Estudio del fenómeno de la tixotropía en arcillas de la sabana de Bogotá

Trabajo de InvestigaciónEl fenómeno de la tixotropía se basa en la recuperación de la resistencia del suelo cuando se mantiene en reposo, sin sufrir variaciones en su composición, luego de haber sido sometido a procesos de remoldeo. Dado que en Colombia no se contempla el estudio del fenómeno de la tixotropía en las arcillas para la optimización de los diseños, estudios de suelos y construcciones, se pretendió en esta investigación determinar en forma experimental el tiempo que tarda un suelo arcilloso en recuperar sus propiedades mecánicas originales. El análisis del comportamiento tixotrópico se limitó al Municipio de Madrid Cundinamarca, donde se tomaron 4 muestras de arcilla en tubo shelby, a las cuales se les realizaron ensayos de compresión encofinada basados en la norma INV-152-07,posteriormente se reconstituyeron y fueron sometidas luego de su reconstitución, a tiempos determinados en reposo (aging), siendo falladas nuevamente a compresión axial. Se determinó que las muestras estudiadas son tixotrópicas y recuperarían su resistencia original en 300 días aproximadamente. Adicionalmente, son medianamente sensitivas lo que indica que aun disminuyendo su resistencia al ser reconstituidas, no pierden todas sus propiedades mecánicas originales.PregradoIngeniero Civi

Temperature evaluation as a method of stabilization of clays

Laboratory tests were used to evaluate the effect on the index properties, volumetric behavior and monotonic uniaxial strength of two clays due to the application of temperature during different time periods. Mean objective of this research project is to evaluate if the application of temperature in clays can be a good stabilization method in a future. In this first phase of the project, three temperatures (150, 225, 300°C) and time expositions of the samples (1, 7 and 15 days) were used in order to measurement the evolution of the properties in the clays. Results shows that expansion potential decrease and monotonic uniaxial strength increase when the temperature raise on the samplesEn el artículo se presentan los resultados experimentales de ensayar dos tipos de arcillas, con el fin de evaluar la influencia de la temperatura en sus propiedades índices y mecánicas, y el potencial de expansión. El objetivo general de la investigación es determinar si la aplicación de temperatura puede ser utilizada como mecanismo de estabilización de arcillas. En la primera fase de la investigación, las muestras de arcilla fueron sometidas a tres temperaturas (150, 225 y 300°C) y tiempos de exposición diferentes (1, 7 y 15 días) para evaluar el cambio que experimentan en sus índices de consistencia (límites líquido, plástico y de contracción), resistencia a la compresión inconfinada y potencial de expansión (índice de hinchamiento, expansión libre y en consolidómetro). Los resultados muestran que el potencial de expansión de las arcillas ensayadas disminuye y la resistencia a la compresión simple aumenta cuando se eleva la temperatura de las muestras entre 150 y 300º

Tratamiento de suelos productivos de la sabana afectados por inundaciones del río Bogotá. Estudio de caso Chía (Cundinamarca)

A lo largo del tiempo, se han visto cambios en la temperatura global que han generado variaciones en fenómenos como el Niño y la Niña. Éste último produjo altos niveles de precipitación que repercutieron en incrementos de los niveles de los ríos y provocaron inundaciones en las partes bajas que causaron enormes desastres ambientales. Uno de estos desastres presentados ocurrió en la sabana de Bogotá, donde el río Bogotá rebasó sus cotas de inundación afectando sectores productivos como cultivos de flores, ganadería y pastoreo de ganado en el sector del municipio de Chía. Como resultado de tales afectaciones, se presentaron impactos negativos en la economía campesina, ya que se perdieron las cosechas y el uso del suelo para pastoreo disminuyó debido a los niveles de anegación en la zona. Esta problemática incentivó la ejecución de programas de manejo ambiental por parte de las autoridades ambientales como la CAR y el IDEAM, quienes identificaron el daño provocado y desarrollaron acciones temporales como el impedimento del desbordamiento del río mediante la construcción de jarillones e inundaciones controladas de zonas fértiles, con el fin de no provocar daños a otros sectores productivos. Sin embargo, en el momento de iniciar esta investigación estos programas no incluían estudios de impacto sobre el recurso suelo luego de la inundación y por tanto se desconoce las características y condiciones del mismo una vez finalizó el fenómeno. Con base en lo anterior, y debido al desconocimiento de la afectación del recurso, es fundamental hacer un diagnóstico de las condiciones físicas, químicas y biológicas de los suelos afectados por inundaciones con el fin de implementar medidas correctivas que mitiguen los impactos ambientales generados en el sector productivo y ganadero por medio de diferentes estrategias que permitan promover su recuperación

Comparación del comportamiento físico-mecánico de las arcillas bentoníticas provenientes de Bugalagrande, Valle del Cauca, Colombia con adición de diatomeas de la ciudad de México, México

Visita Técnica InternacionalCon el estudio de suelos arcillosos se han evidenciado problemas de asentamiento, expansividad e hinchamiento, debido a las cargas que debe soportar el terreno por las obras de ingeniería, a partir de esto, se realizó la comparación de la arcilla bentonita, y la misma arcilla con adición de diatomeas para evidenciar los cambios físico – mecánicos por medio de prácticas de laboratorio establecidas por la norma INVIAS, debido que, la extracción de la bentonita es dentro del Estado colombiano; de esta forma se presentan los resultados obtenidos en el ensayo de corte directo y compresión inconfiada; ya que, demuestran los porcentajes de diatomeas que al ser adicionados a la bentonita obtienen mayor resiste.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. ANTECEDENTES 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4. OBJETIVOS 5. JUSTIFICACIÓN 6. DELIMITACIÓN 7. MARCO DE REFERENCIA 8. METODOLOGÍA 9. RESULTADOS 10. ANÁLISIS DE RESULTADOS 11. CONCLUSIONES 12. RECOMENDACIONES 13. REFERENCIAS 14. ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Metodología para la identificación y caracterización de distritos de conservación de suelos en Colombia. Estudios de caso en la cuenca del río Bogotá

Con el advenimiento de las normas ambientales colombianas, particularmente en al año 1974, mediante el artículo 324 del decreto ley 2811 (Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente), se ordenó identificar los distritos de conservación de suelos (DCS) del país, para definir áreas con algún grado de susceptibilidad al deterioro del suelo o en estado crítico que ponga en riesgo su aprovechamiento y el de los demás recursos naturales. En la actualidad los DCS han tenido renovada importancia, particularmente desde el 2015 cuando se formuló para el país la Política para la Gestión Sostenible del Suelo (PGSS), que busca “promover la gestión sostenible del suelo en Colombia, en un contexto integral en el que confluyan la conservación de la biodiversidad, el agua y el aire, el ordenamiento del territorio y la gestión de riesgo, contribuyendo al desarrollo sostenible y al bienestar de los colombianos” (MADS,2015). Para la presente investigación se planteó como hipótesis que: ”se puede generar una metodología rigurosa y confiable que permita identificar y caracterizar los DCS del territorio Colombiano, a partir de las interrelaciones entre parámetros geomorfológicos, variables climáticas, propiedades del suelo (físicas y químicas), estados de alteración, cobertura vegetal, uso del suelo y su manejo, analizadas a través de técnicas estadísticas y geoespaciales idóneas”. El objetivo general fue generar una metodología que permita la identificación y caracterización de los DCS en Colombia, mediante estudios de caso en la cuenca del río Bogotá. Los objetivos específicos fueron: 1. Elaborar el marco conceptual de la metodología a proponer, para la identificar y caracterizar los DCS en Colombia; 2. Realizar la caracterización biofísica de los suelos de la cuenca del río Bogotá; 3. Diseñar y desarrollar la metodología de identificación y caracterización de los DCS y, 4. Validar y ajustar la metodología mediante estudios de caso en la cuenca del río Bogotá. Inicialmente se realizó una amplia recopilación de información secundaria a nivel nacional e internacional, para precisar diferentes conceptos asociados al suelo y a los DCS; esto mostró que hay muy poca información conceptual asociada a esos distritos, y no se encontró metodología alguna o proceso propuesto que faciliten su identificación y caracterización. Así, basados en los lineamientos legales y normativos, se planteó una definición de DCS y se seleccionaron indicadores, que posteriormente fueron depurados a través de las técnicas de expertos, como punto de partida para la propuesta de una metodología que permite identificar y caracterizar los DCS en el territorio colombiano. La caracterización biofísica de los suelos de la cuenca del río Bogotá mostró la descripción del mosaico de suelos de esa cuenca en un área de 547.583,56 hectáreas. Las características más sobresalientes fueron: predominio de suelos de baja a mediana evolución (entisoles, inceptisoles); más del 70% de los suelos de la cuenca se ubican en pendientes menores al 25%; las coberturas y usos del suelo con dominio marcado de los territorios agrícolas en más del 58% en la cuenca; el 69% de los suelos presentan algún grado de erosión actual y potencialmente pueden ser afectados en más del 90% si se siguen manejando bajo las condiciones actuales; en un 74.42% los suelos están afectados por alguna condición de aridez; el 12,45% de los suelos presentan niveles medios o altos de compactación; el 65.67% de los suelos se ubican en climas frío, templado y cálido seco, muy seco o árido; cerca del 72% de los suelos se ubican en paisajes de montaña y lomerío; los suelos en un 36% son superficiales y en más del 60% se identifican como profundos; menos del 4% de los suelos se encuentran afectados por sales o sodio; en más del 60% los niveles de materia orgánica en el suelo son altos y el 68% de los suelos presenta niveles de fertilidad moderada a baja. La metodología propuesta para identificar y caracterizar los DCS es un modelo lógico que se estructuró en 5 grandes etapas: la primera, hace una selección de los indicadores a ser aplicados en el modelo metodológico, a partir de 11 criterios (zona climática, índice aridez, geomorfología, pendiente, fertilidad, salinidad, materia orgánica, profundidad efectiva, compactación, erosión, usos y coberturas del suelos), con su respectiva parametrización categórica; la segunda consistió en la caracterización o identificación de las condiciones en que se midió dicho indicador, en un área o zona determinada dentro de un territorio, haciendo uso de métodos de evaluación cuantitativa acordes con cada indicador evaluado; la tercera estandariza los niveles categóricos de cada indicador a través de índices de impacto definidos por el método estándar 10-E10; en la cuarta se analiza la interacción de los indicadores por sus diferentes categorías, a través de técnicas estadísticas de análisis probabilísticos, categórico de datos y de índices compuesto por el método Monte Carlo, para posteriormente ser estructurados y analizados geoespacialmente a través de Sistemas de Información Geográfica -SIG; la última etapa muestra la información estadística y espacial depurada a través de índices críticos, que a través de su interacción múltiple permitió finalmente identificar las áreas que pueden ser consideradas como DCS. Posteriormente, la metodología así definida se validó y ajustó en la cuenca del río Bogotá, Esto permitió, seleccionar diferentes áreas que pueden ser consideradas como como DCS a partir de la metodología propuesta. En consecuencia, con base en los resultados obtenidos de la investigación se pudo probar la hipótesis propuesta. La investigación hace un aporte importante a la generación de conocimiento en ciencias del suelo, en particular en su conservación, y propone una metodología científicamente rigurosa y validada, para identificar y caracterizar los DCS, como contribución a la sostenibilidad de los sistemas productivos. Se pretende que esta metodología se convierta en una herramienta que haga un aporte a las entidades pertinentes y a la sociedad en general en la implementación de la PGSS, así como en aspectos pertinentes a políticas de ordenamiento territorial y aquellas orientadas a la conservación ambiental del país.Abstract. With the advent of Colombian environmental standards, particularly in 1974, by article 324 of decree law 2811 (National Code of Renewable Natural Resources and Environmental Protection), it was ordered to identify the soil conservation districts (DCS) of the country in order to define soil areas of with some degree of susceptibility to deterioration or in critical state that puts under risk their use and that of other natural resources. At present, the DCS have had renewed importance, particularly from 2015 when it was formulated the Colombian Policy for Sustainable Soil Management (PGSS), which seeks to promote the sustainable management of soils, in an comprehensive context in which the conservation of biodiversity, water and air, territorial planning and risk management come together, contributing to sustainable development and well-being of Colombians" (MADS, 2015). For this research it was hypothesized that it was possible to generate a rigorous and reliable methodology to identify and characterize the DCS of Colombian territories, based on the interrelations between geomorphological parameters, climatic variables, soil properties (physical and chemical), modification states, vegetation cover, and use and management of soils, examined through appropriate statistical and geospatial techniques. The general objective was to generate a methodology that allows the identification and characterization of DCS in Colombia, through case studies in the Bogotá river basin. The specific objectives were: 1. To elaborate the conceptual framework of the proposed methodology, to identify and characterize the DCS in Colombia; 2. To undertake the biophysical characterization of the soils of the Bogotá river basin; 3. To design and develop the methodology to identify and characterize the DCS and, 4. To validate and adjust the methodology through case studies in the Bogotá river basin. Initially it was undertaken a compilation of secondary information at the national and international level in order to define some concepts associated with soil and DCS. That review showed that there was very little conceptual information associated with DCS and it was not found any proposed methodology or process that facilitates their identification and characterization. Then considering legal and normative guidelines, it was proposed a definition of DCS, and some indicators were chosen and subsequently refined through expert techniques, as a starting point for the proposed methodology to identify and characterize the DCS in the Colombian territory. The biophysical characterization of the soils of the Bogotá river basin showed the description of the mosaic of soils of the basin in an area of 547.583,56 hectares. The most outstanding features were: predominance of young and medium developed soils (entisols, inceptisols); more than 70% of soils are located on slopes under 25%; cover and land use with marked domain of agricultural territories in more than 58% of the basin; 69% of the soils have some degree of current erosion and can potentially be affected over 90% of the soils if they continue being managed under current conditions; 74.42% of soils are affected by some condition of aridity; 12.45% of the soils show medium to high levels of compaction; 65.67% of the soils are located in cold, temperate and warm, dry, very dry or arid climates; about 72% of the soils are located in landscapes of mountain and low hills 36% are shallow soils and over 60% are deep; less than 4% of the land are affected by salts or sodium; over 60% of soil organic matter levels are high and 68% of the soils have moderate to low fertility levels. The proposed methodology is a logical model structured in 5 major stages: the first one, makes a selection of the indicators to be applied in the methodological model, based on 11 criteria (climatic zone, index aridity, geomorphology, slope, fertility, salinity, organic matter, effective depth, compaction, erosion, uses and coverage of soils) with their respective categorical parameterization; the second one consisted of carrying out an identification and a characterization of the conditions in which the indicators were measured, in a specific area or zone within a territory, by using quantitative evaluation methods according to each indicator under scrutiny; the third standardizes the categorical levels of each indicator through the impact indices by the standard method 10-E10 proposed by this research; the fourth consisted in analyzing the interaction of the indicators by their different categories, through statistical techniques of probabilistic analysis, categorical data and indexes composed of the Monte Carlo method, and then to structure and analyze them geospatially through Geographical Information Systems -GIS; the last stage shows the statistical and spatial information refined through critical indexes, which through their multiple interaction, finally allowed defining the areas that can be considered DCS. The methodology was proved and adjusted in the Bogotá river basin, and it allowed to choose different areas that may considered as DCS according to the proposed methods. Consequently, the hypothesis stated for this research was proved to be true. The present research makes an important contribution to the generation of knowledge in soil science, in particular in terms of conservation, and proposes a scientifically rigorous and validated methodology to identify and characterize the DCS, as a contribution to the sustainability of the production systems. It is anticipated that this methodology becomes a tool that makes a contribution to the relevant institutions and society, in the implementation of the PGSS, as well as in terms of policies of land-use planning policies and those oriented to the environmental conservation of the country.Doctorad

Evaluación de los cambios químicos que experimenta el asfalto durante el proceso de envejecimiento a corto plazo y su relación con algunas propiedades físico-mecánicas

En este trabajo se evaluaron los cambios físicos y químicos que experimenta el asfalto por efecto del envejecimiento a corto plazo (ECP) y establecieron relaciones con algunas propiedades físico-mecánicas convencionales, a partir de la auscultación del envejecimiento en campo, evaluaciones del envejecimiento según modelos de laboratorio, planteamiento de alternativas para mejorar la durabilidad de mezclas asfálticas modificadas (MAM) y verificación del desempeño de estas, en laboratorio y en campo. Se emplearon asfaltos, mezclas asfálticas y tramos experimentales. Asfaltos provistos por el Complejo Industrial Barrancabermeja (CIB), aptos para pavimentación. Mezclas asfálticas en caliente o con modificación química (MAM), densas, producidas en laboratorio y en plantas; las MAM emplearon agregados pétreos similares, asfaltos modificados (AM) diferentes, un mismo asfalto CIB base e idénticos procesos de producción. Tramos experimentales (cuatro, Bogotá) construidos con materiales convencionales, capas de rodadura con MAM y procesos constructivos similares, bajo especificaciones técnicas locales. Se evaluaron muestras de asfalto sin fraccionamiento mediante técnicas convencionales y de otras, la reometría, la termo-gravimetría, el análisis elemental, el fraccionamiento SARA, y las espectroscopias por resonancia magnética nuclear (RMN 1H y RMN 13C), de masas y por infrarrojo con reflectancia total atenuada (FTIR-ATR). Se desarrollaron nuevos esquemas para caracterizar los asfaltos (índices de variación por FTIR-ATR; química y estructuralmente por RMN). Los tramos experimentales se caracterizaron en seguimientos técnicos periódicos con métodos no destructivos. El asfalto CIB mostró algunos cambios físico-químicos por efecto del ECP: aumento en el contenido de oxígeno y reducción en los de carbono; ocurrencia simultánea de la volatilización y la oxidación; variaciones no uniformes en los carbonos cuaternarios por RMN, presencia de especies oxidadas (RMN); y presencia de regiones variantes e invariantes, para señales de especies oxidadas y cambios notables en el modelo de sustitución en fragmentos aromáticos (FTIR-ATR). El asfalto CIB fresco mostró deficiencias en la calidad para la pavimentación y el ECP simulado (TFOT y RTFOT) baja representatividad para emular el envejecimiento en campo. Los AM, las MAM y las capas de rodadura construidas con estos, y modificados con cal hidratada y con SasobitR mostraron el mejor desempeño técnico-económico. Los cambios químicos y físico-mecánicos generados por efecto del ECP en muestras de asfalto sin fraccionamiento evidenciaron la necesidad de implementar nuevas estrategias con experimentaciones más integrales, en laboratorio y campo, con ajustes a los controles existentes, válidos para la adaptación y generación apropiada de tecnología en ingeniería civil, que reconozca y controle el envejecimiento, para contribuir eficazmente al mejoramiento de la durabilidad de las obras viales.Abstract: In this work the physical and chemical changes that the asphalt undergoes due to the effect of short-term aging (STA) were evaluated and established relationships with some conventional physical-mechanical properties, from the auscultation of aging in the field, aging evaluations according to models of laboratory, proposal of alternatives to improve the durability of modified asphalt mixtures (MAM) and verification of the performance of these, in the laboratory and in the field. Asphalts, asphalt mixtures and experimental sections were used. Asphalts provided by the Barrancabermeja Industrial Complex (CIB), suitable for paving. Asphalt mixtures in hot or with chemical modification (MAM), dense, produced in the laboratory and in plants; the MAM used similar stone aggregates, modified asphalts (AM), the same base CIB asphalt and identical production processes. Experimental sections (four, Bogotá) built with conventional materials, rolling layers with MAM and similar construction processes, under local technical specifications. Asphalt without fractionation was evaluated by conventional techniques and others, rheometry, thermogravimetry, elemental analysis, SARA fractionation, and nuclear magnetic resonance (1H and 13C NMR), mass spectroscopy and infrared with reflectance spectroscopy total attenuated (FTIR-ATR). New schemes were developed to characterize the asphalts (variation indexes by FTIR-ATR, chemically and structurally by NMR). The experimental sections were characterized in periodic technical follow-ups with non-destructive methods. The CIB asphalt showed some physical-chemical changes due to the STA effect: increase in oxygen content and reduction in carbon content; simultaneous occurrence of volatilization and oxidation; non-uniform variations in the quaternary carbons by NMR and the presence of oxidized species; presence of variant and invariant regions, for signals of oxidized species and notable changes in the substitution model in aromatic fragments (FTIR-ATR). The fresh CIB asphalt showed deficiencies in the quality for the paving and the simulated STA (TFOT and RTFOT) low representativeness to emulate the aging in the field. The AMs, the MAMs and the rolling layers constructed with these, and modified with hydrated lime and with SasobitR showed the best technical-economic performance. The chemical and physical-mechanical changes generated by the STA effect in samples of asphalt without fractionation evidenced the need to implement new strategies with more comprehensive experiments, in laboratory and field, with adjustments to existing controls, valid for the adaptation and appropriate generation of technology in civil engineering, which recognizes and controls aging, to effectively contribute to the improvement of the durability of road works.Doctorad

Biodiversidad, materia orgánica y estructura del suelo: ciencia, técnica e ingeniería (documento docente)

Esta Tesis Doctoral centra su atención en las necesidades de formación didáctica que precisan los Ingenieros Agrónomos sobre la participación biológica en la formación de las estructuras edáficas, capacitándoles para transferir los nuevos conocimientos a la base productiva. Se describen las dificultades de difusión de la Edafología como Ciencia y de su conocimiento por parte de la Sociedad, junto con las líneas maestras por dónde camina hacia el futuro. Se trata de ubicar la edafobiodiversidad como elemento preciso para la clasificación de suelos. Para ello se hace un repaso a la edafobiodiversidad en su conjunto y “grupo a grupo”. Se redefinen los constituyentes de la llamada MO como parte constitutiva y variada, de componentes que se precisan para formar estructuras. Se explica, de forma discriminada la formación de los constructos inorgánicos, las estructuras texturales a que dan lugar y sus propiedades derivadas y se concluye con la actividad constructiva de la edafobiodiversidad