ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE …

ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA

ARCILLA DE BOGOTÁ

ING. ALICIA RUIZ CAMPO

ASESOR:

ARCESIO LIZCANO, Ph.D.

ORIGEN, FORMACIÓN, ESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE LA ARCILLA DE BOGOTÁ

PRESENTADO POR:

ING. ALICIA RUIZ CAMPO

ASESOR

ARCESIO LIZCANO, Ph.D.

PROFESOR ASOCIADO

MAGISTER EN INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

FACULTAD DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

BOGOTÁ, 2006

MIC 2006-I-44


ABSTRACT

This study is accomplished with the intention of setting down a base to characterize Bogotá

subsoil. This subsoil is formed by a lacustrine soft sediment deposit with special physical

and mechanical properties. This deposit is product of the strains and failures that the

Cordillera Oriental underwent during the different orogenic pulses, added to the humid

climate, impermeable bottom and the lack of drainage of the great lake, which allowed the

formation which today it is known as the Sabana of Bogotá. These special geotechnic

properties of Bogotá, have given rise to complicated problems of foundations that turn in

excessive settlements that cause uninhabitable structures. Therefore, this study attempts to

make easy the understanding of Bogotá subsoil unusual behavior.

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN

2. INGENIERÍA GEOLÓGICA

1.1 Introducción

2.2 Principales eventos geológicos y formaciones en la cuenca de Bogotá D.C.

3. COMPOSICIÓN

3.1 Zona de estudio

3.2 Distribución de tamaño de partículas y forma

3.3 Materia Orgánica

3.4 Mineralogía

3.5 Porcentaje de Arcilla

4. ESTRATIGRAFÍA DE BOGOTÁ D.C.

5. PROPIEDADES ÍNDICE

6. ESTRUCTURA

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7. COMPORTAMIENTO MECÁNICO

7.1 Compresibilidad

7.2 Curvas de fluencia

8. PROBLEMAS INGENIERILES

9.1 Subsidencia Regional y Asentamientos

9.2 Amenaza Sísmica y Deslizamientos

9. CONCLUCSIONES

10. RECOMENDACIONES

11. REFERENCIAS

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INTRODUCCIÓN

La ciudad de Bogotá se encuentra ubicada en una meseta de la Cordillera Oriental de los

Andes a 2.600 metros de altura sobre el nivel del mar y está cerca del centro geográfico de

Colombia. Fue fundada por Gonzalo Jiménez de Quesada el 6 de agosto de 1538. la

fundación se efectuó en una parte de la plazuela que hoy se conoce como el Chorro de

Quevedo, en el cruce de la calle 13 con carrera 2a. Las primeras viviendas ubicadas en

aquella villa se erigieron alrededor en el tradicional barrio La Candelaria. En 1830, Bogotá

se convirtió en la capital de Colombia y en la actualidad tiene una población de más de 7

millones de personas (27). A pesar de estar localizada en una latitud ecuatorial, su

elevación modera el clima. La temperatura promedio anual es cerca de 14 grados

centígrados (58º FMI), y cambia ligeramente durante el año (Figuras 1 y 2).

La Sabana de Bogotá está geológicamente constituida por un mosaico de suelos de

características físicas y mecánicas especiales producto de las deformaciones y fallamiento

que sufrió la Cordillera Oriental durante los diferentes pulsos orogénicos. Los mismos que

sumados al clima húmedo, un fondo impermeable y la falta de drenaje, dieron origen en el

Plioceno, hace aproximadamente 3,5 millones de años, al gran lago que, a pesar de tener

algunas grietas y fallas, permitió la formación de lo que hoy se conoce como la Sabana de

Bogotá.

Figura 1. Panorámica de Bogotá y Monserrate (25)

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Figura 2. Panorámica de Bogotá con Monserrate y el Cerro de Guadalupe al fondo (26)

El subsuelo de Bogotá presenta unas características únicas. El límite líquido (ωL) puede

sobrepasar 200% y el índice de plasticidad (IP) puede ser superior a 100%, presentando

variaciones después de los 50 m de profundidad en promedio. Lo cual indica la presencia

de un estrato de arcillas blandas saturadas de 50 m de espesor y en algunos sitios de hasta

600 m, como sucede en cercanías a Fontibón, al occidente de la ciudad (Figura 3).

Debido a las características únicas que presenta el subsuelo de Bogotá, se hace necesario

recopilar los estudios realizados, con el fin de estructurarlos como lo están los de la arcilla

de Londres, México o Boston. De esta manera, se llegará a un mejor entendimiento del

comportamiento de la arcilla.

Uno de los estudios más importantes realizados al subsuelo de Bogotá es el de

Microzonificación Sísmica, realizado por Ingeominas & la Universidad de Los Andes

(1993). Este estudio dividió la ciudad en varias zonas de comportamiento geomecánico

homogéneo, caracterizadas por parámetros particulares.

Bogotá está localizada en un ambiente sismotectónico de gran actividad, aunque no muy

fuerte. La actividad sísmica es debida a la Zona de Subducción del Pacífico, la falla el

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Romeral y el sistema de falla Frontal de la Cordillera Oriental. El NSR-98 ha clasificado la

amenaza sísmica como intermedia.

En cuanto a sismos, el problema radica en a vulnerabilidad. En los últimos años se ha

presentado un movimiento continuo de personas hacia Bogotá, lo cual ha generado la

construcción de viviendas que no cumplen las especificaciones técnicas y peor aún,

localizadas en zonas no aptas para la construcción. Estos asentamientos han sufrido el

deterioro continuo causado por movimientos sísmicos, inundaciones y otro gran problema

que afecta en gran medida, los deslizamientos. Éstos últimos, han causado grandes

pérdidas tanto para la población como para el país.

Figura 3. Localización de Fontibón en el mapa Bogotá (2)

Fontibón

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De acuerdo con estudios realizados por Martínez & Prieto (1992) es posible identificar 5

zonas en Bogotá: Zona montañosa, Zona de piedemonte, Zona de suelos duros, Zona de

suelos blandos y Zona de Rondas de ríos y humedales. La zona de suelos blandos es la que

presenta mayor interés para este estudio.

2. INGENIERÍA GEOLÓGICA

2.1 Introducción

Estudios como el de Microzonificación Sísmica realizado por Ingeominas & la Universidad

de Los Andes (1993), han identificado los sectores en donde se hacen presentes las

diferentes Formaciones que en conjunto conforman la geología de la ciudad de Bogotá.

Hacia el Oriente de la ciudad, y en algunos sectores del Sur, aparece uno de los grupos de

formaciones rocosas más antiguos, el Grupo Guadalupe. Este grupo fue depositado hace

aproximadamente 69 millones de años en el periodo Cretáceo Superior cuando se aumentó

la depositación de areniscas. De este grupo hacen parte la Formación Arenisca Dura, la

Formación Plaeners y la Formación Labor-Tierna.

La Formación Arenisca Dura está constituida por areniscas cuarzosas duras, de grano fino

bien cementadas y color gris claro. La Formación Plaeners está compuesta por arcillolitas

silíceas, fuente de recebo y caolín. La Formación Labor-Tierna proporciona la mayor parte

de la “Arena de Peña” para la construcción.

En la zona de piedemonte al Oriente de la ciudad, en los Cerros de Suba, en sectores del

Sur y Suroeste de Bogotá se presenta la Formación Guaduas. Esta formaciónse caracteriza

por poseer mantos de carbón y arcillas sedimentadas, apta para la fabricación de productos

comerciales como ladrillos y tejas.

Al iniciar el Paleoceno, se presentaron movimientos de la Cordillera Oriental, resultando la

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sedimentación de areniscas de color amarillo rojizo, de grano grueso, con estratificación

cruzada de la Formación Cacho. Este material se explota para ser usado en la construcción.

La Formación Cacho sirvió de basamiento para la sedimentación en el Eoceno Inferior de la

Formación Bogotá. Esta última está constituida por alternancia de arcillolitas rojizas y

areniscas cuarzosas feldespáticas, gris verdosa y arcillolitas gris oscuros, gris verdoso y

marrón.

En el Eoceno Medio, se sedimentaron las areniscas de cuarzo con abundante matriz arcillosa e

intercalaciones de arcillolitas blandas y plásticas de color gris claro de la Formación Usme y

una serie de lutitas que van hasta el Eoceno Superior, en donde se inician las limolitas y

arcillolitas de colores gris oscuro y amarillo de la Formación Regadera con mantos de carbón

que indican el comienzo del Oligoceno Medio (3).

A lo largo de los Cerros Orientales aflora también la llamada Formación Tunjuelo. Esta

formación recibe su nombre porque sus principales afloramientos se ubican en el Valle del

río Tunjuelo. En este valle predominan las gravas, arenas y limos, con espesores de hasta

150 m. De allí se extrae gravilla de excelente calidad para concreto de alta resistencia (2).

Según Amórtegui (2003), en el principio del Oligoceno Superior, hubo levantamiento y

probable plegamiento de la cordillera. Como producto, se desarrollaron las características

estructurales y morfológicas de la Sabana. Estas características fueron completadas durante el

Mioceno. El levantamiento principal de la cordillera tuvo lugar posiblemente al comienzo del

Plioceno, donde se depositó la Formación Tilatá en los valles que desembocan en la Sabana y

en los cerros que la circundan. Cerca de la base de esta formación se encontraron fósiles de

frutas de clima cálido que indican que la cordillera se encontraba a un nivel más bajo que el

actual. En la parte superior de la Formación Tilatá se encontró polen de una flora similar a la

actual de la cima de la cordillera, lo cual sugiere que durante la depositación de la Formación

Tilatá se presentó un fuerte levantamiento de la Cordillera Oriental (Figuras 4 y 5).

Al final del Plioceno e inicios del Pleistoceno, se tenía prácticamente la conformación de la

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cuenca de la Sabana. Sobre esta cuenca se sedimentaron arenas finas con intercalaciones

arcillosas. El clima inició una fase de calentamiento que produjo deshielos y generó flujos de

lodo que cubrieron la cuenca con una espesa secuencia de arcilla, arena y material volcánico.

Figura 4. Esquema de la cuenca en el Oligoceno (4)

Figura 5. Esquema de la cuenca en el Mioceno (4)

Cordillera Oriental Valle superior del

Magdalena Cordillera Central Cuenca Llanos

PALEOZOICO OLIGOCENO

EOCENO

PALEOCENO

CRETÁCEO Arenas fluviales o

marinas

W E

Valle medio del

MagdalenaCordillera Oriental Llanos Cordillera Central

MIOCENO INFERIOR

OLIGOCENO

Conglomerado aluvial

Depósitos marinos PALEOCENO

Paleozoico

W E

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Sobre estos materiales se depositaron, en ambiente aluvial, arenas finas. Algunos de estos

flujos de lodo o algún deslizamiento pududieron cerrar el cauce de salida y se produjo un

embalse donde se depositaron arcillas en ambiente lacustre. Por fluctuaciones del nivel del

embalse se permitió la formación de turberas en las áreas emergidas.

Amórtegui (2003), concluye que por esta época un evento orogénico fracturó y basculó la

secuencia sedimentaria que llenaba la cuenca de la Sabana. Además se generó la falla de los

Lagartos y emergieron los cerros de Tabio y Suba. Por el tipo de sedimentos arenosos de la

zona, se presume que las corrientes de agua llevaron gran cantidad de materiales conformando

cauces trenzados que fueron llenando la cuenca. Estos materiales provinieron de los cerros

vecinos, los cuales por efecto de los levantamientos de la cordillera fueron erosionados en

forma intensa.

Al disminuir la velocidad del levantamiento de la cordillera, hubo un período de relativa

estabilidad, lo que permitió la formación de pantanos en algunos sectores mientras que en

otros continuó la depositación de arenas. Posteriormente, hubo reactivación tectónica lo que

permitió la producción y sedimentación de arenas finas. Lo que permitió la formación de

lagos y pantanos en lugares aislados. Se depositaron costras ferruginosas y posiblemente hubo

algo de erosión leve dentro del depósito. Luego, vino otro período de actividad que levantó

las rocas de la Formación Guadalupe, las cuales fueron rápidamente erodadas y se depositaron

gruesas capas de arena. Con el levantamiento de las rocas del Grupo Guadalupe, se obstruyó

el desaguadero de la cuenca, permitiendo la conformación de un lago somero donde se

depositaron arcillas ricas en materia orgánica hasta el punto de colmatación. Se originaron

depósitos de pantano. Hubo un período donde parte de los depósitos sufrieron oxidación y

lixiviación superficial, mientras en otros sitios se depositaron niveles delgados de arena fina

con costras de hierro en un clima supuesto como seco. El clima fue nuevamente húmedo,

generando turberas en los bordes y acumulación de lodos orgánicos con aporte volcánico que

se descompuso en arcillas expansivas. Lo anterior se deduce de la proliferación de fisuras en

esta unidad de materiales (3).

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Según Amórtegui (2003), posiblemente continuaba el levantamiento del bloque sur de la

Sabana. Lo que dio lugar nuevamente a un ambiente lagunar somero que permitió la

sedimentación de limos y la formación de turberas en áreas extensas. Posteriormente, durante

un período largo de tiempo, el lago alcanzó gran extensión y permitió la depositación de

secuencias monótonas de arcillas lacustres con variable contenido orgánico, abundante aporte

volcánico y numerosas intercalaciones de diatomita. Al colmatarse nuevamente el lago, se

inició un predominio de ambiente fluvial y las inundaciones en dos épocas del año depositaron

sedimentos arcillosos y arenas.

Durante otro período de relativa estabilidad se secó buena parte de la superficie del lago y se

formó un suelo orgánico. El suelo orgánico fue oxidado y se formaron en algunos sectores

costras duras ferruginosas. Sobre la superficie de la costra se generó una nueva capa de suelo

orgánico, la cual fue arada y modificada por el hombre (3).

En la parte donde se ubican la mayoría de la población de la ciudad de Bogotá, se hacen

presentes las arcillas blandas provenientes de la llamada Formación Sabana. Esta

formación se ubica en la parte superior de los depósitos lacustres y por consiguiente es una

de las formaciones geológicas más recientes. En la Tabla 1 se muestra en detalle el origen

y formación de la arcilla de Bogotá en orden cronológico de lo más antiguo hasta lo más

reciente.

La Formación Sabana presenta espesores mayores a 600 m en los alrededores de Funza.

Esta formación está compuesta principalmente, por capas horizontales, poco consolidadas,

de arcillas plásticas grises y verdes, y en menor proporción por lentes y capas de arcillas

turbosas, turbas, limos, arenas finas hasta gruesas, restos de madera y capas de diatomita.

(1) También presenta numerosas capas de cenizas volcánicas y arcillas ricas en materia

orgánica, combinación que genera unos suelos de gran potencial de cambio volumétrico que

se manifiesta como deformaciones verticales que agrietan vías y edificaciones (3).

A las orillas del lago se encuentran sedimentos compuestos por material grueso, formados

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por la acumulación de partículas de rocas. Dentro del lago mismo, se encuentran

sedimentos finos con baja pendiente y mezclas de fango fino de lago con fango de río. Por

lo tanto, la Formación Sabana incluye además suelos negros, humus, los fondos actuales de

los ríos y lagunas, restos de antiguas terrazas y sedimentos lagunares alterados.

En la figura 6 se presenta una adaptación del mapa de espesor de sedimentos presentado

por Ingeominas & Universidad de Los Andes. A partir de esta figura se puede recrear una

idea de la forma del antiguo lago, ya que éste presentaba mayores espesores de sedimentos

hacia su parte central. Este mapa fue creado a partir de la interpretación conjunta de los

mapas de anomalía residual, mapa topográfico y mapa geológico.

Figura 6. Mapa de espesor de sedimentos de Bogotá (Adaptado de Ingeominas & Universidad de Los

Andes)

Tenjo Chía

Madrid Funza

Mosquera

Soacha 190 m

260 m

340 m

465 m

2 m

75 m

135 m

190 m

260 m

340 m

465 m

2 m

75 m

135 m

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Los suelos superficiales de la Sabana se pueden agrupar en tres grandes grupos:

a. Suelos de origen fluvial en los valles de los ríos

b. Suelos de terrazas bajas de origen volcánico y con vocación agrícola

c. Suelos de las terrazas altas, también de origen volcánico, con varios horizontes

orgánicos enterrados y un horizonte duro “costra”

Los suelos de origen volcánico, con espesores aproximados entre 1 y 5 m, cubren del 70 al

80% del área de la Sabana, tienen alta proporción de cenizas volcánicas alteradas compuestas

de vidrios volcánicos, minerales amorfos, minerales arcillosos y materia orgánica. Son suelos

muy porosos, livianos, con gran capacidad de retención de agua, susceptibles a cambios de

humedad, presentando contracción y agrietamiento al desecarse y colapso o expansión al

humedecerse.

Se ha encontrado que en profundidad las arcillas de la Formación Sabana son orgánicas,

blandas de muy alta plasticidad, intercalados, en especial hacia las estribaciones de los cerros,

con arenas, limos (algunos de ellos volcánicos), y en general, intercalaciones de turba muy

blanda (1).

2.2 Principales eventos geológicos y formaciones en la cuenca de Bogotá D.C.

Tabla 1. Formación del subsuelo de Bogotá (4)

PERIODO EDAD FORMACIÓN DESCRIPCION DEL EVENTO

HOLOCENO (HISTORICO)

1980´S Se presentaron grandes inundaciones subnormales de Bogotá como Patio Bonito

1970´S

Se invadieron y urbanizaron algunas chucuas de los ríos que atraviesan la ciudad. Con la desecación de los pantanos y canalización de algunos ríos de la ciudad como el San Francisco, se han endurecido mucho los

suelos de la ribera en los últimos veinte años

1690´S 1970´S

En los años 60´y 70´se inundo con frecuencia el valle del río Bogotá, depositando limos, arenas y arcillas en la llanura plana de la Sabana.

Para reducir los daños se levantaron diques y se elevaron artificialmente las riberas de algunos ríos por parte de entidades

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públicas y privadas.

1950´S A finales de los 50´se empezaron a llenar con basura las zonas deprimidas.

1950´S A principios de los 50´se empezaron a llenar con residuos de construcción las zonas bajas inundables.

1930´S 1940´S

En los años 30´y hasta finales de los 40´se comenzaron a poblar algunas vegas de la parte plana de los ríos de la ciudad de Bogotá, pero

las inundaciones periódicas alejaron a la gente.

En los últimos sesenta años la acción antrópica esta influyendo notablemente sobre el subsuelo de la ciudad, por la explotación de los materiales pétreos y excavaciones para obras civiles, los cambios de la cobertura vegetal, los cambios microclimáticos, la expansión urbana cultivos de flores, relleno de vegas con materiales de construcción

rellenos sanitarios cambios en el uso del agua superficial, canalización y sobreexplotación del agua subterránea.

3500

Cuenta la leyenda Chibcha que una vez se inundo la sabana de Bogotá de tal manera, que todas las gentes tuvieron que huir desesperadas a las partes altas. Vino entonces Bochica con su vara de oro y abrió paso a las aguas por el paso de Tequendama, para desecar la laguna y salvar a

la población. La inundación y desecación sucesiva de la Sabana de Bogotá, que sirve de base a la leyenda, puede haberse presentado cerca del año 1000 de nuestra era, pero puede también ser una tradición oral

mucho más antigua.

(PREHISTORICO)

12000

Es importante anotar que en la Sabana de Bogotá vivieron hombres de las cavernas, y dejaron numerosas evidencias escritas en piedra, como ilustra Miguel Triana en su libro El jeroglífico Chibcha. También se

han hallado abundantes evidencias paleontológicas.

30000

Hace aproximadamente 30.000 años empezó a bajar el nivel del lago llegando casi a colmatarse completamente, integrando la red

hidrológica actual del Río Bogotá. Esto produjo un descenso en el nivel de base de erosión, con la consiguiente profundización de los ríos

y la formación de terrazas y abanicos.

Formación

Sabana Superior

Se ha comprobado con evidencias palinológicas, que durante el Pleistoceno alteraban periodos pluviales fríos con periodos cálidos de

relativa sequía. Durante los primeros, el nivel de la laguna de la Sabana era alto y se formaban depósitos Lacustres. En las épocas

secas, cuando bajaba el nivel del agua por desecación parcial del lago, se reducía el área lacustre, generando la depositación de sedimentos

aluviales y paludables. En las áreas marginales se intercalaban sedimentos fluvioglaciares de diferentes edades (grava y arena) y capas de turba. La granulometría de los elementos decrece hacia el centro del

lago (en Funza) donde son raros los niveles de turba.

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Formación

Sabana Inferior

En el Waaliano (Plioceno Superior y Pleistoceno) por causas tectónicas se formo un lago de grandes dimensiones en el centro de la sabana que

se llenó lentamente de depósitos lacustres. Con una subsidencia continuada, la sedimentación lagunar generó depósitos de centros de

metros de espesor.

PLIO INF-PLIO SUP

3.0 ma FASE OROGENICA ANDINA En este momento cesó el levantamiento acelerado de la Cordillera Oriental.

PLIOCENO INFERIOR Formación

Tilatá Superior

Durante las Orogenias Protoandinas y Andina, se acentuaron los pliegues y fallas en rocas del cretáceo y del terciario inferior. La

región, ya continental, que tenia montañas de escasa elevación sobre el nivel del mar y clima tropical, sufrió erosión subárea mientras

paulatívamente se elevaba 300 metros para conformar una topografía muy similar a la que tiene la actual Cordillera Oriental. Los depósitos

de la época tienen evidencias de glaciación y esto obviamente trajo consigo una profunda modificación en el régimen climático, los

patrones de erosión y las cuencas hidrográficas.

Formación Tilatá Media

Van del Hammen et al. Estiman que este periodo de levantamiento cesó hace 3-2.3 ma y que la velocidad de ascenso para la sabana de Bogotá

fue entre 1 y 5 mm por año. En nuevas investigaciones se encontró que el levantamiento debe haber sido aún anterior a 3.6 ma mientras que la

compañía EXXON data el mismo evento en 3.5 ma por huellas de fusión de Zr y Apatito en cenizas volcánicas. Todo el ascenso no fue

continuado, porque los periodos de levantamiento alteraron con periodos de relativa tranquilidad.

El levantamiento de la cordillera fue acompañado por la deposición de grandes cantidades de arena, grava y localmente, bloques grandes, que

constituyen la parte media y superior de la formación Tilatá. En algunos lugares este tipo de deposición continuo después del

levantamiento

NO-PLIO 5 DISCORDANCIA Marca una de las fases de cambio de depositación en la base de la Formación Tilatá.

Formación

Tilatá Inferior

La parte inferior de la F. Tilatá, conformada por depósitos fluviales y lacustres, se depositó antes del levantamiento fuerte. Ya durante la

depositación de la Formación Tilatá comenzó la subsidencia progresiva del centro de la Sabana de Bogotá.

MIOCENO MED

MIOCENO SUP

10.5 EROSION

FASE OROGENICA PROTO-ANDINA Desde el momento en que se empezó a levantar la Cordillera, los ríos comenzaron a atacar los

sedimentos endurecidos y plegados; las areniscas resistían mejor la erosión de las arcillas o lutitas, y así se formaron montañas y valles,

dando forma a la paleontopografía que hay bajo los sedimentos lacustres de la sabana.

MIOCENO 13.8 DISCORDANCIA

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MEDIO

Formación Usme Depositación de la Formación Usme

OLIGOCENO SUPERIOR--MIOCENO

21-25 EROSION

FASE OROGËNICA El periodo de plegamiento del Ologoceno Medio fue seguido por una época de fuerte levantamiento en el Mioceno Superior y quizás en el Plioceno Inferior. Por causa de este plegamiento progresivo, hay una

discordancia angular entre la Formación Usme y la Formación Regadera.

OLIGOCENO INFERIOR

OLIGOCENO SUPERIOR

30

FASE OROGENICA A finales del Oligoceno Medio tuvieron lugar movimientos bastante fuertes que generaron estructuras anticlinales y siclinales suaves (Cumbres probablemente de hasta 500 m de altura).

Con esa orogenia terminó peor completo la sedimentación marina. Sin embargo, estos movimientos no influyeron tanto en la cuenca de

Bogotá, donde el periodo de mayor plegamiento se encuentra en el Mioceno

Formación Regadera Depositación de la Formación Regadera

EOCENO MEDIO

39.5 - 49.5 ma EROSION

FASE OROGENICA Se presento la primera fase del levantamiento de mayor intensidad. En este periodo se plegaron fuertemente, fallaron y diaclasaron las rocas del Grupo Villeta y las Formaciones Guadalupe,

Guaduas, Cacho y Bogotá

PALEO-EO INF

Formación Bogotá Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina

PALEOCENO Formación Cacho Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina

MAAST-PALEOC

Formación Guaduas Sedimentación de agua dulce y a veces salobre-marina

CRET-TERCIAR

69 ma Fase OROGENICA GENERADA POR EL CHOQUE DE LA COORDILLERA OCCIDENTAL

CRET. SUP. Formación Guadalupe Depositación de la Formación Guadalupe.

4. COMPOSICIÓN

Según Ingeominas & Universidad de Los Andes, geomorfológicamente en Bogotá se

diferencian 2 zonas: la primera de relieve montañoso con una parte habitada, otra dedicada

a la minería de tajo abierto y otra aún no intervenida por el hombre localizada en los

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sectores oriental y suroccidental. La segunda zona es la plana, ubicada hacia el centro, en

donde se encuentra la mayor parte de la población de la ciudad. Esta segunda zona, tiene

en su parte más superficial la Formación Sabana, la cual consta de arcillas plásticas de color

gris oscuro, en estratos de 0.4 a 1 m de espesor, con intercalaciones de lentes de arena y

grava e intercalaciones de ceniza volcánica, con un espesor total de aproximadamente 320

m. Dentro de la Formación Sabana, se pueden identificar 5 grupos: (2)

1. Depósitos aluviales (terrazas bajas-Terrazas altas): los afloramientos son escasos,

constituidos por limos y arenas.

2. Coluvión: depósitos producto de la fracturación, meteorización y erosión de rocas

preexistentes que han tenido transporte por acción del agua y de la gravedad y se

han depositado en las partes media e inferior de las laderas. Aflora en los

piedemontes oriental, suroriental y suroccidental de la ciudad.

3. Suelo residual: material producto del intemperismo de las rocas. Son suelos

predominantemente arcillosos, su permeabilidad es baja y su comportamiento

geomecánico es pobre.

4. Rellenos de excavaciones: depósitos que han resultado de acciones antrópicas para

la adecuación de terrenos en el desarrollo urbanístico, principalmente en zonas

pantanosas deprimidas, donde el material utilizado es sobrante sacado de las

excavaciones. Estos depósitos abundan principalmente en los alrededores de

Guaymaral, Aeropuerto El Dorado, Autopista Norte y Norte de Bosa.

5. Rellenos de basura: conformados por desechos sólidos que produce la ciudad y que

se han concentrado sobre lechos relativamente impermeables, previamente

excavados y acondicionados. Se destacan los rellenos sanitarios de El Cortijo,

Gibraltar, Santa Cecilia y Doña Juana.

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4.1 Zona de estudio

La zona escogida para el estudio está situada en la Avenida 19 con Calle 97, al norte de

Bogotá. Según el estudio de Microzonificación Sísmica de esta ciudad, esa zona hace parte

de la Zona 3: zona Lacustra A. Esta zona se caracteriza por la presencia de arcillas blandas

con profundidades mayores a 50 m. Aparecen ocasionalmente depósitos de turbas y/o

arenas de espesor intermedio a bajo. Presenta una capa superficial preconsolidada de

espesor variable.

Zona de estudio

Figura 7. Localización de zona de estudio (Adaptado de Ingeominas & Universidad de Los Andes)

4.2 Distribución de tamaño de partículas y forma

La distribución de tamaños de partículas en la zona de estudio es presentada en la figura 8.

El porcentaje de partículas de diámetro entre 0.075 mm y 0.425 mm es catalogado como

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arena fina según el sistema de clasificación de la ASTM. El porcentaje de arena fina

presentó valores que van desde 0% en profundidades cercanas a la superficie hasta un

máximo aproximado de 30%, para luego disminuir nuevamente a 0% a los 25 m de

profundidad. El porcentaje de partículas que van desde los 0.005 mm hasta los 0.075 mm

de diámetro son catalogadas como limos según el mismo sistema de clasificación

mencionado. Los limos presentaron valores importantes: 60% en cercanías a la superficie,

incrementando con la profundidad hasta un 80%.

El porcentaje de arcilla hallado, aunque pobre, es consistente con los resultados presentados

por otros autores. En otros estudios hechos en esta zona han reportado que el mayor

porcentaje de arcilla se encuentra en cercanías a la superficie, alcanzando un valor máximo

de 70% y luego disminuye con la profundidad. En este caso, el porcentaje de arcilla

hallado fue de aproximadamente 40% en cercanías a la superficie para luego disminuir

rápidamente a un valor promedio de 15%.

Figura 8. Porcentajes de tamaño de partícula encontrados en la zona de estudio

Estos resultados evidencian que los limos juegan un papel importante en la composición del

subsuelo de la ciudad de Bogotá.

20 40 60 80 100Limo (%)

25

20

15

10

5

020 40 60 80 100

Arena fina (%)

25

20

15

10

5

020 40 60 80 100Arcilla (%)

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

idad

, (m

)

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La determinación del tamaño de partículas se hizo por medio de ensayos de granulometría

láser, en el laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Los Andes, CITEC.

De las figuras 9 a 14 se presentan las curvas granulométricas resultantes de los ensayos

mencionados para profundidades desde 2,5 m hasta 25 m. En la figura 15 se presenta un

consolidado de estas curvas.

Figuras 9 y 10. Curvas granulométricas para 2,5 m y 6 m de profundidad FMI

Figuras 11 y 12. Curva granulométrica para 9,5 m y 15 m de profundidad

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

MIC 2006-I-44


Figuras 13 y 14. Curva granulométrica para 20 m y 25 m de profundidad

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Tamaño de partícula (mm)

0

20

40

60

80

100

% q

ue p

asa

Profundidad2,5 m6,0 m9,5 m15 m20 m25 m

Figura 15. Curvas granulométricas para la zona de estudio

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

1E-005 0.0001 0.001 0.01 0.1 1Diámetro (mm)

0

20

40

60

80

100

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

MIC 2006-I-44


4.3 Contenido de materia orgánica

Es importante conocer la cantidad de materia orgánica presente en la arcilla de Bogotá, ya

que éste parámetro modifica sus propiedades mecánicas y hace parte de su peculiaridad

ante otros suelos del mundo.

El contenido de materia orgánica varía con la profundidad. Desde la superficie hasta

aproximadamente los 50 m de profundidad se han hallado contenidos de materia orgánica

que oscilan entre 4% y 20%. A partir de los 50 m, este parámetro disminuye hasta alcanzar

un valor promedio entre 5% y 10% (Ingeominas & Universidad de Los Andes, 1993).

4.4 Mineralogía

La identificación de los minerales se hizo por medio del estudio de difracción de rayos X,

en los laboratorios del Instituto Geográfico Agustín Codazzi.

En las figuras 3a y 3b, se puede apreciar la distribución de los minerales de encontrados a

lo largo de la perforación. La caolinita y el cuarzo fueron los minerales predominantes,

presentaron porcentajes por encima del 50%. El feldespato fue el segundo mineral

predominante, presentó valores entre 15% y 42%, seguido por la esmectita con valores

entre el 15% y el 30%. Se presentaron otros minerales como, mica y vermiculita, pero en

porcentajes menos importantes.

4.5 Porcentaje de arcilla

La distribución de minerales de arcilla se presenta en la figura 16a. Los minerales

identificados en la fracción de arcilla fueron caolinita, esmectita, cuarzo, mica y

vermiculita. Como se había mencionado, la caolinita fue el mineral predominante, con

valores por encima del 50%. De los otros minerales encontrados, el más destacado fue la

esmectita. Los minerales hallados en este estudio, concuerdan con los hallados por otros

autores.

MIC 2006-I-44


Figura 16. Minerales encontrados en la zona de estudio

a)

20 40 60 80 100Esmectita (%)

25

20

15

10

5

020 40 60 80 100

Cuarzo (%)

25

20

15

10

5

0

20 40 60 80 100Mica (%)

25

20

15

10

5

0

Profu

ndida

d (m)

20 40 60 80 100Vermiculita (%)

25

20

15

10

5

0

20 40 60 80 100Caolinita (%)

25

20

15

10

5

0

Profu

ndida

d (m)

20 40 60 80 100Cuarzo (%)

25

20

15

10

5

0

Profu

ndida

d (m)

20 40 60 80 100Feldespatos (%)

25

20

15

10

5

020 40 60 80 100

Otros (%)

25

20

15

10

5

0

b)

MIC 2006-I-44


4.6 Superficie Específica

La superficie específica defina la cantidad de área superficial por volumen o masa que

presenta una partícula. En términos de volumen la superficie específica está dada por la

ecuación 1 (24).

VolumenlSuperficiaÁrea

EspecíficaSuperficie =

Al observar la ecuación 1, se deduce que las partículas pequeñas presentan una superficie

específica mayor que las partículas grandes. Lo anterior es fácilmente comprobable

observando el elevado contenido de agua que presentan partículas pequeñas como las

arcillas en comparación con otras de mayor tamaña como la arena.

En la tabla 2 se presentan los datos para los minerales más representativos presentes en la

arcilla (24).

Teniendo en cuenta que el mineral predominante hallado en la zona de estudio fue la

caolinita, se puede concluir según la tabla 2 que la arcilla de la ciudad de Bogotá presenta

un grosor típico entre 50 y 2000 nm, un diámetro típico entre 300 y 4000 nm y una

superficie específica de 0.015 km2/kg.

Tabla 2. Superficie específica para minerales representativos de arcilla (24)

(Ecuación 1)

MIC 2006-I-44


5 ESTRATIGRAFÍA DE BOGOTÁ D.C.

En Bogotá existe una concentración de población y edificaciones ubicadas sobre suelos de

la Formación Sabana. En el presente proyecto se estudiarán las propiedades de los suelos

de la Formación Sabana a los cuales se les denominarán Arcilla de Bogotá.

Tomando como base los cortes realizados por Lobo-Guerrero (1994), se identificarán las

capas que conforman los suelos de la Formación Sabana.

En general, oscilando entre 0 y 5 m, se hallaron suelos de origen fluvial. Se inicia con una

capa de relleno artificial con materiales locales, de construcción o desechos agrícolas,

seguidos por una capa vegetal. La capa vegetal aflora en los sectores donde no se halló

relleno y está compuesta de la llamada "tierra negra" agrícola con un alto porcentaje de

arcilla no-orgánica de origen volcánico. Presentó un espesor generalmente no mayor a 1m.

Por debajo de la capa vegetal se presenta un estrato que se caracteriza por una coloración

anaranjada. La coloración es generada posiblemente por la presencia de minerales de

hierro presentes en las cenizas volcánicas. Presentó un espesor promedio de 1 m. Seguido,

se encuentran limos negros orgánicos, blandos y húmedos que se encuentran por encima de

capas de arcilla limosa gris clara-verdosa o gris azulosa. Esta última presenta un espesor

promedio de 3 m.

Después de los suelos de origen fluvial, se hallaron suelos de origen lacustre, compuestos

por dos conjuntos, uno superior y uno inferior. El conjunto superior de suelos de origen

lacustre, inicia con capas de arcilla limosa y limo arcilloso entre café oscuro y gris claro,

con algo de materia orgánica y con un espesor variable entre 9 y 20 m, con intercalaciones

delgadas de cenizas volcánicas. Por debajo, se presenta una capa de arcilla limosa café

oscura o café clara, con materia orgánica con un espesor promedio de 4 m y una capa de

limo café claro, con un espesor de 10 m, con intercalaciones delgadas de turbas, que se

hacen mayores en la siguiente capa compuesta de limo arcilloso orgánico café que presenta

un espesor de promedio de 3 m.

MIC 2006-I-44


En el conjunto medio de los suelos de origen lacustre, se hallaron suelos de origen

lacuste/aluvial ricos en materia orgánica. Este nuevo conjunto comienza con una capa de

limo arcilloso café-rojizo claro que se encuentra por debajo de los 30 m desde la superficie,

y en mayores profundidades hacia el centro de la cuenca. El espesor máximo hallado fue de

14 m. Por debajo, se encuentra una parte bastante anómala con gran contenido de arenas y

costras duras de hierro.

En el conjunto inferior de suelos de origen lacustre, se encuentran capas de arcilla limosa

café oscura con materia orgánica con espesores que oscilan alrededor de los 5.5 m.

Seguido, variando entre los 5 y 7 m se encuentra una arcilla limosa sin mayores

características distintivas. Con espesores que varían entre 0 y 4 m se encuentran

posteriormente arcillas con materia orgánica, turba y madera. En la siguiente capa se halla

arcilla limosa homogénea café clara, con espesor promedio de 19 m.

El siguiente conjunto lo conforman los suelos de origen fluviales arenosos. En esta parte se

empieza a identificar la Formación Tilatá a una profundidad entre 60 y 80 m. Se hallan

arenas de color gris hasta habano, de grano medio, muy limpia compuesta por cuarzo con

algo de lidita negra-verdosa. Alcanza espesores de 20 a 22 m. Seguido, se halla una arcilla

gris clara y café clara, plástica, con algo de arena con un espesor de alrededor de 20 m. Por

debajo, se encuentran capas de arenas fina con algo de arcilla y arcilla con materia

orgánica, turba y madera. Cada capa tiene un espesor promedio de 20 m. Posterior a este

conjunto, se halla otro conformado por suelos de origen fluviales lacustres con un espesor

total de aproximadamente 95 m.

En la Figura 17 se presenta un corte realizado por la Calle 100 entre la Cra. 7 y la Avenida

Boyacá. En este corte se puede apreciar claramente que la zona hace parte de la Formación

Sabana, ya que cada capa hallada coincide con la estratigrafía general presentada para dicha

Formación.

MIC 2006-I-44


Figura 17. Corte por la calle 100 entre Cra. 7 y Av. Boyacá

6 PROPIEDADES ÍNDICE

Los Límites Líquido (ωL) y Plástico (ωP) se determinan para suelos cohesivos. A partir de

estos dos límites se calcula el Índice de Plasticidad (IP) como se muestra en la Figura 18.

MIC 2006-I-44


Figura 18. Localización de los Límites de Atterberg sobre una escala de contenido de agua (5)

El IP es usado comúnmente en correlaciones de esfuerzos y junto con ωL es usado para la

clasificación de suelos finos. Con el aumento de ωL, aumenta la permeabilidad y la

compresibilidad del suelo y disminuye la resistencia. Por otro lado, cuando aumenta IP,

disminuye la permeabilidad y aumenta la resistencia.

Los Límites Líquido y Plástico en conjunto con el contenido de agua natural (ω), sirven

para predecir el estado de consolidación del suelo. Si w es cercano al ωL, el suelo estará

Normalmente Consolidado. Si ω se acerca a ωP, el suelo estará sobreconsolidado. Si por

el contrario, ω está en un rango intermedio, el suelo estará algo sobreconsolidado. Se

podría presentar el caso en el que ω sea superior a ωL, en este punto el suelo se comportaría

como un líquido viscoso. Bowles (1996) deduce lo anterior debido a que un suelo

sobreconsolidado es más denso, la relación de vacíos es menor que un suelo remoldeado

para los ensayos de Límites de Atterberg. Si un suelo está ubicado por debajo del nivel

freático, donde está saturado, se esperaría que pequeñas relaciones de vacío tengan menos

espacio para el agua y el valor de ω debe ser menor.

Otro límite hallado para esta arcilla, fue el Límite de Contracción (ωS), el cual permite

MIC 2006-I-44


obtener el contenido de humedad por debajo del cual no se presenta cambio adicional en el

volumen e indica cuantitativamente el cambio. En las Figuras 19 y 20 se presenta ω, ωL,

ωP, ωS, IP y el Índice de Liquidez (IL). En la figura 21 se presentan las variaciones de ωL y

ωP con respecto a ω y de ωP con respecto a ωS, respectivamente. Según lo planteado por

Bowles (1996), el suelo analizado está en estado Normalmente Consolidado y como se

puede ver en la misma figura, en todos los casos ωS fue menor que ωP, comportamiento

esperado para este tipo de suelo.

Figura 19 y 20. Variación de ω, ωL y ωP con la profundidad y variación de ωS, IP e IL con la

profundidad

0 100 200 300Límite Líquido (%)

25

20

15

10

5

00 50 100Límite Plástico (%)

25

20

15

10

5

00 100 200 300

Humedad Natural (%)

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

ifad

(m)

10 20 30 40 50Límite de Contracción (%)

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

ifad

(m)

0 100 200 300Índice de Plasticidad (%)

25

20

15

10

5

00 0.5 1Índice de Liquidez

25

20

15

10

5

0

MIC 2006-I-44


En general en Bogotá el ωL presenta variaciones con la profundidad. El estudio de Ingeominas & Universidad de Los Andes (1993) de esta ciudad encontró en la zona de arcillas blandas, al Norte de la ciudad, que el ωL oscila entre 20% y 200% desde la superficie hasta aproximadamente 50 m de profundidad y a partir de esta distancia, el ωL disminuye, variando entre 20% y 100%. En este caso, el ωL siempre estuvo por encima del 100%, alcanzando valores máximos superiores a 260% a una profundidad de aproximada de 16 m. El IP presentó un valor promedio de 116% en un rango que va desde el 65% hasta 207%. En la figura 22, se presenta la ubicación de la arcilla de Bogotá, en el cuadro de plasticidad, clasificándola como CH.

Figura 21. Variación de ωL y ωP con respecto a ω y de ωS con ωP

wS (%)wP (%)

w (%)wL (%)wP (%)

0 100 200 300Humedad (%)

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

ifad

(m)

0 100Humedad (%)

25

20

15

10

5

0

Pro

fund

ifad

(m)

MIC 2006-I-44


Figura 22. Ubicación de las muestras en el cuadro de Plasticidad

7 ESTRUCTURA

Las propiedades intrínsecas del suelo son aquellas inherentes al mismo,

independientemente de su estado natural. Por lo tanto, las propiedades de una arcilla

natural difieren de sus propiedades intrínsecas debido a la influencia de su estructura

(Burland, 1990).

Actualmente, la aplicación de la estructura del suelo al estudio de su comportamiento es

hecha a través de la comparación de su microestructura inalterada con la remoldeada, o

estructurada con la desestructurada (Díaz, 2003). En la figura 23 se presenta imágenes

observadas usando microscopio electrónico (SEM). Se observa la estructura laminada de la

arcilla, a lo que se le atribuye sus altos contenidos de humedad y relaciones de vacío.

0 100 200 300 400Límite Líquido (%)

0

100

200

300

400

Índi

ce d

e P

last

icid

ad (%

)

Línea ULínea AArcilla de Bogotá

MIC 2006-I-44


Figura 23. Imágenes de microscopio electrónico de una arcilla perteneciente al área de estudio (40)

8 COMPORTAMIENTO MECÁNICO

8.1 Compresibilidad

Para identificar el comportamiento mecánico del suelo estudiado, se realizaron 8 ensayos

de consolidación con escalones de carga 50, 100, 200, 400, 800 y 1600 kPa, y descarga de

800, 400, 200, 100 y 50 kPa. Los ensayos se realizaron para muestras de profundidades

desde los 2.5 m hasta los 25m.

En la figura 24 se muestran curvas típicas de relación de vacíos contra esfuerzo para

profundidades de 2,5 y 11,5 m. De estas figuras se puede deducir que en profundidades

cercanas a la superficie, aproximadamente hasta los 3 m, el suelo se encuentra en estado

sobreconsolidado, y a partir de esta profundidad, el depósito lacustre de la ciudad de

Bogotá se caracteriza por ser normalmente consolidado. Lo anterior confirma lo que se

había supuesto de acuerdo a la deducción de Bowles (1996) y la existencia de una costra

dura por debajo de la capa vegetal. En la figura 25 se presenta la variación del esfuerzo de

MIC 2006-I-44


preconsolidación con la profundidad.

Las presiones de preconsolidación de cada muestra ensayada se hallaron siguiendo el

método gráfico de Casagrande.

Figura 24. Curvas típicas de compresión unidimensional para profundidades de 2.5 m y 11.5 m, respectivamente

Figuras 25 y 26. Variación del esfuerzo de preconsolidación con la profundidad y de Cc con el límite

líquido

0.1 1 10 100Presión de Consolidación (kg/cm2)

1

1.5

2

2.5

3

Rela

ción

de v

acío

s

OCR = 5.87Presión de Preconsolidación

0.1 1 10 100Presión de Consolidación (kg/cm2)

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Rela

ción

de v

acío

s

OCR = 1.29Presión de Preconsolidación

50 100 150 200 250 300Esfuerzo de Preconsolidación (kPa)

25

20

15

10

5

0

Prof

undi

dad

(m)

0 40 80 120 160 200 wL (%)

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Cc

MIC 2006-I-44


En la figura 26 se presenta la relación existente entre Cc y ωL. Se puede observar cómo influye la humedad en la compresibilidad del suelo de la ciudad de Bogotá. La relación es prácticamente lineal.

8.2 Curva de fluencia

Se realizaron un total de 9 ensayos triaxiales consolidados no drenados (CU). Los ensayos

se consolidaron a presiones iguales y por encima de la presión de preconsolidación y luego

se fallaron variando la presión axial, σ1.

La figura 27 muestra las trayectorias de esfuerzo en el espacio q-p’ para 3 muestras a 9.5 m,

15 m y 20 m, respectivamente. Se puede observar que en algunos ensayos hay datos que

presentan anomalía, con respecto a los demás; estos puntos van a ser considerados atípicos

para efectos de este estudio.

0 100 200 300 400p' (kPa)

0

100

200

300

400

Esf

uerz

o de

svia

dor,

q (k

Pa)

Arcilla NCF = 27º

s3 = 150 kPas3 = 250 kPas3 = 350 kPa

0 100 200 300p' (kPa)

0

100

200

300

Esf

uerz

o de

svia

dor,

q (k

Pa)

Arcilla NCF = 32º

s3 = 100 kPas3 = 150 kPas3 = 200 kPa

MIC 2006-I-44


Figura 27. Trayectorias de esfuerzo para muestras a 9,5, 15 y 20 m de profundidad, respectivamente

Los ángulos de fricción hallados en estos ensayos fueron bastante cercanos entre sí,

sugiriendo un depósito normalmente consolidado ligeramente homogéneo, con un ángulo

promedio de 29º.

Figura 28. Círculos de Mohr para una muestra a 9,5 m de profundidad

0 100 200 300 400p' (kPa)

0

100

200

300

400

Esf

uerz

o de

svia

dor,

q (k

Pa)

Arcilla NCF = 31º

s3 = 150 kPas3 = 250 kPas3 = 350 kPa

0 50 100 150 200 250s', (kPa)

0

50

100

150

200

250

t, (

kPa)

s3 = 150 kPas3 = 200 kPa

MIC 2006-I-44


Figura 29. Curvas de esfuerzo – deformación y de presión de poros contra la deformación unitaria para

profundidades de 9.5 m y 15 m de profundidad, respectivamente

En la figura 28 se presentan los círculos de Mohr para una muestra a 9,5 m de profundidad

en la zona de estudio.

En la figura 29 se presentan curvas de esfuerzo-deformación y presión de poros-deformación observadas en muestras normalmente consolidadas, en donde se ve que el esfuerzo desviador pico máximo se alcanza a aproximadamente 9 % de la deformación unitaria.

9 PROBLEMAS INGENIERILES

9.1 Subsidencia Regional y Asentamientos

En la Sabana de Bogotá, más específicamente hacia el occidente, desde hace varios años se

ha venido presentado un fenómeno de subsidencia y agrietamientos severos, causados

principalmente por el uso desmedido de agua subterránea, por la succión de los árboles

foráneos o por el exceso o falta de lluvia.

0 4 8 12Deformación unitaria axial, e (%)

0

40

80

120

Esfu

erzo

des

viad

or, q

(kPa

)

s3 = 100 kPas3 = 150 kPas3 = 200 kPa

0 5 10 15 20 25Deformación unitaria axial, e (%)

0

40

80

120

160

Pres

ión

de p

oros

, (kP

a)

s3 = 150 kPas3 = 350 kPa

MIC 2006-I-44


Figura 30. Casos de agrietamiento en vías

Según Vesga (1998), los problemas que se venían presentando con la estabilidad de las vías

y construcciones en general, se había explicado con base en esas deformaciones que sufre

el terreno. En la investigación desarrollada, se comprueba otra hipótesis: del problema de

deformación, se genera uno de capacidad de soporte, lo cual hace que incluso el terreno

presente falla por peso propio y las estructuras que se construyan en la superficie no puedan

sostenerse por livianas que sean.

Figura 31. Agrietamiento en terreno

MIC 2006-I-44


En los apiques realizados para el estudio, Vesga encontró que el subsuelo presenta tal grado

de agrietamiento que se puede decir que está formado por "columnas", en lugar del caso

generalmente adoptado en la ingeniería de cimentaciones de un medio continuo. Esto lleva

a que el subsuelo presente una condición crítica de estabilidad, en la cual se debe tener en

cuenta las consideraciones sobre la esbeltez de dichas "columnas" y realizar análisis tanto

bajo carga estática, como carga sísmica.

Como conclusión de la investigación queda que en la zona estudiada no se pueden aplicar

los métodos convencionales de la ingeniería de cimentaciones, ni de pavimentos para el

diseño de tales estructuras, ya que las características que presente el suelo en esa zona son

únicas.

9.2 Amenaza Sísmica y deslizamientos

La actividad sísmica de la ciudad de Bogotá es debida a la Zona de Subducción del

Pacífico, la falla el Romeral y el sistema de falla Frontal de la Cordillera Oriental. Aunque

desde el punto de vista geológico, ésta es de baja frecuencia en cuanto a eventos

importantes. El NSR-98 ha clasificado la amenaza sísmica como intermedia.

La amenaza sísmica como tal no genera un problema alarmante, porque como se mencionó

está clasificada como intermedia. El problema alarmante lo genera la vulnerabilidad que se

presenta actualmente en la ciudad.

A nivel histórico, se han presentado eventos sísmicos que han causado destrucción parcial

de la ciudad como los ocurridos en los años 1785 y 1827 con epicentro en los Páramos de

Chingaza y Sumapaz, Cundinamarca. La máxima intensidad reportada en Bogotá ha sido

de VIII, hasta 1997 (Herrera, 2002).

En los últimos años se ha presentado un movimiento continuo de personas hacia Bogotá.

Lo cual ha generado la construcción de viviendas que no cumplen las especificaciones

técnicas y peor aún, están localizadas en zonas no aptas para la construcción. Estos

MIC 2006-I-44


asentamientos han sufrido el deterioro continuo causado por movimientos sísmicos, aún si

no son de gran intensidad, inundaciones y otro gran problema que afecta en gran medida,

los deslizamientos.

Figura 32. Ubicación de Colombia en el mapa tectónico

Los fenómenos de remoción de masa han causado grandes pérdidas tanto para la población

directamente implicada como para el país en general. Una de las causas que favorecen la

ocurrencia de fenómenos de remoción en masa es la abrupta topografía de los cerros

circundantes, donde se localizan estos asentamientos problemáticos: cerros orientales, del

sur, de Suba y sus respectivas franjas de piedemonte.

MIC 2006-I-44


Figura 33. Casos de caídas y flujos de tierra

10 CONCLUSIONES

El subsuelo de la ciudad de Bogotá presenta características únicas en el mundo, producto de

la depositación de arcillas lacustres con contenido orgánico, abundante aporte volcánico y

numerosas intercalaciones de diatomita. Este depósito arcilloso contiene gran cantidad

minerales de arcilla, principalmente, de caolinita. Además, se encuentran límites líquidos por

encima de 250%, con humedades naturales muy cercanas e índices de plasticidad igualmente

altos (superiores a 150%). Estas propiedades pueden atribuirse a la microestructura (o

microfábrica) abierta en forma de láminas que permiten encontrar relaciones de vacío por

encima de los valores convencionales para este tipo de suelo: por encima de 3 y superiores a 5

en cercanías a la superficie donde se encuentra la costra.

Se comprobó la presencia de una costra sobre la superficie de los depósitos lacustres, como lo

había supuesto Amórtegui en sus estudios. La comprobación se hizo mediante ensayos de

consolidación y triaxiales CU sobre suelos clasificados como lacustre A, según Ingeominas &

Universidad de Los Andes. Cabe anotar que estos últimos en su estudio de microzonificación

MIC 2006-I-44


de la ciudad de Bogotá, también hacen mención de dicha costra.

La suposición hecha inicialmente, a partir de la deducción de Bowles (1996) del estado de

preconsolidación del suelo a partir de los límites de Atterberg fue comprobada. La suposición

fue que el subsuelo de la ciudad de Bogotá por debajo de la costra sobreconsolidada es un

depósito semi-homogéneo de arcillas lacustres normalmente consolidadas. Lo anterior aplica

hasta una profundidad de 25 m que fue la profundidad de exploración de este estudio. Ver

figuras 24, 25 y 27. La comprobación de lo anterior se hizo mediante la interpretación de las

gráficas de variación del esfuerzo de preconsolidación con la profundidad, hallado a apartir de

ensayos oedométricos unidimensionales. Además de la interpretación de los resultados de los

ensayos triaxiales CU. En estos ensayos se hallaron valores de ángulos de fricción bastante

cercanos entre sí por debajo de la costra, lo cual sugiere la semi-homogeneidad del depósito

lacustre.

11 RECOMENDACIONES

Para lograr una buena aproximación a la influencia de la estructura de este suelo arcilloso en

su comportamiento único, es recomendable la ejecución de ensayos a muestras remoldeadas y

compararlas con los resultados de muestras en su estado natural. De esta manera se llegará al

conocimiento de sus propiedades intrínsecas.

Para reducir los asentamientos por subsidencia, se recomienda frenar el uso desmedido del

agua subterránea de la Sabana de Bogotá. Este comportamiento está causando

agrietamientos severos que hace que las estructuras, por livianas que sean, trabajen

ineficientemente. Ejemplos claros, son las vías intransitables que se presentan

especialmente hacia el occidente de la ciudad.

Un mejor conocimiento y entendimiento del comportamiento del subsuelo de la ciudad de

Bogotá, significará una reducción en los costos no solo de la construcción de nuevas

estructuras, sino de la remediación de existentes. Además del favorecimiento de la

MIC 2006-I-44


economía, habrá favorecimiento en la seguridad de la población y reducirá la

vulnerabilidad de Bogotá ante la amenaza sísmica existente.

12 REFERENCIAS

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