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Producto 5: Informe final. V3

Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá- ESPContrato No. 2-02-25500-00149-2014

Diseño detallado de la estructura de conexión de los túneles principal y de emergencia del interceptor Tunjuelo Canoas

Septiembre 15 de 2016

EMPRESA DE ACUEDUCTO, ALCANTARILLADO Y ASEO DE BOGOTÁ E.S.P.

CONTRATO NO. 2-02-25500- 00149-2014

Diseño detallado de la estructura de conexión de los túneles principal y de emergencia del Interceptor Tunjuelo Canoas

PRODUCTO No. 5

INFORME FINAL. V3

Preparado por: CDM SMITH Inc.

Septiembre de 2016

Registro PR-01

CONTROLDEREVISIONES

TITULODELDOCUMENTO:

PRODUCTONo.4“INFORMEFINAL”CLIENTE:ACUEDUCTODEBOGOTA

PROYECTO:DiseñodetalladodelaestructuradeconexióndelostúnelesprincipalydeemergenciadelInterceptorTunjueloCanoas

No.CONTRATO2‐02‐25500‐00149‐2014

PROPUESTA:

No.

DESCRIPCIÓNDEREVISIONES.

VERSIÓN DESCRIPCIONY/OESTADOFECHADE

APROBACION OBSERVACIONES

0

Informe con toda la documentación relativa a costos deconstrucción, cronograma, documentos para licitación,etc.

Abril04de2016

Observacionesrealizadas por laSupervisión delContrato.

1

Informe con toda la documentación relativa a costos deconstrucción, cronograma, documentos para licitación,etc. Seatienden lasobservaciones realizadasa losTDRycronogramadeobra,yseajustaronlosvaloresdecálculodecantidadesdeobraypresupuesto.

Septiembre8de2016


2

Informe con toda la documentación relativa a costos deconstrucción, cronograma, documentos para licitación,etc. Se atienden las observaciones realizadas a los TDR,cronogramadeobra,yseajustaronlosvaloresdecálculodecantidadesdeobraypresupuesto;seincluyeelPMA.


3

Informe con toda la documentación relativa a costos deconstrucción, cronograma, documentos para licitación,etc.Seatienden lasobservacionesrealizadasa laversiónanterior,yseincluyenlosanexosrespectivos.

DESCRIPCIÓNDEANEXOS.AnexoA: CantidadesdeobraAnexoB: PresupuestoAnexoC: BalanceeconómicoAnexoD: CronogramadeobraAnexoE: Documentosdelicitación‐TérminosdeReferenciaAnexoF: PlandemanejoambientalAnexoG: FichapredialAnexoH: Animación3‐D

Registro PR-01

CONTROLDEREVISIÓNYAPROBACION.REVISADOPOR:(AREA/CARGO/FIRMA)

SolomonJ.AbelAsistenteCO‐DIRECTORNACIONAL

CDMSmithINC

APROBADOPOR:(AREA/CARGO/FIRMA)

MichaelB.GilbertDirectorInternacionaldelaConsultoría

CDMSmithINC

©2016 CDM SMITH. TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS, REUTILIZACIÓN DE DOCUMENTOS: DOCUMENTOS Y DISEÑOS SUMINISTRADOS POR EL SERVICIO PROFESIONAL, INCORPORADOS EN ESTE DOCUMENTO, SON PROPIEDAD DE CDM SMITH Y EAB, NO SERÁN UTILIZADOS, NI TOTAL NI PARCIALMENTE, PARA CUALQUIER OTRO PROYECTO SIN AUTORIZACIÓN ESCRITA DE CDM SMITH Y/O EAB.

PRODUCTO No. 5 INFORME FINAL

APROBACIÓN DEL INFORME

Michael B. Gilbert Director Internacional de la Consultoría

CDM Smith INC

Reinaldo Pulido Supervisor del Contrato de Consultoría Nº 2-02-

25500-0149-2014 Empresa de Acueducto, Alcantarillado

y Aseo de Bogotá

iInforme Final_V3.docx

© 2016 CDM Smith Todos los Derechos Reservados

Tabla de contenido

Introducción...................................................................................................................................................................1‐1

Aspectoscontractuales.............................................................................................................................................2‐1

Descripcióndetalladadelostrabajosdeconsultoría..................................................................................3‐1

3.1 Revisióndeinformacióndisponible.........................................................................................................................3‐1

3.2 Investigacióndecampoytopografía........................................................................................................................3‐1

3.3 Estudiogeotécnico............................................................................................................................................................3‐2

3.4 Diseñodetallado................................................................................................................................................................3‐3

Procedimientoseinnovacionestecnológicasempleados..........................................................................4‐1

ANEXOS

AnexoA:CantidadesdeobraAnexoB:PresupuestoAnexoC:BalanceeconómicoAnexoD:CronogramadeobraAnexoE:Documentosdelicitación‐TérminosdeReferenciaAnexoF:PlandemanejoambientalAnexoG:FichapredialAnexoH:Animación3‐D

Listadefiguras

Figura3‐1Localizacióndelosfrentesdeexcavaciónydelasperforacionesejecutadas......................................3‐2Figura4‐1Secuenciaconstructivaparalaexcavacióndelospozosdeventilación‐RaiseBoring.....................4‐2

1‐1Informe Final_V3.docx


Introducción

ElpresentedocumentocorrespondealInformeFinal–Producto5delProyectodelcontratoNo.2‐02‐25500‐00149‐2014,quetieneporobjetoel“Diseñodetalladodelaestructuradeconexióndelostúnelesprincipalydeemergenciadel interceptorTunjueloCanoas”, el cual fue suscrito entre la EmpresadeAcueducto,AlcantarilladoyAseodeBogotáE.S.P.(EAB)yCDMSmithInc.,el24deenerode2014.

En este producto se presentan los anexos correspondientes al presupuesto y cantidades de obra,cronograma, términos de referencia, etc., necesarios para la realización de la interconexión de lostúnelesdelITC.

Eldocumentoestáestructuradodelasiguienteforma:

Sección1: Introducción Sección2: Aspectoscontractuales Sección3: Descripcióndetalladadelostrabajosdeconsultoría Sección4: Procedimientoseinnovacionestecnológicasempleados

AdicionalmenteenelpresenteInformeseincluyenlossiguientesanexos:

AnexoA: Cantidadesdeobra AnexoB: Presupuesto AnexoC: Balanceeconómico AnexoD: Cronogramadeobra AnexoE: Documentosdelicitación‐TérminosdeReferencia AnexoF: Plandemanejoambiental AnexoG: Fichapredial AnexoH: Animación3‐D



Aspectos contractuales

En enero de 2014 mediante Invitación Directa ICSM‐0115‐2014 la EAB solicitó a CDM Smith quedesarrollara el diseño geotécnico detallado de la de la estructura de interconexión de los túnelesprincipalydeemergenciadel InterceptorTunjueloCanoas ITC.Luegodeseraprobada lapropuestapresentadaporCDMSmithseprocedióconlaformalizacióndelContratoelcualsedesarrolló,entreotras,bajolassiguientescondicionesprincipales:

Objeto: “DiseñodetalladodelaestructuradeconexióndelostúnelesprincipalydeemergenciadelInterceptorTunjueloCanoasITC”

Plazo: 4meses

Valor: $268.231.497. De este valor $101.430.300 correspondieron a gastos reembolsablesdestinados a la exploración geotécnica y ensayos de laboratorio, y a viajes deespecialistasinternacionales

Unavezcumplidoslosrequisitoslegales,sefirmóelActadeInicioeldía17demarzode2014conlocuallafechalímiteparalaejecucióndelContratoseestableciópara16dejuliode2014.

Eldía10deabrilde2014laEABsuspendióelContratoporunperíodode60díasconelfindepodertenerclaridadacercadelamaneracómodeberíanrecuperarselasmáquinastuneladoras(TBM)queexcavaron los túneles y que se encuentran actualmente en los frentes de cada estructura. Con estasuspensiónelcontratodeberíareiniciarseeldía9dejuniode2014,yfinalizareldía16deseptiembrede2014.

El10dejuniode2014nuevamentelaEABsuspendióelcontratoindefinidamentedebidoaqueenesafechaaúnnoseteníacertezadecuándoseibaadarelpronunciamientodelConsejodeEstadorespectoa cómo debería proceder la EAB para adoptar la solución técnicamente de menor valor para laconstruccióndelpozoITC‐12,yenlorelativoalaextraccióndelasTBM´syaqueseencontrabavencidoelcontratoconelConsorcioCanoas.

ElContratosereinicióeldía31dejuliode2015luegode477díasdehaberestadosuspendido;lafechadefinalizacióndeberíaserel5denoviembrede2015.

Unavezreiniciadoslostrabajos,ybajolasnuevasdirectricesestablecidasporlaEABlascualesasuvezestabanbasadasenelfalloemitidoporelDr.CarlosEduardoMedellínBecerra,CDMSmithconsideróqueparapoderdarcumplimientoalobjetodelContratobajolosestándaresdecalidadybuenservicioquecaracterizanlafirma,yquecubrenlasexpectativasdelaEAB,eranecesariaunaprórrogadetres(3)meses para la ejecución del Contrato. Esta solicitud se sustentó en el tiempo requerido para elanálisisdealternativasteniendoencuentalascondicionesrealesparalaextracciónorecuperacióndelasTBM´s,oparalaalternativadequelasoluciónadesarrollarsedeberíahacersealmargendequelasmismas permanecieran enterradas en el sitio; adicional a esto, el diseño de la solución requería laejecucióndeuna topografíadetalladaal interiorde los túneles con el findedeterminar laposiciónexactadelosfrentesdecadaunodeellos.Dadalacomplejidaddeadelantarlostrabajosdetopografíaenespaciosconfinados,estostuvieronuncostomayoralcontempladoinicialmenteenlospliegosdecondicionesdelContrato,yrequeríancomomínimodosatressemanasparasuejecución.

Sección 2 Aspectos contractuales



Contodoesto,sefijóunanuevafechadefinalizacióndelContratoparaeldía4defebrerode2016.Sinembargo,porinconvenienteslogísticosajenosalaspartesyderivadosdelosprocesosparaobtenerlospermisosrespectivosde ingresoa los túnelesyespecialmentedeocupacióndelpredioendondeseencuentranlosfrentesdelostúneles,cuyapropiedadlepertenecealmunicipiodeSoacha,lostrabajosde campo (topografía y perforaciones para la toma demuestras de suelo), se iniciaron durante lasegundaquincenade2015ysepostergaronhastalosprimerosdíasdeenerode2016.

CDMSmithInc.revisóelcronogramadeejecuciónydeterminóquedadoelretrasopresentadoenlostrabajos de campo no sería posible cumplir con la fecha límite de entrega, y solicitó de nuevo unaprórrogadedos(2)mesesconlocualseestablecióeldía4deabrilde2016comonuevafechalímitedeentregadeldiseño.

Una vez cumplida la entrega, la EAB procedió con la revisión de la información y emitió lasobservacionesrespectivas.EntreotrassesolicitóqueeldiseñohidráulicorealizadosesustentaraenunmodelocomputacionalconelsoftwareCFD,paralascondicionesdeflujolibrerequeridas.

EldesarrollodelasmodelacionesconelsoftwareCFDserealizóparavariosescenariosdeflujo,llegandoalaconclusióndequelaestructurahidráulicadiseñada(vórtice),noteníasuficientecaídaparadisiparlaenergíaypodercumplirasíconlacondicióndeflujolibre.Porloanterior,hubonecesidaddeajustareldiseñoaunanuevaestructuraquecumplieraconlacondiciónsolicitada;elajustealdiseñorequirióunaprórrogaenelActadeLiquidaciónde1,5meses,lacualseestablecióparaeldía15deseptiembrede2016.



Descripción detallada de los trabajos de

consultoría

EldiseñoobjetodelpresenteContratosedesarrollósiguiendoelsiguienteorden:

3.1 Revisión de información disponible Se revisó toda la información disponible facilitada por la EAB. Esta información consistíaprincipalmenteentodoslosdocumentosrelativosaldiseñoyconstruccióndelostúnelesdelITC.Enestaetapaserevisócadaunodelosdocumentosyseplanteóunamatrizparavalorarsurelevanciaydeterminarsuutilidaddentrodeldesarrollodelpresentediseño.

Lainformacióngeotécnicasirvió,entreotrosaspectos,paracorroborarlosresultadosdelaexploracióngeotécnica ejecutada en el desarrollo del presente diseño; así mismo los datos hidráulicos yestructuralessirvierondepuntodepartidaparadefinirlosparámetrosinicialesdeldiseño.

3.2 Investigación de campo y topografía Enestaetapadeldiseñoseejecutaronlostrabajosdetopografíaalinteriordelostúneles.ParaestoseaccedióaltúnelprincipalatravésdelpozoITC‐8A,mientrasqueparaeltúneldeemergenciaseaccediónormalmenteporelportaldeentradadeeste.Ensuperficietambiénserealizóunlevantamientoenlazonadeinterseccióndelostúneles.

Laimportanciadelostrabajosdetopografíaradicóenlanecesidaddelocalizarexactamentelosfrentesdeavancedecadaunode los túnelespuesexistíauna incertidumbrederivadade la informacióndereferencia,debidoaqueseteníantresfuentesdeinformacióntopográficaquediferíanentresí.

Tanprontosetuvocertezadelalocalizacióndelosdosfrentesdeexcavación,ydesuproyecciónensuperficie, se definieron los puntos de perforación para la exploración geotécnica. En la zona serealizaron dos perforaciones a diferentes profundidades. Estas perforaciones se localizaron encercaníasacadaunodelosfrentesdelostúnelesdelITC,esasícomolaPerforación1(PF‐01)selocalizóalnortedeltúnelprincipalylaPerforación2(PF‐02)haciaelcostadosurdeltúneldeemergencia.LaPF‐01 alcanzó una profundidad de 70m, cincometros por debajo de la cota batea del ITC o túnelprincipalquecorrespondenaundiámetroadicional,y laPF‐02llegóhasta los75mdeprofundidadigualmente al equivalente a un diámetro por debajo de la cota batea del túnel de emergencia; ladiferenciaenprofundidadsedebealosnivelesensuperficiedadosporlapendientenaturaldelterreno.VerlaFigura3‐1.Losfrentesdelostúnelesselocalizanenlazonaconocidacomo“PredioINVIAS”.

Elprocesoempleadopara tomademuestras fueelconvencional, recuperandomuestras inalteradascada1,5mdeavance;alasmuestrasinalteradasobtenidasseletomaronlecturasconpenetrómetrodebolsilloparapodertenerunareferenciadelaresistenciadelmaterialinsitu.Adicionalmentesiemprequefueposibleyquelascondicionesdelmaterialasílodeterminaron,setomaronlecturasconveletadecampo.EnlaszonasenlasqueelsueloaumentósuresistenciaseavanzóconSPTregistrandolas

Sección 3 Descripción detallada de los trabajos de consultoría



lecturas correspondientes, hasta que este dio rechazo; a partir de esta profundidad se avanzó conmuestreocontinuodenúcleosderocacondiámetroHQ.

Entotalserecuperaronsiete(7)muestrasinalteradastipoShelbydelascualesseisseobtuvieronenlaperforación1.

Figura3‐1Localizacióndelosfrentesdeexcavaciónydelasperforacionesejecutadas

Unavezfinalizadaslaslaboresdeperforaciónlasmuestrasobtenidassellevaronallaboratorio;sehizounarevisiónvisualdelasmuestrasysecontrastóconlainformaciónreferenciadaenlosregistrosdeperforación.Seseleccionaron lasmuestrasrepresentativasen funciónde lasnecesidadesdeldiseñorequerido.Entotalseordenaron13ensayosdecaracterizacióndiscriminadosdelasiguientemanera:

CorteDirectoenSuelo: 4

CompresiónSimpleenSuelo: 3

CompresiónSimpleenRoca: 6

3.3 Estudio geotécnico LainformaciónpresentadacorrespondióalosresultadosdelostrabajosejecutadosporCDMSmithInc.a lo largo del desarrollo del contrato, complementados con información relevante extraída de lainformacióndereferenciaquesetenía,específicamentedelinformeI‐TU‐PT‐011‐v1DISEÑOTÚNELDEEMERGENCIA.

Enelestudiogeotécnicosereseñaronaspectosrelevantesparalacaracterizacióngeomecánicadelsub‐suelo.Sehizomenciónalorigengeológicodelmaterialpresenteenlazonadeinterconexión,areniscaspertenecientes a la formación denominada Labor‐Tierna (K2t), que según el Mapa Geológico de la




SabanadeBogotá2005–INGEOMINASsecaracterizanporlapresenciadeintercalacionesdeareniscasylodolitas.

Enelestudiogeotécnicosedefinieronlaspropiedadesprincipalesdelsueloyelmacizorocoso,apartirdelosanálisisdelosresultadosdelaboratorioejecutadossobrelasmuestrastomadas.Conbaseenlasperforacionesdecampoejecutadas,seidentificóelmaterialdelasiguientemanerageneral:

Sedistingueunacapadesueloquecorrespondeaunaarcillalimoarenosayarenolimosadecolorgrisyoxidadaenpresenciadegravas,convaloresNdeSPTdesde8paraelmaterialmásblandohasta58paraelmaterialmásresistente.Elespesordeestacapavaríadesde0,0hasta12,5menlaPF‐01,yentre0,0hasta10menlaPF‐02;estavariaciónenelespesoresatribuiblealainclinacióndelmaterial.

Apartirdelasprofundidadesindicadasenelpárrafoanteriorseobservaunatransiciónhacialarocaconespesor0,50a2m;estatransiciónestácompuestaporunaarcillolitameteorizadaconalgodearena,oxidada.

Paradeterminarlaspropiedadesdelmacizorocososeejecutaronseis(6)compresionesadiferentesprofundidadesconelfindepoderobtenervaloresrepresentativosentodoelespesorderocaperforada.Elobjetivodelosensayos,tantoensuelocomoenroca,fuepoderestimarelcomportamientodelterrenoantelasexcavacionesquesepretendenrealizar.

SedeterminaronlaspropiedadesmecánicasdelarocaapartirdelcriteriodefalladeHoek‐BrownydelGeologicalStrengthIndex(GSI)deHoek.

ElinformeincluyóuncapítuloconelanálisisdealternativasdeinterconexiónrealizadoporsolicituddelaEAB.Dichoanálisiscomprendiólainterconexióndelasestructurasactualesatravésdeestructurashidráulicasdiseñadasparaajustarelcaudalquediscurreporlostúnelesteniendoencuentaqueelflujopasarádeuntubode4,2mdediámetroaotrode3,2mdediámetro.LasalternativasseevaluaronbajoloscondicionantesylineamientosestablecidosporlaEAB.

PorsolicitudexpresadelaEABseevaluóunacuartaalternativaqueincluíaunaestructuratipovórtice.LuegodevariasreunionesconlaEABsesolicitóaCDMSmithquesoloanalizaradosalternativasbajolacondicióndequelasmáquinastuneladorasseretirarándelosfrentesactualesyquelosescudosseabandonarán en sitio. Se analizaron dos estructuras hidráulicas, una rápida escalonada y una tipovórtice;decadaunadeellassepresentaronlosaspectostécnicosprincipalesjuntoconunestimadodetiempoypresupuestonecesarioseneldesarrollodelasmismas.Estoconelfindepoderseleccionarlamejoralternativabasadosencriteriostécnicos,deconstructibilidadydecosto.

3.4 Diseño detallado EnestaetapadelContratosedesarrollarontodaslasáreasinvolucradaseneldiseñodelaestructuradeinterconexión de los túneles. Basados en la alternativa seleccionada, estructura tipo vórtice, sedefinieron los aspectos principales desde el puntode vista geométrico, de dimensiones,materiales,excavabilidad,viabilidadconstructiva,etc.

El diseño geotécnico de la interconexión se sustentó en clasificaciones mecánicas y modeloscomputacionales de elementos finitos. El diseño hidráulico de realizó siguiendo los lineamientosplanteados en la literatura técnica disponible para este tipo de estructuras, sin embargo, una vezmodeladaestasoluciónconelsoftwarehidráulicoComputationalFluidDynamics(CFD),seevidenció




que debido a la poca diferencia de nivel existente entre ambos túneles, el vórtice no disipabasuficientementelaenergíayestaseacumulabaenlagaleríadeconexiónconeltúneldeemergencia.Esta condiciónobligabaa laampliaciónde lagaleríadeconexiónaunasdimensionesque lahacíanprácticamenteinviabledebidoalcostoenelquepodríaresultar.

ConjuntamenteconlaEABsedeterminóquelamejoropcióneracontemplarunaestructuradiferente.Seconcluyóqueunarápidaconbaflesfuncionaríamejorparadisiparlaenergíadelflujo;estanuevasoluciónsemodelóenCFDyevidentementesepudoconstatarsucorrectofuncionamiento.Apartirdelasdimensionesrequeridashidráulicamente,seajustaronlosanálisisgeotécnicosysedefinióelsoporterequeridoporlaexcavación;deigualmaneraseajustaronloscálculosestructurales.

Junto con el informe de diseño final se elaboraron los planos y las especificaciones técnicas deconstrucciónrespectivos.



Procedimientos e innovaciones tecnológicas

empleados

Desde el punto de vista del diseño los programas computacionales empleados para soportar ycorroborar los análisis y cálculos desarrollados, corresponden a los comúnmente conocidos en elmercadoactualyampliamentedifundidos.Entreestossepuedenmencionar:

FLAC3D5.0:desarrolladoporItascaConsultingGroup,esunsoftwarede3dimensiones(3‐D)empleadoeneldiseñogeotécnicodetúneles,presas,taludes,ydemásobrasdeingenieríaconciertogradodecomplejidad.Estesoftwareseempleóparamodelarlascondicionesyestimarelcomportamientodelarocacircundantealaestructuratipovórtice,dadalacomplejidaddesugeometría.

Phase2:desarrolladoporRocScience, esun softwarede2dimensiones (2‐D)deelementosfinitosquepermiteestimarlasdeformacionesalrededordeexcavacionesenobrasgeotécnicas,incluyendolassubterráneas.Estesoftwareseempleóparaestimarlasdeformacionesdelarocaalrededordelaexcavacióndelacámaraparalaestructuratiporápidaconbafles.

ANSYSFLUENT:esunprogramadedinámicadefluidoscomputacional(CFDporsussiglaseninglés),quecuentaconcapacidaddemodelardiferentestiposdeproblemasrelacionadosconelmovimientodefluidos.FLUENTtienelaposibilidaddemodelarlaturbulencia,transferenciade calor e incluso reacciones para aplicaciones industriales. Este software fue seleccionadocomoidóneopararealizarelanálisisdelaestructuradeinterconexióndadasucapacidaddesimularelcomportamientodelosflujosturbulentosylainteraccióndedistintasfasesofluidosengeometríascomplejas.

Para la ejecución de las obras no se contempló el empleo demaquinaria ométodos constructivosinnovadores,puesseestablecióquelaexcavaciónserealiceconmétodostradicionalesdeperforaciónyvoladura,y/omanuales(retromartillo),desernecesario.

LaexcavacióndelospozosdeventilaciónseharáconelsistemaRaiseBoring,tambiénconocidocomoRaiseDrilling,queconsisteenlaexcavaciónmecánicadepozosentredosomásniveles.Estemétododeexcavación sedesarrolló enEstadosUnidos en los años50, ybásicamente consiste en ejecutarunaperforación polito entre los niveles deseados, y posteriormente ir ensanchando el pozo en sentidoascendenteutilizandounacabezadecortedemayortamaño;estosepuedehacerenunaovariasetapashastalograreldiámetrorequerido.Losdetritosgeneradosporlaperforaciónpilotosepuedenevacuarconayudadeaguaoairecomprimido,mientrasqueelmaterialdeexcavaciónparaelensanchedelpozosepuederetiraratravésdeltúnellocalizadoenelnivelinferior.VerlaFigura4‐1.

Sección 4 Procedimientos e innovaciones tecnológicas empleados



Figura4‐1Secuenciaconstructivaparalaexcavacióndelospozosdeventilación‐RaiseBoring

informe final v3 - acueducto...cronograma de obra, y se ajustaron los valores de cálculo de...

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