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Equipos desarrollados en la UN analizan materiales para vías

Máquinas ensambladas en la UN permiten estudiar las propiedades mecánicas de los suelos colombianos antes de llevar a cabo grandes vías y obras de infraestructura. Mezclas asfálticas para estructuras de pavimento y la malla vial también son valoradas con estas nuevas herramientas. Actualmente, son analizados suelos del departamento del Vichada, para determinar la viabilidad de la construcción de carreteras en esta región.

, 12.04.2015

Equipo para medición del módulo dinámico de mezclas asfálticas fabricado por la UN. foto: Juan David Tena/Unimedios

El Vichada, uno de los departamentos más extensos de Colombia, que comunica la Orinoquia con el centro del país, solo cuenta con una vía terrestre para conectarse con el Meta. Sin embargo, este trayecto, que va de Puerto Carreño a Villavicencio, es intransitable en invierno, y en verano solo se puede recorrer en campero o camión.

El viaje por esta carretera, cuya longitud es superior a 800 kilómetros, puede llegar a durar semanas. De ahí que el sistema fluvial se haya convertido en la mejor alternativa para transportar a sus pobladores y en uno de los motores para jalonar la economía regional.

Mejorar esta vía y construir dos corredores más ha llevado al Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia, en asocio con la Universidad de los Andes, a analizar los suelos, en el marco del primer proyecto de ciencia y tecnología financiado con recursos de regalías.

Gracias a equipos diseñados por la UN, que sirven para estudiar las propiedades del suelo, el pavimento y sus componentes, se analizan muestras provenientes de tres vías: Puerto Carreño-Villavicencio; La Arepa-El Viento-Gaviotas, en el municipio Cumaribo (20 km); y El Tigre-Santa Cecilia-Base Marandúa, en La Primavera (160 km).

Según indica Carol Murillo, docente del Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola de la un, para ello fueron traídas a los laboratorios de la Institución cerca de 15 toneladas de material, con el propósito de analizarlas y caracterizarlas.

Estos equipos, adecuados a las condiciones colombianas, constituyen instrumentos indispensables no solo para el caso del Vichada, sino para la construcción de grandes autopistas y de la malla vial en algunas ciudades colombianas.

Históricamente, la tecnología para el estudio de la geotecnia a nivel mundial se ha desarrollado para terrenos de tipo sedimentario, en países de clima templado, y no para depósitos residuales como los que presenta la mayor parte de la superficie colombiana.

Para Julio Esteban Colmenares, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola de la un y coordinador del Laboratorio de Geotecnia, las investigaciones desarrolladas en la Universidad indican que hay una alta probabilidad de que la mayoría de depósitos de suelo en Colombia sean de tipo residual. De hecho, recuerda que un estudio del ingeniero de la UN Juan Spinel, en 2012, reveló, por medio de un mapa indicativo, que el 90 % del terreno del país presenta esas condiciones.

Frente al estudio del Vichada, la docente Murillo comenta que el proyecto se desarrollará hasta septiembre de 2015. Se espera que con esta primera fase se puedan establecer criterios de utilización de materiales que cumplan con las especificaciones establecidas por Invías para la construcción de vías y terraplenes. 

Los análisis preliminares muestran que los terrenos tienen comportamientos diferentes a los encontrados en otras regiones: “Son suelos lateríticos, es decir con altos contenidos de hierro, (color rojizo) y presentan buena resistencia, aunque se han encontrado comportamientos atípicos relacionados con su curva de compactación; algunos parecen presentar dos puntos óptimos de densidad para contenidos de agua diferentes”.

El objetivo es proporcionar una solución de infraestructura vial utilizando materiales locales que no requieran ser transportados o estabilizados con insumos que no provengan de la región. De esta manera se evitará el incremento en los costos de construcción.

Modelaciones integrales

Los equipos de laboratorio, ensamblados y diseñados desde 2001 por la UN, a un costo 75 % menor que los importados, facilitan el análisis de suelos para ejecutar proyectos de infraestructura, como el esperado metro de Bogotá o las grandes autopistas que conducen al Caribe y al interior del país. Según la investigadora Murillo, mientras uno de los aparatos producidos por la UN cuesta alrededor de 250 millones de pesos, el costo de uno importado puede superar los 1.000 millones.

Las máquinas, denominadas triaxiales, están diseñadas con materiales propios y con la tecnología adecuada para analizar fragmentos de muestras cilíndricas del suelo en diferentes tamaños. Cada pedazo de superficie es depositado en anillos para realizar el proceso físico. Allí, las modelaciones determinan volumen, densidad, presión, viscosidad, sismicidad, entre otros aspectos.

Para entender la dinámica de cada estudio, los resultados son analizados por un software que ayuda a comprender las diferentes mediciones. “Con el diseño de estos equipos, buscamos superar la dependencia tecnológica de las empresas fabricantes y distribuidoras de estas máquinas de laboratorio”, comenta el docente Colmenares.

Los aparatos fueron ensamblados y calibrados en la Universidad Nacional y cumplen las mismas funciones que los de marcas comerciales. Su fabricación permitió adelantar diversas investigaciones, cuyos resultados han sido presentados en congresos y conferencias mundiales de suelos no saturados (UNSAT 2006 - Phoenix y UNSAT 2010 - Barcelona).

Gracias al reconocimiento adquirido entre la comunidad internacional, el grupo de investigación organizó la Primera Conferencia Panamericana de Suelos No Saturados, la cual tuvo lugar en Cartagena, en el 2014. Allí se presentaron los resultados de los equipos que diferenciaron la presión atmosférica y la presión del agua de los poros del suelo, con lo cual se determinó la rigidez de este a muy pequeñas deformaciones. Adicionalmente, se identificó el cambio volumétrico y la resistencia al corte de suelos compactados. Con todo esto, ahora es posible obtener los datos necesarios para hacer el terraplén de una vía en cualquier parte del país.

Diferentes desarrollos experimentales han permitido emprender investigaciones sobre la influencia de los ciclos de humedecimiento y secado en la resistencia al corte de lutitas, rocas sedimentarias formadas por partículas de tamaño arcilla y limo, susceptibles a cambios ambientales. También se evaluó la alternancia de condiciones del suelo ante temporadas lluviosas y secas, entre otras identificaciones.

Máquinas para vías nacionales

Los proyectos sobre infraestructura de 4G (concesiones de cuarta generación) que ha venido implementado el Gobierno nacional traerán consigo una demanda elevada de controles técnicos, que se traducen en campañas experimentales y pruebas de laboratorio, las cuales permitirán satisfacer los requerimientos para los diferentes proyectos, según la docente Murillo.

Hoy por hoy, las vías están conformadas por una estructura de pavimentos cuya capa de rodadura está conformada generalmente por concretos asfálticos o losas en concreto hidráulico, como las que se encuentran en las troncales de Transmilenio.

La UN utiliza sus equipos para analizar las propiedades de esos materiales con cargas dinámicas, pues, teniendo en cuenta que las vías están diseñadas para el paso de vehículos, estos instrumentos permiten simular el tráfico asociado a la velocidad de diseño.

“En términos de frecuencia, no es lo mismo diseñar una vía local en una ciudad con una velocidad de 30 km/h, que una autopista o vía nacional con velocidades superiores a los 80 km/h”, sostiene la profesora Murillo. Las condiciones climáticas son determinantes, ya que el comportamiento de los materiales bituminosos que se ablandan con el calor depende de la temperatura y aplicación de cargas. Al ser materiales viscoelásticos, el diseño de la carpeta asfáltica es diferente si se quiere construir una vía en una ciudad como Bogotá o como Honda.

En consecuencia, el equipo de módulo dinámico, así como los triaxiales y la instrumentación desarrollada en la UN serán una herramienta clave para entender el comportamiento mecánico, es decir, la respuesta de deformación al aplicar cargas para diferentes materiales geotécnicos y asfálticos que se utilizan en las obras de infraestructura del país.

(Por: Giovanni Clavijo Figueroa, Unimedios Bogotá
)
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