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DISEÑO DEPOSITO SEMINARIO – TUNEL DE ORIENTE

DEPÓSITOS DE MATERIALES SEMINÁRIO

INFORME I-2284-TO-DP-01-Rev1

Preparado para:

Mayo de 2013

DISEÑO DE DEPOSITO DE MATERIALES

TÚNEL DE ORIENTE

Informe I-2284-TO-DP-01-Rev1 ii Mayo, 2013

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1

2. MARCO GEOLÓGICO ............................................................................................ 2

2.1. UNIDADES GEOLÓGICAS......................................................................................... 2

2.2. GEOMORFOLOGÍA Y PROCESOS MORFODINÁMICOS ......................................... 2

2.3. PROCESOS MORFODINÁMICOS ............................................................................. 3

2.4. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES .................................................................. 3

3. MARCO GEOTÉCNICO .......................................................................................... 4

3.1. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO .............................................................................. 4

3.1.1. Exploración superficial ................................................................................. 5

3.1.2. Exploración profunda ................................................................................... 6

3.1.3. Perfiles estratigráficos ............................................................................... 11

3.2. ENSAYOS DE LABORATORIO ................................................................................ 12

3.2.1. Ensayos de clasificación ........................................................................... 12

3.2.2. Ensayos de resistencia .............................................................................. 16

3.3. PARAMETROS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE LOS SUELOS ......... 16

3.4. CONFIGURACIÓN DEL DEPÓSITO. ....................................................................... 21

3.5. CONDICIONES DE ESTABILIDAD DEL DEPÓSITO. ............................................... 24

3.5.1. Condición inicial de la ladera ..................................................................... 26

3.5.2. Condición inicial del Tanque la Pastora ..................................................... 26

3.5.3. Condición final del depósito y tanque ........................................................ 28

3.5.4. Comportamiento esfuerzo deformación ..................................................... 31

4. ASPECTOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS ................................................ 37

4.1. INFORMACIÓN EMPLEADA .................................................................................... 37

4.1.1. Información cartográfica y topográfica ....................................................... 37

4.1.2. Información hidrológica ............................................................................. 37

4.1.3. Información recopilada en campo .............................................................. 37

4.1.4. Estudios y diseños previos ........................................................................ 38

4.2. METODOLODÍA EMPLEADA ................................................................................... 38

4.3. CONDICIONES ACTUALES DE DRENAJE ............................................................. 38


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Informe I-2284-TO-DP-01-Rev1 iii Mayo, 2013

4.4. SISTEMA DE DRENAJE PROPUESTO ................................................................... 40

4.4.1. Propósito y Justificación del sistema de drenaje ....................................... 40

4.4.2. Descripción del sistema de drenaje superficial .......................................... 40

4.5. ANÁLISIS HIDROLÓGICO ....................................................................................... 42

4.5.1. Delimitación y caracterización de las áreas tributarias .............................. 42

4.5.2. Descripción general del régimen de precipitaciones ................................. 43

4.5.3. Tiempo de concentración .......................................................................... 44

4.5.4. Precipitación de diseño ............................................................................. 45

4.5.5. Coeficientes de escorrentía ....................................................................... 46

4.5.6. Caudales de diseño ................................................................................... 47

4.6. DIMENSIONES DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS ..................................................... 48

4.6.1. Periodo de diseño ...................................................................................... 48

4.6.2. Dimensiones de los canales ...................................................................... 48

4.6.3. Dimensiones de las alcantarillas circulares ............................................... 52

4.6.4. Dimensiones de las cunetas ...................................................................... 53

5. PROCESO Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS ................................... 55

5.1. DESCAPOTE Y ADECUACIÓN DE LA FUNDACIÓN DEL DEPÓSITO ................... 56

5.2. MANEJO DE AGUAS SUBSUPERFICIALES Y DE ESCORRENTÍA ........................ 57

5.2.1. Manejo de aguas durante la disposición ................................................... 60

5.3. DISPOSICIÓN DEL MATERIAL ................................................................................ 61

6. CONCLUSIONES.................................................................................................. 63

7. REFERENCIAS ..................................................................................................... 66


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LISTA DE FIGURAS

Pág

Figura 1. Localización de la exploración ejecutada en el Deposito Seminario ................ 5

Figura 2. Distribución de velocidad de propagación de las ondas P en la línea L1 ......... 6




Figura 6. Perfiles estratigráficos típicos en la zona ....................................................... 11

Figura 7. Resultados de los ensayos de clasificación variando con la profundidad ...... 14

Figura 8. Carta de plasticidad de Casagrande .............................................................. 15

Figura 9. Configuración en planta del Depósito Seminario ........................................... 22

Figura 10. Configuración final del depósito Secciones transversales ............................ 23

Figura 11. Análisis de estabilidad condición actual caso estático Sección D-D ............ 27

Figura 12. Análisis de estabilidad condición actual, caso dinámico Sección D-D ......... 27

Figura 13. Análisis de estabilidad condición final, caso estático Sección B-B ............... 29

Figura 14. Análisis de estabilidad condición final, caso seudo estáticos Sección B-B .. 30

Figura 15. Análisis de estabilidad condición final, caso estático Sección E-E ............... 30

Figura 16. Análisis de estabilidad condición final, caso dinámico Sección E-E ............. 31

Figura 17. Resumen etapas de modelación del depósito .............................................. 33

Figura 18. Deformaciones totales y vectores de deformación Sección E-E .................. 34

Figura 19. Factor de seguridad local del depósito Sección E-E .................................... 34

Figura 20. Deformaciones totales y vectores de deformación Sección D-D .................. 35

Figura 21. Factor de seguridad local del depósito Sección D-D .................................... 35

Figura 22. Localización del lleno entre las cuencas de la quebrada La India y la quebrada La Cangreja .................................................................................................... 39

Figura 23. Drenajes menores ......................................................................................... 40

Figura 24. Esquema del sistema de drenaje depósito Seminario-Etapa 1 ..................... 42

Figura 25. Polígonos de Thiessen en el sitio de estudio ................................................ 43

Figura 26. Precipitación mensual promedio en la estación Gerona (Fuente: EPM, 2011) ....................................................................................................................................... 44


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Figura 27. Gerona Curvas intensidad-duración-frecuencia para la estación Gerona (Fuente: EPM, 2011) ...................................................................................................... 45

Figura 28. Límites de régimen de flujo en canales escalonados (Llano, 2003) .............. 49

Figura 29. Canal típico de concreto ................................................................................ 51

Figura 30. Esquema de localización y dimensiones de las obras hidráulicas proyectadas ....................................................................................................................................... 54

Figura 31. Primera etapa depósito Seminario ............................................................... 55

Figura 32. Conformación final del depósito Seminario .................................................. 56

Figura 33. Sección transversal del dique principal ........................................................ 57

Figura 34. Red de filtros en la zona ............................................................................... 58

Figura 35. Secciones típicas de filtros espina de pescado ............................................ 58

Figura 36. Sección transversal del filtro principal en los filtros F3 y F5 ......................... 60

Figura 37. Sección transversal de cuneta temporal-Filtro intermedio ............................ 61


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LISTA DE TABLAS

Pág

Tabla 1. Resumen de resultados de ensayos de clasificación Deposito Seminario ....... 13

Tabla 2. Resumen resultados ensayos de resistencia al corte....................................... 16

Tabla 3. Parámetros de resistencia al corte Perforación P-TO-DP-01 ........................... 17




Tabla 7. Resumen de ángulos de fricción estimados a partir de correlaciones con el SPT en la zona del Gabro del San Diego. ............................................................... 20

Tabla 8. Parámetros de resistencia estimados por material ......................................... 20

Tabla 9. Factores de seguridad mínimos recomendados para la evaluación de estabilidad de taludes nuevos ................................................................................. 25

Tabla 10. Factores de seguridad y probabilidades de falla iníciales ladera original ....... 26

Tabla 11. Factores de seguridad y probabilidades de falla-Condiciones Finales .......... 28

Tabla 12. Información general de la estación pluviométrica cercana al sitio de estudio 37

Tabla 13. Parámetros geomorfológicos de las áreas tributarias asociadas a las obras de drenaje superficial. .................................................................................................. 43

Tabla 14. Resultados del cálculo del tiempo de concentración (min). ............................ 45

Tabla 15. Precipitación de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial ....... 46

Tabla 16. Coeficientes de escorrentía para las diferentes obras de drenaje .................. 47

Tabla 17. Caudales de diseño para las diferentes obras de drenaje .............................. 48

Tabla 18. Verificación capacidad hidráulica de los canales rectangulares con flujo uniforme .................................................................................................................. 51

Tabla 19. Dimensiones finales ....................................................................................... 52

Tabla 20. Verificación de la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares con flujo uniforme .................................................................................................................. 52


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LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Registros de perforación y apiques

Anexo 2. Resultados de ensayos de laboratorio

Anexo 3. Memorias Geotécnicas

Anexo 4. Memorias Hidrológicas

Anexo 5. Memorias Estructurales

Anexo 6. Memorias Hidráulicas

Anexo 7. Cantidades de obra

Anexo 8. Planos


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1. INTRODUCCIÓN

Como parte de la conceptualización de estudios y optimización de los diseños de obras que componen el Proyecto TÚNEL DE ORIENTE, contratada por la CONCESIÓN TÚNEL ABURRÁ ORIENTE (CTAO) con INTEINSA, se presentan los resultados y diseños del depósito de materiales sobrantes del Seminario.

El objetivo principal de estos estudios y análisis es optimizar los diseños del Depósito Seminario; el proceso de optimización se basó en los resultados de los diagnósticos de las condiciones actuales y futuras del depósito y su área de influencia.

El objetivo de la optimización de los diseños es aumentar la capacidad del depósito sin afectar las condiciones de estabilidad de la zona, reducir el riesgo a las amenazas naturales del sitio y el impacto ambiental de las obras considerando las condiciones actuales, minimizando la intervención a las laderas y cauces naturales. La optimización incluyó la evaluación y mejoramiento de los tratamientos inicialmente propuestos, con base en los reconocimientos geológicos y geotécnicos, la exploración del subsuelo y la implementación de un sistema de instrumentación con la finalidad de monitorear los niveles piezométricos y las deformaciones laterales del terreno antes, durante y después de ejecutadas las obras propuestas.

El marco geotécnico del sector; comprende el procesamiento y análisis de la exploración y ensayos de laboratorio, cálculo de parámetros de resistencia y deformación, y los análisis de estabilidad de las condiciones actuales de la zona y bajo las condiciones finales de servicio del depósito. Además del análisis particular sobre el tanque La Pastora bajo condiciones actuales y finales de servicio del depósito.

El diseño del sistema de drenaje del depósito El Seminario deberá permitir, de la forma más rápida posible, la recolección, conducción, evacuación y descarga tanto las aguas lluvias que se generen dentro del sitio del lleno como aquellas que confluyen desde aguas arriba hacia él. Debido a las dimensiones del lleno, el sistema de drenaje tiene gran importancia en la estabilidad y seguridad del lleno; con el objeto de minimizar el riesgo por insuficiencia de drenaje de este, se consideró como caudal de diseño para todas las obras de drenaje superficial el asociado a un periodo de retorno de 100 años.

Finalmente, se presentan las recomendaciones y procesos constructivos necesarios para garantizar el adecuado comportamiento de las obras, además de la implementación de un sistema de instrumentación para el monitoreo y control durante y después de la construcción de las obras.


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2. MARCO GEOLÓGICO

2.1. UNIDADES GEOLÓGICAS

En la zona donde se encuentra ubicado el Depósito se presentan dos unidades geológicas como son: Depósitos de flujos de lodos y el Stock de San Diego, las cuales se describen a continuación.

2.1.1.1.1. Stock de San Diego

Este es un cuerpo ígneo que aflora en el centro oriente de Medellín, en entre las vías las Palmas y la cuenca de la quebrada Santa Elena, se caracteriza por una alta variación textural y composicional, de gabróica a porfídica, localmente pegmatítica con cristales de más de 5 cm de longitud. Tiene un perfil de meteorización espeso, de más de 50 m y la presencia de afloramientos de roca es son muy escasos, donde los únicos que se tienen en, están en la Glorieta de la 30 con la Avenida El Poblado

La exploración realizada mediante perforaciones y apiques, sólo permitió definir la presencia de los niveles superiores del perfil de meteorización (Niveles IA a IC),

Nivel de Iluviación: Nivel IA del Gabro de San Diego: Este nivel de suelo se encuentra en la parte superficial, debajo del suelo orgánico, y sólo se pudo definir en un solo apique (Ap 11) y representa un suelo empobrecido de textura arcillosa, de tan solo 40 cm de espesor.

Suelo residual, Nivel IB de meteorización: Este fue definido tanto en apiques como en las perforaciones, su espesor es variable de 1 a 3 m y se caracteriza por tener textura limo arcillosa a limo arenosa, de color pardo-rojizo, moteado de negro y blanco, poca plasticidad, humedad media y consistencia baja.

Saprolito Nivel IC de meteorización Saprolito (20 – 30 m de profundidad): Textura limo arenoso pardo amarillento a grisáceo a limo arcillosas, con presencia de fragmentos roca meteorizado y fracturados, consistencia media a baja, humedad moderada y plasticidad baja. Se observa la textura de una roca ígnea plutónica básica de grano grueso posiblemente gabro. Existen bolas de roca fresca (meteorización esferoidal) de hasta 0,9 m de diámetro.

2.1.1.1.2. Depósito de Flujos de lodos

Se presenta un cuerpo de forma alargada a la altura del Tanque La Pastora de EPM, tiene un espesor de hasta 7 m, y se caracteriza por tener una textura limo-arenosa, de color pardo a gris, de plasticidad y humedad variable, con algunos fragmentos de roca frescos de hasta 5 cm de diámetro, donde la relación matriz fragmentos es de 90/10.

2.2. GEOMORFOLOGÍA Y PROCESOS MORFODINÁMICOS

Dadas las características del terreno, el sitio del Depósito se encuentra dentro de la denominada Unidad de Vertientes Bajas, la cual corresponde a vertientes cuya pendiente varía entre el 10-25%, se encuentran sobre el margen izquierdo de la quebrada Santa Elena, en su parte media, con una orientación general ESTE-OESTE, presentan una disposición poco variable, donde son rectas desde el cauce de la


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quebrada Santa Elena hasta cercanías de su cima, zona del Depósito, donde cambian este aspecto rectilíneo por levemente cóncavo.

La zona ha sido intervenida por la presencia de llenos antrópicos y vías que han modificado su aspecto y el patrón de drenaje natural de la zona, donde de acuerdo a la cartografía de la zona Planchas 229 y 236 escala 1:2.000 del IGAC (1972), los drenajes observados son cortos y con incisión leve,

2.3. PROCESOS MORFODINÁMICOS

La zona presenta una actividad morfodinámica muy baja, ya que en los recorridos de campo y las fotografías aéreas estudiadas, no se observó la presencia de proceso tipo deslizamientos o erosión superficial concentrada.

2.4. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

En la zona de estudio no se pudieron definir características estructurales del macizo rocoso (Stock de San Diego), debido a la ausencia total de afloramientos de roca; a su vez, el estudio de fotografías aéreas y mapas regionales, lo mismo que en informes previos (Integral, 2009), no muestran la presencia de estructuras tales como fallas o lineamientos que afecten el macizo en la zona del depósito.


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3. MARCO GEOTÉCNICO

Este capítulo detalla los resultados de cada una de las actividades ejecutadas para optimizar los diseños y reducir el riesgo del depósito de material sobrante. La primera parte de esta sección incluye una descripción de los suelos encontrados a partir de la exploración superficial y profunda; adicionalmente, se presentan los resultados de laboratorio, los parámetros empleados y los análisis de estabilidad considerando el comportamiento esfuerzo deformación de los materiales junto con los tratamientos propuestos.

El Depósito Seminario se emplaza dentro del stock de San Diego, en esta zona predominan rocas ígneas intrusivas, las cuales son clasificadas como Gabro, actualmente, en la zona predominan los horizontes IB y IC de meteorización, los cuales alcanzan a tener hasta los 40 de espesor.

3.1. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

Para estimar el perfil estratigráfico del sector de depósito El Seminario y obtener muestras representativas de los materiales, se llevó a cabo un programa de exploración compuesto por apiques (exploración superficial), perforaciones profundas y líneas geofísicas. Dicha exploración, fue complementada con recorridos de campo donde se validaron los tipos de material; a partir de dichos recorridos se pretendía además, identificar fuentes de agua, nacimientos y procesos superficiales presentes en la zona de estudio. La exploración ejecutada y las formaciones superficiales detectadas en la fase de exploración se muestran en Figura 1.


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Figura 1. Localización de la exploración ejecutada en el Deposito Seminario

En total, se ejecutaron cuatro perforaciones con taladro rotatorio con extracción continua de muestras, adicionalmente, durante el avance del sondeo, se realizó el ensayo de penetración estándar (SPT) en las zonas donde el material lo permitía. En general, en la zona predominan los suelos residuales de rocas graníticas del stock de San Diego, en sus horizontes IB y IC.

3.1.1. Exploración superficial

El objetivo de estos sondeos es identificar las formaciones más superficiales del área de estudio; dicha exploración está compuesta por apiques excavados manualmente. Se realizó un total de 13 apiques, los cuales fueron complementados con recorridos de campo. La localización de los apiques se presenta en la Figura 1 y en el plano P-2284-TO-DS-01. A partir de la exploración superficial se identificaron los diferentes materiales

Línea 3

Línea 2

Línea 1

Línea 4

Apiques

Perforación 1

Perforación 3

Perforación 4

Perforación 2


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existentes en superficie, que corresponden a suelos residuales de Gabro en distintos grados de madurez y a depósitos tipo flujo de lodos.

El horizonte IB se encuentra como capa poco espesa (hasta 2.0 m), este material es de textura limo arcillosa, color pardo claro, presenta plasticidad media a baja, humedad media y consistencia media, no se detectan estructuras heredadas de la roca parental.

El horizonte IC es el predominante en la zona de estudio, se caracteriza por presentar una matriz limo arenosa, de color gris a ocre rojizo, con presencia de fragmentos de roca meteorizada (Gabro) de hasta 4 cm, a diferencia del horizonte IB, en este es posible apreciar las estructuras heredadas de Gabro de San Diego.

El depósito de flujo de lodos se encontró en la zona cercana al tanque La Pastora de EPM, con espesores cercanos a los 5 m. Cuenta con una matriz entre limo arcillosa y limo arenosa de color café y zonas rojizas, presenta humedad y plasticidad baja, en algunas zonas se observan fragmentos de roca angulares de 3 cm aproximadamente.

3.1.2. Exploración profunda

El objetivo de esta es determinar los espesores promedio de los materiales, establecer la disposición de los estratos en profundidad y tomar muestras representativas de los materiales encontrados durante su ejecución. Se llevaron a cabo cuatro líneas geofísicas del tipo refracción sísmica y cuatro perforaciones con taladro rotatorio. A continuación se reportan los resultados de cada una de estos sondeos.

3.1.2.1. Líneas geofísicas

En la Figura 1 se muestra la localización de las cuatro líneas realizadas y cuyos resultados se detallan a continuación.

Línea 1: Esta se llevó a cabo en la parte alta del depósito proyectado, la Figura 2 muestra la variación de las velocidades de onda P estimadas para esta línea a partir del ensayo ejecutado.

Figura 2. Distribución de velocidad de propagación de las ondas P en la línea L1


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Se tiene una primera capa superficial con velocidad promedio de propagación de ondas P entre 278 m/s y 415 m/s, y con un espesor entre 6 m y 10 m, dicha capa corresponde a un lleno antrópico conformado anteriormente en la zona.

El horizonte IC se detectó a partir de los 10m de profundidad hasta los 32 m, en promedio, la velocidad de onda P estimada para este estrato en esta línea fue de 729m/s.

Línea 2: Esta se realizó junto al tanque La Pastora de EPM, sobre el camino que rodea dicho tanque (ver Figura 1). Las franjas de velocidad estimada para esta línea se muestran en la Figura 3.


De acuerdo con la figura anterior y la exploración realizada, en la zona se tiene una primera capa con velocidad promedio de propagación de ondas P de 329 m/s cuyo espesor es cercano a los 5m, esta capa de material es clasificada como depósito de vertiente.

Entre los 6 y 14 m de profundidad se detectó un material cuya velocidad de onda P es cercana a los 509 m/s, dicha velocidad es propia de un material de rigidez media, por lo que se considera que esta capa puede corresponder al horizonte IB de meteorización.

Finalmente, con una velocidad de onda P cercana a los 610m/s, se encuentra un material de rigidez media a alta el cual es posible detectarlo entre los 6 m y hasta los 34 m de profundidad, estas velocidades de onda y espesores son relacionados al horizonte IC del sector.

Durante la ejecución de esta línea, no se encontraron velocidades de onda que dieran indicios de roca competente, por esta razón se cree que la roca del sector es posible encontrarla después de los 40m de profundidad.


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Línea 3: Esta se realizó sobre la vía de acceso al tanque La Pastora, la Figura 4 muestra el rango de velocidades estimadas a partir del ensayo.


Superficialmente se tiene una primera capa cuya velocidad promedio de propagación de onda P es de 323 m/s, y presenta un espesor variable entre 1 m y 3 m, probablemente esta capa corresponda a material antrópico producto de la construcción de la vía de acceso al tanque La Pastora.

A partir de los rangos de velocidades estimados se aprecia una segunda capa con una velocidad de propagación de onda P es de 514 m/s y cuyo espesor es cercano a los 6m; esta franja de material corresponde al horizonte IB del sector.

La capa más profunda del perfil de velocidades presenta un espesor de 20m y una velocidad de propagación de ondas P de 781 m/s, por las magnitudes de las velocidades se establece que dicho estrato corresponde al horizonte IC del sector.

Con base en los resultados de las líneas de prospección geofísica se puede afirmar que el espesor del suelo residual es cercano a los 34m, por lo que seguramente el basamento rocoso podría detectarse solo a partir de los 40m de profundidad.

Línea 4: Esta se realizó en la vía sobre la parte baja de la vía que conduce hacia la parte alta del depósito proyectado (ver Figura 1). Las velocidades de onda detectadas a partir del ensayo se muestran en la Figura 5.


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Se tiene una capa superficial con velocidad promedio de propagación de ondas P de 274 m/s, y cuyo espesor es variable y va entre 1 m y 3 m, por ser una pequeña capa es clasificada como un lleno antrópico, el cual se cree fue realizado para conformar la banca de la vía.

El ensayo detectó una segunda capa de material con un espesor cercano a los 14 m y una velocidad promedio de propagación de ondas P de 319 m/s, por estas condiciones y siendo congruente con las velocidades anteriores, se clasifica esta capa como depósito de vertiente.

A una profundidad comprendida entre los 16 m y 36 m es identificada una tercera capa de material, la cual presenta una velocidad de onda P de 734 m/s, por lo anterior, dicho estrato es clasificado como el horizonte IC.

3.1.2.2. Perforaciones

Estas se ejecutaron con el objetivo de determinar el espesor y distribución de los diferentes estratos en la zona de estudio, detectar niveles freáticos y tomar muestras representativas para la ejecución de ensayos de laboratorio. En el anexo 1, se presentan los registros de las perforaciones, con las cuales fue posible detectar la presencia de cuatro diferentes estratos, llenos antrópicos, flujos de vertiente, Horizonte IB y IC de Gabro. El nivel freático varió entre 9 m y 14 m para las perforaciones 2,3 y 4, localizadas en la pata del futuro lleno, y en la perforación 1, se detectó aproximadamente a 1.5 m de profundidad. La Figura 1 muestra la localización de estos sondeos, los materiales encontrados se detallan a continuación:

Depósito de flujo de lodos: Este material se caracteriza por presentar una matriz limo arenosa a limo arcillosa, de color ocre y se observan fragmentos de roca angulares de aproximadamente 3 cm, aflora en superficie en zonas puntuales, de acuerdo a las perforaciones, este no supera los 6 de espesor.


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Horizonte IB: Este material corresponde a limos arenosos de color pardo claro, presenta plasticidad entre media y baja, humedad media y consistencia media. Corresponden a suelos residuales de Gabro y se caracterizan por no presentar estructuras heredadas de la roca parental.

Horizonte IC. Corresponde al saprolito de rocas granitas (Gabro). Este se presenta de manera general en la zona del Depósito Seminario, abarcando grandes espesores (mayores a 20 m). Este material se caracteriza por presentar una matriz limo arenosa de colores claro a ocres rojizos, presenta estructuras heredadas de la roca parental, de humedad media a alta y plasticidad media a baja y consistencia media a baja.


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3.1.3. Perfiles estratigráficos

Con base en la exploración realizada, se logró inferir los perfiles estratigráficos en la zona del Depósito Seminario, la Figura 6 muestra los perfiles estratigráficos en las secciones C y D, las cuales se muestran en la Figura 1 y en plano P-2284-TO-DS-01.

Figura 6. Perfiles estratigráficos típicos en la zona

Sección C-C

Sección D-D

Horizonte IC Horizonte IIA

Horizonte IC

Horizonte IIA

Depósito de Vertiente

Nivel Freático

Nivel Freático

Depósito de Vertiente

Lleno antrópico

Horizonte IB


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3.2. ENSAYOS DE LABORATORIO

El objetivo de estos es establecer las propiedades más relevantes de los suelos encontrados durante la etapa de exploración en la zona de estudio. Con este fin se llevaron a cabo ensayos de laboratorio para determinar las propiedades índices que permitan clasificar los suelos y ensayos para determinar los parámetros de resistencia y deformabilidad de los materiales. El Anexo 2 muestra los resultados de los ensayos de laboratorio realizados.

Durante la ejecución de perforaciones y apiques, se recuperaron muestras alteradas e inalteradas, sobre las cuales se realizaron ensayos de clasificación como, granulometría, límites y humedades, además se realizaron ensayos de resistencia al corte, como el de corte directo y compresión triaxial.

3.2.1. Ensayos de clasificación

A continuación la Tabla 1muestra el resumen de los resultados de clasificación realizados a las muestras recuperadas durante la etapa de exploración. En general se tiene una clasificación para el horizonte IC como un limo cuya plasticidad esta entre baja y alta de acuerdo con la carta de plasticidad de Casagrande como se muestra en la Figura 8. Para el depósito de flujo de lodos se obtuvo una clasificación de un limo de alta plasticidad.

En la Figura 7 se observa la variación de los porcentajes de arenas con la profundidad para en cada una de las perforaciones. Se observa que para los materiales encontrados el porcentaje de arenas se incrementa con la profundidad, ligeramente en las perforaciones P2 y P4, mientras que en las P1 y P3, aumenta rápidamente.


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Tabla 1. Resumen de resultados de ensayos de clasificación Deposito Seminario

Sondeo MuestraProfundidad

(m)Estrato w (%) LL (%) LP (%) IP (%) Gs IC Consistencia % Gravas % Arenas % Finos USCS

P1 M4 3,0-3,45 Horizonte IC 26.3 33.2 26.7 6.5 1.1 Dura 0.0 42.4 57.5 ML

P1 M7 5,0-6,45 Horizonte IC 2.67 0.0 10.0 90.0

P1 M9 7,0-7,45 Horizonte IC 22.0 33.4 33.3 N/P N/P Dura 0.0 47.4 52.5 ML

P1 M13 11,0-11,45 Horizonte IC 23.0 32.6 24.9 7.7 1.3 Dura 0.0 77.3 23.0 SM

P2 M2 2,0-2,45 Deposito de flujo de lodos 60.5 102.5 57.9 44.6 0.9 Media 0.0 23.4 76.7 MH

P2 M3 3,0-3,45 Deposito de flujo de lodos 38.2 64.1 43.8 20.3 1.3 Dura 0.0 10.4 89.4 MH

P2 M5 5,0-5,45 Horizonte IC 43.8 53.7 41.2 12.5 0.8 Media 0.0 7.6 92.2 MH

P2 M7 7,0-8,45 Horizonte IC 2,82 0.0 2.1 97.9



P2 M23 22,0-22,45 Horizonte IC 34.6 45.4 32.6 12.8 0.8 Media 0.0 22.4 77.6 ML



P3 M6 6,0-7,45 Horizonte IC 2,90 0.0 2.0 98.0

P3 M8 8,0-8,45 Horizonte IC 38.9 45.5 35.9 9.6 0.7 Media 0.0 16.7 83.2 ML

P3 M11 11,0-11,45 Horizonte IC 35.9 39.8 31.8 8.0 0.5 Blada 0.0 27.9 71.9 ML








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10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 20 40 60 80 100

Pro

fun

did

ad

(m

)

Porcentajes de Arena

PERFORACIÓN 1

P1

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 20 40 60 80 100

Pro

fun

did

ad

(m

)


PERFORACIÓN 2

P2

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 20 40 60 80 100

Pro

fun

did

ad

(m

)


PERFORACIÓN 3

P3

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

0 20 40 60 80 100

Pro

fun

did

ad

(m

)


PERFORACIÓN 4

P4

Figura 7. Resultados de los ensayos de clasificación variando con la profundidad


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 8. Carta de plasticidad de Casagrande

Con base en las granulometrías ejecutadas sobre las muestras recuperadas, se aprecia un predominio de matriz fina, compuesta principalmente por limos de baja y alta plasticidad. De acuerdo a la Figura 7, los contenidos de arena aumentan en profundidad claramente para las perforaciones 1 y 3, en las perforaciones 2 y 4, la tendencia no es muy clara esta tendencia, dado que el porcentaje de arena no varía significativamente en profundidad; es decir en el horizonte IB predominan los limos y a medida que se profundiza en el perfil de meteorización el contenido de arena tiende aumenta, es decir, en el horizonte IC.

En promedio, el límite líquido de los suelos residuales está por debajo del 50% y los índices de plasticidad por debajo del 20%, esta condición propicia que la matriz fina de estos suelos sea clasificada como limos y arcillas de baja y alta plasticidad, por otro lado, el depósito de vertiente presenta un límite liquido superior al 60% condición que evidencia la alta plasticidad del material.


TÚNEL DE ORIENTE


3.2.2. Ensayos de resistencia

Con el fin de establecer la variación de los parámetros de resistencia en la zona, se analizaron los resultados de los ensayos de resistencia al corte realizados en estudios previos realizados para el proyecto Túnel de Oriente y la Microzonificación sísmica del Medellín para complementar los ensayos de resistencia realizados en los diseños. La Tabla 2 resume los resultados de diversos ensayos de resistencia al corte realizados sobre el Gabro de San Diego.

Tabla 2. Resumen resultados ensayos de resistencia al corte

Perforación

N° Profundidad(m)

Muestra

N° ´ C´(kPa) Estrato Fuente

P-05 4.8 5 36.35 10.7 Horizonte IB MZSM

P-05 7.9 9 43.57 3.6 Horizonte IC MZSM

TB-P-01 13.15 20 35.3 18.3 Horizonte IC Integral

TB-P-07 13.50 19 33.7 23.9 Horizonte IC Integral

P1 2.50 3 17 11 Transición:

Flujo/Horizonte IB

Inteinsa

P2 13 13 29 2.5 Horizonte IC Inteinsa

P3 9 9 23 17 Horizonte IC Inteinsa

AP12 1.80 1 25 50 Horizonte IC Inteinsa

De acuerdo con los resultados de los ensayos de resistencia empleados, se aprecia la

naturaleza friccionante de los horizontes IB y IC que conforman el perfil de

meteorización de la zona, las cohesiones detectadas son propias de cementaciones en

estos tipos de suelos. En general, cabe resaltar que las muestras tomadas por inteinsa,

se tomaron en zonas saturadas y en puntos bajos de cauces, en donde los materiales

están permanentemente saturados, lo que contribuye a una mayor degradación de la

muestra, lo que permitió detectar valores críticos de resistencia.

3.3. PARAMETROS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE LOS SUELOS

A partir de la exploración realizada y de los recorridos de campo, fue posible estimar el perfil estratigráfico promedio del sector, el cual está compuesto principalmente por el perfil de meteorización de las rocas del Stock de San Diego (ver Figura 6 y plano P-2284-TO-DS-01).


TÚNEL DE ORIENTE


Se estimaron los parámetros de resistencia al corte, mostrando la variación y el comportamiento de dichos parámetros en profundidad. Los parámetros de resistencia al corte de los materiales se estimaron usando la metodología propuesta por A. Gonzalez G, en su artículo “estimativos de parámetros efectivos de resistencia con el spt”.

Las resistencias promedio de los diferentes estratos estimadas con el SPT se encontraron empleando la metodología anteriormente citada; para lo cual se tiene que:

σ : esfuerzo total (γsat*hs)

μ: presión de poros (γw*hw)

σ´: esfuerzo efectivo (σ-μ)

Cn: factor de corrección por confinamiento efectivo (Seed & Idriss)

Cn=1-K*log(Rs), donde Rs=σ´/ Pa

Pa: presión atmosférica.

: 15+(9.375N1-45)0,5 según Japan Road Bureau (JRB)

Para las correlaciones del ángulo de fricción se usó la ecuación de (JRB) porque ofrece

los resultados más conservadores; además los valores de C y calculados en estas regresiones fueron empleados en los cálculos de capacidad de soporte, análisis de estabilidad, etc.

A continuación, se presentan los diferentes parámetros de resistencia al corte estimados para los suelos presentes en los sitios de depósito.

Tabla 3. Parámetros de resistencia al corte Perforación P-TO-DP-01

Cn

Skempton N1-60 N corr Japan Road Bureau φ eq-Estrato

1.45 22.45 3 0.23 1.92 2 4 20

2.45 30.64 6 0.31 1.79 5 7 23

3.45 38.83 12 0.40 1.63 9 12 26

4.45 47.02 13 0.48 1.56 10 12 26

5.45 55.21 17 0.56 1.46 13 15 28

6.45 63.40 19 0.65 1.38 14 16 28

7.45 71.59 23 0.73 1.31 17 18 30

8.45 79.78 34 0.81 1.24 26 26 33

9.45 87.97 27 0.90 1.18 20 19 31

10.45 96.16 15 0.98 1.07 11 10 27

11.45 104.35 15 1.06 1.02 11 9 27

12.45 112.54 18 1.15 0.98 14 11 28

13.45 120.73 22 1.23 0.97 17 13 29

15.45 137.11 50 1.40 0.95 38 29 37

29

21

Horizonte IC

Deposito de flujo de lodos

RsN sptσ´(kPa)Prof. (m)MaterialN spt φeq


TÚNEL DE ORIENTE



Cn


1.45 24.65 6 0.25 1.60 5 6 23

2.45 41.65 8 0.42 1.40 6 7 24

3.45 58.65 20 0.60 1.25 15 15 29

4.45 75.65 21 0.77 1.13 16 14 29

5.45 92.65 12 0.94 1.03 9 7 26

6.45 109.65 18 1.12 0.94 14 10 28

7.45 126.65 14 1.29 0.87 11 7 26

8.45 143.65 21 1.46 0.81 16 10 29

9.45 160.65 20 1.64 0.76 15 9 29

10.45 177.65 25 1.81 0.71 19 11 30

11.45 194.65 27 1.98 0.67 20 11 31

12.45 211.65 31 2.16 0.63 23 12 32

13.45 224.69 31 2.29 0.61 23 11 32

14.45 232.88 32 2.37 0.59 24 12 32

15.45 241.07 40 2.46 0.58 30 14 34

16.45 249.256 41 2.54 0.56 31 14 35

17.45 257.446 46 2.63 0.55 34.5 15 36

18.45 265.636 52 2.71 0.54 39 17 37

Material

Horizonte IC


31

25

N spt φeqRsN sptσ´(kPa)Prof. (m)


TÚNEL DE ORIENTE



Cn


Deposito de flujo de lodos 1 17.00 6 0.17 1.60 5 6 23 23

4.45 75.65 17 0.77 1.40 13 14 28

5.45 92.65 25 0.94 1.25 19 19 30

6.45 109.65 26 1.12 1.13 20 18 31

7.45 126.65 28 1.29 1.03 21 17 31

8.45 143.65 20 1.46 0.94 15 11 29

9.45 160.65 30 1.64 0.87 23 16 32

10.45 177.65 39 1.81 0.81 29 19 34

11.45 194.65 37 1.98 0.76 28 17 34

12.45 211.65 36 2.16 0.71 27 16 33

13.45 224.69 43 2.29 0.67 32 18 35

14.66 234.60 46 2.39 0.63 35 18 36

15.45 241.07 53 2.46 0.61 40 20 37

32

N sptRsN sptσ´(kPa)Prof. (m)Material

Horizonte IC

φeq


Cn


1.45 24.65 20 0.25 1.60 15 19 29

2.45 41.65 24 0.42 1.40 18 20 30

5.45 92.65 20 0.94 1.25 15 15 29

11.25 191.25 12 1.95 1.13 9 8 26

12.45 211.65 15 2.16 1.03 11 9 27

13.45 228.65 18 2.33 0.94 14 10 28

14.45 245.65 21 2.50 0.87 16 11 29

16.45 262.47 36 2.68 0.81 27 18 33

17.45 270.66 39 2.76 0.76 29 18 34

18.45 278.85 42 2.84 0.71 32 18 35

20.45 295.23 47 3.01 0.67 35 19 36

21.45 303.42 49 3.09 0.63 37 19 36

RsN sptσ´(kPa)Prof. (m)MaterialN spt


Horizonte IC

φeq

29

32

Adicionalmente a las perforaciones realizadas por INTEINSA, se consultaron y

análizaron las perforaciones realizadas por INTEGRAL en esta misma formación, lo que

permitió presicisar aun mas el rango de variación de los angulos de fricción presentes

en esta formación.


TÚNEL DE ORIENTE


Tabla 7. Resumen de ángulos de fricción estimados a partir de correlaciones con el

SPT en la zona del Gabro del San Diego.

Perforación N° ´SPT Horizonte Fuente

P-TB-07 33.37 IC Integral

P-TB-06 33.26 IC Integral

P1 29 IC Inteinsa

P2 31 IC Inteinsa

P3 32 IC Inteinsa

P4 32 IC Inteinsa

Con base en los resultados del ensayo de penetración estandar, se encontró que el

horizonte IC de la zona presenta un angulo de fricción que varía desde los 29° hasta

33°, esto sin tener encuenta las cohesion por cementación de los suelos de este tipo.

Cabe resaltar que los valores de angulo de fricción estimados, se realizaron a partir de

las correlacion propuesta por el JRB(japan Road Bureau), que es considerada

conservadora por ser la que mas castiga el N de campo y por ende sus resultados.

Finalmente, con base en los resultados de laboratorio y las correlaciones anteriores, se

establecen los parametros para los diferentes materiales encontrados y los cuales se

usaran en los analisis de estabilidad y deformabilidad. La Tabla 8 presenta los

parametros empleados en para cada uno de los materiales.

Tabla 8. Parámetros de resistencia estimados por material

Material (kN/m3) C (kPa) (°) E (kPa)

Residual IB 16.5 5 23 5000

Residual IC 17.5 1 29 12000

Depósito de flujo de lodos 17 5 21 5000

Con el fin de llevar a cabo análisis conservadores de estabilidad, se tomaron valores de

cohesión y fricción bajos de acuerdo a la dispersión de los materiales reportada en las

Tabla 2 a Tabla 7.


TÚNEL DE ORIENTE


3.4. CONFIGURACIÓN DEL DEPÓSITO.

De acuerdo al informe diagnostico I-2284-TO-05 (INTEINSA, 2011), se descartó el deposito Bolivariana dado que la zona donde se pretendía disponer presentaba zonas inestables, procesos activos y afloramientos de aguas, las cuales comprometían la estabilidad de este depósito de material, por otro lado, el depósito de material Seminario, no presenta proceso activos, ni afloramientos de aguas, las cuales den indicios de inestabilidades o potenciales fallas, por esta razón, se decidió aprovechar al máximo la superficie disponible en esta zona para conformar el depósito de material.

La conformación final en planta y en perfil, del depósito seminario se presentan en la Figura 9 y en la Figura 10 respectivamente, para su configuración se consideraron los siguientes criterios:

Taludes 2,0H :1V.

Taludes entre 6,0 – 9,0 m de altura.

Bermas de 5,0 m de ancho.

Dique en roca en todo el contorno inferior del depósito


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Figura 9. Configuración en planta del Depósito Seminario

Filtros en la base

Dique auxiliar primera etapa

Dique Principal inferior

Dique auxiliar Segunda etapa

Filtros en la base

Dique Principal inferior


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 10. Configuración final del depósito Secciones transversales

Sección B-B

Sección E-E

Dique auxiliar

Dique Principal

Dique auxiliar

Dique Principal

Escalones de apoyo

Escalones de apoyo


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El depósito Seminario, se encuentra ubicado en cercanías al tanque La Pastora del acueducto de Empresas Públicas de Medellín, como se describe en el capítulo 2 en esta zona no se presenta ningún tipo de proceso o inestabilidades que puedan ocasionar problemas en el depósito y el tanque, partiendo de esto, el diseño del depósito no contempló alguna repotenciación del tanque, solo se tomaron las medidas necesarias para garantizar la estabilidad del depósito y su fundación, de tal forma que este no imponga solicitaciones a dicho tanque. La configuración del depósito se muestra en la Figura 9 (ver plano P-2284-TO-DS-02).

Para llevar a cabo esta configuración, se debe realizar un correcto manejo del agua superficial y sub superficial, por lo que es necesario realizar los tratamientos recomendados, estas obras se presentan en el capítulo 4.

Considerado la configuración mostrada en la Figura 9, este depósito alcanzará una capacidad aproximada de 1’000.000 m3, la cual esta propuesto se desarrolle en dos etapas conforme el avance de la obra, en la primera etapa, se dispondrán alrededor de 650.000m3 y con la segunda etapa, se depositaran alrededor de 350.000 m3 al depósito Seminario.

3.5. CONDICIONES DE ESTABILIDAD DEL DEPÓSITO.

Para evaluar la estabilidad de la ladera, se utilizó el programa SLIDE V6.0, desarrollado por Rocscience Inc. (2012), que resuelve problemas bidimensionales por el método del equilibrio límite, considerando diferentes teorías, entre las cuales se encuentran las de Bishop, Spencer y Morgenstern-Price, mecanismos de falla circulares y no circulares, combinaciones de carga estáticas y dinámicas, considerando variaciones de los niveles piezométricos, distribuciones de presión de poros, variación de los coeficientes de la relación de presión de poros y redes de flujo por el método de los elementos finitos. Para el caso de estudio se empleó la teoría de Spencer, debido a que satisface todas las condiciones de equilibrio de fuerzas y momentos, asumiendo principalmente falla de tipo circular, porque no se pueden considerar planos preferenciales de falla.

La aceptación de un factor de seguridad mínimo para la falla de un talud o ladera dependerá principalmente del riego de vidas que puede estar asociado al fracaso de estabilidad de esa ladera o talud. Si la falla de un talud no pone en riesgo la vida de personas puede ser a menudo más económico para el diseño optar por un valor bajo en el factor de seguridad, aceptando que podrán existir fallas ocasionales y que se podrán implementar trabajos de remediación de carácter temporal. (GEO, 1984).

La Oficina de Control Geotécnico de Hong Kong (GEO, 1999) establece el factor de seguridad mínimo admisible con base en el “riesgo” o “consecuencias” que se pueden producir por la presencia de un fenómeno de inestabilidad. Estas consecuencias pueden ser clasificadas de dos formas, consecuencias por vidas y consecuencias económicas. Cada una de estas consecuencias tiene una categoría asociada. (Tabla 9)


TÚNEL DE ORIENTE


Tabla 9. Factores de seguridad mínimos recomendados para la evaluación de estabilidad de taludes nuevos

NOTA 1: Los factores de seguridad que figuran en este cuadro corresponden a los mínimos

recomendados por la Oficiana de Control Geotécnico de HongKong (GEO, 1999) para el caso de

análisis de estabilidad en taludes nuevos. Valores mayores en el factor de seguridad podrían estar

justificados en situaciones particulares en relación con la pérdida de vidas y pérdidas económicas.

NOTA 2: Además de un factor de seguridad mínimo de 1.4 para una lluvia de 10 años de período

de retorno, un talud en la Categoría 1 de consecuencia de vida debe tener un factor de seguridad

de al menos 1,1 para las peores condiciones del agua subterránea previstos

CATEGORÍA 1 CATEGORÍA 2 CATEGORÍA 3

CATEGORÍA A

CATEGORÍA B

CATEGORÍA C

1.4

1.4

1.4

1.4 1.4

1.2 1.2

1.2 >1.0

CONSECUENCIAS

ECONOMICAS

CONSECUENCIAS

DE VIDAS

De acuerdo a las condiciones de diseño del depósito del Seminario, en cuanto a la clasificación por las consecuencias por vidas se pueden tener fallas que afectan carreteras de alto tránsito; esto implica una categoría 2. Para el caso de las consecuencias económicas se habla de una categoría A; según el criterio se habla de fallas que pueden afectar un sistema vial primario. De esta forma el factor mínimo de seguridad para la condición estática es igual a 1,4. Para el caso del análisis pseudoestático se tomará un valor mínimo de 1,1.

Para el análisis de estabilidad se utilizaron secciones transversales en las zonas de mayor pendiente del sitio de estudio, en la Figura 1 se muestra la localización de las secciones analizadas. Se consideraron las condiciones actuales de la ladera y las condiciones durante sismo, mediante análisis seudo-estático, teniendo en cuenta un coeficiente de aceleración horizontal en superficie de 0.26g, valor recomendado por la Microzonificación sísmica de Medellín para la zona homogénea 12.


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3.5.1. Condición inicial de la ladera

Se evaluó la estabilidad de la condición inicial de la ladera, utilizando los parámetros de

resistencia considerados. La Tabla 10 presenta los resultados obtenidos para los

factores de seguridad (FS) y las probabilidades de falla (PF) para la condición inicial en

las diferentes secciones analizadas(ver Figura 1Figura 9), tanto para la condición

estática como la dinámica, estos análisis se muestran en el Anexo 3 de este informe.

Tabla 10. Factores de seguridad y probabilidades de falla iníciales ladera original

Sección

Condición actual

Estático Dinámico

FS PF FS PF

A-A 1.46 0.0% 1.02 26.6%

B-B 2.20 0.0% 1.30 1.30%

C-C 2.04 0.0% 1.18 8.50%

D-D 1.74 0.0% 1.17 1.00%

E-E 2.15 0.0% 1.30 1.20%

En general, la zona se encuentra estable. Para las diferentes secciones analizadas se tienen factores de seguridad aceptables (mayores 1.3) y bajas probabilidades de falla, lo que indica la estabilidad de la zona bajo condiciones estáticas.

3.5.2. Condición inicial del Tanque la Pastora

Dada la importancia del tanque La Pastora de EPM y su proximidad con el depósito se analizó la condición de estabilidad actual sobre el tanque. La Figura 11 y Figura 12 muestran los análisis de estabilidad sobre la sección D-D (ver Figura 1) para los casos estáticos y dinámico respectivamente.

Los modelos efectuados para evaluar las condiciones actuales de estabilidad en las inmediaciones al tanque la pastora, se realizaron partiendo de un escenario conservador, en donde se consideró la presencia de un nivel freático superficial como el que se muestra en los modelos de estabilidad del sitio.


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 11. Análisis de estabilidad condición actual caso estático Sección D-D

Figura 12. Análisis de estabilidad condición actual, caso dinámico Sección D-D

Los análisis de estabilidad muestran condiciones de estabilidad adecuadas si se tiene en cuenta que bajo condiciones estáticas los factores de seguridad están por encima de 1.4 y para condiciones dinámicas por encima de 1; las condiciones de estabilidad de la ladera donde se emplazará el depósito fueron corroboradas con recorridos de campo; no se detectaron procesos superficiales, ni escarpes los cuales den indicios de zonas de falla, estos resultados están acorde a la condición actual de la ladera, la cual está sana y sin procesos morfodinamicos que den indicios de inestabilidad en la zona.

En la zona del tanque, actualmente no se presentan procesos que comprometan la estabilidad del mismo adicionalmente, con los modelos no se detectaron superficies de


TÚNEL DE ORIENTE


falla críticas en esta zona bajo las condiciones actuales de carga; sin embargo, es importante reportar que dicho tanque ha sido repotenciado y se realizaron mantenimientos recientes, incluso, es posible que los trabajos realizados a principios de año, obedecieran a manejo de aguas infiltradas desde el tanque.

3.5.3. Condición final del depósito y tanque

El objetivo de esta sección es evaluar las condiciones de estabilidad y el comportamiento esfuerzo deformación de los materiales para la condición de servicio del depósito.

En las Figura 13 a Figura 16 se muestran los análisis de estabilidad para la condición de servicio del depósito, para los casos estático y dinámico para las secciones B-B y E-E respectivamente.

Los modelos para la condición de servicio del depósito se evaluaron bajo consideraciones conservadoras de servicio, en este caso, para los modelos se consideró la presencia del nivel freático en superficie, justo en contacto entre el depósito y el terreno natural con el fin de propiciar fallas por la fundación de dicho depósito. Para esta condición los modelos arrojaron factores de seguridad ideales tanto para condiciones estáticas y seudoestáticas de carga. Tabla 11.

Tabla 11. Factores de seguridad y probabilidades de falla-Condiciones Finales

Sección

Condición Final

Estático Dinámico

FS PF FS PF

A-A 1.30 0.2% 0.92 27.6%

B-B 1.30 0.0% 0.95 19.5%

C-C 1.46 0.0% 0.97 25.6%

D-D 1.5 0.2% 1.02 20.3%

E-E 1.25 0.0% 0.90 39.1%

En general, bajo condiciones estáticas de carga, el depósito es estable, a pesar que se encontraron factores de seguridad inferiores a 1.4, las probabilidades de falla son inferiores al 1% o nulas, por otro lado, bajo condiciones seudo estáticas de carga se detectaron superficies de falla críticas dentro del depósito, sin embargo, para esta condición, no se detectaron fallas de fundación las cuales comprometan la estabilidad del global del depósito.

Adicionalmente, no se aprecian superficies de falla críticas propiciadas por el lleno en la zona del tanque La Pastora; en otras palabras, durante la operación del depósito no se


TÚNEL DE ORIENTE


esperan superficies potenciales de falla que comprometan la estabilidad del tanque y sus alrededores.

Finalmente, con el objetivo de descartar deformaciones excesivas o concentraciones de esfuerzos tanto en la pata del depósito como en el inmediaciones al tanque, se llevaron a cabo modelos de elementos finitos para evaluar el comportamiento esfuerzo deformación del sistema.

Figura 13. Análisis de estabilidad condición final, caso estático Sección B-B


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 14. Análisis de estabilidad condición final, caso seudo estáticos Sección B-B

Figura 15. Análisis de estabilidad condición final, caso estático Sección E-E


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 16. Análisis de estabilidad condición final, caso dinámico Sección E-E

Bajo las condiciones consideradas en los modelos, no se detectaron superficies de falla críticas en la fundación del depósito, ni para condiciones estáticas y seudo estáticas de carga. Sólo en el caso dinámico, el cual considera una aceleración de 0.26g, se trabajó con 2/3amax y 4/9amax para las aceleraciones horizontal y vertical respectivamente. Se detectaron superficies de falla con factores de seguridad inferiores a la unidad dentro del depósito, es posible afirmar que si bien estas superficies son menores a la unidad, no están por debajo de 0.90

3.5.4. Comportamiento esfuerzo deformación

Para evaluar el comportamiento esfuerzo deformación de la zona, se empleó el programa de elementos finitos PHASEII de la familia Rocscience con licencia de propiedad de INTEINSA, este programa permite evaluar el comportamiento esfuerzo deformación de sistemas geotécnicos para distintas etapas de carga lo que permite la modelación del proceso constructivo, excavaciones cortes y llenos.

Para la conformación del depósito y garantizar su estabilidad es necesaria la construcción de un dique en roca en su base (ver plano P-2284-TO-DP-02), proveniente de rezaga de la excavación del túnel o de los cortes de roca en la vía. Este dique brinda estabilidad al depósito dadas sus dimensiones, además de darle seguridad al tanque La Pastora de EPM cercano a la conformación del depósito. La Figura 17 resume las


TÚNEL DE ORIENTE


etapas consideradas en la evaluación de la estabilidad durante la construcción del Depósito Seminario , además se considera el nivel freático en superficie lo cual es una condición más desfavorable.

La Figura 18 muestra los desplazamientos totales y los vectores de desplazamiento en condición de servicio en el depósito. Los mayores desplazamientos se dan en el centro de la conformación del depósito sobre la fundación de este, donde el depósito alcanza su mayor altura respecto al terreno natural. Estas deformaciones son de alrededor de 1,0 m y se generar principalmente en dirección vertical.

Dadas las dimensiones del depósito se esperan grandes deformaciones en este, la pata de roca de la base reduce los desplazamientos del lleno hacía adelante y los movimientos tienen una componente predominantemente vertical, además, la construcción del dique en roca es indispensable para garantizar la estabilidad y funcionamiento del depósito. Se puede apreciar que el dique le brinda rigidez y estabilidad al depósito ya que las deformaciones en este son menores lo que evita el desplazamiento del depósito, esto se ve reflejado en el factor de seguridad local del depósito como se observa en la Figura 19.


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 17. Resumen etapas de modelación del depósito

3. Construcción del Dique 2. Llenado

1. Llenado 4. Llenado

6. Llenado 5. Condición Servicio


TÚNEL DE ORIENTE


Figura 18. Deformaciones totales y vectores de deformación Sección E-E

Figura 19. Factor de seguridad local del depósito Sección E-E


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Figura 20. Deformaciones totales y vectores de deformación Sección D-

D

Figura 21. Factor de seguridad local del depósito Sección D-D


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En las perforaciones 2, 3 y 4 localizadas en la pata del futuro lleno los niveles freáticos se detectaron entre los 9 m y 14.5 m de profundidad, sin embargo para los modelos, se evaluó la estabilidad para un escenario conservador y critico el cual consideró la presencia del nivel freático en superficie precisamente en el contacto entre el suelo residual y el futuro depósito de material y adicionalmente al nivel freático superficial, se modeló el contacto lleno-terreno natural como una interfaz de baja resistencia con el fin de propiciar desplazamientos de la masa de suelo.

Los resultados muestran que el depósito de material es estable a pesar que el escenario considerado es un caso conservador y crítico de estabilidad, el factor de seguridad global es de 1.30, el cual es adecuado para este tipo de obras. Se descartaron fallas de fundación evidenciándose la importancia de los diques en roca como barreras y sistemas de contención de la masa de suelo.

Otro de los objetivos de esta modelación es el de evaluar el riesgo potencial que presenta el tanque La Pastora de ser afectado por la construcción del depósito; en las Figura 20 y Figura 21, se muestran los resultados para los modelos que consideraron al tanque, se aprecia que el depósito no produce ninguna incidencia sobre la estabilidad del tanque; adicionalmente, es importante resaltar el efecto del dique en roca propuesto en la pata del depósito, el cual rigidiza y confina el depósito reduciendo las deformaciones en la parte baja del mismo; adicionalmente, en la zona cercana al tanque, se conservó un retiro de por lo menos 40 m para minimizar el impacto de la sobrecarga del lleno en la estructura del tanque.


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4. ASPECTOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS

El estudio hidrológico e hidráulico de este proyecto tiene como objetivo principal determinar el tipo y las dimensiones que deberán tener las obras hidráulicas necesarias para garantizar la estabilidad del lleno y otorgarle al proyecto un sistema adecuado de drenaje.

Se realiza entonces un estudio hidrológico para determinar los caudales máximos de las corrientes de agua que confluyen al sitio del depósito, y a partir de ellos se realiza el estudio hidráulico para diseñar las diferentes obras que componen el sistema de drenaje.

4.1. INFORMACIÓN EMPLEADA

Para la elaboración del presente estudio se empleó la información que se describe a

continuación:

4.1.1. Información cartográfica y topográfica

Se utilizaron planchas en escala 1:2000 y 1:10000 provistas por el Instituto Agustín Codazzi IGAC (1972-1973) y por el proyecto SIGMA (1998), en las cuales se identificaron las corrientes que confluyen al lleno y sus respectivas cuencas hidrográficas. Además se empleó información del levantamiento topográfico del corredor del proyecto realizado por la Concesión Túnel Aburrá Oriente S.A.

4.1.2. Información hidrológica

Los estudios hidrológicos se basaron en registros de precipitación diaria de la red de estaciones pluviométricas y pluviográficas operadas por Empresas Públicas de Medellín (EE.PP.M.). Específicamente, se emplearon curvas IDF calculadas por estas entidades.

En la Tabla 12 , se presenta la información general de la estación utilizada, la cual corresponde a la más cercana al sitio de estudio.

Tabla 12. Información general de la estación pluviométrica cercana al sitio de estudio

Codigo Estación Tipo Entidad

Años

registro

disponibles

Año

Registro

Inicial

C. Norte C.Este

2701485 Gerona PVM EPM 15 1996 1181050 836480

4.1.3. Información recopilada en campo

Además de la información cartográfica, topográfica e hidrológica, se realizaron varios recorridos en el sitio de disposición del lleno y de sus afluentes en la zona cercana a él. En ellos se recopiló información relacionada con las condiciones de drenaje y las características de los cauces.


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4.1.4. Estudios y diseños previos

Se emplearon también los siguientes estudios y diseños previos para el mismo proyecto:

- Informe de Diseño del Proyecto de Conexión Vial Aburrá Oriente. Integral S.A. 2010.

- Diseño geométrico del corredor vial.

- Informe I-2284-TO-05 realizado por Inteinsa en el año 2012.

4.2. METODOLODÍA EMPLEADA

De forma general, la metodología seguida para la elaboración de los estudios consistió

en los siguientes procesos:

Adquisición, revisión y procesamiento de la información de registros de precipitaciones.

Adquisición de información cartográfica del IGAC.

Trazado en planta de las obras requeridas para el drenaje superficial de las aguas lluvias de acuerdo con la configuración topográfica del sitio y con la disposición del lleno.

Delimitación y caracterización morfométrica de las cuencas.

A partir de la información hidrometeorológica, se realizó el análisis del régimen de precipitaciones que caracteriza la zona del proyecto.

Mediante relaciones lluvia-escorrentía y haciendo uso de las curvas IDF de las estaciones cercanas y de las características de las cuencas (o áreas tributarias) se estimaron los caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno para cada obra de drenaje.

Se determinaron las dimensiones de cada una de las obras de acuerdo con un análisis de capacidad hidráulica.

4.3. CONDICIONES ACTUALES DE DRENAJE

El sitio donde se dispondrá el lleno está ubicado en la parte alta de las cuencas de la quebrada la India y la quebrada La Cangreja (ver Figura 22). Este ocupará una área aproximada de 5.82 Ha de la cuenca de la quebrada La Cangreja y de 1.17 Ha de la cuenca de la quebrada La India.


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Figura 22. Localización del lleno entre las cuencas de la quebrada La India y la quebrada La Cangreja

En la parte alta de la cuenca de la quebrada La Cangreja existen pequeñas vaguadas efímeras, de las cuales la más representativa empieza a definirse en la parte baja del depósito, el área tributaria que drena hacia esta vaguada en el punto de intercepción con el depósito es de 3.53 Ha. En este sitio no hay evidencia de afloramiento de aguas y la vaguada se ha formado por la acumulación de escorrentía de aguas lluvias.

En la parte alta de la cuenca de la quebrada La India se observan dos drenajes importantes (ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.), el primero corresponde al cauce principal de esta quebrada y el segundo corresponde a un afluente cuya vaguada está bien definida desde la parte alta de la cuenca los cuales no serán cubiertos por el depósito

Adicionalmente en el sitio de disposición del lleno se encuentran drenajes menores, algunos de ellos tienen su descarga sobre algún afluente o sobre el cauce principal de la quebrada La India y La Cangreja (ver Figura 23) y otros muestran evidencia de que se infiltran en el algún punto, ya que no existe continuidad de sus vaguadas.

Qda. La India

Afluente

Qda. La Cangreja

Afluente

Qda. La India

Tanque La Pastora


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Figura 23. Drenajes menores

4.4. SISTEMA DE DRENAJE PROPUESTO

4.4.1. Propósito y Justificación del sistema de drenaje

El sistema de drenaje superficial del depósito Seminario deberá permitir, de la forma más rápida posible, la recolección, la conducción, la evacuación y la descarga de tanto las aguas lluvias que se caigan dentro del sitio de disposición como aquellas que confluyen desde aguas arriba hacia él. La eficiencia y rapidez con la que el sistema de drenaje cumpla estas funciones garantizará que la infiltración de aguas lluvias en el cuerpo del depósito sea baja, además, que los procesos erosivos estén controlados al no permitir que ocurran flujos de agua sobre la superficie del depósito a lo largo de grandes distancias; todo esto repercutirá positivamente en la estabilidad del depósito mismo.

4.4.2. Descripción del sistema de drenaje superficial

Se considera necesario desarrollar las siguientes obras (ver Figura 24):

Un sistema de cunetas que interceptarán las líneas de flujo superficiales que intenten alcanzar la corona de los taludes.

Instalación del canal 1, que corresponde a un canal perimetral del lleno cuyo objetivo principal será captar y conducir adecuadamente las líneas de flujo superficial que viajan desde la parte alta y del costado occidental de la cuenca de la quebrada La Cangreja hacia el sitio de disposición del lleno; también actuará como

Drenajes menores

Afluente

Qda. La Cangreja

Afluente

Qda. La India

Qda. La India Tanque La Pastora


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un interceptor de las cunetas de la conformación y conducirá las aguas de escorrentía de manera controlada hasta descargarlas en el canal 2.

Instalación del canal 2. Su función será captar y conducir controladamente la escorrentía de las cunetas de la reconformación y del canal 1 hasta descargarlas en el canal 3.

Instalación del canal 3. Su función será captar y conducir controladamente la escorrentía de algunas cunetas de la reconformación, recibir las descargas de los canales 2 y 4, y conducir el agua de escorrentía de manera controlada hasta llevarla hasta la obra de cruce de la vía proyectada en la abscisa km 6+010.

Instalación del canal 4 que actuará como canal divisor de las cuencas de la quebrada La India y La Cangreja. Este canal recogerá las aguas de escorrentía de algunas cunetas de la reconformación hasta el límite de la cuenca de la quebrada La Cangreja y los conducirá de manera controlada hasta el canal 3, garantizando que no haya transvase de flujo en las cuencas.

Instalación del canal 5. Éste será un canal perimetral del lleno cuyo objetivo principal será captar y conducir adecuadamente las líneas de flujo superficial que viajan desde la parte alta de la cuenca de la quebrada La India hacia el sitio de disposición del lleno hasta descargarlas en el canal 12.

Instalación de un sistema de filtros a nivel de terreno natural que permitirá mantener en condiciones de humedad aceptables la fundación del depósito. También captaran el agua de escorrentía que se logre infiltrar en el depósito. Los filtros localizados en cauces intermitentes y estacionales de la zona, donde confluyen drenajes naturales, deben ser de gran capacidad hidráulica, de tal forma que se garantice el adecuado drenaje de la fundación del depósito.

Instalación de alcantarillas circulares cuya función principal, será permitir el cruce del drenaje superficial a través de las diferentes vías que existen en el área de estudio.


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Figura 24. Esquema del sistema de drenaje depósito Seminario-Etapa 1

4.5. ANÁLISIS HIDROLÓGICO

4.5.1. Delimitación y caracterización de las áreas tributarias

A partir de la información cartográfica, de la información topográfica, de la reconformación proyectada del terreno y de las observaciones realizadas en campo, se delimitaron las áreas tributarias que concentran la escorrentía en cada una de las obras de drenaje superficial proyectadas.

Los parámetros geomorfológicos tales como el área, la longitud del cauce principal y la diferencia máxima de alturas en las áreas tributarias identificadas, fueron medidos

N

Canal 1

Canal 2

Canal 3

Canal 4

Canal 5

Alc. 1

Alc. 2

Alc. 3

Alc. 4

Alc. 5


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sobre la topografía y sobre restituciones en escala 1:10000, en la Tabla 13 se presentan los principales parámetros geomorfológicos de las áreas tributarias propias de cada canal.

Tabla 13. Parámetros geomorfológicos de las áreas tributarias asociadas a las obras de drenaje superficial.

Área Perímetro Longitud Pendiente

media

Elevación

mediaLongitud Pendiente

[m2] [m] [m] [%] [msnm] [m] [m/m] [adim] [adim] [adim]

C1_T1 4090.07 247.2 80 18.52% 1896.5 89 0.168 1.090 0.64 1.57

C1_T2 9652.40 406.6 132 11.96% 1895.5 156 0.109 1.167 0.55 1.81

C1_T3 17223.28 637.3 206 9.99% 1893.5 231 0.091 1.369 0.40 2.47

C1_T4 24393.93 765.2 285 11.14% 1888.0 316 0.101 1.382 0.30 3.34

C1_T5 31340.25 987.6 380 9.50% 1886.0 417 0.086 1.573 0.22 4.60

C1-T6 2120.10 198.2 82 40.00% 1862.0 86 0.163 1.214 0.32 3.13

C1-T7 2591.54 251.4 88 40.00% 1844.0 144 0.153 1.393 0.33 3.01

C2-T1 4629.28 293.4 73 40.00% 1885.5 71 0.400 1.216 0.87 1.15

C2-T2 13184.28 471.8 130 40.00% 1875.0 134 0.400 1.159 0.78 1.28

C2-T3 17721.91 535.2 177 40.00% 1864.0 200 0.400 1.134 0.57 1.76

C2-T4 5480.51 350.5 137 20.00% 1829.5 132 0.080 1.335 0.29 3.42

C3-T1 8422.55 392.1 73 40.00% 1888.8 72 0.400 1.205 1.59 0.63

C3-T2 14576.44 536.0 127 40.00% 1878.3 128 0.400 1.252 0.90 1.11

C3-T3 21163.85 636.0 200 40.00% 1865.8 213 0.400 1.233 0.53 1.89

C3-T4 3964.14 258.7 82 30.00% 1830.5 110 0.300 1.159 0.60 1.68

C3-T5 1919.69 169.5 51 22.39% 1818.0 49 0.204 1.091 0.75 1.34

C4-T1 7419.17 388.2 91 30.00% 1889.0 131 0.300 0.400 0.89 1.12

C4-T2 13762.00 530.4 119 35.00% 1878.5 190 0.350 1.275 0.98 1.02

C4-T3 17267.31 699.6 219 30.00% 1866.0 358 0.300 1.501 0.36 2.77

C5_T1 5782.24 342.9 82 15.58% 1896.0 141 0.142 1.272 0.87 1.15

C5_T2 14816.30 717.7 185 24.20% 1891.5 205 0.220 1.663 0.43 2.32

Nombre

obra

Cuenca Hidrográfica Cauce Principal Coef. de

Compacidad

Kc

Factor de

forma Kf

Indice de

alargamiento

4.5.2. Descripción general del régimen de precipitaciones

En la Figura 25 se muestran los polígonos de Thiessen de las estaciones pluviométricas cercanas a la zona de estudio. Como puede verse, la zona se encuentra bajo la influencia de la estación Gerona.

Figura 25. Polígonos de Thiessen en el sitio de estudio

Miguel de Aguinaga

Planta Villa Hermosa

Mazo

Gerona

Vasconia

Las Palmas

Ayurá


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En la Figura 26 se muestran las precipitaciones medias mensuales en la estación Gerona el periodo 1996-2011 (EPM, 2011). En ella puede observarse un comportamiento bimodal, con los meses de mayo y octubre como los más lluviosos y enero como el menos lluvioso. La distribución de lluvias presenta cuatro períodos, así: un período relativamente seco que va de diciembre a marzo, dos períodos de lluvias fuertes, el primero de abril a junio y el segundo de septiembre a noviembre, y un período de transición entre lluvias que va de junio a agosto, llamado veranillo. La precipitación media anual es de 1700 mm.

0

50

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Pre

cip

itac

ión

(mm

)

Mes

Figura 26. Precipitación mensual promedio en la estación Gerona (Fuente: EPM, 2011)

4.5.3. Tiempo de concentración

Es el tiempo que toma la escorrentía desde el punto más lejano hasta salir de la cuenca o área de aporte, y podrá obtenerse mediante mediante fórmulas empíricas como las de Kirpich, Témez, Clarck, California Culvert Practice, entre otras (Vélez y Smith, 1997). Estas expresiones tienen en cuenta parámetros como la pendiente del cauce principal, la diferencia de cotas entre el sitio más alto y el más bajo del área a evaluar, la longitud del cauce principal, el área de la cuenca, la pendiente media de la microcuenca y la impermeabilidad del suelo.

En la Tabla 14 se muestran los resultados del cálculo del tiempo de concentración para las áreas tributarias asociadas a cada obra de drenaje. El valor del tiempo de concentración calculado por el método de Johnstone Cross está por fuera del intervalo dado por la media y una desviación estándar en todos los casos, por lo tanto se descartó en el cálculo del valor promedio. Se consideraron valores mínimos de 5 minutos. Los resultados de cada método se muestran en el Anexo.


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Tabla 14. Resultados del cálculo del tiempo de concentración (min).

Nombre

Obra

Tc

Asumido

Nombre

Obra

Tc

Asumido

Nombre

Obra

Tc

Asumido

C1-T1 5.00 C2-T1 5.00 C3-T4 5.00

C1-T2 5.00 C2-T2 5.00 C3-T5 5.00

C1-T3 6.54 C2-T3 5.00 C4-T1 5.00

C1-T4 7.42 C2-T4 5.00 C4-T2 5.00

C1-T5 8.95 C3-T1 5.00 C4-T3 5.15

C1-T6 5.00 C3-T2 5.00 C5-T1 5.00

C1-T7 5.00 C3-T3 5.00 C5-T2 5.00

4.5.4. Precipitación de diseño

Para determinar la precipitación de diseño, de acuerdo con los polígonos de Thiessen, se emplearon las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF) de la estación Gerona. En la Figura 27 se muestran las curvas IDF de esta estación suministradas por Empresas Públicas de Medellín (EPM).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Inte

nsi

dad

(m

m/h

)

Duración (min)

TR2.33 TR5 TR10

TR25 TR50 TR100

Figura 27. Gerona Curvas intensidad-duración-frecuencia para la estación Gerona (Fuente: EPM, 2011)

La duración de las tormentas de diseño en la cuenca de interés se consideró igual al tiempo de concentración, ya que se ha observado que esta duración tiende a ser la más crítica para la generación de la creciente, debido a que toda la escorrentía en la cuenca alcanza a sumarse en el punto de interés, y por lo que, teóricamente duraciones mayores no generan un aumento en el caudal pico de la hidrógrafa. En la Tabla 15 se muestran las precipitaciones de diseño para cada periodo de retorno entre 2.33 y 100 años.


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Tabla 15. Precipitación de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial

2.33 5 10 25 50 100

C1-T1 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C1-T2 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C1-T3 156.94 181.97 208.13 248.58 284.31 325.19

C1-T4 143.15 165.98 189.84 226.73 259.33 296.61

C1-T5 124.70 144.59 165.38 197.51 225.91 258.39

C1-T6 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C1-T7 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C2-T1 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C2-T2 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C2-T3 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C2-T4 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C3-T1 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C3-T2 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C3-T3 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C3-T4 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C3-T5 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C4-T1 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C4-T2 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C4-T3 186.73 216.51 247.63 295.75 338.28 386.91

C5-T1 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

C5-T2 190.78 221.21 253.02 302.18 345.63 395.32

Nombre

Obra

Intensidad (mm/h) para cada TR (años)

4.5.5. Coeficientes de escorrentía

Los coeficientes de escorrentía, que relacionan la precipitación total con la precipitación efectiva, fueron estimados teniendo en cuenta los valores propuestos por Chow (1994).

Para ello, se hicieron las siguientes consideraciones fundamentadas en las observaciones realizadas en campo, en las condiciones futuras, y en imágenes satelitales del software Google Earth

En cuanto a la cobertura del suelo en las cuencas de los canales que se encuentran en la parte superior del lleno y que actuarán como rondas de coronación, se considera que el 100% del área tributaria son bosques.

En cuanto a la cobertura del suelo en las áreas tributarias de las demás obras de drenaje superficial se considera se considera que el 100% del área tributaria serán pastizales.

En relación con la pendiente del terreno, se consideraron valores mayores a 7% de acuerdo con la pendiente de las cuencas.


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En la Tabla 16 se presentan los coeficientes de escorrentía para las diferentes obras de drenaje.

Tabla 16. Coeficientes de escorrentía para las diferentes obras de drenaje

2.33 5 10 25 50 100

C1-T1 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C1-T2 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C1-T3 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C1-T4 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C1-T5 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C1-T6 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C1-T7 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C2-T1 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C2-T2 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C2-T3 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C2-T4 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C3-T1 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C3-T2 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C3-T3 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C3-T4 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C3-T5 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C4-T1 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C4-T2 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C4-T3 0.37 0.40 0.42 0.46 0.49 0.53

C5-T1 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

C5-T2 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52

Nombre

Obra

Coeficientes de escurrimiento, TR (años)

4.5.6. Caudales de diseño

Dado que no se cuenta con registros directos de caudal, se emplearon relaciones lluvia-escorrentía para estimar los caudales máximos. El método empleado es el Método Racional ya que el tamaño de las cuencas es muy pequeño (inferior a 1 km2); su expresión es la siguiente:

Donde:

Q: Caudal máximo en m3/s

C: Coeficiente de escorrentía

i: Intensidad de la lluvia en mm/h

A: Área de la cuenca en ha


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Para determinar el caudal de diseño de cada canal se tuvieron en cuenta los caudales máximos propios del canal y los caudales máximos de los canales que confluyan en ellos, los caudales de diseño calculados para cada obra de drenaje se presentan en la Tabla 17.

Tabla 17. Caudales de diseño para las diferentes obras de drenaje

2.33 5 10 25 50 100

C1-T1 0.08 0.10 0.12 0.15 0.19 0.23

C1-T2 0.18 0.23 0.28 0.36 0.44 0.55

C1-T3 0.26 0.34 0.41 0.54 0.65 0.81

C1-T4 0.34 0.44 0.53 0.69 0.84 1.05

C1-T5 0.38 0.49 0.59 0.77 0.94 1.17

C1-T6 0.04 0.05 0.06 0.08 0.10 0.12

C1-T7 0.05 0.06 0.08 0.10 0.12 0.15

C2-T1 0.18 0.22 0.27 0.35 0.43 0.53

C2-T2 0.34 0.43 0.52 0.68 0.83 1.03

C2-T3 0.43 0.54 0.61 0.86 1.05 1.30

C2-T4 0.11 0.13 0.16 0.21 0.26 0.32

C3-T1 0.17 0.21 0.25 0.33 0.40 0.49

C3-T2 0.29 0.36 0.43 0.56 0.69 0.85

C3-T3 0.41 0.52 0.62 0.82 1.00 1.23

C3-T4 0.08 0.10 0.12 0.15 0.19 0.23

C3-T5 0.04 0.05 0.06 0.07 0.09 0.11

C4-T1 0.15 0.18 0.22 0.29 0.35 0.43

C4-T2 0.27 0.34 0.41 0.53 0.65 0.80

C4-T3 0.33 0.42 0.50 0.65 0.80 0.98

C5-T1 0.11 0.14 0.17 0.22 0.27 0.33

C5-T2 0.27 0.36 0.43 0.56 0.68 0.85

Nombre

cuencaCaudal (m3/s) para cada TR (años)

4.6. DIMENSIONES DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS

4.6.1. Periodo de diseño

Dada la importancia del sistema de drenaje en la estabilidad y seguridad del lleno, y debido a las dimensiones del lleno y para minimizar el riesgo por insuficiencia de drenaje de este, se consideró como caudal de diseño el asociado a un periodo de retorno de 100 años. Con este criterio se tendrá una probabilidad de falla del 22% dentro de un periodo de vida útil de 25 años. Un periodo de retorno mayor se considera económicamente poco factible y uno menor se considera poco apropiado dado el grado de protección que se requiere.

4.6.2. Dimensiones de los canales

En el dimensionamiento de los tramos escalonados se consideró flujo saltante o rasante para disipar eficiente y controladamente la energía del flujo mientras se conduce hasta


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la parte inferior del talud. Para ello, se empleó la metodología propuesta por Llano (2003), la cual se resume en las siguientes expresiones para calcular los límites de los diferentes tipos de flujo:

Límite superior para flujo saltante:

249.1398.401.11

2

l

h

l

h

h

Yc

Límite inferior para flujo rasante:

846.1247.7476.17

2

l

h

l

h

h

Yc

Donde:

h: Altura de los escalones m l: Longitud de los escalones m Yc: Profundidad crítica de flujo sobre la cresta del canal En la Figura 28 se ilustran las zonas asociadas a cada régimen de flujo saltante y rasante.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Yc/h

h/l

Tipo de Flujo

Límite superior Flujo saltante Límite inferior Flujo rasante

Límite Superior Resalto Hdco.

Figura 28. Límites de régimen de flujo en canales escalonados (Llano, 2003)

Flujo Rasante

Flujo en Transición

Flujo saltante sin

resalto hidráulico

Flujo saltante con

resalto hidráulico


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Adicionalmente, se consideró flujo uniforme (empleando la fórmula de Manning) (Chow, 2004) en aquellos tramos de los canales donde el fondo es continuo a lo largo de una distancia suficiente para alcanzarse la profundidad normal.

(Manning)

Donde:

A: Área mojada en m2 RH: Radio hidráulico en m S: Pendiente del canal en m/m n: Rugosidad de Manning

Q: Caudal en m3/s.

Se consideró un borde libre para tener en cuenta las fluctuaciones de la superficie de flujo dado por la siguiente expresión:

Donde:

Bl: Borde libre en m YN: Profundidad normal en m

La verificación de la capacidad hidráulica de los canales rectangulares con flujo uniforme se presenta en la Tabla 18 y la sección típica de los canales se presenta en la Figura 29. La verificación hidráulica de los canales escalonados se presenta en el Anexo.


TÚNEL DE ORIENTE


Tabla 18. Verificación capacidad hidráulica de los canales rectangulares con flujo uniforme

Ancho Altura ZCaudal

diseño

Rugosidad

ManningPen. Yn

Borde

libre

Altura

mín.Vel.

[m] [m] [m] [l/s] [adim] [%] [m] [m] [m] [m/s]

C1-T1 0.60 0.60 0.00 233.55 Concreto 0.013 1.00 0.21 0.35 0.56 1.89 OK

C1-T2 0.65 0.60 0.00 551.17 Concreto 0.013 3.00 0.24 0.36 0.60 3.55 OK

C1-T3 0.90 0.60 0.00 809.01 Concreto 0.013 3.00 0.23 0.36 0.59 3.83 OK

C1-T4 1.10 0.60 0.00 1045.13 Concreto 0.013 3.00 0.24 0.36 0.60 4.02 OK

C1-T5 1.30 0.60 0.00 1169.71 Concreto 0.013 3.00 0.22 0.36 0.58 4.03 OK

C1-T6 1.40 0.60 0.00 1293.10 Concreto 0.013 3.00 0.23 0.36 0.58 4.10 OK

C1-T7 1.50 0.60 0.00 1443.93 Concreto 0.013 3.00 0.23 0.36 0.59 4.18 OK

C2-T1 1.10 0.60 0.00 534.82 Concreto 0.013 1.00 0.22 0.35 0.57 2.23 OK

C2-T2 1.20 0.70 0.00 1032.71 Concreto 0.013 1.00 0.32 0.38 0.70 2.70 OK

C2-T3 1.55 0.70 0.00 1296.80 Concreto 0.013 1.00 0.30 0.38 0.68 2.78 OK

C2_T4 1.65 1.00 0.00 3059.69 Concreto 0.013 1.00 0.52 0.43 0.95 3.58 OK

C3-T1 0.95 0.60 0.00 490.19 Concreto 0.013 1.00 0.23 0.36 0.59 2.23 OK

C3-T2 1.45 0.60 0.00 848.35 Concreto 0.013 1.00 0.24 0.36 0.60 2.45 OK

C3-T3 1.40 0.70 0.00 1231.73 Concreto 0.013 1.00 0.32 0.38 0.70 2.78 OK

C3-T4 1.60 0.70 0.00 2446.02 Concreto 0.013 3.00 0.31 0.38 0.69 4.91 OK

C3-T5 1.60 1.00 0.00 5617.44 Concreto 0.013 3.00 0.55 0.44 0.99 6.33 OK

C4-T1 0.80 0.65 0.00 431.79 Concreto 0.013 1.00 0.25 0.36 0.61 2.19 OK

C4-T2 1.20 0.65 0.00 800.94 Concreto 0.013 1.00 0.27 0.37 0.63 2.50 OK

C4-T3 1.40 0.60 0.00 983.58 Concreto 0.013 2.00 0.22 0.35 0.57 3.27 OK

C5-T1 0.60 0.65 0.00 330.18 Concreto 0.013 1.00 0.26 0.37 0.63 2.08 OK

C5-T2 0.80 0.60 1.50 1176.21Piedra

pegada0.030 20.00 0.23 0.36 0.59 4.44 OK

Nombre

obra

Material

del canalVerificación

Figura 29. Canal típico de concreto

Las dimensiones finales de los canales escalonados se presentan en la Tabla 19.


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Tabla 19. Dimensiones finales

Ancho Altura Ancho Altura Ancho Altura

[m] [m] [m] [m] [m] [m]

C1-T1 0.60 0.60 C2-T1 1.10 0.60 C3-T4 1.60 0.70

C1-T2 0.65 0.60 C2-T2 1.20 0.70 C3-T5 1.60 1.00

C1-T3 0.90 0.60 C2-T3 1.55 0.70 C4-T1 0.80 0.65

C1-T4 1.10 0.60 C2_T4 1.65 1.00 C4-T2 1.20 0.65

C1-T5 1.30 0.60 C3-T1 0.95 0.60 C4-T3 1.40 0.60

C1-T6 1.40 0.60 C3-T2 1.45 0.60 C5-T1 0.60 0.65

C1-T7 1.50 0.60 C3-T3 1.40 0.70

Nombre

obra

Nombre

obra

Nombre

obra

4.6.3. Dimensiones de las alcantarillas circulares

La evaluación de la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares se realizó de dos maneras. La primera, considerando que en ellas se presenta flujo uniforme a lo largo de toda la alcantarilla, la segunda, mucho más precisa, considerando el tipo de control con el que funciona la obra, sea en la entrada o en la salida.

Para la evaluación por flujo uniforme se empleó la formulación de Manning, se consideró un borde libre para tener en cuenta las fluctuaciones de la superficie de flujo y se tuvo en cuenta una pendiente mínima del 3%.

(Manning)

Donde:

A: Área mojada en m2

RH: Radio hidráulico en m

S: Pendiente del canal en m/m

n: Rugosidad de Manning

Q: Caudal en m3/s.

Tabla 20. Verificación de la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares con flujo uniforme

Diametro

interno

Caudal de

diseño

Rugosidad

ManningPen. YN RH

Número

Froudeq/Q

Velocidad

real

[mm] [l/s] [adim] [%] [m] [m] [Adim] [adim] [m/s]

Alcantarila 1 900 1169.71 0.013 3.00 0.42 0.22 2.17 0.37 3.89 Cumple





# Alcantarilla

Verificación

flujo

uniforme

Para evaluar la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares de la segunda

manera, se empleó el software HY-8 de la Federal Highway Administration (FHWA), el

cual considera las condiciones en la entrada y en la salida para determinar si la


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capacidad de la obra está controlada por las condiciones en el encole o en el descole, y

estableciendo el tipo y perfil de flujo dependiendo de ellas. Los métodos aplicados por

este software están fundamentados en la publicación "Hydraulic Design Series 5:

Hydraulic Design of Highway Culverts" (HDS-5) [publication FHWA-NHI-01-020, May

2005 revision]. Los perfiles de flujo obtenidos con esta metodología se presentan en el

Anexo.

Pudo constatarse que las condiciones en la entrada son las más restrictivas para las

alcantarillas circulares, y que por lo tanto su capacidad hidráulica está determinada por

el control en el encole.

4.6.4. Dimensiones de las cunetas

En términos generales el diseño de las cunetas consistió en la determinación del diámetro de las cunetas, para el valor de pendiente y caudal requeridos; se verificó la capacidad de esta garantizando flujo libre durante la creciente de diseño, manteniendo las velocidades de flujo dentro de los valores aceptables.

Para garantizar el funcionamiento a flujo libre de la obra, se estableció que las dimensiones de la sección de la cuneta deberían ser tales que la profundidad normal del flujo estuviera por debajo del diámetro entre dos mediante el empleo de la expresión de Manning; esta expresión se muestra a continuación:

(Manning)

Donde:

A: Área mojada en m2 RH: Radio hidráulico en m S: Pendiente del canal en m/m n: Rugosidad de Manning Q: Caudal en m3/s. Por facilidad de construcción, se proponen cunetas prefabricadas en medio tubo de concreto.

Las memorias de cálculo de la capacidad hidráulica de todas las obras se muestran en el anexo; la localización y las dimensiones de las obras se presentan a modo de esquema en la Figura 30. Todos los detalles se muestran en los planos P-2284-TO-DS-03 a P-2284-TO-DS-19


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Figura 30. Esquema de localización y dimensiones de las obras hidráulicas proyectadas

C1-T1

0.60 x 0.60

Alc. 1

ɸ=0.90 m

Alc. 2

ɸ= 1.20 m

Alc. 4

ɸ= 1.50 m

Alc. 3

ɸ= 1.20 m

Alc. 5

ɸ= 0.90 m C1-T2

0.65 x 0.60

C1-T3

0.90 x 0.60

C1-T4

1.10 x 0.60

C1-T5

1.6 x 0.60

C1-T6

1.4 x 0.60

C1-T7

1.50 x 0.60

C2-T1

1.10 x 0.60

C2-T2

1.20 x 0.70

C2-T3

1.50 x 0.70

C2-T4

1.65 x 1.00

C2-T5

1.65 x 1.00

C3-T1

0.95 x 0.60

C3-T2

1.45 x 0.60

C3-T3

1.40 x 0.70

C3-T4

1.60 x 0.70

C4-T1

0.80 x 0.65

C4-T2

1.20 x 0.65

C4-T3

1.40 x 0.65

C5-T1

0.60 x 0.65

C3-T5

1.60 x 1.00


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5. PROCESO Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS

Con el fin de minimizar el impacto ambiental y tratando de intervenir la menor área posible, se ha planteado la construcción del depósito de material en dos etapas, la primera se muestra en la Figura 31, que no cubre el cauce de la quebrada la India.

Figura 31. Primera etapa depósito Seminario

En esta etapa, que tiene un volumen de 650.000m3 , se estima se lograría disponer el material proveniente de los cortes de la vía y parte del material excavado en los túneles; sin embargo, con el fin de tener una mayor capacidad de almacenamiento para volúmenes de material distintos a los cortes, se planteó extender el depósito como se muestra en la Figura 32, cubriendo el cauce de la Quebrada.


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Figura 32. Conformación final del depósito Seminario

La condición definitiva del depósito Seminario implica una capacidad cercana a 1.000.000 m3, condición que conlleva a intervenir una parte importante de la zona, por esta razón, es fundamental realizar una adecuación integral del terreno y los drenajes naturales presentes en la zona como se detalla en las secciones siguientes.

5.1. DESCAPOTE Y ADECUACIÓN DE LA FUNDACIÓN DEL DEPÓSITO

Las primeras adecuaciones del sitio corresponden al descapote y conformación de la fundación del depósito, estas actividades implican:

1. Retirar por completo la capa orgánica de la zona a disponer, por ningún motivo

se debe disponer este material en el fondo del depósito, ya que por las pobres

especificaciones de este material se pueden favorecer zonas de debilidad dentro del

depósito. La materia orgánica puede ser almacenada y posteriormente utilizada para la

revegetalización del depósito o de otros sectores de la vía. La fundación del depósito

debe ser escalonada, con escalones que sirvan de apoyo al depósito. Tales escalones

deben tener una inclinación 1V:2H como se detalla en la Figura 10 y en los perfiles del

plano P-2284-TO-DS-02.

2. Construcción de los diques en roca que se muestran en las Figura 31,Figura 32 y

Figura 33 y en plano P-2284-TO-DS-02. Se propone la construcción de por lo menos


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dos diques, uno principal, emplazado en la base del terraplén y otro auxiliar localizado

aproximadamente en la mitad del depósito. Especialmente en el dique inferior, se debe

colocar material de filtro en la base del dique y en la cara posterior que está en contacto

con el lleno con el objeto de evitar la contaminación del material del dique.

Figura 33. Sección transversal del dique principal

Dichos diques deben ser conformados con rezaga de túnel o con roca proveniente de los taludes en roca, por lo que es importante que la construcción del mismo cumpla con las especificaciones INVIAS para pedraplenes. Se debe hacer una programación en la conformación del lleno de tal forma que se puedan construir de forma gradual los diques, porque estos elementos resultan fundamentales para garantizar la estabilidad y seguridad del depósito durante construcción y a largo plazo.

5.2. MANEJO DE AGUAS SUBSUPERFICIALES Y DE ESCORRENTÍA

Antes de iniciar con la disposición en la zona de depósito, es necesario intervenir los cauces y drenajes naturales presentes en la zona, para esto, es necesario construir un sistema de filtros profundos tipo espina de pescado como se muestra en la Figura 34 y en los planos P-2284-TO-DS-11 y 12.

5m

13m

3.5m


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Figura 34. Red de filtros en la zona

Figura 35. Secciones típicas de filtros espina de pescado


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El objetivo del sistema de filtros es el de captar y encauzar de manera organizada y eficiente las aguas que se infiltren desde el lleno y la fundación, de tal forma que se garantice que la fundación del depósito permanezca seca la mayor parte del tiempo, y evite el arrastre de finos desde el depósito hacia la fundación.

Por la importancia del sistema de filtros, es importante que estos se construyan con todo el rigor del caso, para esto es importante tener en cuenta que:

1. Las excavaciones en material suelto deben estar entibadas adecuadamente si se

pretenden realizar manualmente.

2. Todos los filtros sin excepción deben presentar una primera capa de 25cm de

espesor compuesta por grava y arena libre de finos, es decir solo se aceptaran

materiales libres de limos y arcillas. La función de esta primera capa es la de ofrecer

protección al geotextil y prolongar la vida útil del mismo, garantizando así la efectividad

del filtro y previniendo la colmatación del geotextil. En principio, este material debe

presentar una granulometría cuyo D15 varié entre 0.5mm y 0.05mm y el D85 del material

empleado este entre 5mm y 0.75mm.

3. Inmediatamente de esta primera capa, se debe colocar un geotextil no tejido, el

cual recubra y proteja el núcleo permeable del filtro, el geotextil constituye una segunda

frontera de protección, con la que se pretende evitar la contaminación y obstrucción del

núcleo drenante del filtro, por ningún motivo se deben emplear geotextiles punzonados,

rasgados o rotos, ya que esto implicaría la obstrucción del filtro. El geotextil, debe tener

las siguientes especificaciones mínimas:

Resistencia a la tensión elongación(Método Grab): 1070N

Resistencia al punzonamiento:590N

Resistencia al rasgado trapezoidal: 400N

Tamaño de abertura aparente: 0.125mm

Permeabilidad: 34x10-2cm/s

Espesor:2.4mm

4. El núcleo del filtro debe estar compuesto por material grueso compuesto por

gravas de tamaño 1 ½” a 3”, libre de finos. Este material debe ser dispuesto

manualmente para evitar la segregación de material en el fondo. Durante la

construcción tratar de dejar tramos de filtro completamente terminados, de no ser

posible, al final de la jornada, el material se debe tapar para evitar la colmatación por

arrastre de finos durante lluvias.

5. En la base del filtro se debe instalar una tubería perforada de 8” de diámetro para

mejorar la eficiencia hidráulica del sistema y aumentar la capacidad hidráulica del filtro.

6. La parte alta del filtro estará conformada por material seleccionado, compuesto

por arena y grava debidamente compactada, dicho sello debe estar libre de materia

orgánica, raíces, hojas, basura etc, o cualquier elemento que potencialmente contamine

y/o obstruya el filtro.


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7. La inclinación longitudinal de los filtros debe ser igual a la del terreno, en las

zonas planas, los filtros no deben tener pendientes inferiores al 5%, por lo que es

necesario que garantice dicha pendiente topográficamente durante la construcción del

mismo, la pendiente es fundamental para evitar represamientos internos de agua.

Los filtros F3 y F5 (ver plano P-2284-TO-DS-11 y 12), al estar emplazados en cauces,

requieren una sección hidráulica de gran capacidad y con la cual se puedan realizar

mantenimientos periódicos al sistema. En estos filtros, se propone la construcción de un

filtro de sección trapezoidal y tubería en concreto como se detalla en la Figura 36.

Figura 36. Sección transversal del filtro principal en los filtros F3 y F5

Los filtros F3 y F5, están localizados en cauces intermitentes y estacionales de la zona, donde confluyen drenajes naturales los cuales aportan caudal, por esta razón, se deben emplear filtros gran capacidad hidráulica, de tal forma que se garantice el permanente drenaje de la fundación del depósito. Finalmente, es importante anotar que el crudo de rio debe estar compuesto por arena y grava libre de finos.

Como actividad paralela a la construcción de los filtros, se deben construir los canales perimetrales del depósito con el fin de reducir al máximo las aguas de escorrentía que actualmente drenan hacia las cuencas del sitio.

5.2.1. Manejo de aguas durante la disposición

Durante la conformación del depósito es necesario implementar un sistema de drenaje superficial adecuado, el cual garantice un manejo integral de las aguas de escorrentía que logren ingresar al sitio de disposición, para esto se propone la construcción de


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cunetas temporales en geomembrana y piedra pegada como se muestra en la Figura 37.

Figura 37. Sección transversal de cuneta temporal-Filtro intermedio

Durante la disposición, se deben construir redes de estas cunetas en forma de espina de pescado para reducir la saturación del depósito, y mejorar el tránsito de equipos en el mismo; en todos los niveles, sin excepción se deben construir estos sistemas de drenaje; adicionalmente, antes de disponer el nivel siguiente se deben llenar estas cunetas con material filtrante para así propiciar redes de drenaje intermedias dentro del depósito, estas redes de drenaje facilitan la compactación del material y eventualmente permitirán maximizar el volumen del depósito ya que propician la rápida expulsión de agua desde el depósito. Se debe construir un sistema de cunetas en cada nivel de berma, de tal forma que los filtros terminen descargando en cunetas definitivas del depósito.

5.3. DISPOSICIÓN DEL MATERIAL

La disposición del material se debe realizar desde la parte baja e ir subiendo hasta conformar un nivel, debe entenderse que un nivel corresponde a la superficie dispuesta cuya cota es igual en toda su extensión, normalmente se manejan niveles hasta la cota de cada berma, por la conformación del depósito, se esperan entre 4 y 7 niveles dependiendo de la sección transversal analizada.

Filtro intermedio Tubería perforada, =2”

Cuneta

Filtro intermedio


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Cada nivel debe estar debidamente compactado, lo que exige control topográfico riguroso en la zona; realizar tramos de prueba con equipos para estimar el número de pasadas necesarias para garantizar por lo menos el 90% del proctor estándar.

En la media de lo posible, se debe evitar disponer material saturado en el depósito, para esto, es necesario solear y drenar lo mayor posible estos materiales antes de disponerlos, para esto, se deben propiciar zonas donde sea posible airear el material sin que sufra saturación por lluvias.

Es imperativa la presencia de personal experto en el sitio de disposición el cual controle y organice la entrada y disposición de material dentro del depósito.

Se debe evitar disponer materia orgánica en la base del depósito es vital para evitar la formación de zonas débiles y planos de falla.

A medida que se tengan niveles en cota de servicio, se deben construir las obras de drenaje y empradización recomendadas en los diseños.


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6. CONCLUSIONES.

En el sitio de disposición final de material, predominan los suelos residuales de Gabro, en la zona se detectaron los horizontes IB y IC de meteorización, los cuales abarcan espesores que superan los 36m. En la zona no se detectaron procesos activos ni afloramientos de aguas que indicios de zonas inestables o zonas débiles.

Los análisis de estabilidad muestran que bajo las condiciones actuales la ladera es estable tanto en condiciones estáticas como seudo estáticas de carga.

Bajo la condición de servicio, el depósito es estable aún para el escenario conservador que consideró el nivel freático en el contacto lleno-terreno natural, las potenciales superficies de falla presentaron valores adecuados, por lo que se descartan fallas que comprometan la fundación del sitio.

De los análisis de estabilidad, no se detectaron fallas o potenciales superficies de falla las cuales comprometan la estabilidad actual y futura del tanque la Pastora.

Los modelos de elementos finitos muestran que el depósito de material es estable; para este, se esperan asentamientos máximos de 1m en la parte más alta del mismo, los modelos no arrojaron desplazamientos laterales significativos en el depósito, este comportamiento es influenciado por la presencia de un dique en roca en la pata del depósito que confina y rigidiza el material depositado.

El tanque La Pastora no sufre deformaciones en sus inmediaciones o concentraciones de esfuerzos las cuales desencadenen procesos o movimientos que comprometan la estabilidad del tanque y sus redes. Es importante revisar la integridad estructural del tanque, ya que durante los recorridos se encontró que la descarga en tubería de 18” que da a la quebrada presenta flujo permanente aun cuando dicha quebrada está seca.

Con el fin de minimizar el área a intervenir, se propone la construcción del depósito en dos etapas, la primera comprende un volumen de 650.000m3 y la segunda 350.000 m3, en principio, con la primera etapa se estima se cubriría el material producto de la excavación de la vía y parte de los túneles, sin embargo, se dejó una capacidad adicional para atender volúmenes propios de la construcción de la vía, cada etapa requiere un tratamiento integral de cuencas y drenajes, de tal forma que se reduzca el impacto ambiental y se garantice la estabilidad del depósito.

Para garantizar la estabilidad del depósito es importante adecuar la zona antes de iniciar con la disposición final, esto incluye descapotar completamente toda la zona donde se va a disponer, adecuar dientes en la ladera para mejorar el apoyo del depósito. Durante la fase de llenado, se deben construir diques de roca en la zona intermedia del depósito para ir confinando el material. Adicionalmente a los tratamientos anteriores, se deben construir filtros profundos en espina de pescado para captar, drenar y secar la base del depósito, se propone la construcción de tres tipos de filtros, de estos es importante la implementación de filtros de presa en los cauces definidos de la quebrada la India y en el Filtro 3 que se muestra en el plano P-2284-TO-DS-11 y 12, este filtro tiene como objetivo abatir de forma eficiente los niveles freáticos y garantizar


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sequedad en la base del lleno, los filtros tipo 1 y 2, son filtros convencionales, los cuales deben construirse en los drenajes naturales, incluso en aquellas zonas donde se detecten drenajes naturales, los cuales no fueron detallados en la topografía. Por ningún motivo, se debe iniciar la disposición en la zona de depósito sin antes haber tratado adecuadamente todos los drenajes y cauces naturales presentes en la zona.

La estabilidad del lleno se garantiza siempre y cuando se cumplan las especificaciones constructivas tales como la implementación del dique en roca en la pata del depósito, compactación en capas, compactación mínima equivalente al 95% del proctor modificado, descapote en la totalidad del área afectada, manejo de aguas temporales y definitivas; se debe tener especial cuidado de las entregas de canales temporales, se debe evitar dejar dichas descargas en zonas débiles o erodables, y siempre se deben llevar a cuerpos de agua o cauces de forma controlada.

Es importante para garantizar la estabilidad del depósito la implementación del sistema de drenaje perimetral propuesto antes de iniciar con la disposición, además la implementación durante la etapa de construcción de un sistema provisional de manejo de aguas superficiales.

La función del sistema de drenaje superficial del depósito es captar el agua de escorrentía de la manera más eficiente para reducir los tiempos de recorridos de las aguas de escorrentía superficial, captándolas de una manera rápida y garantizando una adecuada evacuación y descarga de esta a través de los diferentes canales que componen el sistema de drenaje. Todo esto para reducir el agua de infiltración que pueda ingresar al lleno, controlar los procesos erosivos en superficie y conservar las condiciones secas de este.

Se instalaron canales escalonados revestidos en concreto en el límite superior del lleno que actuaran como las ronda de coronación de este, cortando las líneas de flujo superficial que viajan desde la parte alta de la cuenca.

Los canales 2 y 3 nacen en la parte alta de la reconformación y su función principal es captar rápida y eficazmente la escorrentía generada sobre la reconformación y conducirla de manera controlada hasta llevar su descarga hasta un sitio adecuado.

El canal 4 actuará como canal divisor de las cuencas de la quebrada La India y La Cangreja. Este canal recogerá las aguas de escorrentía de algunas cunetas de la reconformación hasta el límite de la cuenca de la quebrada La Cangreja y los conducirá de manera controlada hasta el canal 3, garantizando que no haya transvase de flujo en las cuencas.

Los canales 1 y 5 actúan como canales perimetrales del lleno, recogen el agua de escorrentía del talud evitando que está se incorpore al lleno.

Las diferentes alcantarillas circulares tienen como función principal, permitir la continuidad del recorrido de las aguas de escorrentía superficial de los diferentes canales a través de las diferentes vías que existen en el área de estudio.

Se recomienda la implementación de un sistema de instrumentación compuesto por inclinómetros y piezómetros cuyo objetivo es monitorear y controlar las deformaciones y


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niveles piezómetros en la zona afectada por el deposito antes, durante y después de la etapa de construcción. En el plano P-2284-TO-DS-02, se presenta la localización de la instrumentación propuesta. En general, se requiere la instalación de por lo menos cuatro inclinómetros profundos (Entre 35 y 40m) localizados en la base y corona del depósito con el fin de monitorear el comportamiento del depósito incluso antes de la adecuación del mismo, de tal forma que se tenga un seguimiento completo de la zona, por otro lado, es fundamental instalar por lo menos dos piezómetros redundantes en la base del lleno, sobre todo en la cercanía de los cauces de la quebrada la India, esto con el fin de evaluar la efectividad del sistema de drenaje y monitorear las presiones intersticiales en la zona.


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7. REFERENCIAS

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Braja M Das. Principios de ingeniería de Cimentaciones. McGraw Hill

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GONZALEZ, H. 2001. Mapa Geológico de Antioquia, escala 1:400.000.

Suárez. Deslizamientos, Vol1, Editorial UIS, Bucaramanga, 2006.

González. H. Mapa geológico del departamento de Antioquia, escala 1:400.000. Memoria explicativa, Documento PDF, Ingeominas, 2001

Empresas Públicas de Medellín. Revista Hidrometeorológica. Noviembre de 2005.

Fatorelli, Sergio; Fernandez, Pedro; Diseño hidrológico. Zeta Editores, 2008.

Federal Highway Administration. Hydraulic Design of Highway Culverts. Publication No. FHWA-NHI-01-020, September 2001.

Integral S.A. Informe de diseño Túnel Aburrá-Oriente. Febrero de 2010.

Juárez Badillo. Mecánica de Suelos, Tomo III. 1980.

Posada, Lilian. Transporte de Sedimentos. Universidad Nacional de Colombia.

Ven Te Chow; Maidment, David R., y Mays, Larry W. "Hidrología aplicada". Editorial McGraw Hill, 1994.

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