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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
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PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
PÁGINA - 5
Notas de Aceptación
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___________________________________________
Álvaro de la Cruz Correa Arroyave - Jurado calificador
___________________________________________
Mario Camilo Torres Suárez - Jurado calificador
Bogotá, D.C., Junio de 2018
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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”.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
Excavaciones Suelo Tipo 2 M3 149,883 85,800
Excavaciones Suelo Tipo 3 M3 132,498 91,520
Excavaciones Suelo Tipo 4 M3 21,098 120,120
Excavaciones Suelo Tipo 5 M3 13,925 154,440
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.
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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
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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
Fuente. Adaptación propia
(*) 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
Fuente. Adaptación propia
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.
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Fuente. Adaptación propia
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
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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
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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.
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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.
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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
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Figura 10. Costo/Beneficio exploración geofísica
Fuente. Adaptación propia
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.
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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
PROFUNDIDAD MÍNIMA (m)
TIPO OBSERVACIONES
Ígneas 2 40 H Área de portales
1 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Sedimentarias
3 30 H Área de portales: mínimo una transversal
2 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Metamórficas 2 30 H Área de portales
1 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
TIPO DE ROCA
LONGITUD DEL TÚNEL 1000 m a 5000 m
NÚMERO MÍNIMO
PROFUNDIDAD MÍNIMA (m)
TIPO OBSERVACIONES
Ígneas 2 40 H Área de portales
2 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Sedimentarias 3 30 H
Área de portales: mínimo una transversal
4 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Metamórficas 2 30 H Área de portales
3 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
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TIPO DE ROCA
LONGITUD DEL TÚNEL > 5000 m
NÚMERO MÍNIMO
PROFUNDIDAD MÍNIMA (m)
TIPO OBSERVACIONES
Ígneas
2 40 H Área de portales
4 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Sedimentarias 3 30 H
Área de portales: mínimo una transversal
6 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
Metamórficas 2 30 H Área de portales
5 75 V/I Intermedia por cada formación rocosa
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
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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.
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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.
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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
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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.
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PÁGINA 68
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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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Tabla 13(1). Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas
PERIODO
GEOLÓGICO
TIPO DE ROCA O
FORMACIÓN
NOMENCLATU
RA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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
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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
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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
IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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.
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
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.
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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
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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.
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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.
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Tabla 20. Caracterización geotécnica del Portal Melgar
FORMACIÓN GEOLÓGICA
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
Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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:
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SONDEOS MECÁNICOS POR LAVADO Y/O ROTACIÓN
o Portal Boquerón
o Sondeo P-TS-01 – profundidad 30 m
o Sondeo P-TS-02 – profundidad 18 m
o Portal Melgar
o Sondeo P-TS-03 – profundidad 30 m
o Sondeo P-TS-04 – profundidad 30 m
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.
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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.
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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.
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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
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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
Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA
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.
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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.
Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA
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
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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)
Fuente. Adaptación propia
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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%
Fuente: Adaptación propia
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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
Fuente: Adaptación propia
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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
Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA
LTDA
En el Anexo 1 de manera discriminada en la Tabla 111 Presupuesto obra subterránea, se
relacionan los costos asociados a la obra subterránea.
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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
Tabla 30. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas
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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GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
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
IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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
IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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
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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.
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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
Grupo Guadalupe (Kg)
1200 60 – 180
Formación
Guaduas (TKg) 220 150
0.0830 Túnel Granada II Rodeo – Ventana
Grupo Guadalupe (Kg)
5570 420
Formación Villeta (Kv)
770 380
Fallas 170 370
Túnel Granada II Ventana Peñas
Blancas
Grupo Guadalupe (Kg)
4250 470
0.0110 Formación
Villeta (Kv)
70 100
Fallas 20 70
Túnel 1 de Fuga y Pozos
Formación Villeta (Kv)
380 30 0.0050
Túnel La Guaca y Pozo
2120 230 0.0023
Túnel del salto II
Grupo Guadalupe (Kg)
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
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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
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FORMACIÓN
RANGO DE VALORES DE RESISTENCIA σci (MPa)
Máximo Mínimo Promedio
Arenisca Dura (Kgd) 44 31 37
Villeta (Kv) 10 8 9
Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 36. Rango de valores del módulo de deformación
FORMACIÓN
RANGO DE VALORES DEL MÓDULO DE DEFORMACIÓN ET50 (103 MPa)
Máximo Mínimo Promedio
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
Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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
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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.
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PARÁMETROS
FORMACIONES GEOLÓGICAS
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
Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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
Fuente. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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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
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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
Fuente. Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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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
Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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°
Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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
Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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
Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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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°
Fuente: Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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.
Tabla 47. Periodos geológicos y formaciones rocosas asociadas
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
Depósitos coluviales (Qc)
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
RA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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
Fuente. Adaptación propia del informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
Tabla 47(2). Períodos geológicos y formaciones rocosas asociadas
PERIODO
GEOLÓGICO
TIPO DE ROCA O
FORMACIÓN
NOMENCL
ATURA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
Cretáceo
Grupo Guadalupe (Kg):
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
Fuente. Adaptación propia del informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
Tabla 47(3). Períodos geológicos y formaciones rocosas asociadas
PERIODO
GEOLÓGICO
TIPO DE ROCA O
FORMACIÓN
NOMENCLATU
RA DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
Cretáceo
Grupo Guadalupe (Kg):
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
Formación Villeta (Kv)
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
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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GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
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
IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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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IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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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IDENTIFICACIÓN DESCRIPCIÓN LOCALIZACIÓN
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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FORMACIÓN ABSCISADO DESCRIPCIÓN
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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FORMACIÓN ABSCISADO DESCRIPCIÓN
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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FORMACIÓN ABSCISADO DESCRIPCIÓN
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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TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)
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
TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)
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
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TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)
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
Fuente. Informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
Tabla 52. Clasificación geomecánica frente Ventana
TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)
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
Fuente. Informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
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Tabla 53. Clasificación geomecánica frente Ventana – Melgar
TERRENO TIPO ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONGITUD (m)
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
Fuente. Informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
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
Fuente. Informe final de geología y geotecnia de la firma Túneles de Colombia S.A. Septiembre de 2009
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
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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
Fuente. Adaptación propia
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
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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
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Figura 16. Clasificación túnel ventana
Tipo de
terreno
Longitud
(m)
Falso
Túnel 5,75
V 18,25
IV 60,3
III 127,6
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
Falso túnel (2%) 5,75m
Tipo V (9%) 18,25m
Tipo IV (28%) 60,3mTipo III
(61%) 127,6m
Falso Túnel V IV III
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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
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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 (…)”
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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
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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.
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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
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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.
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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
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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.
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PÁGINA 164
Tabla 62. Excavación frente Ventana – Melgar
TIPO
DE
TERRENO
FRENTE VENTANA - MELGAR
TEÓRICA
DESPRENDIMIENTOS
TOTAL (m3) POR SPILLING
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
La Tabla 64 Excavación frente Boquerón, reporta lo correspondiente al frente de excavación
implementado a partir del portal de salida o portal Boquerón.
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PÁGINA 165
Tabla 64. Excavación frente Boquerón
TIPO DE TERRENO
FRENTE BOQUERÓN
TEÓRICA DESPRENDIMIENTOS
TOTAL (m3) POR SPILLING
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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.
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Tabla 66. Excavaciones adicionales
Excavación adicional Total (m3)
Nichos de auxilio y parqueo 5956.90
Excavación subterránea adicional 5419.50
TOTAL 11376.40
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
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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
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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.
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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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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”.
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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
ÍTEM UNIDAD CANTIDAD
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
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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
ÍTEM UNIDAD CANTIDAD
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
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
Tabla 76. Pavimento túnel ventana
ÍTEM UNIDAD CANTIDAD
Base granular m3 439.90
Losa de concreto MR-45 Kg 351.90
Acero de refuerzo grado 60 m3 242.30
Fuente: Memoria técnica final trayecto túnel Sumapaz. Obras civiles. Abril de 2013
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
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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.
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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
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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
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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
Fuente. Adaptación propia
GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
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
Fuente. Adaptación propia
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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
Fuente. Adaptación propia
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
Discordancia Guadalupe -
Gualanday
Discordancia Guadalupe -
Gualanday
Fuente. Adaptación propia
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
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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
Fuente. Adaptación propia
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
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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
Fuente. Adaptación propia
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
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Figura 18. Comparativos arcos de sostenimiento
Fuente. Adaptación propia
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
Fuente. Adaptación propia
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
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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
Fuente. Adaptación propia
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
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Figura 21 Comparativo perforaciones para anclajes y drenes
Fuente. Adaptación propia
Figura 22. Comparativo aditivo acelerante para concreto
Fuente. Adaptación propia
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
Instalado Riesgo geológico
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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%
Fuente. Adaptación propia
Figura 23. Comparativos elementos de sostenimiento
Fuente. Adaptación propia
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
Instalado Riesgo geológico
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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
Fuente. Adaptación propia
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
Instalado Riesgo geológico
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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 -
Fuente. Adaptación propia
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
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Figura 25. Comparativo de longitudes
Fuente. Adaptación propia
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
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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%
Fuente. Adaptación propia
Figura 26. Comparativo tipo de terreno (esperado/ejecutado)
Fuente. Adaptación propia
-
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
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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
Excavaciones Suelo Tipo 2 (m3) 149.883
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PÁGINA 190
Excavaciones Suelo Tipo 3 (m3) 132.498
Excavaciones Suelo Tipo 4 (m3) 21.098
Excavaciones Suelo Tipo 5 (m3) 13.925
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
Fuente. Adaptación propia
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:
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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
Fuente. Adaptación propia
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) %
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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&
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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.
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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
Fuente. Informe geomecánico de obras subterráneas GEOTÚNELES
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
FORMACIÓN DESCRIPCIÓN
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
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FORMACIÓN DESCRIPCIÓN
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
Fuente. Informe geomecánico de obras subterráneas GEOTÚNELES
Figura 28. Sector del cañón del río Sumapaz
Fuente. Informe geomecánico de obras subterráneas GEOTÚNELES
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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)
Fuente. Informe geomecánico de obras subterráneas GEOTÚNELES
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
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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
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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
* Valores según criterio de Hoek & Brown - 2002
Fuente. Anexo C - Análisis estadístico para determinación de las propiedades de la roca intacta
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
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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
* Valores según criterio de Hoek & Brown - 2002
Fuente. Anexo C - Análisis estadístico para determinación de las propiedades de la roca intacta
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
Formación Villeta (Kv)
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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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 (…)”
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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
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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….
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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.
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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.
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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
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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.
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Tabla 95. Periodos geológicos y formaciones
PERÍODO GEOLÓGICO FORMACIÓN
Cuaternario
Depósitos aluviales (Qal)
Depósitos coluviales (Qc)
Depósitos fluvio-glaciales (Qc)
Terciario Formación Gualanday (Tg)
Formación Guaduas (Tkg)
Cretáceo
Grupo Guadalupe
Formación Arenisca Tierna (Kgt)
Formación Arenisca de Labor (Kgl)
Formación Plaeners (Kgp)
Formación Arenisca Dura (Kgd)
Chert (Kch)
Formación Villeta (Kv)
Fuente. Adaptación propia
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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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PÁGINA 231
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,
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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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PÁGINA 233
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.
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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.
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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.
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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.
Formación Guaduas (Tkg)
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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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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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.
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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.
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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.
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PÁGINA 249
BIBLIOGRAFÍA
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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
Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Figura 34. Sección tipo nichos de parqueo y de auxilio túnel de Sumapaz
Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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01
8
Fig
ura
37. P
lanta
– P
erfil. P
orta
l Me
lgar. G
eolo
gía
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
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
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 25 76
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 124 45
E1 - Estratificación Principal 123 41
2 K1+400 al K1+650
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 147 83
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 20 85
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 323 86
E1 - Estratificación Principal 232 19
3 K1+650 al K1+800
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 147 83
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 20 85
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 323 86
E1 - Estratificación Principal 60 5
4 K1+800 al K2+300
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 147 83
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 20 85
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 323 86
E1 - Estratificación Principal 63 26
5 K2+300 al K2+900
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 347 85
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 25 54
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 167 85
E1 - Estratificación Principal 259 70
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
PÁGINA 259
No. Tramo Sistema Condición
Aptitudes
Dirección de buzamiento
Buzamiento
6 K2+900 al K3+000
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 289 77
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 27 83
E1 - Estratificación Principal 90 17
7 K3+000 al K3+500
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 289 77
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 27 83
E1 - Estratificación Principal 111 27
8 K3+500 al K3+800
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 35 70
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 343 78
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 234 81
E1 - Estratificación Principal 111 27
9 K3+800 al K3+900
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 35 70
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 343 78
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 234 81
E1 - Estratificación Principal 305 78
10 K3+900 al K4+155
S1 - Sistema de diaclasas
Principal 35 70
S2 - Sistema de diaclasas
Principal 343 78
S3 - Sistema de diaclasas
Secundario 234 81
E1 - Estratificación Principal 126 56
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 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
alterado Seca Óxido duro
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
alterado Seca No existe
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
62/310 Diaclasa Próximas
(0.2 – 0.6m)
Ligera
mente
rugosa
Ligeramente
abierta
(0.01-0.1 cm)
Discontinua
< 2 m
Ligeramente
alterado Seca No existe
FORMACION
GEOLOGICA
ABSCISADO
SISTEMA DE
DISCONTINUI
DADES
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
alterado Seca No existe
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
43/194 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligera mente
abierta
(0.01-0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
69/301 Diaclasa Separadas
(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
alterado Seca No existe
FORMACION
GEOLOGICA
ABSCISADO
SISTEMA DE
DISCONTINUI
DADES
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
alterado Seca No existe
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
80/338 Diaclasa Próximas
(20-80 cm) Rugosa
Ligera mente
abierta
(0.01-0.1 cm)
Discontinua
< 2 m
Ligeramente
alterado Seca No existe
70/286 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Ligera
mente
rugosa -
suave
Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca Óxido duro
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
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
29/221 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligera mente
abierta
(0.01-0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
84/023 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
85/330 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
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
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
alterado Seca No existe
82/3261 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligeramente
abierta
(0.01-0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
57/314 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Discontinua
< 2 m
Ligeramente
alterado Seca No existe
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
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
87/280 Diaclasa Separadas
(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
alterado Seca Sin Relleno
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
TIPO ESPACIAMIENTO (m) RUGOSIDAD APERTURA CONTINUIDAD ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
83/334 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2)
Ligerame
nte
rugosa
Ligeramente
abierta (0.01-
0.1 cm)
Discontinua
< 2 m
Ligeramente
alterado Seca Sin relleno
51/191 Diaclasa Separadas
(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
80/037 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2)
Ligerame
nte
rugosa
Ligeramente
abierta (0.01-
0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca Sin relleno
Fuente: Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Figura 38. Caracterización geotécnica del portal Boquerón
FORMACIÓN GEOLÓGICA
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)
Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Figura 39. Caracterización geotécnica del portal Melgar
FORMACIÓN GEOLÓGICA
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
Fuente: Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Tabla 98. Clasificación Geomecánica de Barton
PARAMETROS DE ANÁLISIS
FORMACIONES GEOLÓGICAS
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
FORMACIONES GEOLÓGICAS
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
Fuente: Tabla 3.18 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
Fuente: Tabla 3.19 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
Fuente: Tabla 3.20 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Tabla 102. Resumen de parámetros geomecánicos del macizo
DESCRIPCIÓN
FORMACIONES GEOLÓGICAS
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
Fuente: Tabla 3.30 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Tabla 103. Resumen de bloques críticos
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
Fuente: Tabla 4.12 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
Tabla 104. Resumen de bloques críticos
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
Fuente: Tabla 4.12 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
Fuente: Tabla 4.13 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
Fuente: Tabla 4.24 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
Fuente: Tabla 4.25 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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
ABSCISADO LONGITUD FORMACIÓN COBERTURA MÁXIMA TIPO DE TERRENO (m)
De A (m) (m) I II III IV V
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%
ABSCISADO LONGITUD FORMACIÓN COBERTURA MÁXIMA TIPO DE TERRENO (m)
De A (m) (m) I II III IV V
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
Fuente: Tabla 4.26 Estudios y Diseños Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA LTDA
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MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
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
diaclasas Principal 25 76 4,01 4,13 25
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
diaclasas Principal 35 70 2,75 2,92 35
S2 Sistema de
diaclasas Principal 343 78 4,70 4,81 17
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
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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
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ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD
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
excavaciones en corte
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
Concreto neumático en
superficies de excavación
en corte abierto
m3 690 220,0 $ 151.800
6.2
Concreto neumático en
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
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ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD
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
excavaciones en corte
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 $ -
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ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD
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
excavaciones en corte
abierto
m2 6.400 7,0 $ 44.800
10.4 Fibra de acero Kg 614.920 3,0 $ 1.844.760
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
PÁGINA 288
ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD
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
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
PÁGINA 289
ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD
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
Fuente: Adaptación propia. Consorcio INGETEC S.A. – BATEMAN INGENIERÍA LTDA. – PIV INGENIERÍA
LTDA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
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
Ligeramente abierta (0.01-0.1
cm)
Poco continua (2-5 m)
Ligeramente alterado
Seca Óxido duro
60/255 Diaclasa Muy juntas <
0.06m Ligeramente rugosa
Cerrada <0.01 cm
Discontinua < 2 m
Ligeramente alterado
Seca Óxido duro
Formación Arenisca de Labor
(Kgl)
K85 + 735 K85
+ 855
42/131 Estratificaci
ón
Próximas (0.2 – 0.6m) Separada
(0.6 –2.0m)
Suave
Ligeramente abierta (0.01-0.1
cm)
Continua > 10 m
Ligeramente alterado
Seca No existe
86/050 Diaclasa Próximas
(20-80 cm)
Ligeramente rugosa
Cerrada <0.01 cm
Continua >10 m
Ligeramente alterado
Seca Óxido y arenas
duros
80/135 Diaclasa
Bastante próximas (0.06-0.2)
Ligeramente rugosa
Cerrada <0.01 cm
Continua >10 m
Ligeramente alterado
Seca No existe
62/310 Diaclasa Próximas
(0.2 – 0.6m)
Ligera mente rugosa
Ligeramente abierta (0.01-0.1
cm)
Discontinua < 2 m
Ligeramente alterado
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
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.
Consistencia media
71/0.21 Diaclasa maestra
Separadas (0.6-0.2)
Rugosa
Ligeramente abierta (0.01-0.1
cm)
Continuidad media
(5-10 m)
Ligeramente alterado
Seca No existe
Formación
Arenisca
Labor
(Kgl)
K87 +
300 K87
+ 450
17/098 Estratificaci
ón
Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligeramen
te abierta
(0.01-0.1
cm)
Continua
> 2 m
Ligeramente
alterado Seca Oxido duro
43/194 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligeramen
te abierta
(0.01-0.1
cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
69/301 Diaclasa Separadas
(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
alterado Seca No existe
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 113 (2) Geología Estructural – Discontinuidades
FORMA-
CION
GEOLOGIC
A
ABSCISA
DO
SISTEMA
DE
DISCONTI
NUIDADES
TIPO ESPACIAMIENT
O (m)
RUGOSID
AD
APERTUR
A
CONTINUIDA
D
ALTERACION DE
LAS PAREDES AGUA RELLENO
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
alterado Seca No existe
28/058 Estratificaci
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
80/338 Diaclasa Próximas
(20-80 cm) Rugosa
Ligeramen
te abierta (0.01-0.1 cm)
Discontinua
2 m
Ligeramente
alterado Seca No existe
70/286 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Ligeramen
te rugosa -
suave
Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca Óxido duro
Formación
Arenisca
Dura
(Kgd)
K87 +
550
K88 +
120
23/052 Estratificaci
ón
Muy separadas
(>2m)
a próximas
(0.2 – 0.6m)
Rugosa
Ligeramen
te abierta (0.01-0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligera a
moderadamente
alterado
Seca Arena y óxido.
Duros
29/221 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligeramen
te abierta (0.01-0.1 cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
84/023 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
85/330 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 113 (3) Geología Estructural – Discontinuidades
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
29/221 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligerame
nte
abierta
(0.01-0.1
cm)
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
84/023 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
85/330 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Continuidad
media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 113 (4) Geología Estructural – Discontinuidades
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
alterado Seca No existe
82/3261 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2) Rugosa
Ligera
mente
abierta
(0.01-0.1
cm)
Continuida
d media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca No existe
57/314 Diaclasa
Bastante
próximas
(0.06-0.2)
Rugosa Cerrada
<0.01 cm
Discontinu
a< 2 m
Ligeramente
alterado Seca No existe
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 113 (5) Geología Estructural – Discontinuidades
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
alterado Seca Sin Relleno
87/280 Diaclasa Separadas
(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
alterado Seca Sin Relleno
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
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
Tabla 113 (6) Geología Estructural – Discontinuidades
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
83/334 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2)
Ligera-
mente
rugosa
Ligerament
e abierta
(0.01-0.1
cm)
Discontinu
a< 2 m
Ligeramente
alterado Seca Sin relleno
51/191 Diaclasa Separadas
(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
80/037 Diaclasa Separadas
(0.6-0.2)
Ligera-
mente
rugosa
Ligerament
e abierta
(0.01-0.1
cm)
Continuida
d media
(5-10 m)
Ligeramente
alterado Seca Sin relleno
Fuente. Tabla 1 resumen de diaclasas. Volumen I. Informe Geológico Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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
Fuente. Volumen II. Informe Geológico Obras Subterráneas Túnel Sumapaz. Ponce de León y Asociados S.A.
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.
Figura 44 Soporte para terrenos tipo I y II
Figura 44 Soporte para terrenos tipo 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
06.
Figura 45 Soporte para terrenos tipo I y II
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
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
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
Figura 50 Hidrología
Figura 50 Hidrología
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
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO
MAESTRÍA EN INFRAESTRUCTURA VIAL
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
Figura 53 Localización general túneles cortos
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
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Figura 54 Localización general túneles cortos
Figura 54 Sección tipo túneles cortos
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Figura 55 Sección tipo túneles cortos
Figura 55 Caracterización geomecánica del macizo rocoso túnel Palmichala
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Figura 56 Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel P
almichala
Figura 56 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Palmichala
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Figura 57 Sectorización geom
ecánica del macizo rocoso túnel P
almichala
Figura 57 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo
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Figura 58 Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel N
ariz del Diablo
Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel N
ariz del Diablo
Figura 58 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Nariz del Diablo
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Figura 59 Sectorización geom
ecánica del macizo rocoso túnel N
ariz del Diablo
Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel N
ariz del Diablo
Figura 59 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño
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Figura 60 Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel D
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Figura 60 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Divino Niño
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Figura 61 Sectorización geom
ecánica del macizo rocoso túnel D
ivino Niño
Figura 61 Caracterización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño
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Figura 62 Caracterización geom
ecánica del macizo rocoso túnel E
rmitaño
Figura 62 Sectorización geomecánica del macizo rocoso. Túnel Ermitaño
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2
Figura 63 Sectorización geom
ecánica del macizo rocoso túnel E
rmitaño