necesidades de reconstrucción de
la región.
Las capas del subsuelo de Armenia, son de abajo hacia arriba:- Basamento. Constituido por rocas Terciarias
- Flujos Piroclásticos y Lahares. Se comportan como una roca.
- Saprolito y Suelos Residuales de dichos flujos
- Cenizas Volcánicas
A las anteriores capas se les superpone, a las cenizas volcánicas y suelo residual en
particular, un buen número de “llenos” o “rellenos” antrópicos, cuyo origen será
presentado en el numeral 5.3.
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 5-3
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0(&È1,&$6
621'(26�0$18$/(6 75,1&+(5$6�$3,48(6
1 3�. Ancianato del
Carmen. Vía a
Montenegro
6�. La Secreta. Vivero
CRQ
7�� Barrio Brasilia. Costado
Oeste
2 3�� CASD. Cercanías de
la falla de Armenia,
costado sur de esta
6�. Barrio Quindío
(Es la continuidad, en el
subsuelo, de la Trinchera 3)
7�� Barrio Brasilia, Costado
Norte
3 3�. Galería. Zona del
lleno de la Quebrada
Armenia
6�� Barrio El Limonar 7�� Barrio Quindío, Costado
Norte (Corresponde al
Sondeo Manual 2)
4 3�� Parque Uribe. Zona
afectada por el sismo
6�. Barrio Modelo, Carrera
23 E Calle 7ª. Sobre
escarpe de la falla de
Armenia
(Es la continuidad, en el
subsuelo, de la Trinchera 4)
7�� Barrio Modelo. En el
escarpe de la Falla de
Armenia.
(Corresponde al Sondeo
Manual 4)
5 3�. TeleArmenia 6�. Estación del Ferrocarril 7�� Talud de corte vial.
Salida hacia Calarcá. Inicio
de la Avenida Centenario
6 3�. El Caimo. Afueras de
la Ciudad, sector SE
6�. Ancianato San Vicente
de Paul (cerca al SEV4)
7�. Sitio de desfogue de los
sobrantes del Acueducto.
Margen derecha del Río
Quindío. Muestreo de Flujos
piroclásticos
7 3�. Barrio Brasilia. Zona
con graves daños en el
sismo
6�. Sobre la Avenida
Centenario. Vivero Bar
(cerca al SEV 6)
7�� Talud de corte vial.
Salida hacia Montenegro.
Margen derecha de la
Quebrada Hojas Anchas. Al
Norte del Barrio Niágara
8 - 6�� Centro Deportivo Bolo
Club
7�� Talud de corte vial, a un
costado de la sede de la
CRQ
9 - 6�. Urbanización El Pórtico.
Carrera 14 No. 44 Norte
7�� Talud de corte vial. En
la Avenida El Aborígen.
Margen izquierda de la
Quebrada La Florida
10 - 6��� Barrio Brasilia.
Costado Oeste
-
11 - 6��� Salida hacia Calarcá.
Inicio de la Avenida
Centenario
(Es la continuidad, en el
subsuelo, de la Trinchera 5)
-
- - -
12 - 6��. Calle 16 Cra 7. Barrio
Galán
-
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 5-4
En las Fotos 5.1 y 5.2 se muestran el equipo de perforación utilizado, en el sitio Galería
sobre la avenida 19, y la toma de una de las muestras en bloque, de una de las trincheras
– apiques, respectivamente.
)RWR���� Equipo mecánico de perforación en el sitio Galería, avenida 19, Armenia.
)RWR���� Muestra en bloque, en uno de las trincheras - apíques, recuperando cenizas volcánicas para
ensayos en el laboratorio sobre muestras inalteradas, Armenia.
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 5-5
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Desde su fundación, en 1889, debido a la topografía de colinas disectadas por quebradas
y arroyos, la dinámica del crecimiento de Armenia y otras zonas del eje cafetero con
geomorfología similar, ha estado ligada a cortar colinas disponer los materiales de los
cortes en la hondonada más cercana y construir. Por esta razón, los “llenos”, también
llamados “rellenos” por algunos, son una constante dentro del desarrollo de la ciudad. En
la Figura 5.2 (Centro de Documentación, CRQ) se presenta el mapa de la historia de la
expansión urbanística de Armenia, pudiéndose apreciar como fue el crecimiento gradual y
como, por analogía, ha sido el proceso de “llenado” asociado. Es conveniente observar
que en 1942 el sector del centro era el único que existía, sector que sufrió muchos daños
durante el sismo de enero de 1999; más adelante se utilizará esta Figura como un posible
indicativo de la vulnerabilidad de la ciudad, asociando zonas viejas, como la del centro, a
técnicas constructivas más pobres.
Para el estudio de los llenos, se ha recopilado la información del Centro de
Documentación de la CRQ, encontrando dos trabajos recientes, muy actualizados al
respecto, a saber:
- “Aproximación a la Microzonificación de Rellenos en la Ciudad de Armenia”.
Universidad del Quindío, Facultad de Ingeniería. Por Payan. M, Beltrán. J, Arboleda.
D, Calle. J, Camargo. Alber, Escobar. O, Montoya. C, y Polanía. Y. 1994.
- “Evaluación de la distribución de depósitos antrópicos en las laderas de las cañadas
en la Ciudad de Armenia”. CRQ-Universidad de Caldas. Por Henao. J y Sánchez. F.
1998
Utilizando la información consignada en dichos documentos, más las observaciones y
mediciones de la reciente etapa de exploración geotécnica, se ha producido una
tipificación de clases, tamaños, medidas y relaciones geométricas, para los llenos de la
ciudad. Esto con el fin de ubicarlos dentro de la zonificación geotécnica de materiales, con
subdivisiones que permitan entender su clase, dimensiones y posible comportamiento,
advirtiendo a quienes residen en ellos o, algo muy importante en un proceso de
reconstrucción, a quienes planean construir viviendas ubicadas sobre los llenos, que allí
existe un material colocado por el hombre.
De acuerdo a las formas del sitio sobre el cual se ubica el lleno, estos pueden ser de
hondonada (al rellenar cauces secos en verano), de cañada (al rellenar cauces activos),
de media ladera (sobre un talud; estos en general están constituidos por basuras), y
combinaciones de los anteriores.
De acuerdo a la clase de material con el cual se hayan hecho, los llenos son sanitarios
(basureros), y de “tierra” (de los cortes de los materiales geológicos aledaños), y
combinados. De acuerdo con la técnica constructiva los llenos son mecánicos, hidráulicos
y de terraplén (usados generalmente para vías).
La ubicación de los llenos de Armenia se hizo con base en las referencias bibliográficas
anotadas, complementadas por la ubicación de “llenos inferidos”. Estos se localizaron
cruzando el mapa de drenajes originales de la ciudad (Universidad del Quindío, 1994),
contra el de actual desarrollo urbanístico. Esta actualización permitió ubicar 30 llenos
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 5-7
más, si bien cada día aparece uno nuevo, en especial en las laderas de los múltiples
cauces de la zona, siendo estos en su mayoría de basura. El total de llenos dio 271.
En el Anexo 2.2.6 se presenta el resumen de la ubicación, tipo y subtipo, área,
profundidad máxima, volumen estimado, ancho de la sección transversal, y relación de
ancho : profundidad (parámetro utilizado para las modelaciones dinámicas y presentado
en el capítulo 6). En la Figura 5.3 se presenta la distribución de llenos por rango de
profundidades, por sectores. En la Figura 5.4 se muestra el total de llenos de Armenia, por
rango de profundidad, sin incluir los inferidos. En el Mapa 5.2 se muestra la localización
de los llenos de Armenia, con subsectores discriminados de acuerdo con la fuente de la
información. En el Mapa 5.3 se ubica cada lleno completo, sectorizado por profundidades
y tipo. El lleno antrópico más importante de la ciudad es el de la antigua quebrada
Armenia. Dicho lleno incluye varias ramificaciones y ramales, y sobre el se ubicaban
pesadas bodegas y ferreterías, antes del terremoto, las cuales fueron muy averiadas por
el sismo, ocasionando muchas víctimas. Igualmente, en un sector de este lleno se ubica
un gran colector de aguas negras,imponiendo un cuidado adicional a su uso.
Al cruzar el mapa de llenos antrópicos con el Mapa de daños del INGEOMINAS (Caro,
Moreno, Forero-Dueñas y García. Informe de Emergencia No 2, Marzo de 1999), se
encontró que existen varios sectores en que la ubicación de los daños coincide con la de
los rellenos, empezando por la quebrada Armenia. Por supuesto que para trazar
conclusiones definitivas es necesario considerar la calidad constructiva del lugar, sin
embargo la coincidencia es interesante. Mayor claridad al respecto se podrá tener al
presentarse la caracterización geotécnica de los llenos, en secciones subsecuentes. En
relación con los daños a viviendas construidas sobre llenos de media ladera, en campo se
encontró que existió un asentamiento diferencial en el contacto material natural – lleno, y
que durante el sismo, en ese sitio ocurrió la falla de las viviendas, algunas presentando
colapso total, tal y como se indica en la Figura 5.5
)LJXUD���� Esquema de la falla total o parcial de viviendas ubicadas parcial o totalmente en llenos de
ladera, debido a asentamientos diferenciales, debido al sismo.
����&DUDFWHUtVWLFDV�JHRWpFQLFDV�GHO�VXEVXHOR�GH�OD�&LXGDG�GH�$UPHQLD
La exploración directa permitió definir la estratigrafía, y a partir de los ensayos “in situ” se
definieron parámetros de campo, incluyendo velocidad de las ondas P y S (con crossholes
ASENTAMIENTO
DIFERENCIAL
LLENO DE LADERA,
DE PÉSIMAS
CARACTERÍSTICAS
GEOTÉCNICAS
MATERIAL NATURAL,
USUALMENTE CENIZA
VOLCÁNICA
ANTES DEL SISMO
DESPUÉS DEL SISMO
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 5-8
)LJXUD����� Distribución de Llenos por rango de profundidad, por sectores, para Armenia
)LJXUD����� Distribuciön de Llenos por rango de profundidad, para Armenia
0-5 5-10 10-15 15-20 >20
13
11
27
60
32
8
37
47
16
3
7
21
1
64 6
02
00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
1
X
P
H
UR
�G
H
�/
OH
Q
R
V
5DQJRV�GH�3URIXQGLGDG��P�
Sector "Norte"
Sector "Centro"
Sector "SW"
Sector "SE"
0-5
5-10
10-15
15-20
>20
111
124
47
17
2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
1
X
P
HU
R
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H�
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OH
Q
R
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5DQJRV�GH�3URIXQGLGDG��P�
Llenos
Armenia
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 5-9
y downholes), Número de golpes por pié del ensayo de penetración estándar, y
finalmente, resistencia al corte no drenado, qu, mediante la prueba de penetrómetro de
bolsillo. Un número representativo de muestras inalteradas y remoldeadas, fueron
recuperadas en cada sitio de exploración, y llevadas al Laboratorio de Geotecnia. Sobre
estas se efectuaron los ensayos que se presentan en la Tabla 5.2, y el detalle de los
resultados se presenta en el anexo 2.2.
7DEOD�����5HVXPHQ�GH�ORV�HQVD\RV�GH�/DERUDWRULR�HIHFWXDGRV�D�ODV�PXHVWUDV�GH�$UPHQLD.
&/$6( (16$<26
CLASIFICACIÓN Humedad natural, Límite líquido. Límite plástico,
granulometrías
COMPRESIBILIDAD Consolidación unidimensional
RESISTENCIA ESTÁTICA Compresión Inconfinada, Corte Directo, Triaxial Estático,
Carga Puntual
RESISTENCIA DINÁMICA Columna Resonante, Triaxial cíclico, Péndulo de Zeevaert
SUCCIÓN Potencial de succión
COMPACTACIÓN Harvard Miniatura, Próctor
MICROESTRUCTURA Difracción de rayos X, Microscopía Petrográfica,
Microscopía Electrónica, Composición Química
�������5HVXOWDGRV�GH�ORV�DQiOLVLV�GH�PLFURHVWUXFWXUD�GH�ODV�FHQL]DV�YROFiQLFDV
���������,PSRUWDQFLD
Debido a las repercusiones sobre el comportamiento físico, es necesario en primer lugar,
hacer referencia a la estructura y fábrica de los materiales volcánicos presentes en el
subsuelo de la ciudad de Armenia. Esto hace referencia particular al estrato más
superficial, llamado en el capítulo de Geología de este informe (Moreno, INGEOMINAS)
como “Piroclastos de caída” (lapilli, cenizas y polvo volcánico), y conocido de manera
general como Cenizas Volcánicas. Sobre dicho estrato se asientan la mayoría de las
construcciones de Armenia; igualmente la mayoría de cortes viales están interviniendo
este material, siendo de gran importancia su comportamiento geotécnico.
En primer lugar, inmediatamente luego del terremoto, las observaciones de campo
demostraron (ver “Mapa de Zonificación Regional de Daños”, Ojeda y Forero-Dueñas,
INGEOMINAS, Informe de Emergencia No 1, Terremoto del Quindío, Febrero de 1999, y
“Mapa de Daños de Armenia”, Caro, Moreno, Forero-Dueñas y García, INGEOMINAS,
Informe de Emergencia No 2, Terremoto del Quindío, Marzo de 1999) en general que las
cenizas volcánicas respondieron admirablemente a las inmensas aceleracioines sísmicas
del terremoto. Se encontraron pocas fallas de laderas naturales, salvo por supuesto en la
zona epicentral (Parra y Mejía, INGEOMINAS, Febrero de 1999), varias fallas
superficiales en cortes viales, y no se encontró evidencia de fallas del suelo de las
cimentaciones. Es decir, que geotécnicamente las cenizas volcánicas se comportaron
muy bien durante el sismo.
Al adentrarse en el análisis, preliminar por supuesto, de las razones del comportamiento
de estos materiales, es necesario involucrar la microestructura del material. El término
“estructura” (Mitchell, 1976) es descrito por Burland (1990) como la combinación de la
cementación y la “fábrica”, la cual a su vez hace referencia al arreglo y distribución física
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 5-10
de las partículas del suelo. La aparición de estructura en un suelo, se debe a la
combinación de el orígen de este (ya sea un suelo residual, transportado o remoldeado),
de manera que al depositarse en un ambiente determinado el suelo o roca tienen una
estructura inicial, la cual puede cambiar debido a factores químicos y físicos que ocurran
en el sitio de depositación, los cuales ocasionan la formación de la estructura final del
suelo (Mitchell, 1976).
���������(O�SUREOHPD�GH�ORV�VXHORV�³DORIiQLFRV´
En el caso de las cenizas volcánicas, el origen es el lanzamiento de materiales candentes
al espacio desde una fuente volcánica, razón por la cual dichos materiales sufren
enfriamiento rápidos, no alcanzan a conformar una masa organizada o cristalina, y se
depositan teniendo trazas de los materiales de los volcanes de donde se originaron, tanto
del magma como de los alrededores del cráter, con una estructura relatívamente abierta,
es decir con relaciones de vacíos grandes, la cual permite el flujo del agua. Esta
estructura inicial va cambiando progresivamente, de acuerdo con el clima y la
precipitación, y la evolución “in situ” de factores físicos (sobrecargas, descargas, erosión,
infiltraciones, temperatura, etc) y químicos (lixiviación, cementación, meteorización,
transformaciones mineralógicas, etc) induciendo la aparición de la estructura final.
Si bien la literatura al respecto no abunda, en relación con las particularidades del
comportamiento de las cenizas volcánicas y sus suelos derivados, en resumen se tiene lo
siguiente. En primer lugar, los suelos pertenecen a una clase especial llamada de manera
general “alofánicos”. En esta investigación una “alófana” se tomará como un término
amplio que incluye los suelos derivados de la meteorización de piroclastos (siguiendo a
Maeda y otros, 1977). Maeda también presenta como sinónimo para estos suelos a los
“suelos de ceniza volcánica”. Otros términos usados por Maeda son “ándepts” y
“andisoles”, definiciones que son más frecuentes en los estudios agrológicos. En efecto el
IGAC (Malagón y Pulido, 1991) en el libro “Andisoles” mencionan que la andolización
tiene dos subprocesos, uno la formación de complejos Al-humus y otro la generación de
productos alofánicos. La característica básica de la alófana, como aquíse va a utilizar, es
que dichos compuestos carecen de una estructura cristalina identificable, no
encontrandose picos en los análisis de difracción de rayos x, es decir son “amorfos”.
Wada (1986) define las alófanas como aluminosilicatos hidratados, no cristalinos.
Las alófanas se encuentran distribuidas a nivel mundial, encontrándose en el Caribe, los
Andes, Indonesia, Japón, Nueva Zelandia y los Estados Unidos (Maeda y otros, op. cit).
En Colombia, el IGAC (Malagón & Pulido, 1991) los denomina andisoles o ándepts, y los
ubica en la región andina del país, constituyendo el 11.6% con relación al total de los
suelos nacionales (ver Figura 5.6); en el país estos suelos están ampliamente distribuidos
en la cordillera Central, encontrándose en proporción media en la cordillera Occidental, y
en menor cantidad en la cordillera Oriental. Como se aprecia en la Figura, Armenia está
incluida dentro de la zona de influencia de los suelos alofánicos. Malagón y Pulido
mencionan que en la clave taxonómica de 1990, a una clase de suelos llamados
Inceptisoles que tenía un subgrupo llamado los Andepts, se le modificó, debido a que los
Andepts ameritaban atención especial debido a su comportamiento e importancia, por lo
cual los Andepts han sido ubicados como una nueva clase llamada de los Andisoles.
ECUADO
R
PERU
BRASIL
VENEZUELA
PANAMA
M
AR C
ARIB
E
O
C
E
A
N
O
P
A
C
IF
IC
O
0°
74°
FIGURA 5.6 : Localización de los suelos alofánicos, relacionados con andeptsp o andisoles, en Colombia.
ARMENIA
(Imagen de sombras de Colombia, sobre el cual se montó el mapa de Malagón y Pulido,
IGAC, 1991).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-12
El ubicar a las alófanas dentro de una clase particular de materiales, es justificado debido
a que tienen propiedades singulares y típicas, que las hacen distintas de los otros suelos.
Según Maeda (op. cit.), las características de la estructura, los vacíos en particular,
determinan las propiedades físicas, ocurriendo cambios volumétricos debido al secado,
los cuales son irreversibles, Maeda concluye que la “matriz” del suelo cambia y que el
suelo alofánico seco puede considerarse como otro material, con un comportamiento
físico distinto al suelo natural a la humedad natural. Esta característica es crítica a la hora
de definir las propiedades mecánicas de las alófanas, repercutiendo en la caracterización
de laboratorio desde los resultados de las pruebas de clasificación (Límites de Atterberg y
granulometrias), hasta la manera como se deben interpretar los resultados de ensayos de
compactación, en los famosos llenos de Armenia, hechos en gran parte con cenizas
volcánicas.
���������3RVLEOHV�FDXVDV�GHO�FRPSRUWDPLHQWR�LQXVXDO�GH�ODV�DOyIDQDV
La estructura de las alófanas no está completamente estudiada, los estudios al respecto
indican que a nivel micro poseen forma esferoidal hueca, con un diámetro externo de 55 Å
y un diámetro interno de 30 Å (1 Å = 1x 10 –10 m) (Kitagawa, 1957 en Maeda, op. cit.);
Kitagawa propone que en el estado seco esas unidades esféricas se encuentran unidas
en estado aglomerado, formando los “microagregados” típicos de estos materiales,
comúnmente observados en el campo; el secado remueve el agua adsorbida, facilitando
la unión de las partículas individuales, y la aparición de grumos. Con unidades de 55 Å de
diámetro, los poros que se forman son del órden de 10 Å de diámetro; fábricas menos
compactas e irregulares, producirán poros de mayor tamaño. Esta característica hace que
en estos materiales sean importantes los fenómenos de tensión superficial, en la interfase
agua – mineral, se genere el fenómeno de la capilaridad, y empiece a ser importantes la
succión (presiones negativas del agua de poros) como mecanismo físico contribuyente a
la resistencia al corte. En la figura 5.7 se representa el sistema suelo (alófana) – agua, en
la interfase entre el sólido y el líquido, con la analogía del agua dentro de un tubo capilar
(Buckingham, 1907).
Además de los mecanismos físicos de resistencia, existen otros mecanismos relacionados
con los componentes químicos de las alófanas, y su evolución en el tiempo. Al respecto,
Fieldes y Claridge (1975) estudiaron los suelos alofánicos de Nueva Zelandia y concluyen
que la alófana en sus estados iniciales de formación puede ser visualizada como
fragmentos semisólidos de aluminosilicatos, similares a una gelatina (geles), teniendo una
estructura abierta la cual guarda mucha agua.
Recientemente (Forero-Dueñas, 1998, y Forero-Dueñas y otros 1998a y 1998b)
estudiaron la evolución y el comportamiento de geles amorfos de silica, y sugieren para
estos materiales que la estructura se inicia como un número de “monómeros”, o
“semillas”, de ácido silícico, H4SiO4, sin relación entre sí, comportándose mecánicamente
como un fluido; a medida que se inicia un proceso de “polimerización”, estos monómeros
se empiezan a unir entre sí, creándose enlaces Si-O-Si (siloxano), y generándose agua
como producto de la reacción química.
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-13
)LJXUD���� “Modelo capilar” representando la succión en un suelo (Buckingham, 1907)
A medida que el proceso de polimerización continúa, el comportamiento mecánico del
material amorfo cambia, y pasa de un líquido (un “sol” ) a un “gel”, o material semisólido,
con una estructura de siloxanos (Figura 5.8) y cuyas características mecánicas son más
cercanas a las de un sólido, teniendo capacidad para resistir esfuerzos de corte (Figura
5.9), con un módulo Gmax finito y medible, tal y como lo indica la Figura 5.9. Este modelo
de aumento gradual natural de resistencia pudiera ser adaptado para las alófanas,
alumino silicatos hidratados amorfos, adicionándoles las posibles interacciones con los
aluminios.
Otra de las observaciones de Forero-Dueñas (1998), fue que el comportamiento mecánico
de las geles amorfas de sílice� se veía muy afectado por los cambios ambientales,
incluyendo temperatura y humedad relativa. Durante el secado en condiciones de
laboratorio, las geles sufrían un proceso de ganancia de resistencia, que las hacía mucho
más fuertes que el material original; a medida que el agua salía, siguiendo un proceso
combinado de evaporación y difusión, el módulo de corte aumentaba (ver Figura 5.6), y el
volumen de las geles se reducía. Se encontró, sin embargo, que esta ganancia en
resistencia tenía un límite, el cual se empezaba en el momento de iniciarse el
agrietamiento, a contenidos de humedad que en ocasiones marcaba el cambio de
evaporación a difusión en la salida del agua. Al igual que lo observado en las alófanas, los
cambios de volumen y de estructura eran irreversibles (la explicación es que una vez roto,
el enlace siloxano no se recupera), a menos que hubiera un exceso de monómeros de
ácido monosilícico, que pudiera reiniciar todo el ciclo (esta irreversibilidad en el
incremento de volumen al rehumedecer las muestras, es típico de las alófanas).
τ τ
r
AIRE.
U= Ua
Tubo Capilar
Tensión
Superficial
AGUA.
U= Uw
+Z
(m)
-Z
(m)
TENSIÓN
hc
Ut= - (hc) γw
U= (Z) γw
d
$OWXUD�FDSLODU�KF� �����τ ⁄��[��γZ���G�]
τ �7HQVLyQ�6XSHUILFLDO��3URSLHGDG�ItVLFD
GHO�DJXD��D���°& �����GLQDV�/�FP
Presión de poros capilar Ut= - (hc) γw
= - 2 τ ⁄�U
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-14
)LJXUD�����Modelo microestructural de un gel amorfo de sílice. Transición de grupos silanol, Si (OH), a una
red continua de enlaces siloxano (Si-O-Si) (Forero-Dueñas, 1998)
Inicialmente
como un
líquido, o
solución, o
“sol”
Transición. Polimerización gradual de las “semillas” de ácido
monosilícico. Grupos “silanol”(Si OH) son reemplazados por
enlaces “siloxano” (Si-O-Si), los cuales conforman la Estructura.
Gelación.
Reológicamente
es el paso de un
líquido (“sol”) a
un semi sólido:
un “gel”
Si OHOH
OH
OH
Si OH
OH
OH
OH
SiO
O
O
Si
O
Si
Si
O
Si
O Si
Si
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-15
)LJXUD�����Transición de un líquido a un semi sólido (de un “sol” a un “gel”), al crearse un gel de sílice
amorfa. Antes del punto de gelación (tg) el Gmax es nulo (Forero-Dueñas, 1998)
En el anterior modelo de comportamiento, se conocen tanto la estructura del material,
como los cambios en la resistencia debidos a un fenómeno ambiental, como es el caso de
la desecación; este modelo, si bien simplificado, sería útil al explicar los fenómenos
observados “in situ” del comportamiento de las cenizas volcánicas, las cuales se
comportan muy bien en cierto rango de humedad natural, pero cuando se resecan se
agrietan y disgregan, de manera que la coherencia y continuidad de la estructura se
pierde. Tal puede ser el caso de los taludes, los cuales luego de agrietarse y ante un
aguacero, fallan. Igualmente, en el caso del terremoto, al parecer las aceleraciones
sísmicas no fueron capaces de romper los enlaces químicos de siloxano de la estructura
de las cenizas; de esta manera, a partir de una experiencia investigativa de laboratorio, se
pudiera sugerir una explicación estructural al comportamiento real de las cenizas
volcánicas.
De acuerdo con Carman (1940), se ha encontrado que en el proceso de polimerización,
las moléculas de ácido silícico tienden a formar partículas esféricas, cuya estructura
interior está constituida por enlaces de siloxano, y en cuya superficie se encuentran
grupos hidroxilo (OH). Estos son el enlace de dichas partículas con el agua circundante.
De esta manera, procesos ambientales tales como fenómenos hidrotermales y secado,
pueden alterar la concentración de hidroxilos, de cuyo número depende si las partículas
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-16
de sílica amorfa atrapan agua (hidrófilas) o la rechazan (hidrófobas) (Bergna, 1994). Iler
(1955) concluye que a unos 115º C el agua adsorbida físicamente se remueve, y el agua
que queda está presente como una capa de grupos hidroxilo en la superficie de las
partículas de sílica, llamando a ésta “agua no libre”. De aquí se concluye que la prueba de
humedad natural, llevada a cabo de manera tradicional en geotecnia (Estándar Inglés
1377 de 1990, y norma ASTM D 2216), debería ser capaz de remover el agua libre de las
partículas de sílica amorfa y los materiales en que estas se encuentren, cenizas
volcánicas por ejemplo.
La teoría de la gran importancia de los materiales amorfos, sílica en particular, como
agente cementante y proveedor de resistencia ha sido relacionada con el uso histórico de
materiales de construcción; tal es el caso de las colosales construcciones de los
Romanos, los cuales para elaborar el cemento usaban una mezcla que incluía una ceniza
volcánica, la cual era una forma muy pura de sílice amorfa (Bergna, 1994). La resistencia
del cemento era inmensa, y en efecto muchas de estas obras de ingeniería han
sobrevivido el paso del tiempo, y pueden observarse hoy en día.
)LJXUD����� Aumento continuo de la resistencia de geles de sílice amorfa, durante el proceso de
desecación, pero solo hasta el inicio del agrietamiento. Ensayos en carga y descarga, con cono.
FS= Fracción de sólidos, en peso (Forero-Dueñas, 1998)
Los trabajos de Forero-Dueñas (1998) concuerdan con las descripciones del
comportamiento mecánico, y la textura o apariencia de los suelos alofánicos, a nivel
mundial, que hacen Maeda y otros (op. cit.) con los cambios irreversibles de la alófanas,
ubicándolas como un grupo separado y especial de materiales: “las alófanas sufren
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-17
cambios extremos, cambiando de “plásticas” en estado húmedo, a “arenosas” en estado
seco”.
Según Fujiwara y Baba (1973, en Maeda y otros, op. cit.) la retención de agua en las
alófanas es función de la distribución de tamaños, más que del área superficial, factor
que, al igual que la irreversibilidad de los cambios de volumen en el proceso de secado -
rehumedecimiento, las diferencia de las arcillas expansivas. La alta capacidad de
retención de agua se debe físicamente al gran volumen de poros de pequeño diámetro; la
retención de agua a una succión de 15 bares (una prueba muy común en estudios
agrológicos) es inmensa, con valores entre el 70% (para una alófana de República
Dominicana) y el 192 % (para una alófana del Ecuador).
���������&RPSRVLFLyQ�TXtPLFD�GH�ODV�FHQL]DV�YROFiQLFDV�GH�$UPHQLD
Armenia se localiza entre la cota 1600 m.s.n.m., al norte, y la cota 1350 m.s.n.m., al sur.
En la Figura 5.11, producida en este informe (Barreto. G & Ulloa, F. INGEOMINAS), se
presenta el Mapa de Isoyetas de Armenia. En él se puede apreciar que las precipitaciones
medias anuales son cercanas a 2400 mm el sector norte, y que dichas precipitaciones
anuales se reducen a cerca de 2250 mm hacia el sur. La temperatura media es 20° C, y
toda el área municipal, 121 km2, queda ubicada dentro del piso térmico “medio” (IGAC,
1980), en las estribaciones, costado occidental, de la cordillera central. En este clima, es
que las cenizas volcánicas han sido depositadas, evolucionando “in situ”, hasta conformar
la estructura final que hoy presentan.
De las muestras tomadas en sondeos mecánicos y trincheras, se seleccionaron algunas
para efectuar análisis de composición química. Las muestras seleccionadas corresponden
a cenizas volcánicas del mismo talud en donde se ubicó la trinchera - apique 8 (CRQ) (ver
Mapa 5.1). Adicionalmente, se hizo un muestreo regional, en los alrededores de Armenia,
aprovechando la evaluación de emergencia que el INGEOMINAS efectuó inmediatamente
después del terremoto. En la Tabla 5.3 se presenta la localización y profundidad de las
muestras seleccionadas para estos análisis.
Las pruebas se ordenaron por parte del INGEOMINAS, al laboratorio de suelos del IGAC
en Bogotá (ver Anexo 2.1.1.1). Las pruebas efectuadas incluyeron:
- Caracterización química. Incluye el pH, Carbono orgánico (para estimar materia
orgánica), Capacidad de Intercambio catiónico, calcio, magnesio, potasio y sodio.
- Hierro y aluminio activos y sílice amorfas.
- Mineralogía por difracción de rayos X.
Dichas pruebas buscaban en primer término, el definir los principales minerales
constituyentes, tanto de tipo cristalino como amorfo. En segundo término, con esta
información se buscaba aclarar la clasificación de estos materiales como posibles
constituyentes del grupo de las alófanas, y así poder iniciar a proponer un modelo
estructural para las cenizas volcánicas.
Dicho modelo, complementado con las descripciones microscópicas de la fábrica y
composición (sección 5.4.1.5), pudiera conducir a producir dicho modelo estructural. La
finalidad práctica de dicho modelo será el poder correlacionarlo con el comportamiento
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
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$50(1,$
 5-19
físico de campo, analizando este con explicaciones alternativas, ofreciendo la aplicación
de conceptos provenientes de los análisis de la microestructura.
7DEOD�����0XHVWUDV�VHOHFFLRQDGDV�SDUD�DQiOLVLV�TXtPLFRV��HQ�$UPHQLD�\�DOUHGHGRUHV�
6,7,2
�&yGLJR�
8%,&$&,Ï1 '(6&5,3&,Ï1
Armenia, CRQ. 0� Corona del Talud. A 0.2 m Muestra con materia orgánica, grís, húmeda
Armenia, CRQ. 0� A 0.5 m de parte alta talud Muestraarenosa, gris, material volcánico de hasta 0.5cm
Armenia, CRQ. 0� A 2m de parte alta del talud Muestra meteorizada, color ocre claro
Armenia, CRQ. 0� A 3.5m de parte alta talud Muestra con lapilli, meteorizada, color ocre oscuro
Armenia, CRQ. 0� A 5m de parte alta talud Ceniza Volcánica, grís húmeda
Vía Armenia-La
Línea, K16.300. P�
A 1.5m de la base de talud
vial
Material de orígen volcánico en talud fallado
Vía Armenia-La
Línea, K15.185. P�
A 1m de base de talud vial Material limo arcilloso de orígen volcánico, en talud
fallado
Vía Armenia La
Línea, K11.608. P�
A 1.5m de base de talud
vial
Esquistos “in situ”, arcillosos
Vía Armenia La
Línea, K11.608. P�
A 1.6m de base de talud
vial
Suelos residuales de los esquistos
Vía Armenia La
Línea, K11.608. P�
A 1.7m de base de talud
vial. Capa más superior.
Suelos de origen volcánico
Cajamarca, Barrio
20 de julio. 0�
Escarpe de falla de talud
sobre el río Anaime. Parte
inferior del talud, a unos
15m de la corona
Depósitos sueltos y deleznables, arenosos
Cajamarca, Barrio
20 de julio. 0�
Escarpe de falla de talud
sobre el río Anaime.. Parte
superior del talud, a unos
8m de la corona
Secuencia superior del depósito, muestra de la matriz
(embebida en bloques de flujos).
Salento, planta de
tratamiento. 0���
Corona de deslizamiento, a
0.4m de profundidad
Suelo color ladrillo, areno arcillo limoso, origen volcánico
Salento, planta de
tratamiento. 0���
Corona de deslizamiento
rotacional, a 0.6m de
profundidad
Suelo amarillento, arenoso, origen volcánico
Salento, planta de
tratamiento. 0���
Corona de deslizamiento
rotacional, a 0.15m de
profundidad
Suelo con materia orgánica, asociado a suelos de origen
volcánico
Circasia. Alto de la
Tasa. 0��
Material superficial, relleno
vía
Suelo amarillento, relleno compactado mecánicamente
Filandia. Vía a
troncal, K 0.6. P���
En talud fallado, a 1.2m de
la base
Suelo areno arcilloso, origen volcánico, caído en bloques
Filandia. Vía a
troncal. K 0.6, P���
En talud fallado, a 1.2m de
la base
Suelo areno arcilloso, origen volcánico, caído en bloques
Pereira, Bocatoma.
M3�
Vereda Nuevo Libaré,
deslizamiento bocatoma
acueducto. A 0.2 m de la
corona
Suelo con materia orgánica, asociado a suelos de origen
volcánico
Pereira, Bocatoma
M3�
Vereda Nuevo Libaré,
deslizamiento bocatoma
acueducto. A 0.4 m de la
corona
Suelo amarillo ocre, ceniza volcánica
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-20
De acuerdo con esta ubicación, a partir de las observaciones de campo y de acuerdo con
criterios geológicos, existen algunas muestras para las cuales se esperaba una diferencia
comparativa en la composición, las cenizas volcánicas, comparadas con las de otros
orígenes. De esta manera, se esperaba que algún parámetro químico reflejara estas
diferencias que deberían existir entre las muestras que se discriminan en la Tabla 5.4.
7DEOD�����0XHVWUDV�VHOHFFLRQDGDV�SDUD�DQiOLVLV�TXtPLFRV��HQ�$UPHQLD�\�DOUHGHGRUHV�
GLVFULPLQDGDV�SRU�HVWDU�R�QR�DVRFLDGDV�D�&HQL]DV�9ROFiQLFDV�
0XHVWUDV�DVRFLDGDV�D�&HQL]DV
9ROFiQLFDV
0XHVWUDV�GH�RWUR�RULJHQ
- En Armenia: CRQ4, CRQ5, CRQ6,
CRQ7, CRQ8
- Alrededores: m1, m2, m5, m11, m12,
m13, m15, m16, MP2 y MP3
- Alrededores de Armenia: m3, m4, m6,
m7, m14
La Tabla 5.5 muestra una comparación del valor promedio de los parámetros medidos,
para cada grupo de muestras (el Anexo 2.1.1 presenta las tablas de resultados
individuales):
7DEOD�����9DORUHV�SURPHGLR�GH�DOJXQRV�SDUiPHWURV�TXtPLFRV�HQ�PXHVWUDV�WRPDGDV�HQ
$UPHQLD�\�DOUHGHGRUHV��GLVFULPLQDGDV�SRU�HVWDU�R�QR�DVRFLDGDV�D�&HQL]DV�9ROFiQLFDV�
3$5È0(752 0XHVWUDV
DVRFLDGDV�D
&HQL]DV
9ROFiQLFDV�HQ
$UPHQLD
CRQ4, CRQ5,
CRQ6, CRQ7,
CRQ8
0XHVWUDV
DVRFLDGDV�D
&HQL]DV
9ROFiQLFDV�HQ
DOUHGHGRUHV�GH
$UPHQLD
m1, m2, m5
0XHVWUDV
DVRFLDGDV�D
&HQL]DV�9ROFiQLFDV
HQ�DOUHGHGRUHV�GH
$UPHQLD��HQ�OD
ERFDWRPD�GH
3HUHLUD
MP2 y MP3
0XHVWUDV
SRVLEOHPHQWH�QR
DVRFLDGDV�D
&HQL]DV�9ROFiQLFDV
m4
PH 6.3 6.2 6.1 ���
Capacidad de
Intercambio
Catiónico, CIC
(meq/100g)
16.2 13.83 ���� 13.8
Carbono Orgánico % 0.52 0.2 ���� 0.13
Materia Orgánica % 0.89 0.35 ���� 0.224
% Arcilla 6.6 10 4 ��
Bases Totales
(meq/100g)
2.71 0.61 2.61 ����
Ca (meq/100g) 2.06 0.28 1.18 ����
Mg (meq/100g) 0.24 0.13 0.13 ����
Ca/Mg 8.02 2.3 ��� 1.44
Na (meq/100g) 0.18 0.07 0.19 0.17
K (meq/100g) 0.24 0.13 ���� 0.45
P (ppm) � 3.97 1.03 2.5
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-21
Según estos resultados, quizá la diferencia más notable a primera vista se relaciona con
el contenido de arcilla, al comparar las muestras posiblemente asociadas con cenizas
volcánicas, contra la muestra 4, la cual corresponde a un suelo residual de un esquisto,
justificando de esta forma el elevado contenido de arcilla. Según las granulometrias y la
apariencia de campo, las cenizas son más arenosas; más adelante se comentará al
respecto de la validez de las granulometrías y otras pruebas de clasificación en suelos
“alofánicos”.
El pH no cambia substancialmente entre todos los grupos, siendo cercano al neutral,
ligeramente ácido. Los valores de la capacidad de intercambio catiónico, CIC, la cual en
términos sencillos se refiere a la cantidad de cargas negativas del suelo susceptibles de
ser equilibradas por las bases, es mayor en las muestras de la bocatoma de Pereira. En
estas se tiene de manera local igualmente un mayor contenido de materia orgánica, lo
cual debe estar incrementando la CIC (el complejo coloidal del suelo está constituidos por
contribuciones de las arcillas y la materia orgánica).
La muestra m4 tiene la máximas Bases Totales del grupo (la suma de Calcio más
Magnesio más Potasio más Sodio), seguramente asociada al elevado contenido de arcilla,
ya que a los suelos arenosos les queda más difícil retener nutrientes. Igualmente, en
concordancia con ello, esta muestra posee los contenidos de calcio y magnesio más
elevados.
Con respecto a los análisis de mineralogía, a las muestras CRQ4 y CRQ6 de Armenia
(Talud a un lado de la sede de la CRQ) se les hicieron estudios adicionales de la fracción
gruesa, así como a la fracción fina, contratados por el INGEOMINAS al laboratorio de
suelos del IGAC (ver Anexo 2.1.1).
En el análisis de arenas, se trabajó en el microscopio petrográfico con una fracción
representativa de este material con tamaños entre 80 y 270 micras (lo más grueso no se
puede observar cómodamente en el microscopio). La mineralogía de la fracción fina se
trabajó utilizando un Difractómetro de Rayos X, marca Philips, sobre partículas menores a
2 micras (0.002 mm); la muestra se satura con cationes de Magnesio y Potasio, el
Magnesio se glicoliza para determinar posibles arcillas expansivas, y el Potasio se
calienta para ver si este tratamiento hace desaparecer algunos minerales, como por
ejemplo sucede con las caolinitas permitiendo su identificación.
En la Tabla 5.6 se presenta el resumen de las observaciones mineralógicas. Las
conclusiones se presentan igualmente en dicha Tabla, y se resumen en que son muestras
con un elevado contenido de material amorfo, el cual está ampliamente presente en la
fracción fina y constituye la estructura de la fracción arena, dominando el comportamiento
general de las cenizas volcánicas. Se deben efectuar estudios adicionalres, para aclarar
la existencia y clase de las alófanas y posíblemente de las halloisitas, las cuales son el
producto de la meteorización de las alófanas.
En las Figuras 5.12 y 5.13 se muestran los difractogramas correspondientes a las
muestras CRQ 4 y CRQ 6 respectivamente. En la Figura 5.12 se destaca la baja
intensidad de los picos, debido a la existencia de amorfos, y en la Figura 5.13 se destaca
el completo dominio de los amorfos.
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$692/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-22
)LJXUD������Difractogramas de la muestra CRQ 4, Armenia. El bajo “conteo” (escla vertical) indica la
existencia de materiales amorfos.
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-23
)LJXUD������ Difractograma de la muestra CRQ6, Armenia. Material compuesto por “amorfos”, con ausencia
total de picos
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-24
La Figura 5.14 presenta dos difractogramas correspondientes ambos a materiales
amorfos, geles de sílica, los cuales muestran una ausencia total de picos, pero sin
embargo poseen una forma abombada característica de la respuesta de la sílice amorfa
en la prueba de difracción de rayos X (Forero-Dueñas, 1998). Estas formas se asemejan
a las mostradas en los difractogramas de la muestra CRQ 6. De esta manera, la imagen
de las cenizas volcánicas como un material dominado en su fracción fina por sílica amorfa
y otros elementos no cristalinos, aluminio en particular, es más clara. De esta composición
dependerá en gran parte el comportamiento a nivel macroscópico del material.
7DEOD�����5HVXPHQ�GH�ODV�REVHUYDFLRQHV�PLQHUDOyJLFDV�HQ�IUDFFLRQHV�DUHQD�\�DUFLOOD��SDUD
PXHVWUDV�GH�$UPHQLD
08(675$ 0,1(5$/2*Ë$�'(�$5(1$6 0,1(5$/2*Ë$�'(�$5&,//$6
CRQ 4 - Granos con revestimientos de vidrio
volcánico (fracción fina rodeando
fragmentos mayores)
- Hornblenda (8%), biotita (2%),
feldespato plagioclasa (25%)
- El cuarzo parece sobreestimado
- Material no cristalino “abundante”
 (30 al 50%)
- El difractograma tiene algunos
picos sin mucha intensidad, por el
posible efecto de los materiales
amorfos
- La difracción no puede descifrar la
presencia de alófanas ni de la
haloisita
CRQ 6 - Granos con revestimiento de vidrio
volcánico (fracción fina rodeando
fragmentos mayores)
- Hornblenda (25%), biotita (6%),
feldespato plagioclasa(21%)
- El cuarzo parece sobreestimado
- Material no cristalino “dominante”
(mayor del 50%)
- El difractograma no muestra picos,
reflejando la inmensa proporción
de materiales “amorfos” (ver
Figuras 5.13 del suelo de Armenia
y 5.14 de muestras de sílice
amorfa)
&21&/86,2
1(6
- El factor de tener granos con
revestimiento de vidrio volcánico no
cristalino, hace pensar en una
estructura cuyo comportamiento está
dominado por las características
físicas de dichos conectores, los
cuales están constituidos por
materiales sin una estructura cristalina
definitiva, y cuyas propiedades pueden
dominar las del conjunto, debido a que
están presentes en la “matriz” e
“interfiriendo” en el contacto que
tendrían los granos mayores, si los
conectores amorfos no estuvieran allí
presentes
- Si dichas características están
relacionadas con la evolución en el
tiempo de un “sol” a un “gel”, y en
parte con una estructura de siloxanos,
se explica de manera aproximada el
comportamiento real de estos
materiales
- Se confirma la alta posibilidad de
una estructura dominada por
materiales amorfos (ver el modelo
de Forero-Dueñas, 1998)
- En consecuencia, se confirma la
posibilidad de materiales
“alofánicos”, de características
físicas particulares
- Se sugiere continuar los estudios
con Análisis Térmico Diferencial y
Análisis Infrarrojo, para confirmar
las alófanas y ver su clase (Tipos A
o B)
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-25
)LJXUD������ Difractograma en dos tipos de material amorfo, geles de sílica, mostrando la ausencia de picos y
la forma típica de la sílice amorfa a 2θ=23° (Forero-Dueñas,1998), similar al difractograma de la muestra
CRQ6 (Figura 5.13)
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-26
Con relación a la inquietud particular de si los suelos estudiados tienen posibilidad de ser
parte de los “alofánicos”, las “Claves para la Taxonomía de Suelos” (1990) señalan
algunos criterios para que un material tenga “propiedades ándicas”. Estos criterios se
pueden consultar en detalle en el Anexo 2.1.1.1.
En esta investigación, debido a limitaciones de tiempo, no se alcanzaron a cumplir todos
los pasos para que la norma de la taxonomía identificara nuestros materiales como de
propiedades ándicas. Sin embargo, de acuerdo a:
- origen de los materiales (criterios geológicos)
- a las mediciones de material amorfo (criterios mineralógicos, desarrollados en esta
sección y la siguiente)
- a la reacción de los materiales en la prueba de “Fieldes” (criterio no concluyente pero
si indicativo)
- a los porcentajes obtenidos en la prueba de extracción de aluminio, hierro y silicio,
con oxalato ácido de amonio
creemos que la muestras de ceniza volcánica de Armenia poseen propiedades ándicas,
son Andisoles, y en términos generales se pueden considerar como materiales
“alofánicos”, existiendo entonces elevada posibilidad de encontrarnos con muestras cuyas
propiedades físicas y de Ingeniería son particulares.
Los resultados de la extracción de materiales amorfos, con el Oxalato ácido de Amonio
(ver Anexo 2.1.1) se presentan en la Tabla 5.6 (en rojo están las muestras que se
sospecha son andisoles o suelos “alofánicos”), y en las Figuras 5.15 y 5.16.
7DEOD�����0XHVWUDV�VHOHFFLRQDGDV�SDUD�DQiOLVLV�TXtPLFRV��HQ�$UPHQLD�\�DOUHGHGRUHV�
5HVXOWDGRV�REWHQLGRV�FRQ�HO�R[DODWR�iFLGR�GH�DPRQLR�
6,7,2
�&yGLJR�
$O�+�)H/������ $O��+)H��+6L������
Armenia, CRQ. 0� 1,79 2.61
Armenia, CRQ. 0� 1.42 2.23
Armenia, CRQ. 0� 5.075 9.04
Armenia, CRQ. 0� 2.09 3.8
Armenia, CRQ. 0� 0.01 ¿ 0.02 ¿
Vía Armenia-La Línea, K16.300. P� 2.259 4.093
Vía Armenia-La Línea, K15.185. P� 2.4025 4.25
Vía Armenia La Línea, K11.608. P� 0.1725 0.314
Vía Armenia La Línea, K11.608. P� 0.519 0.88
Vía Armenia La Línea, K11.608. P� 2.3945 4.249
Cajamarca, Barrio 20 de julio. P� 0.038 0.071
Cajamarca, Barrio 20 de julio. P� 0.2445 0.489
Salento, planta de tratamiento. P��� 2.09 y 2.055 (2 pruebas) 3.75 y 3.705 (2 pruebas)
Salento, planta de tratamiento. P��� 2.786 4.224
Salento, planta de tratamiento. P��� 3.0585 4.862
Circasia. Alto de la Tasa. P�� 1.3485 2.202
Filandia. Vía a troncal, K 0.6. P��� 2.9715 5.348
Filandia. Vía a troncal. K 0.6, P��� 4.3115 7.683
Pereira, Bocatoma. M3� 5.175 7.94
Pereira, Bocatoma M3� 3.5075 6.365
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-27
)LJXUD����� Identificación de posibles “Alófanas” según el criterio propuesto de (Al + Fe/2)%.
)LJXUD����� Identificación de posibles “Alófanas” según el criterio propuesto de (Al+Fe+Si)%
(Forero-Dueñas, INGEOMINAS).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
�$
O�
)
H�
��
�
&yGLJR�GH�PXHVWUD
Valor >2% 
posibles suelos 
alofánicos
Valor <2%
0
2
4
6
8
10
12
9
DO
R
U�
�)
H�
$
O�
6
L�
�
&yGLJR�GH�0XHVWUD
Valor >3,7% posibles 
suelos alofánicos
Valor <3,7%
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-28
De acuerdo con la Tabla 5.7 y la Figura 5.15, de las 15 muestras que se sospecha son
andisoles o suelos “alofánicos”, 12 cumplen que $O�+�)H/� ���es mayor o igual al 2%, la
cual es parte de uno de los criterios para definir las “propiedades ándicas”. Dos de estas
muestras están arriba de 1.42, lo cual está cerca de 2%, y solo una, la CRQ 4, no cumple,
pero sin embargo para esta la mineralogía (Tabla 5.5) de arcillas da “Material no cristalino
“abundante”(30 al 50%)”, y la mineralogía de arenas da “granos con revestimientos de
vidrio volcánico (fracción fina rodeando fragmentos mayores)”, por lo cual nuévamente
ofrece grandes posibilidades de materiales de propiedades ándicas, suelos “alofánicos”,
quedando la duda sobre el valor del ensayo con oxalato, el cual sin embargo no se
alcanzó a repetir para este informe.
De acuerdo con la Tabla 5.7 y la Figura 5.15, de las 15 muestras que se sospecha son
andisoles o suelos “alofánicos”, 12 cumplen que $O��+)H��+6L�es mayor o igual a 3.7 %, lo
cual si bien no está en la norma de taxonomía, si es un hecho observado en esta
investigación, por lo cual este podría ser un criterio complementario para encontrar los
suelos con propiedades ándicas, suelos “alofánicos”. Este criterio tiene la ventaja de dar a
conocer la cuantificación de la sílice, la cual como se ha comentado, posiblemente hace
parte importante de la estructura del suelo.
���������(QVD\RV�PLFURVFySLFRV�HIHFWXDGRV�D�ODV�FHQL]DV�YROFiQLFDV�GH�$UPHQLD
De las muestras tomadas en sondeos mecánicos y trincheras, se seleccionaron algunas
para efectuar análisis microscópicos tendientes a aclarar tanto la estructura como la
fábrica. Las muestras seleccionadas corresponden a cinco muestras de cenizas
volcánicas tomadas, una de cada sitio, de los sondeos 2 y 6, y a las trincheras-apiques 1,
8 y 9 (ver Mapa 5.1). En la Tabla 5.7 se presenta la localización y profundidad de las
muestras seleccionadas para estos análisis.
Los análisis petrográficos fueron realizados por el INGEOMINAS utilizando secciones
delgadas con impregnación y sin cubre objeto. En el Anexo 2.1.2 se presenta el detalle de
la preparación de las muestras. Se utilizó un microscopio de luz transmitida Nikon
Optiphoto T2-POL, al cual se le adaptó una cámara Nikon FDX-35. Para las descripciones
macroscópicas se utilizó una lupa binocular Wild M3-C.
El color se determinó utilizando la guía “Rock color chart” (1991), y la clasificación
composicional se basó en Streckeisen (1976), y en Williams y otros (1982).
En el anexo 2.1.2. se presenta el detalle de los análisis Petrográficos efectuados para
este estudio por Gálvez (Grupo Funcional de Petrología y Mineralogía, INGEOMINAS
1999). El resumen de los análisis petrográficos se presentan en la tabla 5.8. En ella se
indica la composición Mineralógica individual de la muestra con sus respectivos valores
promedio. Estos valores muestran la composición de los cenizas volcánicas esta zona de
Armenia y aportan elementos para comprender su estructura; estos paramétros son un
soporte importante para la modelación inicial del comportamiento mecánico de las
cenizas.
Igualmente, los resultados petrográficos serán un complemento a las pruebas químicas y
mineralógicas ya efectuadas, con el fin de mejorar el modelo estructural y de
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-29
comportamiento de ingeniería de las cenizas volcánicas, aclarando la naturaleza y
cantidad de los elementos amorfos, y su posible influencia.
7DEOD�����0XHVWUDV�VHOHFFLRQDGDV�SDUD�DQiOLVLV�PLFURVFySLFRV��YHU�$QH[R�������
&Ï',*2 6,7,2 08(675$
1R
352)81','$'�<
'(6&5,3&,Ï1�*(1(5$/
Trinchera 1 Brasilia M 1 1.1 m, arena habana grisácea.
Ceniza volcánica. 62.9% de
humedad natural, Índice de
plasticidad 13.1%
Trinchera 8 CRQ M 1 1.3 m de cima de talud vial de
unos 5m de altura, limo
arcilloso amarillo oxidado.
Ceniza volcánica. 83.7% de
humedad natural, relación de
vacíos 1.84. Índice de
plasticidad 7.4%. Gs 2.45.
Peso unitario Total 1.41 TM3
Trinchera 9 Avenida El Aborígen M 1 13.5 m de cima de gran talud
vial, de unos 19m de altura,
limo arenoso habano. Ceniza
volcánica. 71.83% de humedad
natural, relación de vacíos
inicial 1.82. Índice de
plasticidad 30.2%, Gs 2.69.
Peso unitario total 1.42 Tm3
Sondeo Manual 6 Ancianato San
Vicente de Paul
M 1 1.1 m en arena (en
profundidad), lapilli gris.
Humedad natural promedio
39.5%, Gs 2.87. Peso unitario
total 1.53 Tm3
Sondeo Manual 8 Bolo Club M 1 0.7 m (en profundidad), ceniza
oxidada, limo arcilloso. Ceniza
volcánica. Humedad natural
promedio 60.5%
La muestra analizada aquí, correspondiente a la Trinchera T8 – Muestra 1 de la CRQ,
debe estar localizada entre las muestras CRQ 6 Y CRQ 7 utilizadas para los análisis
químicos, cuyas muestras fueron tomadas en bolsa, apenas días después del terremoto,
aprovechando las evaluaciones de emergencia del INGEOMINAS. Ya en la etapa formal
de exploración geotécnica, fue que se hicieron perforaciones mecánicas, sondeos
manuales y trincheras – apíques, etapa en la cual se tomaron las muestras para análisis
con el microscopio petrográfico. De otra parte, la etapa siguiente al uso de este
microscopio es seguir con los análisis utilizando el Microscopio Electrónico de Barrido; el
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-30
INGEOMINAS ya inició esta etapa de la investigación, la cual se seguirá dentro del
proceso siguiente de la Microzonificación Sísmica Detallada de Armenia.
7DEOD�����&RPSRVLFLyQ�GH�PXHVWUDV�GH�$UPHQLD��D�SDUWLU�GH�DQiOLVLV�FRQ�HO�0LFURVFRSLR
3HWURJUiILFR��,1*(20,1$6��������9HU�$QH[R�������
0XHVWUD��⁄
3DUiPHWUR���
7��±�0� 7��±�0� 7��±�0� 6��±�0� 6��±�0� 3URPHGLR
���
Clasificación
General
Toba
andesítica
Toba
andesítica
Toba andesítica Toba andesítica Toba andesítica Toba andesítica
Color Naranja muy
pálido
Naranja
grisáceo
Naranja
grisáceo
Gris amarillento Gris oliva claro Variable
Grado de
alteración
Bajo Muy alto Muy alto alto Moderada Variable
Descripción
macroscópica
toba areno
arcillosa no
consolidada
Toba areno
arcillosa no
consolidada
toba areno
arcillosa no
consolidada
toba areno
arcillosa no
consolidada
toba areno
arcillosa no
consolidada
Toba areno
arcillosa no
consolidada
Descripción
microscópica
Ceniza
gruesa, con
cristales de
plagioclasa
andesina,
cuarzo
volcánico,
hornblenda,
biotita, líticos
tobáceos,
matríz vitrea
Ceniza gruesa,
con
plagioclasa,
cuarzo,
hornblenda,
líticos
tobáceos
argilizados.
Líticos vítreos
alterados, en
matriz tobácea
argilizada
Ceniza gruesa
con plagioclasa
andesina,
cuarzo
volcánico,
cuarzo
metamórfico,
hornblenda,
biotita, matriz
tobácea
argilizada
Ceniza gruesa,
cuarzo
volcánico.
cuarzo
metamórfico,
plagioclas
andesina,
hornblenda,
biotita, matriz
argilizada
Ceniza gruesa,
plagioclasa
andesina,
labradorita,
cuarzo
volcánico,
piroxeno,
hornblenda,
biotita, matriz
tobácea
argilizada
Ceniza gruesa
con cristales de
plagioclasa,
cuarzo y
hornblenda. En
ocasiones
biotita y líticos
tobáceos,
matriz tobácea
y vítrea
Cristales de
Cuarzo
4 1 4 7 8 5
Cristales de
Plagioclasa
35 3 15 3 28 17
Cristales de
Hornblenda
9 0.5 11 19 11 10
Cristales de
Biotita
5 4 7 4 5
Líticos Tobáceos 12 27 25 13 19
Líticos Tobáceos
argilizados
61
Líticos Andesíticos 4 3 4 9 5
Líticos
Metamórficos
2 0.5 7 2 3
Líticos
Pumíceos
4 2.5 2 2 3
Líticos vitreos
alterados
1.5 1 6 3
Líticos
Ceolitizados
10
Óidos de hierro 9
Matríz Tobácea 8 26 10 15
Matríz Vítrea
fresca y
devitrificada
17
Matríz fragmentos
argilizados
20 21
Matríz con
fragmentos de
hornblenda
6
Matríz con
fragmentos vítreos
5
Total matríz de
cualquier tipo
25 20 26 21 21 23
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-31
Algunas de las microfotografías tomadas en dichas muestras se presentan a continuación:
)RWR� ���. Trincheras 1 M – 1 : Cristales de Hornblenda, Líticos. Pumíceos – Vítreos y Líticos
Tobáceos. Sin Nicoles . 100 Aumentos (1 cm = 0.1 mm).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'($50(1,$
 5-32
)RWR����� Trinchera 1 M – 1 : Cristales de Hornblenda, Cristales de Plagioclasa, y Lítico Pumíceo.
Con Nicoles . 100 Aumentos (1 cm = 0.1 mm).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-33
)RWR� ���� Trinchera 1 M – 1 : Lítico Adesítico con Matriz Vítrea y Cristal de Hornblenda. Sin
Nicoles. 100 Aumentos (1 cm = 0.1 mm).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-34
)RWR����� Trinchera 1 M – 1 : Lítico Andesítico con Matriz Vítrea y Cristal de Hornblenda. Con
Nicoles. 100 Aumentos (1 cm = 0.1 mm) .
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-35
)RWR����� Sondeo 8 M – 1 : Fragmento Vítreo y Fragmentos. Tobáceos. Sin Nicoles. 100 Aumentos
(1 cm = 0.1 mm).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-36
)RWR����. Trichera 8 M – 1 : Lítico Tobáceo Argilizado Sin Nicoles . 100 aumentos ( 1 cm = 0.1 mm)
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-37
El análisis de estos resultados indica nuevamente que tratamos con cenizas volcánicas
(“tobas no consolidadas”) andesíticas, en cuyo interior se distribuye una matriz cuyos
componentes en muchos casos coinciden con los componentes de mayor tamaño. El
porcentaje total de cristales es 36%, el de Fragmentos Líticos es 41% y el de Matriz es
23%. El porcentaje de cuarzo es bajo, con un valor promedio del 5 %; la proporción del
feldespato plagioclasa es elevada con un promedio del 17 % y valores que llegan al 35 %.
La meteorización elevada incentiva el paso a arcillas.
Las Fotos 5.3 al 5.8 reflejan estos números. En particular, la importancia de los materiales
vítreos amorfos es evidente, así como la existencia de películas amorfas rodeando a
partículas mayores (ver por ejemplo la Fotos 5.5 y 5.6). Igualmente, las Fotos indican
similitudes entre tamaños mayores y la matriz, indicando posibles efectos de
aglomeración de partículas básicas, en partículas de tamaño mayor, pero que en realidad
consisten en la sumatoria de tamaños inferiores. Esta observación es de gran importancia
para efectos de clasificaciones de ingeniería, debido a que en principio tamaños que
aparentemente son arenas, son en realidad aglomerados de partículas mucho más
pequeñas.
Con base en los resultados consignados hasta el momento en el presente informe,
incluyendo mecanismos físicos de estabilidad (succión), químicos (transición “sol” a “gel”,
confirmación de la condición “alofánica”), mineralogía y petrografía (materiales amorfos en
fracción fina y rodeando la fracción gruesa) la figura 5.17 presenta una propuesta
preliminar de modelo estructural para las cenizas volcánicas.
)LJXUD������Propuesta preliminar para la estructura de cenizas volcánicas (Forero-Dueñas y
Gálvez. INGEOMINAS, 1999)
0 1 mm
)(/'(63$72
3/$*,2&/$6
$
4XDU]
R
4XDU]R
Biotita
+RUQEOHQG
$UFLOOD
Tobas no
cementadas
,
aglomerada
Fragmento
s de tobas
Fragmento
s vítreos
Microporo
Vacíos
Películas
amorfas
rodeando
tamaños
Matriz de
fragmentos
cristalinos arcillosos
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-38
������� 5HVXOWDGRV� GH� ORV� DQiOLVLV� GH� FODVLILFDFLyQ�� FRPSUHVLELOLGDG�� UHVLVWHQFLD
HVWiWLFD��UHVLVWHQFLD�GLQiPLFD�\�VXFFLyQ
En el Anexo 2.2.1 se presenta el detalle de estos resultados, incluyendo las pruebas in
situ, así como los resultados de la caracterización de laboratorio. Igualmente, un análisis
estadístico está incluido en el Anexo 2.2.2, y los resultados considerados como típicos
para cada ensayo se muestran en el Anexo 2.2.3.
���������(QVD\RV�GH�FODVLILFDFLyQ�HQ�&HQL]DV�9ROFiQLFDV
Aquí se incluyen los límites de Atterberg, principalmente, así como las granulometrías, los
resultados de estos ensayos son obtenidos tradicionalmente a partir de muestras secadas
artificialmente. De acuerdo con Wada (1986), en los andisoles, suelos “alofánicos”, la
estructura del material es radicalmente opuesta al compararse en los estados húmedo, y
seco. En consecuencia posiblemente no reflejarán el tipo de material “in situ”. Al respecto,
igualmente Maeda (1977) considera que debido a los fenómenos ya comentados de
aglomeración de partículas básicas, los suelos alofánicos son difíciles de dispersar por lo
cual considera que las tradicionales granulometrías no son indicadores adecuados ni
pruebas índice del carácter de estos suelos, al incluir tamaños artificiales. Igualmente
menciona que el dispersante tradicional, hexametafosfato de sodio, no es el más indicado
para dispersar los suelos alofánicos; al respecto por ejemplo señala una experiencia en
Indonesia, en donde el uso de Pirofosfato de sodio dio mejores resultados. La vibración
ultrasónica (Kobo y Oba, 1964, en Maeda 1971) parece igualmente adecuada para
dispersar los suelos alofánicos.
En vista de estos antecedentes, y luego de contar con una elevada posibilidad de estar
tratando con andisoles, se decidió realizar los Límites de Atterberg, a partir del contenido
de humedad natural de la muestra, sin permitir ningún nivel de secado. Para comparar
estos resultados, llamados de “Método Alterno”, con los obtenidos para similares
muestras usando el Procedimiento de Casagrande o “Método Tradicional”, algunas
muestras fueron ensayadas por ambos métodos. Igualmente, el informe “Evaluación de la
distribución de depósitos antrópicos en las laderas de las cañadas en la Ciudad de
Armenia”(CRQ-Universidad de Caldas. Por Henao. J y Sánchez. F. 1998), contaba con un
resumen de algunos de los ensayos de clasificación que las compañías consultoras han
realizado en la ejecución de los Estudios de Suelos y Cimentaciones en la Ciudad de
Armenia. Dicho documento sirvió como una comparación adicional para observar el efecto
del secado de la muestra sobre los Límites de Atterberg, ya que es muy posible que los
Consultores (se analizaron 234 muestras) se hayan apegado al Método tradicional,
secando y tamizando la muestra, para posteriormente agregar agua hasta llegar a las
humedades correspondientes al Límite Plástico y a Límite Líquido.
Como menciona Grim (1953, en Maeda op. cit) las alófanas son “plásticas” cuando se
encuentran húmedas, pero “terráceas” cuando se secan. La característica de estos
materiales es que debido al secado, ocurre un cambio irreversible en la capacidad de
recibir agua por parte de las superficies de los suelos alofánicos (en las secciones
anteriores, las posibles causas de este comportamiento se han analizado). En otras
palabras, si se seca la muestra, los límites de Atterberg serán menores, siendo más
drástica la reducción observada en el límite líquido).
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-39
El Anexo 2.2.4 presenta los datos correspondientes a Límites de Atterberg, para las
cenizas volcánicas muestreadas por el INGEOMINAS en Armenia. Igualmente incluye los
valores de estos límites, de los ensayos realizados por los Consultores; debido a que la
humedad natural es la referencia, ya que en general para suelos alofánicos no se espera
que esta sea mayor que el Límite Líquido, las muestras seleccionadas para análisis y
comparación deberían tener los tres valores: Límite Líquido, LímitePlástico y Humedad
natural.
En la Tabla 5.10 se presenta el resumen de las muestras ensayadas por las Compañías
Consultoras, presumiblemente siguiendo el método “Tradicional”. En la Figura 5.18 se
muestra la ubicación de estas en la Carta de Plasticidad.
7DEOD������5HVXPHQ�GH�ORV�UHVXOWDGRV�GH�/tPLWHV�GH�$WWHUEHUJ��SDUD�PXHVWUDV�GH�&RPSDxtDV
&RQVXOWRUDV
08(675$6 1R��'(�08(675$6�&21�/Ë0,7(�/Ë48,'2�0(125
48(�/$�+80('$'�1$785$/
TOTAL 234 93 (40% del Total)
Muestras superficiales (<2 m) 66 26 (39% de este rango)
Muestras profundas ( >2m) 166 67 (40% de este rango)
Según esta tabla, el 40% de las pruebas están entregando un resultado que de acuerdo
con la literatura de andisoles y suelos “alofánicos” sería cuestionable. En la Figura 5.19 se
muestran estos resultados en un gráfico de humedad natural contra límites líquido y
plástico. Este gráfico es muy útil, ya que una recta a 45 grados permite visualizar las
diferencias anotadas entre la humedad de cada muestra y sus correspondientes límites.
La razón por la cual se intentó diferenciar entre muestras superficiales y profundas, es
que se pensó que por efectos de desecación dichas muestras fueran a estar ya
transformadas y estuvieran originando los resultados obtenidos, lo cual sin embargo no
fue el caso.
Con relación a las pruebas del INGEOMINAS, estas (77) se realizaron con el método
“Alterno” y se presentan en el Anexo 2.2.4, en la Tabla 5.11 y en las Figuras 5.20 y 5.21.
7DEOD������5HVXPHQ�GH�ORV�UHVXOWDGRV�GH�/tPLWHV�GH�$WWHUEHUJ��SDUD�PXHVWUDV�GHO
,1*(20,1$6���)RUHUR�'XHxDV�\�8OORD�������
08(675$6 1R��'(�08(675$6�&21�/Ë0,7(�/Ë48,'2�0(125
48(�/$�+80('$'�1$785$/
TOTAL 77 14 (18% del Total)
Muestras superficiales (<2 m) 17 5 (29% de este rango)
Muestras profundas ( >2m) 60 9 (15% de este rango)
Como se aprecia, los resultados del INGEOMINAS siguiendo el Método Alterno bajan el
promedio de muestras con límite líquido menor que la humedad natural, al 14%.
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(�$50(1,$
 5-40
)LJXUD������Carta de plasticidad ( Muestras de compañias consultoras )
Posiblemente Método convencional
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
LIMITE LIQUIDO (LL %)
IN
D
IC
E
 D
E
 P
LA
S
T
IC
ID
A
D
 (
IP
 %
)
CENIZAS (LL>Wo)
CENIZAS (LL<Wo)
LLENOS (LL>Wo)
LLENOS (LL<Wo)
10
CL-ML
ML-OL
MH-OH
CH
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(�$50(1,$
 5-41
)LJXUD������Carta de plasticidad ( Muestras de compañias consultoras )
Posiblemente Método convencional
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160
LIMITE LIQUIDO (LL %)
IN
D
IC
E
 D
E
 P
LA
S
T
IC
ID
A
D
 (
IP
 %
)
LINEA U
LINEA A
PLASTICIDAD
HBAJA
HALTA
10
CL-ML ML-OL
MH-OH
CH
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(�$50(1,$
 5-42
)LJXUD�������Carta de plasticidad muestras Ingeominas 1999
0
20
40
60
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
/,0,7(�/,48,'2��//���
,1
'
,&
(
�'
(
�3
/
$
6
7
,&
,'
$
'
��
,3
��
�
CENIZAS
LLENOS
SAPROLITO
SUELO RES.
MH-OH
CH
ML-OL
CL-ML
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(�$50(1,$
 5-43
)LJXUD������Humedad Natural vs Límites de consistencia INGEOMINAS 1999
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
+80('$'�1$785$/����
/
,0
,7
(
6
�/
,4
8
,'
2
�<
�3
/
$
6
7
,&
2
��
�
�
CENIZAS (LL)
CENIZAS (LP)
LLENOS (LL)
LLENOS (LP)
SAPROLITO (LL)
SAPROLITO (LP)
SUELO RES. (LL)
SUELO RES. (LP)
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-44
Igualmente, se comprobó que el mayor porcentaje existe en las muestras superficiales,
las cuales pueden presentar fenómenos de secado al aire.
Seleccionaron siete muestras para clasificarlas de ambas maneras. La Tabla 5.12
presenta el resumen de las propiedades iniciales de los materiales, así como su
localización.
7DEOD������0XHVWUDV�SDUD�DQiOLVLV�FRPSDUDWLYRV�GH�OtPLWHV�GH�FRQVLVWHQFLD
08(675$ 352)81','$'
�P�
+XPHGDG�1DWXUDO
����
Perforación 7, Muestra 4 4 43.9
Trinchera 8, Muestra 1 0.5 30
Sondeo Manual 6, Muestra 2 2.2 47.1
Sondeo Manual 7, Muestra 1 0.75 49.3
Sondeo Manual 5, Muestra 13 14.3 92.5
Perforación 5, Muestra 17 18.8 45.3
Perforación 7, Muestra 10 11.5 88.7
La Tabla 5.13 y la Figura 5.22 presenta los resultados obtenidos, comparando límites
contra la humedad natural. Esta habla de las bondades de acometer los Límites de
Atterberg en suelos “alofánicos”, mediante la utilización del Método “Alternativo o alterno”,
como se ha definido en este estudio.
7DEOD������0XHVWUDV�SDUD�DQiOLVLV�FRPSDUDWLYRV�GH�OtPLWHV�GH�FRQVLVWHQFLD��5HVXOWDGRV�GH
FDGD�0pWRGR
08(675$ /tPLWH
/tTXLGR
7UDGLFLRQDO
��
/tPLWH
/tTXLGR
$OWHUQDWLYR
�
/tPLWH
3OiVWLFR
7UDGLFLRQDO
�
/tPLWH
3OiVWLFR
$OWHUQDWLYR
�
/tPLWH
3OiVWLFR
7UDGLFLRQDO
�
/tPLWH
3OiVWLFR
$OWHUQDWLYR
�
3��0� ���� ���� ���� ���� � ����
7��0� ���� ���� ���� ���� ��� ����
6��0� ���� ���� ���� ���� ��� ��
6��0� ���� ����� ���� ���� ��� ����
6��0�� ���� ����� ���� ����� ��� ��
3��0�� ���� ���� ���� ���� ��� ���
3��0�� ���� ����� ���� ���� ��� ����
Como se aprecia, las diferencias encontradas entre los dos métodos son consistentes, en
el sentido que el procedimiento de preparación de las muestras para aplicar el método
convencional les ocasiona cambios irreversibles, que producen una reducción en la
capacidad de hidratación de las superficies involucradas, causando una subestimación de
los límites de Atterberg, líquido en particular.
Con estos resultados, para la clasificación de suelos alofánicos se sugiere usar el método
alternativo, esto es con el cálculo de las humedades de los límites líquido y plástico a
partir de la humedad natural.
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(�$50(1,$
 5-45
)LJXUD������Comparación límites de consistencia (Forero Dueñas y Ulloa C, INGEOMINAS 1999)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140 160
+80('$'�1$785$/������
/
,0
,7
(
6
�/
,4
8
,'
2
�<
�3
/
$
6
7
,&
2
��
��
��
ALTERNO ( LL )
ALTERNO (LP)
CONVENCIONAL ( LL )
CONVENCIONAL (LP)
7(55(0272�'(/�48,1'Ë2��(1(52����GH�������,1)250(�7e&1,&2�&,(17Ë),&2��������������,1*(20,1$6
92/80(1��,,��=21,),&$&,Ï1�6,602*(27e&1,&$�,1',&$7,9$�3$5$�/$�5(&216758&&,Ï1�'(
$50(1,$
 5-46
Similares retos se tienen con las granulometrías, cuyos resultados varían de ensayo a
ensayo (por ejemplo Buoyucos contra Cilindros de agua, en el caso de las muestras
enviadas al IGAC), siendo clave el reducir la aglomeración de partículas y la formación
aparente de partículas de mayor tamaño. Y en caso que esto suceda, tomar medidas para
minimizar sus efectos, incluyendo amasado cuidadoso y aplicación de ultrasonido. El
Anexo 2.2.1 incluye algunos de estos resultados Figura 5.22A. Los porcentajes de
“arena” variaron entre el 69.1 y el 25 %.
���������2WUDV�SURSLHGDGHV�tQGLFH
Estas y las siguientes propiedades serán presentadas, de acuerdo con el análisis
estadístico del Anexo 2.2.2, tanto para el Total de las muestras ensayadas en Armenia,
para cada material, como para las 4 zonas en que se subdividió Armenia para este efecto
(ver el Mapa 5.1), a saber:
- Zona en alrededores de la Falla de Armenia
- Zona Centro
- Zona Sur
- Zona Norte
En la Tabla 5.14 se presenta el resumen de propiedades índice para el Total de muestras
de Armenia.
7DEOD������9DORUHV�SURPHGLR�GH�SURSLHGDGHV�tQGLFH