universidad santo tomÁs facultad de ingenierÍa civil

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA DE POSGRADO

ESTUDIO DE CASO

RIESGO GEOLÓGICO

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ

“GUILLERMO LEÓN VALENCIA”

ELABORADO POR:

ALFREDO CAMACHO SALAS

DIRECTOR:

ALEJANDRO GARCÍA CADENA

BOGOTÁ D.C., 2018


PROYECTO

MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL

PÁGINA - 5

Notas de Aceptación

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___________________________________________

Álvaro de la Cruz Correa Arroyave - Jurado calificador

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Mario Camilo Torres Suárez - Jurado calificador

Bogotá, D.C., Junio de 2018


PROYECTO


PÁGINA - 6

“A la memoria de mi amado padre el doctor Carlos Camacho Castillo, quien siempre cultivó en sus hijos el amor por el estudio y la superación personal”.


PROYECTO


PÁGINA 7

INDICE

INDICE .................................................................................................................... 7

TABLAS ................................................................................................................ 15

FIGURAS .............................................................................................................. 19

FOTOGRAFÍAS ..................................................................................................... 22

RESUMEN, INTRODUCCIÓN y ANTECEDENTES .............................................. 23

RESUMEN ....................................................................................................... 23

INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 24

ANTECEDENTES ............................................................................................ 25

OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE CASO ................................................................ 26

PREGUNTAS DE REFLEXIÓN ............................................................................. 27

HIPÓTESIS ........................................................................................................... 27

UNIDAD DE ANÁLISIS ......................................................................................... 29

ESTRUCTURACIÓN METODOLÓGICA DEL ESTUDIO DE CASO ..................... 31

MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 33

GESTIÓN DE RIESGOS .................................................................................. 33

MATRIZ DE RIESGOS ..................................................................................... 36

RIESGO GEOLÓGICO ASOCIADO A LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES .. 37


PROYECTO


PÁGINA 8

ASIGNACIÓN DE RIESGOS DEL CONTRATO DE CONCESIÓN No. GG-040-

2004 ...................................................................................................................... 38

RIESGO GEOLÓGICO EN LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ

.............................................................................................................................. 41

OBJETIVO DEL PROYECTO TÚNEL .............................................................. 45

GEOMETRÍA DEL PROYECTO ....................................................................... 45

GEOLOGÍA Y GEOTECNIA DEL MACIZO ROCOSO ..................................... 48

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO Y CÁLCULO

DEL SOSTENIMIENTO ......................................................................................... 48

SISTEMA DE SOSTENIMIENTO ..................................................................... 56

PERFIL GEOLÓGICO Y GEOTÉCNICO DE LA EXCAVACIÓN ...................... 58

EL SISTEMA CONSTRUCTIVO ....................................................................... 62

IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE ............................................................. 63

EL NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES –

NATM .................................................................................................................... 64

DISEÑO ESTRUCTURAL ACTIVO - DEA ....................................................... 67

MARCO CONCEPTUAL........................................................................................ 69

CAPITULO 1. PROYECTO ORIGINAL. DISEÑOS DEL CONSORCIO INGETEC

S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA. ....................... 72


PROYECTO


PÁGINA 9

GEOLOGÍA ...................................................................................................... 75

DESCRIPCIÓN GENERAL ......................................................................... 75

ESTRATIGRAFÍA ........................................................................................ 76

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ...................................................................... 79

HIDROGEOLOGÍA ...................................................................................... 81

CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN EL TÚNEL ................... 82

CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN LOS PORTALES ......... 82

CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN LA VENTANA .............. 84

INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS.............................................................. 84

SONDEOS MECÁNICOS POR LAVADO Y/O ROTACIÓN ........................ 85

SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES (SEV) ......................................... 85

TOMA DE NÚCLEOS A LO LARGO DEL CAÑÓN DEL SUMAPAZ. .......... 86

INFORME GEOTÉCNICO DEL TÚNEL SUMAPAZ. ........................................ 87

ANÁLISIS DE LA ROCA INTACTA ............................................................. 87

CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO ............................................................. 89

DISCONTINUIDADES DEL MACIZO ROCOSO ......................................... 89

ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS ............................................................ 90

SECTORIZACIÓN Y CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA MACIZO ROCOSO

90

DEFINICIÓN DE GEOPARÁMETROS PARA EL MACIZO ROCOSO .................. 92


PROYECTO


PÁGINA 10

DISEÑOS PARA LA EXCAVACIÓN DEL TÚNEL. ...................................... 94

ANÁLISIS DE CUÑAS POTENCIALMENTE INESTABLES Y CARGAS DE

DESPRENDIMIENTO. .......................................................................................... 95

ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES ................................... 96

DISEÑO DEL SOPORTE DEL TUNEL ................................................................. 97

DIMENSIONAMIENTO DEL SOPORTE. .................................................... 98

DEFINICIÓN DE TIPOS DE TERRENO Y SOPORTE REQUERIDO. ........ 99

DISEÑO DEL REVESTIMIENTO. .................................................................. 102

DISEÑO GEOTÉCNICO DE PORTALES ....................................................... 103

PROGRAMA DE CONSTRUCCIÓN Y PRESUPUESTO. .............................. 104

CAPITULO 2. PROYECTO MODIFICADO. DISEÑOS DE LA FIRMA PONCE DE

LEÓN y ASOCIADOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES – PL&A ................. 105

GEOLOGÍA .................................................................................................... 107

DESCRIPCIÓN GENERAL ....................................................................... 107

ESTRATIGRAFÍA ...................................................................................... 107

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL .................................................................... 110

HIDROGEOLOGÍA .................................................................................... 111

PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DEL MACIZO ROCOSO ........................ 114

RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA Y MÓDULO DE DEFORMACIÓN114

COHESIÓN (C) Y ÁNGULO DE FRICCIÓN (Ø) ....................................... 115


PROYECTO


PÁGINA 11

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO ................... 116

DISEÑO DEL SOPORTE DEL TÚNEL DE SUMAPAZ .................................. 120

CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO ........................................ 121

DEFINICIÓN DE TIPOS DE TERRENO ................................................... 124

ELEMENTOS DE SOPORTE .................................................................... 126

ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES. ................................ 127

ANÁLISIS DE CUÑAS POTENCIALMENTE INESTABLES ...................... 129

SECTORIZACIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS Y REQUERIMIENTOS

DE SOPORTE ..................................................................................................... 130

DISEÑO DEL REVESTIMIENTO DEL TÚNEL ............................................... 130

INSTRUMENTACIÓN..................................................................................... 131

DISEÑO GEOTÉCNICO DE PORTALES ....................................................... 131

PORTAL MELGAR .................................................................................... 132

PORTAL BOQUERÓN .............................................................................. 133

CAPITULO 3 - PROYECTO CONSTRUIDO ....................................................... 135

GEOLOGÍA GENERAL .................................................................................. 135

ESTRATIGRAFÍA. ..................................................................................... 136

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL .................................................................... 141

HIDROGEOLOGÍA .................................................................................... 143

SECUENCIA LITOLÓGICA A LO LARGO DEL TÚNEL ............................ 145


PROYECTO


PÁGINA 12

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA. CLASIFICACIÓN MACIZO ROCOSO.

149

CONCLUSIONES DEL INFORME DE GEOLOGÍA Y GEOTECNIA ......... 156

EJECUCIÓN DE OBRAS ............................................................................... 158

EXCAVACIONES A CIELO ABIERTO ...................................................... 159

ESTABILIZACIÓN DE TALUDES .............................................................. 160

EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS ........................................................ 162

ESTRUCTURA DE SOSTENIMIENTO ..................................................... 166

INSTRUMENTACIÓN..................................................................................... 168

ESTRUCTURA DE REVESTIMIENTO ...................................................... 169

ESTRUCTURA DE PAVIMENTO .............................................................. 172

CONTROVERSIA CONTRACTUAL ............................................................... 173

CAPITULO 4. ANÁLISIS COMPARATIVO .......................................................... 175

GEOLOGÍA GENERAL .................................................................................. 175

ESTRATIGRAFÍA ........................................................................................... 176

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ......................................................................... 177

HIDROGEOLOGÍA ......................................................................................... 178

SOSTENIMIENTO .......................................................................................... 179

REVESTIMIENTO .......................................................................................... 185


PROYECTO


PÁGINA 13

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL TRAZADO ................................ 186

CAPITULO 5. PROYECTO DE ASOCIACIÓN PÚBLICO PRIVADA DE INICIATIVA

PRIVADA TERCER CARRIL DOBLE CALZADA BOGOTÁ GIRARDOT ............ 192

INFORME GEOMECÁNICO DE OBRAS SUBTERRÁNEAS ......................... 192

INFORME DE INSPECCIÓN Y DIAGNÓSTICO AL TÚNEL DE SUMAPAZ .. 202

CAPITULO 6. CONCLUSIONES, LECCIONES APRENDIDAS Y

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 208

GENERALES ................................................................................................. 208

DEL OBJETIVO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ ....... 210

DEL CAPÍTULO 1. PROYECTO ORIGINAL. DISEÑOS DE INGETEC ......... 211

DEL CAPÍTULO 2. PROYECTO MODIFICADO. DISEÑOS DE PONCE DE

LEÓN .................................................................................................................. 212

DEL CAPÍTULO 3. PROYECTO CONSTRUIDO ........................................... 213

DEL CAPÍTULO 5. PROYECTO DE INICIATIVA PRIVADA TERCER CARRIL.

215

LECCIONES APRENDIDAS .......................................................................... 217

RECOMENDACIONES .................................................................................. 219

TÚNEL VENTANA ..................................................................................... 219

TÚNEL PRINCIPAL ................................................................................... 222

DEFINICIONES ................................................................................................... 227


PROYECTO


PÁGINA 14

GLOSARIO .......................................................................................................... 227

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 249

ANEXO 1. ESTUDIOS Y DISEÑOS DE INGETEC ............................................. 251

ANEXO 2. ESTUDIOS Y DISEÑOS DE PONCE DE LEÓN ................................ 290

ANEXO 3. PROYECTO CONSTRUIDO .............................................................. 307

ANEXO 4. PROYECTO DE APP-IP TERCER CARRIL ...................................... 312


PROYECTO


PÁGINA 15

TABLAS

Tabla 1 Cantidades de obra - Soporte parcial por riesgo geológico ...................... 42

Tabla 2. Resoluciones de reconocimiento de riesgo geológico ............................. 44

Tabla 3. Pendientes máximas longitudinales ........................................................ 46

Tabla 4. Sección transversal de los túneles en Colombia ..................................... 47

Tabla 5. Valores del RQD ..................................................................................... 50

Tabla 6. Clasificación del macizo rocoso a partir del RMR ................................... 52

Tabla 7 Correlación de los índices RMR y Q ........................................................ 53

Tabla 8. Correlación de los índices de Barton y Bieniawski .................................. 53

Tabla 9. Costo de estudios y diseños .................................................................... 58

Tabla 10. Número mínimo de perforaciones en roca ............................................ 61

Tabla 11 Tipo de auscultación / instrumento de medida ....................................... 65

Tabla 12. Parámetros geométricos de diseño ....................................................... 74

Tabla 13. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas ........................ 77

Tabla 14. Geología Estructural – Pliegues ............................................................ 79

Tabla 15. Geología Estructural – Fallas ................................................................ 80

Tabla 16. Geología Estructural – Discordancias ................................................... 81

Tabla 17. Unidades Hidrogeológicas..................................................................... 81

Tabla 18. Caudales de infiltración esperada en el túnel de Sumapaz .................. 82

Tabla 19. Caracterización geotécnica del portal Boquerón ................................... 83

Tabla 20. Caracterización geotécnica del Portal Melgar ....................................... 84

Tabla 21. Valores de propiedades mecánicas y elásticas de la roca intacta ......... 88

Tabla 22. Clasificación cualitativa de la roca intacta ............................................. 88

Tabla 23 Calidad del macizo rocoso – RQD ......................................................... 89

Tabla 24. Condiciones de permeabilidad .............................................................. 90

Tabla 25. Dimensionamiento del soporte .............................................................. 98


PROYECTO


PÁGINA 16

Tabla 26. Porcentajes esperados por tipo de terreno.......................................... 101

Tabla 27. Espesores de revestimiento ................................................................ 102

Tabla 28. Resumen de costos estimados ........................................................... 104

Tabla 29. Parámetros geométricos de diseño ..................................................... 106

Tabla 30. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas ...................... 108

Tabla 31 Geología Estructural – Pliegues ........................................................... 110

Tabla 32. Geología Estructural – Fallas .............................................................. 111

Tabla 33. Permeabilidad relativa de las unidades hidrogeológicas ..................... 112

Tabla 34. Caudales de infiltración proyectos tuneleros cercanos ....................... 113

Tabla 35. Rango de valores de resistencia a la compresión inconfinada ............ 114

Tabla 36. Rango de valores del módulo de deformación .................................... 115

Tabla 37. Estimación del RMR y recomendaciones de soporte. ......................... 116

Tabla 38. Recomendaciones de soporte para túneles en roca a partir del RMR –

(J.E. Ardila.2005)................................................................................................. 118

Tabla 39. Caracterización del macizo rocoso. Rocas blandas. ........................... 122

Tabla 40. Caracterización del macizo rocoso. Rocas duras. ............................... 123

Tabla 41. Caracterización del macizo rocoso. Rocas conglomeráticas. .............. 123

Tabla 42. Sistemas de discontinuidades portal Melgar ....................................... 132

Tabla 43. Formación de cuñas ............................................................................ 132

Tabla 44. Sistemas de discontinuidades portal Boquerón ................................... 133

Tabla 45. Distribución de anclajes....................................................................... 133

Tabla 46. Formación de cuñas ............................................................................ 134

Tabla 47. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas ...................... 137

Tabla 48. Geología Estructural ............................................................................ 141

Tabla 49. Sectorización Litológica ....................................................................... 145

Tabla 50. Clasificación geomecánica frente Boquerón ....................................... 149

Tabla 51. Clasificación geomecánica frente Melgar ............................................ 150

Tabla 52. Clasificación geomecánica frente Ventana.......................................... 151


PROYECTO


PÁGINA 17

Tabla 53. Clasificación geomecánica frente Ventana – Melgar ........................... 152

Tabla 54. Clasificación geomecánica frente Ventana – Boquerón ...................... 152

Tabla 55. Calidad del terreno .............................................................................. 153

Tabla 56. Evaluación geomecánica ..................................................................... 153

Tabla 57. Secciones con solera curva ................................................................. 155

Tabla 58. Excavación para portales .................................................................... 159

Tabla 59. Estabilización de taludes ..................................................................... 160

Tabla 60. Longitud de frentes de excavación ...................................................... 163

Tabla 61. Excavación frente Melgar .................................................................... 163

Tabla 62. Excavación frente Ventana – Melgar ................................................... 164

Tabla 63. Excavación frente Ventana – Boquerón .............................................. 164

Tabla 64. Excavación frente Boquerón ............................................................... 165

Tabla 65. Excavación total .................................................................................. 165

Tabla 66. Excavaciones adicionales ................................................................... 166

Tabla 67. Arcos instalados .................................................................................. 166

Tabla 68. Pernos instalados ................................................................................ 166

Tabla 69. Concreto lanzado instalado ................................................................. 167

Tabla 70 Inyecciones a presión y perforaciones ................................................. 167

Tabla 71. Medición de convergencias ................................................................. 168

Tabla 72. Concreto de revestimiento instalado ................................................... 171

Tabla 73. Acero de refuerzo instalado ................................................................. 171

Tabla 74. Drenajes construidos ........................................................................... 172

Tabla 75. Pavimento túnel principal .................................................................... 173

Tabla 76. Pavimento túnel ventana ..................................................................... 173

Tabla 77. Periodos geológicos y formaciones asociadas .................................... 176

Tabla 78. Geología Estructural Pliegues. ............................................................ 177

Tabla 79. Geología Estructural Fallas ................................................................. 178

Tabla 80. Geología Estructural Discordancias .................................................... 178


PROYECTO


PÁGINA 18

Tabla 81. Permeabilidad asociada a las formaciones rocosas ............................ 178

Tabla 82. Comparativos elementos de sostenimiento ......................................... 184

Tabla 83. Comparativo características geométricas del trazado ......................... 186

Tabla 84. Comparativo por tipo de terreno .......................................................... 188

Tabla 85. Cantidades tope del riesgo geológico ................................................. 189

Tabla 86. Cantidades excavadas ........................................................................ 190

Tabla 87. Túneles proyectados ........................................................................... 193

Tabla 88. Estratigrafía del sector ........................................................................ 194

Tabla 89. Geología estructural ............................................................................ 194

Tabla 90. Condiciones geológicas esperadas ..................................................... 196

Tabla 91. Propiedades roca intacta túnel Divino Niño ......................................... 197

Tabla 92. Propiedades roca intacta túnel Ermitaño ............................................. 198

Tabla 93. Propiedades roca intacta túnel Nariz del Diablo .................................. 198

Tabla 94. Propiedades roca intacta túnel Palmichala.......................................... 199

Tabla 95. Periodos geológicos y formaciones ..................................................... 214

Tabla 96. Geología Estructural – Diaclasas ........................................................ 258

Tabla 97. Geología Estructural – Discontinuidades............................................. 260

Tabla 98. Clasificación Geomecánica de Barton ................................................. 270

Tabla 99. Clasificación Geomecánica de Bieniawski .......................................... 271

Tabla 100. Clasificación Geomecánica de Hoek ................................................. 272

Tabla 101. Resumen de clasificaciones geomecánicas ...................................... 273

Tabla 102. Resumen de parámetros geomecánicos del macizo ......................... 274

Tabla 103. Resumen de bloques críticos ............................................................ 275

Tabla 104. Resumen de bloques críticos ............................................................ 276

Tabla 105 Estimativo de cargas de desprendimiento .......................................... 277


PROYECTO


PÁGINA 19

FIGURAS

Figura 1. Representación Esquemática – Diseños del Túnel de Sumapaz ........... 28

Figura 2 Conformación del proyecto Bosa-Granada-Girardot. .............................. 30

Figura 3 Riesgo contractual .................................................................................. 35

Figura 4. Metodología investigativa ....................................................................... 47

Figura 5. Esquema de Terzaghi ............................................................................ 49

Figura 6. Categorías de sostenimiento a partir del índice Q ................................. 51

Figura 7 Algunas clasificaciones geomecánicas ................................................... 54

Figura 8 Curvas características de la cavidad y el sostenimiento ......................... 55

Figura 9. Análisis de tensiones y deformaciones .................................................. 56

Figura 10. Costo/Beneficio exploración geofísica ................................................. 59

Figura 11 Medida de convergencias ..................................................................... 66

Figura 12 Curva lectura Deformación / Tiempo ..................................................... 66

Figura 13 Flujograma DEA .................................................................................... 68

Figura 14. Trazado proyectado ............................................................................. 72

Figura 15. Clasificación túnel principal ............................................................... 154

Figura 16. Clasificación túnel ventana ................................................................. 155

Figura 17. Comparativo concreto lanzado ........................................................... 180

Figura 18. Comparativos arcos de sostenimiento ............................................... 181

Figura 19. Comparativos pernos de anclaje ........................................................ 181

Figura 20. Comparativo malla electro soldada sostenimiento ............................. 182

Figura 21 Comparativo perforaciones para anclajes y drenes ............................ 183

Figura 22. Comparativo aditivo acelerante para concreto ................................... 183

Figura 23. Comparativos elementos de sostenimiento ........................................ 184

Figura 24. Comparativo concreto de revestimiento ............................................. 185

Figura 25. Comparativo de longitudes ................................................................. 187


PROYECTO


PÁGINA 20

Figura 26. Comparativo tipo de terreno (esperado/ejecutado) ............................ 188

Figura 27. Comparativo de excavación subterránea ........................................... 191

Figura 28. Sector del cañón del río Sumapaz ..................................................... 195

Figura 29 Localización General ........................................................................... 202

Figura 30 Sección del túnel de Sumapaz ............................................................ 203

Figura 31 Distribución de daños del pavimento .................................................. 207

Figura 32 Esquema losas de pavimento del túnel ............................................... 226

Figura 33. Sección tipo túnel de Sumapaz .......................................................... 253

Figura 34. Sección tipo nichos de parqueo y de auxilio túnel de Sumapaz ......... 254

Figura 35. Planta – Perfil. Túnel de Sumapaz. Geología .................................... 255

Figura 36. Planta – Perfil. Portal Boquerón. Geología ......................................... 256

Figura 37. Planta – Perfil. Portal Melgar. Geología ............................................. 257

Figura 38. Caracterización geotécnica del portal Boquerón ................................ 267

Figura 39. Caracterización geotécnica del portal Melgar .................................... 268

Figura 40. Planta y perfil sector del portal Ventana ............................................. 269

Figura 41 Plano Geológico General .................................................................... 291

Figura 42. Factor de seguridad y deformación sin soporte ................................. 299

Figura 43. Factor de seguridad y deformación con soporte ................................ 300

Figura 44 Soporte para terrenos tipo I y II ........................................................... 301

Figura 45 Soporte para terrenos tipo I y II ........................................................... 302

Figura 46 Soporte para terrenos tipo IVA y IVB .................................................. 303

Figura 47 Soporte para terrenos tipo V y VI ........................................................ 304

Figura 48 Instrumentación terrenos tipo I, II y III ................................................. 305

Figura 49 Instrumentación terrenos tipos IV, V y VI ............................................ 306

Figura 50 Hidrología ............................................................................................ 308

Figura 51 Secciones de revestimiento tipo .......................................................... 310

Figura 52 Sistema de drenajes y tuberías ........................................................... 311

Figura 53 Localización general túneles cortos .................................................... 313


PROYECTO


PÁGINA 21

Figura 54 Sección tipo túneles cortos ................................................................. 313

Figura 55 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala .... 315

Figura 56 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Palmichala ..... 315

Figura 57 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo

............................................................................................................................ 316

Figura 58 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo

............................................................................................................................ 317

Figura 59 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño . 318

Figura 60 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño .... 319

Figura 61 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño ..... 320

Figura 62 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño ........ 321


PROYECTO


PÁGINA 22

FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1. Escarpes del sector “La nariz del Diablo” ........................................ 73

Fotografía 2. Sección tipo final del túnel de Sumapaz ........................................ 106

Fotografía 3 Colapso del talud Ventana ............................................................. 160

Fotografía 4. Estabilización de Taludes - Portal Ventana ................................... 161

Fotografía 5 Excavación del túnel ...................................................................... 162

Fotografía 6 Medición de convergencias ............................................................. 169

Fotografía 7 Túnel Ventana ................................................................................. 170

Fotografía 8 Nicho de parqueo ............................................................................ 170

Fotografía 9 Escarpes del cañón del Sumapaz .................................................. 176

Fotografía 10 Portal ventana .............................................................................. 204

Fotografía 11 Portal de salida Boquerón ............................................................ 205

Fotografía 12. Túnel Ventana ............................................................................. 219

Fotografía 13 Interior del túnel Ventana ............................................................. 220

Fotografía 14 Detalle bóveda túnel Ventana ...................................................... 220

Fotografía 15 Exposición de la roca por perdida del concreto lanzado .............. 221

Fotografía 16 Detalle de la pérdida de concreto lanzado ................................... 221

Fotografía 17 Detalle de la degradación de la roca ............................................ 221

Fotografía 18 Vista general del empalme del túnel Ventana y el Principal ......... 222

Fotografía 19 Vista general de afectaciones del revestimiento .......................... 222

Fotografía 20 Grietas y fisuras del revestimiento ............................................... 223

Fotografía 21 Grieta transversal en sección completa ....................................... 223

Fotografía 22 Afectación del pavimento por deformación de la solera ............... 224

Fotografía 23 Estado de las losas de pavimento ............................................... 224

Fotografía 24 Estado de los andenes ................................................................. 225

Fotografía 25 Detalle de deformaciones en andenes ......................................... 225


PROYECTO


PÁGINA 23

RESUMEN, INTRODUCCIÓN y ANTECEDENTES

RESUMEN

Entre los años 2006 a 2010, se realizó la construcción del túnel del Sumapaz, localizado

en la vía que conduce de Bogotá a Girardot, conformando el par vial de la zona conocida

como “la nariz del diablo”, como obra singular del contrato de concesión de tercera

generación celebrado entre el Instituto Nacional de Vías (en adelante INVIAS) y la Sociedad

Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A. (en adelante el concesionario o la CABG)

Los diseños que sirvieron de base para la estructuración del proyecto los realizó para el

INVIAS la firma INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA

(en adelante INGETEC), estableciendo las cantidades de obra a ejecutar y a partir de ellas

el estructurador del proyecto determinó que superadas en más del ciento diez por ciento

(110%), se activaría el “soporte parcial por riesgo geológico”; en otras palabras, que el diez

por ciento (10%) adicional en las cantidades de obra establecidas correrían a cargo del

concesionario y superado este tope el Estado entraría a asumir los sobrecostos por este

concepto. De esta manera y desde el punto de vista contractual se asoció el término “riesgo

geológico”, a las mayores cantidades de obra que se pudiesen generar en la construcción

del túnel.

Suscrito el contrato y haciendo uso de la potestad allí concedida de elaborar sus propios

diseños, el concesionario partiendo de los diseños de INGETEC, contrató el diseño final

del túnel con la firma PONCE DE LEÓN y ASOCIADOS S.A. INGENIEROS

CONSULTORES – PL&A (en adelante PONCE DE LEÓN), diseños con los que finalmente

se ejecutó la obra.

Como resultado se tiene que a la fecha el Estado a través de la Agencia Nacional de

Infraestructura (en adelante ANI), reconoció y pagó al concesionario la suma aproximada

de cincuenta y cinco mil millones de pesos, no obstante haber contado con los diseños de

detalle de INGETEC y un margen del diez por ciento (10%) en las cantidades de obra

establecidas como riesgo geológico a cargo del concesionario.

El presente trabajo titulado “RIESGO GEOLÓGICO – DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL

TÚNEL DE SUMAPAZ”, presenta un análisis desde los puntos de vista técnico y

contractual, de los diseños elaborados para la construcción del túnel de Sumapaz por la

firma INGETEC S.A., los diseños de la firma PONCE DE LEÓN y el túnel construido.


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Especial relevancia reviste como objetivo del estudio, la determinación de las

modificaciones del proyecto sufridas a lo largo de las etapas de diseño y construcción, la

identificación de las condiciones del macizo rocoso previstas en los diseños, contrastadas

con las condiciones reales encontradas en el proceso constructivo, el análisis de la

asignación del riesgo geológico, y la incidencia de los cambios efectuados al mismo en la

valoración y reconocimiento por parte del Estado, de la contingencia por riesgo geológico.

Del análisis comparativo de los principales parámetros que incidieron en la activación del

riesgo geológico, se puede concluir que la escasa campaña de exploración geotécnica

previa fue la causa principal de las diferencias encontradas en el proceso constructivo, que

en general se asociaron a menores calidades del macizo rocoso, requiriendo por tanto

mayores cantidades de obra a las estimadas en los ítems correspondientes al presoporte

y soporte definitivo de la excavación, superando en todo caso las previsiones de la

estructuración del proyecto.

La inobservancia por parte del constructor de las recomendaciones de diseño, en lo

referente a la construcción de solera curva en los tramos donde el terreno fuera clasificado

como terreno tipo V, se refleja en las graves afectaciones que presenta la estructura del

pavimento (ondulaciones, desniveles, grietas, fisuras, etc.), en la zona comprendida entre

las abscisas K2+400 al K3+1501, coincidente con la presencia de la falla de Quininí, zona

que amerita un adecuado y permanente monitoreo y estudio.

No menos significativas son las afectaciones del soporte del túnel ventana, que requiere la

reconstrucción del falso túnel, el reforzamiento del concreto lanzado, el tratamiento

adecuado de aguas de infiltración y en general un adecuado mantenimiento que garantice

su funcionalidad y operatividad permanente dada la importancia que reviste como única vía

de atención de emergencias y evacuación del túnel principal.

INTRODUCCIÓN

La metodología de investigación del estudio de caso sintetiza a lo largo de un período de

tiempo una o varias experiencias o procesos, sus momentos críticos, sus circunstancias e

intervinientes con el fin de explorar sus causas, y entender por qué el objeto de estudio se

desarrolló de la forma como lo hizo, obtuvo los resultados que obtuvo, y qué aspectos

merecen atención particular en el futuro.

1 El K0+000 corresponde al portad de entrada o portal Melgar


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En este sentido, el diseño y la construcción del túnel de Sumapaz ameritan su estudio dada

la importancia que reviste en la actualidad la construcción de túneles en los proyectos viales

en ejecución, que por sus características inherentes al tipo de obra de alta complejidad

técnica y geológica involucran de manera adicional a los riesgos propios de un proyecto de

infraestructura, y de manera especial, el riesgo geológico.

Respecto del “riesgo” el documento CONPES 31072, lo define de la siguiente manera:

“(…) El concepto de riesgo en proyectos de infraestructura se puede definir

como la probabilidad de ocurrencia de eventos aleatorios que afecten el

desarrollo del mismo, generando una variación sobre el resultado esperado,

tanto en relación con los costos como con los ingresos.

Adicional a la asignación teórica de los riesgos, un factor fundamental para el

manejo del riesgo está relacionado con la calidad y confiabilidad de la

información disponible. El esquema de asignación contractual de riesgos

entre las partes tiene una relación directa con información conocida, por lo

que, con información de mejor calidad, la percepción de riesgo es menor y se

pueden adoptar las medidas para controlar la incidencia de las fuentes de

riesgo (…)” (subrayado propio).

Se colige entonces, que el grado de conocimiento de los factores primordiales del proyecto

incide notablemente en la identificación, cuantificación, valoración y asignación del riesgo,

en este caso particular, el riesgo geológico.

ANTECEDENTES

El desarrollo de la infraestructura del país con vinculación de participación privada se

remonta a mediados de la década de los años 90, con el lanzamiento de la primera

generación de concesiones viales. Desde entonces, esta participación se ha mantenido

producto de la oferta de proyectos a través de los programas de segunda y tercera

generación de concesiones, que buscaron recoger los aciertos alcanzados con la primera

generación y mejorar algunos aspectos negativos que se presentaron durante la ejecución

de los contratos3.

2 Política de manejo de riesgo contractual del Estado para procesos de participación privada en infraestructura, abril 3 de 2001 3 Documento CONPES 3760. Proyectos viales bajo el esquema de Asociaciones Público Privadas: Cuarta

Generación de Concesiones Viales


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Actualmente, el programa del Gobierno Nacional implementa las denominadas concesiones

de cuarta generación o 4G, enmarcadas en la Ley 1508 de 20124 de Asociaciones Público

Privadas – APP y las mejores prácticas internacionales en materia de estructuración de

proyectos, con el objetivo de corregir las deficiencias detectadas en las anteriores

generaciones, centrándose entre otros aspectos en los siguientes puntos:

i. Maduración de estudios previos con mejoras en la estructuración técnica,

ambiental, social, legal y financiera del proyecto.

ii. Desembolso de retribuciones contra entrega de unidades funcionales.

iii. Administración de riesgos mediante su identificación, distribución y retribución.

iv. Solución alternativa de conflictos5

Las metas del programa de 4G, apuntan a la cobertura vial de 7.000 kilómetros origen

destino, construcción de 1.370 kilómetros de doble calzada, 138 túneles con una longitud

acumulada de 125 kilómetros, y 1.300 viaductos con una longitud acumulada de 146

kilómetros, distribuidos a lo largo de la geografía colombiana.

Nunca antes en la historia de la infraestructura vial del país se ha incentivado tanto la

construcción de túneles, donde la difusión del conocimiento que aportan las lecciones

aprendidas en este tipo de proyectos se constituye en una valiosa herramienta de análisis

y mejora.

OBJETIVOS DEL ESTUDIO DE CASO

El trabajo que aquí se presenta, enmarcado en la línea de investigación explicativa, tiene

como objetivo principal analizar desde los puntos de vista técnico y contractual, los diseños

del túnel de Sumapaz elaborados por la firma INGETEC, con los cuales se estructuró el

proyecto, y los diseños para construcción contratados por la CABG6,

con la firma PONCE DE LEÓN, determinando:

i. Las modificaciones del proyecto sufridas a lo largo de las etapas de diseño y

construcción.

4 Por la cual el Congreso de Colombia establece el régimen jurídico de las Asociaciones Público Privadas, se dictan normas orgánicas de presupuesto y se dictan otras disposiciones 5 Ley 1563 de 2012 - Estatuto de Arbitraje Nacional e Internacional 6 Sociedad adjudicataria del contrato de concesión No. GG-040 de 2004, otorgado por el Instituto Nacional de Concesiones - INCO el 1 de julio de 2004, para la construcción de la doble calzada del proyecto vial Bosa-Granada-Girardot que hace parte junto con otros proyectos del corredor Bogotá - Buenaventura


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ii. Las condiciones del macizo rocoso previstas en los diseños. vs. las condiciones

reales encontradas en el proceso constructivo.

iii. La asignación de riesgos del proyecto y la incidencia de los cambios efectuados al

mismo, en la valoración y reconocimiento por parte del estado a través de la Entidad

concedente7 de la contingencia por riesgo geológico.

PREGUNTAS DE REFLEXIÓN

¿La previsión realizada en el proceso de estructuración del proyecto, que estableció como

riesgo geológico a cargo del concesionario el diez por ciento (10%) de las mayores

cantidades de obra que se presentasen, fue razonable, suficiente y acorde con la campaña

exploratoria del macizo rocosa realizada?

¿Cuál es la incidencia de los cambios de diseño del túnel de Sumapaz en la valoración del

riesgo geológico, asociado a la variación de las características geotécnicas del macizo

rocoso y las cantidades de obra resultantes del proceso constructivo?

HIPÓTESIS

La campaña exploratoria realizada para el proyecto de construcción del túnel de Sumapaz

resultó insuficiente para determinar con un grado de certeza razonable las condiciones

esperadas del macizo rocoso a lo largo del alineamiento propuesto, de cara a un proceso

contractual donde el riesgo geológico asociado a mayores cantidades de obra se constituyó

en un parámetro determinante en su costo final.

Adicionalmente, el cambio de diseño del túnel efectuado por la firma concesionaria8,

introdujo modificaciones sustanciales con respecto al alineamiento inicial del túnel, como

se observa en la Figura 1, que no obstante encontrarse enmarcado en el mismo sector

geográfico, incidió de manera significativa en las condiciones del macizo geológico

encontradas en el proceso constructivo, lo que generó que se presentaran mayores

7 Agencia Nacional de Infraestructura – ANI, antiguo Instituto Nacional de Concesiones – INCO 8 En uso de las potestades concedidas por el contrato de concesión GG-040 de 2004. Cláusula 12. Obligaciones del Concesionario


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cantidades de obra de las previstas superándolas en más del diez por ciento (10%), y

activando el soporte parcial por riesgo geológico9 pactado en el contrato.

Figura 1. Representación Esquemática – Diseños del Túnel de Sumapaz

Fuente: Adaptación propia de Google Earth

9 Según lo estipulado en la Cláusula 23. Soporte parcial por riesgo geológico del contrato de concesión GG-040 de 2004


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UNIDAD DE ANÁLISIS

El Instituto Nacional de Concesiones – INCO,10 facultado al respecto por la Ley 80 de 1993

y el Decreto 1800 de 2003, mediante Resolución No. 065 de 2003, ordenó la apertura de la

Licitación Pública No. 01 de 2003, para el otorgamiento de una concesión para el proyecto

vial Bosa-Granada-Girardot, que hace parte de las concesiones de tercera generación,

contemplando como obra singular la construcción del túnel de Sumapaz bautizado

posteriormente como túnel “Guillermo León Valencia”, objeto de análisis en el desarrollo de

este trabajo.

El 1 de julio de 2004, el INCO y la Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A una

vez adjudicado el proceso licitatorio11, concurren a la suscripción del contrato de concesión

No. GG–040–200412, para el proyecto vial que forma parte de la red troncal nacional

pavimentada, que integra con otros proyectos el corredor logístico Bogotá-Buenaventura.

El proyecto Bosa-Granada-Girardot tiene una longitud origen destino de 121.6 kilómetros,

e inicia en la Sabana de Bogotá, recorre paralelamente los valles de los ríos Chochos y

Sumapaz, atravesando finalmente el río Magdalena; el recorrido de este corredor se efectúa

a lo largo de la Ruta 4013 desde la localidad de Bosa en Bogotá hasta Girardot, por las

Rutas 40-05 “Girardot – Bogotá” y 45-TLG “Variante de Girardot”.

El proyecto se localiza en los departamentos de Cundinamarca y Tolima, comprende la vía

nacional que une a Bogotá con el municipio de Girardot, incluyendo la variante de Girardot

hasta el cruce de San Rafael en la vía que de Girardot conduce al municipio de El Espinal,

como se observa esquemáticamente en la Figura No. 2 Conformación del proyecto Bosa-

Granada-Girardot.

10 Establecimiento público del orden nacional adscrito al Ministerio de Transporte, creado por Decreto 1800 de junio 26 de 2003 11 Resolución INCO No. 633 de 28 de junio de 2004 12 Con el objeto de otorgar al concesionario una concesión para que de conformidad con lo previsto en el artículo 32, numeral 4, de la Ley 80 de 1993 y en la Ley 105 del mismo año, realice por su cuenta y riesgo, entre otros, los estudios y diseños definitivos, la adquisición de predios y el mantenimiento de dichas obras, la financiación, la prestación de servicios y el uso de los bienes de propiedad del INCO dados en concesión, para la cabal ejecución del proyecto vial “Bosa-Granada-Girardot”

13 Las rutas nacionales se identifican según la nomenclatura del INVIAS con una señal en forma de escudo heráldico suizo, el cual tiene dentro otro escudo más pequeño y ancho de borde negro con dos dígitos que señalan el número de la ruta. Las Troncales (dirección sur-norte) se identifican con un número impar y las Transversales (dirección occidente-oriente) con un número par.


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Figura 2 Conformación del proyecto Bosa-Granada-Girardot.

Fuente: Interventoría Consorcio ConCol B&C., septiembre de 2010.

Actualmente el corredor vial se encuentra a cargo de la concesionaria Vía 40 Express S.A.S.

en desarrollo de la iniciativa privada de construcción del tercer carril Bogotá - Girardot14,

proyecto que contempla la construcción de cuatro (4) túneles cortos en el sector de “la nariz

del diablo”, de gran interés por su ubicación coincidente con el área de estudio, como se

verá posteriormente.

14 Contrato de Concesión bajo el esquema de APP de iniciativa privada No. 4 del 18 de octubre de 2016


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ESTRUCTURACIÓN METODOLÓGICA DEL ESTUDIO DE CASO

Con el fin de enmarcar el estudio del diseño y construcción del túnel de Sumapaz en su

contexto, la primera sección del trabajo presenta en el marco teórico los conceptos

asociados a la gestión del riesgo en proyectos de infraestructura, el riesgo geológico en la

construcción de túneles y los principales parámetros que definen y determinan el diseño y

construcción de este tipo de obras y su interacción, representada esquemáticamente en el

marco conceptual.

A continuación, el capítulo primero aborda el análisis de los diseños elaborados por el

Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, para

el Instituto Nacional de Vías – INVIAS, que sirvieron para estructurar el proyecto vial

concesionado Bosa-Granada-Girardot, en lo concerniente al túnel de Sumapaz.

Un segundo capítulo analiza los diseños de construcción contratados por el Concesionario15

con la firma PONCE DE LEÓN Y ASOCIADOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES –

PL&A, diseños con los cuales se construyó el túnel entre octubre de 2006 y marzo de 2010.

Posteriormente, el tercer capítulo recopila los informes finales de construcción del túnel, en

especial el Informe de Geología y Geotecnia16 de la empresa Túneles de Colombia S.A.,

que da cuenta del proyecto construido, las variaciones sufridas en su desarrollo con relación

a los diseños y las condiciones encontradas a lo largo de la excavación subterránea.

El cuarto capítulo presenta el análisis comparativo de los estudios y diseños del túnel de

Sumapaz, a saber: los estudios realizados por las firmas INGETEC S.A. – BATEMAN

INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, los estudios de PONCE DE LEÓN

ASOCIADOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES – PL&A, con especial énfasis en los

diseños de INGETEC y el proyecto construido, con el fin de establecer la incidencias de las

modificaciones del diseño, las condiciones reales del macizo rocoso encontradas en el

proceso constructivo, las cantidades resultantes de obra, y la activación de la contingencia

por riesgo geológico, dando de esta manera respuesta a los interrogantes planteados como

preguntas de reflexión.

Un quinto capítulo trata dos aspectos de los estudios y diseños elaborados por

INFRACON17, originador del proyecto de Asociación Público Privada de Iniciativa Privada

15 Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A. 16 Informe del año 2009 17 Del grupo CONALVIAS CONSTRUCCIONES S.A.S


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denominado “APP Tercer Carril Doble Calzada Bogotá Girardot”, propuesto para la

construcción de un tercer carril, a saber:

i. En primer lugar, de manera somera los estudios y diseños elaborados por la firma

GEOTÚNELES S.A.S., en la etapa de factibilidad para el proyecto de iniciativa privada,

los cuales aportan al conocimiento geomecánico del macizo rocoso en la medida que

contemplan la construcción de los túneles Palmichala, Nariz del Diablo, Divino Niño y

Ermitaño, localizados en el mismo sector geográfico del túnel de Sumapaz.

ii. En segundo lugar, la inspección y diagnóstico al túnel de Sumapaz realizada por el

Consorcio GEOTUNELES – BOMA, con el objeto de “Identificar su capacidad técnica

y operativa y los problemas funcionales y estructurales”, inspección que permite

corroborar el comportamiento de los distintos componentes del túnel, y evidenciar

situaciones que pudieren asociarse al comportamiento geomecánico del macizo y/o a

los procedimientos de diseño y construcción.

Finalmente, en capítulo complementario se plasman las conclusiones y lecciones

aprendidas en el proceso de diseño, estructuración y construcción del túnel de Sumapaz,

como un aporte académico a los proyectos de esta índole que adelanten las Entidades

estatales que contemplen este tipo de obras y que establezcan dentro de su matriz de

riesgos, el riesgo geológico.

La fuente documental principal se obtuvo de los archivos de la Agencia Nacional de

Infraestructura, de donde se recopiló, indexó y analizó gran volumen de información

relacionada con el diseño, contratación, construcción e interventoría del túnel de Sumapaz,

a lo largo de los años 1998 a 2014, complementada con revisión bibliográfica relacionada

con túneles y obras subterráneas.

Como parte del programa de supervisión integral del proyecto Bogotá – Girardot, a cargo

de la Agencia Nacional de Infraestructura, se efectuaron visitas e inspecciones visuales

periódicas al túnel de Sumapaz, en las cuales se participó activamente.

Especial importancia reviste mencionar la visita técnica realizada el 7 de mayo de 2018,

con la participación de los equipos técnicos del Concesionario Vía 40 Express, la

interventoría Consorcio SEG - INCOPLAN, y el acompañamiento de los ingenieros

Alejandro García Cadena y Álvaro de la Cruz Correa Arroyave, en su calidad de director y

jurado de tesis respectivamente, visita programada para evidenciar la evolución de las

afectaciones del túnel reportadas en los informes de interventoría y el diagnóstico de

INFRACON, hasta su estado actual, con énfasis en la zona de incidencia de la falla de

Quininí.


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MARCO TEÓRICO

“Las obras subterráneas, al igual que las excavaciones, cimientos y otras obras

de tierra, se diferencian de los diseños estructurales por producirse en

formaciones geológicas, caracterizadas en general por su heterogeneidad y

anisotropía, cuyo conocimiento resulta en la práctica siempre limitado. Ante esta

situación, solo queda realizar una investigación geotécnica previa más intensa

que lo habitualmente acostumbrado con objeto de reducir el nivel de

incertidumbre a un límite admisible”

Francisco Javier Ayala Carcedo18.

A continuación, se recopilan algunos conceptos básicos relacionados con la gestión del

riesgo, el riesgo geológico y el diseño y construcción de túneles que permiten enmarcar de

alguna manera el estudio de caso del túnel de Sumapaz.

GESTIÓN DE RIESGOS

Entendida como un enfoque estructurado para identificar, controlar, minimizar y manejar la

incertidumbre propia de un proyecto, propende por la implementación de buenas prácticas

enfocadas a reconocer, evaluar la probabilidad de ocurrencia, estimar el posible impacto y

formular un plan de contingencia en caso de que se materialice un riesgo.

La incorporación de la gestión de riesgos en las tres fases principales de un proyecto de

infraestructura (planeación, diseño y construcción), minimiza los impactos negativos de

sucesos imprevistos.

Al respecto la guía PMBOK recomienda la implementación del proceso de gestión de

riesgos que involucra los siguientes pasos:

o Identificación de riesgos

o Análisis cualitativo (matriz de probabilidad)

o Análisis cuantitativo

o Elaboración de planes de contingencia

18 Ingeniero minero del Instituto Tecnológico Geominero de España, coautor del Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Ediciones Signos. Segunda Edición. 1997


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En la Unión Europea, la Directiva 2004/54/CE19 del Parlamento Europeo, fija los requisitos

mínimos de seguridad para túneles de la red de carreteras, con especial énfasis en el

análisis de riesgos durante la operación a lo largo de su vida útil, estableciendo

inspecciones periódicas máximo cada seis años realizadas por un organismo consultor

independiente.

En concordancia con la Directiva citada en el párrafo anterior, la Asociación Mundial de

Carreteras (AIPCR) a través del Comité Técnico de Túneles C.3.3, elaboró el “Análisis de

Riesgo Para Túneles de Carretera”, como una importante herramienta para la mejora y

optimización de la seguridad de los túneles carreteros, identificando los peligros

potenciales, junto con la estimación, probabilidad y consecuencias de cada uno de ellos.

En lo concerniente a la gestión de riesgos en la contratación estatal, en Colombia la Ley

115020 de 2007, establece en su artículo 4º: De la distribución de riesgos en los contratos

estatales:

“(…) Los pliegos de condiciones o sus equivalentes deberán incluir la estimación,

tipificación y asignación de los riesgos previsibles involucrados en la

contratación. En las licitaciones públicas, los pliegos de condiciones de las

entidades estatales deberán señalar el momento en el que, con anterioridad a la

presentación de las ofertas, los oferentes y la entidad revisarán la asignación de

riesgos con el fin de establecer su distribución definitiva (…)”

Posteriormente, el documento CONPES 371421, definió los lineamientos básicos para el

entendimiento del concepto de “riesgo previsible”, incluido en la tipificación de los riesgos

contractuales representados en la Figura 3 Riesgo contractual, determinado este último

como:

“(…) un evento que puede generar efectos adversos y de distinta magnitud en el

logro de los objetivos del proceso de contratación o en la ejecución de un contrato

(…)”

Los riesgos previsibles corresponden a aquellos eventos que pueden ser identificados y

cuantificados en condiciones normales, como es el caso del riesgo geológico.

19 http://www.carreteros.org/normativa/tuneles/otros/pdfs/directiva.pdf 20 Por medio de la cual se introducen medidas para la eficiencia y la transparencia en la Ley 80 de 1993 y se

dictan otras disposiciones generales sobre la contratación con recursos públicos. 21 Consejo Nacional de Política Económica y Social. República de Colombia. Departamento Nacional de Planeación. Diciembre 1 de 2011


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El riesgo se define de manera general como el resultado de la probabilidad de que uno o

varios acontecimientos sucedan multiplicados por sus posibles consecuencias:

Riesgo = ∑(𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑥 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)

Ecuación donde la probabilidad y la consecuencia están determinadas por la Incertidumbre,

entendida como “la incapacidad para estimar o conocer de manera precisa las variables

intervinientes”.

Figura 3 Riesgo contractual

Fuente: CONPES 3714 Del riesgo previsible en el marco de la política de contratación pública

La ley 1523 de 24 de abril de 2012, por medio de la cual se adopta la política nacional de

gestión del riesgo de desastres y establece el Sistema Nacional de Gestión del Riesgo de

Desastres, define la gestión del riesgo como:

“(…) es el proceso social de planeación, ejecución, seguimiento y evaluación de

políticas y acciones permanentes para el conocimiento del riesgo y promoción

de una mayor conciencia del mismo, impedir o evitar que se genere, reducirlo o

evitar que se genere, reducirlo o controlarlo cuando ya existe y para prepararse

y manejar las situaciones de desastre, así como para la posterior recuperación,

entiéndase: rehabilitación y reconstrucción. Estas acciones tienen el propósito

Riesgos previsibles

Riesgos imprevisibles

Riesgos cubiertos

Obligaciones contingentes

Riesgos generados por malas prácticas Riesgos

contractuales


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explícito de contribuir a la seguridad, el bienestar y calidad de vida de las

personas y el desarrollo sostenible (…)”

A su vez, el Manual para el Diseño, Construcción, Operación y Mantenimiento de Túneles

de Carretera del Instituto Nacional de Vías - INVIAS22 recomienda el manejo de los riesgos

asociados a la construcción de túneles mediante una gerencia de riesgos que abarque los

aspectos geológicos, hidrológicos y ambientales que pudieren afectar la construcción

generando altos sobrecostos, así como el manejo de los riesgos de accidentes en el

proceso constructivo, definiendo el riesgo de la siguiente manera:

“(…) Los riesgos son eventos o condiciones que tienen un efecto positivo o

negativo acerca de los objetivos del proyecto y pueden tener causas e impactos

que afectan en el costo, cronograma y desarrollo del proyecto (…)”

Identifica el precitado manual INVIAS como factores de riesgo los siguientes:

“(…)

o Incertidumbre geológica y geotécnica por complejidad geológica y/o baja

calidad de la información de campo y de laboratorio en la etapa de diseño.

o Contratación por el sistema de precio global fijo.

o Cambios en los diseños del túnel.

o Errores en los presupuestos y cronogramas del proyecto.

o Problemas ambientales asociados a la construcción del túnel.

o Cambio climático particularmente el fenómeno de la niña.

o Inexperiencia del personal técnico-operativo.

o Accidentes de trabajo por no cumplimiento de las normas de gestión de la

salud y la seguridad en el trabajo.

o Problemática con los propietarios de predios y comunidades en la zona de

influencia del proyecto (…)” (subrayado propio).

MATRIZ DE RIESGOS

Una vez identificados los riesgos previsibles de un proyecto, se procede a la elaboración

de la matriz de riesgos, que define de manera sectorial la asignación del riesgo bajo la

premisa que el riesgo debe ser asignado y asumido por la parte que este mejor preparada

para mitigarlo; define además la probabilidad porcentual de su ocurrencia, así como su

impacto sobre el proyecto en caso de materializarse.

22 Documento en revisión que pretende regular el diseño, construcción y operación de túneles en Colombia


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Los proyectos concesionados de 4G a cargo de la Agencia Nacional de Infraestructura

establecen la matriz de riesgos como documento base para la identificación, cuantificación

y asignación del riesgo abarcando entre otras las siguientes áreas: predial, ambiental y

social, redes, diseño, construcción, operación y mantenimiento, comercial, financiera,

liquidez, cambiaria, regulatoria y fuerza mayor.

RIESGO GEOLÓGICO ASOCIADO A LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES

En términos generales se acepta la definición de riesgo geológico como “todo proceso que

afecta el medio geológico, de origen natural (procesos internos) o inducido (intervención del

hombre), que puede generar un daño económico o social para el hombre o los seres vivos”

Con relación al riesgo geológico y/o geotécnico en túneles en Colombia, lo define el manual

INVIAS como:

“(…) Es el inherente a las acciones de movimientos en masa, reptaciones, erosiones,

derrumbes, movimientos de placas, fallas geológicas, diaclasas, pliegues, foliaciones,

deslizamientos, entre otros (…)”

El estudio titulado “Impactos del riesgo geológico en el flujo de caja de proyectos de

construcción de túneles,”23 refiere que existen tres factores de riesgo asociados con los

proyectos de construcción de túneles:

“(…)

i) Información limitada sobre las condiciones de campo.

Las condiciones subterráneas no pueden predecirse con absoluta precisión, ya

que la exploración geotécnica en lugares puntuales únicamente establece un

pronóstico de las características subterráneas de todo el alineamiento del túnel.

ii) Elección apropiada del método de construcción.

Condiciones particulares del terreno (tipo de suelo o roca) pueden afectar

drásticamente la selección del método de construcción.

iii) Ocurrencia de eventos impredecibles por naturaleza.

La actividad sísmica representa una amenaza constante durante la etapa de

construcción (…)”

23 Repositorio Universidad de los Andes en http://repositorio.uniandes.edu.co/xmlui/handle/1992/7119


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Los resultados estadísticos del estudio en comento, a partir de simulaciones de Monte Carlo

sugieren que:

“(…) la principal fuente de incertidumbre en este tipo de proyectos radica en las

variaciones en cantidades de obra durante la etapa de construcción; por otra parte,

la magnitud en que las cantidades de obra varían depende del nivel de detalle de

la exploración geotécnica previa durante las etapas iniciales de proyecto (…)”

(subrayado propio).

Estudios realizados en 89 proyectos subterráneos por el National Reserarch Council24 en

Estados Unidos en 1984, mostró como en el 85% de los mismos las investigaciones insitu

fueron insuficientes para obtener una adecuada caracterización de las condiciones del

terreno, originando en consecuencia retrasos en los plazos y sobrecostos en el presupuesto

de obra.

La construcción de túneles reviste serias incertidumbres en relación con las condiciones del

macizo rocoso que se encuentren en el proceso constructivo, y con los supuestos

adoptados en el proceso de diseño y estructuración del proyecto, razón por la cual en

Colombia y con el fin de brindar garantías a los inversionistas privados, se incluye en los

contratos de concesión de iniciativa pública el “Soporte Parcial por Riesgo Geológico”, que

establece los mecanismos de reconocimiento de mayores cantidades y/o mayores valores

por las actividades propias de su construcción.

Nótese en todo caso, que la definición ampliamente aceptada de riesgo geológico como el

conjunto de amenazas o peligros derivados de procesos geológicos de origen interno,

externo o de una combinación de ambos, migró en nuestro medio y desde el punto de vista

contractual a las mayores cantidades de obra resultantes de un proceso constructivo.

ASIGNACIÓN DE RIESGOS DEL CONTRATO DE CONCESIÓN No. GG-040-2004

El Contrato de Concesión GG-040-2004, estableció en su CLÁUSULA 14. RIESGOS QUE

ASUME EL CONCESIONARIO:

“(…)

14.1 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados de la demanda que permitan variar la estimación inicial que tuvo en cuenta el Concesionario para calcular los factores económicos de su Propuesta (estimación que en todo caso

24 Geotechnical Site Investigations for Underground Projects. National Academy Press. 1984


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es responsabilidad autónoma del Concesionario y que no hace parte de la Propuesta ni tendrá efecto alguno durante la ejecución del Contrato) para el cabal cumplimiento del objeto del Contrato, considerando que el Ingreso Esperado remunera todas y cada una de las obligaciones del Concesionario descritas en el presente Contrato. Lo anterior, salvo por lo expresamente previsto en la CLÁUSULA 24.

14.2 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados de las variaciones en los precios de mercado de los materiales, los insumos y las cantidades de obra necesarios para ejecutar en los términos de este Contrato y de sus apéndices todas las labores de las Etapas de Preconstrucción, Construcción y Rehabilitación y Operación y Mantenimiento del Proyecto.

14.3 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados de la evolución de la devaluación real observada frente a la estimada inicialmente por el Concesionario, salvo por lo expresamente previsto en la CLÁUSULA 24.

14.4 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados del riesgo geológico conexo a la construcción del Trayecto 9 en los términos de la CLÁUSULA 23, salvo lo expresamente previsto en la citada cláusula.

14.5 Los efectos, favorables o desfavorables, de la alteración de las condiciones de financiación como consecuencia de la variación en las variables del mercado, toda vez que es una obligación contractual del Concesionario obtener la completa financiación para la ejecución del Proyecto, para lo cual el Concesionario tiene plena libertad de establecer con los Prestamistas, las estipulaciones atinentes al contrato de mutuo –o cualquier otro mecanismo de financiación- necesario para el desarrollo del Proyecto, y no existirán cubrimientos o compensaciones de parte del INCO, como consecuencia de la variación supuesta o real entre cualquier estimación inicial de las condiciones de financiación frente a las realmente obtenidas. Lo anterior, salvo lo expresamente previsto en la CLÁUSULA 24.

14.6 Los efectos desfavorables, de todos y cualesquiera daños, perjuicios o pérdidas de los bienes de su propiedad causados por terceros diferentes del INCO, sin perjuicio de su facultad de exigir a terceros diferentes del INCO la reparación o indemnización de los daños y perjuicios directos y/o subsecuentes cuando a ello haya lugar.

14.7 Los efectos desfavorables, derivados de la existencia de lucro cesante del Concesionario, por la ocurrencia de hechos de Fuerza Mayor o Caso Fortuito, en los términos del numeral 32.1 de la CLÁUSULA 32 de este Contrato.

14.8 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados de la rentabilidad del negocio y obtención de utilidades o sufrimiento de pérdidas, toda vez que mediante el mecanismo de pago establecido en este Contrato se entienden enteramente remuneradas las obligaciones asumidas por el Concesionario. Los mecanismos contenidos en la CLAUSULA 18, permiten mantener en todo momento las condiciones económicas y financieras existentes al momento de la presentación de la Propuesta por parte del Concesionario y consecuentemente, están diseñados para restablecer y mantener la ecuación contractual en los términos de los artículos 5 y 27 de la ley 80 de 1993.


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14.9 Los efectos, favorables o desfavorables, de las variaciones en la legislación Tributaria, de tal manera que el Concesionario asumirá los efectos derivados de la variación de las tarifas impositivas, la creación de nuevos impuestos, la supresión o modificación de los existentes, y en general cualquier evento que modifique las condiciones tributarias existentes al momento de la presentación de la Propuesta.

14.10 En general, los efectos, favorables o desfavorables, de las variaciones de los componentes económicos, fiscales, legales y técnicos necesarios para cumplir con las obligaciones del Concesionario necesarias para la cabal ejecución de este Contrato, relacionadas entre otras, con la elaboración de sus propios estudios y diseños, la contratación de personal, las labores administrativas, los procedimientos constructivos utilizados, los equipos y materiales requeridos, el manejo ambiental y social y el manejo del tráfico (…)”

De otra parte, en la CLÁUSULA 15 RIESGOS QUE ASUME EL INCO, estableció:

“(…) 15.1 Los efectos desfavorables, derivados de la existencia de daño

emergente del Concesionario, por la ocurrencia de hechos de Fuerza Mayor o Caso Fortuito, en los términos de la CLÁUSULA 32 de este Contrato.

15.2 Los efectos, favorables o desfavorables, derivados de la variación de las tarifas de Peaje por causas imputables al Ministerio de Transporte que no tengan causa directa o indirecta con la ejecución de este Contrato en las Etapas de Preconstrucción, Construcción y Rehabilitación y Operación y Mantenimiento.

15.3 Los efectos desfavorables de la activación del Soporte parcial por disminución de ingresos y devaluación en los términos exclusivamente pactados en la CLÁUSULA 24.

15.4 Los efectos desfavorables de la activación del Soporte parcial por riesgo geológico para la construcción del Trayecto 9 en los términos exclusivamente pactados en la CLÁUSULA 23. (…)”


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RIESGO GEOLÓGICO EN LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ

La Cláusula 23 del Contrato de Concesión GG-040-2004, Soporte Parcial por Riesgo

Geológico estableció:

“(…)

23.1. Durante la ejecución de las Obras de Construcción y Rehabilitación de la

obra comprendida entre el PR (42+120) y el PR (37+420) del Trayecto 9 (Túnel

de Sumapaz), el INCO reconocerá, contra solicitud del Concesionario

presentada de acuerdo con lo establecido en la presente Cláusula, las

cantidades de obra que deban ejecutarse en exceso, de acuerdo con el numeral

23.9 siguiente, para cada uno de los ítems de obra allí contemplados, salvo que

las diferencias se originen en errores de diseño o construcción atribuibles al

Concesionario, o a su culpa o a su negligencia.

23.2. Para posibilitar la cuantificación y el reconocimiento del Soporte Parcial por

Riesgo Geológico ofrecido en la presente cláusula, el Concesionario y el

Interventor mensualmente contabilizarán todas las cantidades de obra realmente

ejecutadas por el Concesionario, que correspondan a los ítems de obra respecto

de los cuales se concede el soporte parcial de que trata la presente cláusula. En

tales actas se dejará constancia, por parte del Interventor, de las cantidades de

obra ejecutadas, cuyo origen se deba a errores de diseño o construcción

atribuibles al Concesionario, o a su negligencia o a su culpa.

23.3. Para efectos de lo previsto en este Contrato, se entiende que hay

cantidades de obra superiores cuando las cantidades de obra ejecutadas por el

Concesionario sean superiores en un diez por ciento (10%) a aquellas referidas

en la tabla descrita en el numeral 23.10 siguiente para cada uno de los ítems

establecidos en dicha tabla y las mismas se originen en causas diferentes a

errores de diseño o construcción atribuibles al Concesionario o a su culpa o su

negligencia. Para calcular dichas cantidades por Tipo de Terreno se calculará el

índice RMR (Rock Mass Rating), de acuerdo a la Metodología Bieniawski – 76…

23.10. Una vez el INCO haya recibido a satisfacción la obra del Túnel de

Sumapaz de acuerdo con las condiciones establecidas en el numeral 4 del

Apéndice 2, se realizará la liquidación definitiva del Soporte Parcial por Riesgo

Geológico así:

Para todos los efectos y cálculos de la liquidación definitiva del soporte se

tomarán los valores registrados en la siguiente tabla:


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Tabla 1 Cantidades de obra - Soporte parcial por riesgo geológico

DESCRIPCION Un CANTIDAD PRECIO

UNITARIO ($ Dic.2002)

A. OBRAS SUBTERRANEAS

EXCAVACIONES EN CORTE ABIERTO

Excavaciones en corte abierto en suelos (para portales del Túnel)

M3 320,507 8,580

Excavaciones en corte abierto en roca (para el portal de la ventana)

M3 300 18,590

Remoción de derrumbes M3 16,000 17,160

EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

Excavaciones Suelo Tipo 1 M3 31,732 74,360





Excavación de la Ventana M3 1,647 143,000

Excavaciones de los nichos de auxilio y parqueo M3 4,662 42,900

Excavación subterránea adicional M3 7,100 85,800

Tuberías de drenaje de 20 cm de diámetro M 1,200 114,000

Tuberías de drenaje de 30 cm de diámetro M 900 143,000

Bombeo de agua subterránea en los frentes excavados hacia abajo

M3 1,630,000 715

ARCOS DE ACERO ESTRUCTURAL

Arcos de acero estructural Kg 1,974,540 4,290

PERNOS DE ANCLAJE

Pernos tipo A1 en excavaciones en corte abierto y en superficie natural del terreno

M 2,800 57,200

Pernos tipo A2 en excavaciones en corte abierto y en superficie natural del terreno

M 280 60,060

Pernos tipo A1 en excavaciones subterráneas M 245,495 62,920

Pernos tipo A2 en excavaciones subterráneas M 2,400 71,500

Pernos tipo C M 10,608 100,100

CONCRETO NEUMÁTICO

Concreto neumático en superficies de excavación en corte abierto

M3 690 629,200

Concreto neumático en excavaciones subterráneas

M3 15,400 743,600

Aditivo acelerante de fraguado Kg 130,000 8,580

INYECCIONES A PRESION Y PERFORACIONES

Perforación de huecos para inyecciones M 1,440 171,600


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DESCRIPCION Un CANTIDAD PRECIO

UNITARIO ($ Dic.2002)

Perforación de huecos de drenaje hacia arriba u horizontales desde obras subterráneas

M 1,440 171,600

Perforación de lagrimales Un 2,000 429,000

Tubería para revestimiento M 1,750 71,500

Tubería para huecos de drenajes M 1,440 42,900

Suministro de arena para inyecciones T 31 772,200

Conexiones para inyecciones Un 60 214,500

Ensayos con agua a presión Hora 10 414,700

Inyecciones a presión Saco 3,000 71,500

Drenes perforados para excavaciones en corte abierto

M 6,000 160,160

CONCRETOS

Concreto solera curva en el túnel. Clase G M3 1,522 529,100

Concreto de revestimiento en el túnel. Clase G M3 30,200 543,400

Concreto de revestimiento en los nichos. Clase G M3 450 429,000

Malla electrosoldada para protección de excavaciones en corte abierto

M2 6,400 20,020

Fibra de acero Kg 614,920 8,580

RELLENOS Y TERRAPLENES

Relleno seleccionado M3 9,720 14,300

(…)” subrayado propio.

De esta manera, el INVIAS como Entidad concedente estableció unas cantidades de obra

estimadas con base en los diseños elaborados por el Consorcio INGETEC S.A. –

BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, determinando que las mayores

cantidades reportadas por encima del 110%, serían reconocidas con cargo al soporte

parcial por riesgo geológico, a los precios unitarios pactados.

En consecuencia y por este concepto la Agencia Nacional de Infraestructura reconoció a la

Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A. suma adicional cercana a los cincuenta

y cinco mil millones de pesos que corresponden aproximadamente al 30% del costo

estimado de construcción del túnel, tasado en cerca de ciento noventa mil millones de

pesos, como se relaciona en la Tabla 2 Resoluciones de reconocimiento de riesgo

geológico.


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Tabla 2. Resoluciones de reconocimiento de riesgo geológico

Nº PERÍODO VALOR FACTURADO RESOLUCIÓN

Nº FECHA

1 feb-08 $435.018.727 546 05/12/2008

2 mar-08 $405.652.350 507 20/11/2008

3 abr-08 $1.439.307.054 508 20/11/2008

4 may-08 $997.128.907 OP516

5 jun-08 $1.297.545.153 475 29/10/2008

6 jul-08 $444.021.043 509 20/11/2008

7 ago-08 $454.095.388 510 20/11/2008

8 sep-08 $439.501.525 239 13/05/2009

9 oct-08 $1.061.957.714 238 13/05/2009

10 ene-07/ene-08 $8.404.021.772 152 06/03/2009

11 mar-09 $908.099.880 561 19/10/2009

12 abr-09 $2.257.283.515 560 19/10/2009

13 nov-08 $677.709.826 565 19/10/2009

14 dic-08 $1.078.899.793 563 19/10/2009

16 feb-09 $219.165.956 562 19/10/2009

17 abr-09 $3.461.606.615 61 09/02/2010

18 abr-09 $479.962.559 53 03/02/2010

19 jun-09 $2.559.351.879 51 03/02/2010

20 may-09 $1.611.759.693 52 03/02/2010

21 jul-09 $2.585.514.356 50 03/02/2010

22 ago-09 $2.305.253.319 49 03/02/2010

23 sep-09 $1.750.182.296 335 23/06/2011

24 oct-09 $3.072.517.345 335 23/06/2011

25 nov-09 $2.841.921.430 335 23/06/2011

26 dic-09 $1.854.322.264 335 23/06/2011

27 ene-10 $2.757.086.237 335 23/06/2011

28 feb-10 $5.872.298.866 335 23/06/2011

29 mar-10 $2.421.861.214 335 23/06/2011

TOTAL $54.555.077.310 Fuente: Interventoría ConCol B&C S.A.


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OBJETIVO DEL PROYECTO TÚNEL

La concepción de una excavación subterránea como obra singular, conlleva la integración

de un objetivo funcional según el uso al que se destine (acceder al interior del macizo,

acondicionar instalaciones en el macizo, desarrollar actividades industriales o comerciales

en el macizo, atravesar el macizo entre dos puntos preestablecidos, etc.), y uno o varios

objetivos complementarios, pero no menos importantes, acordes con las políticas de

preservación y mejora del medio ambiente que propenden por la mitigación de los impactos

negativos que conlleva el desarrollo de la obra (reducción de los volúmenes de tierra a

movilizar, preservación y conservación de las fuentes hídricas, conservación de la flora y

fauna asociada al paisaje edáfico, etc.)

El logro de los objetivos planteados desde una etapa temprana, junto con los lineamientos

que desarrollaremos a continuación, condicionan en alguna medida el proyecto túnel

incidiendo en su éxito o fracaso.

GEOMETRÍA DEL PROYECTO

En términos generales la obra subterránea concebida como parte fundamental de un

proyecto, debe integrarse a su entorno y al proyecto mismo de acuerdo con las condiciones

geométricas del trazado, en concordancia con el objetivo funcional para el que se destina.

Así las cosas, el trazado en planta del túnel (obra complementaria a una vía externa),

obedece a condiciones propias del macizo rocoso, la presencia de obras similares, el

método constructivo, los equipos a utilizar, el nivel de cobertura y su incidencia en el entorno

y la infraestructura cercana, buscando que el resultado final del trazado sea armónico,

económico y práctico.

Recomienda el Manual para el Diseño, Construcción, Operación y Mantenimiento de

Túneles de Carreteras del Instituto Nacional de Vías – INVIAS, con relación al diseño

geométrico en planta:

“(…)

o Solamente diseñar curvas del tipo espiral-circulo-espiral.

o Se debe evitar que el usuario visualice los portales a grandes distancias. Por tanto,

se recomienda diseñar curvas horizontales en sus proximidades.

o En túneles de longitudes mayores a 1.500 m se recomienda diseñar mínimo una

curva por cada 1.500 m de longitud.


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o El diseño debe adaptarse a las condiciones de la localización del túnel y a la

homogeneidad del diseño geométrico de la carretera (…)”

De nuevo el objetivo funcional juega un importante papel en la determinación del trazado

en perfil del túnel, que limita y restringe las pendientes para garantizar su operación segura

y eficiente; para infraestructura de transporte por condiciones de ventilación se determina

como límite superior de pendiente el 5%, que se reduce a valores cercanos al 2% de

acuerdo a la longitud asociada, el sentido del tráfico, el equipo a operar y en el caso de

proyectos ferroviarios la favorabilidad de la pendiente para aceleración y desaceleración en

zonas de estación.

Al respecto, el manual de túneles de Colombia antes citado establece las pendientes

relacionadas en la Tabla 3. Pendientes máximas longitudinales, a continuación.

Tabla 3. Pendientes máximas longitudinales

LONGITUD DEL TÚNEL (m)

<250 250-500 500-750 750-1000 1000-3000 >3000

Pendiente

ascendente (%) 6 5 4 3

Pendiente

descendente (%) 7 6 5 4 3

Fuente. Tabla 5-3 Manual de túneles de Colombia

Por otra parte, la sección o secciones tipo, obedecen a determinantes funcionales; en lo

correspondiente al gálibo, su elección está de acuerdo con el equipamiento a emplear; así

como la sección transversal al tipo y composición del tráfico, el número de carriles

proyectados, las áreas de protección mínimas requeridas y la necesidad de garantizar

espacio para conducciones y servicios.

La Ley 105 de 199325, especifica que el ancho de carril será de 3.65 m; el gálibo vehicular

mínimo de 5.0 m; el ancho de anden de 0.90 m y para túneles de más de 1.000 m de 1.0

m; el ancho de berma entre 0.35 a 0.5 m.

La Tabla 4 Sección transversal de los túneles en Colombia, recopila las dimensiones

establecidas de acuerdo con la longitud del túnel.

25 Por la cual se dictan disposiciones básicas sobre el transporte, se redistribuyen competencias y recursos entre la Nación y las Entidades Territoriales, se reglamenta la planeación en el sector transporte y se dictan otras disposiciones.


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Tabla 4. Sección transversal de los túneles en Colombia

LONGITUD (m)

CARRIL (m)

BERMA (m)

ANDÉN (m)

GÁLIBO (m)

ANCHO TOTAL

(m)

>3000 3.65 0.4 0.9 5 8.10

1000-3000 3.65 0.4 0.9 5 8.10

500-1000 3.65 0.3 0.9 5 7.90

300-500 3.65 0.3 0.9 5 7.90

<300 3.65 0.3 0.9 5 7.90

Fuente. Tabla 5-5 Manual de túneles de Colombia

Papel preponderando en la determinación de la sección lo cumplen las condiciones propias

del macizo rocoso que aconsejan el diseño tipo oval o circular, o una combinación favorable

cercana a estas formas geométricas.

La Figura 4 Metodología investigativa, representa la construcción del conocimiento a partir

de la interacción entre los modelos del terreno a lo largo del trazado del proyecto.

Figura 4. Metodología investigativa

o Modelo geológico.

Representación de la distribución

espacial de los materiales y las

estructuras constitutivas del macizo

rocoso en el área de estudio.

o Modelo geomecánico.

Representación de las características

geotécnicas e hidrológicas de los

materiales y su clasificación

geomecánica

o Modelo geotécnico.

Representación de la respuesta

esperada del terreno durante y después

de la construcción de la excavación

subterránea

Fuente. Adaptación propia

Modelo geológico

Modelo geomecánico

Modelo geotécnico


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GEOLOGÍA Y GEOTECNIA DEL MACIZO ROCOSO

La construcción de un túnel induce cambios y modificaciones en el “estado tensional de

equilibrio” del macizo rocoso, razón por la cual se requiere determinar el comportamiento

mecánico ante la nueva condición impuesta, considerando entre otros, los siguientes

aspectos:

1. La descripción geotécnica de las rocas que conforman el macizo, a partir de análisis

geomorfológico, sondeos, reconocimientos geofísicos y otros métodos de exploración

indirecta, que buscan determinar:

o Las características intrínsecas del material o de los materiales constitutivos

o La presencia, orientación y estado de las discontinuidades (aptitudes,

frecuencia, apertura, lleno, rugosidad, presencia de agua, etc.)

2. Los parámetros geomecánicos del macizo, determinados a partir de ensayos de

laboratorio, con el fin de estimar:

o La respuesta esperada de la roca matriz y sus discontinuidades

o La respuesta esperada del macizo en el tiempo ante los cambios inducidos

en su estado tensional.

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO Y CÁLCULO DEL

SOSTENIMIENTO

A partir de los parámetros geotécnicos del macizo se busca establecer de alguna manera

una clasificación geomecánica como la establecida en los años 40 por Terzaghi26 (1946)

que aún hoy, y pese a su simplicidad arroja resultados confiables del lado de la seguridad

en el diseño del sostenimiento; quien a partir de los trabajos iniciales basados en el

comportamiento del terreno en excavaciones construidas para túneles ferroviarios,

determinó diez (10) categorías de clasificación del terreno, y sus correspondientes

recomendaciones de sostenimiento con cerchas metálicas, basadas en la determinación

de la carga sobre las cerchas a partir del ancho y la altura de la excavación.

Preocupado por la dificultad de conocer suficientemente la morfología y las propiedades

intrínsecas del material para diseñar soluciones, Terzaghi seguía el progreso de obras y

26 Karl Von Terzaghi. Ingeniero checo, profesor universitario en Estambul, Boston, Viena y Harvard,

considerado el padre de la mecánica de suelos.

https://www.ecured.cu/Profesor

https://www.ecured.cu/Estambul

https://www.ecured.cu/Boston

https://www.ecured.cu/Viena

https://www.ecured.cu/Harvard


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observaba su comportamiento durante la construcción, proponiendo y practicando junto con

Peck el denominado método observacional.

La Figura 5 Esquema de Terzaghi, representa el concepto del movimiento de roca suelta

hacia el interior de la excavación, siendo B1 la zona de la roca donde se presenta algún

movimiento y Hp la carga de roca27 que debe soportar el sostenimiento, para una

excavación tipo arco de ancho B y alto Ht, que depende de la calidad de la roca y de la

geometría del túnel.

Posteriormente surgen las clasificaciones geomecánicos de Lauffer (1950), quien introduce

el concepto de tiempo de auto soporte28, asociada al tipo de material y las características

geotécnicas del mismo; la clasificación de Protodyakonov (1960), quien formula el

parámetro “f” o coeficiente de resistencia basado en la resistencia a la compresión simple

del material rocoso, que junto con las dimensiones de la excavación definen las cargas a

emplear en el cálculo del sostenimiento, y otras clasificaciones más.

Se considera que las clasificaciones geomecánicas modernas surgen a mediados de los

70’s, con la presentación de los trabajos de Barton y Bieniawski, formulados a partir de

índices de calidad.

Figura 5. Esquema de Terzaghi

Fuente. Manual de túneles de carretera. World Road Association Mondiale De la Route

27 Longitud hasta donde la excavación afecta al macizo rocoso en lo alto de la bóveda 28 Lapso de tiempo durante el cual la excavación es capaz de mantenerse abierta sin instalación de soporte

http://www.geoengineer.org/terzaghi2.html


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De esta manera Barton define el índice Q (Rock Mass Quality) de calidad del macizo rocoso,

basado a su vez en el índice de fracturación RQD29 (Rock Quality Designation) de Deere,

el índice de diaclasado definido por el número de familias observables, la clasificación por

rugosidad de las diaclasas y su alteración, reducidos por presencia de agua.

La Tabla 5 Valores del RQD, relaciona el porcentaje de recuperación de núcleos con su

clasificación cualitativa.

Tabla 5. Valores del RQD

RQD CLASIFICACIÓN

25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena

90 - 100 Muy buena

Fuente: Adaptación propia

RQD

= ∑ Longitudes > 10 cm

Longitud total de la perforación

A su vez, el índice Q se obtiene mediante la siguiente formulación:

Q = RQD . Jr . Jw

Jn Ja SRF

Donde:

Jn descripción del número de familias de discontinuidad Jr rugosidad de las discontinuidades Ja alteración de las discontinuidades Jw presencia de agua en las juntas SRF estado tensional

Este índice Q permite estimar el sostenimiento requerido (bulonado, concreto lanzado,

arcos de sostenimiento), a partir de la definición del diámetro libre de excavación (De)

29 Índice cuantitativo basado en la recuperación de núcleos de una determinada longitud en una perforación exploratoria.


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afectado por el ESR30 y el empleo del ábaco representado en la Figura 6 Categorías de

sostenimiento a partir de Q.

Figura 6. Categorías de sostenimiento a partir del índice Q

Fuente.https://www.google.com.co/search?q=caracteristicas+del+sostenimiento+a+partir+del+indice+Q

A partir de la metodología anterior se han establecido las siguientes categorías de

sostenimiento:

1. Sin sostenimiento. Zona A

2. Pernos puntuales a 1.5-3 m. Zona A

3. Pernos sistemáticos a 1-0-1.5 m. Zona B

4. Pernos sistemáticos y concreto lanzado de 40 a 100 mm de espesor sin refuerzo. Zona

C

5. Concreto lanzado reforzado con fibra, de 50 a 90 mm de espesor y pernos. Zona D

6. Concreto lanzado reforzado con fibra, de 90 a 120 mm de espesor y pernos. Zona E

7. Concreto lanzado reforzado con fibra, de 120 a 150 mm de espesor y pernos. Zona E

8. Concreto lanzado reforzado con fibra, > 150 mm de espesor, pernos y cerchas metálicas.

Zona F

9. Revestimiento en concreto moldeado. Zona G

30 Del ingles, Excavation Support Ratio. Factor de seguridad para establecer el diámetro equivalente de la excavación.

Q


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De otra parte, Bieniawski formula el índice RMR (Rock Mass Rating), en función de:

o La resistencia a la compresión simple

o El RQD (Rock Quality Designation)

o El espaciamiento de las discontinuidades (Js)

o El estado de las discontinuidades (Jc)

o La presencia de agua

o Corrección por la orientación de las discontinuidades.

Parámetros cuantificados en una escala de 0 a 100, a partir de la cual es posible establecer

una idea del tiempo de estabilidad sin soporte de la excavación, así como correlaciones con

otras propiedades del macizo rocoso, y recomendaciones de sostenimiento.

La Tabla 6 Clasificación del macizo rocoso a partir del RMR, resume la clasificación y

algunos parámetros asociados al tipo de terreno con base en el número RMR.

Tabla 6. Clasificación del macizo rocoso a partir del RMR

RMR 81-100 61-80 41-60 21-40

<20

Clase I II III IV V

Descripción Muy bueno Bueno Medio Malo Muy malo

Tiempo de mantenimiento (stand up time) (*)

10 años para 5m

6 meses para 4m

1 semana para 3m

5 horas para 1.5m

10 minutos para 0.5m

Cohesión >3 Kg/cm2 2-3 Kg/cm2 1.5-2

Kg/cm2 1-1.5

Kg/cm2 <1 Kg/cm2

Angulo de fricción

>45º 40º- 45º 35º- 40º 30º- 35º <30º


(*) Bieniawski y otros basan el tiempo de estabilidad sin sostenimiento en el trabajo de Lauffer (1958) donde se

debe considerar la dimensión de la excavación para establecer un tiempo de estabilidad sin presoporte.

Se han desarrollado diversas correlaciones entre las clasificaciones geomecánicas, entre

las que se encuentran las relacionadas en la Tabla 7, Correlación de los índices RMR y Q

de González de Vallejo. Una de las correlaciones más difundidas corresponde a la

relacionada en la Tabla 8 Correlación de los Índices de Barton y Bieniawski.


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Tabla 7 Correlación de los índices RMR y Q

AUTOR

CORRELACIÓN RMR - Q

Barton RMR = 15 log(Q) + 50

Bieniawski, 1976 RMR = 9 ln(Q) + 44

Rutledge y Preston, 1978 RMR = 13.5 ln(Q) + 43

Moreno E, 1981 RMR = 12.5 ln(Q) + 55.2

Abad et al, 1983 RMR = 10.53 ln(Q) + 41.83

Fuente. González de Vallejo (2004)

Tabla 8. Correlación de los índices de Barton y Bieniawski

CLASE I II III IV V

CLASIFICACIÓN Muy bueno Bueno Medio Malo Muy malo

RMR de Bieniawski 81-100 61-80 41-60 21-40 20

Q de Barton >40 10-40 4-10 1-4 <1


A partir de la clasificación geomecánica del macizo rocoso se desarrollan los llamados

métodos empíricos para el dimensionamiento de las excavaciones subterráneas y el cálculo

de la estructura resistente. Las distintas clasificaciones geomecánicas como las

relacionadas en la Figura 7 Algunas clasificaciones geomecánicas, permiten solamente una

aproximación empírica que no puede considerarse como un diseño del sostenimiento, en

razón a que presentan las siguientes deficiencias:

o No permiten determinar los coeficientes de seguridad de los elementos de soporte.

o No tienen en cuenta el efecto del estado tensional natural del macizo.

o No consideran el efecto de la forma del túnel.

o No consideran el procedimiento constructivo por fases.

o No permiten determinar el efecto de la excavación en su entorno.


PROYECTO


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La hipótesis del comportamiento elástico del macizo rocoso que le permite alcanzar cierto

grado de deformación sin que se produzca la plastificación, marca el desarrollo de los

métodos analíticos de diseño del sostenimiento, al relacionar la presión interna con la

deformación radial o convergencia que sufre la excavación y que permite determinar la

curva característica de la cavidad en función de la presión interna y el desplazamiento

inducido o deformación del terreno.

El sostenimiento elegido (concreto lanzado, cercha metálica, etc.), debe ser capaz de

resistir una presión igual a la presión interna en una situación de equilibrio tensional, este

punto de equilibrio corresponde a la superposición de las curvas características del terreno

y del elemento de sostenimiento.

El método de convergencia – confinamiento es un análisis simplificado de la interacción

terreno sostenimiento y se basa en la determinación de:

o La curva de la cavidad o curva de convergencia que describe la relación entre la tensión

del terreno en el contorno del túnel y el desplazamiento radial de dicho contorno; esta

curva solo depende de las propiedades del terreno para una geometría en particular.

Clasificación de Terzaghi

(1946)

RQD

Rock Quality Designation Index

(1963 - 1967)

RSR

Rock Structure Rating

(1972)

RMR

Rock Mass Rating

(1973)

Sistema Q

Rock Tunneling Quality Index

(1974)

CMRR

Coal Mining Roof Rating

(1994)

GSI

Geological Strength Index

(2006)

Otras Clasificaciones Geomecánicas

Figura 7 Algunas clasificaciones geomecánicas


PROYECTO


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o La curva del sostenimiento o curva de confinamiento caracteriza el comportamiento del

sostenimiento escogido, cuya rigidez es función de las propiedades mecánicas y

geométricas del material.

o El desplazamiento radial del contorno del túnel en el momento de la instalación del

sostenimiento.

La Figura 8 Curvas características, representa la curva característica de la cavidad y las

curvas propias de sostenimientos rígidos (Stiff) y sostenimientos flexibles (Yielding)

Figura 8 Curvas características de la cavidad y el sostenimiento

Fuente. https://www.etcg.upc.edu/asg/TiMR

En la gráfica anterior, el (los) punto(s) de intersección de las curvas de convergencia y

confinamiento representa(n) la posición de equilibrio entre terreno y sostenimiento.

El empleo de las facilidades computacionales modernas conllevó el desarrollo de métodos

de cálculo y dimensionamiento numéricos, mediante la modelización de los elementos del

macizo rocoso empleando mallas de elementos finitos discretos o discontinuos, para el

estudio de una amplia gama de hipótesis de carga que buscan analizar el estado tensional

de cada fase o etapa del proceso constructivo en tiempo récord.

El método de elementos finitos migra de la definición del problema en estudio en términos

de ecuaciones diferenciales, a una definición matricial que proporciona el resultado correcto

para un número finito de puntos; el conjunto de puntos donde la solución es exacta se

denomina conjunto nodos, que integra a su vez una red o malla formada por retículos.

Curva de la cavidad


PROYECTO


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El conjunto de nodos se obtiene dividiendo o discretizando la estructura en elementos de

forma variada como superficies, volúmenes y barras. En resumen, este método sustituye

un número infinito de variables desconocidas por un número limitado de elementos de

comportamiento definido.

La Figura 9 Análisis de tensiones y deformaciones, es un ejemplo del empleo de sistemas

computacionales comerciales mediante elementos finitos que representa de manera gráfica

las envolventes de tensiones y deformaciones inducidas en el macizo rocoso por la

excavación, en este caso, de un túnel de sección circular.

Figura 9. Análisis de tensiones y deformaciones

Fuente. https://venrental.com/ingenieria-y-diseno/

SISTEMA DE SOSTENIMIENTO

El sistema estructural de presoporte y/o soporte es el encargado de hacer estable la

excavación tanto en su frente de avance como en los demás elementos del túnel, esto es

en la clave, los hastiales y la solera, constituyéndose en un confinamiento del terreno que

permite que se desarrolle la capacidad portante del mismo limitando la deformación máxima

cuando así se requiera.

https://venrental.com/ingenieria-y-diseno/


PROYECTO


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Los elementos estructurales que usualmente se emplean para este propósito, solos o

combinados son:

o Bulones. Empleados para coser planos y bloques críticos para evitar su caída al

interior de la excavación y la desestabilización subsiguiente de otros bloques.

Usualmente se emplean en longitudes hasta 4m o 6m, limitada por la disponibilidad

de equipos de perforación. Elementos de variados materiales de fácil y rápida

instalación que trabajan de forma pasiva, como barras corrugadas de 25 mm de

diámetro, barras de resina con fibra de vidrio, bulones auto perforantes formados en

metal con una broca de perforación perdida en su punta, cables, placas de reparto,

etc.

o Anclajes. Cables o barras especiales que trabajan de forma activa, de mayor

complejidad constructiva, lo que limita su uso a zonas puntuales y específicas que

requieren mayor longitud efectiva que la de los bulones.

o Concreto lanzado. Elemento versátil de fácil y rápida colocación como recubrimiento

de la roca adaptándose a su forma hasta formar un arco que soporte los empujes del

terreno, evitando la degradación del terreno al contacto con el nuevo medio ambiente.

Puede emplearse solo o en combinación con mallas, cerchas metálicas y con o sin

adiciones (fibras, aditivos, etc.).

o Concreto encofrado. Se emplea cuando se requiere instalar espesores considerables

de concreto, en un procedimiento constructivo lento que requiere auto soporte de la

excavación en el tiempo requerido para ejecutar la labor.

o Cerchas. Elemento metálico que aporta soporte de terreno desde su colocación,

normalmente combinado con el empleo de concreto lanzado.

o Solera provisional o contrabóveda. Método constructivo que busca cerrar por abajo la

sección excavada para contrarrestar fuertes empujes del terreno; aumenta

considerablemente el costo del proyecto al requerir mayores excavaciones y

elementos de sostenimiento y revestimiento.

o Paraguas de protección. Sistema empleado para garantizar condiciones seguras en

el avance, normalmente formados por barras o tubos colocados de manera casi

horizontal en perforaciones realizadas desde el frente.

o Drenaje profundo. Si bien no es propiamente un sistema de sostenimiento, garantiza

el adecuado manejo de agua de infiltración que de no controlarse podría inducir el

colapso de la obra.


PROYECTO


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PERFIL GEOLÓGICO Y GEOTÉCNICO DE LA EXCAVACIÓN

Especial importancia reviste la elaboración del perfil geológico y geotécnico longitudinal de

la excavación, así como su seccionamiento transversal, determinando los valores medios y

la variabilidad de la parametrización física, resistente y deformacional, a partir de

investigaciones documentales y de campo, donde los resultados obtenidos de proyectos

similares aportan sustancialmente al conocimiento, resultados que se corroboran con

ensayos in situ, sondeos y extracción de núcleos, ensayos de laboratorio sobre muestras

representativas, técnicas indirectas, levantamiento de discontinuidades en superficie, etc.

Se recomienda en todo caso que la inversión en exploración corresponda cuando menos al

3.6% del costo de construcción, según la Tabla 9 Costo de estudios y diseños.

El tipo, cantidad y calidad de los estudios determina el grado de certeza de la

caracterización del macizo rocoso que, si bien y de acuerdo con la etapa del proyecto incide

en su mayor o menor costo, establece una relación costo-beneficio relacionada en la Figura

10 Costo/Beneficio exploración geofísica, de la cual se deduce que la perforación de

galerías31 y pozos de exploración representan la mejor alternativa, aunque aún hoy sea

poco empleada dados los altos costos asociados.

Tabla 9. Costo de estudios y diseños

ETAPA DEL PROYECTO % DEL COSTO DE CONSTRUCCIÓN

Fase 0 Diseño conceptual 0.1%

Fase I Prefactibilidad 0.2% - 0.5%

Fase II Factibilidad 0.5% - 1.0%

Fase III Diseño final para construcción 1.0% - 2.0%

Inversión recomendada 1.8% - 3.6%

Fuente. Geotecnia Andina

La determinación de la cantidad de sondeos exploratorios y la profundidad de perforación

se determina con base en modelos preliminares del área en estudio y están íntimamente

ligados a la complejidad geológica del macizo.

31 En nuestro medio el túnel piloto de La Línea


PROYECTO


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Figura 10. Costo/Beneficio exploración geofísica


El manual para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de túneles de carreteras

del INVIAS, establece los siguientes lineamientos a tener en cuenta para la localización y

definición de la profundidad de la exploración:

“(…)

o Utilidad para determinar la orientación y ubicación de contactos entre unidades

geológicas.

o Utilidad para ampliar la información en cuanto a presencia, orientación y

extensión de estructuras geológicas relevantes (fallas).

o Posibilidad de ser utilizada para la calibración de métodos geofísicos.

o Representatividad, teniendo en cuenta que la información solo es obtenida para

un determinado punto y profundidad de perforación (necesidad de interpretación)

o En las zonas de los portales, considerar que la profundidad debe superar

cualquier superficie de falla potencial (…)”

A su vez, con relación al mapeo y análisis de discontinuidades en macizos rocosos,

recomienda levantar los siguientes registros:

“(…)

o Descripción de la roca, macizo rocoso o suelo.

o Descripción petrográfica.

Be

ne

fici

o

Costo

Costo / Beneficio

Geofísica

Reconocimientos geológicos de campo

Galerías y pozos

Ensayos in situ

Sondeos


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o Grado y clasificación de la meteorización.

o Descripción cuantitativa de las discontinuidades

o Alteraciones tectónicas o hidrotermales, desintegración, cataclasitas.

o Identificación de grupos de discontinuidades.

o Evaluación del espaciamiento e intensidad de discontinuidades presentes en el

macizo rocoso.

o Determinación de la resistencia por medio del ensayo índice de resistencia a la

compresión por rebote (…)”

Con relación al número de ensayos a ejecutar recomienda:

“(…)

o El número de ensayos a ejecutar es inversamente proporcional a la

homogeneidad del terreno, presencia de afloramientos y experiencias previas

que permita caracterizar los tipos de terreno.

o Dependiendo del tipo de ensayo, se debe disponer de múltiples muestras. Su

planeación debe hacerse considerando las exigencias consignadas dentro de las

normativas de los ensayos. Especímenes adicionales para ensayos deben estar

disponibles, siempre que se requiera.

o El número de ensayos puede reducirse si se adoptan parámetros conservadores

para caracterizar el material en combinación con ensayos índice (…)”

Determina igualmente con relación a la investigación del terreno en un proyecto Fase III,

que:

“(…)

o Se debe ejecutar mínimo una perforación por cada portal.

o Se recomienda que cada 1.000 m o cada vez que se identifiquen estructuras

geológicas relevantes, se realice una perforación intermedia y como mínimo

ejecutar una perforación por unidad geológica (toma de muestras para

identificación y caracterización del material), que influencian el comportamiento

de la excavación. La profundidad debe estar acorde con el objetivo de la

perforación, ejemplo: Muestreo de una unidad geológica específica,

determinación de la orientación de un alineamiento (…)”

La Tabla 10 Número mínimo de perforaciones en roca, recopila la normatividad establecida

en el manual, de acuerdo con la longitud del túnel y los tipos de roca.


PROYECTO


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Tabla 10. Número mínimo de perforaciones en roca

TIPO DE ROCA

LONGITUD DEL TÚNEL < 500 m

NÚMERO MÍNIMO

PROFUNDIDAD MÍNIMA (m)

TIPO OBSERVACIONES

Ígneas 2 40 H Área de portales

Sedimentarias 3 30 H Área de portales: mínimo una transversal

Metamórficas 2 30 H Área de portales

TIPO DE ROCA

LONGITUD DEL TÚNEL 500 m a 1000 m

NÚMERO MÍNIMO


TIPO OBSERVACIONES


1 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa

Sedimentarias

3 30 H Área de portales: mínimo una transversal




TIPO DE ROCA

LONGITUD DEL TÚNEL 1000 m a 5000 m

NÚMERO MÍNIMO


TIPO OBSERVACIONES



Sedimentarias 3 30 H

Área de portales: mínimo una transversal





PROYECTO


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TIPO DE ROCA

LONGITUD DEL TÚNEL > 5000 m

NÚMERO MÍNIMO


TIPO OBSERVACIONES

Ígneas

2 40 H Área de portales


Sedimentarias 3 30 H

Área de portales: mínimo una transversal




Fuente.Manual de túneles Colombia. Tabla 4-2

H: Horizontal, I: Inclinada, V: Vertical

EL SISTEMA CONSTRUCTIVO

Los estudios realizados y los objetivos de la obra subterránea determinan una serie de

posibilidades de sistemas constructivos a emplear, que deben ser evaluados por el

proyectista, entre los cuales tenemos:

i. Excavación Cut and Cover

De especial empleo en excavaciones superficiales, donde esta técnica reporta una

alternativa viable y económica si se tiene en cuenta el pobre aporte del macizo rocoso

dada su baja cobertura, y los menores costos de la excavación a cielo abierto en

comparación con la excavación subterránea.

Sin embargo, y de acuerdo con las condiciones particulares y la localización de la obra,

puede requerir mayores requerimientos prediales y trabajos previos de contención para

soportar el terreno y proteger instalaciones aledañas.

ii. Excavación en mina o subterránea

Corresponde a diversas metodologías constructivas que se agrupan en los siguientes

tipos:


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o Excavación por perforación y voladura

Método constructivo de alta difusión, asociado inicialmente a la actividad minera y

posteriormente empleado en perforación de túneles carreteros, férreos y

conducciones hidráulicas en formaciones rocosas de dureza media a alta, de

especial interés por su empleo difundido en la construcción de excavaciones

subterráneas en nuestro medio.

El ciclo comienza con el diseño de la voladura y su replanteo en el frente de

excavación, la perforación de los taladros, el cargue del explosivo, su voladura y

ventilación, para el posterior retiro de la rezaga y el saneo del frente, la bóveda y los

hastiales.

o Excavación mecánica con empleo de máquinas puntuales

Corresponde a los sistemas de excavación por corte mecánico con máquinas

rozadoras, brazos hidráulicos y aún herramientas manuales.

o Excavación mecánica con empleo de máquinas integrales no presurizadas.

Permite la excavación a sección completa en general de sección circular, con los

equipos de primera generación tipo “topos” empleados en sustitución del método de

perforación y voladura en rocas competentes.

o Excavación mecánica con empleo de máquinas integrales presurizadas o

TBMs32.

Corresponde al empleo de máquinas excavadoras de segunda generación para

terrenos de baja capacidad portante y presencia de nivel freático, donde los

hidroescudos o escudos de presión de tierra permiten el avance seguro de la

excavación tanto para la maquinaria como para los operadores.

IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE

Las características geológicas del área de implantación, la climatología y la geomorfología

guardan estrecha relación con la presencia de filtraciones y humedades al interior de la

excavación, altamente perjudiciales tanto en el proceso constructivo como en la operación

del túnel, generando altos costos de mantenimiento.

El movimiento del agua en el subsuelo está ligado a parámetros como la porosidad, la

permeabilidad o conductividad hidráulica, el gradiente hidráulico, la transitividad de los

32 Del inglés, Tunnel Boring Machines


PROYECTO


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acuíferos, que determinan los caudales de infiltración y el grado de exigencia del sistema

de impermeabilización y drenaje a implementar para encausarla y conducirla de manera

técnica y económica.

Los sistemas de impermeabilización de túneles pueden ser primarios, intermedios,

principales y secundarios, de acuerdo con la temporalidad y etapa de su implementación,

empleando gunitados, resinas, tubos colectores de goteos, láminas y membranas

impermeabilizantes en cara vista o en sándwich.

EL NUEVO MÉTODO AUSTRIACO DE CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES – NATM

Conocido por las siglas NATM33 corresponde a una filosofía de actuación en la construcción

de excavaciones subterráneas, método formulado y patentado por Rabcewickz, Müller y

Pacher (1948-1964), basado en la clasificación geomecánica de Lauffer, que en esencia

consiste en comparar las curvas características del terreno con los resultados que arrojen

la instrumentación in situ, determinado el sostenimiento adecuado a las condiciones

cambiantes del macizo rocoso.

Los principios fundamentales en los que se basa el método son:

o Utilizar la propia roca como elemento portante frente a los incrementos locales de

tensión que se producen durante la excavación, mediante su confinamiento radial.

o Utilizar métodos de excavación que minimicen el daño producido al macizo, con

gunitado34 de protección colocado inmediatamente se termine la jornada de

excavación.

o Instrumentar las deformaciones en función del tiempo, con ayuda de clasificaciones

geomecánicas y ensayos de laboratorio.

o Colocar sostenimientos iniciales flexibles (gunitados y bulones), protegiendo el

macizo de meteorizaciones, decompresiones, decohesiones, etc., con la velocidad

adecuada, para evitar el comienzo de daños.

o Colocar el revestimiento definitivo, si es necesario, también flexible, minimizando así

los momentos flectores, añadiendo resistencia adicional con cerchas o bulones,

pero no con secciones rígidas.

La correcta implementación del método constructivo requiere la auscultación,

instrumentación y control permanente mediante la instrumentación y el control de la

deformación que sufre en el tiempo el macizo rocoso con ocasión del desequilibrio de su

33 Del inglés, New Austrian Tunelling Method 34 Concreto lanzado por medio de un cañón o “gun” del inglés.


PROYECTO


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estado tensional inducida por la excavación, y la sustitución de la resistencia del terreno

excavado por la del sostenimiento, generando desplazamientos convergentes que se deben

controlar permanentemente.

Es necesario conocer si las previsiones teóricas están bien o mal estimadas, a través de la

medición confiable y frecuente en cada una de las fases del proceso constructivo de las

convergencias, mediante la medición de los movimientos relativos entre puntos opuestos

de la excavación; para ello se recomienda instalar estaciones de medición cada 25 m y en

tramos especialmente difíciles cada 10 m de túnel excavado.

El seguimiento del comportamiento de la excavación debe obedecer a un plan de

auscultación y monitoreo, que determine previamente las mediciones a efectuar, la

instrumentación requerida, su ubicación, periodicidad de lectura y el tiempo mínimo de

control; la Tabla 11 Tipo de auscultación / instrumento de medida, relaciona mediciones e

instrumentos usuales.

Tabla 11 Tipo de auscultación / instrumento de medida

TIPO DE

AUSCULTACIÓN INSTRUMENTO

Deformaciones Extensómetros

Fuerzas tensionales Células de presión

Presiones Manómetros

Fuente: Adaptación propia.

Se recomienda que la auscultación se inicie lo más cerca al frente de avance, fijando los

pernos de anclaje de la estación de medición en la primera capa de concreto lanzado que

permita muy rápidamente el control de convergencias en el período crítico de deformación

del contorno de la excavación.

A manera de ejemplo, la Figura 11 Medida de convergencias, esquematiza la ubicación de

las estaciones de medición en bóveda y hastiales que usualmente corresponde a un perno

tipo argolla en la bóveda, dos en los hastiales de avance y dos en los hastiales de destroza;

también representa las medidas a registrar.

Usualmente la lectura de convergencias se realiza diariamente hasta registrar la

estabilización de la curva deformación / tiempo por un período mínimo de dos semanas a

partir de las cuales se realizan mediciones de control mensuales.


PROYECTO


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Figura 11 Medida de convergencias

Fuente. https://www.google.com.co/search?q=medicion+medidas+de+convergencia+en+tuneles

La Figura 12 Curva lectura deformación / tiempo, muestra el registro gráfico del control de

convergencias, donde se aprecian en colores las lecturas y su comportamiento en el tiempo

de registro.

Figura 12 Curva lectura Deformación / Tiempo

Fuente: Informe de geotécnia ConCol B&C


PROYECTO


PÁGINA 67

DISEÑO ESTRUCTURAL ACTIVO - DEA

El proceso constructivo de una excavación subterránea requiere el control permanente de

las deformaciones del macizo rocoso como respuesta al cambio en su estado

tensodeformacional inducido por causas antrópicas, tendencia impulsada a partir de la

formulación del denominado Diseño Estructural Activo (Celada, 1997) con el empleo en las

diferentes fases del proyecto de diferentes técnicas de monitoreo, como inclinómetros,

extensómetros, control topográfico, mediciones con láser, gps, etc.

Cuando se realiza la excavación de un túnel se cambia la condicion de equilibrio de

esfuerzos del medio natural (peso de los estratos superiores, fuerzas tectónicas residuales,

etc.) de tal suerte que los esfuerzos que soportaba la sección excavada deban ser asumidos

por la sección adyacente a la zona de corte (redistribución de esfuerzos), siendo la fase de

construcción, (en la cual los efectos de la perturbación inducida en el medio por la

excavación no están confinados completamente por el sostenimiento final), aquella en la

que la estructura se encuentra sometida a mayor tensión por el denominado efecto arco,

que consiste en la desviación de las tensiones preexistentes debido a la excavación de la

cavidad y su canalización alrededor de ella creando zonas de altas tensiones en las paredes

de la excavación.

La metodología DEA parte de los trabajos previos de identificacion de condiciones y

características del terreno, ensayos de laboratorio y trabajos de campo que permiten la

caracterización geomorfológica del macizo y la determinación del riesgo geotécnico

asumible.

Como se observa en el flujograma representado en la Figura 13, el DEA busca establecer

el “riesgo asumible” a partir de la determinación y análisis del comportamiento tenso-

deformacional del terreno, el cual determina a su vez el perfil goetécnico de diseño y en

consecuencia los sistemas de sostenimiento.


PROYECTO


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Figura 13 Flujograma DEA

Los pilares del método, que se constituye en la tendencia actal de diseño de túneles y

excavaciones subterráneas son:

i) La caracterización del terreno

ii) El cálculo estructural

iii) El desarrollo del proceso constructivo

TRABAJOS PREVIOS

TRABAJOS DE CAMPO

ENSAYOS DE LABORATORIO

CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO

ANÁLISIS DEL RIESGO GEOTÉCNICO

PERFIL GEOTÉCNICO

RIESGO ASUMIBLE

NO

SI


PROYECTO


PÁGINA 69

MARCO CONCEPTUAL

Apoyado en el marco teórico que define los objetivos de la obra subterránea, los estudios

necesarios para establecer la parametrización del macizo rocoso enfocados a determinar:

el “estado tensional de equilibrio”, la caracterización geomecánica, así como la construcción

del perfil geológico y geotécnico y el diseño de los sistemas de sostenimiento y

revestimiento, se desarrolla el análisis de los diseños elaborados para la construcción del

túnel de Sumapaz, la obra construida y su comparativo; con la pretensión de determinar la

incidencia de las modificaciones realizadas en las mayores cantidades de obra ejecutadas

que activaron la contingencia por riesgo geológico.

Se presenta adicionalmente en una línea de tiempo las fechas de los principales eventos

asociados con el diseño y construcción del túnel de Sumapaz.

CONTRATO DE CONCESIÓN GG-

040 DE 2004

RIESGO GEOLÓGICO

CONTRACTUAL

PROCESO CONSTRUCTIVO

NATM

MA

RC

O T

EÓR

ICO

GESTIÓN DEL RIESGO

RIESGO GEOLÓGICO

OBJETIVO DEL PROYECTO

GEOMETRÍA DEL PROYECTO

GEOLOGÍA Y GEOTECNIA DEL ÁREA

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO

ROCOSO

PERFIL GEOLÓGICO Y GEOTÉCNICO A LO LARGO DEL ALINEAMIENTO PROPUESTO

SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL

REVESTIMIENTO DEL TÚNEL

¿CUÁL ES LA INCIDENCIA

DE LOS CAMBIOS DE

DISEÑO DEL TÚNEL EN LA

VALORACIÓN DEL RIESGO

GEOLÓGICO ASOCIADO A

LA VARIACIÓN DE LAS

CARACTERÍSTICAS

GEOTECNICAS DEL

MACIZO ROCOSO? DIS

EÑ

OS

INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV

INGENIERÍA LTDA.

1998

PONCE DE LEÓN Y ASOCIADOS S.A.

INGENIEROS CONSULTORES – PL&A

2004 - 2006

PROYECTO CONSTRUIDO

2006 - 2010

Excavación mecánica Portal Melgar Portal Boquerón

ESTUDIO DE CASO – DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN TÚNEL DE SUMAPAZ RIESGO GEOLOGICO

1998

•ESTUDIOS Y DISEÑOS DEL TÚNEL DE SUMAPAZ - INGETEC

2004

•SUSCRIPCIÓN CONTRATO DE CONCESIÓN GG-040-2004

•PRIMER DISEÑO DE TÚNELES CORTOS PONCE DE LEÓN

2005

•SEGUNDO DISEÑO DE TÚNELES CORTOS -PONCE DE LEÓN

LÍNEA DE TIEMPO – DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN TÚNEL DE SUMAPAZ

RIESGO GEOLOGICO

2006

•INICIO DE CONSTRUCCIÓN TÚNEL DE SUMAPAZ EN EL MES DE OCTUBRE

2010

•FIN DE LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ EN EL MES DE MARZO

•COLAPSO TÚNEL VENTANA EN EL MES DE DICIEMBRE

2014

• DISEÑOS IP TERCER CARRIL DOBLE CALZADA BOGOTÁ GIRARDOT

2015

• REVERSIÓN CONCESIÓN BOGOTÁ GIRARDOT


PROYECTO


PÁGINA 72

CAPITULO 1. PROYECTO ORIGINAL. DISEÑOS DEL CONSORCIO INGETEC

S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA.

Por encargo del Instituto Nacional de Vías – INVIAS, el Consorcio INGETEC S.A. –

BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, en el año 1998, realizó los

estudios y diseños correspondientes a la segunda calzada Bogotá - Girardot, los cuales

contemplaron como obra particular la construcción de un túnel de aproximadamente 4.1 km

de longitud en la zona de la Nariz del Diablo en sentido Girardot – Bogotá, con un túnel

accesorio o ventana de 33 m; cruzando los cerros San Bartolo y La Palmita, con una

cobertura máxima de 300 m y un trazado conformado por tres alineamientos rectos y dos

curvas intermedias espiralizadas, como se observa de manera esquemática en la Figura 14

Trazado proyectado.

Figura 14. Trazado proyectado

Fuente: Plano 090-01-3015. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA

LTDA.

Este túnel fue concebido, según el diseñador:

“(…) ante las dificultades constructivas para acondicionar una segunda

calzada superficial, debido fundamentalmente a las limitaciones impuestas


PROYECTO


PÁGINA 73

por el Río Sumapaz y los altos escarpes de roca que se encuentran en el

sector (…)”

El alineamiento del túnel se localizó en la zona del piedemonte occidental de la cordillera

oriental, donde se presentan rocas cretáceas del Grupo Guadalupe y de la Formación

Villeta, rocas cretáceo-terciarias de la Formación Guaduas y rocas terciarias de la

Formación Gualanday. En la zona de los portales se encuentran depósitos cuaternarios de

terraza, aluviales y coluviales.

Los análisis de campo realizados en el sector del túnel identificaron las fallas geológicas de

Quininí y Melgar, las estructuras anticlinales La Palmita y La Cascada, los sinclinales de

Icononzo y La Cascada, así como zonas de esfuerzos inferidas.

Con ocasión de la presencia de fuentes de agua superficial como la quebrada La Cascada,

y la permeabilidad promedio de las formaciones geológicas identificadas y sus estructuras,

se esperaba encontrar concentración de infiltraciones con caudales iniciales estimados

entre 46 y 74 l/s.

Fotografía 1. Escarpes del sector “La nariz del Diablo”

Fuente. https://www.google.com.co/search?q=la+nariz+del+Diablo+colombia&biw

Las condiciones geológicas esperadas, con base en la interpretación geológica de las rocas

expuestas sobre los escarpes y los cortes de la carretera en la zona de la Nariz del Diablo,

como los observados en la Fotografía 1, establecieron que el túnel de Sumapaz se

excavaría en rocas de las formaciones Villeta, Arenisca Labor y Tierna, Plaeners, Arenisca


PROYECTO


PÁGINA 74

Dura, Guaduas y Gualanday, con depósitos de coluvión suprayaciendo a la formación

Guaduas en los portales.

El túnel final se proyectó con una longitud de 4.105 m, con una sección de excavación de

12 m por 8 m y pendientes variables de 1.6%, 2.34% y 3.9%, localizando el portal Boquerón

en la cota 464 msnm y el portal Melgar en la cota 381 msnm, previendo una ventana

localizada a 900 m del portal Melgar con una longitud de 33 m.

La sección de excavación prevista correspondió a una herradura, con un ancho de calzada

de 8.3 m, un gálibo vertical mínimo de 4.6 m y andenes perimetrales de 1.25 m a lado y

lado, con un área promedio de excavación de 80 m2 complementado con nichos de parqueo

y de auxilio sobre la pared izquierda, tal y como se observa esquemáticamente en el Anexo

1 Figura 30 Sección tipo túnel de Sumapaz y Figura 31 Sección tipo nichos de parqueo y

de auxilio túnel de Sumapaz.

Los principales parámetros de diseño del túnel de Sumapaz, establecidos por el Consultor

se resumen en la Tabla 12 Parámetros geométricos de diseño, a continuación.

Tabla 12. Parámetros geométricos de diseño

Dirección de flujo vehicular Unidireccional en sentido Girardot – Bogotá

Velocidad de diseño 80 km/h

Longitud 4105 m

Pendiente (S0) Variable: 1.6% ≤ S0 ≤ 3.9%

Cota de entrada portal Melgar 381 msnm

Cota de salida portal Boquerón 464 msnm

Primer alineamiento recto N 68° 18’ 40” W

Segundo alineamiento recto S 80° 46’ 04” W

Tercer alineamiento recto N 73° 50’ 10” W

Radio curvatura 1000 m

Peralto o bombeo máximo 2% hacia el costado izquierdo

Ancho de calzada 8.30 m

Gálibo mínimo 4.60 m

Sección transversal Herradura semicircular con paredes rectas cortas

Radios de excavación 5.70 m en suelo tipo I, a 6.00 m en suelo tipo IV

Altura de pared 2.43 m en todo tipo de terreno

Altura total 8.15 m a 8.35 m

Ancho total 11.60 m a 12.00 m

Área de excavación 80.10 m2 - suelo tipo I, a 97.60 m2 - suelo tipo IV

Fuente: Adaptación propia.


PROYECTO


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Para determinar las propiedades geomecánicas de los materiales se realizaron sondeos

mecánicos, sondeos eléctricos verticales – SEV, y toma de núcleos a lo largo del cañón del

río Sumapaz; en las zonas de los portales se ejecutaron dos perforaciones en cada una de

ellas con el fin de conocer el espesor del depósito coluvial y determinar el perfil longitudinal

final del túnel.

Adicionalmente, a lo largo de los afloramientos y en las quebradas se obtuvieron núcleos

de roca que fueron sometidos a ensayos de compresión inconfinada instrumentada y

triaxial.

Con base en los diseños, la sección transversal y el tipo de terreno esperado, el Consultor

estableció las cantidades de obra estimadas para la construcción del túnel de Sumapaz, a

partir de las cuales se determinó el presupuesto35, con un monto total aproximado de US $

49’037.126 de julio de 1998.

Las cantidades de obra referidas fueron incorporadas por el Instituto Nacional de Vías –

INVIAS, en los estudios previos y en la estructuración del proyecto que dio origen a los

pliegos de condiciones de la Licitación Pública No. 01 de 2003, abierta posteriormente por

el Instituto Nacional de Concesiones – INCO36.

De los estudios realizados por INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV

INGENIERÍA LTDA se presenta a continuación de manera sucinta los capítulos más

relevantes para este estudio de caso.

GEOLOGÍA

DESCRIPCIÓN GENERAL

Corresponde a la descripción geomorfológica general del área en estudio, donde se localiza

el alineamiento del túnel de Sumapaz en el sector de la Nariz del Diablo, ubicado en el

35 Con base en precios referenciales para los principales rubros que representan el mayor costo de las obras 36 Resolución No. 065 de 2003


PROYECTO


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piedemonte occidental de la cordillera oriental cruzando los cerros San Bartolo y La Palmita,

asociados en su formación a las eras Cenozoica37 y Mesozoica38.

Determina el estudio, con base en la información referencial recopilada, que el alineamiento

propuesto atraviesa una zona tectónicamente complicada, sometida principalmente a

esfuerzos compresionales reflejados en la presencia de estructuras anticlinales y

sinclinales, afectada adicionalmente por la presencia de fallas.

ESTRATIGRAFÍA

En el sector se encuentran entre otras, las rocas enunciadas, descritas y localizadas en la

Tabla 13. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas, así como presencia de

fallas geológicas, estructuras sinclinales y anticlinales algunas de ellas cubiertas por

coluviones.

De manera gráfica es posible visualizar la estratigrafía prevista a lo largo del trazado del

túnel, de conformidad con lo plasmado en el Anexo 1, Figura 35 Planta – Perfil. Túnel de

Sumapaz - Geología; así como en la Figura 36 Planta – Perfil. Portal Boquerón - Geología

y la Figura 37 Planta – Perfil. Portal Melgar - Geología, correspondientes estas últimas a

los portales de salida (Boquerón) y entrada (Melgar) respectivamente.

37 Era geológica que inició hace 85 a 65 millones de años y se extiende hasta la actualidad. Geológicamente el Cenozoico corresponde al período en el cual los continentes se trasladaron a sus posiciones actuales; se caracterizó por su intensa actividad orogénica que formó grandes cordilleras, entre ellas los Andes, los Pirineos, los Alpes y el Himalaya. 38 Era geológica que se extiende desde unos 250 millones hasta 65 millones de años antes de nuestros días.

Tabla 13. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas

PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCLATU

RA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Cuaternario

Depósitos aluviales (Qa)

Bloques heterométricos

redondeados a subangulares

hasta de 3 m, de Areniscas,

gravas, arenas de cuarzo y limos

Aluviones del río Sumapaz y de

las quebradas La Rivera y La

Cascada

Depósitos coluviales (Qc)

Bloques subangulares a

redondeados hasta de 4 m en

matriz arcillo-limo-arenosa y

gravas finas a medias de Arenisca

y Lidita.

Ladera oriental de la cuchilla de

San Bartolo. Zona del portal

Boquerón

Bloques de Arenisca cuarzosa

soportadas en matriz arcillosa.

Depresión entre las cuchillas de

San Bartolo y La Palmita

Bloques hasta de 3 m soportados

en matriz areno y limoarcillosa.

Inmediaciones de la quebrada

La Cascada

Depósitos de terraza (Qt)

Gravas gruesas y cantos de

Arenisca en matriz arenosa y

limoarcillosa.

Sector de la urbanización El

Poblado y el hotel Malachi en la

zona del portal Melgar

Terciario Formación

Gualanday (Tg)

Arcillolita, Arenisca conglomerática

y conglomerado principalmente de

chert y cuarzo.

Brechas intraformacionales o

brechas sedimentarias a lo

largo del alineamiento del túnel

Cretáceo – terciario Formación Guaduas (Tkg)

Arcillolita limosa y Arenisca

cuarzosa friable (Arenisca guía y

Arenisca lajosa).

Zona del portal Boquerón y en

su alineamiento

Fuente: Adaptación propia del plano No. 090-01-3015 y del volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz del Consorcio INGETEC – BATEMAN – PIV

INGENIERÍA

Tabla 13(1). Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas

PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCLATU


Cretáceo

Grupo Guadalupe (Kg):

Formación Arenisca

Tierna (Kgt)

Arenisca cuarzosa normalmente

friable con intercalaciones

delgadas de Arcillolitas y Lidita

En el corredor del túnel

suprayaciendo a la Formación

Plaeners con espesores

esperados entre 30 m a 60 m

Formación Arenisca de

Labor (Kgl)

Arenisca cuarzosa dura con

intercalaciones delgadas de

Arcillolita y Lidita

En varios sectores del

alineamiento del túnel

suprayaciendo la Formación

Plaeners e infrayaciendo la

formación Arenisca Tierna

Formación Plaeners (Kgp) Arcillolita, Lidita, Limolita y

Arenisca

Subyace a la Formación

Arenisca de Labor y suprayace

a la Formación Arenisca Dura

en varios sectores

Formación Arenisca

Dura (Kgd)

Arenisca, Limolita, Lidita y

Arcillolita

Suprayace la Formación Villeta

e infrayace la Formación

Plaeners

Formación Villeta (Kv) Lutita con intercalaciones de

Lidita, Limolita y Arenisca

En el alineamiento del túnel en

varios sectores

Fuente. Adaptación propia del plano No. 090-01-3015 y del volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz del Consorcio INGETEC – BATEMAN – PIV

INGENIERÍA


PROYECTO


PÁGINA 79

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

Este capítulo del informe describe las estructuras identificadas en el área de estudio a partir

de fotointerpretación y trabajo de campo, relacionadas de la siguiente manera:

o Pliegues: Corresponde a la identificación de los sinclinales de Icononzo, La Cascada y

Malachí; los anticlinales de La Palmita y La Cascada, todos ellos descritos y detallados

en la Tabla 14 Geología Estructural – Pliegues.

Tabla 14. Geología Estructural – Pliegues

IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Sinclinal de Icononzo

Estructura desarrollada en

rocas del Grupo Guadalupe y la

Formación Guaduas

Al sur de la nariz de Cumaca; la

cuchilla de San Bartolo hace parte

del flanco occidental y sobre ella

se ubica el portal del Boquerón.

Anticlinal de La

Palmita

Estructura poco extensa,

asimétrica, comprimida con su

flanco occidental invertido;

desarrollada en rocas del

Grupo Guadalupe

Al occidente de Boquerón; su

flanco oriental está cortado por la

Falla de Quininí, en la parte media

del alineamiento del túnel.

Sinclinal de La

Cascada

Estructura poco extensa,

asimétrica, con su flanco

oriental invertido, conformada

por rocas del Grupo Guadalupe

y de la Formación Villeta, con

núcleo en rocas de la

Formación Gualanday.

Corresponde a la continuación

hacia el occidente del Anticlinal de

La Palmita; se encuentra en la

parte media del alineamiento del

túnel.

Anticlinal de La

Cascada

Estructura comprimida,

asimétrica conformada por

rocas del Grupo Guadalupe.

Localizada al oriente de la Falla de

Melgar; presente en el extremo

occidental del alineamiento del

túnel

Sinclinal de Malachí

Estructura comprimida

conformada por rocas del

Grupo Guadalupe y la

Formación Gualanday.

Localizada al oriente de la Falla de

Melgar; presente a 300 m del

portal de Melgar.

Fuente. Adaptación propia del plano No. 090-01-3015 y del volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz

del Consorcio INGETEC – BATEMAN – PIV INGENIERÍA


PROYECTO


PÁGINA 80

o Fallas: Descripción de las fallas identificadas en el área de estudio que serían

atravesadas por el túnel como son las fallas de Quininí y Melgar, según la Tabla 15

Geología Estructural – Fallas.

Tabla 15. Geología Estructural – Fallas


Falla de Quininí

Falla inversa con dirección

Norte – Sur; con plano de

falla inclinado hacia el

oriente; coloca en contacto

la Formación Villeta con el

grupo Guadalupe

Presente aproximadamente en el

K1+400 del alineamiento del túnel;

con un espesor estimado de 50 m,

donde se espera encontrar la roca

muy fracturada y cizallada con

infiltraciones de agua.

Esta falla pone en contacto las Lutitas

de la formación Villeta con las

Areniscas, Liditas y Lutitas de las

formaciones del Grupo Guadalupe.

Falla de Melgar

Falla inversa que pone en

contacto las rocas del grupo

Guadalupe con las de la

Formación Gualanday, con

dirección Norte – Sur y

plano de falla inclinado

hacia el oriente.

Se encuentra aproximadamente a

100 m, del portal Melgar con una zona

de influencia del orden de 50 m, con

una brecha de falla soldada y

compacta.



o Diaclasas: Con el fin de establecer las familias de discontinuidades prevalecientes y con

base en el reconocimiento de los escarpes rocosos se tomaron muestreos a lo largo de

68 sitios que permitieron la sectorización que se describe en el Anexo 1 Tabla 97

Geología Estructural – Diaclasas.

o Discordancias: Se identificó la discordancia Guadalupe – Gualanday localizada en el

extremo occidental del trazado previsto para el túnel, descrita en la Tabla 16 Geología

Estructural – Discordancias.


PROYECTO


PÁGINA 81

Tabla 16. Geología Estructural – Discordancias

Discordancia Guadalupe

– Gualanday

(K3+000 al K4+000)

Discordancia angular entre las rocas de la formación Gualanday y rocas del grupo Guadalupe, evidenciada en los taludes ubicados aguas abajo del sector de la Nariz del Diablo, caracterizada por condiciones variables en la superficie de contacto.

Fuente Adaptación propia del plano No. 090-01-3015 y del volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz del

Consorcio INGETEC – BATEMAN – PIV INGENIERÍA

HIDROGEOLOGÍA

La Tabla 17 Unidades Hidrogeológicas, recopila las unidades hidrogeológicas identificadas

con base en la permeabilidad promedio de las formaciones geológicas.

Tabla 17. Unidades Hidrogeológicas

CLASE PERMEABILIDAD

RELATIVA FORMACIÓN GEOLÓGICA

LITOLOGÍA

I Muy alta Depósitos aluviales

Bloques, cantos, gravas y arenas

II Alta

Formación Arenisca tierna

Arenisca con intercalaciones de Arcillolita y Lidita

Formación Arenisca labor

Formación Arenisca dura

III Media Formación Gualanday

Arenisca conglomerática, conglomerado y Arcillolita

IV Baja

Depósitos coluviales

Bloques heterométricos en matriz arcillosa y limoarenosa

Depósitos de terraza

Gravas finas a gruesas y cantos de Arenisca soportados en matriz arenosa y limoarenosa

Terraza de Tolemaida

Cantos de Arenisca en matriz arenosa y limoarcillosa y gravas gruesas

V Muy baja

Formación Guaduas

Arcillolita con intercalaciones de Arenisca

Formación Plaeners

Arcillolita silícea y Lidita

Formación Villeta

Lutita con intercalaciones de Lidita, Limolita y Arenisca

Fuente: Tabla 4.1 Unidades hidrogeológicas volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz del Consorcio

INGETEC – BATEMAN – PIV INGENIERÍA


PROYECTO


PÁGINA 82

A su vez, en la Tabla 18 Caudales de infiltración esperada en el túnel de Sumapaz, se

relacionan los caudales de infiltración esperados de acuerdo con las formaciones

geológicas atravesadas por el túnel proyectado.

Tabla 18. Caudales de infiltración esperada en el túnel de Sumapaz

FORMACIÓN GEOLÓGICA Longitud

(m)

Cobertura

máxima (m)

Tasa de

infiltración (l-

s/m)

Caudal de

infiltración

(l/s)

Gualanday

(Conglomerado) (Tg) 510 130 0.0073 3.72

Guaduas

(Arcillolita) (Tkg) 175 50 0.0470 8.23

Guadalupe (Kg) 2950 280 0.017 48.68

Villeta (Lutita) (Kv) 475 170 0.012 7.00

Zonas de falla 120 110 0.050 6.00

Fuente: Adaptación propia del volumen IX Estudio y Diseño del Túnel Sumapaz del Consorcio INGETEC –

BATEMAN – PIV INGENIERÍA

CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN EL TÚNEL

El Consultor, basándose en la interpretación geológica de las formaciones rocosas que se

observan en los escarpes de la carretera determinó que el alineamiento propuesto del túnel

atravesaría rocas de las siguientes formaciones:

i. Formación Villeta ii. Arenisca Labor y Arenisca Tierna iii. Formación Guaduas iv. Formación Gualanday v. Depósitos coluviales en el sector del portal Boquerón vi. Depósitos de terraza en el sector del portal Melgar

CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN LOS PORTALES

Con el fin de conocer el espesor de los depósitos coluviales y de terraza e investigar las

propiedades geomecánicas del material, dentro del alcance de los estudios realizados se

efectuaron dos (2) perforaciones en cada uno de los sectores determinados para la

construcción de los emportalamientos del túnel principal.


PROYECTO


PÁGINA 83

i. Portal del Boquerón

Las perforaciones P-TS-01 y P-TS-02 permitieron establecer la presencia de un depósito

coluvial muy húmedo, de 12m a 21m de espesor reposando sobre rocas de la Formación

Guaduas (Tkg) conformada por Arcillolita con intercalaciones de Arenisca, condiciones que

inciden en posibles desprendimientos de material y presencia de goteos en los taludes de

corte a cielo abierto. La Tabla 19 Caracterización geotécnica del portal Boquerón, relaciona

las formaciones geológicas asociadas al perfil del portal de salida, y en el Anexo 1 Figura

38 Caracterización geotécnica del portal Boquerón, donde se puede observar la ubicación

de las perforaciones exploratorias realizadas.

Tabla 19. Caracterización geotécnica del portal Boquerón

FORMACIÓN GEOLÓGICA

DESCRIPCIÓN

PENDIENTE

PROFUNDIDAD

R.Q.D.

TERRENO (º)

(m) %

Qal Depósito aluvial Bloques de Arenisca grava y cuarzo

2 0 - 6 0 - 10

Qc Depósito coluvial Bloques de Arenisca en matriz arcillosa

20 0 - 20 0 - 10

Tkg Formación Guaduas

Arcillolita y Arenisca 45 > 35 ≤ 50

Kglt Arenisca Tierna y Labor

Areniscas 44 > 50 ≥ 70

Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA

ii. Portal de Melgar

En el sector escogido para la ubicación del portal de entrada o portal Melgar se encuentra

un depósito de terraza que reposa sobre Areniscas y conglomerados de la Formación

Gualanday, como se relaciona en la en la Tabla 20 Caracterización geotécnica del portal

Melgar y se observa en el Anexo 1 Figura 39 Caracterización geotécnica del portal Melgar.

Las perforaciones identificadas como P-TS-03 y P-TS-04 de 30 m y 25 m de profundidad

respectivamente, determinaron que en el contacto entre el depósito de terraza y el

conglomerado se encuentran zonas de alta humedad, que podrían ocasionar inestabilidad

local y posible desprendimiento de bloques.


PROYECTO


PÁGINA 84

Tabla 20. Caracterización geotécnica del Portal Melgar


DESCRIPCIÓN PENDIENTE

PROFUN-DIDAD

R.Q.D

TERRENO (º)

(m) %

Qt Depósito de terraza

Cantos de Arenisca en matriz arcillosa

13 0 - 25 0 - 34

Tg Formación Gualanday

Conglomerado y Areniscas

48 > 80 70 - 90

Kglt Arenisca Labor Areniscas - > 80 80 - 90


CONDICIONES GEOLÓGICAS ESPERADAS EN LA VENTANA

De acuerdo con el diseño previsto, se ubicó un túnel accesorio o ventana con una longitud

de 33 m, coincidente con la zona de la quebrada La Cascada, zona de flujo de agua

permanente con un nivel freático superficial.

Los afloramientos de roca encontrados corresponden a estratos de roca de las Formaciones

Arenisca Tierna, Labor y Plaeners, de bajo grado de fracturamiento coincidentes con el

flanco occidental del sinclinal de La Cascada.

Se esperaba que las condiciones de excavación y autosoporte fueren buenas sin descartar

la incidencia del nivel freático, que podría ocasionar flujos y goteos numerosos de agua con

sus consecuentes procesos de inestabilidad asociados.

En el Anexo 1, la Figura 40 Planta y perfil sector del portal Ventana, representa el esquema

planta perfil del túnel ventana propuesto por el Consultor.

INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS

Este aparte de los estudios y diseños del Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN

INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, relaciona el plan de exploración del

subsuelo realizado desde el punto de vista geotécnico, con el fin de obtener el perfil

longitudinal del túnel propuesto; para tal efecto se realizaron los siguientes estudios:


PROYECTO


PÁGINA 85

SONDEOS MECÁNICOS POR LAVADO Y/O ROTACIÓN

o Portal Boquerón

o Sondeo P-TS-01 – profundidad 30 m


o Portal Melgar



SONDEOS ELÉCTRICOS VERTICALES (SEV)

A partir de la aplicación del método eléctrico resistivo mediante la realización de siete (7)

sondeos eléctricos verticales con una configuración Schlumberger simétrica39, se

complementó el estudio geofísico del sector, estableciendo las condiciones litológicas

presentes, el espesor y la composición de los depósitos subyacentes.

Los SEV 1, 2 y 3 fueron realizados en el sector del portal Melgar donde se identificaron dos

unidades geoeléctricas, así:

o Entre 75 y 5000 ohmios/metro de resistividad, relacionada con pendientes positivas

y negativas fuertes interpretadas como niveles de gravas gruesas a muy gruesas,

con presencia de bloques de Arenisca en una matriz areno-arcillosa, intercalados

con niveles de arcilla y limo, pertenecientes a un depósito de aluvión.

o Entre 150 y 250 ohmios/metro de resistividad, asociado a pendientes positivas

moderadas interpretadas como una secuencia de conglomerados con

intercalaciones de Arenisca y Arcillolita pertenecientes a la Formación Gualanday.

Los SEV 4 y 5 se realizaron en el sector del portal del Boquerón donde igualmente se

identificaron dos unidades geo-eléctricas, así:

o Entre 55 y 600 ohmios/metro de resistividad, relacionada con pendientes positivas

y negativas fuertes interpretadas como bloques a cantos de Arenisca en una matriz

arcillosa a arenosa, pertenecientes a un depósito de coluvión.

39 Configuración que debe cumplir la condición de que la distancia que separa los electrodos de inyección de corriente debe ser mayor o igual a cinco veces la distancia que separa los electrodos de medición del potencial.


PROYECTO


PÁGINA 86

o Entre 14 y 30 ohmios/metro de resistividad, asociado a pendientes negativas fuertes

interpretadas como una secuencia de Arcillolitas y Lodo-litas con intercalaciones de

arenisca pertenecientes a la formación Guaduas.

El SEV 6 se realizó en el sector de la variante de Boquerón en la margen derecha del río

Sumapaz identificando dos unidades geo-eléctricas, así:

o Entre 70 y 250 ohmios/metro de resistividad, interpretado como bloques de Arenisca

en matriz arcillosa a arenosa, pertenecientes a un depósito de coluvión-aluvión.

o Valores cercanos a 30 ohmios/metro de resistividad interpretados como secuencia

de Arcillolitas y Lodo-litas con niveles delgados de Arenisca pertenecientes a la

Formación Guaduas

El SEV 7 se realizó en el sector de la variante de Boquerón en la margen izquierda del río

Panches identificando dos unidades geoeléctricas, así:

o Entre 100 y 180 ohmios/metro de resistividad, interpretado como niveles de grava

con presencia de bloques de Arenisca en una matriz arcillosa, pertenecientes a un

depósito de aluvión.

o Valores cercanos a 10 ohmios/metro de resistividad interpretados como una

secuencia de Arcillolitas pertenecientes a la Formación Guaduas

TOMA DE NÚCLEOS A LO LARGO DEL CAÑÓN DEL SUMAPAZ.

Los escarpes que se encuentran a lo largo del cañón del Río Sumapaz y de las quebradas

tributarias permitieron la toma de muestras de roca para su clasificación y ensayo, con el

fin de verificar los valores de resistencia reportados en estudios anteriores; los especímenes

ensayados corresponden a:

o Arenisca de la Formación Gualanday

o Arenisca Tierna (Kgt)

o Arenisca Tierna y Labor (Kgtl)

Las muestras fueron sometidas a ensayos de mecánica de suelos relacionados con

propiedades índice, clasificación, peso unitario, humedad y ensayos de corte directo,

complementados con ensayos de compresión inconfinada instrumentada y triaxiales en

roca.


PROYECTO


PÁGINA 87

INFORME GEOTÉCNICO DEL TÚNEL SUMAPAZ.

Este capítulo del informe presenta los diseños y análisis geotécnicos llevados a cabo para

la construcción del túnel, estableciendo las propiedades mecánicas y elásticas de las rocas

intactas y del macizo rocoso con estimativo de los tipos de terreno esperado a lo largo del

alineamiento, el soporte previsto para cada uno de ellos, el revestimiento definitivo

correspondiente y el diseño geotécnico de los portales.

ANÁLISIS DE LA ROCA INTACTA

Como se describió en la Tabla 13 Períodos geológicos y formaciones rocosas asociadas, a

lo largo del túnel propuesto se estimó que se encontrarían cuatro formaciones geológicas,

a saber:

i. Guaduas40

ii. Guadalupe41

iii. Villeta42

iv. Gualanday43

La presencia en el área de estudio de proyectos tuneleros44 construidos, permitió contar

con gran cantidad de resultados de ensayos realizados en rocas de estas formaciones que,

aunado a los ensayos propios de carga puntual, compresión inconfinada uniaxial

instrumentada y simple, y ensayos triaxiales realizados por el Consultor, permitieron estimar

valores promedio, mínimos y máximos de la resistencia a la compresión simple, así como

del módulo de Young, tal y como se registra en la Tabla 21 Valores de propiedades

mecánicas y elásticas de la roca intacta, a continuación.

40 Caracterizada en el sector por una secuencia importante de estratos de Arcillolita 41 Este grupo se subdivide en cuatro formaciones geológicas, a saber: Arenisca Tierna, Arenisca de Labor, Plaeners y Arenisca Dura 42 Constituida por rocas lutiticas y limoliticas 43 Formación compuesta por conglomerados y Areniscas 44 Corresponde a los proyectos Chingaza, Mesitas, Santa Ana, Usaquén, entre otros.


PROYECTO


PÁGINA 88

Tabla 21. Valores de propiedades mecánicas y elásticas de la roca intacta

FORMACIÓN O GRUPO Tipo de

roca

Resistencia a la compre

sión (MPa)

Peso unitar

io

Ángulo de

fricción interna

Módulo de

Young Constantes

T/m3 (º) (GPa) mi si

Guaduas Tkg Arcillolita 2,46 2,20 27º 0,50 4,00 1,00

Guadalupe superior (Arenisca Tierna y de Labor)

Kgsl - Kgst

Arenisca 55,00 2,30 41º 7,60 19,00 1,00

Guadalupe superior (Plaeners)

Kgsp Limolita y

Lutita 30,00 2,25 37º 0,90 9,00 1,00

Guadalupe superior (Arenisca Dura)

Kgsd Arenisca 60,00 2,30 52º 10,00 19,00 1,00

Villeta Kv Lutitas 7,00 2,25 35º 0,90 6,00 1,00

Gualanday Tg Conglomerados

15,00 2,20 40º 4,90 20,00 1,00

Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA

LTDA

Especial importancia reviste la clasificación geotécnica realizada a la roca intacta de

acuerdo a los criterios de Deere y Miller, basados en los resultados obtenidos en los

ensayos de resistencia a la compresión inconfinada y al módulo de Young, así como el

criterio de falla de Hoek y sus constantes mi y si de la roca intacta

La Tabla 22 Clasificación cualitativa de la roca intacta resume la clasificación cualitativa con

relación a la resistencia a la compresión inconfinada y el módulo relativo.

Tabla 22. Clasificación cualitativa de la roca intacta

FORMACIÓN Y/O ROCA INTACTA

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN INCONFINADA

MÓDULO RELATIVO

Arenisca Alta a baja Medio a bajo

Conglomerado Baja Medio

Lutita Muy baja Bajo

Limolita y Lidita Baja Bajo

Arcillolita Muy baja Bajo Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA

LTDA


PROYECTO


PÁGINA 89

CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO

El estudio establece, con base en el reconocimiento superficial de los escarpes expuestos

en los taludes de corte de la vía, los valores de calidad del macizo rocoso (RQD) que se

relacionan a continuación en la Tabla 23 Calidad del macizo rocoso – RQD, se presenta,

en resumen, la descripción esperada de las formaciones rocosas del área en estudio con

base en el RQD.

Tabla 23 Calidad del macizo rocoso – RQD

FORMACIÓN / ROCA RQD DESCRIPCIÓN

Guaduas (Arcillolitas) Máx 30% Calidad pobre del macizo

Guadalupe – Arenisca

Tierna Labor y Dura

(bancos de Arenisca)

Superior al 70% En presencia de plegamientos el RQD

puede alcanzar al 30% o menos

Guadalupe - Plaeners Máx 60%

Villeta (Lutitas) Del orden del

70%

En la zona de la Falla de Quininí se

esperan valores del RQD cercanos o

menores al 30%

Gualanday

(conglomerados y bancos

de Arenisca)

Del orden del

70%

Valores esperados menores en la zona

de la Falla de Melgar


LTDA

DISCONTINUIDADES DEL MACIZO ROCOSO

Los reconocimientos realizados por la Consultoría al área de estudio, permitió definir 68

sitios de muestreo y los datos recaudados se procesaron teniendo en cuenta por un lado la

morfología del terreno y las formaciones geológicas asociadas, y por otro lado las

estructuras geológicas (anticlinales y sinclinales) y las zonas de falla.

De esta manera se estableció una sectorización a lo largo del trazado del túnel de acuerdo

a los sistemas principales de discontinuidades (estratificación y diaclasamiento) y al manejo

estadístico de datos se determinaron los diagramas de frecuencia polar de estratificación y

diaclasas.


PROYECTO


PÁGINA 90

ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS

Desde el punto de vista hidrogeológico y la clasificación geotécnica del macizo rocoso, la

Tabla 24 Condiciones de permeabilidad, presenta un resumen de características

esperadas.

Tabla 24. Condiciones de permeabilidad

FORMACIÓN / ROCA

PERMEABILIDAD DESCRIPCIÓN

Guaduas (Arcillolitas)

Muy Baja Se esperan mínimos caudales de infiltración con ocasión de la baja permeabilidad y la poca cobertura existente en esta formación.

Guadalupe (bancos de Arenisca)

Alta

Caudales de infiltración probablemente altos asociados a las discontinuidades identificadas y posible presencia de bolsas de arena que ocasionan en presencia de agua flujos e irrupciones de material en la excavación.

Gualanday (conglomerados y bancos de Arenisca)

Media

No obstante, su grado medio de permeabilidad, se espera que la baja cobertura reporte bajos caudales de infiltración.

Villeta (Lutitas)

Baja

Los materiales asociados a esta formación (Lutitas, Liditas y Limolitas) de características poco permeables hace prever condiciones de estabilidad

Zonas de falla (Quininí y Melgar)

Muy alta

Grado de permeabilidad asociado a las condiciones de fracturamiento del macizo rocoso esperado, que puede afectar la estabilidad y la excavabilidad de la obra subterránea.


LTDA

SECTORIZACIÓN Y CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA MACIZO ROCOSO

El estudio inicia la clasificación geomecánica del macizo rocoso empleando teorías o

metodologías empíricas con el fin de establecer el comportamiento del terreno durante la

excavación del túnel, a saber:


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i. Hoek (GSI)45

ii. Barton (Q-System)

iii. Bieniawski (RMR)46

Posteriormente, en una segunda aproximación estos resultados fueron combinados con los

arrojados por métodos numéricos y analíticos ajustándolos con base en los resultados

obtenidos en proyectos similares, obteniendo finalmente el diseño de la excavación y el

soporte requerido.

El Anexo 1, presenta en la Tabla 98 Clasificación geomecánica de Barton, el resumen de

valores de los parámetros empleados en la metodología de Barton, el valor Q y su

correlación con el RMR.

A su vez, en el citado Anexo 1, la Tabla 99 Clasificación geomecánica de Bieniawski, reporta

el valor estimado del RMR de acuerdo con la metodología de Bieniawski y la Tabla 100

Clasificación Geomecánica de Hoek, la clasificación geomecánica según Hoek,

Así mismo en el Anexo 1, Tabla 101 Resumen de clasificaciones geomecánicas, se

transcriben los geoparámetros para los diferentes macizos rocosos identificados en el

sector de estudio que seria atravesado por el túnel; registrando valores de cobertura

máxima, porcentaje esperado, valores de RMR, resitencia a la compresión inconfinada,

valor de las constantes mb y sr, módulo de deformación, ángulo de fricción, cohesión y

resistencia al corte del macizo rocoso.

Por considerar de sumo interés para este estudio, a continuación se citan las conclusiones

siguientes:

“(…)

o La Formación Guaduas que será excavada en un 4% de la longitud del túnel

puede tener un valor de RMR promedio del orden de 39 puntos, lo que lo clasifica

como de condiciones de regulares a pobres.

o El grupo Guadalupe que será excavado en un 70% de la longitud del túnel se

subdividió en cuatro formaciones: Arenisca Tierna, Labor, Plaeners y Dura, las

cuales presentan valores de RMR del orden de 75 a 44 puntos. El valor más alto

(75 puntos) se presenta para la Formación Arenisca Dura que será excavada en

un 28% de la longitud del túnel califándose como un macizo de buenas

45 Acrónimo del idioma inglés, de Geotechnical Stregth Index 46 Acrónimo del idioma inglés, de Rock Mass Rating


PROYECTO


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condiciones (donde aproximadamente un 6% corresponde a estructuras

plegadas por anticlinales donde le valor de RMR, puede ser más bajo con

valores del orden de 44 puntos, indicando allí condiciones regulares). Las

Formaciones Arenisca Tierna y Labor, serán excavadas aproximadamente en

un 25% de la longitud del túnel, donde se esperan valores de RMR del orden de

65 a 69 puntos, calificándose el macizo como de condiciones buenas.

o La Formación Plaeners se presentará en aproximadamente un 17% de la

longitud del túnel y cuyo valor de RMR estimado es del orden de 59 puntos

considerándose como un macizo de condiciones regulares.

o La Formación Villeta será excavada en aproximadamente un 11% de la longitud

del túnel y cuyo valor de RMR es del orden de 54 puntos considerándose como

un macizo de condiciones regulares.

o La Formación Gualanday será excavada en un 12% de la longitud del túnel, con

un valor de RMR estimado del orden de 62 puntos calificàndose el macizo rocoso

como de condiciones buenas a regulares.

o Finalmente, las zonas de falla de Quininí y Melgar suman aproximadamente un

3% de la longitud del túnel y cuyo valor aproximado de RMR es del orden de 2,

calificándose el macizo en estas zonas como de condiciones muy pobres

(…)”

Verifica el Consultor los resultados anteriormente reportados con los obtenidos en

proyectos tuneleros cercanos, concluyendo que: “los mismos pueden representar un

comportamiento confiable para la excavación del túnel de Sumapaz”.

DEFINICIÓN DE GEOPARÁMETROS PARA EL MACIZO ROCOSO

Establece el estudio, para cada uno de los macizos rocosos identificados a lo largo del

trazado proyectado del túnel, los valores esperados de RMR promedio, la resistencia a la

compresión inconfinada, valores de las constantes mb y sr, módulo de deformación, ángulo

de fricción, cohesión y resistencia al corte del macizo rocoso, tal y como se registra en el

Anexo 1 Tabla 102 Resumen de parámetros geomecánicos del macizo; del informe se

transcriben las siguientes conclusiones:

“(…)

o La Formación Guaduas representada principalmente por Arcillolitas puede tener un

módulo de deformación del orden de 0,83 GPa (8,3 x 103 kg/cm2), un ángulo de

fricción interna del orden de 27º y una resistencia al corte del macizo de 0,13 MPa


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(1,32 kg/cm2). Las constantes mb y sr, se estimaron del orden de 0,45 y 0,001

respectivamente.

o Las formaciones Arenisca Tierna, Labor y Dura del Grupo Guadalupe representadas

principalmente por bancos gruesos de Arenisca, puede presentar un módulo de

deformación del macizo rocoso que varía de 17,6 GPa (179 x 103 kg/cm2), con la

posibilidad de tener valores bajos en las zonas plegadas del orden de 5,5 GPa (55

x 103 kg/cm2).

o El ángulo de fricción para el macizo se espera que sea del orden de 47º a 49º, con

valores más bajos para las zonas plegadas del orden de 42º. La resistencia al corte

de la masa rocosa se espera sea del orden de 10,4 MPa a 17,2 MPa, con valores

más bajos para las zonas plegadas del orden de 6,0 MPa.

o Las constantes mb y sr para el macizo se estima que sean del orden de 5,4 a 7,8 y

0,02 a 0,06 respectivamente, con posibilidad de tener valores un poco más bajos en

las zonas plegadas de 2,6 y 0.002 respectivamente.

o La Formación Plaeners del Grupo Guadalupe que se caracteriza por la presencia

de Liditas, Limolitas, Lutitas, Areniscas, y pequeñas capas de Arcillo-lita, se espera

que tenga un módulo de deformación del orden de 9,1 MPa (93 x 103 kg/cm2), con

un valor estimado de ángulo de fricción del orden de 39º y una resistencia al corte

de la masa de 3,8 MPa. Las contantes mb y sr se estiman que sean del orden de 2,0

y 0,01 respectivamente.

o La formación Villeta caracterizada por la presencia de Lutitas y Liditas se estima que

pueda tener un módulo de deformación del macizo del orden de 3,3 GPa (33 x 103

kg/cm2) con un ángulo de fricción del orden de 34º, una resistencia al corte del

macizo del orden de 0,68 MPa y unas constantes mb y sr del macizo del orden de

5,1 y 0,015 respectivamente.

o Finalmente, las zonas de falla de Quininí y Melgar se espera que tengan un módulo

de deformación del orden de 0,167 GPa (1,7 x 103 kg/cm2) con un ángulo de fricción

del orden de 15º y una resistencia al corte de la masa del orden de 0,05 MPa (…)”

Compara nuevamente el Consultor los valores anteriormente referidos con los valores

encontrados en otros proyectos tuneleros, encontrando concordancia entre ellos, razón que

lo lleva a establecerlos como valores de diseño. Ahora bien, para el análisis geomecánico

de posibles cuñas de roca el estudio en análisis basado en la metodología propuesta por

Barton analiza las familias de discontinuidades principales para estimar el ángulo de

fricción, considerando los siguientes aspectos:

i. Diferenciación entre planos de estratificación y diaclasas

ii. Estimativo del ángulo de fricción mínimo promedio de la roca intacta.

iii. Estimativo del coeficiente de rugosidad promedio, con base en:


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o Características de rugosidad

o Forma

o Apertura

o Relleno

iv. Estimado del coeficiente de resistencia a la compresión promedio de la roca intacta

alrededor de la discontinuidad

v. Estimado del esfuerzo normal promedio aplicado sobre las discontinuidades,

dependiendo de la cobertura y el peso unitario de la roca

vi. Estimado de propiedades de resistencia al corte de las discontinuidades.

Concluye el Consultor de acuerdo con los resultados recopilados que:

“(…)

o Para los planos de estratificación se espera que estos tengan un valor promedio del

ángulo de fricción del orden de 37º con una resistencia al corte promedio del orden de

3,2 MPa

o Para los planos definidos por las diaclasas se ha estimado que en promedio el ángulo

de fricción puede ser del orden de 39º, con una resistencia al corte promedio del orden

de 5,3 MPa (…)”

DISEÑOS PARA LA EXCAVACIÓN DEL TÚNEL.

Una vez determinados los parámetros geomecánicos del macizo rocoso a intervenir en la

construcción de la obra subterránea, procede el Consultor a la evaluación de dos posibles

mecanismos de falla, a saber:

o Desprendimiento de bloques de roca debidos a la combinación desfavorable de

discontinuidades, o a la presencia de material altamente fracturado en zonas cercanas

a los emportalamientos o zonas de falla a lo largo del alineamiento propuesto.

o Redistribución de esfuerzos ocasionados por la excavación generando empujes y

deformaciones del terreno cuando la resistencia del macizao rocoso es más baja que el

esfuerzo redistribuido, asociado a un módulo de deformación bajo.


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ANÁLISIS DE CUÑAS POTENCIALMENTE INESTABLES Y CARGAS DE

DESPRENDIMIENTO.

Basado en el método del bloque crítico47, complementado con métodos estereográficos48,

analizando dos aspectos:

i. Bloques de roca potencialmente delizables hacia el interior del túnel con ocasión de la

orientación de sus discontinuidades (estratificación y diaclasas).

ii. Posible desprendimiento de materiales fracturados y deleznables

En el Anexo 1 Tabla 97 Geología Estructural – Discontinuidades, se presentan las aptitudes

de las familias de discontinuidades identificadas en los sectores del túnel, a partir de los

cuales se establecieron los círculos de bloques críticos.

Igualmente, el Anexo 1 Tablas 103 y 104 Resumen de bloques crìticos, recopila los bloques

críticos en las paredes y el techo de la excavación subterránea estimados en el estudio de

acuerdo a la sectorización del túnel, de donde se puede inferir la existencia de al menos un

bloque crítico en la pared hidráulica derecha del túnel, identificado como 0111, al menos un

bloque crítico en la perde izquierda identificado como 1001 y al menos dos bloques críticos

en el techo del túnel, denominados 1101 y 0111; del análisis del bloque crítico estima el

Consultor que el deslizamiento potencial de bloques se realizaría sobre alguno de los

planos de diaclasas o estratificación en forma planar, de baja probabilidad de ocurrencia o

pequeña magnitud, condición considerada favorable.

Asume como carga máxima estimada por presencia de cuñas alrededor del túnel 0,25 MPa

y mínima 0,10 MPa.

Teniendo en cuenta el dimensionamiento de la excavación, el peso unitario y el valor de

RMR, en el Anexo 1 Tabla 105 Estimativo de cargas de desprendimiento, se presenta un

análisis de sensibilidad de cargas, a partir del cual se determina la carga máxima esperada

adoptada para la revisión del diseño del soporte requerido.

47 Según Goodman y Shi 48 Según Goodman y Hoek


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ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

A partir de la sectorización del túnel y los valores estimados para los parámetros RQD, RMR

y la cobertura de roca por encima del sector, se realizó el análisis de esfuerzo y deformación

alrededor de la excavación, con el fin de determinar el efecto de la redistribución de

esfuerzos, mediante la siguiente metodología:

i. Análisis de la relación “k”49 de esfuerzos insitu, para las distintas formaciones geológicas

y la variación de la resistencia a la compresión inconfinada y su módulo de deformación,

encontrando variaciones de k desde 0,66 hasta 1,36 con un valor promedio de 0,70.

ii. Análisis numérico de esfuerzos y deformaciones para determinar la curva de presiones

de soporte relacionadas con los desplazamientos radiales esperados para un túnel circular

de radio equivalente.

Esta metodología busca establecer las presiones críticas de soporte que deben ser

resistidas por el soporte que se coloque en la excavación para que la masa de roca no falle

y/o no se produzca una zona plástica muy amplia a su alrededor.

El Anexo 1 Tabla 106 Resumen empujes y presiones del terreno, recopila los resultados

obtenidos en este análisis, obteniendo un esfuerzo vertical máximo Po que varía entre 0,84

y 6,77 MPa; presiones máximas críticas de soporte entre 0,00 y 2,58 MPa; un espesor de

zona plástica alrededor de la excavación, entre 0,00 y un valor mayor a 2 diámetros; una

deformación radial máxima esperada (sin soporte) entre 1,60 mm a más o menos 1 m y

medidas de convergencia entre 3,20 a 59,20 mm.

Concluye el estudio que en zonas de falla y de rocas lutíticas y Arcillolita blanda, es posible

que se presente el fenómeno de Squeezing50, que debe ser controlado con la secuencia

adecuada de excavación y soporte. No obstante los resultados obtenidos en el análisis

anterior, se realizó otro análisis de esfuerzo deformación con modelación empleando el

software PHASE 2D51, que se recopila en el Anexo 1 Tabla 107 Modelación esfuerzo

deformación, para cada formación geológica, teniendo en cuenta que:

49 Parámetro adimensional definido como la relación entre el esfuerzo horizontal y el esfuerzo vertical según Hoek 50 Definido como el comportamiento geotécnico del mecanismo de rotura dúctil, con fuertes deformaciones y empujes en terrenos de mala calidad 51 Software desarrollado por Rocscience para el diseño de excavaciones empleando elementos finitos 2D


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o Con factores de seguridad por esfuerzos de compresión o tensión menores o iguales

a 1, se presentará la formación de zonas plásticas con espesores variables entre

0,00 a 8,50 m

o Se esperan deformaciones radiales en paredes y techo variando entre 1,40 mm y

12,5 cm, teniendo en cuenta además que valores mayores se pueden presentar en

el piso en los sectores de rocas blandas como Arcillolitas, Lutitas y zonas de falla.

Esto es en rocas de las formaciones Guaduas, Villeta y zona de falla, se pueden

presentar empujes capaces de inestabilizar la excavación del túnel.

Con base en la experiencia adquirida en este tipo de obras, aconseja el Consultor:

i. Utilizar solera curva, excavación gradual por etapas y colocación gradual de soporte. ii. Sobreexcavación que asimile las deformaciones del terreno garantizando en todo caso la sección mínima de diseño. iii. Empleo de arcos con juntas autodeslizantes (tipo TH-36 Alpine) y ventanas en el concreto lanzado que permitan asimilar deformaciones sin pérdida de capacidad estructural del arco y del concreto. iv. Empleo de pernos en Spilling como soporte previo al avance del frente y techo. v. Conformación de un núcleo central del terreno de sostenimiento que restrinja las deformaciones mientras se instala el soporte. vi. Empleo de pernos de anclaje en toda la sección incluso el piso curvo.

DISEÑO DEL SOPORTE DEL TUNEL

Considera el estudio el empleo de los siguientes elementos para el soporte del túnel de

Sumapaz:

i. Concreto lanzado de 28 MPa de resistencia a los 28 días, para evitar la apertura de

fisuras, el rompimiento y el desconfinamiento de la roca al absorber los esfuerzos

desarrollados en ella, ayudando además a soportar cargas de desprendimiento y evitar

el deterioro de la superficie expuesta.

ii. Fibra metálica52 como adición del concreto lanzado en cuantía de 40 kg/m3, como

mejora de las características de resistencia del concreto.

iii. Anillos sistemáticos de pernos anclados en barras de acero corrugado de 1” de

diámetro, en grado 60 y resistencia a la tracción de 420 MPa, con el fin de generar un

arco de auto soporte, con las siguientes tipologías:

a) Tipo A1 de longitud máxima de 6m, en forma pasiva

52 Tipo Dramix 2P 30/0,50


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b) Tipo A2 de iguales características que el tipo A1, pero en forma activa, esto es

tensionados.

c) Tipo B de mayor diámetro para zonas donde se presente el fenómeno de

Squeezing.

iv. Arcos metálicos para terrenos con tiempo de auto soprte bajo para zonas

adyacentes a portales, zonas de esfuerzo y de falla.

Adicionalmente se previó el empleo de pernos en Spilling para los emportalamientos y

frentes de avance de condiciones especiales, así como el empleo de atizado metálico con

láminas o placas metálicas donde las condiciones encontradas no permitieran la instalación

de concreto lanzado oportunamente.

DIMENSIONAMIENTO DEL SOPORTE.

Determinó el estudio el dimensionamiento compilado en la Tabla 25 Dimensionamiento del

soporte, a continuación:

Tabla 25. Dimensionamiento del soporte

Longitud mínima de

pernos de anclaje

L = 1,4 + 0,185 W Siendo W = ancho del túnel

L = 3,0 m en roca sana

L = 6,0 m en roca fracturada

L = 8,0 a 12,0 m para zonas de Squeezing y/o empujes

fuertes

Espaciamiento transversal

de pernos

S = 0,50 L (máximo)

S = 1,00 m (mínimo)

Espesores de concreto

lanzado

E = 0,05 m (mínimo)

E = 0,30 m (máximo)

Malla metálica Tipo Q4 de concremalla o similar donde se requiera

Fibra metálica Tipo Dramix ZP 30/0,50

Arcos metálicos Tipo TH-36 Alpine

Espaciamiento de arcos

E = 1,0 m (máximo)

E = 0,50 m (mínimo)



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DEFINICIÓN DE TIPOS DE TERRENO Y SOPORTE REQUERIDO.

De acuerdo con el comportamiento esperado del terreno y teniendo en cuenta los análisis

previos, el estudio definió los siguientes tipos de terreno, asociados a la resistencia de la

roca, el grado de fracturamiento, meteorización y alteración, condiciones de infiltración,

cobertura máxima de techo, etc.:

i. Terreno Tipo I.

En esta tipología de terreno es posible la excavación en una sola etapa; se recomienda no

obstante la colocación de soporte a no más de 20 m del frente de avance.

a) Está asociado a roca sana, poco fracturada y de estratificación gruesa donde es

posible realizar la excavación sin ningún tipo de soporte en el frente.

b) Posibles infiltraciones concentradas en fracturas abiertas o estratificación, que

no ocasionan inestabilidad.

c) Requiere colocación en el frente de 5,0 cm de concreto neumático en la clave y

pernos esporádicos de seguridad.

ii. Terreno Tipo II

Corresponde al tipo de terreno que si bien puede ser excavado en una sola etapa, requiere

la colocación total del soporte como máximo 7 días después de realizada la voladura

correspondiente.

a) Asociado a Areniscas duras de estratificación media a delgada moderadamente

fracturadas, Liditas, Limolitas y Lutitas de dureza media en estratificación

gruesa.

b) Pueden presentarse infiltraciones altas sin mayor efecto sobre la estabilidad

general.

c) Requiere colocación 5,0 cm de concreto neumàtico adicionado con fibra

metálica en la sección superior después de cada avance, pernos de anclaje

localizados, 5, 0 cm de concreto neumático en las paredes a no más de 3

avances y posteriormente de 5,0 a 10,0 cm adicionales de concreto neumático

en la parte superior y paredes a no más de 6 avances del frente de excavación.

iii. Terreno Tipo III

Excavación prevista en dos etapas con una banca de 5 m mínimo de altura y avance

superior no mayor a 2 m.


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a) Corresponde a rocas duras muy fracturadas y/o friables, como Lutitas, Limolitas

y Arcillolitas duras de estratificación delgada, estratos de carbón y depòsitos de

coluvión o terrazas.

b) Infiltraciones moderadas con mayor presencia de desprendimientos que

requieren control inmediato.

c) Posible requerimiento de pernos en Spìlling en sección superior antes de cada

avance, esto en sectores localizados.

d) Requiere como soporte 5,0 cm de concreto neumático adicionado con fibra

metálica en la sección superior despues de cada avance; arcos tipo TH 36

Alpine, pernos de anclaje localizados a no más de dos avances del frente de

excavación; soporte de la sección inferior a no más de 8 m del frente y colocación

posterior de 5,0 a 10,0 cm adicionales de concreto neumático en la parte

superior y paredes a no más de 50 m del frente de excavación.

e) El sistema de soporte deberá estar colocado en su totalidad máximo 20 días

después de efectuada la voladura del tramo correspondiente.

iv. Terreno Tipo IV

La excavación de este tipo de terreno se deberá realizar en tres etapas: sección superior

(avance no mayor a 1,5 m), sección banca (5 m de altura mínimo) y sección solera (a más

tardar 30 días después de la sección superior en avances no mayores a 6 m); es posible

que se requiere una sobreexcavación de 0,15 cm para permitir deformaciones controladas.

a) Asociado a rocas duras muy fracturadas o trituradas, Arcillolitas, Lutitas y

Limolitas blandas o alteradas de baja resistencia que requieren soporte oportuno

para evitar derrumbes, agrietamientos y eventual levantamiento de la solera.

b) Si bien las infiltraciones pueden ser bajas, su efecto incrementa los empujes al

disminuir la resistencia de los materiales intensificando los desprendimientos y

las expansiones.

c) Requiere como soporte la colocación de pernos en Spilling o tipo C en la sección

superior antes de cada avance; 5,0 cm de concreto neumático adicionado con

fibra metálica en la sección superior despues de cada avance; arcos tipo TH 36

Alpine; colocación de 10,0 cm adicionales de concreto neumático en la parte

superior después de cada avance; pernos de anclaje localizados en sección

superior; soporte de la sección inferior a no más de 6 m del frente o menor;

colocación de 5,0 a 10,0 cm adicionales de concreto neumático en secciones

superior e inferior a no más de 50 m del frente y solera curva a más tardar entre

30 y 60 días después de realizada la excavación de la sección superior, en

tramos de no más de 10,0 m.


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v. Terreno Tipo V.

La excavación en este tipo de terreno está prevista realizar en tres etapas: sección superior

(avance no mayor a 1,2 m), banca (5 m de altura mínimo) y sección de solera (a más tardar

30 días después de la sección superior en avances no mayores a 3,6 m); la excavación de

la sección inferior deberá hacerse sin exceder tres avances de pared sin soporte.

a) Clasificación asociada a rocas duras intensamente replegadas. fracturadas,

trituradas, tipo Arcillolitas, Lutitas y Limolitas blandas a alteradas y de baja

resistencia en relación con los esfuerzos actuantes, ocasionado empujes

intensos del terreno y levantamiento de la solera¸ es posible que se requiere una

sobreexcavación de 0,25 cm para permitir deformaciones controladas.

b) Se esperan infiltraciones que afecten totalmente la resistencia del material.

c) Requiere como soporte la colocación de pernos en Spilling o tipo C en la sección

superior antes de cada avance; 5,0 cm de concreto neumático adicionado con

fibra metálica en la sección superior despues de cada avance; arcos tipo TH 36

Alpine; colocación de 10,0 cm adicionales de concreto neumático en la parte

superior después de cada avance; pernos de anclaje en la sección a no más de

dos avances del frente de excavación; soporte de la sección inferior a no más

de 3 avances del frente o menor; colocación de 10,0 a 15 ,0 cm adicionales de

concreto neumático en secciones superior e inferior a no más de 50 m del frente

y solera curva a más tardar 30 días después de realizada la excavación de la

sección superior, en tramos de no más de 10,0 m. Posible requerimiento de

pernos adicionales de 6,0 a 8,0 m en piso para evitar levantamientos severos de

la solera.

La Tabla 26 Porcentajes esperados por tipo de terreno, resume los porcentajes esperados

para cada uno de los tipos de terreno de la clasificación anterior.

Tabla 26. Porcentajes esperados por tipo de terreno

TIPO DE TERRENO

ESPERADO

PORCENTAJE

ESTIMADO

I 9%

II 43%

III 38%

IV 6%

V 4%



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El resumen de los tipos de terreno esperados se presenta en el Anexo 1 Tabla 108

Sectorización y tipología de terreno asociado.

DISEÑO DEL REVESTIMIENTO.

Consideró el Consultor, conveniente diseñar y revestir completamente el túnel por

consideraciones de seguridad, operación, reducción de mantenimiento, mejora de

visibilidad e impermeabilización.

A continuación se transcribe un aparte importante a tener en cuenta dada la controversia

contractual relacionada con el no revestimiento de los nichos de parqueo y de la ventana.

“(…)

Se asume que el soporte es capaz de resistir la totalidad de las cargas, por lo

que teoricamente el revestimiento no debería recibir parte de éstas. Sin embargo

por seguridad y operación del túnel vial, se contempló que el revestimiento

puede tener la capacidad de tomar parcialmente parte de la carga aplicada sobre

la sección, la cual se ha estimado en un valor del orden de 4 t/m2. Esta carga se

estimó debido al efecto de cargas de desprendimiento y/o empujes eventuales.

Adicionalmente se establecen como cargas posibles el peso propio y efectos de

presiones hidrostáticas ubicadas sobre los costados de las paredes generadas

cuando se utilice el sistema de impermeabilización con geomembrana (…)”

A partir de la modelación geométrica y las propiedades del concreto convencional de 28

MPa de resistencia a la compresión a los 28 días y con diferentes combinaciones de

hipótesis de carga y el empleo del software SAP 90, se determinaron los siguientes

espesores de revestimiento de la Tabla 27 Espesores de revestimiento.

Tabla 27. Espesores de revestimiento

TIPO DE TERRENO ESPESOR MÍNIMO

(cm)

I 0,35

II 0,35

III 0,35

IV 0,40

V 0,40



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DISEÑO GEOTÉCNICO DE PORTALES

Sin duda alguna el diseño y la construcción de portales tuneleros es una de las actividades

más cuidadosas en razón a que estas zonas críticas revisten por lo general el mayor grado

de meteorización de los materiales dada su baja cobertura, que requiere una combinación

de excavación a cielo abierto y excavación subterránea.

Determina el estudio que el portal Boquerón se ubicará en un depósito de coluvión (bloques

de Arenisca dentro de una matriz areno-limosa), suprayaciendo a la formación Guaduas

(conformada por Arcillolitas de resistencia muy baja, donde justamente se ubicará el frontón

del portal). El coluvión presenta un ángulo de fricción interna del orden de 29º, una cohesión

de 0,04 MPa y un peso unitario seco de 1,8 t/m3; mientras que la roca Arcillolita presenta

un ángulo de fricción interna de 27º a 30º, un valor de cohesión del orden de 0,04 MPa y un

peso unitario de 2,2 t/m3.

El portal Melgar se ubicará a su vez en un depósito de terraza conformado por gravas

gruesas y cantos de Arenisca embebidos en una matriz areno-limosa arcillosa,

suprayaciendo la formación Gualanday conformada por Areniscas y conglomerados. El

depósito de terraza se estima con un ángulo de fricción interna estimado de 35º, un valor

de cohesión de 0,04 MPa y un peso unitario de 1,8 t/m3; mientras que para la Arenisca

conglomerática se estima un ángulo de fricción interna superior a 45º, una cohesión de 0,51

MPa y un peso unitario de 2,2 t/m3.

Dada la composición de materiales esperados en las zonas escogidas para la construcción

de los portales de entrada y salida al túnel de Sumapaz, para el análisis de estabilidad se

modelaron mecanismos de falla en suelo (circular o parabólico) y falla en roca (bloque

crítico).

En el caso de fallas en suelo y de acuerdo a las variaciones del ángulo de fricción interna y

la cohesión, se obtuvieron factores de seguridad estática de 1,79 y de sismo 1,15 para el

caso de los taludes del portal Boquerón. Para el caso de los taludes del portal Melgar con

la misma modelación se obtuvieron factores de seguridad estático entre 1,56 y 1,46 y de

sismo entre 1.07 y 1,06.

En el análisis de falla en roca se encontró que para el portal Boquerón es posible que se

presenten al menos dos cuñas de roca potencialmente inestables en el talud frontal con

factores de seguridad no menores a 1,11 y para el talud proyectado con inclinación 1.5 H:

1.0 V, se desarrolla un bloque crítico con un factor de seguridad de 0,87, razón que hace

prever la necesidad de colocar pernos de anclaje. Para el caso del portal Melgar es factible


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en el talud vertical tener dos cuñas potencialmente inestables con factores de seguridad de

3.05 y 0,40 respectivamente mientras que en el talud 1.0 H: 1.0 V, una cuña con factor de

seguridad de 3.09; requiriendo igualmente pernos de anclaje para garantizar la estabilidad

del bloque inestable.

La recopilación de los datos geométricos de las discontinuidades evidenciadas en las zonas

de los portales se realiza en el Anexo 1 Tabla 109 Datos geométricos discontinuidades zona

de portales, y Tabla 110 Bloques críticos zona de portales, al igual que los bloques críticos

anteriormente referidos.

PROGRAMA DE CONSTRUCCIÓN Y PRESUPUESTO.

Corresponde al análisis del programa de construcción y un estimativo de los costos

correspondientes al túnel de Sumapaz, en lo relacionado a la construcción del túnel con sus

portales, los edificios de control y de equipos, el suministro e instalación de equipos

eléctricos y de control y el suministro e instalación de equipos mecánicos; en la Tabla 28

Resumen de costos estimados, se resumen los costos citados.

Tabla 28. Resumen de costos estimados

SECCIÓN DESCRIPCIÓN PRECIO TOTAL

US $

1 OBRA SUBTERRÁNEA $ 40.475.763

2 EDIFICACIONES $ 307.500

3 EQUIPOS ELÉCTRICOS Y DE CONTROL $ 7.597.663

4 EQUIPOS MECÁNICOS $ 656.200

TOTAL US $ 49.037.126


LTDA

En el Anexo 1 de manera discriminada en la Tabla 111 Presupuesto obra subterránea, se

relacionan los costos asociados a la obra subterránea.


PROYECTO


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CAPITULO 2. PROYECTO MODIFICADO. DISEÑOS DE LA FIRMA PONCE DE

LEÓN y ASOCIADOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES – PL&A

Iniciada la etapa de preconstrucción, la firma Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A. -

CABG, haciendo uso de la potestad conferida en el contrato de concesión No. GG-040-

2004, contrató la revisión y elaboración de nuevos diseños de detalle del túnel con la firma

PONCE DE LEÓN y ASOCIADOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES – PL&A, diseños

definitivos Fase III del Túnel de Sumapaz en los cuales se concibió (entre otras alternativas)

un túnel de 3886 m sin ventana, descrito como:

“(…) la optimización de los estudios previos proyectando un túnel con un trazado

más recto, que minimizará los riesgos geológicos y geotécnicos presentes en el

área de estudio y maximizará los beneficios económicos durante la etapa de

operación del proyecto (…)”

Un primer diseño de 2.004, contempló la construcción de tres (3) túneles cortos de 900 m,

1740 m y 770 m de longitud respectivamente, y dos secciones intermedias con excavación

a cielo abierto de 400 m y 140 m, con la pretensión de minimizar los costos operacionales53,

asociados principalmente al sistema de ventilación; adicionalmente con la posibilidad de

contar con seis portales que optimizaría el proceso constructivo al disponer de igual número

de frentes de obra acortando los tiempos de construcción.

Una segunda aproximación conocida en 2.005 estableció la misma configuración anterior

con tres túneles cortos de 780 m, 1730 m y 860 m de longitud respectivamente, y dos

secciones intermedias con excavación a cielo abierto de 1675 m y 600 m, con la pretensión

de atravesar la zona de la Falla de Quininí a tajo abierto.

Serias dificultades en la localización planteada de los portales, así como la controversia

generada con la Entidad Concedente54 que consideró que el contrato estipulaba la

construcción de un túnel de 4.180 m aproximadamente, con una ventana de 30 m según

los diseños iniciales, obligaron al Consultor a reformular el proyecto, lo que finalmente dio

lugar a la solución adoptada en 2.00555, similar a la inicialmente planteada por INGETEC,

consistente en un solo túnel principal con una longitud aproximada de 3.966 m y una

ventana de 207 m de longitud, que corresponde a la obra finalmente ejecutada entre octubre

53 El modelo financiero asociado al proyecto previó un plazo inicial de dieciséis (16) años para alcanzar el

ingreso esperado del Concesionario, tiempo durante el cual subsistía la obligación de operar y mantener la infraestructura construida. 54 El Instituto Nacional de Concesiones - INCO 55 Informe final de estudios y diseños para la construcción del túnel de enero de 2005


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de 2.006 y marzo de 2.010, por la firma colombo ecuatoriana SEMAICA DE COLOMBIA

S.A., y al final de la excavación por la firma colombiana TÚNELES DE COLOMBIA S.A.

La sección de excavación adoptada conserva la configuración geométrica de los estudios

iniciales, esto es una sección en herradura, como la apreciada en la Fotografía 2 Sección

tipo final del túnel de Sumapaz

Fotografía 2. Sección tipo final del túnel de Sumapaz

Fuente propia. Obsérvese en la fotografía la sección en herradura revestida, los andenes perimetrales, la

calzada unidireccional de dos carriles, los sitemas de iluminación y ventilación longitudinal.

Los principales parámetros de diseño del túnel de Sumapaz, establecidos por el Consultor

se resumen en la Tabla 29 Parámetros geométricos de diseño, a continuación:

Tabla 29. Parámetros geométricos de diseño

Portal de entrada Melgar (K89+544.69)

Portal de salida Boquerón (K85+578.15)

Portal ventana Ventana (K88+133.60)

Longitud túnel principal 3966.54 m

Longitud túnel ventana 207.00 m

Tipo de vía Dos carriles unidireccionales, sentido Girardot - Bogotá

Velocidad de diseño y operación 60 kph


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Tipo de terreno encontrado56 I, II, III (A - B), IV (A - B), V y VI

Período de construcción 2006 a 2010

Ancho de carril 3.65 m a c/u, franja de seguridad de 0.50 m y anden de 1.25 m

Pendiente máxima del túnel 4.16%

Gálibo mínimo 4.60 m

Área de servicio promedio 55 m2 Fuente. Adpatación propia del Estudio Final del Túnel de Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

En este Capítulo del estudio de caso que nos ocupa, desarrollaremos los apartes

pertinentes de los estudios y diseños elaborados para la construcción de la obra

subterránea.

GEOLOGÍA

Corresponde a un somero resumen y recopilación de datos del informe final presentado en

enero de 2.005, por el concesionario CABG de los estudios y diseños elaborados por la

firma de ingeniería PONCE DE LEÓN.

DESCRIPCIÓN GENERAL

El estudio realizado pretende determinar la estratigrafía y geología estructural del área

donde se ubicará el túnel de Sumapaz a partir de la recopilación y análisis de estudios

previos, levantamiento de información de campo, resultados de ensayos de laboratorio

sobre muestras tomadas en el sector, así como los sondeos PTS-01 (30m), PTS-02 (18m),

PTS-03 (30m) y PTS-04 (25m), realizados los dos primeros en el sector previsto para el

portal Boquerón y los dos últimos en el sector del portal Melgar y las perforaciones

realizadas a lo largo del alineamiento previsto con profundidades que variaron entre 50 y

100m.

ESTRATIGRAFÍA

En el área del túnel se determinó la presencia de rocas sedimentarias con edades que van

desde el Cretáceo hasta el Terciario, las cuales se encuentran cubiertas parcialmente por

depósitos recientes, tal como se representa en el Anexo 2 Figura 38 Plano Geología

General y se relaciona en la Tabla 30 Períodos geológicos y formaciones rocosas

asociadas, a continuación.

56 Según caracterización de Bienawski


PERIODO GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O FORMACIÓN

NOMENCLATURA

DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Cuaternario

Depósitos

aluviales (Qal)

Materiales sueltos conformados por

bloques y fragmentos subredondeados

a redondeados de Areniscas

principalmente cuarzosas con gravas,

limos y arenas.

Causes del río Sumapaz y sus

quebradas afluentes

Depósitos de

Coluvión (Qc)

Grandes bloques de Areniscas

subangulares a subredondeados

embebidos en una matriz arcillosa.

A lo largo de depresiones

morfológicas limitadas lateralmente

por escarpes rocosos. Sector de la

quebrada La Regadera y Boquerón.

Depósitos de

Coluvión y

Terraza

(Qc+Qt)

Bloques redondeados de Arenisca

cuarzosa en una matriz limoarenosa

Sector del portal de entrada,

conformando la terraza de Melgar

Depósito de

Terraza (Qt)

Depósitos aluviales conformados por

bloques redondeados de Areniscas

cuarzosas, gravas, arenas y limos en

espesores hasta de 30 m

Zonas planas al occidente del portal

de entrada y en el sector de El

Boquerón

Terciario Formación

Gualanday (Tg)

Arcillolitas con intercalaciones de

Areniscas y conglomerados de Cuarzo

y Chert con intercalaciones de

Arcillolitas y Areniscas cuarzosas,

formando un contacto discordante con

las formaciones del Cretáceo

Presente en el extremo occidental

del alineamiento del túnel

Fuente. Adpatación propia del Volumen I.Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

Tabla 30(1) Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas

PERIODO GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O FORMACIÓN

NOMENCLATURA

DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Cretáceo – terciario

Formación Guaduas

(Tkg) Arcillolitas con intercalaciones de estratos gruesos de Arenisca cuarzosa de grano medio a grueso

Presente en el área de estudio principalmente en el sector de El Boquerón

Cretáceo

Grupo Guadalupe (Kg)

Formación Arenisca Tierna

(Kgt)

Areniscas cuarzosas de grano fino a grueso en estratificación gruesa a muy gruesa con intercalaciones delgadas de Arcillolitas.

Su contacto superior es concordante con la Formación Guaduas, en el sector del boquerón y discordante con la Formación Gualanday en el lado occidental del área

Formación Arenisca de Labor

(Kgl)

Capas de Areniscas cuarzosas, predominantemente de grano fino, duras, que se intercalan con capas delgadas de Arcillolitas y Liditas silíceas.

En varios sectores a lo largo del alineamiento del túnel. Los contactos con la Formación Arenisca Tierna y con la Formación Plaeners son concordantes.

Formación Plaeners

(Kgp)

Capas de Arcillolitas silíceas y Lidita en estratificación muy delgada a delgada, con intercalaciones de Arenisca cuarzosas, de grano muy fino a fino, en estratificación media.

En varios sectores del área de estudio. Infrayace a la Formación Arenisca de Labor y suprayace a la Formación Arenisca Dura concordantemente en ambos casos.

Formación Arenisca Dura

(Kgd)

Areniscas cuarzosas color amarillo claro y gris grano fino a medio, compactas, masivas, en estratificación muy gruesa, con intercalaciones delgadas a muy delgadas de Arcillolitas grises a marrones y Liditas.

En la parte media y oriental del área de estudio

Formación Villeta (Kv)

Secuencia de Lutitas con intercalaciones de Areniscas cuarzosas de grano fino y capas de Limolitas y Liditas.

Esta formación no aflora en el área de estudio, se encuentra cubierta por un extenso depósito de coluvión en el sector de Serranías del Sumapaz

Fuente. Adpatación propia del Volumen I.Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.


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Identifica este capítulo la presencia de pliegues, fallas y fracturas en el área de estudio. Con

relación a los pliegues, a continuación, se relacionan, ubican y describen en la Tabla 31

Geología estructural – Pliegues.

Tabla 31 Geología Estructural – Pliegues


Sinclinal El Poblado

Estructura asimétrica con el flanco oriental invertido y su núcleo lo conforman las rocas terciarias de la Formación Gualanday

El trazo de su eje tiene una dirección variable entre N – S a N60ºE y su plano axial tiene una inclinación de 40º en dirección oriental.

Anticlinal El Poblado

Su núcleo lo conforman las rocas terciarias de la Formación Gualanday.

Se desarrolla principalmente en la cuenca de la quebrada La Cascada. Presenta el flanco occidental invertido y su eje muestra una dirección variable entre N15ºE y N70ºE. El plano axial tendría una inclinación de 40º hacia el oriente.

Sinclinal de La Cascada

Su núcleo lo conforman las rocas terciarias de la Formación Gualanday que serían atravesadas entre las abscisas K88+450 y K88+400.

En la cuenca de la quebrada La Cascada. El eje de esta estructura presenta un rumbo predominante N45ºE con un cambio de dirección cerca del río Sumapaz de N30ºW y su flanco oriental se encuentra en posición invertida

Anticlinal de La Palmita

Su núcleo lo conforman las roscas de la Formación Villeta (Kv).

Forma el cerro de la margen izquierda de la quebrada La Palmichala. Es una estructura asimétrica más amplia, con su flanco occidental en posición invertida y su eje tiene una dirección variable de N50ºE a N25ºW hacia la margen del río Sumapaz.

Monoclinal del Sumapaz

Estructura formada principalmente por la secuencia estratigráfica del Grupo Guadalupe y la Formación Guaduas y se caracteriza por que las capas están inclinadas en el mismo sentido en grandes extensiones

La secuencia estratigráfica tiene un rumbo predominante N-E y buzamiento hacia el este.

Fuente. Adpatación propia del Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.


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Los estudios realizados evidenciaron la presencia en el sector de dos fallas geológicas

relevantes, relacionadas en la Tabla 32 Geología Estructural – Fallas.

Tabla 32. Geología Estructural – Fallas


Falla de Melgar

Estructura de tipo inverso cubierta

en su mayoría por depósitos

recientes Qc+Qt. El bloque

oriental sube con respecto al

bloque occidental enfrentando

rocas terciarias de la Formación

Gualanday con rocas del

Cretáceo (formaciones Plaeners y

Arenisca de Labor).

Intersecta el sector en estudio

con un rumbo promedio N30E

buzando 75° hacia el oriente

Falla de Quininí

Estructura de tipo inverso que

pone en contacto las formaciones

Guadalupe Superior con las rocas

de la Formación Villeta, con

cobertura por coluviones extensos

Presente en el sector conocido

como Serranías del Sumapaz

con un rumbo N15E y un plano

de falla buzando 45° hacia el

oriente

Fuente. Adaptación propia del Volumen I. Informe Geológico Túnel sumapaz. Ponce de León y asociados S.A.

La secuencia estratigráfica del área de estudio presenta un contacto discordante entre la

formación Arenisca tierna del Grupo Guadalupe del Cretáceo y la formación Gualanday

perteneciente al Terciario. Esta superficie es irregular y las rocas que están en contacto se

pueden encontrar localmente meteorizadas, blandas o fracturadas, con un espesor

estimado de hasta 20 m o dicha superficie puede coincidir con planos de estratificación de

las rocas cretáceas.

Con relación a las discontinuidades evidenciadas en las formaciones rocosas, en el Anexo

2 Tabla 113 Geología Estructural – Discontinuidades, se relacionas los principales sistemas

encontrados y sus características estructurales a partir de los cuales se modelaron los

diagramas de polos y los planos principales.

HIDROGEOLOGÍA

Basados en las formaciones geológicas y sus rocas constitutivas se estableció en el estudio

su permeabilidad relativa, asociada a sus características propias como: matriz, tamaño de

grano, empaquetamiento, cementación, fracturamiento y estructura geológica; en


PROYECTO


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consonancia con valores obtenidos en los procesos constructivos de túneles en

formaciones geológicas similares, tal y como se describe a continuación en la Tabla 33

Permeabilidad relativa de las unidades hidrogeológicas.

Tabla 33. Permeabilidad relativa de las unidades hidrogeológicas

CLASE PERMEABILIDAD

RELATIVA

FORMACIÓN

GEOLÓGICA LITOLOGÍA

I Muy Alta Depósitos aluviales Bloques, cantos, gravas y arenas

II Alta

Formación Arenisca

Tierna Formación

Arenisca Labor

Formación Arenisca

Dura

Areniscas con intercalaciones de

Arcillolita y Lidita

III Media

Formación

Gualanday

Arenisca conglomerática,

conglomerado y Arcillolita.

Depósitos

Coluviales

Bloques en matriz arcillosa y limo-

arenosa

IV Baja

Depósitos de

Terraza

Gravas finas a gruesas y cantos de

Arenisca soportados en matriz

arenosa y limo-arenosa.

Formación Guaduas Arcillolita con intercalaciones de

Arenisca

V Muy Baja

Formación Plaeners Arcillolita silícea y Lidita

Formación Villeta Lutita con intercalaciones de Lidita,

Limolita y Arenisca

Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

Propone el Consultor estimar los caudales de infiltración esperados, a partir del análisis de

los caudales registrados en túneles excavados en formaciones similares que se registran

en la Tabla 34 Caudales de infiltración proyectos tuneleros cercanos.


PROYECTO


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Tabla 34. Caudales de infiltración proyectos tuneleros cercanos

PROYECTO OBRA FORMACIÓN GEOLÓGICA

LONGITUD (m)

COBERTURA MÁXIMA

(m)

TASA (l-s/m)

MESITAS

Túnel Granada

Depósito Coluvión (Qtl)

165 40 0.0073


1200 60 – 180

Formación

Guaduas (TKg) 220 150

0.0830 Túnel Granada II Rodeo – Ventana


5570 420


770 380

Fallas 170 370

Túnel Granada II Ventana Peñas

Blancas


4250 470

0.0110 Formación

Villeta (Kv)

70 100

Fallas 20 70

Túnel 1 de Fuga y Pozos


380 30 0.0050

Túnel La Guaca y Pozo

2120 230 0.0023

Túnel del salto II


1651 140

0.0090 Formación Chipaque (Kch)

50 80

Túnel del Colegio

Depósito Fluvioglacial (Qtg)

150 60

0.00109 Formación Villeta (Kv)

8373 380

Fallas 65 320

CHINGAZA

Túnel de Usaquén Grupo

Guadalupe (Kg)

2178 320 0.0022

Túnel Santa Bárbara

273 60 0.0015

Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A


PROYECTO


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PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DEL MACIZO ROCOSO

La determinación de las propiedades geomecánicas, físicas y químicas de los materiales a

excavar partió de la estimación de estas propiedades para el macizo rocoso, lo que le

permitió al Consultor evaluar analíticamente el comportamiento esperado de la obra

subterránea, estimando las presiones a las que serían sometidos los elementos de soporte

y revestimiento del túnel, así como las deformaciones esperadas. Dentro de estas

propiedades se evaluaron la resistencia al corte, la cohesión, el ángulo de fricción interna,

el módulo de deformación y el potencial expansivo de la masa de roca en estudio.

Evaluación que parte de las propiedades de la roca intacta y su correlación con las

condiciones del macizo rocoso, donde el grado de fracturamiento y el estado de las

discontinuidades son parámetros fundamentales y determinantes de la resistencia y la

deformabilidad para cada una de las formaciones geológicas identificadas.

Basados en la premisa que la resistencia de la masa de roca está determinada por la

resistencia de la roca intacta y la calidad del macizo rocoso (RQD), a partir de núcleos de

roca, se determinó el módulo de elasticidad como límite superior del valor del módulo del

macizo, valor que decrece a medida que aumenta el grado de fracturamiento de la roca.

RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA Y MÓDULO DE DEFORMACIÓN

El análisis estadístico de los ensayos de compresión inconfinada realizados a especímenes

de roca extraídos de formaciones geológicas similares, permitió establecer los rangos de

valores de resistencia que se transcriben en la Tabla 35 Rango de valores de resistencia a

la compresión inconfinada y en la Tabla 36 Rango de valores del módulo de deformación,

así:

Tabla 35. Rango de valores de resistencia a la compresión inconfinada

FORMACIÓN

RANGO DE VALORES DE RESISTENCIA σci (MPa)

Máximo Mínimo Promedio

Gualanday (Tg) 25 9 17

Arenisca Tierna (Kgt) 40 30 35

Arenisca de Labor (Kgl) 39 28 34

Plaeners (Kgp) 38 26 32


PROYECTO


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FORMACIÓN

RANGO DE VALORES DE RESISTENCIA σci (MPa)


Arenisca Dura (Kgd) 44 31 37

Villeta (Kv) 10 8 9


Tabla 36. Rango de valores del módulo de deformación

FORMACIÓN

RANGO DE VALORES DEL MÓDULO DE DEFORMACIÓN ET50 (103 MPa)


Gualanday (Tg) 5 5 5

Arenisca Tierna (Kgt) 9 8 8

Arenisca de Labor (Kgl) 10 8 9

Plaeners (Kgp) 5 5 5

Arenisca Dura (Kgd) 9 8 8

Villeta (Kv) 0.9 0.9 0.9


COHESIÓN (C) Y ÁNGULO DE FRICCIÓN (Ø)

Al igual que los parámetros definidos anteriormente, la cohesión y el ángulo de fricción son

característicos de la masa de roca y determinantes en el diseño del soporte del túnel,

parámetros determinados con la metodología de Hoek et al 1.995, quienes a partir del

desarrollo del GSI57 como la combinación de la estructura de la masa de roca y las

condiciones de las discontinuidades, a partir de las cuales y mediante formulaciones

matemáticas58 es posible determinar los valores de la resistencia del macizo rocoso (qum),

la cohesión, el ángulo de fricción y el módulo de deformación.

57 Del inglés Geological Strength Index. Sistema propuesto para determinar la reducción de la resistencia de la masa de roca para diferentes condiciones geológicas observadas superficialmente 58 Formulaciones realizadas para un túnel circular que se extrapolan a otras configuraciones geométricas


PROYECTO


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Adicionalmente, la metodología define (a partir de resultados de ensayos sobre núcleos y

registros de clasificaciones geomecánicas), la envolvente de esfuerzos de Mohr - Coulomb

para la masa de roca.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO

Implementando la metodología propuesta por Bieniawski (RMR – 1989)59 y modificada por

J.E. Ardila (2002), el Consultor realizó la clasificación geomecánica del macizo rocoso

determinando el Índice RMR a lo largo del alineamiento del túnel propuesto, acogiendo las

recomendaciones de soporte planteadas por J.E. Ardila (2005) para el RMR modificado, las

que se transcriben en la Tabla 37 Estimación del RMR y recomendaciones de soporte.

La Tabla 38 Recomendaciones de soporte para túneles en roca a partir del RMR

modificado, que se presenta posteriormente, resume para cada uno de los tipos de terreno

definidos más adelante, las recomendaciones básicas del soporte requerido para garantizar

condiciones de estabilidad de la excavación subterránea.

Tabla 37. Estimación del RMR y recomendaciones de soporte.

PARÁMETROS

FORMACIONES GEOLÓGICAS

Tg Kgt Kgl Kgp Kgd Kv

Puntos Puntos Puntos Puntos Puntos Puntos

1.Resistencia a la

compresión simple

(Kg/cm2)

2 - 4 4 4 4 4 2

2. RQD (%) 13 13 - 17 13 - 17 8 13 - 17 8 - 13

3.Separación entre

discontinuidades 10 5 - 15 10 - 15 8 - 15 8 - 20 5

4.Condición de las discontinuidades

4.1 Rugosidad 5 3 - 5 1 - 5 3 - 5 3 - 5 3 - 5

4.2 Apertura 5 4 - 6 4 - 6 4 4 - 5 4 - 6

4.3 Continuidad 5 1 - 4 1- 4 2 - 4 1 - 4 4

59 Clasificación geomecánica que tiene en cuenta la resistencia a la compresión inconfinada, el índice de calidad de la roca (RQD), el espaciamiento entre discontinuidades y su condición, condiciones de agua subterránea y un factor de ajuste por orientación de los estratos.


PROYECTO


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PARÁMETROS


Tg Kgt Kgl Kgp Kgd Kv

Puntos Puntos Puntos Puntos Puntos Puntos

4.4 Alteración 6 5 3 - 5 3 - 5 3 - 5 3 - 5

5. Condición de agua

subterránea 10 - 15 15 15 15 4 - 15 10 - 15

6. Ajuste por orientación

de estratos -5 -5 -5 -5 -5 -5

RMR estimado

51 - 58 43 - 66 46 - 71 42 - 55 35 - 70 34 - 50

Tipo de soporte

recomendado a partir del

RMR modificado

IIIB IVA-IIIA IVA-IIIA IVA-IIIB IVA–

IIIA IVB-IIIB


Tabla 38. Recomendaciones de soporte para túneles en roca a partir del RMR – (J.E. Ardila.2005)

Sección A. Diámetros entre 10 m y 14 m

RMR CLASE PERNOS (1) CONCRETO

NEUMATICO

MALLA (4) (5)

ARCOS

METALICOS

Localización (2) L (%) SR SL e (3) Capas Tipo (6) SL

91-100 I Ocasionales 60 a 80 - - 0-5 0-1 Ocasional - -

81-90 II Sec superior 60 a 80 3.00 1.50 5-10 1 Sencilla - -

66-80 IIIA Sec superior e inferior 80 a 100 2.50 1.50 10-15 1-2 Sencilla - -

51-65 IIIB Sec superior e inferior 80 a 100 2.00 1.00 10-15 1-2 Sencilla HEB-100 1.00

36-50 IVA Sec superior e inferior (7) 100 a 120 1.50 1.00 15-20 2-3 Sencilla HEB-100 1.00

21-35 IVB Sec superior e inferior (7) (8) 120 a 140 1.00 0.75 15-20 2-3 Sencilla HEB-100 0.75

11-20 V Sec superior e inferior (7) (8) 140 a 160 0.75 0.50 20-25 3-4 Doble HEB-160 0.50

0-10 VI Se requieren sistemas especiales de soporte (7) (8) 20-25 3-4 Doble HEB-160 0.50

Sección A. Diámetros entre 7 m y 10 m

RMR CLASE PERNOS (1)

CONCRETO

NEUMATICO MALLA (4)

(5)

ARCOS

METALICOS

Localización (2) L (%) SR SL e (3) Capas Tipo (6) SL

91-100 I Ocasionales 80 a 100 - - 0-5 0-1 Ocasional - -

81-90 II Sec superior 80 a 100 2.50 1.50 5-10 1 Sencilla - -

66-80 IIIA Sec superior e inferior 100 a 120 2.00 1.50 10-15 1-2 Sencilla - -

51-65 IIIB Sec superior e inferior 100 a 120 1.50 1.00 10-15 1-2 Sencilla HEB-100 1.00

36-50 IVA Sec superior e inferior (7) 120 a 140 1.00 1.00 15-20 2-3 Sencilla HEB-100 0.75

21-35 IVB Sec superior e inferior (7) (8) 120 a 140 0.75 0.75 15-20 2-3 Sencilla HEB-100 0.75

11-20 V Sec superior e inferior (7) (8) 140 a 160 0.50 0.50 20-25 3-4 Doble HEB-160 0.50

0-10 VI Se requieren sistemas especiales de soporte (7) (8) 20-25 3-4 Doble HEB-160 0.50



PROYECTO


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NOTAS.

(1) Disposición espacial de pernos en tres bolillos.

L = Longitud medida como porcentaje del radio de excavación en m, aprox.

SR = Separación Radial (m),

SL = Separación Longitudinal (m).

Los pernos deberán ser de 25 mm y en lo posible instalados mediante el uso de resinas.

Según el comportamiento del macizo rocoso, se requerirán pernos en Spilling y/o en la

solera.

(2) Cuando se hace referencia a sección superior e inferior, se infiere que la sección de

excavación podrá ser subdividida en las etapas que sea necesario para garantizar la

estabilidad de la misma y por ende la instalación de los diferentes elementos de soporte

deberá acoplarse a dichas etapas.

(3) La unidad para e, espesor mínimo de concreto neumático, es el (cm), sin tener en cuenta

la sobre excavación. El concreto neumático podrá ser reforzado con fibras metálicas,

salvo, en la capa en contacto con la membrana impermeable para túneles viales o en la

última capa en el caso de túneles que no vayan a ser revestidos en concreto

convencional. No se recomienda el uso de fibras metálicas en terrenos con presencia

de alto contenido de humedad.

(4) La malla doble podrá ser remplazada por una sola de mayor rigidez

(5) El uso de malla electrosoldada podrá obviarse en aquellos terrenos en que se use

concreto neumático reforzado con fibras metálicas, salvo, en aquellos terrenos en los

cuales debido al grado de fracturamiento de la roca o donde se prevea el deslizamiento

de cuñas potencialmente inestables comprometa la seguridad de la obra

(6) El tipo de arco propuesto podrá ser reemplazado por uno similar en cuanto a Kg/m

equivalente y torque.

(7) En estos tipos de terreno, puede ser necesario cerrar el arco inferior "solera" con

concreto neumático o de no ser posible en concreto convencional a fin de estabilizar lo

más rápido posible la sección de excavación que se esté ejecutando.

(8) Los sistemas especiales de soporte hacen referencia especialmente a sistemas de pre

soporte tales como micropilotes, paraguas de jet grouting, pernos tipo C, pernos en fibra

de vidrio y en ocasiones inyecciones de consolidación, los cuales, pueden requerirse en

terrenos con bajas capacidades de auto soporte.

(9) Las recomendaciones de soporte aquí planteadas son para túneles y obras

subterráneas excavadas mediante el sistema convencional de perforación y voladura

esencialmente


PROYECTO


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DISEÑO DEL SOPORTE DEL TÚNEL DE SUMAPAZ

Según lo consignado en el informe geotécnico de obras subterráneas y portales por la

Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A., el soporte de la excavación del túnel

de Sumapaz se diseñó a partir de la filosofía establecida en el NATM60 y en las

recomendaciones establecidas por J.E. Ardila (2005) a partir de la valoración del RMR,

enfocado a:

“(…) permitir la deformación controlada de la excavación para reducir la presión

del terreno, y lograr una utilización más eficiente de la roca circundante al tomar

ventaja de la capacidad que ésta posee para soportarse a sí misma, mediante la

generación de un arco de roca reforzado (…)”

Refieren además los autores del estudio como principios básicos del NATM61 los que a

continuación se transcriben:

“(…)

o Movilización de la resistencia de la masa de roca. La base teórica del método

involucra la relación entre los esfuerzos y las deformaciones que se generen

alrededor de la excavación, de acuerdo con la teoría de la falla por cortante

(Sattler). Se busca promover la resistencia inherente a la masa de roca siendo

esta la principal componente del soporte. El soporte primario está dirigido a

permitir que la roca se autosoporte, y por lo tanto deberá poseer unas

características de resistencia y deformación adecuadas a las condiciones de la

roca y deberá ser colocado en el momento oportuno.

o Protección superficial. Para preservar la capacidad de soporte de la roca, los

desprendimientos y las deformaciones excesivas de la excavación deben ser

controlados. Esto se logra mediante una protección superficial como la que

aporta una delgada capa de concreto lanzado, el cual está en contacto total con

las paredes de la excavación y es lo suficientemente flexible para deformarse

simultáneamente con éstas.

o Instrumentación. Las deformaciones alrededor de la excavación deben ser

monitoreadas de manera continua y sistemática, para confirmar que el soporte

elegido se ajusta a las condiciones de la roca. Esto suministra información

relacionada con la estabilidad del túnel y permite la optimización del soporte

requerido para lograr la formación del arco de roca auto soportante.

60 Del inglés New Austrian Tunelling Method 61 Según lo establecido originalmente por Rabcewicz y posteriores revisiones y actualizaciones de Rabcewicz y Golser, Muller, Pacher, Sattler, entre otros.


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o Flexibilidad del Soporte. Este aspecto hace referencia no solo a las propiedades

de deformabilidad de los elementos de soporte, sino a la versatilidad y agilidad

con que este pueda colocarse y adaptarse a las cambiantes condiciones típicas

durante excavación.

o Cerramiento del arco interior. Como se infiere de lo indicado anteriormente, se

busca un soporte activo en lugar de pasivo, por lo cual el factor tiempo es

fundamental. Por lo tanto, la secuencia de instalación del mismo debe realizarse

de tal forma que permita el máximo desarrollo de la resistencia inherente del

macizo. Al considerar el proceso de interacción masa de roca – soporte (curva

de reacción del terreno), en muchas ocasiones es preferible permitir unas

deformaciones controladas, lo que al generar una relajación de esfuerzos reduce

la presión que debe resistir el soporte (…)”

Adicionalmente, enuncia el informe la necesidad de un adecuado manejo contractual que

permita cuantificar y valorar las modificaciones que se implementen en los métodos

constructivos y de soporte en desarrollo de la obra, de conformidad con las condiciones del

macizo rocoso, proponiendo la clasificación mancomunada (Contratista – Interventor) del

terreno con cada avance del proceso de perforación y voladura, para que en su parecer:

“(…) los riesgos involucrados inherentes a las excavaciones subterráneas sean

compartidos equitativamente entre Contratista y Contratante (…)”

CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO

De acuerdo con el comportamiento de los materiales constitutivos del macizo rocoso que

se estima será atravesado por la obra subterránea, asociado a su resistencia y

deformabilidad, el Consultor estableció como una clasificación general tres tipos de rocas,

a saber:

i. Rocas blandas de la Formación Villeta (Kv) ii. Rocas duras asociadas al grupo Guadalupe (Kg) iii. Rocas conglomeráticas asociadas al Grupo Gualanday (Tg)

A partir de esta clasificación se hace una descripción con énfasis en las condiciones críticas

y recomendaciones a tener en cuenta en el desarrollo del proceso constructivo, aspectos

que se resumen a continuación en la Tabla 39 Caracterización del macizo rocoso. Rocas

blandas, Tabla 40 Caracterización del macizo rocoso. Rocas duras y Tabla 41

Caracterización del macizo rocoso. Rocas conglomeráticas, respectivamente.

Tabla 39. Caracterización del macizo rocoso. Rocas blandas.

TIPO DESCRIPCIÓN CONDICIONES CRÍTICAS RECOMENDACIONES

Rocas

Blandas

(Formación

Villeta - Kv)

Corresponde a los materiales con las

propiedades geomecánicas más pobres de

todo el proyecto, con coberturas entre 25 y

50 m.

Se anticipan presiones bajas por empuje del

terreno.

En el resto de esta formación y donde la

estabilidad de la excavación no esté

controlada por las presiones de expansión,

se anticipa que la estabilidad del túnel estará

controlada por las presiones de

desprendimiento debido al grado de

fracturamiento que exhibe la roca por la

transición gradual entre los depósitos de

coluvión y el contacto entre rocas altamente

meteorizadas a rocas de baja meteorización,

donde según análisis basados en

experiencias anteriores de la Formación

Villeta, los diversos sistemas de

discontinuidades existentes pueden producir

una partición de roca, que en combinación

con la frecuencia y continuidad de estos

sistemas generan fragmentos de roca de

dimensiones relativamente pequeñas que

implican un bajo autosoporte durante la

excavación.

En este tipo de terreno pierde

relevancia la formación de cuñas,

pues de acuerdo con la filosofía del

NATM, priman las presiones de

desprendimiento producto del

desconfinamiento de la roca

circundante.

Dado el grado de fracturamiento

anticipado, se espera que dichas

presiones se manifiesten a manera

de sobrecarga uniformemente

distribuida sobre el soporte

instalado.

El ancho del anillo de roca afectado

se determina analíticamente a partir

de los análisis de esfuerzos y

deformaciones.

Durante la excavación de la

obra subterránea en este tipo

de rocas, debe tenerse en

cuenta que las rocas blandas

como son las Lutitas son

altamente susceptibles a la

alteración al entrar en contacto

con el aire y el agua, lo que

podría dar lugar a la alteración

y al deterioro de las superficies

de excavación y podría

generar presiones de

expansión. Por lo tanto, se

considera importante la

protección inmediata de las

superficies expuestas con

concreto lanzado. Debido a la

presencia de rocas blandas

(Lutitas), es posible que se

desarrollen presiones de

expansión con niveles medios,

los cuales deberán ser

controlados oportunamente

mediante la implementación de

la solera curva diseñada para

este tipo de terrenos.

Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

Tabla 40. Caracterización del macizo rocoso. Rocas duras.

TIPO DESCRIPCIÓN CONDICIONES CRÍTICAS RECOMENDACIONES

Rocas Duras

(Grupo

Guadalupe -

Kg)

Rocas compuestas por Areniscas con

intercalación de Arcillolitas, Liditas, Limolitas

y ocasionalmente Lutitas, con coberturas

entre 25 y 150 m.

En zonas de baja cobertura el

comportamiento de la excavación

estará controlado por el grado de

fracturamiento de la roca, las

presiones de desprendimiento

asociadas y la formación de cuñas

potencialmente inestables.

En las zonas de mayores

coberturas, su comportamiento

estará controlado por el peso de las

capas de roca circundantes y por el

grado de fracturamiento de la roca,

asociada a presiones de

desprendimiento.

Durante la excavación deberá

siempre haber perforaciones

de exploración en el túnel de

por lo menos 10 m de longitud

delante del frente de

excavación.

De presentarse infiltraciones

significativas que generen flujo

de arena hacia el túnel,

deberán implementarse

sistemas de mitigación.

Fuente. Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

Tabla 41. Caracterización del macizo rocoso. Rocas conglomeráticas.

Tipo Descripción Condiciones críticas Recomendaciones

Rocas

Conglomeráticas

(Formación

Gualanday - Tg)

Rocas compuestas por Arcillolitas con

intercalaciones de Areniscas y

conglomerados, con coberturas máximas

de 100 m.

La estabilidad en este tipo de

rocas estará gobernada por las

presiones de desprendimiento

asociadas a la caída de bloques y

también particularmente al peso

de las capas de roca circundantes

Requiere implementar

sistemas complementarios de

soporte durante la excavación



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DEFINICIÓN DE TIPOS DE TERRENO

Basado en las clasificaciones anteriores de los macizos rocosos, estableció el estudio los

tipos de terreno que se describen a continuación y que se esperaba serian encontrados a

lo largo de la excavación.

i. Terreno Tipo I

Define esta clasificación al terreno conformado por Areniscas duras, poco fracturadas, bien

cementadas y estables. En estos sectores se esperaba que la excavación del túnel

avanzara sin necesidad de ningún tipo de soporte en el frente de excavación, excepto el

requerido por seguridad y para estabilizar bloques aislados.

Las filtraciones que se pudieren presentar a través de fracturas abiertas, se esperaba que

no afectaran significativamente la estabilidad de la excavación, pero debían ser controladas

con medidas de mitigación de empujes hidrostáticos sobre bloques de roca potencialmente

inestables.

ii. Terreno Tipo II

En esta clasificación se encuentran las Areniscas con intercalaciones bajas de Limolitas y

Liditas, moderadamente fracturadas a fracturadas y sanas. La redistribución de esfuerzos

y la alteración de materiales en este terreno pueden ocasionar en el tiempo

desprendimientos al abrirse las discontinuidades.

Se estimó conveniente implementar medidas oportunas de protección de las superficies

expuestas que evitara la meteorización y la pérdida de cementación al contacto con el aire

o el agua.

iii. Terreno Tipo IIIA

Definido para Areniscas con intercalaciones de Limolitas y Liditas fracturadas a muy

fracturadas, con grado de alteración bajo a moderado, con alta resistencia en relación con

la cobertura; por el elevado grado de fracturamiento y su elevado potencial a alterarse, el

material puede generar desprendimientos en el frente de excavación, los cuales deben ser

controlados oportunamente para evitar el desconfinamiento de la masa circundante.


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La susceptibilidad de los materiales a alterarse en contacto con aire o agua y las

infiltraciones de baja magnitud esperadas aumentan la probabilidad de desprendimientos;

por tanto, se requiere protección oportuna de superficies expuestas.

iv. Terreno Tipo IIIB

Corresponde a terrenos no consolidados conformados por Areniscas moderadamente

fracturadas a fracturadas con intercalaciones de Limolitas, Liditas, Arcillolitas y

ocasionalmente Lutitas fracturadas y meteorizadas, de baja resistencia en relación con los

esfuerzos actuantes que puede generar una zona de desconfinamiento alrededor de la

excavación, y empujes ligeros a moderados del terreno.

Las infiltraciones podrían desencadenar expansión del terreno y desprendimientos en el

caso de las Lutitas y Limolitas, que deberían ser controladas inmediatamente.

v. Terreno Tipo IVA

Conformado por Areniscas fracturadas con intercalaciones de Limolitas, Liditas, Arcillolitas

y ocasionalmente Lutitas muy fracturadas y meteorizadas de consistencia media a blanda,

que por su carácter no consolidado y baja resistencia en relación con los esfuerzos

actuantes, pueden generar una zona de desconfinamiento alrededor de la excavación,

empujes del terreno y deformaciones, que requieren implementar soporte flexible, para

minimizar la degradación de la masa rocosa.

Las infiltraciones de baja magnitud pueden ocasionar desprendimientos por arrastre de

material friable; se requiere por tanto control oportuno de infiltraciones.

vi. Terreno Tipo IVB

Definida esta tipología para Areniscas muy fracturadas con intercalaciones de Limolitas,

Liditas, Arcillolitas y ocasionalmente Lutitas muy fracturadas y a Lutitas fracturadas con

intercalaciones de Arenisca meteorizada y/o friable, que al igual que en las clasificaciones

anteriores y por su carácter no consolidado y su baja resistencia en relación con los

esfuerzos actuantes, genera una zona de desconfinamiento de ancho considerable

alrededor de la excavación que puede llegar a producir empujes importantes del terreno,

deformaciones significativas.


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Previó el diseñador la construcción en este tipo de terrenos de solera curva para minimizar

las deformaciones; igualmente la instalación de soporte flexible y el control oportuno de las

superficies expuestas para evitar la degradación del material en contacto con aire y agua.

vii. Terreno Tipo V

Clasificación del terreno en cercanía de los portales (escasa cobertura), donde se espera

encontrar zonas altamente sobre esforzadas, conformadas por Lutitas o Limolitas trituradas.

El control del desconfinamiento alrededor de la excavación requiere en este caso la

instalación inmediata de soporte rígido y solera curva; el proceso constructivo requiere

seguramente sistemas de presoporte previos al avance de excavación del frente, con

especial control de infiltraciones para evitar el arrastre de material.

viii. Terreno Tipo VI

Lo constituyen los depósitos de coluvión y los suelos residuales de consistencia blanda a

muy blanda, que por su carácter no consolidado y su baja resistencia en relación con los

esfuerzos actuantes, permite la generación de zonas de desconfinamiento de ancho

considerable alrededor de la excavación, empujes del terreno, deformaciones significativas,

que requieren el empleo de soporte rígido, y un sistema de presoporte antes de avanzar

con la excavación para evitar el desconfinamiento de la roca; así como el control

permanente de las infiltraciones que pudieran ocasionar desprendimientos por arrastre de

material.

ELEMENTOS DE SOPORTE

El Consultor con base en las características propias de los tipos de terreno previstos, el

empleo de la metodología establecida por el NATM y las recomendaciones de soporte para

túneles en roca a partir del RMR modificado, determinó el empleo de los siguientes

elementos de soporte:

i. Concreto lanzado reforzado con fibras metálicas. Componente básico del sistema

de soporte para sellado de la clave y las paredes inmediatamente después de la excavación

y prevenir cargas de desprendimiento; adicionalmente para estabilizar la humedad del

terreno e impedir los descascaramientos por desecación.

ii. Pernos de anclaje localizados. Para coser bloques o cuñas de roca potencialmente

inestables y para el pernado sistemático de sectores específicos que así lo requieren


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conformando un anillo de roca reforzado que permite el desarrollo y aprovechamiento de la

capacidad de autosoporte de la roca.

iii. Arcos metálicos semirrígidos. Por su geometría permiten acomodar las

deformaciones de la excavación en roca competente sin ser sobre esforzados, empleados

para control de desprendimientos iniciales en los terrenos con bajo tiempo de autosoporte

después de realizada la excavación. En zonas conformadas por suelos o roca poco

competentes y de baja cobertura se requiere la colocación sistemática de arcos rígidos.

iv. Otros elementos. Como abanicos o paraguas de micropilotes y pernos hacia delante

del frente de excavación en terrenos con tiempo de autosoporte bajo.

ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES.

El diseño del soporte requerido para la obra subterránea obedeció al siguiente

procedimiento:

i. Determinación de la presión de soporte de los elementos previstos y su combinación.

ii. Determinación de la curva de reacción del terreno por tipo de roca.

iii. Valoración de deformaciones previsibles con y sin soporte para las condiciones críticas

y coberturas mínimas.

iv. Cuantificación de la zona plástica alrededor de la excavación con el empleo del software

ROCSUPPORT, determinado la curva característica del macizo rocoso

Soporte de rocas blandas. Formación Villeta (Kv)

o Soporte máximo. El análisis estimó que el máximo soporte requerido para estabilizar

el túnel para todas las condiciones de esfuerzos considerados corresponde a la

conformación de anillos de pernos de 25 mm de diámetro en un patrón de 1 x 0.75

m, 15 a 20 cm de concreto lanzado con una resistencia de 35 MPa a los 28 días y

arcos HEB - 100 separados cada 1 m.

o Zonas plásticas. Recomienda el estudio la instalación del soporte cerca del frente

de excavación, lo que garantizará que en Lutitas se presenten zonas plásticas o

sobre esforzadas relativamente superficiales, que para coberturas hasta de 50 m no

superan los 5 m de profundidad.

o Deformaciones totales. Con la misma consideración anterior, esto es la instalación

del soporte en su oportunidad cerca al frente de excavación, se esperan

deformaciones totales bajas en las paredes del túnel.


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Es importante en todo caso tener presente que, en las rocas blandas se debe tener especial

cuidado con la secuencia de excavación e instalación del soporte; las deformaciones de la

masa de roca serán importantes requiriendo para su control la instalación de soporte

adelante de la excavación.

Soporte de rocas duras. Grupo Guadalupe (Kg)

o Soporte máximo. Para estabilizar el túnel para todas las condiciones de esfuerzos

considerados se requiere conformar en este caso anillos de pernos de 25 mm de

diámetro en un patrón de 2 x 1 m, 10 a 15 cm de concreto lanzado con una

resistencia de 35 MPa a los 28 días y arcos HEB - 100 separados cada 1 m.

o Zonas plásticas. Recomienda el estudio la instalación del soporte cerca del frente

de excavación, lo que garantizará que en las Areniscas con coberturas hasta de

150 m, se presenten zonas plásticas o sobre esforzadas relativamente

superficiales.

o Deformaciones totales. La instalación del soporte en su oportunidad cerca al frente

de excavación garantizará que las deformaciones totales de las paredes (que

incluyen las de la masa de roca antes de excavar el túnel), sean bajas.

Soporte de rocas conglomeráticas. Formación Gualanday (Tg)

o Soporte máximo. El análisis efectuado muestra que el máximo soporte para

garantizar la estabilidad del túnel para las condiciones de esfuerzos consideradas

está conformado por anillos de pernos de 25 mm de diámetro en un patrón de 3 x

3 m, 5 a 10 cm de concreto lanzado con una resistencia de 11 MPa a los 28.

o Zonas plásticas. En este tipo de material rocoso las zonas plásticas para coberturas

hasta de 100 m son superficiales y no mayores de 2 m.

o Deformaciones totales. Con la instalación del soporte en su oportunidad cerca al

frente de excavación se garantizará deformaciones totales siempre bajas.

Posteriormente a la definición de los tipos de terreno esperados y al soporte requerido, con

el empleo de métodos de cálculo por elementos finitos y de frontera, en este caso con el

empleo del software PHASE2, para las condiciones geométricas reales de la excavación

proyectada se realizó el análisis de sensibilidad de esfuerzos y la estimación tanto gráfica

como numérica de las deformaciones asociadas.

La interpretación realizada a los contornos de las zonas de igual factor de seguridad contra

la falla al esfuerzo cortante permitió concluir que para los materiales de propiedades

geomecánicas y coberturas críticas, esto es inferiores a 50 m, la zona sobre esforzada o


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plastificada, es decir aquella que se encuentra por debajo de un factor de seguridad igual a

F.S = 1.5 no será mayor de 8 m considerando excavaciones de una sola etapa. Estas

zonas sobre esforzadas se podrán controlar de manera adecuada con el uso de los

sistemas de soporte seleccionados para cada tipo de terreno.

A manera de ejemplo en el Anexo 2 se ilustra la condición para el caso de excavación en

rocas blandas de la Formación Villeta para cobertura de 50 m; en la Figura 39 Factor de

seguridad y deformación sin soporte y Figura 40 Factor de seguridad y deformación con

soporte.

ANÁLISIS DE CUÑAS POTENCIALMENTE INESTABLES

Con el empleo del software UNWEDGE62 para el estudio de bloques críticos y con base en

los reconocimientos de campo que permitieron estimar las familias de discontinuidades

predominantes y sus aptitudes, realiza el estudio el análisis de cuñas potencialmente

inestables de manera sectorizada, lo que permitió determinar medidas adicionales de

soporte para garantizar su estabilidad. Es importante resaltar la advertencia que realiza el

Consultor, al mencionar que:

“(…) Las orientaciones y condiciones de las discontinuidades corresponden a las

observadas en superficie, y se puede esperar que éstas sean diferentes en

profundidad. Durante la excavación debe realizarse levantamientos geológicos

en la medida que avance cada tramo para confirmar la presencia de cuñas y

estimar que soporte es necesario. Por lo tanto, es indispensable revaluar estos

resultados con base en la información obtenida durante la excavación del túnel,

pues es evidente que los bloques críticos y su factor de seguridad, cambiarán

dado que habrá cambios en la dirección y buzamiento de los sistemas de

discontinuidades a lo largo del alineamiento, y podrán aparecer otras que en este

análisis no se han tenido en cuenta (…)”

Concluye el análisis de cuñas que:

“(…) Se puede evidenciar que las posibles cuñas a las que se pueda dar origen

durante la excavación de cada tramo podrán ser estabilizadas mediante el uso

de los sistemas de soporte diseñados (…)”

62 Software para el análisis de estabilidad 3D, para excavaciones subterráneas en roca que contengan discontinuidades.


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SECTORIZACIÓN DE LAS OBRAS SUBTERRÁNEAS Y REQUERIMIENTOS DE

SOPORTE

Como se describió en apartes anteriores, a partir de la información geológica y geotécnica

recopilada y los resultados de los análisis realizados, el Consultor previó ocho tipos de

terreno a lo largo del eje del túnel proyectado, correspondiente a los Tipos I, II, IIIA, IIIB,

IVA, IVB, V y VI, anticipando que la mayor parte corresponderá a terrenos Tipos IIIA y IIIB,

mientras que en zonas cercanas a los portales y de falla se encontrarán terrenos Tipo V y

VI.

Para cada uno de estos tipos de terreno estableció el correspondiente soporte

esquematizado en el Anexo 2, Figura 41 Soporte para terrenos tipo I y II, Figura 42 Soporte

para terrenos tipo IIIA y IIIB, Figura 43 Soporte para terrenos tipo IVA y IIVB, Figura 44

Soporte para terrenos tipo V y VI, correspondientes a los Planos 197-PL-ST05, 197-PL-

ST06, 197-PL-ST05 07 y 197-PL-ST05 08, respectivamente.

Con relación a las etapas de excavación, establece el estudio para terrenos tipo I y tipo II,

que se podrá realizar en una sola etapa sin exponer completamente bloques o cuñas de

roca potencialmente inestables, de tal forma que el soporte requerido para su estabilización

pueda ser colocado progresivamente en la medida que avanza la excavación; a su vez en

terrenos tipo IIIA, tipo IIIB y tipo VIA, se establece la excavación del túnel en al menos dos

etapas, con la salvedad que si las condiciones del terreno lo exigen se subdivida la sección

superior en tres etapas y finalmente establece que para terrenos tipo IVB, tipo V y tipo VI,

será obligatoria la excavación en tres etapas.

Recomienda, no obstante, que la secuencia de avance de la excavación se adapte de

acuerdo con lo encontrado en el frente de avance y los resultados de la instrumentación de

la excavación.

DISEÑO DEL REVESTIMIENTO DEL TÚNEL

El revestimiento diseñado por el Consultor está enfocado a mejorar las condiciones

estéticas y de operación de la obra subterránea (pérdidas por fricción en el sistema de

ventilación), minimizando costos de operación y mantenimiento, considerado que el soporte

instalado durante la excavación de las diferentes obras subterráneas será suficiente para

estabilizar la excavación; no obstante, tiene en cuenta dos aspectos relevantes del uso de

concreto convencional:


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i. Garantizar la estabilidad de la obra con presencia de rocas muy fracturadas, y/o erodables

que se pueden deteriorar por presencia de agua, generando con el tiempo

desprendimientos o generar cargas sobre el soporte produciendo agrietamientos y fallos.

ii. Estabilización del terreno en zonas de empujes donde el soporte temporal no es

suficiente para estabilizar la masa de roca.

INSTRUMENTACIÓN

La concepción del NATM, está enfocada al monitoreo durante y después del proceso

constructivo de una obra subterránea, concepto que mantiene el Consultor al recomendar

la instrumentación adecuada para garantizar observar el comportamiento del soporte o el

revestimiento mediante mediciones sistemáticas en el tiempo y la adopción de medidas

oportunas que garanticen la estabilidad y seguridad de la obra en proceso.

Para tal efecto dispuso el estudio:

o Medida de convergencia de las paredes de la excavación mediante la instalación

de argollas y extensómetros.

o Medición de los movimientos de la masa de roca mediante extensómetros de una

posición anclados a diferentes profundidades (dos extensómetros de una posición

por punto de medida).

o Determinación de deformaciones en clave y solera a partir de nivelaciones

topográficas en puntos coincidentes con las estaciones de instrumentación con

extensómetro de cinta.

o Registro continuo de discontinuidades para monitoreo de comportamiento de

cuñas o bloques potencialmente inestables durante el avance de obra.

En el Anexo 2 se presentan los esquemas correspondientes en la Figura 45 Instrumentación

terrenos tipo I, II, y III, Figura 46 Instrumentación terrenos tipos IV, V y VI correspondientes

a los Planos 197-PL-T-IN08 y 197- PL-T-IN09.

DISEÑO GEOTÉCNICO DE PORTALES

En este aparte el estudio presenta la descripción de los sectores escogidos para la

construcción de los portales de entrada (Melgar) y salida (Boquerón) y su diseño desde el

punto de vista geotécnico. El análisis de estabilidad estática y dinámica que realizó el

Consultor parte de la definición del perfil estratigráfico y las propiedades Geomecánicas de


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los materiales allí presentes, establecidas en estudios anteriores de referencia, así como

análisis de bloques críticos o cuñas potencialmente inestables y su factor de seguridad de

acuerdo con la predominancia de familias de discontinuidades

PORTAL MELGAR

El portal de entrada se proyectó a construir en la abscisa K89+790, sector caracterizado

por la presencia de Areniscas cuarzosa de las formaciones Arenisca de Labor y Arenisca

Tierna, cubiertas parcialmente por un depósito de terraza con un espesor superior a 10 m,

conformado por bloques sub-redondeados a sub-angulares, de Arenisca cuarzosas, con

diámetros hasta 2m, embebidos en una matriz limo-arenosa, presentando condiciones

favorables por su buzamiento en contra de la pendiente natural del terreno; no obstante lo

cual, se espera encontrar roca altamente fracturada y plegada localmente con ocasión de

la presencia cercana de la falla de Melgar. Identifica el estudio las familias de

discontinuidades reportadas en la Tabla 42 Sistemas de discontinuidades portal Melgar:

Tabla 42. Sistemas de discontinuidades portal Melgar

SISTEMA RUMBO TIPO BUZAMIENTO ESPACIAMIENTO

E N24°E Estratificación 69°SE 0.2m – 0.6m 0.6m – 2.0m

S1 N49°W Diaclasa 78°NE 0.2m – 0.6m

S2 N40°W Diaclasa 80°SW 0.2m – 0.6m 0.6m – 2.0m

S3 N74°E Diaclasa 75°NW 0.2m – 0.6m


Usando las proyecciones estereográficas se pudo observar que el talud frontal está

afectado por tres cuñas caracterizadas como se establece en la Tabla 43 Formación de

cuñas, así:

Tabla 43. Formación de cuñas

CUÑA COMBINACIÓN ÁNGULO

C1 S1-S3-E 26°

C3 S2-S3 32°

C4 S2-E 18°


Los taludes en el costado sur no están afectados por las cuñas dado que están favorables

a la orientación y buzamiento de las discontinuidades, mientras que en el costado norte se

prevén rellenos y no cortes.


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Recomienda el estudio el manejo de estas discontinuidades mediante taludes con

pendientes de 1H:3V garantizando el control de las cuñas C1 y C4. Para contrarrestar los

bloques inestables generados por las cuñas C3 (factor de seguridad estático el cual es de

0.98 y el pseudoestático de 0.71) se deberá utilizar protección con malla y pernos con una

longitud libre de 1.70m y una inclinación de 10° con la horizontal, una resistencia de 40

toneladas con una longitud máxima de 6.0m. El talud deberá protegerse con malla

electrosoldada y concreto lanzado.

PORTAL BOQUERÓN

A su vez, establece el estudio la ubicación del portal Boquerón en la abscisa K85+640,

caracterizado por la presencia de un depósito de coluvión conformado por Areniscas

cuarzosas de la Formación Arenisca Tierna que buzan en el mismo sentido de la pendiente,

es decir, en forma desfavorable. Por lo anterior, los cortes que se realicen podrán generar

deslizamiento de bloques a lo largo de los planos de estratificación. Identifica igualmente el

estudio las familias de discontinuidades reportadas en la Tabla 44 Sistemas de

discontinuidades portal Boquerón.

Tabla 44. Sistemas de discontinuidades portal Boquerón

SISTEMA TIPO RUMBO BUZAMIENTO ESPACIAMIENTO

E Estratificación N36°E 37°SE 4.0m – 9.0m

S1 Diaclasa N40°W 86°NE 0.6m – 2.0m

S2 Diaclasa N28°W 41°SW 0.6m – 2.0m


Los cortes a cielo abierto en el depósito de coluvión para el acceso al portal se recomienda

realizar con una pendiente máxima sea de 1.5H:1V y una altura máxima de 10 m, con un

factor de seguridad estático del orden de 1.26; el análisis pseudoestático reduce el factor

de seguridad en un 15%. Cortes de mayor altura requieren estabilización con anclajes del

orden de 20 m de profundidad con las recomendaciones relacionadas en la Tabla 45

Distribución de anclajes.

Tabla 45. Distribución de anclajes

ALTURA DE TALUD NÚMERO DE

FILAS

RESISTENCIA DEL

ANCLAJE (ton)

ÁREA POR ANCLAJE

(m2)

Entre 1-0 y 20m 1-3 40 9

Entre 20 y 30m 3-7 40-60 7.5

Entre 30 y 40m 7-10 70-80 6.2



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Adicionalmente recomienda el estudio la conformación de bermas en el talud cada 10 m de

altura de 5.0 m de ancho con sus correspondientes cunetas revestidas para el control de

agua de escorrentía superficial.

Usando las proyecciones estereográficas se pudo observar que el talud frontal está

afectado por tres cuñas caracterizadas como se establece en la Tabla 46 Formación de

cuñas, así:

Tabla 46. Formación de cuñas

CUÑA COMBINACIÓN ÁNGULO

C2 S2-E 68°

C3 S1-E 54°


La cuña C2 es estable dados los efectos de ángulo de fricción del material que es de 35°.

La cuña C3 tiene la ventaja de deslizarse sobre el plano de estratigrafía lo que la hace

estable a pesar de tener menor inclinación que el talud. Esto se pudo comprobar con el

cálculo del factor de seguridad de la cuña estable C3 el cual es de 3.23 en condición estática

y 2.70 para la condición pseudoestática.

A pesar de no existir el riesgo de que se presenten bloques inestables, recomienda el

estudio la instalación de una cortina de pernos y protección con malla electrosoldada y

concreto lanzado en la corona de la excavación.


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CAPITULO 3 - PROYECTO CONSTRUIDO

Iniciada la construcción del túnel, dificultades en la localización de los portales (de acuerdo

a los diseños elaborados por la firma Ponce de León y Asociados), obligaron a su

reubicación; para el caso del portal Boquerón con ocasión de la presencia de grandes

bloques de coluvión colocados sobre la roca, se movió de la abscisa proyectada

K85+616,50 a la abscisa K85+578,15, alargando el túnel en 38,35 m; de la misma manera

para el caso del portal Melgar y con el fin de enfrentarlo con la roca evitando la construcción

de falso túnel, se desplazó de la abscisa K89+502,5 a la abscisa K89+544,69 alargando el

túnel en 42,19 m.

Así las cosas, de una longitud inicial de diseño del túnel de 3.886 m se pasó a una longitud

final de 3.966,54 m, adicionada posteriormente en 207 m de la ventana localizada en la

abscisa K88+133,63 en consideración “a la necesidad de llegar por este frente lo más cerca

posible a la zona de la Falla de Quininí”.

A continuación, se recopilan y resumen los informes tanto del concesionario como de la

interventoría63 que permiten determinar las condiciones realmente encontradas en

desarrollo del proceso constructivo.

GEOLOGÍA GENERAL

En septiembre de 2009 se presenta por parte de la Empresa Túneles de Colombia S.A., el

“Informe Final de Geología y Geotecnia64 del túnel de Sumapaz”, documento del cual se

extractan a continuación los apartes relevantes.

Menciona el Consultor en su informe que:

“(…) El túnel se construyó con dirección esencialmente paralela al río y a la

carretera, con rumbo general aproximado de N83ºW, es decir casi Este – Oeste.

Esta obra atraviesa la serranía de Quininí que es una prominente elevación

angulosa, alargada y persistente en el suroccidente del departamento de

Cundinamarca, y se extiende hasta los límites con el departamento de Tolima, la

cual marca el límite occidental de la cordillera Oriental antes de la transición

hacia el Valle Alto del Río Magdalena. Esta serranía está constituida casi en su

63 Consorcio EDL LTDA – DIS LTDA – IPC LTDA. 64 Informe elaborado por los ingenieros geólogos Milthon Javier Torres Cifuentes y Hember Antonio Pinilla Pinzón


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totalidad por rocas sedimentarias del Cretácico Superior, representada

principalmente por la unidad geológica que a nivel nacional se conoce como

Grupo Guadalupe, cuya composición en gran porcentaje son gruesos paquetes

de rocas Areniscas de apreciable dureza y consistencia, lo cual es la razón

geológica de la ocurrencia de la larga y abrupta serranía, que obligó la

construcción de esta obra (…)”

Refiere como, la realización de más de 30 sondeos exploratorios a lo largo de la excavación

del túnel permitió determinar los parámetros geotécnicos y las características del terreno

en el frente de avance y predecir el comportamiento geomecánico del macizo.

Los estudios preliminares determinaron la presencia de estructuras geológicas

conformadas por rocas duras evidenciadas en los escarpes de la carretera, consecuencia

de procesos compresivos generados por enormes esfuerzos convergentes en sentido

occidente oriente, generando pliegues y fallamientos con dirección más o menos

perpendicular a los esfuerzos, es decir con dirección norte sur.

Sin embargo, el análisis comparativo realizado contrastado con lo observado en los

afloramientos externos permitió establecer notorias diferencias en la forma esperada de las

estructuras y la disposición encontrada de los estratos.

ESTRATIGRAFÍA.

El desarrollo del proyecto corroboró como entorno estratigráfico la presencia de rocas

sedimentarias del período Cretácico Medio y Superior y ocasionales coberturas por

depósitos recientes no consolidados, tanto de origen fluvioglacial como coluvial y aluvial,

que evidencia la actividad morfodinámica sufrida en la zona durante el período Cuaternario.

La Tabla 47 Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas, relaciona de manera

resumida los períodos geológicos y las formaciones rocosas asociadas a cada uno de ellos.


PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCLAT

URA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Cuaternario

Depósitos aluviales (Qal)

Acumulación de materiales

arrastrados y transportados en

suspensión por corrientes de agua, en

este caso primordialmente por el río

Sumapaz, conformados por

fragmentos de Areniscas y Liditas con

tamaños entre bloques a cantos y

gravas embebidos en matriz areno

limosa

Márgenes del río Sumapaz y

de las quebradas

adyacentes


Acumulaciones a media ladera de

detritos y fragmentos rocosos,

bloques, cantos y gravas

desprendidos de las partes altas

embebidos en una matriz

limoarenosa; fragmentos de

Areniscas del Grupo Guadalupe, así

como grandes masas Arcillolíticas

desprendidas de la Formación

Guaduas

Alrededores del portal

Boquerón y portal Ventana

Depósitos fluvio-

glaciales (Qc)

Bloques de gran tamaño y forma

angulosa acarreadas por masas de

hielo

Depresión glacial alargada

que cruza el corredor del

proyecto

Fuente. Adaptación propia del informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009

Tabla 47(1). Períodos geológicos y formaciones rocosas asociadas

PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCLATU


Terciario

Formación

Gualanday (Tg)

Capas medianas a gruesas de

Areniscas blandas y friables con

alto contenido de cuarzo;

conglomerados compuestos por

fragmentos de Arenisca Dura

(Chert) y detritos con

intercalaciones delgadas de

Arcillolita blanda y plástica

Zona del portal de entrada

Melgar en una longitud cercana

a 150 m

Formación Guaduas (Tkg)

Secuencia de Arcillolita limosa

abigarrada intercalada con

Areniscas friables y recurrentes

capas de carbón, con un espesor

hasta de 500 m, descansando

sobre las Areniscas de la

Formación Guadalupe

Emportalamiento del túnel en el

sector del Boquerón



PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCL

ATURA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN

Cretáceo


Formación Arenisca

Tierna (Kgt)

Capas delgadas de Arenisca blanda y

friable de color blanco amarillento, de

grano grueso a medio con intercalaciones

delgadas de Arcillolita plástica. Espesor

promedio de 120 m

Escasa presencia dentro del

túnel excavado en los sectores

iniciales de los portales, de difícil

identificación

Formación Arenisca

de Labor (Kgl)

Capas gruesas de Arenisca gris de grano

medio afino moderadamente duras de

color amarillento con intercalaciones de

Lutitas, Liditas y láminas de arcilla.

Espesor cercano a 100 m

Encontrada en el frente

Boquerón entre los 70m y los

250m; recurrente entre el

K88+300 y K88+700 y entre el

K89+000 y K89+500

Formación

Plaeners (Kgp)

Paquetes rocosos deformables de

espesor entre 80m a 100m, de capas

delgadas de Lidita (silícea, dura y frágil) de

color habano a blanco amarillento, con

intercalaciones laminares de Arcillolita

plástica, estratos de Arenisca de grano

medio fino.

Encontrada a 250m del avance

desde el portal Boquerón en

longitud de 130 m; de manera

recurrente por el frente Ventana y

por el frente melgar en el sector

del K88+700 al K89+000 y del

K88+150 al K88+350

Formación Arenisca

Dura (Kgd)

Arenisca silícea gris clara de grano fino

muy dura y consistente en espesores

hasta de 200m, con ocasionales

intercalaciones de Limolita silícea y Liditas

grises, que conforma la serranía de

Quininí

A 350m del portal Boquerón,

predominando en un alto

porcentaje entre la intersección

ventana hacia el portal Boquerón

en longitud cercana a los 700m



PERIODO

GEOLÓGICO

TIPO DE ROCA O

FORMACIÓN

NOMENCLATU


Cretáceo


Chert (Kch) Roca silícea frágil gris oscura a

negra cementada y ferruginosa

En la base de la Formación

Guadalupe y transición hacia

la Formación Villeta


Capas recurrentes de roca Lutita de

deficientes propiedades mecánicas,

laminada o en leznas de fácil

disgregación, susceptible al

intemperismo y alteración química

por meteorización y cambios en las

condiciones de humedad,

intercaladas con estratos de

Arenisca calcárea silícea y

resistente.

Espesor considerable cercano a los

400m que sirve de núcleo al

anticlinal invertido que forma la

estructura de la cordillera en el

sector localizado debajo del grupo

Guadalupe. Corresponde a la roca

más antigua encontrada en la

excavación del túnel

Encontrada 850m a partir del

portal Boquerón, en el

K86+550, así como en el

frente Ventana en el

K87+100



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Describe este aparte la estructura geológica general del interior de la Serranía de Quininí y

las estribaciones de la Cordillera Oriental en el área de construcción del túnel de Sumapaz,

detallada como:

“(…)Un anticlinal en el que el flanco oriental se levantó bruscamente y generó

grandes empujes hacia el occidente que forzaron un comportamiento muy

plástico en las capas de rocas blandas del Guadalupe Superior, las cuales se

deformaron hasta pliegues apretados con flancos ocasionalmente invertidos, que

acompañados de fallas inversas y normales logran estructurar un macizo rocoso

deformado en escalones tectónicos en que los bloques del lado oriental siempre

se elevan paulatinamente hasta lograr que las capas estratigráficas de

Guadalupe Inferior se coloquen a más de 300m por encima de los estratos de

Guadalupe Superior y conformen la cuchilla morfológica más sobresaliente de la

región (…)”

Estructuralmente define el estudio los siguientes bloques:

o Un bloque oriental caracterizado por un monoclinal inclinado al oriente.

o Un segundo bloque central de altura intermedia correspondiente a un pliegue anticlinal.

o Un tercer bloque occidental más bajo formado por un anticlinal ladeado y repliegues

formados por Areniscas blandas.

De esta manera relaciona el documento las estructuras encontradas a lo largo del

alineamiento del túnel, que a continuación se resumen en la Tabla 48 Geología Estructural.

Tabla 48. Geología Estructural


Monoclinal Oriental

Estructura monoclinal con

inclinación al oriente buzando

entre 40º y 50º, conformada por

los estratos del Grupo Villeta, el

Grupo Guadalupe y la

Formación Guaduas, con

predominancia de Areniscas

duras, consistentes y rígidas.

Sector oriental del corredor del

túnel conformando los estratos

duros de la cuchilla de Quininí

encontrados en los primeros

1300m


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Sistema de fallas de

Quininí

Corresponde al grupo de planos

de cizallamiento, deformaciones

y repliegues que afectan rocas

de la Formación Villeta

Ubicada en el sector del K87 del

alineamiento, al igual que fallas

satélites en el sector

comprendido entre el K86+900

al K87+150 de alta complejidad

tectodinámica

Anticlinal truncado

central

Estructura anticlinal generada

por la flexión de estratos rocosos

de la formación Arenisca de

Labor, truncada al occidente por

un escarpe de falla.

Desde el K87+150 hasta el

K88+150 afectada por falla en el

K87+500 y corrimiento de

cabalgamiento en el K87+800

Falla de la Palmichala

Dislocación estructural con

desplazamiento vertical de cerca

de 50m, pone en contacto Chert

y Areniscas del Grupo

Guadalupe

Pequeña falla de corta

afectación a lo largo del túnel en

el K87+500

Falla inversa del

K87+800

Deformación de las rocas y

cambio abrupto de dirección y

valor del buzamiento de 60º al

occidente a 30º al nororiente

En el K87+800 con movimiento

ascendente por encima del plano

de cizalla y corrimiento

Falla Ventana

Escarpe inclinado a vertical que

pone en contacto la formación

Arenisca Dura con el Plaeners

en un salto de casi 150m

En cercanías del portal Ventana

concentrada en el K88+150

Sinclinal de La

Cascada

Estructura con dirección de

buzamiento convergente hacia

su eje central inclinada

localmente hacia el norte por

efecto de la falla del río

Sumapaz, refleja relajación del

macizo rocoso por efecto de

esfuerzos distensivos.

Limitada por el escarpe de la

falla Ventana por el sur y la falla

del río Sumapaz por el norte,

atravesada por el túnel entre el

K88+150 y el K88+800

Graben de La

Cascada

Estructura limitada por dos fallas

normales con buzamiento

convergente hacia profundidad

generando una cuña que

Localizado a nivel del túnel entre

el K88+400 y el K88+600 en el

núcleo del sinclinal de La

Cascada


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desciende por distensión del

macizo rocoso

Isoclinal fallado de El

Poblado

Anticlinal con un flanco invertido

que hace que los dos flancos

buzen en el mismo sentido,

formado en estratos del

Guadalupe Superior, afectado

por las fallas de El Poblado y

Melgar

Pliegue apretado encontrado

entre el K88+800 y el K89+100

Falla de El Poblado

Falla normal de alto grado de

inclinación hacia occidente que

pone en contacto la formación

Plaeners con Areniscas friables

Ubicada en el K89+100, con

intensa fracturación

Falla de Melgar

Falla normal con movimiento

descendente de Areniscas del

mismo estrato rocoso que

presentan alto grado de

pulverización por su alta

sensibilidad a la fricción

Zona de fracturamiento

localizada en el K89+200

Falla de Malachí

Ruptura de roca Arenisca

triturada y pulverizada por

fricción

Afecta un corto trecho del túnel

Fuente. Adaptación propia del informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A.

Septiembre de 2009

HIDROGEOLOGÍA

La identificación previa de los estratos rocosos esperados a lo largo del alineamiento del

túnel hacía previsible encontrar diversas condiciones y comportamientos hidrogeológicos.

Para el caso de las Areniscas predominantes en el trazado, se esperaba alta permeabilidad

asociada a la porosidad media, la relación de vacíos, el tamaño de grano; de otra parte, en

Arcillolitas, Lutitas y Limolitas de grano fino se esperaba baja permeabilidad.

Los sectores de mayor aporte de agua al interior del túnel son los identificados y descritos

a continuación:


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i. Zona de acuíferos en el Monoclinal Oriental

Su composición por estratos areniscosos inclinados hacia el oriente hacían previsible gran

aporte de agua tal y como sucedió; siendo mayor el aporte de la Arenisca Dura (Kgd) que

el de la Arenisca de Labor (Kgl), con ocasión de la mayor área expuesta de ésta última en

la zona de recarga y su alto grado de fracturamiento y los planos de estratificación

prácticamente perpendiculares entre sí que explica los grandes aportes encontrados entre

el K86+060 al K86+400.

Descenso notorio en los niveles de agua de escorrentía se presentaron en la cañada de

techo ubicada en el K86+100, debido a la estratificación de la Arenisca Dura que favoreció

el aporte de agua al interior del túnel y el consecuente abatimiento del nivel freático

registrando en el sector del K86+000 al K86+300 caudales de 25 L/s y menores caudales

en la Arenisca de Labor encontrada entre el K85+820 al K85+940.

Como consecuencia se presentaron en estos sectores desprendimientos de grandes cuñas

de roca Arenisca siendo necesario el empleo de pernos localizados para garantizar su

estabilidad.

En este sector predominó el Terreno Tipo III de regular calidad donde se implementó el

sistema de soporte identificado como Tipo II.

ii. Zona de acuíferos en el Sinclinal de La Cascada

Caudales del orden de 16 L/s se presentaron entre el K88+160 al K88+620 estabilizados

posteriormente a 5 L/s aproximadamente, provenientes de la Formación Arenisca de Labor

favorecida por la presencia de diaclasas de orientación paralela al eje del túnel, generando

desprendimientos de lajas gruesas de Areniscas y Limolitas por sobre humedecimiento del

nivel de Plaeners presente en el sector. Predominó el Terreno Tipo III de regular calidad

donde se implementó el sistema de soporte identificado como Tipo IV.

iii. Zonas de recarga

La cuchilla de Quininí, el cerro Palmichala y las lomas de El Poblado se constituyen en

áreas de recarga hídrica, que en el sector del sinclinal de La Cascada ayuda a la

concentración y acumulación de agua entre el K88+000 al K88+600, facilitando su

infiltración por el fracturamiento de la Arenisca Tierna y Labor localizada en el techo de la

excavación con caudales hasta de 10 L/s.

En el frente Boquerón se registraron caudales del orden de 25 a 35 L/s, zona donde el

macizo rocoso conformado por Arenisca Dura presenta alta fracturación y meteorización


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con pendientes hasta de 70º que favorecen la ocurrencia de procesos de remoción en

masa.

En el Anexo 3 Figura 50 Hidrología que corresponde al Plano 197-PL-T-GE05-R1,

elaborado por la CABG en 2006, se identifican las clasificaciones de permeabilidad

asociadas a los macizos rocosos del área de estudio, que corresponden a la siguiente

clasificación:

I. Permeabilidad muy alta. Depósitos Aluviales y Coluviales

II. Permeabilidad alta. Formación Arenisca Labor, Tierna y Arenisca Dura

III. Permeabilidad media. Formación Gualanday

IV. Permeabilidad baja. Depósitos de terraza

V. Permeabilidad muy baja. Formación Plaeners y Villeta

VI. Impermeables. Formación Guaduas

SECUENCIA LITOLÓGICA A LO LARGO DEL TÚNEL

De conformidad con los registros del proceso constructivo del túnel, su alineamiento

corresponde a la secuencia litológica sectorizada que se presenta en la Tabla 49

Sectorización Litológica

Tabla 49. Sectorización Litológica

FORMACIÓN ABSCISADO DESCRIPCIÓN

Arenisca Tierna

K85+578 al K85+693,5

Corresponde al emportalamiento de inicio de la excavación en Arenisca silícea amarillenta friable, con inclinación de 40º al oriente susceptible de deslizamientos hacia el frente de excavación, de consistencia aceptable con alto grado de fracturación y moderada alteración por intemperismo, de regular comportamiento donde predomina la clasificación Tipo III

Arenisca de Labor

K85+693,5 al K85+870

Terreno tipo II con alternancias de tipo III, en roca Arenisca blanco amarillento de buenas condiciones de estabilidad y buen tiempo de auto soporte, infiltraciones moderadas.

Plaeners K85+870 al K85+933

Secuencia de capas delgadas de Liditas fracturadas (panelas) con intercalaciones de Arcillolita y ocasionales capas de Arenisca blanda y friable, en terreno clasificado como tipo IV con sectores tipo V.


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Arenisca Dura K85+933 al K86+292

Arenisca silícea de grano fino cementada en paquete rocoso muy compacto y consistente, de buenas condiciones de estabilidad. Infiltraciones importantes por la porosidad del material y su grado de fracturamiento; presencia de discontinuidades separadas que ocasionaron formación de cuñas de gran tamaño y desprendimiento de bloques de clave.

Chert K86+292 al K86+445

Roca muy dura y fracturada de color gris oscuro a negro de alto contenido de sílice, dura y frágil, de comportamiento competente y estable que permite almacenamiento de agua por su fracturamiento; clasificada como terreno tipo III con intercalaciones clasificadas como tipo II

Formación Villeta

K86+445 al K86+900

Lutita negra fisible y laminada con intercalación de Arenisca calcárea, fácil alteración en presencia de agua, deleznable y de deficiente comportamiento geomecánico clasificada como terreno tipo IV y V para efectos de sostenimiento entre el K86+820 al K86+900

Zona de Falla K86+900 al K86+940

Terreno cizallado, fracturado y afectado por fricción en los planos de discontinuidad de la roca Lutita, con bloques grandes de Arenisca, que denota el comienzo de la Falla de Quininí, de clasificación como terreno tipo V.

Formación Villeta

K86+940 al K87+050

Bloque de rocas Areniscas y Lutitas de la formación Villeta, aislado entre fallamientos satélites presentes en el sector, clasificado como terreno tipo V

Zona de Falla de Quininí

K87+050 al K87+058

Plano principal de la Falla de Quininí de 8 m de longitud conformado por terreno muy triturado clasificado como tipo V, con alta exigencia de soporte y avances muy cortos del frente de excavación.

Zona de Falla con estratos

verticales

K87+058 al K87+150

Lutita altamente triturada por esfuerzos friccionantes seguida de Arenisca dura y roca tipo Chert, en posición predominantemente vertical producto del proceso dinámico del levantamiento del bloque oriental; al final del tramo se encontró cizallamiento interpretado como finalización de la zona de falla

Arenisca Dura K87+150 al K87+358

Terreno de clasificación tipo II, conformado por Arenisca cementada muy dura con inclinación de 10º a 20º al nororiente suprayacida por la formación Plaeners que le da cobertura impermeable. Este sector no requirió la colocación de arcos de soporte por su estabilidad.


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Chert K87+358 al K87+526

Retorna la formación Chert roca silícea dura de color negro fracturada en “panelas” sin presencia de agua por infrayacer la formación Plaeners; clasificado como terreno tipo III con intervalos de tipo IV en condiciones más fracturadas, de comportamiento competente en el proceso de excavación y ocasionales desprendimientos en la clave.

Arenisca Dura K87+526 al K88+133,6

Sector excavado desde el frente Ventana, con presencia de Arenisca Dura masiva en formación anticlinal cizallada clasificada como terreno tipo II y III a excepción del tramo del K87+467 al K87+526 clasificado como tipo IV con presencia de agua.

Zona de Falla Ventana

K88+133,6 al

K88+187,2

Rocas Liditas y Areniscas friables clasificadas como terreno tipo IV, por su estado de alteración por efectos mecánicos por procesos tectónicos.

Plaeners K88+187,2

al K88+397,4

Liditas bien conservadas cohesivas, de aceptables condiciones de estabilidad buzando al noroeste de20º a 30º, clasificada como terreno tipo III con intervalos tipo II en Areniscas más consistentes.

Zona de Falla de La

Cascada

K88+397,4 al K88+400

Fallamiento de rocas Liditas cizalladas con vestigios de Arenisca friable pulverizada y presencia de agua, donde entra en contacto la formación Plaeners y la Arenisca de Labor.

Arenisca de Labor

K88+400 al K88+571,5

Arenisca silícea de grano medio bien compactada que constituye el núcleo del sinclinal de La Cascada, en bloque descendente del graben, clasificado como terreno tipo II.

Zona de Falla de La

Cascada

K88+571,5 al K88+575

Roca fracturada a triturada por fallamiento normal que pone en contacto dos bloques de Arenisca de Labor que se integra al graben La Cascada.

Arenisca de Labor

K88+575 al K88+740

Arenisca silícea de grano medio que constituye el flanco occidental del sinclinal de La Cascada, roca competente clasificada como terreno tipo II.

Plaeners K88+740 al K89+083

Liditas fracturadas del núcleo de un pliegue anticlinal. En la abscisa K88+900 se presenta roca altamente fracturada y cizallada por compresión; se clasifica como terreno tipo III con intervalos tipo IV.

Zona de Falla de El Poblado

K89+083 al K89+110

Fallamiento normal que pone en contacto las Liditas del Plaeners con la formación Arenisca de Labor, roca muy fracturada hasta triturada.


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Arenisca de Labor

K89+110 al K89+190

Corresponde a la cúspide de un anticlinal recumbente y fallado formado por Areniscas silíceas de grano medio moderadamente cementadas y algo blandas, rocas competentes clasificadas como terreno tipo III.

Zona de Falla de Melgar

K89+190 al K89+210

Fallamiento normal dentro de un pliegue apretado con presencia de roca Arenisca muy fracturada y triturada, pone en contacto dos bloques de la formación Arenisca de Labor, afectando una franja de 20m; corresponde a terreno tipo IV.

Arenisca de Labor

K89+210 al K89+350

Hace parte del flanco occidental invertido del isoclinal fallado occidental, con presencia de Areniscas silíceas de grano medio moderadamente cementadas en posición estratigráfica de 30º a 0º, roca competente clasificada como terreno tipo III.

Zona de Falla de Malachí

K89+350 al K89+370

Terreno tipo IV conformado por Arenisca friable muy fracturada y triturada por fallamiento normal, que pone en contacto dos bloques de Arenisca de Laboren una franja de más de 20m.

Arenisca de Labor

K89+370 al K89+500

Roca Arenisca silícea competente y aceptablemente masiva pero bastante fracturada que clasifica como terreno tipo III.

Formación Gualanday

K89+500 al K89+544

Materiales poco estables y con escaso autosoporte conformados por arenas y conglomerados que clasifican como terreno tipo III y IV.

Fuente. Adaptación propia del informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A.

Septiembre de 2009


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CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA. CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO.

Refiere el informe final de geología y geotecnia la evaluación permanente del

comportamiento del macizo rocoso, la implementación de sondeos exploratorios en el frente

de excavación con recuperación de núcleos, perforaciones desde superficie, sondeos

destructivos, todo lo anterior para establecer de la mejor manera posible las condiciones y

características del terreno, todo ello contrastado con las formaciones observadas en

superficie y los estimados de los estudios previos.

Para la clasificación geotécnica del macizo se empleó la metodología propuesta por

Bieniawski (1989), en un trabajo conjunto entre los equipos de geología tanto del contratista

como de interventoría, producto del cual se estableció la secuencia de clasificación que a

continuación se transcribe en la Tabla 50 Clasificación geomecánica frente Boquerón, Tabla

51 Clasificación geomecánica frente Melgar, Tabla 52 Clasificación geomecánica frente

Ventana, Tabla 53 Clasificación geomecánica frente Ventana – Melgar, Tabla 54

Clasificación geomecánica frente Ventana – Boquerón, esto respectivamente para cada uno

de los frentes de avance en que se dividió la construcción del túnel.

Tabla 50. Clasificación geomecánica frente Boquerón

TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)

Falso Túnel K85+573,15 K85+578,15 5,00

IV K85+578,15 K85+591,40 13,25

III K85+591,40 K85+602,85 11,45

IV K85+602,85 K85+635,85 33,00

III K85+635,85 K85+656,70 20,85

II K85+656,70 K85+665,45 8,75

III K85+665,45 K85+678,70 13,25

IV K85+678,70 K85+693,50 14,80

II K85+693,50 K85+832,00 138,50

III K85+832,00 K85+852,60 20,60

II K85+852,60 K85+869,80 17,20

III K85+869,80 K85+873,80 4,00

IV K85+873,80 K85+878,80 5,00

V K85+878,80 K85+879,55 0,75

IV K85+879,55 K85+894,55 15,00

III K85+894,55 K85+933,30 38,75

II K85+933,30 K86+096,00 156,70


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III K85+096,00 K86+114,50 18,50

II K85+114,50 K86+171,40 56,90

III K85+171,40 K86+188,00 16,60

II K85+188,00 K86+200,00 12,00

III K85+200,00 K86+261,00 61,00

II K85+261,00 K86+292,60 31,60

III K85+292,60 K86+444,80 152,20

IV K85+444,80 K86+646,75 201,95

III K86+646,75 K86+688,20 41,45

IV K86+688,20 K86+693,65 5,45

V K86+693,65 K86+712,00 18,35

IV K86+712,00 K86+714,55 2,55

V K86+714,55 K86+748,00 33,45

IV K86+748,00 K86+762,50 14,50

III K86+762,50 K86+766,50 4,00

IV K86+766,50 K86+820,40 53,90

V K86+820,40 K87+010,00 189,60

Fuente. Informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009

Destaca el informe como, entre las abscisas K86+820,40 al K87+010 se encontró terreno

clasificado como tipo V, en una longitud considerable de 189,60 m que corresponde a capas

lutíticas de la Formación Villeta frágil y susceptible al desgarre mecánico asociado a la Falla

de Quininí.

Tabla 51. Clasificación geomecánica frente Melgar


Falso Túnel K89+549,69 K89+544,69 5,00

IV K89+544,69 K89+533,00 11,69

III K89+533,00 K89+501,00 32,00

III K89+501,00 K89+378,90 122,10

III K89+378,90 K89+376,60 2,30

IV K89+376,60 K89+345,45 31,15

III K89+345,45 K89+223,80 121,65

IV K89+223,80 K89+219,40 4,40


PROYECTO


PÁGINA 151


V K89+219,40 K89+189,50 29,90

IV K89+189,50 K89+174,00 15,50

III K89+174,00 K89+108,70 65,30

IV K89+108,70 K89+106,55 2,15

V K89+106,55 K89+099,40 7,15

IV K89+099,40 K89+082,90 16,50

III K89+082,90 K89+010,00 72,90

III K89+010,00 K88+956,60 53,40

III K89+956,60 K88+817,30 139,30

IV K89+817,30 K88+812,05 5,25

III K89+812,05 K88+800,50 11,55

III K89+800,50 K88+776,80 23,70

IV K89+738,00 K88+727,80 10,20

III K89+727,80 K88+571,50 156,30

III K89+571,50 K88+397,40 174,10

III K89+397,40 K88+354,40 43,00


Tabla 52. Clasificación geomecánica frente Ventana


Falso Túnel K88+348,40 K88+342,65 5,75

V K88+342,65 K88+324,40 18,25

IV K88+324,40 K88+278,40 46,00

III K88+278,40 K88+271,40 7,00

III K88+271,40 K88+166,30 105,10

III K88+166,30 K88+150,80 15,50

IV K88+150,80 K88+136,50 14,30



PROYECTO


PÁGINA 152

Tabla 53. Clasificación geomecánica frente Ventana – Melgar


IV K88+133,60 K88+187,20 53,60

III K88+187,20 K88+257,95 70,75

III K88+257,95 K88+279,12 21,17

III K88+279,12 K88+354,40 75,28


Tabla 54. Clasificación geomecánica frente Ventana – Boquerón

Terreno Tipo Abscisa Inicial Abscisa Final Longitud (m)

IV K88+133,60 K88+118,00 15,60

III K88+118,00 K87+974,00 144,00

III K87+974,00 K87+898,60 75,40

III K87+898,60 K87+814,50 84,10

III K87+814,50 K87+801,70 12,80

III K87+801,70 K87+754,86 46,84

III K87+754,86 K87+736,30 18,56

III K87+736,30 K87+526,00 210,30

IV K87+526,00 K87+467,00 59,00

III K87+467,00 K87+420,00 47,00

IV K87+420,00 K87+381,00 39,00

III K87+381,00 K87+358,00 23,00

III K87+358,00 K87+287,00 71,00

III K87+287,00 K87+261,45 25,55

III K87+261,45 K87+148,60 112,85

III K87+148,60 K87+126,60 22,00

III K87+126,60 K87+103,00 23,60

III K87+103,00 K87+072,00 31,00

IV K87+072,00 K87+058,00 14,00

V K87+058,00 K87+010,00 48,00


Como se observa en la clasificación del tipo de terreno, el informe final de geología y

geotecnia asume cinco tipologías de la I a la V, agrupando nuevamente las clasificaciones


PROYECTO


PÁGINA 153

propuestas por el estudio de PONCE DE LEÓN y Asociados, esto es eliminado los tipos

IIIA, IIIB, IVA y IVB.

Para establecer de común acuerdo la clasificación del macizo rocoso en cada uno de los

avances de la excavación subterránea, se acogió la clasificación reportada a continuación

en la Tabla 56 Calidad del terreno.

Tabla 55. Calidad del terreno

RMR CLASE CALIDAD DEL TERRENO

91-100 I Muy bueno

81-90 II Bueno

51-80 III Regular

21-50 IV Malo

0-20 V Muy malo


Se elaboró y diligenció el correspondiente registro geotécnico de clasificación, suscrito por

los geólogos y directores tanto del concesionario como de la interventoría, en los cuales,

con relación a la evaluación geomecánica se registraron los datos que a manera de ejemplo

se transcriben a continuación en la Tabla 56 Evaluación geomecánica, para el frente del

K89+544.69 del 7 de noviembre de 2006.

Tabla 56. Evaluación geomecánica

PARÁME-

TRO

RESISTENCI

A DE LA

ROCA

INALTE-

RADA

RQD

ESPACIA-

MIENTO

ENTRE

DISCONTI-

NUIDADES

ESTADO

DE LAS

DISCONTI

NUIDADES

AGUA SUB

TERRÁNEA

VALOR 7 8 13 10 10

VALOR

PARCIAL AJUSTE

VALOR

FINAL

TIPO DE

TERRENO

VALOR 48 -8 40

CALIDAD DEL

TERRENO MALO SOPORTE A UTILIZAR IV (CUATRO)

Fuente. Registro geotécnico de clasificación (F-T-BGG-087). Consorcio EDI


PROYECTO


PÁGINA 154

De acuerdo con las longitudes excavadas en cada uno de los tipos de terreno de la

clasificación establecida, la Figura 15 Clasificación túnel principal, representa gráficamente

la composición encontrada, donde prevalece el terreno tipo III con el 61% de la longitud

excavada, seguida del tipo IV en un 16%.

Figura 15. Clasificación túnel principal

Tipo de

terreno

Longitud

(m)

Falso

túnel 10,00

Tipo V 327,20

Tipo IV 583,84

Tipo III 2407,05

Tipo II 421,65

Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013

De la misma manera, con las longitudes excavadas en cada uno de los tipos de terreno de

la clasificación establecida, la Figura 16 Clasificación túnel ventana, representa

gráficamente la composición encontrada, donde al igual que para el túnel principal, el

terreno tipo III representa el 61% de la longitud excavada, seguida por el tipo IV en 28% de

la longitud.

Falso túnel (0.3%) 10m

Tipo V (9%) 327,20m

Tipo IV (16%)

583,84m

Tipo III (64%)

2407,05m

Tipo II (10.7%) 421,65m

Falso túnel Tipo V Tipo IV Tipo III Tipo II


PROYECTO


PÁGINA 155

Figura 16. Clasificación túnel ventana

Tipo de

terreno

Longitud

(m)

Falso

Túnel 5,75

V 18,25

IV 60,3

III 127,6


Con relación a la necesidad de construcción de solera curva, en los tramos referidos en la

Tabla 57 Secciones con solera curva, manifiesta el informe que de acuerdo con las

condiciones del macizo encontradas y el comportamiento del terreno durante el proceso

constructivo, se requirió su construcción.

Tabla 57. Secciones con solera curva

TIPO

DE

TERR

ENO

ABSCISA

INICIAL

ABSCISA

FINAL

LONGIT

UD

(m)

ÁREA

(m2)

VOLUMEN

(m3)

DESPREN

DIMIENTO

S (m3)

IV K89+361.55 K89+346.20 15.35 110.79 1700.60 0.00

V K89+213.70 K89+189.50 24.20 117.09 2833.60 0.00

IV K89+189.50 K89+175.75 13.75 110.79 1523.40 8.20

Totales 53.30 6057.60 8.20


Falso túnel (2%) 5,75m

Tipo V (9%) 18,25m

Tipo IV (28%) 60,3mTipo III

(61%) 127,6m

Falso Túnel V IV III


PROYECTO


PÁGINA 156

CONCLUSIONES DEL INFORME DE GEOLOGÍA Y GEOTECNIA

Por considerar de sumo interés para este estudio, a continuación, se transcriben las

conclusiones del informe de geología y geotecnia.

“(…)

o Como se puede analizar de las tablas anteriores en la construcción del túnel de

Sumapaz hubo predominio de terrenos tipo III y II asociados a las formaciones

Arenisca de Labor, Nivel de Plaeners y Arenisca Dura del Grupo Guadalupe.

o La mayoría de las zonas donde aparecen terrenos tipo IV y V coinciden con

eventos de falla del macizo rocoso, lo que permite establecer que en general el

macizo ofreció buenas condiciones geomecánicas a excepción de los cortos

tramos afectados por las fallas locales.

o Con el túnel de Sumapaz se atravesó una serranía de morfología montañosa

marcada por elevaciones y depresiones alternadas. De oriente a occidente se

destaca una cuchilla angulosa, una largada depresión orientada norte-sur que

tiene depósitos glaciares en el fondo. Luego hay un lomo más bajo y redondeado

localmente, que es limitado por un escarpe curvado que circunda una zona

deprimida paralela al río Sumapaz. Luego la morfología se levanta nuevamente

al occidente para formar otra elevación abrupta que es limitada por otro escarpe

que marca el final de la serranía, y se llega al portal de salida.

o El corredor del túnel de Sumapaz se encuentra geológicamente compuesto en

su mayor parte por rocas sedimentarias de edad cretácica correspondientes al

Grupo Guadalupe y Formación Villeta. En el extremo occidental se encontraron

rocas del terciario con escasa consolidación de la Formación Gualanday.

o La Formación Arenisca Dura fue la unidad de roca con mayor longitud excavada

a lo largo del túnel, y es la que estructura la serranía por su mayor dureza y

rigidez.

o El sector de la Cordillera Oriental donde se construyó el túnel fue afectado por

importantes esfuerzos tectónicos, los cuales generaron un sistema de fallas

normales inclinadas al occidente con alto grado de buzamiento y que permiten

una estructura geológica escalonada.

o En el corredor del túnel se encontraron esencialmente tres bloques geológicos

separados por dos importantes fallas. El bloque oriental que es un monoclinal

inclinado al oriente en donde se encuentra toda la serie estratigráfica del Grupo

Guadalupe y parte de la Formación Villeta. Un segundo bloque intermedio

estructurado como parte de un anticlinal truncado por fallas normales en los dos

flancos, en donde la Formación Arenisca Dura da la consistencia para que este

bloque se mantenga rígido en el entorno de intenso plegamiento. Y un tercer


PROYECTO


PÁGINA 157

bloque al occidente en donde predomina la presencia de los niveles

estratigráficos relativamente blandos de la parte superior del grupo Guadalupe;

en este bloque se presenta gran replegamiento por la poca dureza del Nivel de

Plaeneres que facilita y permite la deformación hasta estructuras apretadas

recumbentes.

o En general en el túnel las buenas condiciones geomecánicas fueron aportadas

por las unidades de rocas Areniscas y Chert de la parte inferior del Grupo

Guadalupe. Las condiciones Geomecánicas más precarias se encontraron en

las rocas lutíticas de la Formación Villeta.

o En el sector del K88+500 en donde la cobertura de techo fue más delgada y

hubo importantes aportes de agua las condiciones de autosoporte brindadas por

la Formación Arenisca Dura fueron buenas

o La Falla de Quininí que desde el estudio de diseño se consideró de tipo inverso

y tendida al oriente se encontró en condición diferente en la excavación del túnel.

Se encontró como una falla normal que con inclinación de casi 60º al occidente

cruzó el túnel en cercanías del K87+050.

o Los mayores aportes de agua se presentaron entre el K86 y K86+500, en donde

se encontró la Formación Arenisca Dura inclinada en casi 50º al oriente y con un

alto grado de fracturación que es lo que genera gran porosidad secundaria y

facilita la migración del agua hacia el túnel. En este sector se vio afectada una

quebrada por el abatimiento del nivel freático por efecto de la excavación

subterránea.

o Los presupuestos de diseño en la clasificación de los terrenos en el modelo

geológico no fueron concordantes con lo encontrado durante la construcción.

o Las zonas donde aparecen terrenos tipo IV y V coinciden con eventos de falla

del macizo rocoso, lo que permite concluir que durante la construcción del túnel

de Sumapaz se encontraron buenas condiciones Geomecánicas a excepción de

los cortos tramos afectados por las fallas locales.

o Por el frente Boquerón se encontró un largo tramo en terreno tipo V entre el

K86+800 y hasta el K87+050, en rocas de la Formación Villeta que fue

clasificado de esta manera con un criterio más conservador a la espera de la

posible aparición de la Falla de Quininí que en la etapa de diseño se infirió de

tipo inverso y muy tendida al oriente afectando todo el sector (…)”


PROYECTO


PÁGINA 158

EJECUCIÓN DE OBRAS

Para la construcción del túnel de Sumapaz, la firma Concesionaria Autopista Bogotá

Girardot S.A., a través del Consultor Ponce de León y Asociados elaboró en 2005, las

correspondientes Especificaciones Técnicas para Construcción, con la redacción de

especificaciones particulares de construcción para la ejecución de las obras de excavación,

soporte, inyección, drenaje e instrumentación del túnel, en complemento de las

Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías –

INVIAS, así como de las Especificaciones Técnicas de Construcción del Contrato65.

La construcción del túnel contempló las siguientes obras civiles:

i. Excavaciones en corte abierto y estabilización de taludes

ii. Excavaciones subterráneas

iii. Estructura de sostenimiento

iv. Estructura de revestimiento

v. Sistema de drenaje

vi. Estructura de pavimento

vii. Construcción de edificios de control y subestaciones eléctricas

viii. Adecuación de redes de suministro eléctrico y de comunicaciones

Con relación a las obras electromecánicas se realizó la instalación y puesta en marcha de:

i. Sistema eléctrico y de potencia

ii. Sistema de ventilación

iii. Sistema de iluminación

iv. Sistema de control, señalización y comunicación

v. Sistema contra incendio

A continuación, se extracta de los informes correspondientes los apartes relevantes que

aportan a esta investigación.

65 Anexo 2 del Contrato de Concesión GG-040 de 2004


PROYECTO


PÁGINA 159

EXCAVACIONES A CIELO ABIERTO

Corresponde al movimiento de tierra necesario para la construcción de los

emportalamientos de entrada (Melgar), salida (Boquerón) y ventana, que se reporta en la

Tabla 58 Excavación para portales; donde se observa como prevaleció la excavación en

roca (90%) sobre la excavación en suelo (10%), garantizando de esta manera la estabilidad

de los portales de entrada y salida.

Tabla 58. Excavación para portales

PORTAL

VOLUMEN

TOTAL

(m3)

VOLUMEN EN

ROCA (m3)

VOLUMEN EN

CONGLOMERA

DO (m3)

VOLUMEN EN

SUELO (m3)

Melgar 64500 58050 90% 0 0% 6450 10%

Boquerón 30865 27779 90% 0 0% 3086 5%

Ventana 56914 22766 40% 0 0% 34148 53%

TOTAL 152279 108595 0 43684


Distinta situación acaeció para el portal Ventana, donde se movilizaron volúmenes de

excavación muy similares en porcentaje en suelo y roca, lo que seguramente se reflejó en

menores condiciones de estabilidad, congruente con el derrumbe del talud sucedido en el

mes de diciembre de 2010, requiriendo la remoción adicional de alrededor de 250.000 m3

de material, que según el Concesionario obedeció:

“(…) a un proceso de inestabilidad del material de depósito tipo talus o coluvión

a consecuencia de la temporada invernal (…)”

Las fotografías siguientes registran el inicio y final del derrumbe mencionado que requirió

poco más de un año para restablecer las condiciones de accesibilidad y seguridad de la

ventana y la reposición de las redes eléctrica y contra incendio.


PROYECTO


PÁGINA 160

Fotografía 3 Colapso del talud Ventana

Fuente: El Espectador.com

ESTABILIZACIÓN DE TALUDES

Manifiesta el informe que el sistema de estabilización implementado para los taludes

consistió en la instalación de concreto lanzado para recubrimiento del material expuesto,

malla electro soldada y pernos de anclaje, complementado con drenes horizontales y zanjas

de coronación revestidas para el manejo de aguas de infiltración, como se observa en la

Fotografía 4 Estabilización de taludes, y escorrentía, que corresponde a las cantidades de

obra reportadas en la Tabla 59 Estabilización de taludes.

Tabla 59. Estabilización de taludes

ÍTEM PORTAL

MELGAR

PORTAL

BOQUERÓN

PORTAL

VENTANA TOTALES

Concreto neumático en

superficies a corte abierto (m3) 590.00 612.40 482.60 1685.20

Aditivo acelerante de fraguado

parar concreto lanzado (Kg) 26027.80 27006.80 21282.70 74317.30

Malla electrosoldada para

protección de excavaciones en

corte abierto (m2) 4922.50 4366.30 5473.50 14762.30


PROYECTO


PÁGINA 161

ÍTEM PORTAL

MELGAR

PORTAL

BOQUERÓN

PORTAL

VENTANA TOTALES

Pernos tipo A1 en excavaciones

en corte abierto y en superficies

naturales del terreno (m) 2966.00 1802.00 679.70 5447.70

Pernos a cielo abierto L = 9 a 12

m 180.00 792.00 0.00 972.00

Perforación, provisión e

instalación de cables de tensado

de 4 torones (m)

0.00 386.00 0.00 386.00

Pernos tipo C (micropilotes) (m) 0.00 0.00 166.50 166.50

Drenes perforados para

excavaciones en corte abierto

(m)

782.00 121.50 85.50 989.00


Fotografía 4. Estabilización de Taludes - Portal Ventana

Fuente. Registro fotográfico SEMAICA DE COLOMBIA. Mayo 2007. Obsérvese en la fotografía el concreto

lanzado para estabilización del talud y la colocación de pernos en Spilling para el inicio de construcción del

portal.


PROYECTO


PÁGINA 162

EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

Para la contabilización del volumen total correspondiente a la excavación subterránea a

reconocer por parte de la Interventoría y la Entidad Concedente66 se acordó que adicional

a la línea teórica de excavación definida en los planos de diseño incluidas las tolerancias

para garantizar la deformación controlada del macizo rocoso de conformidad con el tipo de

terreno, se adicionarían los volúmenes correspondientes a desprendimientos inevitables

ocasionados por el diaclasamiento y fracturamiento, así como los volúmenes de

desprendimientos por instalación de pernos en Spilling, volúmenes que se registran en las

tablas siguientes para cada uno de los frentes de ataque.

La Fotografía 5 Excavación del túnel, muestra una panorámica del trabajo de excavación;

la Figura 48 Áreas y tolerancias, en el Anexo 3, esquematiza las tolerancias contempladas

según la sección y el tipo de terreno.

Fotografía 5 Excavación del túnel

Fuente. Registro fotográfico SEMAICA DE COLOMBIA. Mayo 2007. Trabajos de excavación mecánica al interior

del túnel por malas condiciones del terreno (K83+200).

La Tabla 60 Longitudes de frentes de excavación, relaciona la contabilización de los frentes

de excavación implementados en el proceso constructivo

66 Instituto Nacional de Concesiones - INCO


PROYECTO


PÁGINA 163

Tabla 60. Longitud de frentes de excavación

FRENTE DE

EXCAVACIÓN

ABSCISA INICIO ABSCISA FIN LONGITUD

(m)

Melgar K89+544.69 K88+354.40 1190.29

Ventana – Melgar K88+354.40 K88+133.60 220.80

Ventana K00+206.90 K00+000.00 206.90

Ventana – Boquerón K88+133.60 K87+007.60 1126.00

Boquerón K87+007.60 K85+578.15 1429.45

TOTAL 4173.44


La Tabla 61 Excavación frente Melgar, reporta lo correspondiente al frente de excavación

implementado a partir del portal de entrada o portal Melgar.

Tabla 61. Excavación frente Melgar

TIPO DE

TERRENO

FRENTE MELGAR

TEÓRICA

DESPRENDIMIENTOS

TOTAL (m3) POR SPILLING

POR

GEOLOGÍA

I 0.00 0.00 0.00 0.00

II 30218.60 0.00 677.10 30895.70

III 56861.20 90.50 877.10 57829.50

IV 8331.30 27.40 51.40 8410.10

V 4734.40 0.00 0.00 4734.40

TOTAL 100145.60 117.90 1606.20 101869.70


A su vez, la Tabla 62 Excavación frente Ventana-Melgar, reporta lo correspondiente al

frente de excavación implementado a partir de la intersección de la ventana con el túnel

principal hacia el portal Melgar.


PROYECTO


PÁGINA 164

Tabla 62. Excavación frente Ventana – Melgar

TIPO

DE

TERRENO

FRENTE VENTANA - MELGAR

TEÓRICA

DESPRENDIMIENTOS


POR

GEOLOGÍA

I 0.00 0.00 0.00 0.00

II 1707.20 0.00 139.60 1846.80

III 12228.80 33.60 449.10 12711.50

IV 4591.00 23.60 114.00 4728.60

V 0.00 0.00 0.00 0.00

TOTAL 18527.00 57.20 702.60 19286.90


En lo correspondiente a la excavación realizada a partir de la intersección de la Ventana

con el túnel principal hacia el portal Boquerón, se reporta en la Tabla 63 Excavación frente

Ventana - Boquerón

Tabla 63. Excavación frente Ventana – Boquerón

TIPO DE

TERRENO

FRENTE VENTANA - BOQUERÓN

TEÓRICA

DESPRENDIMIENTOS TOTAL (m3) POR SPILLING POR

GEOLOGÍA

I 0.00 0.00 0.00 0.00

II 25435.40 0.00 257.40 25692.70

III 52756.70 20.40 1105.10 53882.20

IV 11091.20 42.40 127.50 11261.00

V 4370.50 0.00 5.90 4376.30

TOTAL 93653.70 62.80 1495.90 95212.20


La Tabla 64 Excavación frente Boquerón, reporta lo correspondiente al frente de excavación

implementado a partir del portal de salida o portal Boquerón.


PROYECTO


PÁGINA 165

Tabla 64. Excavación frente Boquerón

TIPO DE TERRENO

FRENTE BOQUERÓN

TEÓRICA DESPRENDIMIENTOS


POR GEOLOGÍA

I 0.00 0.00 0.00 0.00

II 34618.30 5.60 1213.80 35837.60

III 33516.60 134.60 637.20 34288.40

IV 30750.80 294.20 419.10 31464.10

V 21649.40 39.40 21.00 21.709.80

TOTAL 120535.10 473.80 2291.00 123299.90


Finalmente, la Tabla 65 Excavación total, recopila los volúmenes excavados para cada uno

de los frentes reportando un consolidado de 357.308,80 m3 de material movilizado en banco

para las secciones tipo tanto del túnel principal como del túnel ventana.

Tabla 65. Excavación total

TIPO DE

TERRENO

EXCAVACIÓN TOTAL

TEÓRICA

DESPRENDIMIENTOS TOTAL (m3) POR SPILLING POR

GEOLOGÍA

I 0.00 0.00 0.00 0.00

II 100487.30 5.60 2554.90 103047.80

III 157236.20 279.10 3123.00 160638.30

IV 59924.80 402.20 759.40 61086.40

V 32470.00 39.40 26.90 32536.30

TOTAL 350.118.40 726.30 6464.10 357308.80


Volúmenes adicionales correspondientes a la excavación para los nichos de auxilio, bahías

de parqueo, filtros, cimentación del revestimiento, tuberías y tanques se relacionan en la

Tabla 66 Excavaciones adicionales, que reporta un volumen adicional de 11376.40 m3.


PROYECTO


PÁGINA 166

Tabla 66. Excavaciones adicionales

Excavación adicional Total (m3)

Nichos de auxilio y parqueo 5956.90

Excavación subterránea adicional 5419.50

TOTAL 11376.40


ESTRUCTURA DE SOSTENIMIENTO

Acogiendo los estudios, diseños y las recomendaciones de soporte para los distintos tipos

de terreno identificados, en desarrollo de la obra subterránea se instalaron los elementos

de soporte que se relaciona a continuación en las correspondientes tablas. La Tabla 67

Arcos instalados, resume las unidades instaladas y su equivalente en peso.

Tabla 67. Arcos instalados

FRENTE DE

EXCAVACIÓN

Tipo HEB-

100 (u)

Tipo HEB-160

(u)

Total

(u)

Peso Total

(Kg)

Melgar 548 68 616 408.536

Ventana – Melgar 155 10 165 125.784

Ventana 78 31 109 78.551

Ventana – Boquerón 523 62 585 379.900

Boquerón 495 551 1046 806129

Totales 1799 722 2521 1798900


Lo correspondiente a los pernos y su tipología se registra en la Tabla 68 Pernos instalados.

Tabla 68. Pernos instalados

FRENTE DE

EXCAVACIÓN Tipo Radial (u)

Tipo Spilling

(u)

Total

(u)

Longitud

Total (m)

Melgar 7760 897 8657 39169

Ventana – Melgar 1478 363 1841 8217

Ventana 1058 268 1326 5893

Ventana – Boquerón 8042 746 8788 39529

Boquerón 13964 5297 19261 86581

Totales 32302 7571 39873 179390



PROYECTO


PÁGINA 167

Con relación al concreto lanzado, se registra en la Tabla 69 Concreto lanzado instalado.

Tabla 69. Concreto lanzado instalado

FRENTE DE

EXCAVACIÓN

Concreto lanzado

(m3)

Aditivo acelerante

(Kg)

Fibra metálica

(Kg)

Melgar 6.904,5 33.8321,1 191.280,0

Ventana – Melgar 2.059,5 100.917,0 39.869,7

Ventana 1.058,0 51.844,0 34.020,4

Ventana – Boquerón 7.512,5 368.114,9 161.848,1

Boquerón 12.606,7 617.727,8 276.239,7

Totales 30.141,2 1.476.924,8 703.257,9


La Tabla 70 Inyecciones a presión y perforaciones, relaciona estas actividades por frente

de excavación.

Tabla 70 Inyecciones a presión y perforaciones

ÍTEM FRENTE

MELGAR

FRENTE

VENTANA

FRENTE

BOQUERÓN

FRENTE

VENTANA

-

MELGAR

FRENTE

VENTANA -

BOQUERÓN

Perforación para

inyecciones (m) 0,0 30,0

Perforación para

drenajes (m) 165,8 72,0 581,3 22,5 0,0

Perforación para

lagrimales (u) 5 0 7 2

Inyecciones a

presión (sacos) 65 184 0 0 0

Drenes perforados

a cielo abierto (m) 782,0 85,5 121,5 0,0 31,5

Perforaciones de

exploración (m) 243,9 60,7 257,9 0,0 0,0

Sondeo con

recuperación de

núcleos (m)

240,7 47,5 770,1 17,7 146,1

Totales 1502,4 479,7 1737,8 42,2 177,6



PROYECTO


PÁGINA 168

INSTRUMENTACIÓN

La aplicación del Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles – NATM67 como

filosofía de construcción requiere instrumentar las deformaciones en función del tiempo,

procedimiento implementado de acuerdo a lo reglado en el Capítulo 12 de las

Especificaciones Técnicas de Construcción del Túnel de Sumapaz, instalando argollas

metálicas en la roca en tres puntos fijos ubicados en las zonas horarias 10, 12 y 2 para el

control de la excavación superior y dos argollas adicionales posteriores a la ejecución del

banqueo en las zonas horarias 8/9 y 3/4.

Para la medición se emplearon extensómetros de cinta con los cuales se realizaron las

mediciones en las estaciones relacionadas en la Tabla 71 Medición de convergencias.

Tabla 71. Medición de convergencias

FRENTE DE

EXCAVACIÓN

NÚMERO DE

ESTACIONES

NÚMERO DE

ARGOLLAS

NÚMERO DE

LECTURAS

Melgar 133 681 21.601

Ventana – Melgar 19 95 6.284

Ventana 25 125 4.770

Ventana – Boquerón 139 676 30.997

Boquerón 206 972 43.478

Totales 522 2.549 107.130


El registro de la Fotografía 6 Medición de convergencias, evidencia el seguimiento realizado

por la interventoría del proyecto a la toma y registro de medidas de convergencia en cada

una de las estaciones establecidas a lo largo de la excavación.

67 Acrónimo del inglés New Austrian Tunneling Method


PROYECTO


PÁGINA 169

Fotografía 6 Medición de convergencias

Fuente. Registro fotográfico SEMAICA DE COLOMBIA. Mayo 2007.

ESTRUCTURA DE REVESTIMIENTO

El revestimiento de la excavación subterránea se realizó una vez finalizada la excavación y

soporte primario del sector Ventana-Melgar, así como la impermeabilización del túnel,

mediante la instalación de geomembrana termo-soldada, en las siguientes etapas

constructivas:

i. Construcción de la zapata del revestimiento en concreto reforzado

ii. Instalación del equipo de encofrado movilizado hidráulicamente sobre rieles, constituidos

por dos carros de encofrado de 12 m de longitud útil, los cuales avanzaron por los dos

frentes principales de Melgar y Boquerón

iii. Hormigonado con concreto convencional de f’c=21Mpa a los 28 días con un espesor de

35cm, para todos los tipos de terreno, de acuerdo a lo establecido en el capítulo 8 de las

especificaciones Técnicas de Construcción del Túnel de Sumapaz.

En el túnel ventana solo se construyó la zapata del revestimiento, situación que se repite

en los cuatro nichos de parqueo con que cuenta el túnel, donde se instaló un “revestimiento

enlucido con láminas de aluzinc”68. Situaciones que se aprecian a continuación en la

Fotografía 7 Túnel ventana y Fotografía 8 Nichos de parqueo.

68 Esta situación generó controversia contractual reportada por la ANI en la Demanda de Reconvención en respuesta a la Demanda Arbitral instaurada por la CABG ante el Centro de Conciliación y Arbitraje de la Cámara de Comercio de Bogotá


PROYECTO


PÁGINA 170

Fotografía 7 Túnel Ventana

Fuente propia. Observese el sistema de sostenimiento con arcos metálicos y concreto lanzado, así como la

zapata del revestimiento, andenes perimetrales y pavimento en concreto hidráulico.

Fotografía 8 Nicho de parqueo

Fuente propia. Observese el revestimiento de los hastiales en láminas de aluzinc, así como la membrana del

sistema de impermeabilización en la boveda del túnel.

La Tabla 72 Concreto de revestimiento instalado, reporta los volúmenes de concretos

empleados en la actividad de revestimiento del túnel principal y los nichos de auxilio.


PROYECTO


PÁGINA 171

Tabla 72. Concreto de revestimiento instalado

FRENTE DE

EXCAVACIÓN

CONCRETO DE

LIMPIEZA

(m3)

CONCRETO DE

REVESTIMIENTO

NICHOS (m3)

CONCRETO DE

REVESTIMIENTO

TÚNEL (m3)

Melgar 218,7 171,0 11.216,3

Ventana – Melgar 30,8 28,5 1.860,4

Ventana 17,0 28,5 448,2

Ventana – Boquerón 183,4 156,8 11.423,0

Boquerón 204,4 199,5 14.123,9

Totales 654,3 584,3 39.071,8


La Tabla 73 Acero de refuerzo instalado, da cuenta de las cuantías de acero de refuerzo

para el revestimiento del túnel principal y los nichos de auxilio.

Tabla 73. Acero de refuerzo instalado

ÍTEM UNIDAD CANTIDAD

Acero de refuerzo Kg 25.7187,40

Malla electrosoldada R81 para el refuerzo del

concreto de revestimiento m2 99.661,80


En el Anexo 3 la Figura 49 Secciones de revestimiento tipo, muestra esquemáticamente el

revestimiento construido a lo largo del túnel principal.2.7 Sistema de drenaje

De acuerdo con el Capítulo 11 de las Especificaciones Técnicas de Construcción del Túnel

de Sumapaz, el sistema de drenaje implementado corresponde a las siguientes actividades:

i. Impermeabilización

Entre el concreto neumático del soporte y la cara interna del revestimiento se instalaron

geotextil no tejido y geomembrana de 1.5 mm en sectores de baja permeabilidad y de 2 mm

en sectores de alta permeabilidad, al igual que mangueras de PVC para encausar chorros

de agua provenientes del macizo rocoso hacia el sistema de drenaje principal.

ii. Conductos de drenaje de agua de infiltración

Bajo las zapatas del revestimiento se colocaron tuberías de 12” a cada lado del túnel

interconectadas por cajas de inspección cada 100 m, un tanque de acumulación de agua

de infiltración localizado en el K86+415 y ductos en tubería de concreto y PVC de 16”, 24”

y 36”.


PROYECTO


PÁGINA 172

iii. Conductos de drenaje de aguas de calzada

El diseño geométrico del túnel transversal contempló el bombeo de la calzada del 2% en

un solo sentido en entre tangencias, pasos cada metro en el bordillo, cárcamo bajo el andén

en el costado izquierdo y la construcción de sumideros, para garantizar la evacuación de

las aguas de escorrentía que penetren al túnel, aguas de lavado, etc.

La Tabla 74 Drenajes construidos, da cuenta de las cantidades de obra correspondientes

al sistema de drenaje del túnel de Sumapaz.

Tabla 74. Drenajes construidos


Mangueras de polipropileno de diámetro máximo 5,0 cm m 1.969.30

Suministro e instalación de geomebrana impermeabilizante m2 90.058.40

Suministro y colocación de tubería de concreto y accesorios

de diámetro máximo 0,40 m m 8.799.50

Concreto de 28 MPa para desarenadores m3 486.90

Construcción pozo inspección u 13

Suministro e instalación cerramiento en tubo y malla para

desarenador m 229,10

Suministro y colocación tubería Novafort de 6” m 115.50

Suministro y colocación de tubería flexible Acuaflex 160 mm m 90.0

Suministro e instalación de cinta flexible para sello de juntas

de construcción m 262.2

Suministro e instalación de tubería ranurada de drenaje de

4” m 73.39.4

Suministro e instalación de compuerta deslizante HD para

tubería de 8” u 3


A su vez, en el Anexo 3 la Figura 50 Sistema de drenajes y tuberías, esquematiza al detalle

las estructuras diseñadas y construidas para este sistema.

ESTRUCTURA DE PAVIMENTO

De conformidad con el capítulo 16 de las Especificaciones Técnicas de Construcción del

Túnel de Sumapaz, se construyó el pavimento de la calzada del túnel tanto principal como

ventana, en concreto tipo MR-45 de 30 cm de espesor, reforzado con dovelas en las juntas


PROYECTO


PÁGINA 173

transversales, soportado en una capa de 15 cm mínimo de espesor de sub-base granular;

la Tabla 75 Pavimento túnel principal, reporta las cantidades de obra correspondientes al

túnel principal y la Tabla 76 Pavimento túnel ventana, lo concerniente al túnel ventana.

Tabla 75. Pavimento túnel principal


Losa de concreto MR-45 m3 10.152.80

Subbase granular m3 8.007.80

Relleno seleccionado con material de la excavación m3 914.30

Relleno filtrante m3 4.211.90

Geotextil no tejido m2 32.501.20

Pedraplen m3 1.831.20

Suministro e instalación de canastillas para dovelas u 2.057


Tabla 76. Pavimento túnel ventana


Base granular m3 439.90

Losa de concreto MR-45 Kg 351.90

Acero de refuerzo grado 60 m3 242.30


CONTROVERSIA CONTRACTUAL

Con el fin de dirimir las controversias surgidas de la ejecución del contrato de concesión

GG-040-2004, el concesionario Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot interpuso

dos demandas arbitrales ante el Centro de Conciliación y Arbitraje de la Cámara de

Comercio de Bogotá, en contra de la Agencia Nacional de Infraestructura; las que a su vez

fueron objeto de demanda de reconvención por parte de la Entidad concedente.

En la citada demanda de reconvención, la ANI solicitó del Tribunal de Arbitramento la

declaratoria de incumplimiento por parte del concesionario, por la no construcción del

revestimiento final de los cuatro (4) nichos de parqueo del túnel principal y del revestimiento

del túnel ventana, como se evidencia en la Fotografía 7 Túnel Ventana, y en la Fotografía

8 Nicho de parqueo.

El concesionario manifestó en sus alegatos que desde el punto de vista técnico el citado

revestimiento no cumple una función estructural, esto es que no aporta a la estabilidad del


PROYECTO


PÁGINA 174

túnel, desempeñando solamente funciones de tipo estético y funcional asociadas a la

operación del sistema de ventilación. Adujo adicionalmente que la construcción de tan solo

250 m de revestimiento de los nichos de parqueo requería la construcción de una formaleta

especial (tipo carro de avance) de altísimo costo y que el revestimiento enlucido (láminas

de aluzinc) instalado cubría a cabalidad los requerimientos estéticos y funcionales.

Adicionalmente, las mayores cantidades de concreto instaladas activaron el soporte parcial

por riesgo geológico, lo que determinó que el concreto del revestimiento en cuestión debiera

ser pagado por la ANI, más no así la formaleta necesaria para su construcción.

De otra parte, el concepto emitido por la Interventoría Consorcio ConCol B&C, adujo que el

revestimiento entraba en alguna medida a suplir estructuralmente al sistema de soporte, en

el evento de su degradación en el tiempo, asegurando de esta manera condiciones de

seguridad ante posibles desprendimientos de roca en las áreas de mayor extensión y

exposición de la bóveda de la excavación, que corresponde justamente a los nichos de

parqueo, como se observa en la Figura 4 Sección nichos de parqueo y auxilio túnel de

Sumapaz.

Finalmente, la decisión adoptada por el tribunal en 2013 determinó el incumplimiento del

concesionario por la no construcción del recubrimiento de los nichos de parqueo y de la

ventana.


PROYECTO


PÁGINA 175

CAPITULO 4. ANÁLISIS COMPARATIVO

Este capítulo del estudio de caso realiza un comparativo entre los diseños realizados para

la construcción del túnel de Sumapaz, con especial énfasis en el diseño inicial realizado por

el Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA,

en el año 1998, contrastado con el estado final de construcción del túnel de Sumapaz

reportado en el Capítulo 3. Proyecto Construido.

GEOLOGÍA GENERAL

Tal y como se planteó desde los estudios iniciales del túnel de Sumapaz, el alineamiento

del túnel se ubicó en el piedemonte occidental de la cordillera oriental, en el sector de la

Nariz del Diablo atravesando la serranía de Quininí, con una orientación aproximada Este–

Oeste paralela al río Sumapaz y a la carretera existente.

Geocronológicamente, la formación de la cordillera oriental data de las eras Cenozoica y

Mesozoica en una escala temporal que abarca los últimos 85 millones de años, estando el

túnel ubicado en una zona tectónicamente complicada sometida a fuertes esfuerzos

compresionales evidenciados en la presencia de sinclinales, anticlinales y fallas como se

observa en la Fotografía 9..

Coinciden los estudios realizados para diferentes proyectos que contemplan excavaciones

subterráneas en la cordillera oriental69, en la descripción geológica general y en las

características geotécnicas principales, estudios de referencia ampliamente empleados

para el cotejo de parámetros de diseño y resultados de ensayos de laboratorio en proyectos

similares.

69 Proyectos Mesitas, Chingaza y Rosales de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá


PROYECTO


PÁGINA 176

Fotografía 9 Escarpes del cañón del Sumapaz

Fuente propia

ESTRATIGRAFÍA

En términos generales los estudios realizados tanto por INGETEC, como por PONCE DE

LEÓN, coinciden en la identificación de las formaciones rocosas asociadas a los períodos

geológicos, corroboradas en el proceso constructivo como se evidencia en la Tabla 77

Períodos geológicos y formaciones asociadas, a continuación.

Tabla 77. Periodos geológicos y formaciones asociadas

INGETEC

(1)

PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

PERIODO CUATERNARIO

Depósitos aluviales Depósitos aluviales Depósitos aluviales

Depósitos coluviales Depósitos coluviales Depósitos coluviales

- Depósitos de coluvión y

terraza Depósitos fluvio-glaciales

Depósitos de terraza Depósitos de terraza -

PERIODO TERCIARIO

Formación Gualanday Formación Gualanday Formación Gualanday

- - Formación Guaduas

PERIODO CRETACEO – TERCIARIO


PROYECTO


PÁGINA 177

INGETEC

(1)

PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

Formación Guaduas Formación Guaduas -

PERIODO CRETACEO

Grupo Guadalupe Grupo Guadalupe Grupo Guadalupe

• Arenisca tierna • Arenisca tierna o Arenisca tierna

• Arenisca de labor • Arenisca de labor o Arenisca de labor

• Formación Plaeners • Formación Plaeners o Formación Plaeners

• Arenisca dura • Arenisca dura o Arenisca dura

- - o Chert

Formación Villeta Formación Villeta Formación Villeta



De igual manera que el caso anterior, los estudios realizados coinciden entre sí y a su vez

con lo encontrado en campo con relación a las estructuras formacionales, comparadas en

la Tabla 78 Geología Estructura Pliegues, Tabla 79 Geología Estructural Fallas y Tabla 80

Geología Estructural Discordancias.

Tabla 78. Geología Estructural Pliegues.

INGETEC

(1)

PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO

(3)

Sinclinal de Icononzo Sinclinal El Poblado Monoclinal oriental

Anticlinal de La Palmita Anticlinal El Poblado Anticlinal truncado central

Sinclinal de La Cascada Sinclinal de La Cascada Sinclinal de La Cascada

Anticlinal de La Cascada Anticlinal de La Palmita Graben de La Cascada

Sinclinal de Malachí Monoclinal del Sumapaz Isoclinal de El Poblado



PROYECTO


PÁGINA 178

Tabla 79. Geología Estructural Fallas

INGETEC (1) PONCE DE LEÓN (2) PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

Falla de Quininí Falla de Quininí Falla de Quininí

Falla de Melgar Falla de Melgar Falla de La Palmichala

- - Falla Inversa del K87+800

- - Falla Ventana

- - Falla de El Poblado

- - Falla de Malachí


Es importante en todo caso observar cómo, el nivel de detalle de la geología estructural

solo se alcanza en el proceso constructivo de la obra subterránea, lo que permitió identificar

las zonas de fallamiento a lo largo del trazado del túnel y tal vez lo más relevante, la

secuencia litológica reportada en la Tabla 50 Sectorización Litológica.

Tabla 80. Geología Estructural Discordancias

INGETEC

(1)

PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

Discordancia Guadalupe -

Gualanday


Gualanday


Gualanday


HIDROGEOLOGÍA

De conformidad con la identificación de las formaciones rocosas, tanto los estudios como

la construcción del túnel coincidieron en mayor o menor medida en las condiciones de

permeabilidad, clasificadas como se relaciona en la Tabla 81 permeabilidad asociada a las

formaciones rocosas.

Tabla 81. Permeabilidad asociada a las formaciones rocosas

CLASIFICACIÓN INGETEC (1) PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

Muy alta Depósitos aluviales Depósitos aluviales Depósitos aluviales y

coluviales

Alta Areniscas Areniscas Tierna,

de Labor y Dura

Areniscas Tierna, de

Labor y Dura

Media Formación

Gualanday

Formación

Gualanday Formación Gualanday


PROYECTO


PÁGINA 179

CLASIFICACIÓN INGETEC (1) PONCE DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO (3)

Baja

Depósitos

coluviales y de

terraza

Depósitos

coluviales y de

terraza

Depósitos de terraza

Muy baja

Formaciones

Guaduas, Plaeners

y Villeta

Formaciones

Guaduas, Plaeners

y Villeta

Formaciones Plaeners

y Villeta

Impermeable - - Formación Guaduas


En la construcción se encontró que los sectores de mayor aporte al interior del túnel

correspondieron a las zonas de acuíferos del Monoclinal Oriental y el Sinclinal de La

Cascada y la zona de recarga constituida por la serranía de Quininí, el cerro Palmichala y

las lomas de El Poblado.

Tal y como se previó inicialmente, la construcción del túnel generó serias afectaciones en

las fuentes de agua superficial, al funcionar la excavación como un gran colector de aguas,

lo que se refleja en el desecamiento de la quebrada “La Cascada” y otros acuíferos menores

que servían de abastecimiento a las comunidades asentadas en el lugar, situación que hizo

necesario disponer del suministro de agua potable a través de carrotanques.

SOSTENIMIENTO

Coinciden los estudios y el procedimiento constructivo empleado, en la implementación del

denominado Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles o NATM70, por sus siglas

en inglés, entendido este como una filosofía en el actuar propio de una excavación

subterránea, que compara las curvas características del terreno con los resultados de la

instrumentación instalada, para determinar a priori cuál es el sostenimiento que mejor

puede funcionar en un caso dado, teniendo presente sin embargo las recomendaciones de

soporte y los criterios de sostenimiento de túneles basados en las clasificaciones

geomecánicas del macizo rocoso.

Especial importancia reviste la determinación efectuada en cada caso de los posibles

mecanismos de falla, mediante la identificación de la combinación desfavorable de familias

de discontinuidades (con el empleo de métodos analíticos y gráficos), y la redistribución de

esfuerzos ocasionada por la excavación; análisis que buscaron establecer las presiones

70 Rabcewickz, Müller y Parcher. 1948 -1964


PROYECTO


PÁGINA 180

críticas de soporte que debieron ser resistidas para que no se produjera la falla ni se

indujeran zonas plásticas muy amplias alrededor de la excavación.

De esta manera se estableció en todos los casos el empleo de concreto lanzado adicionado

con fibras metálicas, la instalación de anillos sistemáticos de pernos anclados para generar

un arco autosoportante y la colocación de arcos metálicos en zonas de bajo tiempo de

autosoporte, acompañados de pernos en Spilling donde las condiciones del frente de

avance lo requirieron.

Con respecto al empleo de concreto lanzado, estableció la tabla de cantidades tope a partir

de las cuales se activó el soporte parcial por riesgo geológico, un volumen de 15.400 m3,

que contrastado con el volumen empleado de 30.141 m3, representa un incremento del

196% en el estimado por diseño, tal y como se representa en la Figura 17 Comparativo

concreto lanzado.

Con relación al empleo de arcos de sostenimiento, estableció el contrato que a partir de

1’974.540 Kg se activaría el riesgo geológico, encontrando que de acuerdo a los reportes

se requirieron tan solo 1’798.900 Kg. Equivalente al 91% del estimado inicial, como se

observa en la Figura 18 Comparativo arcos de sostenimiento.

Figura 17. Comparativo concreto lanzado


Instalado

Riesgo geológico

-

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

1 2

30.141

196%

15.400

100%

(%)

(m3

)

CONCRETO LANZADO

Instalado Riesgo geológico


PROYECTO


PÁGINA 181

Figura 18. Comparativos arcos de sostenimiento


En lo concerniente al empleo de pernos de anclaje para estabilizar la excavación, se previó

contractualmente el empleo hasta de 261.583 m, a partir del cual se activaría el riesgo

geológico, encontrando que se emplearon solamente 179.390 m, equivalente al 69% del

tope estimado, como se refleja en la Figura 19 Comparativo pernos de anclaje.

Figura 19. Comparativos pernos de anclaje


Instalados

Riesgo geológico

-

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

1 2

1.798.900

91%

1.974.540

100%

(%)

(Kg)

ARCOS DE SOSTENIMIENTO

Instalados Riesgo geológico

Instalados

Riesgo geológico

-

100.000

200.000

300.000

1 2

179.390

69%

261.583

100%

(%)

(m)

PERNOS DE ANCLAJE

Instalados Riesgo geológico


PROYECTO


PÁGINA 182

La Figura 20 Comparativo malla electrosoldada sostenimiento, corresponde a la relación

entre el estimado por riesgo geológico para el área de malla electrosoldada en cuantía de

6.400 m2 y la realmente empleada como parte del sostenimiento correspondiente a 99.661

m2, esto es un desfase que supera el 1.500%

Previó el contrato en lo concerniente a la longitud esperada de perforaciones para anclajes

y drenes, que a partir de 3.938 m se activaría el riesgo, encontrando como se muestra en

la Figura 21 Comparativo perforaciones para anclajes y drenes, la perforación de 4.880 m,

equivalente al 124%.

Figura 20. Comparativo malla electro soldada sostenimiento


Finalmente, en este comparativo de los elementos del sistema de sostenimiento con

relación a las cantidades previstas para activar el riesgo geológico, la Figura 22

Comparativo aditivo acelerante para concreto reporta el empleo de 1’476.924 kilos de

aditivo que representa el 1.136% del aditivo contemplado en diseños, correspondiente a

130.000 kilos.

Riesgo geológico

Instalada

-

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

1 2

6.400 100%

99.661

1557%

(%)

(m2

)

MALLA ELECTROSOLDADA

Riesgo geológico Instalada


PROYECTO


PÁGINA 183

Figura 21 Comparativo perforaciones para anclajes y drenes


Figura 22. Comparativo aditivo acelerante para concreto


Realizadas

Riesgo geológico

-

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

1 2

4.880

124%

3.938

100%

(%)

(m)

PERFORACIONES

Realizadas Riesgo geológico

Instalado

Riesgo geológico

-

500.000

1.000.000

1.500.000

1 2

1.476.924

1136%

130.000 100%

(%)

(Kg)

ADITIVO ACELERANTE



PROYECTO


PÁGINA 184

A manera de resumen, la Tabla 82 Comparativo elementos de sostenimiento, relaciona las

cantidades correspondientes a los elementos empleados en el sostenimiento de la

excavación, las cantidades contractuales y sus porcentajes equivalentes, representados

esquemáticamente en la Figura 23 Comparativo elementos de sostenimiento.

Tabla 82. Comparativos elementos de sostenimiento

ELEMENTO INSTALADO RIESGO GEOLÓGICO %

Arcos de sostenimiento instalados 1’798.900 1’974.540 91%

Concreto lanzado instalado 30.141 15.400 196%

Aditivo acelerante instalado 1’476.924 130.000 1.136%

Malla electrosoldada riesgo geológico 99.661 6.400 1.557%

Pernos de anclaje instalados 179.390 261.583 69%

Perforaciones realizadas 4.880 3.938 124%


Figura 23. Comparativos elementos de sostenimiento


1.798.900

30.141

1.476.924

99.661 179.390 4.880

1.974.540

15.400 130.000 6.400 261.583

3.938

ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO



PROYECTO


PÁGINA 185

Puede concluirse entonces, que los elementos del sistema de sostenimiento que superaron

los topes establecidos contractualmente para activar el riesgo geológico corresponden al

concreto lanzado, la malla electrosoldada y el aditivo acelerante para el concreto.

REVESTIMIENTO

Bajo la premisa que el soporte diseñado es capaz de resistir la totalidad de las cargas

impuestas por el macizo rocoso, se determinó en ambos estudios el diseño y construcción

del revestimiento total del túnel por consideraciones de seguridad y funcionalidad, con base

en la modelación geométrica de la sección, las propiedades del concreto y diferentes

combinaciones de carga, con resultados que arrojaron espesores entre 35 cm y 40 cm.

La Figura 24 Comparativo concreto de revestimiento, representa comparativamente el

volumen de concreto empleado en el revestimiento de la obra subterránea, que excedió en

el 123% el volumen establecido contractualmente como tope para activación del riesgo

geológico; tengamos en cuenta que el concesionario no revistió los nichos de parqueo ni la

ventana que hubiera generado aún mayores cantidades de obra.

Figura 24. Comparativo concreto de revestimiento


Instalado

Riesgo geológico

-

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

1 2

39.656

123%

32.172

100%

(%)

(m3

)

CONCRETO DE REVESTIMIENTO



PROYECTO


PÁGINA 186

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL TRAZADO

La Tabla 83 Comparativo características geométricas del trazado, compila los parámetros

de diseño y construcción, y realiza el comparativo en la columna (4) entre el diseño inicial

y el proyecto construido.

Tabla 83. Comparativo características geométricas del trazado

PARÁMETRO DE

DISEÑO

INGETEC

S.A. (1)

PONCE

DE LEÓN

(2)

PROYECTO

CONSTRUIDO

(3)

COMPARATIVO

(4) = (3) - (1)

Longitud túnel principal 4105 m 3886 m 3966 m -139

Longitud túnel ventana 33 m 206 m 207 m 174

Longitud túnel + ventana 4138 m 4092 m 4173 m 35

Ancho de carril 3,60 m c/u 3,65 m c/u 3,65 m c/u -

Franja de seguridad 0.50 m c/u 0.50 m c/u 0.50 m c/u -

Andén 1.25 m c/u 1.20 m c/u 1.25 m c/u -

Sección promedio

excavación

80.1 a 97.6

m2 80 m2 80 a 98 m2 -

Gálibo vertical mínimo 4.60 m 4,60 m 4,60 m -

Número de nichos de

parqueo c/700 m ~ 5 4 4

-1

Número de nichos SOS c/100 m ~ 5 41 -


El parámetro de diseño más relevante para el análisis comparativo entre el diseño inicial de

INGETEC S.A.71 y la obra subterránea construida, es quizá la longitud total del túnel, esto

es la longitud del túnel principal más la longitud de la ventana, que de acuerdo a la columna

(4) reporta una mayor longitud construida de 35m, lo que explica en alguna medida las

mayores cantidades de obra ejecutadas, como se observa gráficamente en la Figura 25

Comparativo de longitudes.

71 Diseños con los cuales se estructuró el proyecto por parte de INVIAS y se contrató por el INCO


PROYECTO


PÁGINA 187

Figura 25. Comparativo de longitudes


5.2 TIPOS DE TERRENO

La caracterización geomecánica del macizo rocoso empleada en los diferentes estudios y

diseños del túnel para establecer el comportamiento del terreno, coinciden en el empleo de

las teorías empíricas usuales, esto es, Hoek (GSI), Barton (Q-System) y Bieniawski (RMR).

De acuerdo a la clasificación de Bieniawski y la determinación de los tipos de terreno

esperados y encontrados en el proceso constructivo del túnel, la Tabla 84 Comparativo por

tipo de terreno, muestra los porcentajes de excavación previstos en los diseños iniciales y

los porcentajes ejecutados por el constructor; representados en la Figura 26 Comparativo

por tipo de terreno, que representa las variaciones porcentuales estimada y ejecutada.

INGETEC S.A.

PROYECTO CONSTRUIDO

0500

10001500200025003000350040004500

Longitudtúnel

principal (m)

Longitudtúnel ventana

(m)

Longitudtúnel +

ventana (m)

4105

33

4138

3966

207

4173

L (m

)

COMPARATIVO LONGITUDES

INGETEC S.A. PROYECTO CONSTRUIDO


PROYECTO


PÁGINA 188

Tabla 84. Comparativo por tipo de terreno

TIPO DE

TERRENO PORCENTAJE ESTIMADO INGETEC

PORCENTAJE

EJECUTADO

I 9.00% -

II 43.00% 10.12%

III 38.00% 64.84%

IV 6.00% 16.75%

V 4.00% 8.29%

TOTAL 100% 100%


Figura 26. Comparativo tipo de terreno (esperado/ejecutado)


-

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

I II III IV V

PORCENTAJE ESTIMADO INGETEC 9,00 43,00 38,00 6,00 4,00

PORCENTAJE EJECUTADO - 10,12 64,84 16,75 8,29

9,00

43,00 38,00

6,00 4,00 -

10,12

64,84

16,75

8,29

(%)

TIPOLOGÍA

TIPO DE TERRENO

PORCENTAJE ESTIMADO INGETEC PORCENTAJE EJECUTADO


PROYECTO


PÁGINA 189

De este comparativo se puede inferir que:

i. En la ejecución de la obra subterránea no se encontró terreno tipo I, asociado a la

presencia de roca sana, poco fracturada y de estratificación gruesa, donde es posible

realizar la excavación sin ningún tipo de soporte en el frente de avance.

ii. Disminuyó ostensiblemente el porcentaje de terreno tipo II, de un esperado en los

diseños iniciales del 43% a tan solo el 10.12%, terreno asociado a la presencia de Areniscas

duras de estratificación media, moderadamente fracturadas, Liditas, Limolitas y Lutitas de

dureza media en estratificación gruesa.

iii. Predominó la excavación en terreno clasificado como tipo III, que en los estudios iniciales

se consideró tendría una incidencia del 38% de la excavación, pero que aumentó

significativamente al 64.84%, correspondiente a la presencia de rocas duras muy

fracturadas y friables como Lutitas, Limolitas y Arcillolitas duras.

iv. Aumentaron los porcentajes de excavación en terreno tipo IV, asociado a rocas duras

muy fracturadas o trituradas que requieren soporte oportuno para evitar derrumbes,

agrietamientos y eventual levantamiento de la solera.

v. Aumentaron igualmente los porcentajes de terreno tipo V, asociado a rocas duras

intensamente replegadas, fracturadas, trituradas y de muy baja resistencia que ocasionan

empujes considerables del terreno y levantamiento de solera, con relación a los

porcentajes esperados en los estudios.

Como consecuencia de esta variación porcentual desfavorable, aumentaron los

requerimientos en materia de soporte con el consiguiente aumento en la cantidad de

concreto neumático, malla electro soldada y aditivo acelerante para concreto.

5.3 VOLÚMENES DE EXCAVACIÓN

Establece el contrato de concesión GG-040-2004, en su Cláusula 23 que a partir de las

cantidades en excavaciones subterráneas que se reporta en la Tabla 85 Cantidades tope

del riesgo geológico, se activará la contingencia por riesgo geológico, cuya sumatoria

corresponde a un estimado de 362.545 m3 de excavación subterránea.

Tabla 85. Cantidades tope del riesgo geológico

Excavaciones Suelo Tipo 1 (m3) 31.732



PROYECTO


PÁGINA 190




Excavación de la Ventana (m3) 1.647

Excavación de los nichos de auxilio y parqueo (m3) 4.662

Excavación subterránea adicional (m3) 7.100

Total excavaciones subterráneas (m3) 362.545 Fuente. Adaptación propia

De otra parte, en la Tabla 86 Cantidades excavadas, se resumen las cantidades realmente

ejecutadas de excavación subterránea que corresponde a un total de 368.685 m3

Tabla 86. Cantidades excavadas

TIPO DE

TERRENO MELGAR

VENTANA

MELGAR VENTANA

VENTANA

BOQUERON

BOQUERO

N TOTAL

I - - - - - -

II 30.895,70 1.846,80 8.774,90 25.692,70 35.837,60 103.047,70

III 57.829,50 12.711,50 1.926,70 53.882,20 34.288,40 160.638,30

IV 8.410,10 4.728,60 5.222,60 11.261,00 31.464,10 61.086,40

V 4.734,40 - 1.715,70 4.376,30 21.709,80 32.536,20

Nichos - - - - - 5.956,90

Adicionales - - - - - 5.419,50

TOTAL 101.869,70 19.286,90 17.639,90 95.212,20 123.299,90 368.685,00


Del análisis comparativo entre las cantidades de excavación subterránea estimada para

activar el soporte parcial por riesgo geológico (362.545 m3) y las cantidades efectivamente

ejecutadas (368.685 m3), se concluye que:


PROYECTO


PÁGINA 191

i. En la asignación de los riesgos del contrato se estableció un volumen probable teórico de

excavación subterránea basado en los diseños y el tipo de terreno esperado, equivalente

a 329.586 m3.

ii. Se estimó un 10% adicional de volumen de excavación en previsión de posibles

contingencias que serían asumidas por el contratista, equivalente a (362.545 – 329.586) =

32.959 m3

iii. A partir del 110% del volumen probable teórico se activó el soporte parcial por riesgo

geológico, que para el caso que nos ocupa corresponde a (368.685 – 362.545) = 6.140 m3

La Figura 27 Comparativo de excavación subterránea, representa el comportamiento de la

excavación y permite apreciar cómo, si bien el volumen de excavación reconocido por

riesgo geológico solo fue del 2%, el volumen de excavación ejecutado con respecto al

volumen teórico de los diseños de INGETEC, lo excede en un 12%.

Figura 27. Comparativo de excavación subterránea


Volumen (m3)

%

-

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

Estimado Riesgoasumido

Ejecutado

Volumen (m3) 329.586 362.545 368.685

% 100% 110% 112%

329.586 362.545 368.685

100% 110% 112%

EXCAVACIÓN SUBTERRÁNEA

Volumen (m3) %


PROYECTO


PÁGINA 192

CAPITULO 5. PROYECTO DE ASOCIACIÓN PÚBLICO PRIVADA DE

INICIATIVA PRIVADA TERCER CARRIL DOBLE CALZADA BOGOTÁ

GIRARDOT

La Agencia Nacional de Infraestructura – ANI, expidió el 7 de abril de 2014 la Resolución

No. 55272, por medio de la cual autorizó a la Sociedad Infraestructura Concesionada S.A.S.

- INFRACON S.A.S., para que en su calidad de originador adelantara los estudios de

factibilidad en fase II para el proyecto de Asociación Público Privada de Iniciativa Privada -

APP IP denominado “APP Tercer Carril Bogotá – Girardot”, proyecto que contempla la

construcción de cinco túneles cortos en el sector comprendido entre el Hotel Malachí y El

Boquerón en el flanco izquierdo del cañón del río Sumapaz, sector geográfico coincidente

con la zona de construcción del túnel de Sumapaz.

Por esta razón, es importante conocer y recopilar apartes importantes del estudio elaborado

por la firma GEOTÚNELES S.A.S. y presentado por INFRACON S.A.S, a la ANI en marzo

de 2015, que aportan al conocimiento del comportamiento geomecánico del macizo rocoso

en el área de estudio, así como del estado funcional del túnel de Sumapaz.

i. Informe geomecánico de obras subterráneas, para la construcción de los túneles

Palmichala, Nariz del Diablo, Divino Niño y Ermitaño.

ii. Informe de inspección y diagnóstico al túnel de Sumapaz realizado con el objeto de

“identificar su capacidad técnica y operativa y los problemas funcionales y estructurales”.

En el Anexo 4, la Figura 51 Localización general túneles cortos, se ubican las estructuras

propuestas en la Iniciativa Privada en el área del cañón del río Sumapaz y a su vez, la

Figura 52 Sección tipo túneles cortos, esquematiza la sección propuesta.

INFORME GEOMECÁNICO DE OBRAS SUBTERRÁNEAS

Refiere el estudio que, para la construcción de un tercer carril en la doble calzada existente

se requiere la construcción de los túneles relacionados en la Tabla 87 Túneles proyectados,

de similares características geométricas al túnel de Sumapaz.

72 https://www.google.com.co/#q=Resolucion+ANI+552+de+2014&


PROYECTO


PÁGINA 193

Tabla 87. Túneles proyectados

TÚNEL

PROYECTADO

LONGITUD

(m)

COTA

MEDIA ABSCISADO

SECCIÓN

TRANSVERSAL

Ermitaño 310 385 msnm Km37+610 al

Km37+920 Dos carriles de

3.65m; sobreancho

de 0.35m c/u;

andenes de 1 m y

gálibo vehicular

mínimo de 5m

Divino Niño 194 398 msnm Km38+650 al

Km38+844

Palmichala 742 422 msnm Km39+021 al

Km39+763

Nariz del

Diablo 780 439 msnm

Km40+598 al

Km41+378

Fuente. Informe geomecánico de obras subterráneas GEOTÚNELES

Geología y Geotecnia de túneles

Identifica el estudio la presencia de afloramientos del Cretáceo compuesto por Areniscas

con intercalaciones de Limolita, Lutita y Arcillolita, así como rocas del Período Terciario

como Areniscas conglomeráticas cubiertas parcialmente por depósitos coluviales

conformados por bloques de Arenisca embebidos en matriz areno arcillosa.

El paisaje edáfico refleja estructuras geológicas anticlinales y sinclinales dislocadas por las

fallas de Quininí y Melgar, dividiendo la primera el área en dos grandes bloques, estando el

bloque oriental conformado por Arenisca del Grupo Guadalupe buzando al occidente entre

35º a 45º; el bloque occidental con la misma conformación del grupo Guadalupe y depósitos

de la Formación Gualanday limitados al occidente por la falla de Melgar que pone en

contacto rocas del grupo Guadalupe con rocas de la Formación Gualanday.

Para la exploración del subsuelo y la elaboración de un modelo litológico, realizó el

Consultor sondeos por refracción sísmica y sendas perforaciones por rotación en la

ubicación de los túneles Palmichala, Ermitaño y Divino Niño y cinco perforaciones en el

alineamiento del túnel Nariz del Diablo, con longitudes entre 15m a 70m.

La Tabla 88 Estratigrafía del sector, recopila y describe los materiales que serán excavados

en los precitados túneles.


PROYECTO


PÁGINA 194

Tabla 88. Estratigrafía del sector

FORMACIÓN DESCRIPCIÓN

Coluvión (Qc) Bloques de hasta 4m y cantos de Arenisca embebidos en

matriz limo-areno-arcillosa, en espesores entre 50m a 60m

Depósito Aluvial (Qal)

Bloques redondeados a sub-redondeados de Arenisca

cuarzosa en una matriz areno-arcillosa localizados en los

drenajes principales

Grupo Guadalupe

Arenisca de Labor

(Kgl)

Capas medias a gruesas de arenas blancas cuarzosas finas

cementadas con intercalaciones de Limolitas de cuarzo

grises

Formación Plaeners

(Kgp)

Sucesión de Limolitas silíceas gris oscuro y Lodolitas

silíceas negras. Infrayace a la Formación arenisca de Labor

y suprayace la formación Arenisca Dura

Formación Arenisca

Dura (Kgd)

Capas gruesas a muy gruesas de Areniscas finas a muy

finas gris claras cementadas con intercalación de Lodolitas

grises. Esta formación se encuentra en el alineamiento del

túnel Nariz del Diablo

Grupo Villeta (Kv)

Presente en el bloque yacente de la falla de Quininí,

conformado por Lodolitas negras laminadas con

intercalaciones esporádicas de arena cuarzosa de grano

fino


La Tabla 89 Geología estructural, detalla las estructuras (fallas y pliegues) identificadas en

el sector; la Figura 28 Sector del río Sumapaz corresponde a una vista aérea donde se

señalan algunas formaciones de interés en el área de estudio.

Tabla 89. Geología estructural


Falla de Quininí

Conjunto de fallas de cabalgamiento con dirección N10E y

buzamiento al oriente localizadas desde el cerro de Quininí hasta

nororiente del Municipio de El Colegio; en el sector de El Boquerón

pone en contacto rocas del Grupo Villeta al oriente, con rocas del

Grupo Guadalupe al occidente


PROYECTO


PÁGINA 195


Anticlinal de

Palmichala

Estructura angosta con dirección N10Een rocas del Grupo

Guadalupe y afloramiento de su núcleo constituido por las

formaciones Arenisca Dura y Plaeners

Sinclinal de La

Cascada

Estructura amplia con dirección N30E con su núcleo conformado

por rocas de la Formación Gualanday

Anticlinal de El

Poblado

Estructura volcada y apretada con dirección N30Een rocas del

grupo Guadalupe, suprayaciendo una zona de esfuerzos inferidos

con rocas altamente fracturadas

Sinclinal de El

Poblado

Estructura volcada y apretada con dirección N30Een rocas de la

Formación Gualanday

Falla de Melgar Falla de cabalgamiento de rocas cretácicas sobre rocas de la

Formación Gualanday, con dirección N30E


Figura 28. Sector del cañón del río Sumapaz



PROYECTO


PÁGINA 196

Con relación a las condiciones geológicas que se espera encontrar durante la construcción

de los túneles cortos, la Tabla 90 Condiciones geológicas esperadas, a continuación,

recopila para cada túnel propuesto la descripción correspondiente.

Tabla 90. Condiciones geológicas esperadas

TÚNEL DESCRIPCIÓN

Ermitaño

De occidente a oriente rocas de la Formación Gualanday (cuarzo

arenitas y Areniscas conglomeráticas poco cementadas y

deleznables), y las Formaciones Arenisca de Labor y Tierna,

compactas, competentes y bien cementadas. La falla de Melgar

incide en el tramo inicial del túnel donde se espera encontrar rocas

fracturadas.

Divino Niño

Atravesará rocas dela Formación Arenisca de Labor y Tierna,

conformadas por Areniscas bien cementadas y compactas, aunque

algo meteorizadas con pequeñas intercalaciones de Liditas

Palmichala De occidente a oriente atravesará rocas de la Formación Villeta

(Lutitas y Limolitas) y Arenisca Dura

Nariz del Diablo

Atravesará rocas de las formaciones Arenisca Dura (capas gruesas

de Areniscas cuarzosas bien cementadas) y Plaeners (capas

delgadas y débiles de roca Lidita en estratificación tipo panela de

baja capacidad de autosoporte)


Propiedades geomecánicas del macizo rocoso

La determinación de las propiedades geomecánicas y físico-químicas de los materiales a

excavar (análisis estadístico de resultados de ensayos de laboratorio de proyectos cercanos

y núcleos de roca provenientes de las perforaciones efectuadas), permite estimar las

propiedades del macizo rocoso (resistencia a la compresión, cohesión, ángulo de fricción,

módulo de deformación, potencial de expansión, etc.), así como el estimativo de las

presiones a que estarán sometidos los elementos de soporte y revestimiento, así como las

deformaciones previsibles.

i. Resistencia y módulo de deformación del macizo rocoso

La resistencia de la masa de roca y su deformabilidad está determinada por la resistencia

de la roca intacta y la calidad del macizo rocoso – RQD, parámetro intrínsecamente

asociado a la frecuencia y naturaleza de las discontinuidades dentro de la masa de roca. A


PROYECTO


PÁGINA 197

partir del módulo de elasticidad de los núcleos tomados en los sondeos se determina el

límite superior del módulo del macizo (para el caso de discontinuidades separadas y

cerradas), valor que se reduce significativamente según el estado de diaclasamiento.

ii. Resistencia a la compresión y módulo de deformación de la roca intacta

Se realizaron ensayos de compresión inconfinada sobre los núcleos de roca extraídos de

los sondeos realizados en los lineamientos de los túneles para las distintas formaciones,

que de acuerdo al criterio de Hoek define los valores de las constantes mi y si, cohesión y

ángulo de fricción, relacionados en la Tabla 91 Propiedades roca intacta túnel Divino Niño,

la Tabla 92 Propiedades roca intacta túnel Ermitaño, la Tabla 93 Propiedades roca intacta

túnel Nariz del Diablo y en la Tabla 94 Propiedades roca intacta túnel Palmichala,

respectivamente.

Tabla 91. Propiedades roca intacta túnel Divino Niño

FORMACIÓN

TIPO DE ROCA

σ (Ton/m3

) σci (MPa) Macizo rocoso

Constantes*

Pro-medio

Rango

Prom.

Promedio

mi s Máx.

Mín.

C Cohesión

kg/cm2

ф Fricción

(Kgl) Formación

San Juan de Rio Seco

Areniscas (Sandsto

nes) 2,37

139,13

111,4

125,27

0,44 34,95º 19 1,0

* Valores según criterio de Hoek & Brown - 2002

Fuente. Anexo C - Análisis estadístico para determinación de las propiedades de la roca intacta


PROYECTO


PÁGINA 198

Tabla 92. Propiedades roca intacta túnel Ermitaño

FORMACIÓN

TIPO DE ROCA

σ (Ton/m3)

σ ci (MPa) Macizo rocoso Constantes

*

Pro-medio

Rango

Prom.

Promedio

mi s Máx Mín

C Cohesión

kg/cm2

ф Fricción

Kgt (Formación

arenisca tierna)

Areniscas

(Sandstones)

2,39 100,2

5 59,72

79,99 0,85 42,21º 19

1,0

Tg (Formación Gualanday)

Arcillolitas

(Claystones)

2,43 111,4

5 58,61

85,03 0,82 37,99º 4

(Kgl) Formación San Juan

de Rio Seco

Areniscas

(Sandstones)

2,37 139,1

3 111,40

125,27

0,44 34,95º 19



Tabla 93. Propiedades roca intacta túnel Nariz del Diablo

FORMACIÓN

TIPO DE ROCA

σ (Ton/m3

) σ ci (MPa) Macizo rocoso

Constantes*

Promedio

Rango

Prom.

Promedio

mi s Máx. Min.

C Cohesión

kg/cm2

ф Fricción

Kv (Formación

Villeta)

Lutitas (Shales)

2,316 92,01 85,11

88,56 0,66 45,70 4

1,0 Kgd (Formación

Arenisca dura)

Areniscas (Sands-tones)

2,39 100,2

5 59,72

79,99 0,85 42,21 19


PROYECTO


PÁGINA 199

FORMACIÓN

TIPO DE ROCA

σ (Ton/m3

) σ ci (MPa) Macizo rocoso

Constantes*

Promedio

Rango

Prom.

Promedio

mi s Máx. Min.

C Cohesión

kg/cm2

ф Fricción

Kgp (Formación Plae-ners)

Arcillolitas

(Claystones)

2,43 111,4

5 58,61

85,03 0,82 37,99 4

(Kgl) Formación San Juan

de Rio Seco

Areniscas (Sands-tones)

2,37 139,1

3 111,40

125,27

0,44 34,95 19



Tabla 94. Propiedades roca intacta túnel Palmichala

FORMACIÓN

TIPO DE

ROCA

Ensayos de laboratorio

Condición

σ

(Ton/m3)

Compresión Simple σ ci

(Mpa)

Esfuerzo Tangente (ET 50 %)

(Mpa)

mi S

Formación Arenisca

Dura (Kgd)

Areniscas

Mínima 2.33

23.93 1.46 19

1 Media 40.40 9.18

Máxima 56.87 16.90

Lutitas

Mínima 2.36

6.44 0.72 4

1 Media 14.08 3.06

Máxima 21.73 5.40

Arcillolita

Mínima 2.16

0.91 0.05 4

1 Media 8.90 0.13

Máxima 16.89 0.20

Limolita

Mínima 2.16

0.61 0.06 9

1 Media 5.70 1.19

Máxima 11.46 2.48


Areniscas

Mínima 2.62

0.91 0.06 19

1 Media 8.90 0.91

Máxima 16.89 2.15

Mínima 44.18 1.25


PROYECTO


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FORMACIÓN

TIPO DE

ROCA

Ensayos de laboratorio

Condición

σ

(Ton/m3)

Compresión Simple σ ci

(Mpa)

Esfuerzo Tangente (ET 50 %)

(Mpa)

mi S

Lutitas Media 2.40 53.57 1.78 4 1

Máxima 62.96 2.30 Fuente. Anexo C - Análisis estadístico para determinación de las propiedades de la roca intacta

Clasificación geomecánica del macizo rocoso

i. Clasificación geomecánica del macizo rocoso

Aplicando la metodología del RMR73 propuesta por Bieniawski (1989), basada en los

parámetros de resistencia a la compresión inconfinada, índice de calidad de la roca RQD,

espaciamiento de discontinuidades y su condición, condiciones de agua y ajuste por

orientación de estratos, este estudio realizó la clasificación geomecánica del macizo a lo

largo del eje de los túneles propuestos; así mismo a partir del procedimiento establecido

por Hoek (2002) se determinó el Índice de Resistencia Geológica - GSI74, para determinar

la reducción de la resistencia del macizo.

La sectorización geotécnica y sus parámetros asociados se presentan en el Anexo 4, en

las siguientes figuras:

o Figura 53 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala

o Figura 54 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala

o Figura 55 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Nariz del Diablo

o Figura 56 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Nariz del Diablo

o Figura 57 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Divino Niño

o Figura 58 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Divino Niño

o Figura 59 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Ermitaño

o Figura 60 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Ermitaño

ii. Definición de tipos de terreno

Basado en la caracterización geomecánica, diseños de proyectos similares y el

comportamiento esperado de las rocas durante el proceso constructivo, el estudio

establece la siguiente tipología de terrenos.

73 Acrónimo del inglés de Rock Mass Rating 74 Acrónimo del inglés de Geological Strength Index


PROYECTO


PÁGINA 201

o Terreno Tipo I.

Corresponde a roca dura, masiva, sana poco fracturada que no requiere soporte alguno

delo frente de excavación.

o Terreno Tipo II

Rocas de dureza media moderadamente fracturadas en estratificación gruesa con

presencia de infiltraciones medias generadores de pequeños desprendimientos de material.

o Terreno Tipo III

Rocas muy fracturadas y/o friables medianamente meteorizadas de dureza media a baja,

donde se genera desconfinamiento alrededor de la excavación y empujes moderados del

terreno, infiltraciones medias, requiere excavación por etapas y control oportuno de

desprendimientos.

o Terreno Tipo IV

Rocas duras muy fracturadas o trituradas generando zonas de desconfinamiento alrededor

de la excavación y empujes de terreno incluido la solera, infiltraciones de apreciable efecto

en el desprendimiento de materiales; se requiere oportuna instalación del soporte y mayor

sección de excavación para permitir la deformación controlada del macizo.

o Terreno Tipo V

Rocas altamente sobre esforzadas, fracturadas y trituradas generando zonas de

desconfinamientoalrededor de la excavación y empujes importantes del terreno con

desprendimientos considerables, las infiltraciones pueden ocasionar la pérdida total de la

resistencia del terreno; requiere colocación de soporte rígido incluido la solera y mayor

sección de excavación para permitir la deformación controlada del macizo.

o Terreno Tipo Suelo

Esta clasificación se aplica a los suelos residuales de baja consistencia y bajo tiempo de

auto-soporte que requieren la colocación de elementos de presoporte antes de iniciar su

excavación; se espera encontrarlo en los portales de los túneles.


PROYECTO


PÁGINA 202

INFORME DE INSPECCIÓN Y DIAGNÓSTICO AL TÚNEL DE SUMAPAZ

Determina este estudio los problemas funcionales y estructurales que aquejan al túnel de

Sumapaz, a partir de la inspección realizada en septiembre de 2014, con la evaluación de

elementos de gran importancia como portales, revestimiento, sistema de

impermeabilización, pavimento, andenes, cárcamos, sistema de ventilación, señalización y

de control.

La Figura 29 Localización General, esquematiza la ubicación del par vial conformado por el

túnel de Sumapaz y la calzada que bordea el cañón del río Sumapaz.

Figura 29 Localización General

Fuente. Informe de inspección y diagnóstico Túnel de Sumapaz

Establece el diagnóstico que el túnel de Sumapaz está localizado sobre el flanco izquierdo

o sur del cañón del río Sumapaz, área caracterizada por afloramientos del Cretáceo

compuestos por Areniscas con intercalaciones de Limolitas, Lutitas, Liditas y Arcillolitas, así

como rocas del Terciario como Areniscas conglomneráticas y conglomerados; cuenta con

una longitud incluida la ventana de 4.2 Km, una calzada unidireccional de dos carriles de

3.65 m, sobre ancho de 0.5 m, andenes de 1.25 m y gálibo mínimo de 4.6 m, que opera en

el sentido Girardot – Bogotá.


PROYECTO


PÁGINA 203

En concordancia con estudios previos, identifica la presencia de estructuras geológicas

correspondientes a anticlinales y sinclinales amplios, dislocados por las fallas de Quininí y

Melgar que dividen el sector en tres bloques claramente diferenciados, encontrando de

oriente a occidente:

o Bloque oriental. Compuesto por rocas del Grupo Guadalupe buzando hacia el

occidente de 35º a 45º

o Falla de Quininí

o Bloque central. Conformado por rocas del Grupo Guadalupe con depósitos

discordantes de la Formación Gualanday sobre los sinclinales

o Falla de Melgar. Al final del cañón del río Sumapaz, poniendo en contacto rocas del

Grupo Guadalupe con rocas de la Formación Gualanday

o Bloque occidental. Pequeño bloque comprendido entre la falla de Melgar y el portal

de entrada al túnel.

De manera esquemática la Figura 30 Sección del túnel de Sumapaz, registra los principales

elementos de la sección transversal tipo.

Figura 30 Sección del túnel de Sumapaz

Fuente. Informe de inspección y diagnóstico Túnel de Sumapaz

Portales Reporta el estudio condiciones aceptables de estabilidad en lo portales soportados en

concreto lanzado y pernos en Spilling.


PROYECTO


PÁGINA 204

Recomienda sin embargo para el portal de entrada la construcción de drenajes en el talud

lateral derecho que eviten la sobrecarga en temporada invernal y afectaciones futuras. La

Fotografía 9 Portal de entrada Melgar evidencia el estado actual del portal.

Fotografía 9. Portal de entrada Melgar

Fuente. Propia

La Fotografía 10 Portal ventana, refleja el estado del portal que, tal y como se mencionó

anteriormente, sufrió colapso del talud superior en diciembre de 2010. Recomienda el

estudio la reconformación del talud izquierdo, y su protección con concreto lanzado incluida

la sección interna en al menos 30m.

Fotografía 10 Portal ventana

Fuente. Propia. Obsérvese los restos de rocas caídas del talud y el muro en gaviones de soporte construido en

el costado izquierdo superior.


PROYECTO


PÁGINA 205

La Fotografía 11 Portal salida Boquerón, muestra el aspecto de este portal; no hay

observaciones al respecto en el estudio.

Fotografía 11 Portal de salida Boquerón

Fuente Propia

Impermeabilización y revestimiento

Reporta el estudio que el sistema de impermeabilización está constituido por geotextil no

tejido y membrana impermeabilizante a excepción de los primeros 100m del túnel a partir

del portal de entrada; el revestimiento está presente a lo largo del túnel en concreto

convencional de 0.30 m de espesor, excepto en los cuatro nichos de parqueo y en el túnel

ventana que carece tanto de impermeabilización como de revestimiento.

Inventario de daños:

i. Fisuras del concreto de revestimiento en clave y hastiales acompañadas de

humedad en especial en los primeros 100m, coincidentes con la longitud del túnel

sin sistema de impermeabilización. Recomienda el sello de fisuras con elementos

epóxicos y el monitoreo periódico para evidenciar situaciones potencialmente

riesgosas.


PROYECTO


PÁGINA 206

ii. Fisuras longitudinales y transversales en las paredes (posteriores a los 100 m

iniciales), asociados a cambios de sección del revestimiento en cercanía a nichos

de auxilio, fisuras que no comprometen la estabilidad de la obra subterránea, pero

que se recomienda sean selladas.

iii. Filtraciones en la pared derecha 500m antes del portal salida, con goteo permanente

que evidencia falla puntual del sistema de impermeabilización; se recomienda

inyecciones de contacto.

iv. Revestimiento nichos de parqueo. Como se ha manifestado los nichos presentan

revestimiento parcial con láminas de aluzinc.

v. Revestimiento túnel ventana. Solo se cuenta en su longitud con las zapatas del

revestimiento reportado en la Fotografía 9 estando el sistema de soporte expuesto.

Se recomienda la terminación del revestimiento en iguales características al del

túnel principal o en concreto lanzado y malla.

Pavimento

Construido por una capa de sub-base de apoyo y losa de concreto hidráulico de 0.30m de

espesor con dovelas en las juntas transversales, de buenas características de comodidad.

Inventario de daños de acuerdo a la metodología del PCI75

i. Descascaramiento de juntas, rotura de bordes de la losa en los 0.60 m de la junta

ocasionada por esfuerzos excesivos en la junta causadas por las cargas de tránsito

y/o concreto débil en la junta.

ii. Grietas lineales, que dividen la losa en dos o tres pedazos ocasionadas por

repetición de cargas de tránsito y/o alabeo por gradiente térmico o de humedad.

iii. Grietas de esquina, que intercepta las juntas a distancia menor o igual que la mitad

de la misma en ambos lados, por repetición de cargas, pérdida de soporte y

esfuerzos de alabeo.

iv. Losa dividida, por grietas en cuatro o más pedazos.

v. Mapa de grietas, o craquelado superficial del concreto de la losa, por exceso de

manipulación del terminado y/o agregado de mala calidad.

vi. Parcheos grandes y pequeños, áreas donde el concreto original ha sido removido y

reemplazado según su tamaño.

A continuación, el diagnóstico realizado relaciona al detalle las losas afectadas por cada

una de las tipologías anteriores, concluyendo que en el carril izquierdo se identificaron 43

losas afectadas, con concentración de daños en el sector del K2+868 al K3+500; a su vez

75 Acrónimo del inglés de Pavement Condition Index


PROYECTO


PÁGINA 207

en el carril derecho se reportaron 55 losas afectadas concentradas entre el K2+500 al

K2+800, graficados en la Figura 31 Distribución de daños del pavimento, que muestra

gráficamente la concentración de daños del pavimento, respecto de la cual manifiesta el

Consultor que:

“(…) se considera importante realizar un análisis detallado de causas

en los sectores en los que se encontró la concentración de daños (…)”

Figura 31 Distribución de daños del pavimento

Fuente. Informe de inspección y diagnóstico Túnel de Sumapaz. Figura 4-2

Andenes y cárcamos

Reporta daños de menor relevancia consistentes en desportillamientos, agrietamientos,

acero expuesto y corrosión, afectaciones que requieren pronta atención.

Conclusión General del Diagnóstico

Concluye el diagnóstico que:

“(…) En términos generales, el estado del túnel de Sumapaz se considera aceptable.

Sin embargo, se hace necesaria la implementación de cada una de las

recomendaciones señaladas para los elementos estructurales que lo conforman y

descritas en el documento, a las cuales se les debe dar prioridad puesto que las

situaciones descritas ponen en riesgo inminente la seguridad de los usuarios (…)”


PROYECTO


PÁGINA 208

CAPITULO 6. CONCLUSIONES, LECCIONES APRENDIDAS Y

RECOMENDACIONES

Adicionalmente a las conclusiones que se derivan del análisis comparativo realizado en el

Capítulo 4, entre los diseños realizados para la construcción del túnel de Sumapaz, en

especial entre los diseños iniciales realizados para el INVIAS por el Consorcio INGETEC

S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA y el estado final de

construcción del túnel de Sumapaz, se presentan a continuación conclusiones generales y

específicas del estudio de caso realizado.

GENERALES

El empleo de capital privado a través de los programas de Asociación Público Privada –

APP, reglamentados en la Ley 1508 de 201276 se ha constituido en el motor del desarrollo

de la infraestructura tanto en los modos férreo, portuario, aeroportuario como carretero que

ejecuta el gobierno nacional bajo el liderazgo de la Agencia Nacional de Infraestructura.

Las condiciones topográficas propias de la zona Andina del continente obligan al desarrollo

de una “cultura de túnel” que incentive su construcción como una alternativa viable de

trazado que, de acuerdo con el Manual de Túneles de Carretera de la PIARC, trae consigo

los siguientes aspectos favorables:

“(…)

o El ahorro en el coste de construcción puede alcanzar entre un 10 y un 25% en

zonas con relieve accidentado.

o Se pueden conseguir importantes ahorros en el coste de explotación y

mantenimiento; la fiabilidad del itinerario puede ser mayor, principalmente en

zonas sometidas a deslizamientos, o a condiciones climáticas adversas.

o El impacto sobre el medio ambiente se reduce significativamente.

o El nivel de servicio mejora para los usuarios y las condiciones de explotación son

más adecuadas (en particular en invierno en países que presentan riesgo de

nieve) mediante reducción de las pendientes requeridas por las vías que

recorren las cadenas montañosas (…)”.

En el estudio de caso que nos ocupa, relacionado con la construcción del túnel del

Sumapaz, que hizo parte del Contrato de Concesión de Segunda Generación GG-040-

76 Por la cual el Congreso de Colombia establece el régimen jurídico de las Asociaciones Público Privadas, se dictan normas orgánicas de presupuesto

y se dictan otras disposiciones


PROYECTO


PÁGINA 209

2004, suscrito con la Sociedad Concesión Autopista Bogotá Girardot S.A., se consideró en

la estructuración del proyecto realizada por el Instituto Nacional de Vías – INVIAS, que los

diseños contratados con el Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. –

PIV INGENIERÍA LTDA, en el año 1.998, tuvieron el alcance suficiente y necesario para

determinar cantidades de obra razonablemente acordes con la obra a ejecutar, y que

establecer el 10% de ellas como margen para activar la contingencia por riesgo geológico

era garantía suficiente tanto para el contratista como para el Instituto, en el entendido que

cantidades de obra hasta el 10% en exceso de las establecidas para la excavación del túnel

sería asumido por el contratista sin reconocimiento adicional.

No obstante, la estructuración del proyecto no tuvo en cuenta la potestad del concesionario

de realizar sus propios diseños definitivos de construcción, establecida en este caso en la

Cláusula 2. Objeto del Contrato77, que ocasionó modificaciones al proyecto inicial que de

una parte incidieron en la longitud final del túnel y de otra parte en cambios sustanciales en

las condiciones esperadas del macizo rocoso, situaciones que hicieron insuficiente la

provisión del 10% en las cantidades de obra, activando la contingencia por riesgo geológico

en cuantía a favor del concesionario cercana a Cincuenta y Cinco Mil Millones de Pesos

($55.000.000.000), que corresponden aproximadamente al 30 % del costo estimado de

construcción del túnel, tasado en Ciento Noventa Mil Millones de Pesos ($

190.000’000.000).

La asignación de riesgos del Contrato de Concesión No. GG-040-2004, no determinó los

riesgos de diseño y construcción, que debieron ser asignados al concesionario y asociados

a la potestad de modificar los diseños; en otras palabras, las consecuencias de la

modificación del diseño del túnel de Sumapaz han debido ser asumidas por el concesionario

con cargo al riesgo de diseño.

Desde el punto de vista contractual la definición ampliamente aceptada de riesgo geológico

como “el conjunto de amenazas o peligros derivados de procesos geológicos de origen

interno, externo o de una combinación de ambos”, migró a la asociación del riesgo geológico

a “las mayores cantidades de obra” resultantes de un proceso constructivo.

El análisis realizado en este trabajo permite concluir que si bien la modificación efectuada

a los diseños iniciales con los que se estructuró el proyecto no se tradujo en mayores

cambios de sección o longitud, si incidió significativamente en las condiciones del macizo

rocoso variando sustancial y negativamente el tipo de terreno esperado, lo que a su vez

77 Contrato GG-040-2004. Cláusula 2. Objeto del Contrato: El objeto del presente Contrato, es el otorgamiento al Concesionario de una concesión para

que de conformidad con lo previsto en al artículo 32, numeral 4, de la ley 80 de 1993 y en la ley 105 del mismo año, realice por su cuenta y riesgo, entre

otros, los estudios y diseños definitivos….


PROYECTO


PÁGINA 210

significó mayores exigencias en los sistemas de presoporte y soporte definitivo y por

consiguiente en mayores cantidades de las estimadas, superando el presupuesto estimado

para la construcción al activarse la contingencia por riesgo geológico.

La campaña exploratoria realizada para el proyecto de construcción del túnel de Sumapaz

resultó insuficiente para determinar con un grado de certeza razonable las condiciones

esperadas del macizo rocoso a lo largo del alineamiento propuesto, de cara a un proceso

contractual donde el riesgo geológico asociado a mayores cantidades de obra se constituyó

en un parámetro determinante en su costo final.

La curva de aprendizaje propia de los proyectos de infraestructura vial realizados a través

de asociaciones público privadas, que incluyen la construcción de túneles carreteros, en lo

concerniente al soporte parcial por riesgo geológico ha determinado como porcentaje

razonable una cifra cercana al 20% del costo de la obra, razón por la cual se puede afirmar

que el estimado establecido en la estructuración del proyecto de construcción del túnel de

Sumapaz por el INVIAS en 1998, resultó insuficiente para cubrir esta contingencia, si

tenemos en cuenta que el sobrecosto alcanzó aproximadamente el 30%.

DEL OBJETIVO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL TÚNEL DE SUMAPAZ

Las condiciones geomorfológicas del cañón del Sumapaz fueron determinantes para el

diseño y construcción del túnel de Sumapaz, como solución para la construcción de la

segunda calzada del proyecto vial concesionado Bogotá Girardot, razón por la cual se

puede afirmar que se cumplieron los siguientes objetivos de esta solución ingenieril:

i) Reducción de los volúmenes de tierra a movilizar

Los escarpes del piedemonte de la cordillera oriental en la eventual construcción de

segunda calzada con excavación a cielo abierto, obligaría a implementar grandes

cortes a media ladera o en cajón, que garantizaran condiciones adecuadas de

estabilidad de taludes.

ii) Conservación del paisaje edáfico

iii) Optimización del requerimiento predial

iv) Reducción de tiempos de viaje y costos operacionales

v) Reducción de la accidentalidad vial

No obstante, no se cumplieron los siguientes objetivos:

vi) Impacto medioambiental por disposición de material proveniente de la excavación

en zona de depósito.


PROYECTO


PÁGINA 211

El empleo de los materiales producto de la excavación de la obra subterránea no

fue un factor determinante en la estructuración, contratación y ejecución del proyecto

del túnel del Sumapaz, razón por la cual el volumen de material excavado cercano

a los 368.000 m3 de material en banco, se dispuso en zonas de depósito, perdiendo

de esta manera la posibilidad de su clasificación y reutilización.

vii) Preservación de las fuentes de agua superficiales y abastecimiento de las

comunidades asentadas en el sector de influencia del túnel.

Si bien, desde los estudios iniciales se estimaron los volúmenes probables de

infiltración, propios de este tipo de obras subterráneas que se constituyen en un gran

colector de agua, y se conocía la presencia de asentamientos que se abastecían de

las fuentes de agua superficiales como la quebrada La Cascada, no se previó,

diseño ni construyó un sistema de bombeo del agua infiltrada que permitiera su

retorno, tratamiento y empleo para consumo humano, afectando por desecamiento

las fuentes de agua superficial.

DEL CAPÍTULO 1. PROYECTO ORIGINAL. DISEÑOS DE INGETEC

Los estudios y diseños realizados por el CONSORCIO INGETEC S.A. – BATEMAN

INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, abarcaron aspectos relevantes relacionados

con geología general y estructural, hidrología, exploraciones incipientes del subsuelo por

métodos directos e indirectos; tendientes todos ellos a establecer las condiciones

geológicas esperadas en la excavación subterránea a lo largo del alineamiento propuesto

para el túnel, así como en los emportalamientos definidos.

Los criterios referidos para la ubicación del túnel obedecen más que a premisas de diseño

geométrico, a la necesidad de garantizar las mejores condiciones geotécnicas previsibles

tanto para los portales como para los sectores que se identificaron estaban asociados a la

presencia de zonas de fallamiento.

La recopilación y análisis de información proveniente de proyectos tuneleros similares le

permitió al Consultor contrastar y complementar los estudios propios y los ensayos

realizados para determinar, con base en la clasificación geomecánica del macizo rocoso, el

sistema de presoporte, soporte definitivo y posterior revestimiento del túnel.

La campaña exploratoria realizada por INGETEC, que consistió en la realización de dos

sondeos en cada emportalamiento con profundidades entre 18m y 30m y siete sondeos

eléctricos verticales distribuidos en la zona de estudio, fueron claramente insuficientes para

determinar de manera razonable las condiciones geológicas esperadas a lo largo del

alineamiento propuesto para el túnel.


PROYECTO


PÁGINA 212

A partir del diseño del túnel se cuantificaron las cantidades de obra teóricas producto de la

excavación tanto subterránea como a cielo abierto y los sistemas de presoporte, soporte y

revestimiento, insumo base para que el INVIAS estableciera el porcentaje adicional de

cantidades de obra que de ocasionarse estarían a cargo del concesionario de acuerdo con

la asignación de riesgos, que en este caso en particular correspondió al diez por ciento

(10%).

A partir de estas cantidades de obra mayoradas se estableció la activación del soporte

parcial por riesgo geológico, es decir la asunción por parte del estado de los mayores costos

que se llegaren a ocasionar en desarrollo del proceso constructivo.

DEL CAPÍTULO 2. PROYECTO MODIFICADO. DISEÑOS DE PONCE DE LEÓN

Los esfuerzos iniciales del Consultor estuvieron enfocados en diseñar túneles cortos y

tramos en excavación a cielo abierto, donde las consideraciones de economía en la

operación prevalecieron, en especial las relacionadas con la posibilidad de contar de una

parte con ventilación natural y de otra parte mayores frentes de avance que acortaran los

tiempos de ejecución.

Sin embargo, seria dificultad en la ubicación de los portales obligó a retornar al concepto

inicialmente planteado por INGETEC, diseñando finalmente un único túnel largo.

La clasificación del terreno esperado abarca los tipos I, II, IIIA, IIIB, IVA, IVB, V y VI, cuyas

fronteras determinadas por el RMR, no resultaron prácticas a la hora de conciliar la

clasificación del macizo con la interventoría, lo que obligó a reducir esta categorización

eliminando los subtipos A y B.

Los diseños elaborados por el CONSORCIO INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA

LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, sirvieron de base para el rediseño, así como los diseños

de obras tuneleras similares en especial de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de

Bogotá.

Acogiendo las recomendaciones mínimas el Consultor realizó dos perforaciones ente 18m

y 30m en las zonas de emportalamiento y perforaciones a lo largo del alineamiento del túnel

con profundidades entre 50m y 100m.

Si tenemos en cuenta que la cobertura media del túnel alcanza los 300m, y la longitud total

del túnel alcanzó los 4.2 Km (incluida la ventana), se puede inferir que la campaña


PROYECTO


PÁGINA 213

exploratoria se puede considerar insuficiente para determinar las características del macizo

rocoso.

El reconocimiento del riesgo geológico establecido en el contrato de concesión No. GG-

040-2004, como mayores cantidades de obra a las teóricamente establecidas a partir de

los diseños de INGETEC, y la potestad otorgada al concesionario de elaborar sus propios

diseños sin condicionamiento al riesgo de diseño, se constituye en un desestimulo a la

implementación de campañas exploratorias acordes con las reales necesidades del

proyecto.

DEL CAPÍTULO 3. PROYECTO CONSTRUIDO

El proyecto de construcción de segunda calzada Bogotá – Girardot adosada a la calzada

existente (con el fin de minimizar la afectación predial empleando para ello las zonas de

derecho de vía), condicionó desde el comienzo del proyecto la implantación del túnel de

Sumapaz en el sector de la Nariz del Diablo atravesando la Serranía de Quininí localizada

en las estribaciones de la cordillera oriental.

No prosperó la intensión del diseñador PONCE DE LEÓN y ASOCIADOS S.A.

INGENIEROS CONSULTORES – PL&A, de construir túneles cortos alternados con

excavación a cielo abierto, esto con ocasión a serias dificultades en la ubicación de los

portales y controversia contractual relacionada con la obra contratada.

Así las cosas, el diseño finalmente ejecutado corresponde a un túnel largo de 3.966,54 m,

y un túnel ventana de 207 m, con sección en herradura, diseñado para tráfico unidireccional

en el sentido Girardot – Bogotá, con dos carriles de 3.65 m de ancho c/u, sobre ancho de

0.50 m, andenes de 1.25 m c/u y una sección promedio de excavación entre 80 a 98 m2,

geométricamente similar al diseño elaborado por el Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN

INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA, que sirviera de base para la estructuración,

licitación y adjudicación del contrato de concesión.

En términos generales las formaciones rocosas esperadas, asociadas a los periodos

geológicos de su formación, coincidieron con los estudios realizados para otros proyectos

tuneleros del sector y con las estimaciones de los estudios de Consultoría realizados, tal y

como se registra en la Tabla 95. Períodos geológicos y formaciones.


PROYECTO


PÁGINA 214

Tabla 95. Periodos geológicos y formaciones

PERÍODO GEOLÓGICO FORMACIÓN

Cuaternario

Depósitos aluviales (Qal)


Depósitos fluvio-glaciales (Qc)

Terciario Formación Gualanday (Tg)


Cretáceo

Grupo Guadalupe

Formación Arenisca Tierna (Kgt)

Formación Arenisca de Labor (Kgl)

Formación Plaeners (Kgp)

Formación Arenisca Dura (Kgd)

Chert (Kch)



Las estructuras geológicas encontradas coincidieron igualmente con la identificación

geomorfológica previa, que a lo largo del trazado del túnel corresponde a un bloque oriental

monoclinal, seguido de un bloque central anticlinal y un tercer bloque occidental anticlinal;

delimitados por los sistemas de falla de Quininí y Melgar, así como otros sistemas de fallas

menores.

Las condiciones de permeabilidad fueron variables, correspondiendo a la presencia de

depósitos aluviales y coluviales los mayores aportes de agua hacia el interior del túnel,

seguidos de las formaciones Areniscas de alta permeabilidad, la formación Gualanday de

permeabilidad media, los depósitos de terraza de permeabilidad baja, las formaciones

Plaeners y Villeta de permeabilidad muy baja y finalmente la formación Guaduas clasificada

como impermeable.

No obstante, la condición anterior, la no implementación del sistema de impermeabilización

en los cien primeros metros del túnel desde el portal de entrada, se refleja en la presencia

de humedecimientos y goteos en la pared del revestimiento como se observa en la

Fotografía 16.

Los estudios realizados empleando la clasificación geomecánica de Bieniawski, llegaron a

proponer tipologías de terreno I, II, IIIA, IIIB, IVA, IVB, V y VI; sin embargo en la clasificación

conjunta Interventoría – Constructor, por facilidades de interpretación de los parámetros

geomecánicos se migró nuevamente a la tipología planeada inicialmente, esto es a los tipos

de terreno I, II, III, IV y V, con prevalencia del terreno tipo III en el 64.84% de la excavación


PROYECTO


PÁGINA 215

seguida del terreno tipo IV correspondiente al 16.75%, como se observa en la figura 26.

Comparativo tipo de terreno (esperado/ejecutado)

Las mejores condiciones geomecánicas correspondieron a la presencia de rocas Areniscas

y Chert y las condiciones más precarias correspondieron a la presencia de rocas lutíticas

de la formación Villeta.

Las mayores cantidades de obra ejecutadas, contrastadas con las cantidades de obra

establecidas contractualmente y a partir de las cuales se activaría el soporte parcial por

riesgo geológico, obedecieron de una parte a una mayor longitud final del túnel excavado y

de otra parte al mayor porcentaje de terreno tipo III, IV y V del estimado en los diseños

iniciales, que a su vez incidió en la necesidad de emplear mayores cantidades de concreto

lanzado adicionado con aditivos y malla electrosoldada, como se registró en la Tabla 82

Comparativo elementos de sostenimiento y la Figura 23 Comparativo elementos de

sostenimiento.

DEL CAPÍTULO 5. PROYECTO DE INICIATIVA PRIVADA TERCER CARRIL.

Los diseños elaborados por la IP TERCER CARRIL DOBLE CALZADA BOGOTÁ

GIRARDOT, que contemplan la construcción de los túneles Palmichala, Nariz del Diablo,

Divino Niño y Ermitaño, mantienen en lo sustancial los parámetros de diseño del túnel de

Sumapaz en lo concerniente a la geometría de la sección (dos carriles de 3.65 m,

sobreancho de 0.35m, andenes de 1 m y gálibo vehicular mínimo de 5m), acoplándose de

la mejor manera posible al trazado existente de la doble calzada con el fin de buscar las

zonas de mejores condiciones geotécnicas del macizo para la ubicación de los

emportalamientos, minimizar el requerimiento predial y los costos operativos (ventilación

natural).

Como era de esperarse, se identifican en el sector afloramientos del Cretáceo (Areniscas

con intercalaciones de Limolitas, Lutitas y Arcillolitas), así como rocas del Período Terciario

(Areniscas conglomeráticas recubiertas por depósitos coluviales); así como las zonas de

falla de Quininí y Melgar, los anticlinales de Palmichala y El Poblado, y los sinclinales La

Cascada y El Poblado, formaciones ampliamente referidas en estudios anteriores.

Al igual que en los diseños anteriores, se empleó la metodología de Bieniawski a partir de

la resistencia a la compresión inconfinada, el índice RQD, el espaciamiento de

discontinuidades, su condición, la presencia de agua y la orientación de los estratos,

obteniendo el GSI propuesto por Hoek, para cada uno de los tramos definidos previamente.


PROYECTO


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De la misma manera, a partir de las formulaciones del NATM para el método constructivo

(en este caso una combinación de perforación-voladura y excavación mecánica), se busca

permitir la deformación controlada de las excavaciones aprovechando las propiedades

autoportantes de la roca circundante, protegiendo la roca expuesta y determinando

mediante monitoreo su comportamiento para emplear el sostenimiento flexible activo

adecuado a este propósito.

Clasifica el estudio el terreno en la tipología tradicional, esto es terrenos tipos I, II, III, IV y

V adicionado con terreno tipo suelo-portales asociada a suelos residuales de consistencia

blanda esperados en las zonas de emportalamiento. Asigna a cada tipo de terreno el

correspondiente sostenimiento con base en los criterios anteriores, prevaleciendo en todo

caso el empleo de concreto lanzado reforzado con fibra metálica y la combinación de

elementos propios del sistema como pernos, bulones, mallas, micropilotes, arcos, etc.

Es importante resaltar con relación al riesgo geológico que este proyecto por ser una

Iniciativa Privada que no permite el aporte de recursos estatales obliga a su asunción plena

por parte del concesionario; condición que obliga al monitoreo permanente de las

condiciones del macizo mediante la implementación de perforaciones exploratorias en el

frente de excavación estimadas en por lo menos 20 m de longitud y eventuales galerías

piloto.

Con relación al diagnóstico efectuado al túnel de Sumapaz, el inventario de daños tanto del

revestimiento como del pavimento, son una señal de alerta de posibles afectaciones que

requieren un estudio cuidadoso que determine las causas probables y permitan establecer

medidas de mitigación y control en procura de garantizar condiciones de seguridad vial.

Se considera pertinente la auscultación del estado del macizo rocoso aprovechando

inicialmente las zonas de ubicación de los nichos de parqueo que no cuentan con

revestimiento y que permita determinar con certeza la necesidad o no de su revestimiento,

al igual que el túnel ventana.


PROYECTO


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LECCIONES APRENDIDAS

La valoración del riesgo geológico asociado a la construcción de obras subterráneas y

túneles es sin duda una de las actividades con mayor incertidumbre dada la variación de

las características del macizo rocoso asociadas a su anisotropía, heterogeneidad y

discontinuidad, como consecuencia de su origen y naturaleza, así como a la presencia,

frecuencia y orientación de fallas, diaclasas y discontinuidades, que inciden en su

comportamiento geomecánico.

Adicionalmente, el programa de exploración geológica y geotécnica limitada no permite

confirmar o descartar la caracterización identificada en superficie, a excepción de la zona

de los portales donde usualmente se realizan sondeos hasta la profundidad de la solera.

La modificación del diseño del túnel de Sumapaz y los sondeos efectuados confirman la

identificación de los factores de riesgo determinados en el Manual para el Diseño,

Construcción, Operación y Mantenimiento de Túneles de Carretera del Instituto Nacional

de Vías – INVIAS, en especial:

o Incertidumbre geológica y geotécnica por complejidad geológica y/o baja calidad de la

información de campo y de laboratorio en la etapa de diseño.

o Cambios en los diseños del túnel.

Debe por lo tanto, propenderse por aumentar el nivel de detalle de la exploración llevándola

cuando menos a una inversión cercana al 3.6% del costo de construcción (Ver Tabla 10

Costo de estudios y diseños), lo que redunda en una relación costo/beneficio acorde con

los requerimientos de este tipo de proyectos.

Reviste especial importancia el monitoreo del comportamiento de la excavación durante la

etapa de construcción del túnel y posterior a ella, como sistema de alerta temprana ante

eventuales deformaciones excesivas, degradaciones y pérdidas de estabilidad, enfocado a

garantizar condiciones de seguridad a lo largo de la vida útil del proyecto.

La inobservancia por parte del constructor de las recomendaciones de diseño, en lo

referente a la construcción de solera curva en los tramos donde el terreno fuera clasificado

como terreno tipo V, se refleja en las graves afectaciones que presenta la estructura del

pavimento (ondulaciones, desniveles, grietas, fisuras, etc.), en la zona comprendida entre

las abscisas K2+400 al K3+150, coincidente con la presencia de la falla de Quininí, zona

que amerita un adecuado y permanente monitoreo y estudio.


PROYECTO


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No menos significativas son las afectaciones del soporte del túnel ventana, que requiere la

reconstrucción del falso túnel, el reforzamiento del concreto lanzado, el tratamiento

adecuado de aguas de infiltración y en general un adecuado mantenimiento que garantice

su funcionalidad y operatividad permanente dada la importancia que reviste como vía de

atención de emergencias y evacuación del túnel principal.

Con relación al túnel ventana, se indica que su ubicación en el primer tercio de la longitud

del túnel no atiende de la mejor manera los requerimientos en materia de tiempo de atención

de emergencias y evacuación del túnel principal; ha debido ubicarse de manera

equidistante a los portales de entrada y salía.


PROYECTO


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RECOMENDACIONES

A continuación se presentan recomendaciones encaminadas al monitoreo del túnel, la

implementación de estudios que determine las causas de sus afectaciones y su atención,

con el fin de garantizar la operatividad del túnel en condiciones de seguridad vial.

TÚNEL VENTANA

Como se indicó anteriormente, el túnel ventana localizado a 1.4 kilómetros

aproximadamente del portal de entrada, cuenta con una longitud teórica de 206.90m, en

razón a que como consecuencia del derrumbe acaecido el 4 de diciembre de 2010, sufrió

el colapso del falso túnel de 5m y de 10m adicionales de túnel.

Teniendo en cuenta que el túnel Ventana es la vía de acceso de los equipos de emergencia

apostados en el Centro de Control de Operaciones - CCO y la vía de evacuación del túnel

principal, se recomienda el subsane de las afectaciones reportadas en el registro

fotográfico, a saber:

o Reconstrucción de la sección perdida del túnel en aproximadamente 15m (Ver

fotografía 9)

o Construcción de drenajes en la pared derecha del talud

o Limpieza del concreto lanzado en los primeros 30m, relleno de vacíos y refuerzo del

concreto lanzado (Ver fotografías 10 y 11)

Fotografía 12. Túnel Ventana

Estado al 7 de mayo de 2018 del portal Ventana; obsérvese la carencia de falso túnel, presencia de humedades y vegetación que denota falta de un mantenimiento adecuado y permanente. Fuente propia.


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Fotografía 13 Interior del túnel Ventana

Presencia de oquedades en la bóveda entre el concreto lanzado y el macizo rocoso, humedades y vegetación al interior del túnel ventana Fuente propia.

Fotografía 14 Detalle bóveda túnel Ventana

Detalle que evidencia la presencia de oquedades entre el concreto lanzado y el macizo rocoso, humedades y vegetación en los primeros metros del túnel ventana Fuente propia.

o Reposición del concreto lanzado perdido en la sección final del túnel Ventana, esto

es en el empalme con el túnel principal, como se observa en las fotografías 13, 14

y 15, donde el desprendimiento de parte del concreto lanzado ha dejado expuesta

la roca que al estar en contacto con el medio ambiente evidencia procesos de

degradación.

o Monitoreo de la zona de empalme del túnel Ventana con el túnel principal, en razón

a que visualmente y desde tiempo atrás se ha identificado aparente pérdida de la

geometría del túnel; para ello se propone toma de lecturas de convergencia en la

estación allí ubicada y su comparativo con el histórico de lecturas para descartar

una posible deformación del macizo y del sistema de soporte (Ver fotografía 16).


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Fotografía 15 Exposición de la roca por perdida del concreto lanzado

Zona de desprendimiento del concreto lanzado con exposición del sistema de soporte y la roca Fuente propia.

Fotografía 16 Detalle de la pérdida de concreto lanzado

Detalle de la zona donde se presenta pérdida del concreto lanzado y exposición de la roca Fuente propia.

Fotografía 17 Detalle de la degradación de la roca

Degradación de la roca en la zona de exposición al medio ambiente por pérdida del concreto lanzado Fuente propia.


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Fotografía 18 Vista general del empalme del túnel Ventana y el Principal

Empalme del túnel Ventana con el túnel principal. Obsérvese al fondo la puerta cortafuego que los separa Fuente propia.

TÚNEL PRINCIPAL

Subsisten las afectaciones del túnel principal reportadas en los informes de Interventoría y

el diagnóstico realizado por INFRACON en 2015, por lo que se recomienda:

o Sello de grietas y fisuras longitudinales y transversales del revestimiento, tanto secas

como húmedas a lo largo del túnel, con especial incidencia en los primeros 100 m a

partir del portal de entrada, donde no se instaló el sistema de impermeabilización. La

afectación va desde humedades leves hasta goteos, como se observa en la Fotografía

17

Fotografía 19 Vista general de afectaciones del revestimiento

Presencia grietas y fisuras longitudinales y transversales con evidencia de humedades, en los 100 primeros metros del túnel a partir del portal de entrada, donde no se instaló sistema de impermeabilización. Fuente propia.


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Fotografía 20 Grietas y fisuras del revestimiento

Presencia de grietas y fisuras tanto longitudinales como transversales a lo largo del túnel Fuente propia.

o Monitoreo de grietas y fisuras longitudinales y transversales como las registradas en la

Fotografía 18, mediante la instalación de testigos en plaquetas de vidrio que permitan

verificar su comportamiento en el tiempo, con énfasis en aquellas grietas que afectan

en su totalidad la sección transversal del túnel, como la observada en la Fotografía 19

Fotografía 21 Grieta transversal en sección completa

Grieta transversal al eje del túnel con afectación total de la sección, como se observa en la bóveda Fuente propia.

o Especial importancia reviste el monitoreo, control y estudio de la zona comprendida

entre las abscisas K87+072 al K86+766, afectada por aparente levantamiento de la

solera, sector que coincide con la presencia de la Falla de Quininí. Sector donde el

concesionario vía 40 Express realizó tres sondeos con recuperación de testigos,

encontrando debajo de la placa de pavimento material degradado, oquedades y capas

de grava hasta de 7m de espesor. Las Fotografías 20, 21, 22 y 23 permiten apreciar el

deterioro y falla de losas de pavimento, cunetas y andenes perimetrales.


PROYECTO


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Al respecto, es preciso indicar que, de acuerdo con la memoria técnica final del túnel,

presentada a la ANI por el concesionario en diciembre de 2014, en el tramo

anteriormente citado comprendido entre las abscisas K87+072 al K86+766, donde

se encontró terreno clasificado como tipo IV y tipo V, no se construyó la solera curva

recomendada en los diseños.

Fotografía 22 Afectación del pavimento por deformación de la solera

Cabalgamiento de las losas de concreto prefabricado que conforman los andenes perimetrales y escalonamiento entre la cuneta y el pavimento Fuente propia.

Fotografía 23 Estado de las losas de pavimento

Grieta longitudinal abierta del pavimento en el carril izquierdo en sentido del tráfico Fuente propia.

o Se recomienda la implementación urgente de métodos de exploración no destructiva

(perfiles sísmicos, sonografías, o similares) para determinar la estructura subyacente a

las placas de pavimento y las medidas correctivas a implementar con el fin de

garantizar condiciones de operatividad del túnel y de seguridad vial.


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Fotografía 24 Estado de los andenes

Estado de las losas prefabricadas que conforman los andenes perimetrales Fuente propia.

Fotografía 25 Detalle de deformaciones en andenes

Detalle del cabalgamiento por deformación de las losas de concreto de los andenes perimetrales Fuente propia.

La Figura 32 Esquema losas de pavimento del túnel, permite evidenciar:

o El abscisado del túnel referido al proyecto vial (costado superior)

o El abscisado del túnel a partir del portal de entrada K0+000 (costado inferior)

o El flujo vehicular que opera en sentido Melgar - Boquerón

o La zona de concentración de fallas de pavimento (resaltado en color azul)

o En color amarillo las secciones donde se construyó solera curva.

o Lo localización con relación a la longitud total del túnel, de la ventana en el tercio

inicial

o La zona de incidencia de la falla de Quininí enmarcada en líneas de color rojo.

Figura 32 Esquema losas de pavimento del túnel

Fuente. Adaptación del Informe de inspección y diagnóstico Túnel de Sumapaz. Figura 4-2

K8

5+

57

8,1

5

K8

5+

77

8,1

6

K8

5+

97

8,1

7

K8

6+

17

8,1

8

K8

6+

37

8,1

9

K8

6+

57

8,2

0

K8

6+

77

8,2

1

K8

6+

97

8,2

2

K8

7+

17

8,2

3

K8

7+

37

8,2

4

K8

7+

57

8,2

5

K8

7+

77

8,2

6

K8

7+

97

8,2

7

K8

8+

17

8,2

8

K8

8+

37

8,2

9

K8

8+

57

8,3

0

K8

8+

77

8,3

1

K8

8+

97

8,3

2

K8

9+

17

8,3

3

K8

9+

37

8,3

4

K8

9+

54

4,6

9

K4

+0

00

K3

+8

00

K3

+6

00

K3

+4

00

K3

+2

00

K3

+0

00

K2

+8

00

K2

+6

00

K2

+4

00

K2

+2

00

K2

+0

00

K1

+8

00

K1

+6

00

K1

+4

00

K1

+2

00

K1

+0

00

K0

+8

00

K0

+6

00

K0

+4

00

K0

+2

00

K0

+0

00

Solera curva construida

Concentración de fallas de pavimento

K89+361,55 - K89+346,20 L=15,35 m

K89+213,70 - K89+189,50 L=24,20m

K89+189,50 - K89+175,75 L=13,75m

VE

NT

AN

A K

88

+1

33

,60

Boquerón Melgar

Falla de Quininí

c

c


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DEFINICIONES

La definición de términos específicos básicos relacionados con geotecnia permite una clara

comprensión de los conceptos en que se basaron los diseños del túnel de Sumapaz, razón

por la cual a continuación se presenta una sucinta recopilación.

GLOSARIO

Angulo de fricción interna.

Definido como el ángulo entre el eje de esfuerzos normales y la tangente a la envolvente

de Mohr, en un punto que representa una condición dada de esfuerzos de ruptura de un

material sólido. El ángulo de fricción interna de un suelo corresponde al ángulo cuya

tangente es el coeficiente promedio de fricción entre las partículas de un suelo.

Anticlinal

Plegamiento de capas de roca convexo hacia arriba, con forma de cresta de ola o arco.

Las rocas estratificadas buzan en sentido contrario o divergente a partir de un plano

axial.

Arenisca

Roca sedimentaria detrítica compuesta en gran medida de materiales tamaño arena,

generalmente granos de cuarzo más o menos redondeados, con tamaños entre 0,0625

y 2 mm. Son rocas comunes, y se constituyen en componente esencial de numerosas

series estratigráficas, en capas regulares o no, y también en lentejones. Estas rocas

son de color blanco a gris claro o diversamente coloreadas, según la naturaleza del

cemento, como rojo (óxidos de hierro), verde (glauconita) y otros. Las variedades se

distinguen por el tamaño del grano, la naturaleza del cemento o la presencia de

elementos particulares. Minerales esenciales: cuarzo. Minerales accesorios: feldespato,

micas. Cemento silíceo, de óxidos de hierro y de calcita. A veces contiene minerales

pesados (como rutilo y otros). Textura: grano medio y redondeado; distribución

homogénea y pocas veces contienen fósiles.

Azimut.

Dirección de una línea sobre un plano horizontal, medida en el sentido de las agujas del

reloj, respecto al norte verdadero.


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Brecha de falla.

Conjunto de fragmentos de roca que se encuentra frecuentemente en las zonas de falla.

El tamaño de los fragmentos puede variar en el intervalo de centímetros a decímetros.

Buzamiento.

Ángulo que hace una superficie estructural con la horizontal, medido sobre el plano

vertical y perpendicularmente a su rumbo o dirección.

Cabalgamiento.

Término usado para referirse a un plegamiento fallado o falla inversa de bajo ángulo

(menor de 45º) en la que el bloque de techo se sitúa encima del bloque hundido, dando

lugar a que rocas más antiguas se encuentren sobreyaciendo a rocas más modernas.

Cabalgamiento Basal.

Cabalgamiento mayor que constituye la base de un manto de corrimiento.

Calificación del macizo rocoso.

Conocida como RMR por el acrónimo de Rock Mass Rating. Medida de la calidad de una

masa de roca a partir de la evaluación de cinco parámetros básicos del macizo:

o Resistencia a la compresión simple de la roca inalterada

o Índice de calidad de la roca

o Espaciamiento de los planos de discontinuidad del macizo

o Estado de las grietas y fisuras

o Condiciones del agua subterránea presente

Caliza.

Roca sedimentaria cuyo origen puede ser predominantemente biológico, químico o

mixto. La variedad pura tiene, al menos, un 95% de CaCO3; la corriente, por lo menos

un 50%; de los componentes restantes, el más frecuente y dominante es el carbonato

de magnesio, y los accesorios son silicatos o productos de su alteración, como arcillas,

sílice, y también pirita y siderita.

Canto.

Fragmento de un mineral o de una roca, sin distinción de forma, clase o tamaño.

Sinónimo: guijarro.

Canto Rodado.

Canto de forma redondeada, causada por haber sufrido durante mucho tiempo el arrastre

por un transporte fluvial o marino.


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Cizallamiento.

Deformación producida en una roca por fractura y desplazamiento según el plano de

dicha fractura.

Clave.

Arco tipo semicircular localizado en la parte superior de la excavación subterránea que

tradicionalmente se define como la sección que abarca desde la zona horaria 3 hasta la

zona horaria 9.

Cohesión.

Componente de la resistencia al corte del suelo dado por el término “c”, en la ecuación

de Coulomb. Característica propia de los materiales que presentan resistencia al corte

bajo un esfuerzo normal nulo.

Convergencia.

Desplazamiento relativo del terreno hacia el interior de la excavación, monitoreado

mediante la toma de medidas entre puntos fijos opuestos durante periodos de tiempo

previamente establecidos con el fin de detectar de manera temprana posibles

inestabilidades y deformaciones diferenciales.

Cretáceo.

Tercero en antigüedad de los tres períodos en que se divide el Mesozoico. Abarca

aproximadamente entre los 145.5 y los 65 millones de años antes de los tiempos

actuales; suprayace a los estratos del Jurásico e infrayace a los del Paleoceno. El

término Cretáceo deriva de creta que en latín significa greda por los depósitos de greda

blanca encontrados en este período.

Cuña.

Término genérico para designar una masa de terreno que se desplaza como una unidad

discreta. En los taludes en roca, y en suelos residuales, bloque poliédrico cuyas caras

están definidas por diaclasas u otro tipo de discontinuidad preexistente.

Cuña activa.

Parte de un deslizamiento donde las fuerzas motrices o movilizantes en la masa de suelo

son mayores que las fuerzas resistentes desarrolladas en la superficie del deslizamiento.

Cuña pasiva.

Parte de un deslizamiento donde las fuerzas motrices o movilizantes en la masa de suelo

son menores que las fuerzas resistentes desarrolladas en la superficie de deslizamiento.


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Deformación elástica.

Cambio de forma o de las dimensiones de un cuerpo sometido a un esfuerzo dentro del

rango de comportamiento elástico del material que lo forma. La deformación elástica

desaparece al cesar la acción de la fuerza que la produce.

Deformación inelástica.

La parte de la deformación producida por acción de un esfuerzo dado que no se anula

al retirar el esfuerzo que la produjo.

Deformación plástica.

Deformación permanente sin ruptura, de la forma o del volumen de una sustancia.

Deformación de un material plástico más allá de su punto de recuperación,

acompañada por un proceso de deformación continua sin un incremento de esfuerzo.

Término reológico aplicado a la deformación de un material, caracterizado por un valor

del esfuerzo de cedencia que debe ser excedido para que tenga lugar el flujo o

deformación plástica.

Depósito aluvial (Qal)

Material depositado en las depresiones generalmente continentales transportados por

las aguas de los ríos. Corresponde a las acumulaciones de sedimentos modernos que

acompañan los canales activos de los principales ríos del área: Magdalena, Sumapaz,

Bogotá, Paguey, Cuja, Pánches, Chocho, Subia, y quebradas grandes como Jordán y

Honda. Los materiales que los conforman están en proceso de transporte y

acumulación temporal y su granulometría refleja el estado dentro del perfil de la cuenca

de la zona próxima a la vía.

Depósito coluvial.

Material acumulado en la pendiente de los cerros y transportado por acción de la

gravedad, procesos de hielo-deshielo y por el agua, están frecuentemente formados

por masas inestables, su composición está asociada a la roca de la que proviene

englobado en una matriz de material de resistencia muy baja, en especial cuando se

presentan incrementos de presiones intersticiales producidos por lluvias intensas y en

especial en la zona de contacto con el sustrato rocoso.

Depósito de terraza aluvial.

Geoforma que corresponde a un depósito aluvial cuya superficie se encuentra por

encima del actual nivel de inundación probable del río. Una terraza está siempre


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separada de la vega aluvial por un escarpe que puede tener entre unos pocos

decímetros y muchos metros.

Diaclasa.

Fractura que separa en dos partes una masa de roca, sin que se produzca

desplazamiento a lo largo de ella. Plano de discontinuidad en un cuerpo rocoso, sin

movimiento perceptible paralelo a la superficie de discontinuidad.

Diaclasa de cizalla.

Diaclasa debida a una fractura por cizalla sin desplazamiento.

Diaclasa de extensión.

Diaclasa debida a una fractura de extensión.

Diaclasado.

Dispositivo que presentan algunas rocas caracterizado por la abundancia de

diaclasas.

Diaclasas no sistemáticas.

Diaclasas irregulares y aisladas.

Diaclasas sistemáticas.

Diaclasas planas y paralelas formando grupos numerosos.

Diaclasas transversales.

Diaclasas que son perpendiculares a la lineación mayor de las rocas. En la mayoría

de los casos son transversales a la dirección axial de los pliegues.

Diagrama de Schmidt.

Formato utilizado para la representación polar de datos estructurales en una red

estereográfica, en el que el ángulo respecto al origen representa la dirección del

buzamiento y la distancia respecto al centro representa el buzamiento. En este

formato las líneas, definidas por su dirección espacial son representadas por puntos,

y los planos, definidos por su azimut y buzamiento, mediante círculos máximos o

mediante un punto que corresponde al polo de una recta perpendicular al plano.

Diagrama de Wulf.

Formato utilizado para la proyección estereográfica y el registro de datos

estructurales. En este formato las líneas, definidas por su dirección espacial, son

representadas por puntos y los planos, definidos por su azimut y buzamiento,


PROYECTO


PÁGINA 232

mediante círculos máximos o mediante un punto que corresponde al polo de una recta

perpendicular al plano. La red de Wulf se utiliza cuando se desea mantener las

relaciones angulares de los datos registrados.

Dirección de buzamiento.

Ángulo que forma la proyección ortogonal horizontal de la línea de máxima pendiente

de un elemento estructural plano (superficie de estratificación, superficie de falla, etc.),

con la dirección norte.

Discontinuidad.

Separación entre dos partes de una masa de material. Las discontinuidades en masas

de suelo y roca incluyen fallas, diaclasas, planos de estratificación, planos de

foliación, fracturas y grietas y el material de relleno.

Discontinuidad estratigráfica.

Relación genética entre dos unidades litoestratigráficas superpuestas en cuyo

depósito ha mediado una interrupción sedimentaria medible.

Discordancia.

Relación geométrica entre dos unidades estratigráficas superpuestas en la que no

guarda paralelismo la estratificación de los materiales infra-yacentes y suprayacentes.

Las discordancias representan interrupciones en el registro estratigráfico, debido a

cambios en las condiciones paleo-geográficas que permiten la interrupción del

depósito.

Discordancia angular.

Aquella en la cual los estratos más antiguos buzan con un ángulo diferente de los

más jóvenes, asociado a movimientos tectónicos.

Ductilidad.

Propiedad de un material de soportar una deformación permanente sin perder su

capacidad de resistir carga, característica de los materiales que presentan un

comportamiento elastoplástico. Medida del grado en que una roca exhibe un

comportamiento dúctil en unas condiciones dadas, comúnmente expresado por la

deformación unitaria en el rango plástico de la curva esfuerzo/deformación.

Dureza.

Resistencia que ofrecen un mineral o una roca a ser rayados. Para determinarla se

utiliza la escala de Mohs. En estudios metalográficos se utiliza la dureza Vickers o


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resistencia a la deformación causada por la indentación de una punta piramidal de

diamante de base cuadrada, empujada por diferentes cargas estáticas.

Edad.

Unidad geocronológica, equivalente al piso. Tiempo transcurrido desde la formación

de una roca hasta la actualidad.

Ensayo de compresión inconfinada.

Prueba de laboratorio en la que una muestra cilíndrica o prismática de suelo o roca

es sometida a esfuerzos axiales crecientes sin ningún confinamiento lateral, hasta

hacer que la muestra se rompa o deforme más allá de un límite preestablecido.

Ensayo de compresión triaxial.

Experimento de mecánica de rocas en el que, además de una compresión axial, se

somete la muestra cilíndrica de roca a una compresión lateral ejercida por un fluido

(presión de confinamiento). Así se pueden controlar además usualmente la

temperatura, la velocidad de deformación y la presión del fluido en los poros de la

roca.

Ensayo de compresión uniaxial.

Experimento sencillo por el que se somete una muestra cilíndrica circular de roca a

una compresión en la dirección del eje de la muestra. Se utiliza para introducir la teoría

del comportamiento mecánico de las rocas y en él se determinan las deformaciones

axial y lateral del cilindro y se relacionan gráficamente con el esfuerzo compresivo

aplicado.

Escala de tiempo geológico universal.

Escala estratigráfica ideal, de referencia, de todas las unidades cronoestratigráficas y

geocronológicas, ordenada jerárquicamente de más antigua a más moderna.

Escarpe.

Segmento abrupto de una ladera. Discontinuidad topográfica vertical o subvertical en

el terreno.

Escarpe de falla.

Relieve topográfico producido por una falla. Puede quedar anulado, e incluso

invertido, por erosión.


PROYECTO


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Estratificación.

Disposición de las rocas sedimentarias en sucesivas capas o estratos.

Estratificación cruzada.

Conjunto de estratos secundarios que se disponen inclinados con respecto a la

estratificación principal, separados entre sí por superficies originadas por cambios

bruscos en las condiciones sedimentarias, incluidas las de erosión y de interrupción

sedimentaria.

Estratificación lenticular.

Estratificación caracterizada por la presencia de masas discontinuas de arena con

forma de lente, intercaladas en una serie arcillosa.

Estratigrafía.

Parte de la geología que estudia e interpreta los procesos registrados en las

sucesiones sedimentarias, que permite conocer la naturaleza y disposición de las

rocas estratificadas, la correlación tanto de los materiales como de los sucesos, y la

ordenación temporal correcta de la secuencia de materiales y sucesos.

Estrato.

Nivel de roca o sedimento que se depositó en un intervalo de tiempo concreto y que

queda delimitado por superficies (denominadas superficies de estratificación),

originadas por cambios en la sedimentación, por interrupciones sedimentarias o por

ambos factores a la vez.

Estrato competente.

Estrato constituido por material susceptible de transmitir eficazmente las presiones

deformantes.

Estrato incompetente.

Estrato constituido por materiales que son incapaces de transmitir las presiones y que

se deforma por fluencia.

Estructura.

Conjunto de las propiedades de un suelo que derivan directamente del tamaño de sus

constituyentes. Configuración geométrica que adquiere una roca como consecuencia

de un proceso de deformación.


PROYECTO


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Fábrica.

Configuración espacial y geométrica completa de todos los componentes y elementos

de una roca que se desarrollan de forma penetrativa a través del volumen de la roca

considerada. Orientación relativa de partes de una masa de roca.

Facies.

Conjunto de características de las rocas de una unidad geológica, que reflejan las

condiciones en las que se formaron. En rocas sedimentarias se consideran los

caracteres petrográficos (litofacies) y los paleontológicos (biofacies). Conjunto de

caras que presenta un cristal.

Falla geológica.

Fractura o zona de fracturas a lo largo de cuya superficie se produce un desplaza-

miento relativo de los dos bloques (labios) en que quedan divididas las rocas

afectadas. Las fallas geológicas se definen como dislocaciones de la corteza terrestre,

es decir, fracturas a lo largo de las cuales se producen importantes deslizamientos

relativos. Las rocas involucradas dentro de las zonas de falla son afectadas por una

degradación mecánica notable; además, las fallas constituyen importantes fuentes

sismogénicas. Con base en la dirección en la cual ocurrió el desplazamiento a lo largo

del plano de falla se consideran tres tipos: de buzamiento, de rumbo y fallas oblicuas,

según el sentido del movimiento. De otra parte, considerando cómo fue el

desplazamiento relativo de los bloques las fallas se clasifican como: normal, inversa

o direccional.

Los elementos que permiten describir una falla son:

o Plano de falla. La superficie de separación de los dos bloques, a lo largo de la

cual ocurre el movimiento.

o Escarpe de falla. El resalto estructural expuesto del bloque que se levanta.

o Bloque de piso. También conocido como bloque yacente, corresponde al

borde situado por debajo del plano de falla.

o Bloque de techo. También conocido como colgante, corresponde al bloque

situado por encima del plano de falla.

Falla de buzamiento.

Falla cuyo desplazamiento se ha producido en la dirección de buzamiento de la

superficie de falla.

Falla directa.

Sinónimo de falla normal.


PROYECTO


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Falla inversa.

Falla inclinada cuyo bloque elevado es el superior y su superficie de falla buza hacia

la posición del bloque elevado.

Falla normal.

Falla cuyo bloque elevado es el inferior y su superficie buza hacia el bloque hundido.

Falla rotacional.

Falla cuyo movimiento implica una rotación de un bloque respecto del otro.

Formación

Secuencia de rocas, generalmente de características semejantes, en cuanto a

litología, fósiles presentes y edad. Poseen una facie semejante, cuencas de

deposición semejantes y cercanas. La Formación representa la unidad litogenética

fundamental en la clasificación local y regional de las rocas, determinando la

ubicación exacta en la columna geológica de la región y por lo tanto la edad de las

rocas.

Formación Arenisca Dura (Kgd)

Nombre propuesto formalmente por Pérez & Salazar (1978), para la unidad

litoestratigráfica que reposa concordante y transicionalmente sobre una sucesión

monótona de Lutitas físiles y grises de la Formación Chipaque y que es suprayacida

por una secuencia de Arcillolitas, Arcillolitas silíceas y Liditas de la Formación

Plaeners.


El nombre Guaduas fue propuesto por Hettner (1892) para designar la secuencia

estratigráfica que aflora al oriente de la población de Guaduas. Posteriormente,

Hubach (1931, 1945, 1957) restringe el término quedando limitado en su parte

inferior por la primera Arenisca perteneciente al Grupo Guadalupe y en la parte

superior por la Arenisca de El Cacho, en el sector oriental de la Plancha 246-

Fusagasugá, dentro del Sinclinal de Usme. Su conformación litológica genera

amplios valles separados por pequeñas cuchillas. Dentro de la plancha 246 la

Formación Guaduas se ha dividido en tres niveles: uno inferior, con un espesor de

70 m, constituido por Arcillolitas grises amarillentas, con intercalaciones de

Areniscas de cuarzo, finas, en capas medias a muy gruesas, supra-yacido por una

secuencia alternante de Limolitas de cuarzo, en capas delgadas a medias y

Arcillolitas grises oscuras. La parte media está constituida por Areniscas de cuarzo,

finas a gruesas, en capas muy gruesas, plano paralelas a ondulosas, con


PROYECTO


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intercalaciones de Arcillolitas grises oscuras y amarillentas. La parte superior consta

de Lodo-litas rojas, con esporádicas intercalaciones de Areniscas de cuarzo. En este

sector no se observa carbones en la unidad. El espesor total de esta formación,

estimado en cortes geológicos, es de 500 m. El contacto inferior de la Formación

Guaduas es neto y concordante, y ha sido marcado en el tope de la capa de

Areniscas de cuarzo del Grupo Guadalupe, la cual infrayace una secuencia de

Arcillolitas.

Formación Gualanday (Tg)

Formación geológica constituida por una secuencia de Arcillolitas con

intercalaciones de Arenisca y conglomerado en su parte inferior, y por una secuencia

de conglomerados compuestos por chert, cuarzo y cantos con intercalaciones de

Arcillolitas y Arenisca en su parte superior.

Formación Plaeners (Kgp)

Unidad litoestratigráfica que reposa concordantemente sobre la Formación Arenisca

Dura y suprayace a la Formación Arenisca de Labor, conformada por Arcillolitas

silíceas y Liditas de estratificación fina a media, en capas delgadas, con partición en

cubos y gran cantidad de foraminíferos (pequeños fósiles marinos), intercalados con

niveles de Lodolitas grises.

Formación Villeta (Kv).

Esta unidad consiste predominantemente de Lutitas negras, Areniscas, Calizas y

Liditas. Las Lutitas son laminares y sueltas; presentan por consiguiente

características de permeabilidad y alta susceptibilidad a la erosión.

Fractura astillosa.

Fractura que da lugar a una superficie desigual, de la que sobresalen fragmentos del

mineral semejantes a astillas. Es frecuente en los agregados cristalinos de hábito

fibroso y acicular.

Fractura por cizalla.

Fractura que se produce oblicuamente a la dirección principal del esfuerzo

compresivo mayor y sobre la que se produce habitualmente un deslizamiento de la

roca a lo largo de la superficie de fractura.

Fractura.

Fragmentación de una roca por grietas, diaclasas y fallas.


PROYECTO


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Geología aplicada.

Parte de la geología que comprende la aplicación de sus diferentes especialidades

en la planificación del desarrollo de la humanidad. Se incluye en ella la prospección y

explotación de los recursos naturales (agua, minerales, recursos energéticos, etc.), la

planificación correcta de la obra pública (geotecnia) y la protección del medio natural

(geología ambiental).

Geología estructural.

Parte de la geología que estudia las configuraciones geométricas de las rocas

originadas por procesos de deformación natural, los desplazamientos y mecanismos

implicados en el desarrollo de tales configuraciones, su evolución espacio-temporal y

las causas que dieron lugar a su formación.

Geología.

Ciencia que estudia la composición, estructura, morfología y edad de los materiales

que componen la Tierra, en especial, a partir de la observación en las partes

accesibles. Se ocupa además de la elaboración de hipótesis que permitan reconstruir

la historia y la evolución de la Tierra.

Geomorfología.

Estudio de la evolución del relieve de la superficie de la Tierra y sus causas.

Geotecnia.

Aplicación de los métodos científicos y de los principios de ingeniería a la generación,

interpretación y utilización del conocimiento de los materiales y procesos que ocurren

en la corteza terrestre para la solución de problemas de ingeniería. Para su cabal

desarrollo requiere la aplicación de diferentes campos del conocimiento, entre ellos,

la mecánica de suelos, la mecánica de rocas, la geología, la geofísica, la hidrología,

la hidrogeología y las ciencias relacionadas.

Glaciar.

Masa de hielo formada por acumulación y compactación de nieve por encima del nivel

de las nieves perpetuas que, debido a su plasticidad, se desplaza por gravedad. Se

diferencian dos grandes tipos: glaciares de casquete y glaciares de valle.

Granulometría.

Medida de las dimensiones y los porcentajes de las partículas o granos de una

sustancia granulosa cualquiera, que se aplica a los sedimentos detríticos no

compactados.


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Grisú.

Gas originado por una concentración de metano en la atmósfera comprendida entre

el 5% y 14%, que conlleva la posibilidad de explosionar y el consiguiente riesgo de

accidentes mortales. Con una concentración inferior al 5%, el grisú simplemente arde,

y por encima del 14% ni explosiona ni arde por falta de oxígeno. Suele originarse en

las explotaciones de los yacimientos de carbones, cuando el metano originado en el

proceso de su formación y contenido en los mismos, es liberado y entra en contacto

con la atmósfera

Grupo Guadalupe (Ksg).

El denominado Grupo Guadalupe es definido formalmente al oriente de la Sabana de

Bogotá por Pérez & Salazar (1978) y está conformado por la Formaciones Arenisca

Dura, Plaeners, Labor y Tierna; se encuentra suprayacida por la Formación Guaduas.

Originalmente designaron con el rango de Piso del Guadalupe a las Areniscas de la

parte alta del Cretáceo, que se encuentran en los cerros orientales de Bogotá. El

Grupo Guadalupe ha tenido varias definiciones, la última de las cuales eleva la unidad

al orden de Grupo, diferenciando tres formaciones: Arenisca Dura en la base,

Plaeners en la parte media y Arenisca de Labor y Tierna en la parte superior. Las

Areniscas del Grupo Guadalupe se sitúan entre las Lodolitas del Grupo Villeta en la

base y las Lodolitas de la Formación Guaduas en el techo.

GSI (Acrónimo de Geotechnical Stregth Index)

Introducido por Hoek (1995), es un índice que indica la reducción de la resistencia

de un macizo rocoso, con respecto a la roca intacta para diferentes condiciones

geológicas. Se define en terreno por observación de dos parámetros principales:

estado de fracturamiento del macizo y calidad de las discontinuidades. El GSI se

debe dar en un rango de valores; se utiliza como una de las variables para obtener

la resistencia del macizo rocoso mediante el criterio de falla de Hoek-Brown

Hidrogeología.

Estudio del origen, localización, movimiento y características de las aguas

subterráneas, con especial énfasis en los aspectos geológicos.

Hidrología.

Estudio de la distribución del agua en la Tierra, de sus propiedades y comportamiento.


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Hidrología estocástica.

Parte de la hidrología que hace uso de técnicas probabilísticas para analizar las series

temporales y los procesos hidrológicos.

Hidrología cárstica.

Estudio hidrológico de los terrenos cársticos, en especial de la circulación subterránea

de sus aguas y de los manantiales por los que descarga.

Hidrología subterránea.

Estudio del origen, localización, flujo, comportamiento y características de las aguas

subterráneas, su recarga y de la relación con otros cuerpos de agua, con especial

énfasis en los aspectos hidráulicos e hidrológicos.

Horizonte.

Superficie de referencia que indica una posición concreta en una secuencia

estratigráfica. En la práctica suele ser una capa característica generalmente muy fina.

Horizonte A.

Horizonte edáfico mineral más superficial de un suelo con intensa actividad biológica,

en el que el humus puede llegar al 30%.

Horizonte B.

Horizonte edáfico localizado entre los horizontes E y C de un suelo y en el que se

concentran las sales lixiviadas por infiltración.

Horizonte bioestratigráfico.

Sinónimo de biohorizonte.

Horizonte C.

Horizonte edáfico más profundo de un suelo formado mayoritariamente por

fragmentos de la roca infrayacente parcialmente alterada.

Horizonte crono- estratigráfico.

Sinónimo de crono- horizonte.

Horizonte E.

Horizonte edáfico situado entre los horizontes A y B, de color muy claro y con escasa

materia orgánica.


PROYECTO


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Horizonte edáfico.

Cada una de las capas sub-horizontales que se pueden diferenciar en un suelo que

se distingue de la supra-yacente o de la infrayacente por sus propiedades físicas,

químicas y biológicas y que sirven de criterio para la descripción y clasificación de los

suelos. Se diferencian, de más superficial a más profundo, los horizontes O, A, E, B

y C.

Horizonte estratigráfico.

Superficie de referencia reconocida dentro de un estrato o coincidente con una

superficie de estratificación diferenciable claramente por sus rasgos litológicos o por

su contenido fosilífero.

Limolita.

Roca sedimentaria formada por la compactación de un limo.

Litificación.

Proceso natural mediante el cual un sedimento incoherente se transforma en una roca

sedimentaria consolidada, por cementación y compactación durante la diagénesis.

Litoestratigrafía.

Parte de la estratigrafía que estudia las litofacies de las rocas estratificadas y su

organización en unidades basadas en su carácter litológico.

Litofacies.

Conjunto de caracteres litológicos o petrográficos que definen una facie.

Litología.

Sinónimo de petrología. Parte de la geología que trata sobre el estudio de las rocas,

especialmente de su tamaño de grano, tamaño de partículas y sus características

físico químicas.

Litosfera.

Parte sólida que cubre la superficie de la Tierra, en oposición a hidrosfera y atmósfera.

Capa superior de la Tierra sólida que comprende la corteza terrestre (tanto corteza

continental como corteza oceánica) y la parte frágil del manto superior. Su base está

definida por una temperatura de entre 1 200ºC y 1 300ºC, y su espesor medio está

alrededor de 100 km. A escala global, está dividida en diferentes láminas sólidas y

relativamente rígidas, denominadas placas.


PROYECTO


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Lutita.

Roca sedimentaria constituida por granos muy finos, de menos de 0.062 mm.

Metamórfico.

Relacionado con o formado por el metamorfismo.

Metamorfismo.

Conjunto de cambios texturales y mineralógicos que experimenta una roca sometida

a condiciones de presión y temperatura diferentes a las de su formación, excluyendo

los procesos diagenéticos propios de rocas sedimentarias.

Meteorización.

Conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos de alteración y descomposición

de una roca superficial. Cambio en el estado de un suelo por influencia del medio

ambiente o por contaminantes químicos en la lluvia o en la atmósfera.

Método de resistividad.

Método de investigación que estudia la distribución del campo eléctrico producido

artificialmente. Se obtienen imágenes del terreno en términos de resistividades que

se asocian a los distintos materiales.

Método sísmico.

Método geofísico de investigación que se basa en el estudio de la propagación de las

ondas mecánicas provocadas artificialmente. Existen muchas técnicas de aplicación,

la más conocida de la cuales es el análisis de las ondas P refractadas y reflejadas.

Módulo de Young (E).

También conocido como módulo de elasticidad, corresponde a la relación entre el

esfuerzo y la deformación lineal unitaria en el intervalo elástico de los materiales que

se deforman de acuerdo con la ley de Hooke, al ser sometidos a fuerzas

comprensivas o de tracción.

Nuevo Método Austriaco

Lineamiento moderno de perforación de túneles, desarrollado por Rabcewicz; este

método se caracteriza por:

o La aplicación de un revestimiento delgado, semirígido, colocado inmediatamente

antes de que la roca pueda ser perjudicada por la descompresión.

o Este revestimiento (sostenimiento provisional) se diseña para alcanzar un

equilibrio temporal durante el proceso constructivo, razón por la que éste, al estar


PROYECTO


PÁGINA 243

sometido a esfuerzos importantes durante la construcción, debe ser descartado

en las consideraciones del diseño definitivo.

o El sostenimiento provisional, puede ser de cualquier material adecuado al

propósito indicado, tal como arcos o cerchas metálicas, anclajes, bulones,

concreto neumático o proyectado (con o sin fibra metálica), concreto prefabricado,

paraguas, etc., utilizados individualmente o en combinación de dos o más de ellos

en conjunto.

o La utilización de paraguas está contemplada en casos muy especiales donde la

calidad de la roca sea extremadamente mala.

o El revestimiento definitivo no es necesario que éste inmediatamente próximo al

frente de avance. Su instalación debe hacerse con las deformaciones del

sostenimiento ya establecidas, a fin de minimizar en él los esfuerzos.

o Debe controlarse, en todo momento, el comportamiento de la roca y del

sostenimiento, para comprobar su eficacia o necesidad de refuerzo, de ahí la

provisión de elementos de evaluación y control.

Período.

Unidad geocronológica, subdivisión temporal de una era geológica y que, a su vez,

se subdivide en épocas. Se corresponde con un sistema estratigráfico.

Permeabilidad.

Capacidad de una roca o suelo de permitir el paso de un fluido a través suyo. Medida

de la relativa facilidad en que un fluido pasa a través de un material bajo una diferencia

de presión dada. La permeabilidad es una característica del material, independiente

de las propiedades físicas del fluido que pasa a través suyo, y es diferente del

coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica.

Petrografía.

Parte descriptiva y sistemática de la petrología.

Petrología.

Estudio de las rocas. Se ocupa de su descripción y clasificación (petrografía) y de los

mecanismos de formación (petrogénesis). Según el tipo de rocas, esta disciplina se

subdivide en ígnea, metamórfica y sedimentaria.

Plegamiento.

Fenómeno geológico que puede producirse a cualquier escala geológica y cuyo efecto

es la formación de pliegues en los materiales a los que afecta. En la mayor parte de

los casos, es consecuencia de compresión e implica un acortamiento.


PROYECTO


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Pliegue

Estructura de una roca o conjunto pétreo cuando una superficie de referencia, definida

como plana antes de la deformación, se transforma en una superficie curvada o

doblada. Salvo casos especiales, implica un acortamiento del espacio ocupado

originalmente.

Prospección geofísica.

Cualquier técnica de investigación del subsuelo que aplica los métodos geofísicos.

Prospección mecánica.

Prospección realizada mediante sondeos de reconocimiento y de comprobación de

supuestos geológicos.

Prospección sísmica.

Método de investigación del subsuelo mediante el estudio de la propagación de ondas

elásticas provocadas artificialmente.

Proyección estereográfica.

Representación bidimensional de direcciones tridimensionales, utilizada en la

solución de problemas estructurales y en el análisis de estabilidad de taludes en roca

y excavaciones subterránea. En ella las líneas quedan representadas por puntos que

indican su dirección y los planos por círculos máximos, o por puntos que representan

las líneas perpendiculares a los planos. Existen dos tipos de red para

representaciones estereográficas: Wulf y Schmidt. La primera es utilizada si se quiere

mantener las relaciones angulares, y la segunda si se quiere mantener las relaciones

de áreas.

Q. (Acrónimo de Q-System)

Índice de calidad de macizos rocosos para construcción de túneles desarrollado por

el Instituto Geotécnico Noruego (Barton et al, 1974, Hoeck & Brown, 1980)

Reología.

Mecánica de los cuerpos deformables; incluidos los problemas de elasticidad,

viscosidad y fluidez. Ciencia que estudia los mecanismos de deformación de las rocas

y el flujo de los cuerpos sólidos sometidos a grandes esfuerzos durante períodos

prolongados.


PROYECTO


PÁGINA 245

Resiliencia.

Capacidad que tiene un cuerpo de recuperar su forma y dimensiones originales una

vez retirada la carga que produce una deformación dada, especialmente cuando la

deformación es causada por una carga compresiva.

Resistencia a la compresión uniaxial.

Valor máximo que adquiere el esfuerzo en el ensayo de compresión uniaxial de una

roca. Esfuerzo máximo de compresión que puede resistir un material sin romperse o

sufrir una deformación excesiva cuando el esfuerzo principal menor, o presión de

confinamiento, es nulo.

Resistencia a la fractura.

Valor del esfuerzo necesario para que se produzca la fractura en un material rocoso.

Resistencia a la tracción.

Valor máximo que adquiere el esfuerzo en el ensayo de tracción uniaxial de una roca.

Resistencia frágil.

Valor del esfuerzo para que se produzca la fractura frágil en un material.

Resistencia máxima.

Valor del esfuerzo máximo que un material es capaz de soportar sin romperse.

Corresponde a la ordenada máxima de la curva esfuerzo-deformación.

Riesgo.

Combinación de la probabilidad de ocurrencia de un daño y de la severidad de sus

consecuencias.

Riesgo geológico.

Estimación del daño potencial debido a un fenómeno geológico, natural o inducido

por el hombre. Depende de la peligrosidad del fenómeno y de la vulnerabilidad de los

elementos que pueden ser afectados (edificios, infraestructuras, personas, etc.).

RMR. (Acrónimo de Rock Mass Rating)

Sistema de clasificación geomecánica propuesto por Z. T. Bieniawski en los años 70,

en el cual el índice RMR se obtiene como la suma de cinco números que son a su vez

función de:

o La resistencia a la compresión simple del macizo rocoso


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PÁGINA 246

o El índice RQD

o El espaciamiento de las discontinuidades

o La condición de las discontinuidades

o La condición del agua

o La orientación de las discontinuidades

RQD. (Acrónimo de Rock Quality Designation)

Índice formulado por Deere et al, que se obtiene a partir de la relación en porcentaje

entre la suma de las longitudes de los trozos de testigos mayores a 10 cm, y la longitud

total del sondeo. Corresponde a una escala de valoración de calidad de la roca de 0

en rocas calificadas como muy malas a 100 en rocas sanas y competentes.

Rumbo.

Dirección de una línea medida respecto al norte o sur verdadero. Es costumbre limitar

la medida hasta noventa grados y referirla en términos de la desviación de la dirección

respecto al norte o el sur hacia el este o el oeste. Dirección de una superficie

estructural definida como la dirección de la línea de intersección de la superficie con

un plano horizontal

Sección estratigráfica.

Ordenación temporal, de la más antigua a la más moderna, de las unidades

estratigráficas existentes en una región.

Sección sísmica.

Expresión gráfica de la geometría de los conjuntos rocosos en el subsuelo, obtenida

a partir de una serie de impulsos de ondas sísmicas reflejadas.

Sinclinal.

Pliegue cuyo núcleo está constituido por las rocas estratigráficamente más modernas.

En general, es sinforme, aunque a veces puede ser antiforme.

Sinclinal antiforme.

Sinclinal con la concavidad hacia abajo.

Sinclinal de bloque superior.

Sinclinal formado en el bloque superior de un cabalgamiento entre dos anticlinales de

rampa.


PROYECTO


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Sinclinorio.

Estructura sinclinal compuesta de escala regional; está constituida por una sucesión

de anticlinales y sinclinales, de tal manera que las superficies envolventes de los

anticlinales son sinformes.

Sísmica de reflexión.

Método de prospección geofísica que consiste en el registro y análisis de las ondas

sísmicas reflejadas en las zonas de discontinuidad mecánica de los materiales del

subsuelo. El resultado es una sección sísmica en donde se describe la morfología de

las diferentes capas reflectoras del subsuelo. Técnica de exploración del subsuelo

para cartografiar rasgos estratigráficos o estructurales mediante el método de

reflexión sísmica. En ella se mide los tiempos de llegada de eventos atribuidos a

ondas sísmicas que han sido reflejadas en las interfaces donde se presentan cambios

en la impedancia acústica. El método de reflexión sísmica es apropiado para delinear

las unidades geológicas a profundidades de 3 m, no está limitado por la presencia de

capas intermedias de baja velocidad, y es especialmente útil en áreas donde la

litología cambia rápidamente.

Sísmica de refracción.

Método de prospección geofísica que consiste en el registro y análisis de las ondas

sísmicas refractadas en las zonas de contraste mecánico de los materiales del

subsuelo. El resultado es un campo de velocidades del subsuelo formado por las

velocidades asociadas a cada capa refractora. Técnica de exploración del subsuelo

para cartografiar rasgos estratigráficos o estructurales mediante el método de

refracción sísmica. En ella se mide los tiempos de llegada de las ondas sísmicas que

se refractan en la interface de medios con un fuerte contrate de velocidad de

transmisión y viajan paralelas a dichas interfaces. El método de refracción sísmica es

más útil donde se encuentran estratos o zonas de roca cuya densidad aumenta con

la profundidad, para determinar la profundidad de la roca y su susceptibilidad al

desgarre con máquinas.

Sistema de cabalgamientos.

Conjunto de cabalgamientos relacionados genéticamente. Entre ellos se distinguen

las estructuras imbricadas y los dúplex.

Sistema de diaclasas.

Asociación formada por dos o más conjuntos de diaclasas sistemáticas que se

intersectan.


PROYECTO


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Solera.

Zona recta o curva que forma la base de una excavación subterránea.

Sondeo eléctrico vertical (SEV).

Medición de la conductividad eléctrica de una masa de suelo y roca cuya

interpretación permite estimar la distribución en profundidad de los materiales

presentes en el subsuelo sus condiciones de saturación. El método de resistividad

eléctrica puede ser útil para determinar la profundidad del nivel freático y del estrato

rocoso, y las anomalías en el perfil estratigráfico, particularmente donde un estrato

más denso suprayace uno menos denso.

Squeezing

Comportamiento geotécnico de una excavación subterránea caracterizado por la

aparición de un mecanismo de rotura dúctil, con fuertes deformaciones y empujes,

que ocurre en terrenos de mala calidad.

Superficie de cabalgamiento.

Superficie que separa el bloque superior del bloque inferior de un cabalgamiento.

Unidad estratigráfica.

Conjunto de rocas estratificadas que se delimita de las que lo rodean en función de

un atributo o carácter específico. Los principales tipos se basan en su litología

(unidad litoestratigráfica), en su contenido fosilífero (unidad bioestratigráfica), en su

edad (unidad cronoestratigráfica) o en su polaridad magnética (unidad

magnetoestratigráfica).

Unidad estructural.

Conjunto formado por un estrato y la capa interfoliar en una estructura en capas.


PROYECTO


PÁGINA 249

BIBLIOGRAFÍA

ADUVIRE PATACA, OSVALDO, y Otros. 1997. Manual de túneles y obras subterráneas.

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Colombia, Congreso de la República, 2012. Ley 1563 de 2012 - Estatuto de Arbitraje

Nacional e Internacional.

Colombia, Congreso de la República, 2007. Ley 1150 de 2007 – Medidas para la eficiencia

y la transparencia en la Ley 80 de 1993.

Colombia, CONPES 3714, 2011. Del Riesgo Previsible en el Marco de la Política de

Contratación Pública.

Colombia, CONPES 376, 2013. Proyectos viales bajo el esquema de Asociaciones Público

Privadas: Cuarta Generación de Concesiones Viales.

Colombia, Instituto Nacional de Vías – INVIAS 2015. Manual para el diseño, construcción,

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Edición

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1 de julio de 2004.

Colombia, Planeación Nacional, 2012. Ley 1508 de 2012 Asociaciones Público Privadas –

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Consorcio ConCol B&C, 2012.Informes mensuales de interventoría. 2009 a 2012

Consorcio EDL LTDA – DIS LTDA – IPC LTDA. 2009. Informes mensuales de interventoría.

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Estudios para la concesión de la carretera Av. Boyacá-Bosa-Granada-Girardot. LTDA.

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PÁGINA 250

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dirección de proyectos (Guía del PMBOK)

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Especificaciones, técnicas para construcción. Túnel del Sumapaz

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WORLD ROAD ASSOCIATION MONDIALE DE LA ROUTE. Manual de túneles de

carretera.


PROYECTO


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ANEXO 1. ESTUDIOS Y DISEÑOS DE INGETEC

Figura 33. Sección tipo túnel de Sumapaz

Figura 34. Sección tipo nichos de parqueo y de auxilio túnel de Sumapaz

Figura 35. Planta – Perfil. Túnel de Sumapaz. Geología

Figura 36. Planta – Perfil. Portal Boquerón. Geología

Figura 37. Planta – Perfil. Portal Melgar. Geología

Tabla 97. Geología Estructural – Diaclasas

Tabla 98. Geología Estructural – Discontinuidades

Figura 38. Caracterización geotécnica del portal Boquerón

Figura 39. Caracterización geotécnica del portal Melgar

Figura 40. Planta y perfil sector del portal Ventana

Tabla 99. Clasificación geomecánica de Barton

Tabla 100. Clasificación Geomecánica de Bieniawski

Tabla 101. Clasificación Geomecánica de Hoek

Tabla 102. Resumen de clasificaciones geomecánicas

Tabla 103. Resumen de parámetros geomecánicos del macizo

Tabla 104. Resumen de bloques críticos

Tabla 105. Estimativo de cargas de desprendimiento

Tabla 106. Resumen empujes y presiones del terreno

Tabla 107. Modelación esfuerzo – deformación

Tabla 108. Sectorización y tipología de terreno asociado

Tabla 109. Datos geométricos discontinuidades zona de portales


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Tabla 110. Bloques críticos zona de portales

Tabla 111. Presupuesto obra subterránea

Figura 33. Sección tipo túnel de Sumapaz


Figura 34. Sección tipo nichos de parqueo y de auxilio túnel de Sumapaz


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EN

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ÍA L

TD

A. –

PIV

ING

EN

IER

ÍA L

TD

A. P

lano

No. 0

90-0

1-3

01

8

Fig

ura

37. P

lanta

– P

erfil. P

orta

l Me

lgar. G

eolo

gía


PROYECTO


PÁGINA 258

Tabla 96. Geología Estructural – Diaclasas

No. Tramo Sistema Condición

Aptitudes

Dirección de buzamiento

Buzamiento

1 K0+000 al K1+400

S1 - Sistema de diaclasas

Principal 306 63


Principal 25 76


Secundario 124 45

E1 - Estratificación Principal 123 41

2 K1+400 al K1+650


Principal 147 83


Principal 20 85


Secundario 323 86


3 K1+650 al K1+800


Principal 147 83


Principal 20 85


Secundario 323 86


4 K1+800 al K2+300


Principal 147 83


Principal 20 85


Secundario 323 86


5 K2+300 al K2+900


Principal 347 85


Principal 25 54


Secundario 167 85



PROYECTO


PÁGINA 259

No. Tramo Sistema Condición

Aptitudes

Dirección de buzamiento

Buzamiento

6 K2+900 al K3+000


Principal 289 77


Principal 27 83


7 K3+000 al K3+500


Principal 289 77


Principal 27 83


8 K3+500 al K3+800


Principal 35 70


Principal 343 78


Secundario 234 81


9 K3+800 al K3+900


Principal 35 70


Principal 343 78


Secundario 234 81


10 K3+900 al K4+155


Principal 35 70


Principal 343 78


Secundario 234 81




Tabla 97. Geología Estructural – Discontinuidades

FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES

TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE

LAS PAREDES AGUA RELLENO

Forma-

ción

Arenisca

Tierna

(Kgt)

K85 +

640

al

K85 +

735

44/129 Estratifica

ción

Próxima

(0.2 – 0.6m) Rugosa

Ligeramente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continua

(>10m)

Ligeramente

alterado Seca No existe

60/016 Diaclasa

maestra

Próximas

(20-80 cm)

Ligera

mente

rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Poco

continua

(2-5 m)

Ligeramente

alterado Seca Óxido duro

60/255 Diaclasa Muy juntas <

0.06m

Ligera

mente

rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Discontinua

< 2 m

Ligeramente


Forma-

ción

Arenisca

de Labor

(Kgl)

K85 +

735

al

K85 +

855

42/131 Estratifica

ción

Próximas

(0.2 – 0.6m)

Separadas

(0.6 –2.0m)

Suave

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Continua >

10 m

Ligeramente


86/050 Diaclasa Próximas

(20-80 cm)

Ligera

mente

rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Continua

(>10 m)

Ligeramente

alterado

Seca

Óxido y

arenas

duros

80/135 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Ligera

mente

rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Continua

(>10 m )

Ligeramente

alterado

Seca No existe


(0.2 – 0.6m)

Ligera

mente

rugosa

Ligeramente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Discontinua

< 2 m

Ligeramente


FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Arenisca

Dura

(Kgd)

K86+

000

al

K86+

400

36/315 Diaclasa Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Discontinua

< 2m

Ligeramente

alterado

Seca a

goteo No existe

43/125 Estratifica

ción

Próximas

(0.2 – 0.6m) a

Separada

(0.6 –2.0m)

Suave Cerrada

<0.01 cm

Continua

> 10 m

Ligeramente

alterado Seca

Arena.

Consistenci

a media

71/0.21 Diaclasa

maestra

Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


Forma-

ción

Arenisca

Labor

(Kgl)

K87+

300

al

K87+

450

17/098 Estratifica

ción

Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continua >

2 m

Ligeramente

alterado Seca Oxido duro


(0.6-0.2) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



(0.6-0.2) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderadame

nte alterado

Seca Oxido duro

81/199 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Plaeners

(Kgp)

K87+

450

al

K87

+550

73/109 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2) Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


28/058 Estratifica

ción

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa –

ligeramen

te rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

alterado Seca

Arcilla.

Consistenci

a media


(20-80 cm) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Discontinua

< 2 m

Ligeramente


70/286 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Ligera

mente

rugosa -

suave

Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


Fuente: Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Arenisca

Dura

(Kgd)

K87+

550

al

K88

+120

23/052 Estratifica

ción

Muy separadas

(>2m) a

próximas

(0.2 – 0.6m)

Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderadame

nte alterado

Seca

Arena y

óxido.

Duros


(0.6-0.2) Rugosa

Ligera mente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


84/023 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


85/330 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Arenisca

de Labor

(Kgl)

K88 +

215

al

K88 +

300

17/127 Estratifica

ción

Próximas

(0.2 – 0.6m) a

separadas

(0.60 – 2.0m)

Ligerame

nte

rugosa a

rugosas

Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderada

mente

alterada

Seca Óxido

79/351 Diaclasa

maestra

Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


57/314 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Discontinua

< 2 m

Ligeramente



FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Arenisca

Dura

(Kgd)

K88 +

070

al

K89 +

200

67/125 Estratifica

ción

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

alterado Seca Sin Relleno


(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramente

abierta

(0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

a

moderadame

nte alterado

Seca Oxido duro

65/339 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


79/027 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

a

moderadame

nte alterado

Seca Óxido

FORMACION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUI

DADES



Forma-

ción

Plaeners

(Kgp)

K89 +

200

al

K89 +

280

68/117 Estratifica

ción

Separadas

(0.6-0.2)

Bastante

próximas

(0.06 – 0.2)

Ligerame

nte

rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Discontinua

< 2 m

Ligeramente

alterado Seca

Arcilla

consistencia

media


(0.6-0.2)

Ligerame

nte

rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Discontinua

< 2 m

Ligeramente

alterado Seca Sin relleno


(0.6-0.2)

Ligerame

nte

rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

a

moderadame

nte alterado

Seca

Oxido.

Consistenci

a media


(0.6-0.2)

Ligerame

nte

rugosa

Ligeramente

abierta (0.01-

0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



Figura 38. Caracterización geotécnica del portal Boquerón


DESCRIPCIÓN

PENDIENTE DEL

PROFUNDIDAD

R.Q.D ENSAYOS ANÁLISIS

RETROSPECTIVO

TERRENO (º) (m) % c (Mpa) Ø (º) c (Mpa) Ø (º)

Qal Depósito aluvial Bloques de Arenisca grava

y cuarzo 2 0 - 6 0 - 10 - - 0 27.0

Qc Depósito coluvial Bloques de Arenisca en

matriz arcillosa 20 0 - 20 0 - 10 0.04 29 0 29.5

Tkg Formación Guaduas

Arcillolita y Arenisca 45 > 35 ≤ 50 (2) (2) 0 30.0 (3)

Kglt Arenisca Tierna y

Labor Areniscas 44 > 50 ≥ 70 (2) 51 0 45.0 (3)


Figura 39. Caracterización geotécnica del portal Melgar


DESCRIPCIÓN

PENDIENTE DEL

PROFUN DIDAD

R.Q.D ENSAYOS ANÁLISIS

RETROSPEC TIVO

TERRENO (º) (m) % c

(Mpa) Ø (º) c (Mpa) Ø (º)

Qt Depósito de

terraza Cantos de Arenisca en

matriz arcillosa 13 0 - 25 0 - 34 0.04 35 0 29

Tg Formación Gualanday

Conglomerado y Areniscas

48 > 80 70 - 90 - - 0 > 45

Kglt Arenisca Labor Areniscas - > 80 80 - 90 - - - > 45 Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA

Figura 40. Planta y perfil sector del portal Ventana


Tabla 98. Clasificación Geomecánica de Barton

PARAMETROS DE ANÁLISIS


Guaduas Arenisca Tierna

Arenisca Labor

Plaeners Arenisca Dura Villeta Gualanday

Fallas

Tkg Kgt Kgl Kgp Kgd sano Kgd

pliegue Kv sano Tg

Valor Punto

s Valor

Puntos

Valor Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

1 Índice Calidad de Roca RQD

30 30 60 60 80 80 60 60 90 90 60 60 60 60 60 60 10 10

2 Número de

discontinuidades Jn 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0 7 12,0

3 Rugosidad Jr 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0 2 3,0

4 Parámetros de alteración Ja 2 1,0 2 1,0 2 1,0 2 1,0 2 1,0 2 1,0 2 1 2 1,0 9 6,0

5 Condiciones de agua Jw 1 1,0 1 1,0 1 1,0 1 1,0 1 1,0 3 0.5 1 1,0 2 0.7 4 0.3

6 Ajuste por esfuerzos (*)

(b) SRF 5 15,0 2 1,0 2 1,0 3 1.3 1 0.7 4 7.5 4 7.5 2 1,0 5 15,0

VALOR ESTIMADO DE Q 0.5 15 20 12 32.1 1 2 9.9 0.009

CORRECCIÓN VALOR Q CON RMR

38 68 71 66 75 44 50 65 2

A. NÚMERO DE SISTEMAS

B. NÚMERO DE RUGOSIDAD C. ALTERACIÓN

D. CONDICIONES DE AGUA

Masivo 1 Fisuras sin continuidad 1 Duras, selladas. Relleno cuarzoso 1 Excavación seca 1

Un sistema 2 Rugosas

2 Inalteradas. Paredes en contacto 2 Humedad y goteos 2

Uno + uno aleatorio 3 Ligeramente rugosas 3 Ligeramente alteradas 3 Goteos rápidos y chorros 3

Dos sistemas 4 Superficie fricción angulada 4 Limos y arena, arcilla no blanda 4 Flujos a presión 4

Dos + uno aleatorio 5 Lig. Rugosas y planas 5 Materiales blandos 5 Flujos notables a presión 5

Tres sistemas 6 Lisas y planas

6 Partículas de arena libre de arcilla 6 E. AJUSTE DE ESFUERZOS

Tres + uno aleatorio 7 Superficie de fricción plana 7 Relleno arcilloso. Consolidación media 7 Esfuerzo bajo 1

Cuatro o más sistemas 8

Arcilla expansiva 8 Esfuerzo medio 2

Roca triturada 9

Zonas de roca triturada y arcilla 9 Esfuerzo grande 3

Zonas de limo y arcilla arenosa 10 Desprendimiento moderado 4

Zonas continuas gruesas de arcilla 11 Desprendimiento intenso 5

(*) (a) Zonas de debilidad / inestable (b) Roca buena, problemas de esfuerzos (c) Roca compresiva, flujo plástico (d) Roca expansiva

Fuente: Tabla 3.17 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA

Tabla 99. Clasificación Geomecánica de Bieniawski

PARAMETROS DE ANÁLISIS


Tkg Kgst Kgsl Kgsp Kgsd sano

Kgsd pliegue

Kv sano Tg Fallas

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

Valor

Puntos

1 Resistencia Comp Inco (g/cm2) 25 1 560 7 560 7 305 5 611 8 611 8 71 2 150 3 71 2

2 Índice Calidad roca RQD (%) 30 4 60 10 80 14 60 10 90 17 60 10 60 10 60 10 10 0

3 Espaciamiento de las Discontinuidades

5 5 3 10 3 10 5 5 3 10 3 10 5 5 3 10 6 5

4

Condiciones de Discont.

- Rugosidad 2 9 2 9 2 9 2 9 2 9 2 9 2 9 2 9 6 0

-Apertura 1 9 1 9 1 9 1 9 1 9 1 9 1 9 1 9 4 0

-Continuidad 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 3 0

-Alteración 2 5 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 5 0

5 Condiciones de agua Subt. 2 10 1 15 1 15 1 15 1 15 5 0 1 15 1 15 5 0

6 Ajuste x orientación estratos 4 -10 3 -5 3 -5 3 -5 3 -5 4 -10 3 -5 3 -5 3 -5

VALOR ESTIMADO DE RMR 38 66 70 59 74 47 56 62 2

A ESPACIAMIEN

TO B CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES

C. CONDICIONES DE AGUA

D. ORIENTACIÓN DE LAS FISURAS

> 2 m 1 RUGOSIDAD APERTURA ALTERACIÓN

Seco 1 Muy favorable

1

0. 6 - 2 m 2 Muy

rugoso 1 < 0.1 Fresco 1 Húmedo 2 Favorable 2

0.2 - 0.6 m 3 Rugoso 2 0.1 - 1.0 Ligeramente alterado

2 Mojado 3 Regular

3

0.06 - 0.2 m 4 Ligeramente

rugoso 3 1.0 - 5.0 Alter

ado 3 Goteos 4 Desfavorable 4

< 0.06 m 5 Suave 4 > 5 Moderadamente alterado

4 Chorros 5 Muy desfavo-rable

5

Pulida 5 CONTINUIDAD Muy alterado

5

Lisa 6 Discontinua 1 Poco continua 2 Continua 3


Tabla 100. Clasificación Geomecánica de Hoek

ESTRUCTURA

MUY BUENA (MB) BUENA (B) REGULAR (R) POBRE (P) MUY POBRE (MP)

Muy rugosa, inalterada

Rugosa, ligeramente

alterada, óxidos

Lisa, moderadamente

alterada o meteorizada

Superficies de fricción, alta

meteorización con rellenos compactos

con bloques angulares

Superficies de fricción, alta

meteorización con rellenos arcillosos

blandos

FRACTURADA (F) 80 70

Masa de roca no disturbada, muy bien interpuesta, consistente en bloques formados por tres series de discontinuidades ortogonales sin finos

Kgd sano

Kgl

MUY FRACTURADA (MF) 60

Masa de roca parcialmente disturbada, interpuesta, con multicaras de bloques angulares formados por cuatro o más sistemas de discontinuidades con poca proporción de finos

Kgt 50

FRACTURADA Y PLEGADA (FP)

Tg Kgp

Masa de roca foliada y fallada con muchas intersecciones de discontinuidades formando bloques angulares con una baja proporción de finos

Kv Kgd pliegues

Tkg 30

TRITURADA (T) 20

Masa pobremente interpuesta, altamente fracturada con una mezcla de bloques angulares y redondeados con un incremento de proporción de finos

10

Fallas


Tabla 101. Resumen de clasificaciones geomecánicas

FORMACION LONGITUD

ESPERADA DESCRIPCION

RMR (Valor aproximado promedio de correlación)

BIENIASWKI BARTON HOEK PROMEDIO

CSRI NGI GSI

GUADUAS (Tkg) 4% Arcillolitas de estratificación delgada

fracturadas, blandas 38 38 40 39

ARENISCA TIERNA (Kgst)

25%

Areniscas de estratificación media a

gruesa poco fracturada, resistencia

media

66 68 62 65

ARENISCA LABOR (Kgsl)

Areniscas de estratificación media a

gruesa poco fracturada, resistencia

media

70 71 65 69

PLAENERS (Kgsp) 17% Liditas y Limolitas con algunas vetas de

Arcillolitas de estratificación delgada 59 66 52 59

ARENISCA DURA (Kgsd) 22% Areniscas de estratificación media a

gruesa poco fracturada, resistencia alta 74 75 75 75

ARENISCA DURA PLIEGUE (Kgsd) 6%

Liditas y Limolitas con algunas vetas de

Arcillolitas de estratificación gruesa,

fracturadas, resistencia alta.

47 44 40 44

VILLETA (Kv) 11%

Lutitas y Limolitas de estratificación

delgada fracturadas y blandas

56 50 55 54

GUALANDAY (Tg) 12%

Conglomerados y Areniscas de aspecto

masivo a poco fracturados, resistencia

baja

62 65 59 62

ZONA DE FALLAS 3% Roca muy fracturada, triturada, con

arcilla y agua 2 2 4 3


Tabla 102. Resumen de parámetros geomecánicos del macizo

DESCRIPCIÓN


Guaduas

Arenis-

ca

Tierna

Arenis-

ca

Labor

Plae-

ners Arenisca Dura Villeta Gualanday

Zona

de

Tkg Kgst Kgsl Kgsp Kgsd

sano

Kgsd

pliegue Kv Tg Falla

Cobertura máxima (m) 40 240 240 250 300 250 280 130 110

Porcentaje a lo largo del túnel 4% 13% 12% 17% 22% 6% 11% 12% 3%

RMR o GSI 39 65 69 59 75 44 54 62 2

Resistencia compresión inconfinada

(Mpa) 2,5 55,0 55,0 30,0 60,0 60,0 7,0 15,0 7,0

Constantes

Mi 4,0 19,0 19,0 9,0 19,0 19,0 6,0 20,0 6,0

Mb 0,45 5,44 6,28 2,08 7,78 2,57 1,16 5,15 0,18

Si 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Sr 0,0010 0,0200 0,0320 0,0110 0,0620 0,0020 0,006

0 0,0150 0,0000

a 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

Módulo deformación macizo (Gpa) 0,839 17,587 22,140 9,195 32,664 5,484 3,331 7,728 0,167

Angulo de fricción interna 27 47 48 39 49 42 34 47 15

Cohesión (Mpa) 0,04 2,05 2,35 0,9 3,22 1,34 0,18 0,51 0,02

Resistencia al corte del macizo (Mpa) 0,13 10,41 12,24 3,77 17,22 6,02 0,68 2,59 0,05



DIRECCION ALINEAMIENTO

TUNEL

PARED DERECHA TECHO PARED IZQUIERDA

BLO-QUES

MODO F. SEG BLOQUES MODO F. SEG BLOQUES MODO F. SEG

N 66 18 40 W 0100 114 INF

1001 124 1,16 SECTOR 1 1001 124 1,16

K0000 a K1+400 1011 12 0,20

SECTOR 1 K0+000 a K1+400

S 80 46 04 W 1100 13 0,81

0011 112 0,57 1001 124 1,16

1011 12 0,20

SECTOR 2 K1+400 a K1+650

S 80 46 04 W 1101 13 0,06 1001 123 0,08

SECTOR 3 K1+650 a K1+800

S 80 46 04 W 1101 13 0,06 1001 123 0,08

SECTOR 4 K1+800 a K2+300

S 80 46 04 W

0101 113 16,3 0,011 112 0,42 1001 123 0,08

0111 11 0,10

0110 124 3,4

SECTOR 5 K2+300 a K2+900

S 80 46 04 W 1100 134 2,05 0111 11 0,10 0111 11 0,10



DIRECCION ALINEAMIENTO

TUNEL

PARED DERECHA TECHO PARED IZQUIERDA

BLOQUES MODO F. SEG BLOQUES MODO F. SEG BLOQUES MODO F. SEG

SECTOR 6

S 80 46 04 W 110 123 2,69 K2+900 a

K3+000

SECTOR 7 S 80 46 04 W

001 112 0,32 001 112 0,32 K3+000 a

K3+500 N 73 50 10 W

SECTOR 8

N 73 50 10 W

1100 134 2,11

0111 112 0,48

1011 12 0,17

K3+500 a

K3+800 1110 14 1,48 0011 11 0,29

SECTOR 9

N 73 50 10 W 0101 113 3,09

1011 12 0,17 1011 12 0,17

K3+800 a

K3+900

1010 124 0,39 1010 124 0,39

1110 14 0,1

SECTOR 10

N 73 50 10 W 1100 134 0,87

1011 12 0,17 0111 112 0,48

K3+900 a

K4+156

0111 112 0,48 1011 12 0,17 0011 11 0,29


Tabla 105 Estimativo de cargas de desprendimiento

FORMACIÓN ROCAS PRESIÓN

Sensibilidad Máxima

1 2 3

(Mpa) Máx Prom Min (Mpa)

1 GUADUAS Arcillolita RMR 46 39 31

PRESIÓN 0,14 0,16 0,18 0,18

2 TIERNA Arenisca RMR 78 65 52

PRESIÓN 0,06 0,09 0,12 0,12

3 LABOR Arenisca RMR 82 69 55

PRESIÓN 0,05 0,08 0,12 0,12

4 DURA Arenisca RMR 90 75 60

PRESIÓN 0,03 0,06 0,1 0,1

5 DURA PLEGADA Arenisca RMR 52 44 35

PRESIÓN 0,12 0,15 0,17 0,17

6 PLAENERS Liditas RMR 70 59 47

PRESIÓN 0,08 0,11 0,14 0,14

7 VILLETA Lutitas RMR 64 54 43

PRESIÓN 0,09 0,12 0,15 0,15

8 GUALANDAY Conglomerados RMR 74 62 49

PRESIÓN 0,07 0,1 0,13 0,13

9 ZON DE FALLA Areniscas y Lutitas RMR 3 3 2

PRESIÓN 0,25 0,25 0,25 0,25

DATOS DEL TÚNEL: Radio = 6,00 m Pu = 2.20 Tn/m3


Tabla 106. Resumen empujes y presiones del terreno

FORMACIÓN ROCA

Esfuerzo

Vertical

Máximo

(Mpa)

Presión

Crítica

Máxima

(Mpa)

Espesor

Zona

Plástica sin

Soporte (m)

Deformación

Máxima sin

Soporte (mm)

Deformación

Pi - Crítica

(mm)

Convergencia

Máxima para

Pi - Crítica

(mm)

1 GUADUAS Arcillolita 0,84 0,43 12,35 47,80 3,90 7,80

2 TIERNA Arenisca 5,42 0,06 0,03 2,30 2,30 4,60

3 LABOR Arenisca 5,42 0,00 0,00 1,80 1,80 3,60

4 PLAENERS Liditas 5,52 1,35 1,58 6,00 3,50 7,00

5 DURA Arenisca 6,77 0,00 0,00 1,60 1,60 3,20

6 DURA PLEGADA Arenisca 5,64 0,87 0,72 8,60 6,60 13,20

7 VILLETA Lutitas 6,18 2,58 9,25 70,50 8,40 16,80

8 GUALANDAY Conglomerado 2,81 0,41 0,72 3,00 2,30 4,60

9 ZONA DE FALLA Areniscas y Lutitas 2,37 1,74 573 386000 29,60 59,20


Tabla 107. Modelación esfuerzo – deformación

FORMACIÓN ROCA Cobertura RMR

Espesor

Zona

Plástica

Deformación Máxima Sin

Soporte

(m) (m) Radial (mm) Zona horaria

1 GUADUAS Arcillolita 40 39 4,00 10,00 12

2 TIERNA Arenisca 240 65 0,00 2,50 11 a 1

3 LABOR Arenisca 240 69 0,00 2,50 11 a 1

4 PLAENERS Liditas 250 59 1,00 5,70 11 a 1

5 DURA Arenisca 300 75 0,00 1,40 11 a 1

6 DURA PLEGADA Arenisca 250 44 0,80 10,00 12

7 VILLETA Lutitas 280 54 4,80 15,00 10 a 2

8 GUALANDAY Conglomerados 130 62 0,60 3,00 10 a 2

9 ZONA DE FALLA Areniscas y Lutitas 110 3 8,50 125,00 11 a 1


Tabla 108. Sectorización y tipología de terreno asociado

ABSCISADO LONGITUD FORMACIÓN COBERTURA MÁXIMA TIPO DE TERRENO (m)

De A (m) (m) I II III IV V

K0+0 K0+0 100 Qc 20

K0+0 K0+175 175 Tkg 40 50 75 50

K0+175 K0+300 125 Kgst 70 75 50

K0+300 K0+375 75 Kgsl 110 35 40

K0+375 K0+495 120 Kgsp 150 20 100

K0+495 K0+910 415 Kgsd 300 150 265

K0+910 K1+265 355 Kv 300 205 95 55

K1+265 K1+385 120 Kv 130 100 20

K1+385 K1+465 80 Falla 110 30 50

K1+465 K1+580 115 Kgst 130 95 20

K1+580 K1+820 240 Kgsp 140 50 190

K1+820 K1+930 110 Kgsp 170 20 90

K1+930 K2+250 320 Kgsd 180 120 200

K2+250 K2+450 200 Kgsd 250 5 105 90

K2+450 K2+520 70 Kgsd 250 40 30

K2+520 K2+580 60 Kgsp 250 20 40

K2+580 K2+800 220 Kgst 240 150 70

K2+800 K3+100 300 Tg 130 120 180

K3+100 K3+360 260 Kgst 70 200 60



K3+360 K3+440 80 Kgsp 90 30 50

K3+440 K3+540 100 Kgsd 90 50 50

K3+540 K3+620 80 Kgsd 100 45 35

K3+620 K3+660 40 Kgsp 100 10 30

K3+660 K3+740 80 Kgst 120 60 20

K3+740 K3+840 100 Tg 100 70 30

K3+840 K3+970 130 Kgst 80 85 45

K3+970 K4+010 40 Falla 40 30 10

K4+010 K4+105 95 Tg 30 30 65

K4+105 K4+180 175 Qt 10

4380 365 1765 1560 250 165 8,89% 43,00% 38,00% 6,09% 4,02%

RESUMEN DE PORCENTAJES POR TIPOS DE FORMACIONES GEOLÓGICAS

FORMACIÓN LONGITUD PORCENTAJE COBERTURA MÁXIMA Tipo de terreno

(m) (%) (m) I II III IV V

GUADALUPE

2950 65,70% 300 365 1545 930 0 0

12,85% 54,40% 32,75% 0% 0%

Plaeners 650 14,48% 250 0 150 500 0 0

0% 23,08% 76,92% 0% 0%

Areniscas 2300 51,22% 300 365 1395 430 0 0

16,67% 63,70% 19,63% 0% 0%

GUADUAS 175 3,90% 50 0 0 50 75 50

0% 0% 28,57% 42,86% 28,57%

VILLETA 475 10,58% 300 0 0 305 115 55

0% 0% 64,21% 24,21% 11,58%



GUALANDAY 495 11,02% 130 0 220 275 0 0

0% 44,44% 55,56% 0% 0%

FALLA 120 2,67% 110 0 0 0 60 60

0% 0% 0% 50,00% 50,00%

DEPÓSITOS 275 6,12% 20



PROYECTO


PÁGINA 283

Tabla 109 Datos geométricos discontinuidades zona de portales

RAMO SISTEMA

APTITUDES

CONDICION

DIRECCIÓ

N DE

BUZAMIE

NTO

BUZAM

IENTO OC R

ANGU

LO

BOQUERON

S1 Sistema de

diaclasas Principal 306 63 1,96 2,20 54

S2 Sistema de


S3 Sistema de

diaclasas Secundario 124 45 1,00 1,41 56

E1 Estratificación Principal 123 41 0,87 1,33 57

TALUD FRONTAL 113,68 33,69 0,67 1,20 66,32

MELGAR

S1 Sistema de


S2 Sistema de


S3 Sistema de

diaclasas Secundario 234 81 6,31 6,39 54

E1 Estratificación Principal 126 56 1,48 1,79 54

TALUD FRONTAL 286,16 45 1,00 1,41 73,84

Fuente: Tabla 7.5 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV

INGENIERÍA LTDA

Tabla 110 Bloques críticos zona de portales

TRAMO DIRECCIÓN BLOQUE

MODO F.SEG BLOQUE MODO F.SEG

PORTAL

BOQUERÓN

1.5 H : 1.0 V 1100 I4 0,87

VERTICAL 1000 I24 1,16 1001 I23 1,11

PORTAL

MELGAR

1.0 V : 1.0 V 0001 I13 3,09

VERTICAL 0001 I13 3,09 1001 I23 0,40

Fuente: Tabla 7.8 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV

INGENIERÍA LTDA


PROYECTO


PÁGINA 284

Tabla 111 Presupuesto obra subterránea

ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD

PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

2 Excavaciones en cielo abierto

2.1

Excavaciones en corte

abierto en suelo (para

portales del túnel)

m3 320.507 3,0 $ 961.521

2.2

Excavaciones en corte

abierto en roca (para

portal ventana)

m3 300 6,5 $ 1.950

2.3 Excavaciones varias m3 3.206 8,0 $ 25.648

2.4 Protección de superficies

excavadas con grama m2 7.000 2,0 $ 14.000

2.5 Remoción de derrumbes m3 16.000 6,0 $ 96.000

2.6 Construcción de gaviones m3 600 39,0 $ 23.400

2.7 Excavaciones adicionales m3 3.200 12,0 $ 38.400

3. Excavaciones subterráneas

3.1 Excavaciones del túnel

Sumapaz m3 349.136 32,0 $ 11.172.352

3.2 Excavación de la ventana m3 1.647 50,0 $ 82.350

3.3 Excavación de los nichos

de auxilio y parqueo m3 4.662 15,0 $ 69.930

3.4 Excavación subterránea

adicional m3 7.100 30,0 $ 213.000

3.5 Perforación de huecos

piloto m 1.750 60,0 $ 105.000

3.6

Perforación de huecos de

exploración desde

excavaciones

subterráneas

m 450 110,0 $ 49.500

3.7 Tuberías de drenaje de 20

cm de diámetro m 1.200 40,0 $ 48.000

3.8 Tuberías de drenaje de 30

cm de diámetro m 900 50,0 $ 45.000


PROYECTO


PÁGINA 285


PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

3.9

Bombeo del agua

subterránea en los frentes

excavados hacia abajo

m3 1.630.000 0,3 $ 407.500

4. Arcos de Acero Estructural

4.1 Arcos de Acero

Estructural Kg 1.974.540 1,5 $ 2.961.810

5. Pernos de Anclaje

5.1

Pernos tipo A1 en

excavaciones en corte

abierto y en superficies

naturales del terreno

m 2.800 20,0 $ 56.000

5.2

Pernos tipo A2 en


abierto y en superficies

naturales del terreno

m 280 21,0 $ 5.880

5.3

Pernos tipo A1 en

excavaciones

subterráneas

m 245.495 22,0 $ 5.400.890

5.4

Pernos tipo B en

excavaciones

subterráneas

m 2.400 25,0 $ 60.000

5.5 Pernos tipo C m 10.608 35,0 $ 371.280

6. Concreto Neumático

6.1


superficies de excavación

en corte abierto

m3 690 220,0 $ 151.800

6.2


excavaciones

subterráneas

m3 15.400 260,0 $ .004.000

6.3 Aditivo acelerante de

fraguado Kg 130.000 3,0 $ 390.000

7. Inyecciones a Presión y Perforaciones

7.1 Perforación de huecos

para inyecciones m 1.440 60,0 $ 86.400


PROYECTO


PÁGINA 286


PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

7.2

Perforación de huecos de

drenaje hacia arriba u

horizontales desde obras

subterráneas

m 1.440 60,0 $ 86.400

7.3 Perforación de lagrimales Un 2.000 150,0

$ 300.000

7.4 Tuberías para

revestimiento m 1.750 25,0 $ 43.750

7.5 Tuberías para huecos de

drenaje m 1.440 15,0 $ 21.600

7.6 Suministro de arena para

inyecciones t 31 270,0 $ 8.370

7.7 Conexiones para

inyecciones un 60 75,0 $ 4.500

7.8 Ensayos con agua a

presión hora 10 145,0 $ 1.450

7.9 Inyecciones a Presión y

Perforaciones sacos 3.000 25,0 $ 75.000

7.10

Drenes perforados para


abierto

m 6.000 56,0 $ 336.000

7.11 Sistemas antiavalancha un 120 50,0 $ 6.000

8. Concreto

8.1

Concreto en las

estructuras de los

portales. Clase H

(entrada, salida y

ventana)

m3 400 180,0 $ 72.000

8.2

Concreto para obras

misceláneas en corte

abierto. Clase H. Clase I.

m3 $ -

8.3

Concreto para obras

misceláneas en corte

abierto. Clase K. Clase L.

m3 $ -


PROYECTO


PÁGINA 287


PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

8.4 Concreto para solera

curva en el túnel. Clase G m3 1.522 185,0 $ 281.570

8.5

Concreto en obras

misceláneas en el túnel.

Clase H. Clase I.

m3 2.400 130,0 $ 312.000

8.6 Concreto de revestimiento

en el túnel. Clase G m3 30.200 190,0 $ 5.738.000

8.7 Concreto de revestimiento

en los nichos. Clase G m3 450 150,0 $ 67.500

8.8 Prefabricados en concreto

m3 6.370 160,0 $ 1.019.200

8.9 Material sellante para

juntas Kg 2.000 3,0 $ 6.000

8.10 Concreto ciclópeo.

Clase M m3 150 120,0 $ 18.000

8.11 Concreto pobre.

Clase F m3 690 125,0 $ 86.250

8.12

Concreto para el tanque

de almacenamiento de la

red contra incendio.

Clase D

m3 75 220,0 $ 16.500

8.13 Concreto para el tanque

de recolección. Clase H, I m3 4 200,0 $ 800

9. Cemento (no tiene ítem de pago)

10. Acero de Refuerzo

10.1 Acero de Refuerzo Kg 30.000 1,5 $ 45.000

10.2

Malla electro soldada para

soporte de excavaciones

subterráneas

m2 5.000 6,5 $ 32.500

10.3

Malla electro soldada para

protección de


abierto

m2 6.400 7,0 $ 44.800

10.4 Fibra de acero Kg 614.920 3,0 $ 1.844.760


PROYECTO


PÁGINA 288


PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

10.5 Acero de refuerzo para

tanques Kg 7.610 1,2 $ 9.132

11. Drenajes Permanentes

11.1

Mangueras de

polipropileno hasta un

diámetro máximo de 5.0

cm

m 1.000 6,0 $ 6.000

11.2

Suministro e instalación

de geomembrana

impermeabilizante

m2 50.000 22,0 $ 1.100.000

11.3

Suministro y colocación

de tubería de concreto y

accesorios, de diámetro

máximo de 0.40 m

m 4.300 40,0 $ 172.000

11.4

Suministro y colocación

de tubería de concreto

perforada y accesorios,

de diámetro de 0.20 m

m 8.610 15,0 $ 129.150

12. Instrumentación

12.1

Aparato para la medición

de extensómetros de

una posición

un 1 4.500,0 $ 4.500

12.2 Extensómetro de cinta un 3 6.000,0 $ 18.000

12.3

Suministro e instalación

de argollas para medida

con extensómetro de

cinta

par 1.000 5,0 $ 5.000

12.4 Piezómetros de tubo

abierto un 60 150,0 $ 9.000

12.5 Deformímetros para

concreto un 24 200,0 $ 4.800

12.6 Celda de presión para

concreto un 24 200,0 $ 4.800

13. Rellenos y terraplenes


PROYECTO


PÁGINA 289


PRECIO

UNITARIO

US $

PRECIO

TOTAL

US $

13.1 Relleno seleccionado m3 9.720 5,0 $ 48.600

13.2 Relleno filtrante m3 1.520 16,0 $ 24.320

13.3 Geotextil no tejido m2 2.600 1,5 $ 3.900

14. Base Granular

14.1 Base Granular m3 3.600 15,0 $ 54.000

15. Concreto para la Estructura del Pavimento

15.1 Losa de concreto para

pavimento m3 12.100 130,0 $ 1.573.000

SUBTOTAL OBRA SUBTERRÁNEA US $ 40.475.763


LTDA


PROYECTO


PÁGINA 290

ANEXO 2. ESTUDIOS Y DISEÑOS DE PONCE DE LEÓN

Figura 41 Plano 1 Geología General

Tabla 112 Geología Estructural - Discontinuidades

Figura 42 Factor de seguridad y deformación sin soporte

Figura 43 Factor de seguridad y deformación con soporte

Figura 44 Soporte para terrenos tipo I y II

Figura 45 Soporte para terrenos tipo IIIA y IIIB

Figura 46 Soporte para terrenos tipo IVA y IIVB

Figura 47 Soporte para terrenos tipo V y VI

Figura 48 Instrumentación terrenos tipo I, II, y III

Figura 49 Instrumentación terrenos tipos IV, V y VI

Fuente. Plano 197-PL-G

ETUSP

-01-R1. Febrero de 2007

Figura 41 Plano Geológico General

Figura 41 P

lano Geología G

eneral

Tabla 113 Geología Estructural – Discontinuidades

FORMA-CION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUIDADE

S

TIPO ESPACIAMIENT

O (m) RUGOSID

AD APERTUR

A CONTINUIDA

D ALTERACION DE LAS PAREDES

AGUA RELLENO

Formación Arenisca Tierna (Kgt)

K85 + 640

K85 + 735

44/129 Estratificaci

ón Próxima

(0.2 – 0.6m) Rugosa

Ligeramente abierta (0.01-0.1

cm)

Continua (>10m)

Ligeramente alterado

Seca No existe

60/016 Diaclasa maestra

Próximas (20-80 cm)

Ligeramente rugosa


cm)

Poco continua (2-5 m)


Seca Óxido duro

60/255 Diaclasa Muy juntas <

0.06m Ligeramente rugosa

Cerrada <0.01 cm

Discontinua < 2 m


Seca Óxido duro

Formación Arenisca de Labor

(Kgl)

K85 + 735 K85

+ 855


ón

Próximas (0.2 – 0.6m) Separada

(0.6 –2.0m)

Suave


cm)

Continua > 10 m


Seca No existe


(20-80 cm)

Ligeramente rugosa

Cerrada <0.01 cm

Continua >10 m


Seca Óxido y arenas

duros

80/135 Diaclasa

Bastante próximas (0.06-0.2)

Ligeramente rugosa

Cerrada <0.01 cm

Continua >10 m


Seca No existe


(0.2 – 0.6m)

Ligera mente rugosa


cm)

Discontinua < 2 m


Seca No existe

Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.

Tabla 113 (1) Geología Estructural – Discontinuidades

FORMA-CION

GEOLOGICA

ABSCISADO

SISTEMA DE

DISCONTINUIDADE

S

TIPO ESPACIAMIENT

O (m) RUGOSID

AD APERTUR

A CONTINUIDA

D ALTERACION DE LAS PAREDES

AGUA RELLENO

Formación Arenisca

Dura (Kgd)

K86 + 000 K86

+ 400

36/315 Diaclasa Separadas (0.6-0.2)

Rugosa Cerrada <0.01 cm

Discontinua < 2m


Seca a goteo

No existe

43/125 Estratifica

ción

Próximas (0.2 – 0.6m) a

Separada (0.6 –2.0m)

Suave Cerrada <0.01 cm

Continua > 10 m


Seca Arena.

Consistencia media

71/0.21 Diaclasa maestra

Separadas (0.6-0.2)

Rugosa


cm)

Continuidad media

(5-10 m)


Seca No existe

Formación

Arenisca

Labor

(Kgl)

K87 +

300 K87

+ 450


ón

Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramen

te abierta

(0.01-0.1

cm)

Continua

> 2 m

Ligeramente

alterado Seca Oxido duro


(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramen

te abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramen

te abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderadamente

alterado

Seca Oxido duro

81/199 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente




FORMA-

CION

GEOLOGIC

A

ABSCISA

DO

SISTEMA

DE

DISCONTI

NUIDADES

TIPO ESPACIAMIENT

O (m)

RUGOSID

AD

APERTUR

A

CONTINUIDA

D

ALTERACION DE


Formación

Plaeners

(Kgp)

K87 +

450 K87

+ 550

73/109 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente



ón

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa –

ligerament

e rugosa

Ligeramen

te abierta (0.01-0.1 cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente

alterado Seca

Arcilla.

Consistencia

media


(20-80 cm) Rugosa

Ligeramen


Discontinua

2 m

Ligeramente


70/286 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Ligeramen

te rugosa -

suave

Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


Formación

Arenisca

Dura

(Kgd)

K87 +

550

K88 +

120


ón

Muy separadas

(>2m)

a próximas

(0.2 – 0.6m)

Rugosa

Ligeramen


Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderadamente

alterado

Seca Arena y óxido.

Duros


(0.6-0.2) Rugosa

Ligeramen


Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


84/023 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


85/330 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente




FORMA-

CION

GEOLOG

ICA

ABSCIS

ADO

SISTEMA

DE

DISCON

TINUIDA

DES

TIPO ESPACIAMIEN

TO (m)

RUGOSI

DAD

APERTU

RA

CONTINUID

AD

ALTERACION

DE LAS

PAREDES

AGUA RELLENO

Formació

n

Arenisca

Dura

(Kgd)

K87 +

550

K88 +

120

23/052 Estratifica

ción

Muy separadas

(>2m)

a próximas

(0.2 – 0.6m)

Rugosa

Ligerame

nte

abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligera a

moderadamente

alterado

Seca Arena y óxido.

Duros


(0.6-0.2) Rugosa

Ligerame

nte

abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


84/023 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente


85/330 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuidad

media

(5-10 m)

Ligeramente




FORMA-

CION

GEOLOG

ICA

ABSCIS

ADO

SISTEMA

DE

DISCON

TINUIDA

DES

TIPO ESPACIAMIENT

O (m)

RUGOS

IDAD

APERTUR

A

CONTINUI

DAD

ALTERACION

DE LAS

PAREDES

AGUA RELLENO

Formació

n

Arenisca

de Labor

(Kgl)

K88 +

215K88

+ 300

17/127 Estratificac

ión

Próximas

(0.2 – 0.6m) a

separadas

(0.60 – 2.0m)

Ligeram

ente

rugosa

a

rugosas

Cerrada

<0.01 cm

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligera a

moderadamente

alterada

Seca Óxido

79/351 Diaclasa

maestra

Separadas

(0.6-0.2) Rugosa

Cerrada

<0.01 cm

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente



(0.6-0.2) Rugosa

Ligera

mente

abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente


57/314 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Discontinu

a< 2 m

Ligeramente




FORMA-

CION

GEOLOG

ICA

ABSCIS

ADO

SISTEMA

DE

DISCONTI

NUIDADE

S

TIPO ESPACIAMIENT

O (m)

RUGOS

IDAD

APERTUR

A

CONTINUI

DAD

ALTERACION

DE LAS

PAREDES

AGUA RELLENO

Formació

n

Arenisca

Dura

(Kgd)

K88 +

070

K89 +

200

67/125 Estratifica

ción

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente



(0.6-0.2) Rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente a

moderadamente

alterado

Seca Oxido duro

65/339 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente


79/027 Diaclasa

Bastante

próximas

(0.06-0.2)

Rugosa Cerrada

<0.01 cm

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente a

moderadamente

alterado

Seca Óxido



FORMA-

CION

GEOLOG

ICA

ABSCIS

ADO

SISTEMA

DE

DISCON

TINUIDA

DES

TIPO ESPACIAMIENT

O (m)

RUGOS

IDAD

APERTUR

A

CONTINUI

DAD

ALTERACION

DE LAS

PAREDES

AGUA RELLENO

Forma

ción

Plaeners

(Kgp)

K89 +

200

K89 +

280

68/117 Estratificac

ión

Separadas

(0.6-0.2)

Bastante

próximas

(0.06 – 0.2)

Ligera-

mente

rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Discontinu

a

< 2 m

Ligeramente

alterado Seca

Arcilla

consistencia

media


(0.6-0.2)

Ligera-

mente

rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Discontinu

a< 2 m

Ligeramente



(0.6-0.2)

Ligera-

mente

rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente a

moderadamente

alterado

Seca

Oxido.

Consistencia

media


(0.6-0.2)

Ligera-

mente

rugosa

Ligerament

e abierta

(0.01-0.1

cm)

Continuida

d media

(5-10 m)

Ligeramente



Figura 42. Factor de seguridad y deformación sin soporte

Factor de seguridad alrededor de la excavación sin soporte.

Cobertura = 50 m

Deformación total (m) alrededor de la excavación sin soporte.

Cobertura = 50 m


Figura 43. Factor de seguridad y deformación con soporte

.Factor de seguridad alrededor de la excavación sin soporte.

Cobertura = 50 m

.Deformación total (m) alrededor de la excavación sin soporte.

Cobertura = 50 m

Fuente. Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.I y II

Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-ST

05.



Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-ST

06.


Figura 45 Soporte para terrenos tipo IIIA

y IIIB

Figura 46 Soporte para terrenos tipo IVA y IVB

Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-ST

07.

Figura 46 Soporte para terrenos tipo IVA

y IIVB

Figura 47 Soporte para terrenos tipo V y VI

Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-ST

08.

Figura 47 Soporte para terrenos tipo V

y VI

Figura 48 Instrumentación terrenos tipo I, II y III

Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-T-IN

08. In

stru

me

nta

ció

n

Figura 48 Instrumentación terrenos tipo I, II y III

Fue

nte

. Volu

men II. In

form

e G

eoló

gic

o p

ara

Obra

s S

ubte

rráne

as. T

únel S

um

ap

az. P

once d

e L

eó

n y

Asocia

dos. P

lano 1

97

-PL

-T-IN

09. In

stru

me

nta

ció

n

Figura 49 Instrumentación terrenos tipos IV, V y VI

Figura 49 Instrumentación terrenos tipos IV

, V y V

I


PROYECTO


PÁGINA 307

ANEXO 3. PROYECTO CONSTRUIDO

Figura 50 Hidrología

Figura 51 Áreas y tolerancias

Figura 52 Secciones de revestimiento tipo

Figura 53 Sistema de drenajes y tuberías

Fue

nte

. Mem

oria

Técnic

a F

inal T

rayecto

Tún

el S

um

ap

az. O

bra

s C

ivile

s. P

lano 1

97

-PL-T

-GE

05-R

1



Refe

rencia

. Pla

no 1

97

-PL

-T-T

028-R

1. A

gosto

de 2

007

Figura48Áreas y tolerancias

Refe

rencia

. Pla

no 1

97

-PL

-T-R

V13-R

4. E

nero

de 2

008

Figura 51 Secciones de revestimiento tipo

Figura 52 Secciones de revestim

iento tipo

Refe

rencia

. Pla

no 1

97

-PL

-T-R

V13-R

4. E

nero

de 2

008

Figura 52 Sistema de drenajes y tuberías

Figura 53 Sistem

a de drenajes y tuberías


PROYECTO


PÁGINA 312

ANEXO 4. PROYECTO DE APP-IP TERCER CARRIL

Figura 54 Localización general túneles cortos

Figura 55 Sección tipo túneles cortos

Figura 56 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala

Figura 57 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala

Figura 58 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Nariz del Diablo

Figura 59 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Nariz del Diablo

Figura 60 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Divino Niño

Figura 61 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Divino Niño

Figura 62 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Ermitaño

Figura 63 Sectorización geomecánica del macizo rocoso túnel Ermitaño


Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

BG

-UF

5-T

U-G

E01

-R2



Fue

nte

. Info

rme d

e in

sp

ecció

n y

dia

gn

óstic

o tú

nel d

e S

um

apaz G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-S

T01-R

2


Figura 55 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E01-R

2

Figura 56 Caracterización geom

ecánica del macizo rocoso túnel P

almichala

Figura 56 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Palmichala

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E02-R

2

Figura 57 Sectorización geom

ecánica del macizo rocoso túnel P

almichala

Figura 57 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E05-R

2


ecánica del macizo rocoso túnel N

ariz del Diablo

Caracterización geom


ariz del Diablo

Figura 58 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E06-R

2



ariz del Diablo

Caracterización geom


ariz del Diablo

Figura 59 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E09-R

2


ecánica del macizo rocoso túnel D

ivino Niño

Figura 60 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E10-R

2


ecánica del macizo rocoso túnel D

ivino Niño

Figura 61 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño

Fue

nte

. Info

rme g

eom

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E11-R

2


ecánica del macizo rocoso túnel E

rmitaño

Figura 62 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño

Fue

nte

. Info

rme

ge

om

ecá

nic

o d

e o

bra

s s

ubte

rrán

eas G

EO

TÚ

NE

LE

S. P

lan

o A

PP

-UF

5-T

U-P

E12-R

2


ecánica del macizo rocoso túnel E

rmitaño

universidad santo tomÁs facultad de ingenierÍa civil

Documents