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INFORME TÉCNICO TÚNEL CORTO BERMELLÓN CONTRATO 00806 DE 2017 TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ – CAJAMARCA PROYECTO DE CRUCE DE CORDILLERA CENTRAL. DOCUMENTO Nº CLL-INF-057-18 REVISIÓN 2 RUTA 4003 BOGOTÁ D.C., AGOSTO DE 2018

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

LISTA DE DISTRIBUCIÓN DEPENDENCIA

No. de copias

CLIENTE CONSORCIO LA LÍNEA

1

Centro de Documentación del Proyecto

1

ÍNDICE DE MODIFICACIONES Revisión del documento

Sección modificada

Fecha de modificación

Observaciones

0

-

12-12-2017

Versión original

1

4.2,4.7,6

10-04-2018

2

3.3, 4.1, 4.5, 4.6, 5.3, 6, 7.

27-08-2018

Se modifica túnel falso, Análisis Estabilidad Global de Ladera, Conclusiones Se modifica análisis de resistencias y espesores de concreto lanzado, análisis caída de rocas, evaluación de la estabilidad al interno del túnel con método numérico, revestimiento de los túneles cortos, matriz de riesgo, conclusiones, referencias.

ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN Contrato:

7857-5-2017

Título Documento:

CONSULTORÍA DE LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ –CAJAMARCA, PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Documento No. :

CLL-INF-057-18-R2 TÚNEL CORTO BERMELLÓN

Número de revisión Nombre Vo. Bo Especialista (área)

Nombre

Fecha

Nombre

CLL-INF-057-18-R2

10-04-2018

27-08-2018

R. Gutiérrez / C. Marulanda

R. Gutiérrez / C. Marulanda

R. Gutiérrez / C. Marulanda

12-12-2017

10-04-2018

27-08-2018

A. Marulanda

A. Marulanda

A. Marulanda

12-12-2017

10-04-2018

27-08-2018

J. Villota

J. Villota

J. Villota

12-12-2017

10-04-2018

27-08-2018

Firma Fecha

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018

12-12-2017

Firma Fecha

Vo. Bo. Director Consorcio La Línea

2 R.Isgró / M.Bernal

Firma

Nombre Vo. Bo Director de la Consultoría

1 R. Isgro’ /M.Bernal

Firma Fecha

Vo. Bo Director de Departamento (área) / Vo. Bo Director División (área)

0 R. Isgro’

Nombre Vo. Bo Especialista de la Interventoría

Nombre

CLL-INF-057-18-R2

E. Hernández

12-12-2017

10-04-2018

27-08-2018

H. Díaz

H. Díaz

H. Díaz

12-12-2017

10-04-2018

27-08-2018

Firma Fecha

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018

E. Hernández

Firma Fecha

Vo. Bo Director de la Interventoría

E. Hernández

TABLA DE CONTENIDO 1.

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

2.

ANTECEDENTES E INFORMACIÓN CONSULTADA ................................................................2

2.1 ANTECEDENTES .......................................................................................................................2 2.2 INFORMACIÓN CONSULTADA .................................................................................................7 2.3 METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTOS APLICADOS ..............................................................8 3.

ASPECTOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS .......................................................................10

3.1 CONDICIONES GEOLÓGICAS ................................................................................................10 3.2 PARAMETROS GEOTÉCNICOS .............................................................................................14 3.3 ENSAYOS DE NUCLEOS Y ESPESORES DE CONCRETO LANZADO ................................15 4.

ANÁLISIS GEOTÉCNICOS Y ESTRUCTURALES ...................................................................19

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

ANÁLISIS DE CAÍDA DE ROCAS EN LA ZONA SUPERIOR DE LOS TÚNELES FALSOS ..19 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE LOS TÚNELES FALSOS ..........19 DISEÑO ESTRUCTURAL DE LOS TÚNELES FALSOS .........................................................21 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES ............................................................................24 EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD AL INTERNO DEL TÚNEL CON MÉTODO NUMÉRICO 25 4.5.1 Evaluación de la estabilidad actual del túnel con método numérico .......................... 25 4.5.2 Evaluación de las diferentes opciones de revestimiento ............................................ 31 4.6 REVESTIMIENTO DE LOS TÚNELES CORTOS ....................................................................35 4.6.1 Diseño estructural del revestimiento de los túneles cortos ......................................... 36 4.7 ANÁLISIS GLOBAL DE LA ESTABILIDAD DE LA LADERA ANTE EVENTOS DE LLUVIAS Y/O EVENTOS SÍSMICOS ...............................................................................................................40 4.7.1 Aspectos generales ..................................................................................................... 40 4.7.2 Resultados de los análisis ........................................................................................... 40 5. ANALISIS DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN Y REVESTIMIENTO DE LOS TÚNELES ..........................................................................................................................................42 5.1 ASPECTOS GENERALES ........................................................................................................42 5.2 REFUERZO DEL CONCRETO LANZADO ...............................................................................43 5.3 MATRIZ DE RIESGOS .............................................................................................................44 5.3.1 Amenazas ................................................................................................................... 44 5.3.2 Análisis de riesgo ........................................................................................................ 45 5.3.3 Evaluación del riesgo .................................................................................................. 46 6.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.............................................................................52

7.

REFERENCIAS ..........................................................................................................................55

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LISTA DE TABLAS Tabla 2.1. Soporte previsto en diseños de la UT – II Centenario ....................................................... 3 Tabla 3.1 Parámetros geotécnicos del suelo .................................................................................... 14 Tabla 3.2 Parámetros geotécnicos de la roca................................................................................... 14 Tabla 4.1. Longitud optima del túnel falso y fuerza de impacto por caída de roca - RocFall® ........ 19 Tabla 4.2. Estabilidad de los túneles falsos – deslizamiento y volcamiento ..................................... 21 Tabla 4.3. Análisis de estabilidad de taludes en proximidad del túnel Bermellón ............................ 24 Tabla 4.4. Análisis de deformaciones y esfuerzos con método numérico ....................................... 26 Tabla 4.5. Opciones de revestimiento evaluadas ............................................................................. 31 Tabla 4.6. Resumen de resultados para el túnel Bermellón-Portal Salida (Zona Crítica) ................ 34 Tabla 4.7. Factores de seguridad para diferentes escenarios. ......................................................... 40 Tabla 5.1. Identificación de peligros o amenazas para la estabilidad del túnel. ............................... 44 Tabla 5.2. Grado de Consecuencias de los peligros ........................................................................ 45 Tabla 5.3. Escala de la probabilidad cualitativa de ocurrencia del evento ....................................... 45 Tabla 5.4. Matriz de riesgo. ............................................................................................................... 46 Tabla 5.5.Calificación cualitativa del nivel de riesgo ......................................................................... 46 Tabla 5.6. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción del soporte instalado, concreto lanzado y arcos HEB100. .................................................................................................................. 47 Tabla 5.7. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción de revestimiento de concreto lanzado .............................................................................................................................................. 48 Tabla 5.8. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción de revestimiento de concreto convencional...................................................................................................................................... 49

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LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Modificación a los diseños del 2009 incluyendo el túnel Bermellón .................................. 2 Figura 3.1 Planta Geológica interpretada según reconocimientos de campo. ................................. 12 Figura 3.2 Perfil Geológico interpretado según reconocimientos de campo. ................................... 13 Figura 3.3. Resultados de ensayos de resistencia de núcleos de concreto lanzado – Túnel Bermellón .......................................................................................................................................... 15 Figura 3.4. Resistencia de los núcleos de concreto: Distribución normal requerida vs. Distribución normal del proyecto ........................................................................................................................... 16 Figura 3.5. Espesores de concreto lanzado en el túnel Bermellón................................................... 17 Figura 3.6. Espesores de los núcleos de concreto: Distribución normal requerida vs. Distribución normal del proyecto ........................................................................................................................... 17 Figura 4.1. Esquema geométrico del túnel falso en el portal entrada del túnel Bermellón .............. 21 Figura 4.2 Fuerzas actuantes en la estructura del túnel falso .......................................................... 22 Figura 4.3. Diagramas de capacidad estructural de los túneles falsos............................................. 23 Figura 4.4. Análisis de estabilidad de taludes en condición estática en presencia de túnel falso, Túnel Bermellón – Portal Entrada K36+186...................................................................................... 25 Figura 4.5. Análisis de desplazamientos totales con métodos numéricos, Túnel Bermellón – Portal entrada - K44+265,0- Soporte Colocado .......................................................................................... 27 Figura 4.6. Deformaciones unitarias máximas de corte – sección del portal de entrada – soporte colocado. ........................................................................................................................................... 27 Figura 4.7. Diagrama de capacidad estructural del soporte colocado .............................................. 28 Figura 4.8. Desplazamientos máximos en caso de un sismo – soporte colocado ........................... 29 Figura 4.9. Deformaciones unitarias máximas de corte – soporte colocado .................................... 29 Figura 4.10. Diagrama de capacidad estructural del sostenimiento ante un evento sísmico para una sección de análisis cerca del portal de entrada. – Soporte colocado. .............................................. 30 Figura 4.11.Diagrama de capacidad estructural del emboquille en concreto convencional ante un evento sísmico para una sección de análisis cerca del portal de entrada. ....................................... 30 Figura 4.12. Diagrama de capacidad de la opción 1, sostenimiento colocado. ................................ 33 Figura 4.13. Diagrama de capacidad de la opción 2, revestimiento de concreto lanzado. .............. 33 Figura 4.14. Diagrama de capacidad de la opción 3, revestimiento de concreto convencional. ...... 34 Figura 4.15.Aplicación de carga vertical del terreno 24 kN/m en el modelo SAP2000. ................... 37 Figura 4.16. Coeficiente sísmico de 0,225 aplicado al modelo. ........................................................ 37 Figura 4.17. Diagrama de Momento Flector resultante para el revestimiento bajo las cargas aplicadas ........................................................................................................................................... 38 Figura 4.18. Refuerzo para el revestimiento de los túneles cortos ................................................... 39 Figura 4.19. Viga base del revestimiento para los túneles cortos .................................................... 39 Figura 4.20. Análisis de estabilidad global de la ladera para la condición sismo = 0,7PGA y ru = 0,15. ................................................................................................................................................... 41 Figura 5.1. Comparación fibras metálicas y sintéticas (Novak, 2007). ............................................. 43 Figura 5.2 Secciones de excavación irregulares en el Túnel Bermellón .......................................... 51

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LISTA DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 2.1 Túnel Bermellón – Sector por colocar arcos de acero ................................................ 4 Fotografía 2.2 Detalle de arcos de acero oxidados en el túnel Bermellón ......................................... 4 Fotografía 2.3 Detalle de la tubería instalada en el túnel Bermellón .................................................. 5 Fotografía 2.4 Imagen aérea del portal salida – Túnel Bermellón ...................................................... 6 Fotografía 4.1 Portales del Túnel Bermellón ..................................................................................... 20 Fotografía 5.1 Excavación irregular en el Túnel Bermellón .............................................................. 50

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LISTA DE ANEXOS Anexo 1. Ficha Técnica Anexo 2. Desprendimiento de bloques Anexo 3. Estabilidad del túnel falso Anexo 4. Estabilidad actual del túnel con métodos numéricos Anexo 5. Estabilidad de taludes Anexo 6. Análisis sobre el revestimiento Anexo 7. Planos

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1. INTRODUCCIÓN

Este documento tiene por objeto presentar los diseños geotécnicos y memorias de cálculo para la terminación del túnel corto Bermellón. El túnel Bermellón se encuentra ubicado en el corredor vial entre el intercambiador Bermellón y el municipio de Cajamarca. El túnel corto Bermellón se desarrolla entre las abscisas K36+186,63 y K36+457,60 El informe está estructurado de la siguiente manera: Capítulo 1: Se hace una descripción breve del túnel corto Bermellón. Capítulo 2: Se hace una descripción breve de antecedentes y de la información consultada. Capítulo 3: Se presentan los aspectos geológicos, criterios, metodologías y procedimientos adoptados para los análisis ejecutados. Capítulo 4: Se presentan los resultados de los análisis ejecutados para el túnel corto Bermellón. Capítulo 5: Se presenta un análisis del sistema de impermeabilización y revestimiento para los túneles cortos. Capítulo 6: Se presentan las conclusiones y recomendaciones. Capítulo 7: Se presentan las referencias técnicas.

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2. ANTECEDENTES E INFORMACIÓN CONSULTADA

2.1 ANTECEDENTES El diseño original del túnel estuvo a cargo de la Unión Temporal II Centenario quien contrató al Consorcio Geotúneles y Condiseño para realizar los diseños para construcción de las obras. El túnel Bermellón se ubica en el Departamento del Tolima sobre la margen Este del alto La Línea y hace parte de una serie de túneles que conforman la segunda calzada Calarcá – Cajamarca del Cruce de la cordillera Central. La construcción de este túnel prevista en el diseño del año 2009 introduce una mejora en el diseño geométrico de la vía, eliminando curvas horizontales de pequeño radio. El diseño definitivo del túnel, desplaza el portal de salida (Cajamarca) para empalmarlo con el puente La Envidia eludiendo de esta forma una zona de ladera con alta concentración de humedad sobre materiales geotécnicamente precarios (cenizas volcánicas, suelos residuales, rocas muy fracturadas) que se vieron muy afectados por la ola invernal de 2010 – 2011. Véase Figura 2.1.

Figura 2.1 Modificación a los diseños del 2009 incluyendo el túnel Bermellón El túnel corto Bermellón fue construido con una longitud de 270 m, con una sección transversal semicircular, de radio de excavación de 5,90 m, (radio sección libre de 5,65 m), para alojar dos carriles de tráfico unidireccional de 3,65 m cada uno, un sobreancho de 2 metros y un gálibo vertical mínimo de 4,90 m y una pendiente transversal. Como parte de los estudios actuales para la terminación de las Obras del Túnel de La Línea se realizó un informe de análisis de la información existente y de diagnóstico de los diseños [3], en el cual se expresó que los diseños de los túneles cortos fueron basados en la aplicación de un método al que denominan MAT (Método Andino de Túneles) al igual que el túnel Principal. Luego, fue ajustado el diseño según el método austriaco (NATM), extrapolando igualmente el sostenimiento del túnel principal a los túneles cortos. La filosofía de diseño de los túneles cortos de baja cobertura debe ser diferente a la del túnel Principal, ya que en estos cualquier deformación que ocurra, se puede ver reflejada en superficie y en consecuencia se pueden generar TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 2

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inestabilidades de la sección o subsidencia por las deformaciones que se permiten, lo que puede suceder en especial hacia la zona de portales, tal como ya ocurrió en algunos de los túneles del proyecto como son: Perales (chimenea hasta superficie), Cinabrio 2 y otro antiguo, el túnel Jamaica, que se derrumbó completamente. El soporte contemplado en los diseños para cada tipo de terreno según a UT II Centenario y Condiseños – Geotuneles fue el siguiente: Tabla 2.1. Soporte previsto en diseños de la UT – II Centenario Terreno Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Tipo VI

Pernos Tipo A Concreto lanzado Arcos de acero Pernos en spilling Solera curva Abanico e (cm) Fibra (kg/m3) L (m) Pernos x anillo Tipo L (m) e (cm) Pernos micropilotes 3* 4* 8* 4 6 y7 15* 4 10 y 11 HEB-100 20 30 4 14 y 15 HEB-100 6* 30 25 30 4 17 y 18 HEB-160 6* 30 SI* 25 30 4 18 y 19 HEB-160 30 SI* SI*

* Donde se requiera

Se tiene entendido de la información consultada de la construcción, que en los túneles cortos la mayoría del sostenimiento correspondió con; terrenos tipo III y IV, y en algunos casos aislados de los túneles se definieron terrenos tipo II y I. En todos los casos se excavó con soleras rectas. En la referencia [7] se mencionó que los arcos colocados tipo HEB 100, son relativamente débiles para asimilar cargas del terreno, en túneles de diámetros grandes cercanos a los 12 m y poca cobertura, como son los túneles cortos de este proyecto, debido a que no se alcanza a desarrollar el arqueo del material de suelo o roca descompuesta, por la baja cobertura. Esto es cuando esta cobertura no supera al menos los 2 diámetros. Adicionalmente, en algunos casos de los túneles cortos de este proyecto, se notaron deflexiones o abombamientos de estos elementos de sostenimiento de manera localizada, debido a cargas excéntricas que está generando la ladera en la zona de emboquilles o de emportalamiento. El túnel Bermellón se encuentra actualmente excavado en su totalidad. Los arcos de acero, la subbase y filtro se encuentran colocados en una longitud de 230 m, según lo indicado en la referencia [7] y según inspecciones de la obra. A continuación, se presenta una fotografía del Túnel Bermellón, en el sector, en el cual se debe completar la colocación de arcos de acero.

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Fotografía 2.1 Túnel Bermellón – Sector por colocar arcos de acero En la fotografía 2.2, se muestra un detalle de los arcos de acero instalados, en el cual se puede apreciar el grado de oxidación. Se recomienda limpiar los arcos de acero oxidados antes de embeberlos en concreto lanzado.

Fotografía 2.2 Detalle de arcos de acero oxidados en el túnel Bermellón

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En la Fotografía 2.3, se muestra un detalle de la condición de la tubería de drenaje, la cual se encuentra instalada parcialmente. Se deberá proceder a finalizar la instalación de dichos accesorios, y al mantenimiento de la parte instalada.

Fotografía 2.3 Detalle de la tubería instalada en el túnel Bermellón En la fotografía siguiente, se muestra una imagen aérea del portal salida del túnel Bermellón.

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Fotografía 2.4 Imagen aérea del portal salida – Túnel Bermellón Por otra parte, el diseño del revestimiento que fue considerado para los túneles cortos en los diseños de la UT II Centenario – Condiseños – Geotuneles, contemplaba la colocación de una capa adicional de concreto lanzado sobre la de sostenimiento colocado durante excavación, de 3 0,05 -0,10 m de espesor, con 0,9 kg/m de fibra de polipropileno. En el Informe de la referencia [1], se indicó que dicha capa de concreto lanzado, no garantizaba la estabilidad a largo plazo de los túneles, en especial, en la zona de los portales o emboquilles, donde por las condiciones anotadas anteriormente, la presencia de materiales de suelo o roca descompuesta y bajas coberturas (presentes en la mayoría de los túneles cortos construidos), dicho revestimiento se consideraba insuficiente y por consiguiente inseguro. La cuantía de fibra también se consideró demasiado baja para constituirse en un refuerzo adecuado para el concreto lanzado. También en el informe de la referencia [7], se mencionó que si bien en algunos portales de los túneles cortos se habían utilizado enfilajes, se consideraba necesario construir una estructura en concreto de emboquille, que garantizará que en estos sitios la estabilidad global y local completa, dado que en estas zonas tiene lugar generalmente un desconfinamiento de materiales en las tres dimensiones por la misma morfología del terreno y por lo que se debería disponer de mayor seguridad para garantizar la estabilidad del túnel y de los portales respectivamente. Los diseños previstos por la UT- II Centenario, no habían previsto ningún aspecto relacionado con este tema para los túneles cortos. Solo se encontró un informe de diseño preparado por la UT – II Centenario – Condiseños y Geotúneles según se indica en la referencia [16], relacionado con los análisis ejecutados para diseño de los portales del Túnel Principal. Por otra parte, y de acuerdo con los diseños previstos por la UT – II Centenario, estos consideraron que los túneles podrían llevar sistema de impermeabilización y drenaje [8] y dejaban a potestad del contratista el uso de geomembranas de acuerdo con el comportamiento hidrogeológico de los túneles. El contratista de la UT- II Centenario, adoptó durante la construcción, la colocación de una membrada tipo Imperlex, que fue colocada en algunos túneles cortos parcialmente, la cual durante las inspecciones se encontró rasgada o rota permitiendo filtración de agua en algunos sitios. Según instrucciones de INVIAS, y de acuerdo a un conceso unánime entre INVIAS – el Consorcio Interventor y el consorcio contratista La Línea e INGETEC en esta fase de diseños para TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 6

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Terminación de las obras del Túnel La línea y segunda Calzada, se consideró conveniente retirar esta membrana, debido a que no cumplía con los requerimientos técnicos para ser un elemento impermeabilizante, ni tampoco con los requerimientos de seguridad vial para los túneles cortos. No obstante, lo anterior y generando ambigüedades para su interpretación, los diseños previstos por la UT – II Centenario e INVIAS dejaban indicado que los túneles deberían llevar un sistema de impermeabilización, conformado por una geomembrana colocada sobre el concreto lanzado de regularización de revestimiento previsto (de 5 a 10 cm). Es decir, dejando la geomembrana expuesta a la vista. En el Informe de la Referencia [7], se indicó además que según instrucciones dadas por INVIAS el Contratista de la Unión temporal previsto para el suministro de equipos electromecánicos, sería quien suministraría y colocaría dicha geomembrana. No obstante, en el informe de diagnóstico elaborado por el Consorcio La Línea e INGETEC [3], se señaló que ese sistema de impermeabilización expuesto y a la vista era inadecuado e inseguro, generando riesgos no solo de que dicho elemento se rasgara y perdiera su función, sino que, además, para el caso de incendio la membrana de impermeabilización expuesta no cumplía las exigencias de seguridad de túneles según normas internacionales. En la ficha técnica del túnel elaborada en el mes de agosto de 2017, luego de una vista técnica de reconocimiento se amplían los hallazgos más evidentes de la situación actual del túnel Bermellón, conjuntamente con elementos aportados por la información contenida en el Informe final de la Interventoría saliente [7]. Esa ficha técnica se presenta en el Anexo 1. 2.2 INFORMACIÓN CONSULTADA Con el oficio CLL-INT-014-17 del 5 de agosto de 2017, se recibió la información listada a continuación que fue consultada y analizada para efectos de los diseños que se presentan en este informe: • •

Secciones transversales de los módulos II Informe de instrumentación geotécnica (Años desde 2011 hasta 2016, y túneles cortos)

MODULO II – TOLIMA – DISEÑOS VIGENTES 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15)

Topografía Tránsito, capacidad y niveles de servicio Diseño geométrico Geología y geotecnia Taludes Fundaciones Pavimento Hidrológico Diseños estructurales Señalización y PMT Plan de manejo ambiental Estudio predial Gestión de tráfico Túneles Resumen estudios y diseños vigentes.

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Como parte de la información consultada y analizada se tienen los siguientes documentos: • Consorcio DIS –EDL. Informe de revisión estudios y diseños UTSC-998-CCC-0157-09-IED09- Enero de 2010. • Consorcio Condiseños – Geotúneles – Volumen III – Estudio de geología y geotecnia para túneles. Contrato 3460 de 2008. • U.T. II Centenario – INVIAS, 2010b. Módulo 2. Segunda Calzada del Tolima. Volumen IV. Estudio de Geología para Ingeniería y Geotecnia. Versión 1. Contrato No. 3460 de 2008. • U.T. II Centenario – INVIAS, 2010c. Módulo 3. Segunda Calzada del Quindío. Volumen IV. Estudio de Geología para Ingeniería y Geotecnia. Versión 2. Contrato No. 3460 de 2008. • U.T. II Centenario – INVIAS, 2010a. Módulo 1. Túnel del II Centenario - Túnel de La Línea. Volumen XVI: Estudio de Geología y Geotecnia para Túneles - Portales. Contrato No. 3460 de 2008. • Consorcio DIS –EDL LTDA- Informe final de Interventoría –. Agosto 2017 • Consorcio DIS –EDL LTDA- Informe final de Interventoría. Anexo 32. Agosto 2017 • INVIAS – UT-II Centenario. Condiseños S.A y Geotúneles. Módulo 1. Túneles del II Centenario- Túnel de La Línea – Estudio de Impermeabilización, revestimiento y drenaje. TV06-IN-R2. Volumen VI. Junio 2010. 2.3 METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTOS APLICADOS Para el diseño del túnel corto de Bermellón se procedió a realizar las siguientes actividades y trabajos: • •

•

• • •

•

•

• •

Análisis de información existente de la etapa de diseños como aquella de construcción entregada por la Interventoría saliente. Revisión de información topográfica y secciones transversales internas dentro del túnel según levantamiento con topografía convencional y con escáner, ejecutadas por INGETEC. Se aclara que existían algunas secciones dentro de la topografía entregada por la Interventoría saliente, que diferían sustancialmente con la inicial ejecutada por INGETEC con topografía convencional, razón por la cual luego se realizó la topografía con escáner. Verificación de las condiciones topográficas en la zona de portales de entrada y salida realizadas por INGETEC, con el fin de integrar dicha información para los análisis posteriores de estabilidad. Revisión geológica y geotécnica contenida en el Anexo 32 del Informe final de la Interventoría. Reconocimientos geológicos en superficie en los alrededores del túnel, con el fin de constatar la información geológica recopilada de diseños y de la construcción. Verificación de espesores de concreto lanzado colocado, así como toma de núcleos de concreto para verificar la resistencia del concreto, dado que existían dudas de que se hubieran cumplido con los espesores y resistencia de diseño. Se procedió a verificar y establecer la caracterización geomecánica, a partir de la información geológica mencionada analizada, así como realizando retroanálisis de las condiciones de estabilidad actual del túnel en la zona de portales, como en la zona de mayor cobertura aplicando métodos analíticos, como fueron hojas de cálculo propias del Consultor y verificadas con métodos numéricos (Anexo 4). Análisis estáticos y seudo estáticos con métodos numéricos para la evaluación de la estabilidad de las excavaciones del túnel corto de Bermellón, y para la evaluación de la estabilidad de las laderas en la zona de los portales, emboquilles y/o zonas de baja cobertura. Diseño de estructuras de protección del tránsito de vehículos, a la entrada y salida del túnel corto Bermellón. Preparación de esquemas de los trabajos para rehabilitación del soporte.

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• Elaboración de la memoria de diseño para el túnel Bermellón. De acuerdo con toda la información disponible, se procedió a ejecutar las siguientes verificaciones y/o análisis: •

• •

Estabilidad de la zona de los portales y emboquille, aplicando métodos de equilibrio límite, así como numéricos. En este tipo de análisis se revisó la estabilidad bajo condiciones estáticas y seudo estáticas para la condición actual y con las obras de emboquille propuestas más adelante. Análisis y diseño de los túneles falsos iniciando o saliendo del túnel. Análisis de estabilidad interna dentro del túnel y verificación del sistema de revestimiento final.

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3. ASPECTOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS

3.1 CONDICIONES GEOLÓGICAS El túnel Bermellón fue excavado en rocas metamórficas del Complejo Cajamarca (Pes) de edad Paleozoica y rocas intrusivas hipoabisales afaníticas a porfiríticas (Tda) Terciarias. Corresponde a las rocas que constituyen el núcleo de la cordillera central el cual ha sido sometido a varios eventos metamórficos regionales. Litológicamente la unidad Paleozoica corresponde a los esquistos grafitosos a cuarzosos, duros, de color negro atribuido al contenido de grafito y los esquistos cuarzo-sericíticos, con desarrollo de buena esquistosidad. Los esquistos se encuentran foliados y replegados con presencia de lentes de cuarzo blanco de posibles segregaciones metamórficas, hacia el sector del Portal Salida (K36 +450 aproximadamente), la condición del esquisto es de mayor contenido de cuarzo y de mayor dureza dando una textura masiva donde la foliación es menos continua. La unidad terciaria corresponde a rocas intrusivas hipoabisales de textura afanítica a porfirítica, de color gris claro, de composición diabásica a andesítica. En este complejo fue definido un perfil de meteorización (según Deere & Patton; 1971) para los materiales que atraviesa el túnel, caracterizados a partir de la revisión bibliografía, descripciones de campo, complementada con la información de la perforación PT-T-22 (Consorcio La Línea, 2000) de 75 m de profundidad ejecutada hacia el sector del portal salida. Ceniza Volcánica (Qcv): limoarenosa, de color gris con alto contenido de cuarzo y micas. Suelo Residual (Sr-Ic): Arcillo arenoso a limo arenoso, gris oscuro a amarillo ocre y vetas marrón rojizo por oxidación con alto contenido de fragmentos de esquistos micáceos, cuarzo lechoso con alto contenido de cuarzo, micas y grafito y fragmentos de origen intrusivo. Complejo Cajamarca (Pes) Nivel de Meteorización IIA: Hacia el sector oriental predominio de esquisto negro grafitoso, muy fracturado, con alto contenido de cuarzo, micas muscovita y pirita con venas de cuarzo dispuestas en delgadas láminas de espesor no superior a 5 mm, con foliación ondulosa, muy plegada, con alto diaclasamiento superficies oxidadas, de consistencia blanda a dureza media. Hacia el sector occidental predominio de andesita microporfirítica, con minerales accesorios hornbléndicos cloritizados, consistencia dura, gris claro, moderadamente meteorizada, moderadamente fracturada y localmente muy fracturada. Complejo Cajamarca (Pes) Nivel de Meteorización IIB: Hacia el sector oriental esquisto negro grafitoso con venas de cuarzo y alto contenido de micas muscovita y pirita en finas láminas. El macizo presenta foliación ondulosa y fuertemente plegado, moderadamente fracturado con superficies onduladas, localmente serpentinizadas y cubiertas por óxidos. Hacia el sector occidental, andesita porfirítica, con alto contenido de cristales de plagioclasa y hornblenda hasta de 0,5 cm de plagioclasa y cuarzo, con matriz gris claro a gris verdoso, fresca. Complejo Cajamarca (Pes) Nivel de Meteorización III: Hacia el sector oriental esquisto negro cuarzoso y grafitoso y venas de cuarzo con alto contenido de micas muscovita y pirita en finas

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láminas de consistencia dura. El macizo presenta foliación ondulosa, moderadamente fracturado con superficies de fractura onduladas, localmente serpentinizadas y cubiertas por óxidos. Hacia el sector occidental, andesita porfirítica gris claro, con alto contenido de cristales de plagioclasa y hornblenda hasta de 0,5 cm de plagioclasa y cuarzo, con matriz gris claro a gris verdoso, fresca. En la Figura 3.1 y Figura 3.2, se presentan la planta y el perfil geológico respectivamente, relativos al túnel Bermellón.

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Figura 3.1 Planta Geológica interpretada según reconocimientos de campo.

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Figura 3.2 Perfil Geológico interpretado según reconocimientos de campo.

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3.2 PARAMETROS GEOTÉCNICOS Para los análisis geotécnicos ejecutados para el túnel corto Bermellón, se definieron parámetros geotécnicos con base en la geología disponible, el registro fotográfico, los sondeos existentes en la información procedente de inspecciones en el sitio de la obra. Así mismo, se realizaron análisis retrospectivos para encontrar en forma aproximada los parámetros a partir de las deformaciones que ocurrieron durante la construcción del túnel aplicando modelación numérica. Para los análisis de tipo retrospectivo con métodos numéricos se simuló la condición de soporte instalado actualmente dentro del túnel, es decir; • • •

Pernos radiales con longitud de 4,5 m. Arcos metálicos HEB-100 espaciados cada 1 m. Concreto lanzado con espesor de 15 cm.

Con base en las consideraciones anteriores, se verificaron los parámetros geotécnicos que se presentan a continuación. Tabla 3.1 Parámetros geotécnicos del suelo

3

Material

γ (t/m )

c (kPa)

φ(°)

E (MPa)

ν

Suelo residual Ceniza volcánica

1,80 1,80

21 200

31 35

35 120

0,30 0,30

En la Tabla 3.2, se presentan los parámetros geotécnicos establecidos para la roca descompuesta. Tabla 3.2 Parámetros geotécnicos de la roca Roca descompuesta Parámetro

IIB (*) IIA (*) 3 γ (t/m ) 2,65 GSI 55 90 Constante mi 10 σc-MPa 90 65 Constante mb 2,00460 2,49352 Constante s 0,00674 0,01550 Constante a 0,50405 0,50100 Coeficiente de Poisson 0,2 0,2 10215,9 Módulo de deformación-Em-MPa 8165,6 (*): Perfiles de meteorización según Deere&Patton

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3.3 ENSAYOS DE NUCLEOS Y ESPESORES DE CONCRETO LANZADO Como parte de las labores de prospección geotécnica elaborada durante los diseños para Terminación del Túnel La Línea, se ejecutaron varios sondeos con el fin de: a) establecer los espesores reales de concreto lanzado que había colocado la UT-II Centenario, y b) toma de núcleos de concreto para ensayos de resistencia a la compresión. El muestreo obedeció a un 2 criterio acordado con la Interventoría que consistió en definir sitios para muestreo cada 50 m de área del túnel. De la densidad de puntos el 30% fueron seleccionados para ensayos a compresión y el resto para revisión de espesores. En la Figura 3.3, se presenta un gráfico y cuadro resumen de resultados de resistencia a la compresión, ejecutados en muestras de concreto lanzado tomadas en el túnel de Bermellón.

Figura 3.3. Resultados de ensayos de resistencia de núcleos de concreto lanzado – Túnel Bermellón La resistencia a la compresión está variando entre 16,2 MPa y 47,1 MPa, con un valor medio de 33,9 MPa y una desviación estándar de 8,3 MPa. De los 20 datos finalmente recolectados, se concluyó que al menos un 20% de los datos presentan una resistencia inferior a la mínima especificada en los diseños originales previsto por la UT-II Centenario, es decir 28 MPa. Igualmente, estos datos contradicen en forma apreciable los resultados que presentó la Interventoría como parte del control de calidad en el Informe final de la Interventoría saliente, es decir de la referencia [7].

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El análisis estadístico, así como las normas técnicas que se deben seguir para el adecuado diseño del concreto lanzado para un proyecto, y las sugerencias que de ello se deriven, se han basado esencialmente en las normas del American Concrete Institute (ACI) 214R y 318R, en su última versión, normas que, además, sirven de guía para el control de calidad de los concretos, tanto convencional como lanzado. El criterio utilizado según estas normas es que, para un concreto de 4000 psi, la resistencia de cualquier ensayo no debe alejarse de la media por más de 500 psi; ello, traducido a unidades métricas significa que un ensayo de concreto de 28 MPa, no debe alejarse más de 3,5 MPa, es decir, un 12,5% de la resistencia especificada. En la Figura 3.4 se presenta la comparación entre la distribución normal requerida de la resistencia según el criterio anterior, y la distribución normal que presenta el proyecto. En este caso, el promedio de datos de la distribución normal del proyecto, presenta un valor superior al promedio de la distribución normal requerida. No obstante, un 10% de los datos, se encuentra por fuera de la gráfica de distribución requerida, por ser inferiores al valor recomendado.

Distribución Normal Resistencia 0,12

Distribución Proyecto

0,1

Distribución Requerida 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Resistencia (MPa) Figura 3.4. Resistencia de los núcleos de concreto: Distribución normal requerida vs. Distribución normal del proyecto Por otra parte en relación con la situación de espesores concreto lanzado, se presenta la Figura 3.5, En esa figura se observa que teniendo en cuenta los 24 datos recolectados, el promedio de espesor es del orden de 23,5 cm, con un máximo de 33,0 cm y un mínimo de 0,0 cm, con una desviación estándar de 7,4 cm. En este caso el 13% de los datos presenta un espesor menor a 15 cm.

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Figura 3.5. Espesores de concreto lanzado en el túnel Bermellón En la Figura 3.6, se presenta la comparación entre la distribución normal requerida de espesores, la cual tiene un promedio de 15 cm, y una desviación de 1,9, y la distribución normal de espesores del Túnel Bermellón. El porcentaje de datos que queda fuera de la gráfica de distribución requerida, por ser inferiores al valor recomendado, es de 13%.

Figura 3.6. Espesores de los núcleos de concreto: Distribución normal requerida vs. Distribución normal del proyecto

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Con el muestreo anterior tanto de resistencias como de espesores se concluyó que existe evidencia de que este túnel desde el punto de sostenimiento relacionado con el concreto lanzado colocado en obra, no cumplió a cabalidad con el espesor (15 cm) ni con la resistencia mínima especificada (28 MPa), por lo que se considera como parte de los riesgos que tiene esta obra, dado que se puede desarrollar algún problema de estabilidad, p.e ante un evento sísmico o en caso de una época invernal fuerte que sature la ladera y deteriore el material circundante alrededor del túnel. Si bien durante los trabajos para la terminación de las obras del túnel de la Línea y Segunda Calzada, se deben corregir las anomalías detectadas en el túnel, es claro que la investigación realizada por INGETEC, es apenas una muestra representativa y no cubre completamente todo el túnel. También en la investigación se ha observado que los túneles cortos tienen vacíos o huecos dentro del soporte colocado. Dado el corto tiempo para los diseños no fue posible predecir donde hay huecos enmascarados por el concreto lanzado existente y en consecuencia persisten incertidumbres en relación a dicho aspecto y a la calidad del soporte colocado.

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4. ANÁLISIS GEOTÉCNICOS Y ESTRUCTURALES

4.1 ANÁLISIS DE CAÍDA DE ROCAS EN LA ZONA SUPERIOR DE LOS TÚNELES FALSOS En las inspecciones y visitas técnicas realizadas al trazo de la vía y a los túneles cortos, se han encontrado bloques de roca que se desprenden de las zonas altas de las laderas, especialmente en épocas invernales. Debido a esto, se consideró conveniente colocar en los portales de entrada y salida una estructura de túnel falso de protección. En la zona de los portales de entrada y salida del túnel corto Bermellón, se ejecutó un análisis de caída potencial de rocas con el fin de evaluar la longitud óptima de los túneles falsos previstos. Los análisis de caída de rocas, se ejecutaron con el programa RocFall® de Rocscience [11]. Los parámetros asumidos para el análisis fueron los siguientes: • • • •

Velocidad horizontal de salida del bloque de roca: 1,50 m/s Masa de bloque hipotético: 2000 kg Altura asumida de desprendimiento: 5 m, 15 m y 25 m sobre el portal Perfil de suelo con vegetación sobre la superficie donde rueda o se mueve el bloque hipotético.

Las fuerzas de impacto de los bloques de roca asumidos, permitieron verificar el espesor de la estructura de concreto, considerando así, una carga dinámica aplicada sobre el túnel falso. A continuación, se presentan los resultados de los análisis ejecutados. Tabla 4.1. Longitud optima del túnel falso y fuerza de impacto por caída de roca - RocFall® Distancia máxima horizontal de rebote de rocas (m) 4,10

Fuerza de impacto (kN) 75

En el Anexo 2, se muestran los resultados gráficos de los análisis ejecutados aplicando el programa RocFall® de Rocscience [11]. 4.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE LOS TÚNELES FALSOS A la entrada y salida del túnel corto, se prevé la ejecución de unas estructuras de protección y estabilización (túneles falsos). Los túneles falsos tienen el fin de conferir protección ante la posible caída de rocas desde las laderas adyacentes y estabilización del portal. Además, permiten un paso gradual de iluminación a la entrada y salida de los túneles para acomodar el ojo humano y dar seguridad vial en esos sectores. El dimensionamiento de la estructura de los túneles falsos, se ejecutó considerando los siguientes aspectos: • •

Se utilizó el programa RocFall [11] para encontrar la trayectoria de rocas en caída sobre la estructura del túnel falso, y su fuerza de impacto (Anexo 2). Se aplicó la metodología de presión lateral de tierra de Coulomb.

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• •

• •

Para considerar las solicitaciones sísmicas se aplicó la metodología de Mononobe Okabe. Se determinaron las cargas actuantes: peso propio, fuerza de impacto por caída de rocas, y la equivalente a un evento sísmico equivalente al 50 % del PGA (según NSR-98 para zona de amenaza sísmica alta). Con esto se ejecutó el dimensionamiento estructural por medio del programa Sap2000® [13]. Se realizaron chequeos al deslizamiento y al volcamiento de acuerdo con las cargas de peso propio, presión lateral de tierras y cargas por evento sísmico (Anexo 3). Se revisó la estructura contra falla por capacidad portante (Anexo 3).

Para el diseño de los túneles falsos se estimó una altura del terreno sobre la estructura basada en la topografía exterior realizada por INGETEC y los registros fotográficos para determinar un posible empuje horizontal del terreno. El diseño se realizó considerando la estructura como un muro de contención. Se realizaron las respectivas verificaciones a deslizamiento y volcamiento en condición estática y seudo estática. Para el análisis seudo estático, se utilizó una aceleración horizontal (Aa) de 0,25g (equivalente a amenaza sísmica alta en la zona) y un coeficiente sísmico horizontal del 50% PGA. Los túneles falsos para los portales de entrada y salida, tendrán una longitud de 10,0 m y 2,5 m respectivamente. Actualmente en los portales (véase Fotografía 4.1), existen túneles falsos temporales dejados por la UT-II Centenario, los cuales están compuestos por arcos metálicos y una capa de concreto lanzado del orden de 0,15 a 0,20 m de espesor. Estas estructuras temporales deberán ser reemplazadas por los túneles falsos propuestos, dado que no cumplen con los requisitos mínimos que han sido expuestos en este informe.

Portal Entrada

Portal Salida

Fotografía 4.1 Portales del Túnel Bermellón En la Figura 4.1, se presenta un esquema relativo a la geometría establecida para la estructura típica de los túneles falsos a construir en los portales del túnel Bermellón. Las dimensiones y detalles relativos a estas estructuras, se muestran en los planos adjuntos en el Anexo 7.

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Figura 4.1. Esquema geométrico del túnel falso en el portal entrada del túnel Bermellón A continuación, se presentan los factores de seguridad de las estructuras de los túneles falsos ante mecanismos de falla por deslizamiento y volcamiento, los cuales son mayores a los mínimos requeridos para deslizamiento, FS = 1,6 y para volcamiento, FS = 2,0 en condición estática, y de 1,05 y 1,50 para deslizamiento y volcamiento respectivamente, para el caso seudo estático. Tabla 4.2. Estabilidad de los túneles falsos – deslizamiento y volcamiento PORTAL ENTRADA Factor de seguridad Estabilidad Estático Seudo-estático Deslizamiento 5,81 2,68 Volcamiento 4,33 2,57

PORTAL SALIDA Factor de seguridad Estático Seudo-estático 22,84 4,97 4,73 1,76

La estructura de túnel falso es estable a deslizamiento y volcamiento bajo condiciones estáticas y seudo estáticas. Igualmente, se verificó su estabilidad por capacidad portante, cumpliendo con un factor de seguridad de 3. En el Anexo 3, se presentan las plantillas de cálculo y resultados de esta parte del diseño para el túnel Bermellón. 4.3 DISEÑO ESTRUCTURAL DE LOS TÚNELES FALSOS Para realizar el diseño del refuerzo de los túneles falsos previstos a la entrada y salida del túnel corto Bermellón, se utilizó una modelación en SAP2000 [13], la cual tuvo en cuenta las siguientes cargas: • • •

Peso propio de la estructura (se consideró un peso específico del concreto reforzado de 25 kN/m³). Fuerza de impacto por caída de bloques (establecida con el programa RocFall®, de 7,5 ton). Fuerza sísmica (50% del PGA, según NSR-98 para zona de amenaza sísmica, siendo este último igual a 0,25g).

De esta modelación se obtuvieron los valores correspondientes al esfuerzo Axial, Cortante y Momento para diferentes puntos de la estructura, que se presentan a continuación.

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Figura 4.2 Fuerzas actuantes en la estructura del túnel falso Los valores obtenidos de momento, axial y cortante fueron analizados mediante diagramas de capacidad estructural, presentados en la Figura 4.3.

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Figura 4.3. Diagramas de capacidad estructural de los túneles falsos. Se pudo concluir que se trata de una estructura autosoportante que no requiere acero de refuerzo adicional para flexión sino solo el acero de refuerzo por retracción y fraguado. Para esto se consideró una cuantía mínima a flexión de la siguiente forma:

í

0,0033

(4.1)

Y por retracción por fraguado fue de: í



0,0020

(4.2)

De acuerdo a estas cuantías, el acero de refuerzo a flexión que se requiere en la parte inferior de la estructura son barras #8 con una separación de 0,15 m, y para la sección superior corresponde a barras #6 con una separación de 0,15 m. Respecto al refuerzo por retracción, se utilizarán barras #5 con una separación de 0,25 m en toda la sección. Igualmente, se verificó que el concreto asumiera todo el esfuerzo cortante actuante. En la sección donde se presenta el mayor valor, correspondiente a 6,33 ton/m, el espesor correspondiente seria de 0,65 m. ,



4,85

0,29 !

´

∗ ./&0

4,85 4,85

!

!

; #$%#& ´

∗ 65 * ∗ 100 *

280 '(/ *+

31542 kg

31,50 5

%$(4.3) (4.4)

Este valor es superior al actuante y por lo tanto no se requerirá acero adicional. Véanse Planos anexos. TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 23

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4.4 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES Debido a la presencia de suelos y rocas meteorizadas y/o blandas, como a zonas de baja cobertura en cercanía de los portales del túnel corto Bermellón, se evaluó la estabilidad general del talud frontal del portal mediante el método de equilibrio límite (LEM), aplicando el método de Spencer [14] y [15]. Para el análisis seudo estático se consideró el 50% del PGA (según NSR-98 para zona sísmica alta), siendo este último igual a 0,25g. En los análisis se plantearon dos escenarios; sin túnel falso y con túnel falso. A continuación, se presentan los resultados de los análisis ejecutados. Tabla 4.3. Análisis de estabilidad de taludes en proximidad del túnel Bermellón

Abscisa

Estático

Seudo-estático

Sin Túnel falso Con Túnel falso Sin Túnel falso Con Túnel falso

Entrada

1,24

6,28

0,79

4,81

Salida

1,21

2,79

0,29

2,69

En presencia del túnel falso, el cual confiere mayor estabilidad en la zona de entrada y salida al túnel, los factores de seguridad obtenidos en los análisis, son superiores a los valores mínimos admisibles de acuerdo al Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-98, el cual prevé en la fase de diseño, un factor de seguridad mínimo admisible en condición estática de 1,50, y en condición seudo estática de 1,05. En el Anexo 5, se presentan los resultados gráficos de los análisis ejecutados. A continuación, se incluye una figura representativa de los resultados de los análisis de estabilidad ejecutados.

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Figura 4.4. Análisis de estabilidad de taludes en condición estática en presencia de túnel falso, Túnel Bermellón – Portal Entrada K36+186 4.5 EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD AL INTERNO DEL TÚNEL CON MÉTODO NUMÉRICO 4.5.1

Evaluación de la estabilidad actual del túnel con método numérico

Para evaluar la condición de estabilidad del túnel corto Bermellón frente a los empujes de suelo y al efecto de la redistribución de esfuerzos en condiciones estáticas y seudo estáticas, se ejecutó una modelación con método numérico [10]. Para los análisis anteriores se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos: • • • • •

•

Se consideró el suelo en el entorno del túnel como isotrópico, homogéneo, elástico, a través de un análisis de tipo deformación plana (plane strain). Se consideró un estado de esfuerzo gravitacional, el cual tiene en cuenta la máxima cobertura y las condiciones del medio. Propiedades de resistencia y deformabilidad del suelo en el entorno del túnel corto, por medio de una caracterización geotécnica del medio. Se evaluaron las condiciones de mayor cobertura, como secciones cerca de los portales de menor resistencia en el cual se encuentra excavado el túnel corto Bermellón. Se analizaron condiciones estáticas y seudo estáticas. En el caso seudo estático se aplicó un coeficiente sísmico horizontal de 50% del PGA (según NSR-98 para zona de amenaza sísmica alta 0,25g), en el sentido más desfavorable de la ladera y de 0,0625g vertical hacia arriba. Se evaluó el comportamiento de esfuerzos y deformaciones actuantes en tres secciones del túnel corto de Bermellón; portales y zona intermedia.

Para este tipo de análisis, se simuló en primera estancia la excavación del túnel y la condición actual del soporte colocado durante construcción (concreto lanzado y arcos HEB100). Este caso fue evaluado en condiciones estáticas y seudo estáticas. En un informe aparte, de la referencia [2], relacionado con la justificación del revestimiento de los túneles cortos, se analizaron diferentes opciones de revestimiento. Esas opciones fueron; a) concreto lanzado de soporte (e = 5 -10 cm) con microfibra de polipropileno y membrana tipo Imperlex expuesta a la vista, b) concreto lanzado (e = 7 cm) colocado sobre la membrana de PVC para protección (solución tipo sándwich), c) concreto convencional reforzado de 0,20 m de espesor mínimo cubriendo la membrana de PVC. En esta parte de esta memoria, en segunda estancia, se analiza la opción de revestimiento de concreto convencional con un espesor de 20 cm en condiciones estáticas y seudo estáticas. En el Anexo 4, se presentan los resultados obtenidos en términos de convergencia, máximos esfuerzos de corte y diagramas de capacidad estructural. A continuación, se presentan los resultados de los análisis ejecutados en términos de desplazamientos totales máximos.

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Tabla 4.4. Análisis de deformaciones y esfuerzos con método numérico Portal entrada CONDICIÓN Condición actual –Soporte colocado Ocurrencia de Sismo en condición actual del soporte colocado Instalación del revestimiento de concreto convencional de 20 cm Ocurrencia de Sismo después de la instalación del revestimiento de concreto convencional

Desplazamiento total (m) Pared Pared Bóveda Izquierda Derecha 0,00056 0,00028 0,00014 0,00150

0,00150

0,00130

0,00033

0,00024

0,00006

0,00130

0,00150

0,00130

Sección intermedia CONDICIÓN Condición actual –Soporte colocado Ocurrencia de Sismo en condición actual del soporte colocado Instalación del revestimiento de concreto convencional de 20 cm Ocurrencia de Sismo después de la instalación del revestimiento de concreto convencional

Desplazamiento total (m) Pared Pared Bóveda Izquierda Derecha 0,00162 0,00054 0,00063 0,00167

0,00167

0,00167

0,00147

0,00028

0,00042

0,00150

0,00150

0,00150

Portal salida CONDICIÓN Condición actual –Soporte colocado Ocurrencia de Sismo en condición actual del soporte colocado Instalación del revestimiento de concreto convencional de 20 cm Ocurrencia de Sismo después de la instalación del revestimiento de concreto convencional

Desplazamiento total (m) Pared Pared Bóveda Izquierda Derecha 0,00104 0,00014 0,00009 0,00140

0,00070

0,00070

0,00099

0,00014

0,00009

0,00140

0,00105

0,00070

A continuación, se incluye una figura representativa de los análisis de esfuerzos y deformaciones obtenidos con método numérico en la zona del portal de entrada, representando la condición que ocurrió durante el proceso de excavación e instalación del soporte actual. En la Figura 4.5, se muestran los desplazamientos potenciales, los cuales son del orden de 0,28 mm en paredes y de 0,56 mm hacia la bóveda.

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90

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0.00056 0.00028

0.00014

40

50

60

70

80

Total Displacement m 0.00000 0.00004 0.00007 0.00011 0.00014 0.00018 0.00021 0.00025 0.00028 0.00032 0.00035 0.00039 0.00042 0.00046 0.00049 0.00053 0.00056 0.00060 0.00063 0.00067 0.00070

0

10

20

30

40

50

60

70

Figura 4.5. Análisis de desplazamientos totales con métodos numéricos, Túnel Bermellón – Portal entrada - K44+265,0- Soporte Colocado

90

En la Figura 4.6, se muestran las deformaciones unitarias máximas de corte, las cuales indican la formación de una posible superficie incipiente de falla.

0.00e+000

4.50e-005

4.50e-005

50

60

70

80

Maximum Shear Strain 0.00e+000 4.50e-005 9.00e-005 1.35e-004 1.80e-004 2.25e-004 2.70e-004 3.15e-004 3.60e-004 4.05e-004 4.50e-004 4.95e-004 5.40e-004 5.85e-004 6.30e-004 6.75e-004 7.20e-004 7.65e-004 8.10e-004 8.55e-004 9.00e-004

10

20

30

40

50

60

70

80

Figura 4.6. Deformaciones unitarias máximas de corte – sección del portal de entrada – soporte colocado.

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 27

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En la Figura 4.7, se presenta el diagrama estructural del sostenimiento para la condición actual del túnel en la sección cerca del portal de entrada. En esa figura se observa que los valores obtenidos de momento, axial y cortante están dentro de los valores máximos admisibles para los elementos de sostenimiento que fueron colocados.

Figura 4.7. Diagrama de capacidad estructural del soporte colocado En la Figura 4.8, se presentan los desplazamientos máximos estimados para el caso de la sección de análisis cerca del portal de entrada, bajo la condición de un evento de sismo equivalente al 50% del PGA o sismo de diseño. En este caso se observan desplazamientos mayores que podrían generar inestabilidad y riesgo en la seguridad del túnel.

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Total Displacement m 0.00000 0.00010 0.00020 0.00030 0.00040 0.00050 0.00060 0.00070 0.00080 0.00090 0.00100 0.00110 0.00120 0.00130 0.00140 0.00150 0.00160 0.00170 0.00180 0.00190 0.00200

0

0.125

0.0625

0.00150

0.00150

20

40

0.00130

60

80

Figura 4.8. Desplazamientos máximos en caso de un sismo – soporte colocado En la Figura 4.9, se muestran las deformaciones unitarias máximas de corte, bajo la acción de un evento de sismo, para la sección cerca del portal, con el sostenimiento actual colocado. Maximum Shear Strain 0.00e+000 6.00e-005 1.20e-004 1.80e-004 2.40e-004 3.00e-004 3.60e-004 4.20e-004 4.80e-004 5.40e-004 6.00e-004 6.60e-004 7.20e-004 7.80e-004 8.40e-004 9.00e-004 9.60e-004 1.02e-003 1.08e-003 1.14e-003 1.20e-003

20

30

0.125

0.0625

0.00e+000

6.00e-005

40

50

6.00e-005

60

70

Figura 4.9. Deformaciones unitarias máximas de corte – soporte colocado En la Figura 4.10, se muestra el diagrama de capacidad estructural del sostenimiento colocado durante construcción, con el comportamiento bajo el evento sísmico previsto de diseño. Se observa que el concreto lanzado podría fallar por la acción combinada de esfuerzos axiales y momentos flectores.

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Figura 4.10. Diagrama de capacidad estructural del sostenimiento ante un evento sísmico para una sección de análisis cerca del portal de entrada. – Soporte colocado. En la Figura 4.11, se presenta el diagrama de capacidad estructural de la solución de emboquille en la zona de portal del túnel compuesta de un revestimiento de concreto convencional. La figura muestra resultados en caso del evento sísmico de diseño asumido. Los resultados indican que dicho revestimiento resulta ser más hábil para resistir la acción combinada de esfuerzos axiales, cortantes y momentos flectores que ocurren en el caso del evento sísmico asumido.

Figura 4.11.Diagrama de capacidad estructural del emboquille en concreto convencional ante un evento sísmico para una sección de análisis cerca del portal de entrada. De los resultados anteriores, se puede concluir que la estructura de revestimiento de concreto convencional es necesaria para garantizar la estabilidad del túnel ante eventos sísmicos, ya que el soporte actual instalado no sería suficiente para tal fin. Análisis más detallados para las diferentes opciones de revestimiento fueron presentados en el informe justificatorio del revestimiento de los túneles cortos [16], en este informe se analizaron condiciones estáticas, y seudo estáticas considerando el sismo máximo probable según análisis de amenaza sísmica particular realizado a la zona por INGETEC (El PGA corresponde a 0.45 g), así como verificando diferentes condiciones de nivel freático o presión de poros. También se simuló el efecto de deterioro que podría ocurrir en el concreto lanzado por efecto de la humedad, y de la presencia o formación de carbonatación o taumasita, por efecto del CO y CO2 generado a partir de TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 30

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los gases de los vehículos. En el siguiente numeral, se presentan los resultados obtenidos de este análisis para el túnel Bermellón. Por otra parte, el revestimiento de concreto convencional diseñado para los túneles cortos debe garantizar la estabilidad a largo plazo y su espesor fue analizado de tal forma que este sea lo más flexible posible, para poder absorber cualquier movimiento y/o carga desbalanceada externa, mejorando así el comportamiento del anillo de concreto a compresión. Los autores Rowe y Hons [12] y O’Rourke [9], mencionan que, si el valor de flexibilidad es superior a 20, puede ser apropiado incluso para poder absorber cargas sísmicas y darle una mayor seguridad al revestimiento ante dichos eventos. En Anexo 6, se presenta un análisis de sensibilidad realizado para establecer coeficientes de flexibilidad en función de diferentes espesores de concreto y relaciones de módulos del concreto y del material de suelo o roca circundante al revestimiento. Con este análisis se valida que el espesor de 0,20 m sería el mínimo construible. 4.5.2

Evaluación de las diferentes opciones de revestimiento

Para validar la opción de revestimiento de concreto convencional, frente a otras opciones de revestimiento, se utilizaron modelos incluyendo el soporte y la regularización para obtener el factor de seguridad de cada opción propuesta de revestimiento. En cada caso se verificó la capacidad estructural que puede ofrecer cada una de las opciones ante diferentes escenarios; a) eventos sísmicos b) incremento de presiones de poros por saturación del terreno en épocas lluviosas, c) deterioro del concreto lanzado en el tiempo por agentes químicos y d) por efecto de pérdida de resistencia ante un evento de incendio. En la Tabla 4.5, se presentan las diferentes opciones evaluadas. Tabla 4.5. Opciones de revestimiento evaluadas Opción de Revestimiento

1

Sostenimiento Colocado

2

Sostenimiento Colocado + Concreto Lanzado e = 0,07 (Solución en Sándwich)

3

Sostenimiento Colocado + Concreto Convencional Reforzado e = 0,20

Descripción Compuesto por concreto lanzado y arcos HEB 100 cada 1 m aproximadamente, el espesor del concreto es el promedio medido con la investigación realizada por INGETEC, menos una desviación estándar, y la resistencia es la resistencia promedio medida con la investigación realizada por INGETEC, menos una desviación estándar. Se efectúa una regularización en concreto lanzado sobre el sostenimiento colocado, que puede ser del orden de 0,10 a 0,15 m de espesor con un concreto de f´c de 28 MPa. Sobre esta capa de regularización se coloca la membrana de PVC y luego se coloca una capa de concreto lanzado (de 5 a 7 cm) para proteger la membrana. Esta capa de concreto lanzado va reforzada con microfibra para reducir efectos de daño durante eventos de incendio. Para la colocación adecuada de esta capa se coloca una malla electrosoldada y se dejan arañas de varilla metálicas para aglutinar el concreto y evitar defectos de adherencia. En esta solución se sigue la forma sinuosa de la geometría de la sección. Revestimiento de concreto hidráulico reforzado de 0,20 m de espesor mínimo. En esta opción se completa la regularización de la sección con concreto lanzado y luego se instala la membrana de PVC. Después de funde el concreto de revestimiento reforzado utilizando una formaleta o encofrado, manteniendo una sección única interna uniforme de diámetro constante.

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En esta modelación se tuvo en cuenta, además, los siguientes aspectos: •

•

•

• •

•

• •

•

• •

•

Se realizaron comprobaciones de capacidad estructural del sostenimiento actual como de las opciones de revestimiento mencionadas, aplicando límites de esfuerzos y el estado último de ruptura del concreto y los elementos metálicos ante momentos flectores y fuerza axiales desarrolladas por las diferentes posibles solicitaciones; condición estática, seudoestática (evento sísmico máximo probable), por incremento de presión de poros por acción del agua lluvia, y por deterioro del concreto lanzado a largo plazo. Se definió en el modelo geológico los perfiles de meteorización de la roca esquistosa en sus niveles IC (Saprolito o suelo), Nivel IIA o roca fracturada y meteorizada, Nivel IIB con roca medianamente fracturada y ligeramente meteorizada y nivel III correspondiente a roca sana. Se aclara que en la mayoría de las zonas de los túneles cercanas a los portales predominan los dos primeros niveles de meteorización; IC y IIA. Los aspectos anteriores son recurrentes o persistentes en varios de los túneles cortos. Los parámetros de los materiales alrededor del túnel fueron verificados con análisis retrogresivos de las deformaciones medidas durante la construcción como con ensayos geotécnicos realizados a muestras de suelo y roca intacta. Se adoptó la sección geométrica real de excavación, es decir con las irregularidades existentes, tomada de la topografía laser realizada por el CONSORCIO LA LINEA. Como parte del sostenimiento colocado se contempló también los pernos de anclaje radiales de 25 mm de diámetro, de 4 m de longitud, cada 1,5m x 1,5 m, y arcos metálicos tipo HEB 100, cada 1m. El concreto lanzado para efectos del análisis adoptó un valor del orden de 0,10 m de espesor y una resistencia de 22 MPa, es decir del 78% de la especificada de diseño. En los modelos de análisis se contempló la regularización que hay que hacer con concreto lanzado en forma casi obligada para mitigar los defectos del sostenimiento actual como para poder colocar el sistema de impermeabilización con geomembrana de PVC. Esta capa de regularización se consideró con un f´c de 28 MPa, reforzado con fibra sintética con una cuantía 3 de 5 kg/m , y un espesor del orden de 0,15 m por encima del soporte real colocado. Desde el punto de esfuerzos in-situ, se asumió una condición de esfuerzos de reposo, deducido a partir del ángulo de fricción del material. El análisis de las opciones de revestimiento mediante método numérico contempla las cargas que impone el terreno y la interacción del soporte, así como el efecto de esta interacción en el revestimiento ante un escenario por un evento sísmico máximo probable analizado bajo una condición seudo-estática, aplicando un coeficiente de aceleración sísmica. Por otra parte, se tiene en cuenta escenarios donde se observa el efecto que produce el agua freática aplicando en este caso una presión de poros. Para simular el efecto de un evento sísmico y dado que la zona donde se tiene construidos los túneles corresponde a una zona de sismicidad alta, se consideró conveniente asumir un coeficiente sísmico máximo de 0,45g para tener en cuenta el efecto de amplificación de ondas que ocurre en materiales de suelos en superficie p.e cerca del portal (suelo residual y ceniza volcánica). Este coeficiente fue estimado a partir de un estudio de amenaza sísmica especifica realizado por INGETEC realizado para esta zona. Para el análisis se adoptó un valor del coeficiente sísmico mencionado del 50% para la componente horizontal y del 25% para la componente vertical. El modelo de análisis tuvo en cuenta posibles efectos de las lluvias sobre el material, para lo cual se aplicó en los modelos una presión de poros Ru del orden de 0,05. Se realizaron también modelaciones de las opciones de revestimiento simulando el posible deterioro del material rocoso por efectos de una falla progresiva. Para involucrar dicho concepto se consideró que los parámetros podían verse afectados en cerca de un 20%. Se simuló también el posible efecto de deterioro del concreto lanzado de soporte y/o el de regularización debido a la presencia de humedad y al agua de infiltración, la cual genera

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taumasita, cuyo mineral con el tiempo puede producir una reducción de la resistencia del concreto del orden del 20%. En la Figura 4.12, se presenta a modo de ejemplo, el diagrama de capacidad para la opción número 1, es decir, el sostenimiento colocado, en condición seudo estática y asumiendo un Ru = 0,05.

Figura 4.12. Diagrama de capacidad de la opción 1, sostenimiento colocado. En esta condición el factor de seguridad es de 0,12. Este sostenimiento no garantizará la estabilidad del túnel ante los eventos mencionados. En la Figura 4.13, se presenta a modo de ejemplo, el diagrama de capacidad para la opción 2, revestimiento de concreto lanzado (tipo sándwich). Se trata de la condición seudoestática y asumiendo un Ru = 0,05.

Figura 4.13. Diagrama de capacidad de la opción 2, revestimiento de concreto lanzado.

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En esta condición el factor de seguridad es de 0,39. Al ser inferior a 1, se observa que este tipo de revestimiento no sería suficiente para asegurar la estabilidad del túnel. Finalmente, en la Figura 4.14, se presenta el diagrama de capacidad para la opción 3, revestimiento de concreto convencional reforzado, bajo las mismas condiciones de sismo y Ru = 0,05.

Figura 4.14. Diagrama de capacidad de la opción 3, revestimiento de concreto convencional. El factor de seguridad para esta condición alcanza un valor de 1,10. Por lo que se puede concluir que esta es la mejor alternativa para el revestimiento de este túnel corto. En la Tabla 4.6, se presenta el resumen de resultados para todas las condiciones evaluadas. Allí se puede verificar que el único revestimiento que ofrece estabilidad ante todas las condiciones es el de concreto convencional reforzado, por lo cual es la opción que se recomienda utilizar. Tabla 4.6. Resumen de resultados para el túnel Bermellón-Portal Salida (Zona Crítica) Condición Sostenimiento Colocado

FS Estática y Ru = 0,00 Seudo estática y Ru = 0,00 (0,5PGA = 0,225) Estática y Ru = 0,05

Sostenimiento Colocado + Concreto Lanzado e = 0,07 (Solución en Sándwich)

Seudo estática y Ru = 0,05 (0,5PGA = 0,225) Estática y Ru = 0,00 Seudo estática y Ru = 0,00 (0.5PGA = 0.225) Estática y Ru = 0,05 Seudo estática y

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2,29 1,18 1,07 0,12 10,78 2,08 0,38 0,38

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Condición

Sostenimiento Colocado + Concreto Convencional Reforzado e = 0,20

FS Ru = 0,05 (0,5PGA = 0,225) Estática y Ru = 0,00 Seudo estática y Ru = 0,00 (0,5PGA = 0,225) Estática y Ru = 0,05 Seudo estática y Ru = 0,05 (0,5PGA = 0,225)

10,00 1,10 3,78 1,10

4.6 REVESTIMIENTO DE LOS TÚNELES CORTOS Teniendo en cuenta la modelación realizada y los resultados obtenidos, donde se demuestra que el concreto convencional reforzado es la opción más conveniente para revestir los túneles cortos, adicionalmente se presentan a continuación otros aspectos que se han observado a lo largo de los túneles del proyecto, que representan riesgo para la estabilidad de los túneles y por los cuales se recomienda igualmente, el concreto convencional. • • • • • • •

•

Presencia de materiales de poca competencia geotécnica. Muy descompuestos, fracturados, de baja resistencia. Registro de grandes convergencias dentro de los túneles. Presencia de aguas de infiltración. Deficiencias importantes en el soporte instalado. Oquedades, bajos espesores, bajas resistencias, sobre excavaciones, oxidación de arcos y pernos colocados. Amenaza sísmica alta. Túneles superficiales con bajo confinamiento lateral y baja cobertura vertical. Problemas geotécnicos ya presentados, en túneles como son: Cristales, Perales, Cinabrio 2, La Julia, con laderas inestables, falla de laderas en portales y formación de chimeneas hasta superficie. Problemas de durabilidad del concreto lanzado.

Ampliación de estos aspectos y la argumentación detallada del revestimiento de concreto convencional, se encuentra en el informe técnico de Justificación de revestimiento de concreto convencional - Túneles cortos, de la referencia [2]. INGETEC presenta en este informe los antecedentes, investigaciones realizadas y análisis que se llevaron a cabo, para establecer el concreto convencional como la mejor alternativa para el revestimiento de los túneles cortos. Implementar otras alternativas de revestimiento, conlleva a riesgos inaceptables en la seguridad de los túneles y los usuarios. Para efecto del diseño del revestimiento se revisaron las secciones de topografía tomadas por INGETEC y las líneas teóricas de excavación y soporte. Mediante esa comparación se determinaron las zonas donde se deben realizar rellenos para completar por lo menos 20 cm de concreto convencional. Dicho espesor se consideró como el mínimo para poder colocar el concreto adecuadamente, sin tener que demoler y/o retirar arcos metálicos, condición que podría generar alto riesgo de inestabilidad en los túneles. El concreto de revestimiento será de 21 MPa de resistencia a los 28 días.

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Adicionalmente, se ubicaron en las secciones los filtros longitudinales, el canal prefabricado y el andén. (Véase Anexo Planos). 4.6.1

Diseño estructural del revestimiento de los túneles cortos

Debido a las razones anteriormente expuestas, se decidió extender el acero de refuerzo a lo largo de todo el revestimiento de los túneles cortos para garantizar de esa forma, mayores condiciones de seguridad. Para calcular el acero necesario para el revestimiento, se utilizó una sección crítica correspondiente a la zona de portales, y se realizaron modelos de reacciones hiperestáticas con el programa SAP2000. Los materiales localizados hacia las zonas de portales de los túneles cortos del proyecto, se encuentran compuestos generalmente por roca descompuesta fracturada y materiales de suelos residuales. Estos materiales cuentan con bajas características geotécnicas, como un peso unitario 3 de 20 kN/m y un módulo de deformación del orden de 600 MPa. El módulo de deformación fue deducido con base en análisis retrospectivos de deformaciones medidas durante la construcción y ensayos de laboratorio. Teniendo en cuenta un coeficiente de arqueo α, correspondiente a un material de malas características geotécnicas como el descrito, se estimó la carga vertical del terreno sobre la sección del revestimiento. En el modelo se aplicaron diferentes combinaciones de carga, resultando como la más crítica, la siguiente combinación: • • •

Carga por peso propio de la estructura con un factor de mayoración de 1,2. Carga vertical producida por el terreno aplicada encima del túnel con un factor de mayoración de 1,2. Carga por efecto sísmico (Coeficiente sísmico de 0,5PGA equivalente a 0,225g -Considerando un PGA de 0,45g, el cual fue estimado a partir del estudio de Amenaza Sísmica Especifica realizado por INGETEC para esta zona)

Igualmente, se consideró la acción de respaldo del material alrededor del túnel, modelado como resortes, calculados con un módulo E de 600 MPa. Se tuvo en cuenta la presencia tanto del soporte instalado como del revestimiento de concreto convencional de espesor igual a 20 cm. La carga vertical del terreno sobre la sección del túnel se calculó con la siguiente expresión: 65 7 ∗ 8 ∗ 9 ∗ : (4.5) 3

Donde γ es el peso específico del material (20 kN/m ) Z es la altura del material localizado encima de la sección (10 m) S es el espaciamiento de la sección de estudio (1 m) y/o espaciamiento entre arcos metálicos. α es el coeficiente de arqueo (0,1) La carga resultante sobre la sección es del orden de 20 kN/m, con un factor de mayoración de 1,2, se aplica una carga total de 24 kN/m. La aplicación de esta carga se observa en la Figura 4.15.

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Figura 4.15.Aplicación de carga vertical del terreno 24 kN/m en el modelo SAP2000. Igualmente, se consideró una carga sísmica equivalente a 0,225g, la cual se observa en el modelo en la Figura 4.16.

Figura 4.16. Coeficiente sísmico de 0,225 aplicado al modelo.

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 37

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Bajo la aplicación de las cargas mencionadas, el diagrama de momento flector resultante se presenta en la Figura 4.17.

Figura 4.17. Diagrama de Momento Flector resultante para el revestimiento bajo las cargas aplicadas De este análisis se obtuvo un valor máximo de momento flector del orden de 65,26 kN*m. Para este momento, teniendo en cuenta que la sección de revestimiento es de 0,20 m x 1 m de ancho, se requiere de una cuantía de acero de refuerzo ρ de 0,0085, la cual equivale a un área de 2 acero As de 12,80 cm . Para cumplir esta cuantía, se requieren varillas transversales número 5 a un espaciamiento de 0,15 m. En cuanto al refuerzo longitudinal, se utilizó una cuantía para manejar el efecto de retracción y fraguado. Esto correspondió a varillas #5 a un espaciamiento de 0,25 m. En la zona de la viga base, el momento flector actuante es 50,66 kN*m, es decir, que es inferior al máximo (65,26 kN*m.) y la cuantía a colocar será suficiente para resistir este momento actuante. El detalle del refuerzo a colocar en el revestimiento se presenta en la Figura 4.18.

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Figura 4.18. Refuerzo para el revestimiento de los túneles cortos Igualmente, en la Figura 4.19, se presenta el detalle del refuerzo de la viga base a lo largo de los túneles cortos.

Figura 4.19. Viga base del revestimiento para los túneles cortos El detalle del acero de refuerzo para el revestimiento se presenta en los planos anexos.

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4.7 ANÁLISIS GLOBAL DE LA ESTABILIDAD DE LA LADERA ANTE EVENTOS DE LLUVIAS Y/O EVENTOS SÍSMICOS 4.7.1

Aspectos generales

Como parte de las comprobaciones de tipo geotécnico realizadas a los túneles cortos, y atendiendo la sugerencia de la Interventoría INTERTUNEL en la reunión del día 17 de enero de 2018, en el sentido de revisar o verificar la estabilidad global de las laderas donde están emplazados los túneles cortos, tanto por un evento sísmico como por un incremento de la lluvias o del nivel freático que pudiera poner en riesgo la operación de los túneles y la vía, se realizaron análisis de sensibilidad a secciones críticas perpendiculares al alineamiento del túnel en donde se evaluaron los siguientes escenarios: • • •

•

•

Condición estática normal actual. Bajo sismo con valores del coeficiente sísmico de 50% y 100% de PGA (según NSR-98 para zona de amenaza sísmica alta). El PGA en la zona corresponde con 0,25 g. Bajo varios valores del Ru o relación de presión de poros para simular un efecto de saturación del material por las lluvias. Esta relación se varió de 0,10 a 0,50, siendo el 50% una condición de saturación del 100% de la masa y 0,10 del orden de 20%. Se combinaron algunos de los eventos; por ejemplo, un Ru del 0,15 con 2/3 del PGA y Ru de 0,25 con el 50% de PGA como condición más crítica. Se aclara sin embargo que la ocurrencia de estos eventos combinados presenta una probabilidad baja. Se buscó el menor factor de seguridad al deslizamiento, en todos los casos para una superficie de falla de tipo circular que incluyera al túnel en la sección de análisis de la ladera.

4.7.2

Resultados de los análisis

En la Tabla 4.7, se presentan los resultados de los análisis de estabilidad en términos de factores de seguridad para cada una de las secciones transversales analizadas en el túnel y los diferentes escenarios considerados. Tabla 4.7. Factores de seguridad para diferentes escenarios.

En la Figura 4.20, se presenta una de las secciones analizadas con menor factor de seguridad.

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Figura 4.20. Análisis de estabilidad global de la ladera para la condición sismo = 0,7PGA y ru = 0,15. De acuerdo con los resultados de los análisis anteriores, se tiene los siguientes comentarios: • •

•

La ladera donde se ubica el túnel Bermellón presenta en condición estática, factores de seguridad aceptables. Las laderas de los túneles cortos bajo condiciones de un evento sísmico de 50% o de 100% del PGA, presentan condiciones de seguridad que cumplen con los mínimos recomendados en la práctica ingenieril. Los menores factores de seguridad se dan en la zona del portal entrada en donde la topografía del terreno es más abrupta presentándose las condiciones más críticas cuando se asume que el material presenta niveles freáticos altos (ru >0,25). Sin embargo, estos factores son siempre satisfactorios.

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5. ANALISIS DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN Y REVESTIMIENTO DE LOS TÚNELES

5.1 ASPECTOS GENERALES En el Informe técnico preparado para analizar el revestimiento y sistema de impermeabilización en los túneles cortos, de la Referencia [1], INGETEC presenta un análisis conceptual sobre el sistema de impermeabilización que estaba previsto según los diseños de la UT-II Centenario, y que fue reflejado luego en los TR para los trabajos de Terminación del Túnel de La Línea y segunda calzada de la vía Calarcá- Cajamarca. En este informe, se presentan las opciones posibles de revestimiento con su pro y contras, como riesgos. Los aspectos más sobresalientes resumidos de dicho informe son los siguientes: •

•

•

•

•

•

•

•

•

Las membranas de tipo polietileno reticulado con rafia de protección, no pueden ser aceptadas como sistemas de impermeabilización en los túneles cortos, dado que estas son fácilmente rasgables y débiles en sus juntas, además no constituyen elementos impermeabilizantes y no pueden ser verificados con pruebas para asegurar la estanqueidad. Por otra parte, la opción de dejar la geomembrana expuesta tal como fue considerada en los diseños de la UT- II Centenario y en los TR para esta terminación no puede ser aceptada, dado que incumple con las normas internacionales en varios aspectos de seguridad vial. Todas las geomembranas que existen como son: polietileno reticulado, poliofelina termoplástica (TPO), polietileno de alta (PHDE) y baja densidad (LLDE) como de policloruro de vinilo (PVC), producen humos y gases tóxicos. Algunos de estos componentes, además no son auto extinguibles y generan propagación del fuego dentro de los túneles ante un evento de incendio. Las geomembranas expuestas tienen un alto riesgo de que se dañen y rasguen por diferentes eventos posibles, produciendo un incremento de los trabajos de mantenimiento, causando interrupciones de la vía. Los suministradores y montadores de estos sistemas de impermeabilización, no dan garantía cuando estas quedan expuestas. Algunas consultas con proveedores mencionaron que esta no sería mayor a 5 años. Un sistema de impermeabilización debería tener según normas internacionales una vida útil de 100 años. La membrana de tipo polietileno reticulado, por su mismo peso, forma de fijación y costuras, y bajas resistencias mecánicas, tienden a rasgarse fácilmente perdiéndose su objetivo principal de ser un elemento impermeabilizante. Cuando las geomembranas quedan expuestas, si ocurren flujos de agua provenientes de la bóveda, tienden a formarse abombamientos o bolsones de agua que pueden por el peso generar desprendimiento o desgarre. Otro aspecto importante es que estos elementos expuestos enmascaran cualquier defecto que pueda estar ocurriendo dentro del túnel, imposibilitando o dificultando completamente los trabajos de rehabilitación del túnel. Con base en una comparación basada en el cumplimiento de normas, se ha considerado que la geomembrana más conveniente es la de PVC y que esta debe quedar protegida con un revestimiento de concreto. La solución más segura y de menores riesgos de que a futuro puedan ocurrir eventuales desprendimientos de concreto es la de utilizar un concreto convencional que como mínimo tenga un espesor de 0,20 m. Este es el mínimo construible (para que quede bien colocado el concreto y no se presenten problemas de vibrado u hormigueos). En esta solución la geometría circular uniforme permite dar garantía de la estabilidad y adecuada capacidad estructural aún en eventos sísmicos.

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•

Una segunda opción de revestimiento con el sistema de impermeabilización previsto con geomembrana de PVC, es la de colocar la geomembrana, el geotextil y geodrenes confinados por un anillo o capa de concreto lanzado. Para reducir el rebote y permitir que el concreto quede bien adherido, se instalarían pernos especiales de fijación, mallas electrosoldadas y sistemas de arañas metálicas, así como un geotextil adherido por el lado externo de la lámina de PVC para ayudar a protegerlo. Esta solución de revestimiento sin embargo tiene mayores riesgos que la del concreto convencional, puesto que su funcionalidad depende en gran parte, de que tan bien quede instalada la geomembrana afectada por el refuerzo interno requerido para aglutinar el concreto lanzado y la calidad del concreto.

5.2 REFUERZO DEL CONCRETO LANZADO

• •

•

En las dos soluciones anteriores de revestimiento, se requiere hacer una regularización con concreto lanzado de la sección para poder colocar adecuadamente la geomembrana. Por otra parte, la solución de revestimiento de concreto lanzado requiere que el refuerzo de este sea con fibra sintética en vez de fibra metálica por varios aspectos: a) con el fin de evitar que la geomembrana pueda ser punzonada por las fibras metálicas, b) para poder darle un mejor acabado al concreto lanzado expuesto a la vista, c) en caso de un incendio se evita que el calor produzca fenómenos de spalling o deslajamiento, el cual ocurre con la fibras metálica por diferencia térmica de esta con el concreto, fisurándolo y dejando el riesgo de que se desprendan pedazos de este. Si bien ante un incendio que supere los 160°C, la fibra sintética se puede perder, los vacíos que esta deja ayudan a que los vapores y gases sean absorbidos y no se produzcan presiones de spalling y desprendimientos. En relación con la utilización de macro fibras metálicas o sintéticas se tienen además los siguientes conceptos: a) las metálicas permiten obtener cargas máximas antes del primer fisuramiento superiores a las que se obtienen con macro fibras sintéticas. Lo anterior es favorable para el caso de requerirse mayor tenacidad en el sostenimiento de un túnel cuando se tienen empujes o squeezing ground, donde las macro fibras metálicas darían mayor seguridad y por ello para esos casos son más preferidas para dar mayor capacidad estructural al sostenimiento. b) Por otra parte, las fibras sintéticas permiten una menor caída de capacidad de carga (la mantienen ante una mayor deformación), cuando se alcanza el valor máximo y en consecuencia presentan un mejor comportamiento residual. Esto se puede observar en la Figura 5.1. A su vez permiten un menor desgaste en los equipos de lanzado.

Figura 5.1. Comparación fibras metálicas y sintéticas (Novak, 2007). Las fibras metálicas proporcionan menor tenacidad y rebote; en contraste, suministran mayor ductilidad. Adicionalmente, las fibras metálicas se oxidan cuando quedan expuestas y contribuyen al fenómeno de fragilización y spalling. TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 43

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Las fibras sintéticas pueden ser susceptibles a presentar fenómeno de creep cuando son esforzadas a un valor constante relativamente alto permanente p.e en caso de empujes del terreno, pero esa condición de trabajo no será la de los túneles cortos. Estas fibras reaccionan con rayos UV si llegaran a quedar expuestas en superficie. Viendo que las fibras sintéticas pueden tener ventajas para las condiciones particulares de los túneles corto, se considera que esta es la mejor opción para la solución de revestimiento de concreto lanzado protegiendo la membrana impermeable. 5.3 MATRIZ DE RIESGOS 5.3.1

Amenazas

Existen varias amenazas que pueden causar riesgos de inestabilidad sobre la obra subterránea, y estás se pueden clasificar en términos generales en: a) naturales y b) antrópicas. Dentro de las naturales puede haber procesos de origen geodinámico interno como pueden ser los terremotos o sismos, causando deslizamientos o desprendimientos, y aquellas por origen metereológico o hídrico, con lo cual saturan los terrenos y consecuentemente se producen desplazamientos, deslizamientos y/o desprendimientos. Las de origen antrópico se refiere a errores humanos (defectos de construcción, errores de diseño, etc). Sobre la base de la información analizada, se han identificado algunos aspectos que podrían representar un peligro para la estabilidad del túnel, en especial con el revestimiento que es la estructura que garantiza su seguridad. Los peligros o amenazas se resumen en la Tabla 5.1 Tabla 5.1. Identificación de peligros o amenazas para la estabilidad del túnel.

No. 1

2

3

4

5

Identificación de amenazas Descripción de los eventos Macizos rocosos de mala calidad y Falla del revestimiento por deformaciones baja cobertura vertical y/o lateral, inducidas por variaciones litológicas, y/o falta de con estudios limitados confinamiento. Falla del revestimiento por cargas de agua, Efecto de agua lluvia e infiltración presión intersticial y deterioro de la resistencia del subterránea material, especialmente de los niveles de roca alterados y meteorizados Defectos constructivos asociados a insuficiencia en los espesores de Falla del revestimiento por falta de capacidad del concreto lanzado y resistencia a la sostenimiento colocado durante la excavación. compresión por debajo de las especificaciones de diseño Daños o agrietamiento del revestimiento; particularmente favorecidos si estos presentan secciones irregulares favoreciendo zonas de Eventos sísmicos concentración de esfuerzo . Deslizamientos de laderas en zonas de portales y lateralmente en sectores de baja cobertura Problemas de vacíos o huecos detrás del soporte existente

Huecos enmascarados por detrás del concreto de sostenimiento existente, lo cual puede inducir a daños del revestimiento en operación.

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No.

Identificación de amenazas Defectos de construcción de revestimiento

Descripción de los eventos Problemas en la calidad y/o colocación del concreto

7

Irregularidades de la sección

Falta de geometría circular tanto transversal como Longitudinal que puede afectar la capacidad estructural del revestimiento

8 9

Costos del revestimiento

Impacto en el costo del proyecto

Afectación por incendio

Vulnerabilidad a desprendimientos o falla del túnel

6

Deterioro en el tiempo del concreto Daños o agrietamiento del revestimiento en el lanzado tiempo

10

5.3.2

Análisis de riesgo

En el análisis de riesgo se han considerado los siguientes aspectos: - Cuantificación de las consecuencias del evento identificado. - Cuantificación de la probabilidad de ocurrencia del evento. - Determinación del nivel del riesgo. 5.3.2.1 Cuantificación de las consecuencias del evento Para la cuantificación de los eventos se ha establecido 5 niveles en la escala de consecuencias que podrían originar los peligros identificados, así como los impactos de las consecuencias. Véase Tabla 5.2. Tabla 5.2. Grado de Consecuencias de los peligros Valor en la matriz de riesgo 5 4 3 2 1

Impactos Escala de consecuencias Desastroso Severo Grave Considerable Insignificante

Paralización de la operación de la vía > 12 meses 6 - 12 meses 3 – 6 meses 1 – 3 meses < 1 mes

Social Muy alta Alta Media Baja Muy Baja

Reputación e imagen Muy alta Alta Media Baja Muy Baja

5.3.2.2 Cuantificación de la probabilidad de ocurrencia de un evento. Para evaluar la probabilidad de ocurrencia se preparó la Tabla 5.3, en donde se presenta la probabilidad de ocurrencia, con su descripción cualitativa de la misma. Tabla 5.3. Escala de la probabilidad cualitativa de ocurrencia del evento TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 45

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Valor de la matriz 5

Certero

4

Posible

3

Ocasional

2

Improbable

Improbable pero no imposible, pero hay una ligera posibilidad de que ocurra alguna vez.

1

Raro

Remoto, pero extremadamente improbable que ocurra.

5.3.3

Escala de probabilidad

Descripción Esperado, probable que ocurra durante la vida útil del túnel. Probablemente ocurra. Generalmente ha ocurrido en obras similares ubicadas en un ambiente geológico y/o condiciones similares. Posible, probable que ocurra alguna vez ya que existe datos históricos de ocurrencia.

Evaluación del riesgo

A continuación, se presenta la clasificación de los riesgos de acuerdo con su probabilidad de ocurrencia y del potencial de daño o consecuencias que pudieran tener. No existen informaciones exactas para determinar los parámetros, por lo que en muchos casos esto se ha tomado en forma subjetiva con criterio de experto. El riesgo se define como el producto de la probabilidad de ocurrencia y el daño potencial o consecuencia, el cual puede ser estimado con una matriz de riesgo, tal como la que se muestra en la Tabla 5.4.

PROBABILIDAD

Tabla 5.4. Matriz de riesgo.

Escala Certero Posible Ocacional improbable Raro

Valor 5 4 3 2 1

CONSECUENCIAS Insignificante Considerable Grave Severo 1 2 3 4 5 10 15 20 4 8 12 16 3 6 9 12 2 4 6 8 1 2 3 4

Desastroso 5 25 20 15 10 5

La calificación cualitativa del riesgo se estableció en cuatro niveles, de la siguiente forma: extremo, alto, medio, bajo y muy bajo, como se indica en la Tabla 5.5. Tabla 5.5.Calificación cualitativa del nivel de riesgo Índice 20-25 15-20 10-15 5-10 1-5

Calificación Extremo Alto Medio Bajo Muy bajo

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Con base en lo anterior se elaboró una calificación del nivel de riesgo teniendo en consideración los peligros identificados, las características de los eventos que podrían ocurrir, la probabilidad de su ocurrencia y las consecuencias de los mismos en cada opción de revestimiento planteada. Para reducir la subjetividad en la calificación de los riesgos, se aplicó el proceso analítico jerárquico AHP de Tomas Saaty (1960), el cual, mediante el método de pares, logra encontrar el peso apropiado de cada uno de los criterios de análisis. Para esto se fabricó una matriz normalizada con análisis de consistencia. En las Tabla 5.6, Tabla 5.7 y Tabla 5.8, se presentan las matrices de evaluación de los riesgos para cada una de las opciones de revestimiento planteadas. Tabla 5.6. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción del soporte instalado, concreto lanzado y arcos HEB100. OPCION 1- Soporte Instalado en concreto lanzado y arcos HEB100 IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS

1

Macizo de mala calidad y baja cobertura vertical y/o lateral

DESCRIPCIÓN DE LOS EVENTOS

Efecto de agua lluvia e infiltración subterránea

3

Defectos constructivos como bajos espesores de concreto lanzado y resistencia a la compresión del concreto baja

Falla del revestimiento por deficiencias del sostenimiento colocado durante la excavación.

Eventos sísmicos

Daños o agrietamiento del revestimiento. Posibles deslizamientos de laderas.

Consecuencia

Indice de riesgo

9.2%

4

5

1.85

12.9%

5

5

3.23

5.5%

4

3

0.66

16.5%

5

4

3.29

5.6%

5

5

1.40

5.3%

3

2

0.32

7.6% 15.6% 9.5%

4 2 5

5 3 5

1.53 0.93 2.38

12.3%

5

5

3.07 18.66 ALTO

Falla del revestimiento por cargas de agua, presión intersticial y deterioro de la resistencia del material

5

Problemas de vacíos o huecos detrás Huecos enmascarados por detrás del concreto existente, lo cual del soporte existente puede inducir a daños del revestimiento en operación.

6

Defectos de construcción de revestimiento

Problemas en la calidad y/o colocación del concreto

7

Irregularidades de la sección

Falta de geometría circular tanto transversal como Longitundinal que puede afectar la capacidad estructural del revestimiento

8 9

Costos del revestimiento

Impacto en el costo del proyecto

Afectación por Incendio Deterioro en el tiempo del concreto lanzado

Vulnerabilidad a desprendimientos o falla del túnel

10

Probalidad de ocurrencia

Falla del revestimiento por deformaciones inducidas efectos litológicos- Falta de confinamiento.

2

4

% de importancia

Daños o agrietamiento del revestimiento en el tiempo

INDICE DE RIESGO

RIESGO

El índice de riesgo en este caso es ALTO y equivale a 18,66.

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Tabla 5.7. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción de revestimiento de concreto lanzado OPCIÓN 2 - Revestimiento en concreto lanzado IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS

Macizo de mala calidad y baja cobertura vertical y/o lateral

DESCRIPCIÓN DE LOS EVENTOS

Indice de riesgo

9.2%

4

5

1.85

12.9%

5

5

3.23

5.5%

4

2

0.44

16.5%

5

4

3.29

5.6%

5

4

1.12

5.3%

3

5

0.79

7.6% 15.6% 9.5%

4 3 5

5 3 5

1.53 1.40 2.38

12.3%

3

5

1.84

Falla del revestimiento por cargas de agua, presión intersticial y deterioro de la resistencia del material

2

3

Probalidad de Consecuencia ocurrencia

Falla del revestimiento por deformaciones inducidas efectos litológicos- Falta de confinamiento.

1 Efecto de agua lluvia e infiltración subterránea

% de importanci a

Defectos constructivos como bajos espesores de concreto lanzado y resistencia a la compresión del concreto baja

Falla del revestimiento por deficiencias del sostenimiento colocado durante la excavación.

Eventos sísmicos

Daños o agrietamiento del revestimiento. Posibles deslizamientos de laderas.

4 Problemas de vacíos o huecos detrás Huecos enmascarados por detrás del concreto existente, lo cual del soporte existente puede inducir a daños del revestimiento en operación.

5 Defectos de construcción de revestimiento

Problemas en la calidad y/o colocación del concreto

Irregularidades de la sección

Falta de geometría circular tanto transversal como Longitundinal que puede afectar la capacidad estructural del revestimiento

Costos del revestimiento

Impacto en el costo del proyecto

Afectación por Incendio Deterioro en el tiempo del concreto lanzado

Vulnerabilidad a desprendimientos o falla del túnel

6

7 8 9 10

Daños o agrietamiento del revestimiento en el tiempo

INDICE DE RIESGO

RIESGO

El índice de riesgo en este caso es ALTO y equivale a 17,88.

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 48

17.88 ALTO

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Tabla 5.8. Calificación del nivel de riesgo del túnel para la opción de revestimiento de concreto convencional OPCIÓN 3- Revestimiento en concreto convencional IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS

1

Macizo de mala calidad y baja cobertura vertical y/o lateral

DESCRIPCIÓN DE LOS EVENTOS

Efecto de agua lluvia e infiltración subterránea

3

Defectos constructivos como bajos espesores de concreto lanzado y resistencia a la compresión del concreto baja

Falla del revestimiento por deficiencias del sostenimiento colocado durante la excavación.

Eventos sísmicos

Daños o agrietamiento del revestimiento. Posibles deslizamientos de laderas.

Problemas de vacíos o huecos detrás del soporte existente

Huecos enmascarados por detrás del concreto existente, lo cual puede inducir a daños del revestimiento en operación.

5

Consecuencia

Indice de riesgo

9.2%

4

1

0.37

12.9%

5

1

0.65

5.5%

4

1

0.22

16.5%

3

1

0.49

5.6%

5

1

0.28

5.3%

4

1

0.21

7.6% 15.6% 9.5%

4 4 5

1 3 1

0.31 1.87 0.48

12.3%

4

1

0.49

Falla del revestimiento por cargas de agua, presión intersticial y deterioro de la resistencia del material

Defectos de construcción de revestimiento

Problemas en la calidad y/o colocación del concreto

7

Irregularidades de la sección

Falta de geometría circular tanto transversal como Longitundinal que puede afectar la capacidad estructural del revestimiento

8 9

Costos del revestimiento

Impacto en el costo del proyecto

Afectación por Incendio

Vulnerabilidad a desprendimientos o falla del túnel

10

Deterioro en el tiempo del concreto lanzado Daños o agrietamiento del revestimiento en el tiempo

6

Probalidad de ocurrencia

Falla del revestimiento por deformaciones inducidas efectos litológicos- Falta de confinamiento.

2

4

% de importanci a

INDICE DE RIESGO

RIESGO

5.36 BAJO

Para este último caso, el índice de riesgo es BAJO y equivale a 5,36. De acuerdo con la valorización de los riesgos en las matrices anteriores la solución planteada con revestimiento de concreto convencional reforzado es la que presenta menor índice de riesgo, calificando el riesgo como BAJO. Las otras dos opciones que son a base de concreto lanzado presentan riesgos parecidos, con índices de riesgo altos, que las hace calificar como de riesgo alto. A manera de ejemplo, a continuación, se presentan una fotografía y algunas secciones de excavación típicas relativas al túnel Bermellón tomadas por medio de levantamiento topográfico ejecutado con láser por el Consorcio La Línea e Ingetec, las cuales presentan formas irregulares con sobre excavaciones importantes. En dichas condiciones, el revestimiento de concreto convencional aseguraría a largo plazo una mayor estabilidad.

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Fotografía 5.1 Excavación irregular en el Túnel Bermellón

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Figura 5.2 Secciones de excavación irregulares en el Túnel Bermellón

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

•

El túnel de Bermellón fue excavado en la mayor parte de su trazo en roca con un nivel de meteorización comprendido entre IIA y IIB según el perfil de meteorización de Deere & Patton y presencia de materiales de suelo hacia los portales de entrada de salida.

•

Las inspecciones ejecutadas en el Túnel Bermellón, permitieron verificar que hasta el momento no se ha completado la colocación de arcos de acero de soporte, así como de la sub-base y filtros en toda su longitud. Se recomienda por lo tanto completar dichas labores.

•

Se recomienda limpiar los arcos de acero oxidados antes de embeberlos en concreto lanzado.

•

Se deberá finalizar la instalación de la tubería de drenaje.

•

En cada portal se ha diseñado un túnel falso cuya función es la de mejorar las condiciones de visibilidad a la entrada y salida del túnel, ofrecer protección contra caída de bloques y servir de muro de contención del talud frontal, además de que estéticamente mejora la apariencia de la entrada y salida del túnel. Se diseñó una estructura o túnel falso en concreto reforzado con forma de flauta o pico de pato con una longitud de 10,0 m y 2,5 m para el portal de entrada y salida, respectivamente. Las configuraciones de los túneles falsos se consideran adecuadas para absorber eventuales empujes laterales del terreno, y garantizar factores de seguridad al deslizamiento y al volcamiento, teniendo en cuenta cargas como fueron peso propio, carga del terreno y carga ante un posible evento sísmico. También dichas estructuras garantizan un factor de seguridad de 3 ante una eventual falla por capacidad portante.

•

El refuerzo del túnel falso consiste en el mínimo requerido a flexión y por retracción y fraguado.

•

Se ha ratificado la necesidad de emplear un sistema de impermeabilización con geomembrana dado que en construcción hubo infiltraciones de agua y que, por ser, además, un túnel de poca cobertura cortando una nariz topográfica, con los planos de foliación de la roca sub-verticales es bastante probable que en épocas de lluvias ingrese agua al túnel, afectando sus condiciones de seguridad y aumentado los trabajos de mantenimiento.

•

El sistema de impermeabilización debe estar compuesto de una lámina de PVC de dos colores, de 1.50 mm de calibre y geotextil No tejido de 500 g para protección de la membrana y con geodrenes para bajar las aguas al sistema de recolección de aguas en la parte inferior de la solera.

•

Las membranas expuestas a la vista, además de la problemática indicada en este informe, con el tiempo debido al paso de vehículos que expelen humos y gases y a la condensación de la humedad, van perdiendo coloración y presentan un deterioro más rápido que si estas quedan protegidas con una capa de concreto. Al quedar expuestas, el mantenimiento debe ser mejor y en consecuencia habría mayores interrupciones de la vía para realizar esas labores.

•

El no tener completa certeza de que el sostenimiento construido está cumpliendo con la resistencia del concreto lanzado de 28 MPa y dado que existen espesores más bajos de aquellos que debía tener el sostenimiento, es una de las razones por las cuales, se requiere revestir en concreto completamente el túnel corto para reducir el riesgo a futuro de tener problemas. La matriz multicriterio de riesgo aplicada a una solución de revestimiento de concreto lanzado o a una con concreto convencional, ha tenido en cuenta el problema anterior resumido como defectos constructivos (p.e baja resistencia e incumplimiento de espesores con

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respecto a lo previsto de sostenimiento). Este aspecto fue valorizado en forma cualitativa con criterio de experto para definir el nivel de riesgo. •

Los resultados de las modelaciones por medio de método numérico demuestran que el revestimiento de concreto convencional es la opción necesaria para los túneles cortos. Igualmente, teniendo en cuenta todos los problemas de estabilidad que ya se han presentado los túneles cortos, y los factores agravantes como la presencia de materiales de poca competencia geotécnica, el registro de grandes convergencias dentro de los túneles, la presencia de aguas de infiltración, las deficiencias importantes en el soporte instalado, la amenaza sísmica alta, y el bajo confinamiento lateral, como baja cobertura vertical de los túneles, se recomienda realizar el revestimiento de concreto convencional reforzado de todos los túneles.

•

El acero de refuerzo del revestimiento se extenderá a lo largo de todo el túnel, y se utilizará la cuantía que fue calculada para las zonas críticas que corresponden a la zona de portales.

•

Es claro que el concreto lanzado de sostenimiento colocado presenta bajos espesores en muchos sitios, por lo que será necesario regularizar para poder colocar la geomembrana, tal como los exigen los proveedores y montadores de esos sistemas de impermeabilización. La regularización es parte del sostenimiento que dejó de colocar el constructor anterior, y el sostenimiento en ese caso según el diseño original previsto por la UT II Centenario llevaba como refuerzo fibra. En consecuencia, INGETEC considera que la regularización debería llevar este refuerzo. Ahora bien, el concreto convencional, si bien está supliendo las deficiencias de construcción del sostenimiento actual, su razón de ser también es por la geometría regular circular que este deja, lo que hace que la capacidad estructural del revestimiento trabaje de una mejor manera a cualquier solicitación, por ejemplo, ante un evento sísmico.

•

Para revestir el túnel se realizará el siguiente procedimiento:

-

Inicialmente, se deberá realizar la regularización del concreto lanzado, para poder colocar la geomembrana hasta alcanzar en lo posible la altura del peralte de los arcos, garantizando al menos una superficie con las siguientes condiciones: Irregularidades no mayores de radio inferior a 20 cm La profundidad de una irregularidad no deberá ser superior a 15 cm respecto a la superficie de terminación. En una irregularidad la relación profundidad/extensión debe ser igual o inferior a 1/5.

-

Posteriormente, se deberá colocar la membrana impermeabilizante, con su geotextil y geodrenes. Finalmente, se debe colocar como mínimo 20 cm de concreto convencional reforzado de f´c de 21 MPa, que garantizará el correcto comportamiento estructural del revestimiento, lo cual ha sido analizado a partir de una matriz de riesgos. La membrana se debe extender hasta la zona de portales. Véanse planos del anexo.

•

Las zonas cercanas a los portales, corresponden con las zonas de menores características geotécnicas (suelos residuales, rocas descompuesta), y de menor confinamiento o cobertura, desde un principio se consideró que debían revestidas con concreto convencional. El análisis de riesgo abarca también esta zona y por ello la recomendación de revestir en concreto convencional aplica también para estos tramos.

•

En una solución en concreto lanzado, con el tiempo, por el paso de vehículos y el polvo, la superficie se va ennegreciendo o poniendo oscura, lo que reduce las condiciones de

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luminosidad del túnel. Al ser una superficie áspera, el mantenimiento en consecuencia será mayor para mantener el túnel en mejores condiciones para los usuarios. •

Los análisis de estabilidad global de las laderas en donde se emplaza el túnel, muestran que estas presentan factores de seguridad apropiados ante eventos sísmicos y niveles normales de agua.

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 54

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7. REFERENCIAS 1 Consorcio La Linea- Consultoría de los estudios y diseñospara la terminación del túnel de La Línea y segundacalzadaCalarcá – Cajamarca, proyectoCruce de la Cordillera CentralInformeTécnico – AnálisisGeomembrana-Sistema de Impermeabilización- TúnelesCortos – Documento Nº CLL-INF-030- 17. INGETEC S.A., Octubre de 2017. 2 Consorcio La Linea- Consultoría de los estudios y diseños para la terminación del túnel de La Línea y segunda calzada Calarcá – Cajamarca, proyecto Cruce de la Cordillera Central- Informe Técnico – Justificación del revestimiento- Túneles Cortos – Documento Nº CLL-INF-074-18-R1. INGETEC S.A., Julio de 2018. 3 Consultoría de los estudios y diseños para la terminación del túnel de La Línea y segunda calzada Calarcá – Cajamarca, proyecto Cruce de la Cordillera Central. DOCUMENTO CLL-INF-001R0. INGETEC S.A., Agosto 2017. 4 Department of the Army U.S. Corps of Engineers. 1996. Risk. Based Analysis for Flood Damage Reduction Studies. Chapter 3. Manual No 1110-2-1619. USA. 5 EERI. 1996. Committee on Seismic Risk. USA. 6 González de Vallejo L., Ferrer M, Ortuño y Oteo C. 2002. Ingeniería geológica. Prentice Hall. España. 7 Interventoría a los Estudios y Diseños, Gestión Social, Predial y Ambiental, Construcción y Operación del Proyecto "Cruce de la Cordillera Central: Túneles del II Centenario - Túnel de la Línea y Segunda Calzada Calarcá – Cajamarca. CONSORCIO DIS. S.A. – EDL LTDA. Ingenieros Consultores. 8 INVIAS – UT-II Centenario. Condiseños S.A y Geotúneles. Módulo 1. Túneles del II CentenarioTúnel de La Línea – Estudio de Impermeabilización, revestimiento y drenaje. T-V06-IN-R2. Volumen VI. Junio 2010. 9 O’Rourke.T.D. 1984. Guidelines for tunnel lining design. ASCE. New York. 10 Phase2 Version 8.005.Rocscience.Geomechanics Software & Research.Canada.2011. 11 RocFall Versión 4.042. Rocscience.Geomechanics Software & Research.Canada, 2005. 12 Rowe, R. y Hons, M. 1992. Tunneling in Seismic Zones. Tunnel and Tunneling. 13 SAP2000 Versión 14.2.2.Integrated software for structural anlysis and design. 14 SLIDE Version 5.0. Rocscience.Geomechanics Software & Research.Canada, 2004. 15 Suarez, J. “Deslizamientos. Análisis Geotécnicos - Técnicas de Remediación”. UIS ediciones. Bucaramanga. 2009. 16 U.T. II Centenario – INVIAS, 2010a. Módulo 1. Túnel del II Centenario - Túnel de La Línea. Volumen XVI: Estudio de Geología y Geotecnia para Túneles - Portales. Contrato No. 3460 de 2008.

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2 55

Anexo 1. Ficha Técnica

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

FICHA TECNICA TÚNELES Ficha No.

Fecha elaboración 31 de agosto -2017 Aprobado por Responsable Ing. Ramiro Gutierrez Fecha Revisión Rev 1 REGISTRO FOTOGRÁFICO /ESQUEMA

1-1

Túnel

Bermellon 2 CARACTERÍSTICAS DEL TÚNEL

Abscisas 36+186.36 Sección tipo Semicircular Tipo de roca Ígnea Edad geológica ND Formación ND Descripción Cobertura aproximada -m Zona de falla geológica

a

Long-m=

36+457.6

Metamórfica

Sedimentaria

SD No

Nombre falla

Infiltraciones de agua

Humedad o Goteos

Caudal aprox . Infiltracion- l/s/m

SD

Terreno tipo Convergencia - mm

270.97

Si

Chorros

Tasa deformación mm/día SD

Tipo VI -Tipo I SD

1. Realizar topografía lidar para verificar secciones de los túneles.

Tipo de sostenimiento colocado Arcos TH deslizantes Tipo Pernos Helicoidales Separación (m)

Si No Si SD 1,0

Rígidos HEB Separación (m)

si 1

Autoperforantes Longitud (m)

No 4,0

Concreto Lanzado Espesor (m) Fibra Tipo Enfilajes Otros tratamientos Inyecciones Drenajes Observaciones Adicionales

Si 0.10 max si Malla electrosoldada

Tunel revestido

No No No

Reforzado Impermeabilizado

HEB 100

Fibra de vidrio No

9. Falta completar tratamiento de pernos; inyecciones y/o accesorios

si en algunos sitios 30

Cuantía -kg/m3 No

2. Ejecutar sondeos para revisar espesores de concreto y calidad de materiales c/a 50 m2 3. Se recomienda limpiar los arcos oxidados, antes de embeberlos en concreto lanzado. 4. Se debe proceder a retirar rezaga acumulada del túnel. 5. Se debe volver a revisar la tubería y el filtro que dejo a medio instalar el contratista anterior 6. Relleno de oquedades de superficies excavadas 7. Arcos deformados deben ser revisados 8. Zonas de desprendimientos de cuñas deben ser instaldos pernos adicionales

Tipo

NO CONFORMIDADES DE LA INTERVENTORIA SALIENTE

No No Vacios detrás del concreto lanzado

Tipo Revestimiento Cuantía- kg/m3 Tipo

1. NC 635-Instalación de tubería de concreto en malas condiciones portal salida 2. NC 866- Trabajos de excavación suspendidos 3. Of.998-0157-02-ag-2012- Actividad portal entrada 4. Of 998-0157-3885 16 may-2014- calidad de arcos intalados 5. OF. 998-0157-10 mar-2016- Anomalias tuneles cortos , falta finalizar pernado y filtros 6. NC 977 . Arcos instalados de mala calidad 7. NC 1063, 1039, OF. 998-0157-559. Desprendimiento del concreto lanzado túnel Bermellon

Ninguno Ninguna Ninguno REGISTRO DE ESTADO

CONDICIONES DEL SOSTENIMIENTO COLOCADO Mecanismo de falla involucrado 1.Empujes de montaña 2.Hinchamiento 3.Estallido de roca 4.Terreno que Fluye 5. Infiltraciones de agua 6. Cuñas de roca 7. Cargas de desprendimiento 8. Creep- Deformaciones

No No No No si Si E No

Arcos deformados Arcos sin apoyo Concreto fisurado Pernos sin platinas Pernos sobre esforzados Sobre excavación Tipo de grietas Longitudinales Solera levantada

CONDICIONES DEL REVESTIMIENTO COLOCADO NOTA : No tiene revestimiento 1. Fisuras o grietas 2. Spalling o estallido 3. Hormigueos 4. Juntas en mal estado 5. Abombamientos 6. Humedades y/o goteos 7. Descascaramientos

No No No No No Si

Transversales

Notas adicionales Arcos oxidados- arcos en el aire- huecos detrás del cascaron de concreto-

Notas adicionales

CONDICIONES EN PORTALES PORTAL SECTOR Quindio Inclinación taludes Protegido Sistemas de drenaje superficial Reptación Tipo de fallas o mecanismos 1. Caida de rocas 2. Cuñas de roca inestables 3. Flujo de detritos 4. Deslizamientos rotacionales 5. Deslizamiento traslacional 6. Problemas de erosión 7- Otros Baja cobertura Lateral Notas adicionales

REGISTRO FOTOGRÁFICO /ESQUEMA si No No No No No No No No

Altura -m tipo Drenaje subsuperficial

No

No

Grietas de Coronación Filtraciones de agua Huecos de drenaje Fisura en taludes Lagrimales Muros de sostenimiento Anclajes

No Si No No No No No

Estado cabezales Abombamiento de arcos Enfilajes doblados Viga cabezal

No No No No tiene

______________________________ Especialista Ingetec

Bermas

10 m

Tipo Tipo

______________________________ Interventoría

1. Se debe construir el brocal o emboquille del túnel en concreto convencional según plano en proceso 2. Se deben perforar huecos de drenaje y/o lagrimales en los taludes 3. Se debe construir cunetas de coronación para manejo de aguas lluvias 4. Retirar maleza y a hacer limpieza general.

______________________________ INVIAS

______________________________

FICHA TECNICA TÚNELES Ficha No.

Túnel

Fecha elaboración Responsable

1-2

Bermellon CARACTERÍSTICAS DEL TÚNEL

Abscisas 36+186.36 Sección tipo Semicircular Tipo de roca Edad geológica ND Formación ND Descripción No se tiene Cobertura aproximada -m

a

Aprobado por Fecha REGISTRO FOTOGRÁFICO /ESQUEMA

36+457.6

Ígnea

Metamórfica

Sedimentaria

ND

Zona de falla geológica

No

Nombre falla

Infiltraciones de agua

Si

Humedad o Goteos

Caudal aprox . Infiltracion- l/s/m

SD

Chorros

Si

Tasa deformación mm/día SD

Terreno tipo Tipo VI y Tipo I Convergencia - mm Tipo de sostenimiento colocado Arcos Si TH deslizantes No Rígidos HEB Tipo Separación (m) Pernos si Helicoidales Autoperforantes Separación (m) Longitud (m) Concreto Lanzado si En tipo I es esporadico Espesor (m) Se desconoce Fibra Malla electrosoldada

Otros tratamientos Inyecciones Drenajes Observaciones Adicionales Tunel revestido

No Ninguno No tiene No tiene

No

Reforzado Impermeabilizado

Fibra de vidrio no

No

Cuantía -kg/m2

Tipo Enfilajes

HEB 100

Si 1

No

Tipo

Tipo Revestimiento Cuantía- kg/m3 Tipo

Ninguno No tiene

REGISTRO DE ESTADO CONDICIONES DEL SOSTENIMIENTO COLOCADO Mecanismo de falla involucrado 1.Empujes de montaña 2.Hinchamiento 3.Estallido de roca 4.Terreno que Fluye 5. Infiltraciones de agua 6. Cuñas de roca 7. Cargas de desprendimiento 8. Creep- Deformaciones

No No No No si E E No

Arcos deformados Arcos sin apoyo Concreto fisurado Pernos sin platinas Pernos sobre esforzados Sobre excavación Tipo de grietas Longitudinales Solera levantada

CONDICIONES DEL REVESTIMIENTO COLOCADO NOTA : No tiene revestimiento 1. Fisuras o grietas 2. Spalling o estallido 3. Hormigueos 4. Juntas en mal estado 5. Abombamientos 6. Humedades y/o goteos 7. Descascaramientos

No No No No No

Si Ninguna

Transversales No

Notas adicionales

Notas adicionales

CONDICIONES EN PORTALES PORTAL SECTOR Tolima Inclinación taludes Protegido Sistemas de drenaje superficial Reptación Tipo de fallas o mecanismos 1. Caida de rocas 2. Cuñas de roca inestables 3. Flujo de detritos 4. Deslizamientos rotacionales 5. Deslizamiento traslacional 6. Problemas de erosión 7. Otros

Notas adicionales

REGISTRO FOTOGRÁFICO /ESQUEMA

si No tiene No

Altura -m tipo Drenaje subsuperficial

Ninguna No Grietas de Coronación No Filtraciones de agua No Huecos de drenaje No Fisura en taludes No Lagrimales No Muros de sostenimiento Anclajes Estado cabezales Abombamiento de arcos Enfilajes doblados Viga cabezal

______________________________ Especialista Ingetec

Max 10 m

Bermas

No

No tiene

No No No tiene No se observaron No tiene No tiene Tipo No tiene Tipo No tiene No se observa No No tiene

______________________________ Interventoría

1. Realizar limpieza de maleza 2. Completar espesores de concreto lanzado 3. Construir cuneta de coronación para manejo de aguas lluvias 4. Construir emboquille o brocal en concreto

______________________________ INVIAS

______________________________

Anexo 2. Desprendimiento de bloques

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

Portal entrada Túnel corto Bermellón

Portal salida Túnel corto Bermellón

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 2 Cuadro 1 de 1 Rev.1

DESPRENDIMIENTO DE BLOQUES TÚNEL BERMELLÓN PORTALES

Diciembre - 2017

Anexo 3. Estabilidad del túnel falso

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

Radianes

SUELO c (T/m2) φ (°) ϒ (T/m3) H (m)

20,00 35,00 1,80 4,00

ESTRUCTURA ϒ (T/m3) B (m) H (m) Ancho (m) β (°) Atotal (m2) L1 (m) V1 (m3) W1 (T) L2 (m) V2 (m3) W2 (T)

2,50 10,00 8,36 11,80 90,00 15,52 5,50 42,68 106,70 4,50 69,84 174,60

Wtotal (T)

281,30

δ (°) μ c' (T/m2)

23,33 0,43 12,00

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO Fuerza resistente (T) 241,34 Empuje actuante (T) 41,53 FSd 5,81

0,61

ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO Momento resistente PESO F (T) 1 106,70 2 174,60 1,57

CHEQUEO CUMPLE

Eh

BRAZO (m) 3,67 7,75 Total

MOMENTO (T.m) 391,23 1353,15 1744,38

BRAZO (m) 9,69

MOMENTO (T.m) 402,56

Momento actuante Empuje suelo FSv

W1 F (T) 41,53 4,33

ESTABILIDAD PSEUDOESTATICA AL VOLCAMIENTO Momento resistente PESO F (T) BRAZO (m) MOMENTO (T.m) 1 106,70 3,67 391,23 2 174,60 7,75 1353,15 Total 1744,38 Momento actuante F (T) BRAZO (m) MOMENTO (T.m) Empuje suelo 41,53 9,69 402,56 Empuje suelo din 13,51 11,03 148,93 Empuje inercial 35,16 3,65 128,40 Total 679,89 FSv 2,57

FR (T) 241,34 Fuerza de rozamiento

W2

CHEQUEO CUMPLE

ESTABILIDAD PSEUDOESTATICA AL DESLIZAMIENTO Fuerza resistente (T) 241,34 Empuje actuante (T) 90,20 CHEQUEO FSd 2,68 CUMPLE

0,41

2

1

0 FR

CHEQUEO CUMPLE

1. ANALISIS ESTATICO Combinación ángulos β+φ β−δ φ+δ φ β−δ β Ka =

2,182 1,164 1,018 0,611 1,164 1,571

seno

Seno 2

0,819 0,918 0,851 0,574 0,918 1,000

0,671

0,244 41,53

Eh (T)

Zona 1 2 TOTAL

0,843 1,000

Centroide desde el punto 0 A (m2) X (m) Y (m) AX 22,99 3,67 2,79 84,30 37,62 7,75 4,18 291,56 60,61 375,85

AY 64,07 157,25 221,32

Empuje X Y

2. ANALISIS PSEUDOESTATICO

6,20 3,65

Radianes ah Kh θ (°)

0,25 0,125 7,13

Combinación de ángulos φ+β −θ = θ β β−θ−δ φ+δ φ−θ Kae =

2,057 0,124 1,571 1,039 1,018 0,487

Coeficiente sísmico horizontal 0,12

seno

Seno2

Coseno

0,884 0,124 1,000 0,862 0,851 0,468

0,781 0,015 1,000

-0,468 0,992 0,000

0,884

Ehd (T)

0,32 13,51

Incremento dinámico del empuje

FSPP (T)

35,16

Fuerza sismica peso propio

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA - CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 3 Cuadro 1 de 2 Rev.0

DISEÑO TUNEL FALSO TUNEL BERMELLÓN PORTAL ENTRADA

Diciembre - 2017

Radianes

SUELO c (T/m2) φ (°) ϒ (T/m3) H (m)

20,00 35,00 1,80 1,00

ESTRUCTURA ϒ (T/m3) B (m) H (m) Ancho (m) β (°) Atotal (m2) L1 (m) V1 (m3) W1 (T) L2 (m) V2 (m3) W2 (T)

2,50 2,50 8,36 11,80 90,00 15,52 1,50 11,64 29,10 1,00 15,52 38,80

Wtotal (T)

67,90

δ (°) μ c' (T/m2)

23,33 0,43 12,00

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO Fuerza resistente (T) 59,29 Empuje actuante (T) 2,60 FSd 22,84

0,61

ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO Momento resistente PESO F (T) 1 29,10 2 38,80 1,57

CHEQUEO CUMPLE

Eh

BRAZO (m) 1,00 2,00 Total

MOMENTO (T.m) 29,10 77,60 106,70

BRAZO (m) 8,69

MOMENTO (T.m) 22,56

Momento actuante Empuje suelo FSv

W1 F (T) 2,60 4,73

ESTABILIDAD PSEUDOESTATICA AL VOLCAMIENTO Momento resistente PESO F (T) BRAZO (m) MOMENTO (T.m) 1 29,10 1,00 29,10 2 38,80 2,00 77,60 Total 106,70 Momento actuante F (T) BRAZO (m) MOMENTO (T.m) Empuje suelo 2,60 8,69 22,56 Empuje suelo din 0,84 9,03 7,62 Empuje inercial 8,49 3,58 30,41 Total 60,59 FSv 1,76

FR (T) 59,29 Fuerza de rozamiento

W2

CHEQUEO CUMPLE

ESTABILIDAD PSEUDOESTATICA AL DESLIZAMIENTO Fuerza resistente (T) 59,29 Empuje actuante (T) 11,93 CHEQUEO FSd 4,97 CUMPLE

0,41

2

1

0 FR

CHEQUEO CUMPLE

1. ANALISIS ESTATICO Combinación ángulos β+φ β−δ φ+δ φ β−δ β Ka =

2,182 1,164 1,018 0,611 1,164 1,571

seno

Seno 2

0,819 0,918 0,851 0,574 0,918 1,000

0,671

0,244 2,60

Eh (T)

Zona 1 2 TOTAL

0,843 1,000

Centroide desde el punto 0 A (m2) X (m) Y (m) AX 6,27 1,00 2,79 6,27 8,36 2,00 4,18 16,72 14,63 22,99

AY 17,47 34,94 52,42

Empuje X Y

2. ANALISIS PSEUDOESTATICO

1,57 3,58

Radianes ah Kh θ (°)

0,25 0,125 7,13

Combinación de ángulos φ+β −θ = θ β β−θ−δ φ+δ φ−θ Kae =

2,057 0,124 1,571 1,039 1,018 0,487

Coeficiente sísmico horizontal 0,12

seno

Seno2

Coseno

0,884 0,124 1,000 0,862 0,851 0,468

0,781 0,015 1,000

-0,468 0,992 0,000

0,884

Ehd (T)

0,32 0,84

Incremento dinámico del empuje

FSPP (T)

8,49

Fuerza sismica peso propio

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA - CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 3 Cuadro 2 de 2 Rev.0

DISEÑO TUNEL FALSO TUNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

TÚNEL FALSO-TUNEL BERMELLÓN

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA - CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

dic-17

Revisión por capacidad portante 1. CARACTERISTICAS DEL TERRENO Profundidad de desplante (D [m]) Nivel freático (NF [m]) Valor,No Peso unitario efectivo (γ' [kN/m^3]) Sobre D Peso unitario efectivo (γ' [kN/m^3]) Bajo D Esfuerzo de sobrecarga efectivo (q [kPa])

0,30 No 18 18 5

Cohesión (c [kPa]) Angulo de Fricción [Grados] Angulo de Fricción [Radianes] Coeficiente de empuje pasivo (Kp [-]) k

4 35 0,6 3,7 0,25

2. GEOMETRIA Y CARACTERISTICAS DEL CIMIENTO Ancho de la fundación (B [m]) Profundidad de la fundación (L [m]) B/L D/B Excentricidad de la base (eB) Excentricidad de la longitud (eL)

1,2 10,0 0,1 0,3 0,0 0,0

Ancho de la fundación corregida (B' [m]) Profundidad de la fundación correguida (L' [m]) Área efectiva (Af [m2])

1,20 10,00 12,00

B'/L' Angulo de fricción entre la base y el suelo ([Grados]) Adhesion de la base (Ca [kPa])

0,1 17,5 2,4

3. CARGAS (Aplica solo para cargas inclinadas) Carga vertical (V[kN]) Carga horizontal paralela a B (HB[kN]) Carga horizontal paralela a L (HL[kN]) Hmax Hi mB mL

0,0 0,0 0,0 28,8 0,0 0,00 0,00

m

0,0

4. INCLINACIÓN DE LA BASE Y EL TERRENO Angulo de inclinación de la base, δ [grados] Angulo de inclinación del terreno, β max 45° [grados]

0,0 0,0

5. ECUACIÓN CAPACIDAD DE CARGA No se puede mostrar la imagen en este momento.

qult = cN c sc d c ic + qN q sq d qiq + 0.5γ BN γ sγ d γ iγ Factor de seguridad

3,0

Página 1

TÚNEL FALSO-TUNEL BERMELLÓN

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA - CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

dic-17

Revisión por capacidad portante Factores de capacidad de carga Nc (Meyerhof) Nq (Meyerhof) Ngamma (Vesic) Factores de forma sc(V) (Vesic) sq(V) (Vesic) sγ(V) (Vesic)

46,12 33,30 48,03 1,087 1,084 0,952

Factores de profundidad dc (Vesic) dq (Vesic) dγ (Vesic)

1,10 1,06 1,00

Factores por inclinación de la carga ic (Vesic) iq (Vesic) igamma (Vesic) Factores por inclinación de la base bc (Vesic) bq (Vesic) bgamma (Vesic) Factores por base en un Talud gc (Vesic) gq (Vesic) ggamma (Vesic)

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Termino 1 Termino 2 Termino 3

220,5 207,3 493,8

Capacidad portante (qu [kPa])

921,65

Capacidad portante admisible (qa [kPa])

307,22

Carga admisible (Pa [kN])

3.686,61

Capacidad portante admisible corregida (qa [kPa]) Reacción (SAP2000) B Esfuerzo a soportar

24,097 240,97 1

ton/m KN/m m

240,97

Kpa

CHEQUEO

307,22

CUMPLE

Página 2

Anexo 4. Estabilidad actual del túnel con métodos numéricos

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

Máximo Esfuerzo de Corte 90

Desplazamiento Total

80

90

Maximum Shear Strain 0.00e+000 4.50e-005 9.00e-005 1.35e-004 1.80e-004 2.25e-004 2.70e-004 3.15e-004 3.60e-004 4.05e-004 4.50e-004 4.95e-004 5.40e-004 5.85e-004 6.30e-004 6.75e-004 7.20e-004 7.65e-004 8.10e-004 8.55e-004 9.00e-004

70 60

0.00056 0.00014

4.50e-005

4.50e-005

50

0.00028

0.00e+000

10

20

30

40

50

60

70

80

Diagramas de Capacidad

40

50

60

70

80

Total Displacement m 0.00000 0.00004 0.00007 0.00011 0.00014 0.00018 0.00021 0.00025 0.00028 0.00032 0.00035 0.00039 0.00042 0.00046 0.00049 0.00053 0.00056 0.00060 0.00063 0.00067 0.00070

0

10

20

30

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

I IA

Fi e ld Stres s and Body Force

0.0265

I s otropic

I IB

Fi e ld Stres s and Body Force

Sue lo re s i dua l

Fi e ld Stres s and Body Force

Material Name

Color

0.0265 0.018

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

I s otropic 10215.9 I s otropic

40

35

50

60

70

Failure Criterion

Material Type

Intact Compressive Strength (MPa)

0.2

Gene ra li ze d Hoe k-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Gene ra li ze d Hoe k-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

mb s (residual) a (residual) (residual)

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL ENTRADA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Total Displacement m 0.00000 0.00010 0.00020 0.00030 0.00040 0.00050 0.00060 0.00070 0.00080 0.00090 0.00100 0.00110 0.00120 0.00130 0.00140 0.00150 0.00160 0.00170 0.00180 0.00190 0.00200

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000 6.00e-005 1.20e-004 1.80e-004 2.40e-004 3.00e-004 3.60e-004 4.20e-004 4.80e-004 5.40e-004 6.00e-004 6.60e-004 7.20e-004 7.80e-004 8.40e-004 9.00e-004 9.60e-004 1.02e-003 1.08e-003 1.14e-003 1.20e-003

0.125

0.0625

0.00150

0.00150

0.00130

20

30

0.125

0.0625

0.00e+000

6.00e-005

40

50

6.00e-005

60

70

Diagramas de Capacidad

0

20

40

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi e ld Stre s s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

8165.6

IIB

Fi e ld Stre s s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c 10215.9

Sue lo re s i dua l

Fi e ld Stre s s a nd Body Force

Material Name

Color

0.018

Is otropi c

60

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

Initial Element Loading

35

80

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Gene ral i ze d Hoe k-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Gene ral i ze d Hoe k-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN PSEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL ENTRADA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Total Displacement m 0.00000 0.00003 0.00006 0.00009 0.00012 0.00015 0.00018 0.00021 0.00024 0.00027 0.00030 0.00033 0.00036 0.00039 0.00042 0.00045 0.00048 0.00051 0.00054 0.00057 0.00060

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000 5.50e-005 1.10e-004 1.65e-004 2.20e-004 2.75e-004 3.30e-004 3.85e-004 4.40e-004 4.95e-004 5.50e-004 6.05e-004 6.60e-004 7.15e-004 7.70e-004 8.25e-004 8.80e-004 9.35e-004 9.90e-004 1.04e-003 1.10e-003

0.00033

0.00024 0.00006

20

25

30

35

40

0.00e+000

0.00e+000 5.50e-005

45

50

55

60

65

Diagramas de Capacidad 20

25

30

35

40

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropic

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

Suelo res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

Material Name Color

0.0265 0.018

45

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

Is otropic 10215.9 Is otropic

35

50

55

60

65

70

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

General i zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

General i zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD INSTALACIÓN EMBOQUILLE- CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL ENTRADA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Total Displacement m 0.00000 0.00010 0.00020 0.00030 0.00040 0.00050 0.00060 0.00070 0.00080 0.00090 0.00100 0.00110 0.00120 0.00130 0.00140 0.00150 0.00160 0.00170 0.00180 0.00190 0.00200

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000 6.00e-005 1.20e-004 1.80e-004 2.40e-004 3.00e-004 3.60e-004 4.20e-004 4.80e-004 5.40e-004 6.00e-004 6.60e-004 7.20e-004 7.80e-004 8.40e-004 9.00e-004 9.60e-004 1.02e-003 1.08e-003 1.14e-003 1.20e-003

0.125

0.0625

0.00130

0.00130 0.00150

25

30

35

0.125

0.0625

0.00e+000

0.00e+000

0.00e+000

40

45

50

55

60

65

70

75

Diagramas de Capacidad 35

40

45

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi eld Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi eld Stres s a nd Body Force

Suel o res idua l

Fi eld Stres s a nd Body Force

Material Name

Color

0.0265 0.018

50

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

Is otropi c 10215.9 Is otropi c

55

35

60

65

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pl a s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pl a s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coul omb

El a s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD INSTALACIÓN EMBOQUILLE- CONDICIÓN SEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

Total Displacement m 0.00000 0.00009 0.00018 0.00027 0.00036 0.00045 0.00054 0.00063 0.00072 0.00081 0.00090 0.00099 0.00108 0.00117 0.00126 0.00135 0.00144 0.00153 0.00162 0.00171 0.00180

Maximum Shear Strain 0.00e+000 1.50e-004 3.00e-004 4.50e-004 6.00e-004 7.50e-004 9.00e-004 1.05e-003 1.20e-003 1.35e-003 1.50e-003 1.65e-003 1.80e-003 1.95e-003 2.10e-003 2.25e-003 2.40e-003 2.55e-003 2.70e-003 2.85e-003 3.00e-003

0.00162 0.00054

0.00063

0.00e+000

1.50e-004 1.50e-004

0.00e+000

0.00171

20

30

40

50

60

70

Diagramas de Capacidad -40

-20

0

20

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stre s s and Body Force

0.0265

Is otropic

8165.6

IIB

Fi el d Stre s s and Body Force

0.0265

Is otropic 10215.9

Suel o res idua l

Fi el d Stre s s and Body Force

Material Name

Color

0.018

Is otropic

40

35

60

80

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Ge ne ra li zed Hoe k-Brown

Pl as ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Ge ne ra li zed Hoe k-Brown

Pl as ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coul omb

El as ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN SECCIÓN INTERMEDIA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000

Total Displacement m 0.00000

3.00e-004 6.00e-004

0.00333

0.125

0.125

9.00e-004

0.00667

0.0625

0.01000

1.20e-003

0.0625

0.01333

1.50e-003

0.01667

1.80e-003

0.02000

2.10e-003

0.02333

0.00e+000

2.40e-003

0.00167

1.50e-004

0.02667

1.50e-004

2.70e-003

0.03000

3.00e-003

0.00167

0.00167

0.03333

3.30e-003

0.03667

3.60e-003

0.04000

30

-20

-10

0

10

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi eld Stres s and Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi eld Stres s and Body Force

Suel o res i dual

Fi eld Stres s and Body Force

Material Name Color

0.0265 0.018

20

30

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

Is otropi c 10215.9 Is otropi c

40

35

50

60

70

40

80

50

60

70

80

Diagramas de Capacidad

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

General i zed Hoek-Brown

Pl a s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

General i zed Hoek-Brown

Pl a s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coul omb

El a s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN PSEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN SECCIÓN INTERMEDIA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte Maximum Shear Strain 0.00e+000

Total Displacement m 0.00000

3.00e-004

0.00014

9.00e-004

6.00e-004

0.00028

0.00e+000

1.20e-003

0.00042

1.50e-003

0.00056

1.80e-003 0.00070

2.10e-003

0.00084

1.50e-004 1.50e-004

0.00098

2.40e-003

0.00147

2.70e-003

0.00112

0.00028

0.00e+000

0.00042

0.00126

3.00e-003

0.00161 0.00140

3.30e-003

0.00154

3.60e-003

0.00168

30 -40

-20

0

20

40

60

80

35

40

45

50

55

60

65

70

100

Diagramas de Capacidad Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

Material Name Color

0.0265 0.018

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

Is otropi c 10215.9 Is otropi c

35

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s tic

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s tic

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coul omb

Ela s tic

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD REGULARIZACIÓN- CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN SECCIÓN INTERMEDIA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte Maximum Shear Strain 0.00e+000

Total Displacement m 0.00000

3.00e-004 6.00e-004 9.00e-004

0.125

0.00300

0.00e+000

1.20e-003 0.0625

0.00600

1.50e-003

0.00900

1.80e-003

0.01200

2.10e-003

0.01500

2.40e-003

0.01800

2.70e-003

0.02100

3.00e-003

0.02400

3.30e-003

1.50e-004 1.50e-004

0.00e+000

3.60e-003

0.00150

0.02700 0.03000

0.00150

0.00150

0.03300 0.03600 35

40

45

50

55

60

65

70

Diagramas de Capacidad 0

20

40

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.018

Material Name Color

60

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

80

100

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

Is otropi c 10215.9

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

Is otropi c

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

8165.6

35

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD REGULARIZACIÓN- CONDICIÓN SEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN SECCIÓN INTERMEDIA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

Total Displacement m 0.00000

Maximum Shear Strain 0.00e+000

0.00009

2.00e-004

0.00018

3.00e-004

0.00027

4.00e-004

1.00e-004

0.00e+000 5.00e-004

0.00036

6.00e-004

0.00045

7.00e-004

0.00054 8.00e-004

0.00063

0.00104

9.00e-004

0.00072

5.00e-005

1.00e-003

5.00e-005

0.00081

1.10e-003

0.00090

0.00014

1.20e-003

0.00009

0.00099 0.00108

40

45

50

55

60

65

Diagramas de Capacidad 20

30

40

50

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

8165.6

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c 10215.9

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

Material Name Color

0.018

Is otropi c

35

60

70

80

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000

Total Displacement m 0.00000

0.125

0.1 25

1.40e-004 0.0 625

2.80e-004

0.00070

0.0625

4.20e-004

0.00140 5.60e-004

0.00210

0.00e+000 7.00e-004

0.00280

0.00140

8.40e-004

0.00350

9.80e-004

0.00420

1.12e-003

0.00490

1.26e-003

0.00560

1.40e-003

0.00630

1.54e-003

0.00700

1.68e-003

0.00070

7.00e-005 7.00e-005

0.00070

0.00770 0.00840

40

45

50

55

60

65

70

Diagramas de Capacidad 40

45

50

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

Material Name Color

0.0265 0.018

55

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa) 8165.6

Is otropi c 10215.9 Is otropi c

35

60

65

70

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD ACTUAL DEL TÚNEL-CONDICIÓN SEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

45

0.00009

Maximum Shear Strain 0.00e+000

0.00018

1.00e-004

50

50

Total Displacement m 0.00000

2.00e-004

0.00027

0.00099

40

3.00e-004

45

0.00036 0.00045

4.00e-004

0.00054

5.00e-004

0.00063

0.00e+000

6.00e-004

0.00072

7.00e-004

40

0.00014 0.00081

0.00009 8.00e-004

35

0.00090

5.00e-005

9.00e-004

0.00099

5.00e-005

1.00e-003 35

0.00108

1.10e-003

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

30

30

1.20e-003

20

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

8165.6

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c 10215.9

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

Material Name Color

0.018

Is otropi c

35

25

30

35

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s tic

90

2.0046

0.006738

0.504048

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s tic

90

2.49352

0.015504

0.501975

0.3

Mohr Coul omb

Ela s tic

40

45

50

55

60

65

Diagramas de Capacidad

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD INSTALACIÓN EMBOQUILLE- CONDICIÓN ESTÁTICA TÚNEL BERMELLLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

70

Desplazamiento Total

Máximo Esfuerzo de Corte

Maximum Shear Strain 0.00e+000

Total Displacement m 0.00000

0.125

0.125

1.40e-004

0.00070

2.80e-004

0.0625

0.0625

0.00140

4.20e-004

0.00210

5.60e-004

0.00280

7.00e-004

0.00350

8.40e-004

0.00140

0.00420

0.00e+000

9.80e-004

0.00490

1.12e-003

0.00560

1.26e-003

0.00630

7.00e-005

1.40e-003

0.00070

0.00e+000 0.00700

1.54e-003

0.00105

0.00770

1.68e-003

0.00840

40

40

45

50

Initial Element Loading

Unit Weight (MN/m3)

Elastic Type

IIA

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Is otropi c

IIB

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.0265

Suel o res i dua l

Fi el d Stres s a nd Body Force

0.018

Material Name Color

55

Young's Poisson's Modulus Ratio (MPa)

60

Material Type

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.0046

0.006738

0.504048

Is otropi c 10215.9

0.2

Genera li zed Hoek-Brown

Pla s ti c

90

2.49352

0.015504

0.501975

Is otropi c

0.3

Mohr Coulomb

Ela s ti c

35

50

55

60

65

Intact mb Compressive s (residual) a (residual) (residual) Strength (MPa)

Failure Criterion

8165.6

45

Diagramas de Capacidad

65

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 4 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD INSTALACIÓN EMBOQUILLE- CONDICIÓN PSEUDOESTÁTICA TÚNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

Anexo 5. Estabilidad de taludes

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

Portal entrada - análisis estático sin túnel falso

Portal entrada - análisis estático con túnel falso

FS=1,238

FS=9,640

Portal entrada - análisis pseudo estático sin túnel falso

Portal entrada - análisis pseudo estático con túnel falso

FS=0,791

FS=6,537

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 5 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD DE TALUDES TÚNEL BERMELLÓN PORTAL ENTRADA

Diciembre - 2017

Portal salida - análisis estático sin túnel falso

Portal salida - análisis pseudo estático sin túnel falso

FS=1,210

FS=5,302

Portal salida - análisis pseudo estático sin túnel falso

FS=0,286

Portal salida - análisis pseudo estático con túnel falso

FS=4,077

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACION DEL TUNEL DE LA LINEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCA CAJAMARCA - PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL

Anexo 5 Cuadro 1 de 1 Rev.0

ESTABILIDAD DE TALUDES TÚNEL BERMELLÓN PORTAL SALIDA

Diciembre - 2017

Anexo 6. Análisis sobre el revestimiento

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

FORMATO P12 -1 (Rev. 0 - 2002-03-26)

MATRIZ DE SENSIBILIDAD

RESUMEN COEFICIENTE DE FLEXIBILIDAD t(cm) Módulo deformación del macizo-Kgcm2 15000 9000 6000 1000 40,0 290,33 174,20 116,13 19,36 30,0 688,19 412,92 275,28 45,88 20,0 2322,66 1393,59 929,06 154,84 10,0 18581,26 11148,76 7432,51 1238,75

DATOS DE ENTRADA Módulo deformación del medio-Em-Kg/cm2

15.000

15000

15000

15000

Módulo deformación del Concreto-E-Kg/cm2

210000

210000

210000

210000

Radio del revestimiento- cm- R

565,0

565,0

565,0

565,0

Relación de Poisson del medio-Vm

0,30

0,30

0,30

0,30

Relación de Poisson del concreto-V

0,25

0,25

0,25

0,25

Espesor del revestimiento - cm/m-t

40,0

30,0

20,0

10,0

1,82 290,33

2,43 688,19

3,64 2322,66

7,28 18581,26

Módulo deformación del medio-Em-Kg/cm2

9000

9000

9000

9000

Módulo deformación del Concreto-E-Kg/cm2

Módulo deformación

10000,00 15000

DATOS DE ENTRADA 210000

210000

210000

210000

Radio del revestimiento- cm- R

565,0

565,0

565,0

565,0

Relación de Poisson del medio-Vm

0,30

0,30

0,30

0,30

Relación de Poisson del concreto-V

0,25

0,25

0,25

0,25

Espesor del revestimiento - cm/m-t

40,0

30,0

20,0

10,0

1,09 174,20

1,46 412,92

2,18 1393,59

4,37 11148,76

RESULTADOS Relación de compresibilidad- C Relación de flexibilidad- F

100000,00

Coeficiente -F

RESULTADOS Relación de compresibilidad- C Relación de flexibilidad- F

1000,00

9000

100,00

6000

10,00

1000

1,00 10,0

15,0

20,0

25,0 30,0 Espesor-cm

35,0

40,0

DATOS DE ENTRADA Módulo deformación del medio-Em-Kg/cm2

6000

6000

6000

6000

Módulo deformación del Concreto-E-Kg/cm2

210000

210000

210000

210000

Radio del revestimiento- cm- R

565,0

565,0

565,0

565,0

Relación de Poisson del medio-Vm

0,30

0,30

0,30

0,30

Relación de Poisson del concreto-V

0,25

0,25

0,25

0,25

Espesor del revestimiento - cm/m-t

40,0

30,0

20,0

10,0

0,73 116,13

0,97 275,28

1,46 929,06

2,91 7432,51

RESULTADOS Relación de compresibilidad- C Relación de flexibilidad- F

RESUMEN COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD t(cm) Módulo deformación del macizo-Kgcm2 15000 9000 6000 1000 40,0 1,82 1,09 0,73 0,12 30,0 2,43 1,46 0,97 0,16 20,0 3,64 2,18 1,46 0,24 10,0 7,28 4,37 2,91 0,49

7,00 1000

1000

1000

1000

Módulo deformación del Concreto-E-Kg/cm2

210000

210000

210000

210000

Radio del revestimiento- cm- R

565,0

565,0

565,0

565,0

Relación de Poisson del medio-Vm

0,30

0,30

0,30

0,30

Relación de Poisson del concreto-V

0,25

0,25

0,25

0,25

Espesor del revestimiento - cm/m-t

40,0

30,0

20,0

10,0

15000

6,00 Coeficiente-C

Módulo deformación del medio-Em-Kg/cm2

RESULTADOS Relación de compresibilidad- C Relación de flexibilidad- F

Módulo de deformación

8,00

DATOS DE ENTRADA

9000

5,00 4,00

6000

3,00 2,00

1000

1,00

0,12 19,36

0,16 45,88

0,24 154,84

0,49 1238,75

0,00 10,0

15,0

20,0

25,0 30,0 Espesor-cm

35,0

40,0

Terminación Túnel La Línea y Segunda calzada Calarcá- Cajamarca- Cruce Cordillera Central ANEXO 6 CUADRO 1

TÚNEL BERMELLÓN Análisis revestimiento en concreto Flexibilidad y Compresibilidad

REV. 0 Diciembre 2017

Anexo 7. Planos

TÚNEL CORTO BERMELLÓN REV. 2, 27-08-2018 CLL-INF-057-18-R2

Interventoria:

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE TRANSPORTE

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ - CAJAMARCA PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL RUTA 4003

Consorcio:

Preparó:

TÚNEL BERMELLÓN

Vo. Bo. Director de División:

PLANTA, SECCIONES Y DETALLE REVESTIMIENTO

3

R. Isgró C. Marulanda

Vo. Bo. Revisor: Director de Interventoria: HÉCTOR MIGUEL DIAZ GÓMEZ 25202-13914 CUNDINAMARCA

Director Consorcio: JULIO CÉSAR VILLOTA CABRERA 52202-82191 NARIÑO

F. Camargo

INFORMACIÓN ARCHIVO MAGNÉTICO

4

Vo. Bo. Director del Proyecto:

R. Gutiérrez

ING-CLL-TU-BE-0001

Ruta archivo:

2 1 0

2018-11-15

REV

FECHA

Versión original.

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo: A. Marulanda

Plano No.:

MODIFICACIÓN

Vo. Bo. Revisor

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo

Vo. Bo. Director de División

Vo. Bo. Director del Proyecto

Archivo:

ING-CLL-TU-BE-0001-R0

ESCALA:

INDICADAS

Dibujó:

H. Rubiano

FECHA:

2018-11-15

Versión CAD:

2017

REVISIÓN: R0

Escala impresión:

HOJA N°:

1 DE 1

Ø

Ø

Interventoria:

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE TRANSPORTE

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ - CAJAMARCA PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL RUTA 4003

Consorcio:

Preparó:

TÚNEL BERMELLÓN

Vo. Bo. Director de División:

CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA DE DRENAJE DE AGUAS RESIDUALES DETALLES DE REVESTIMIENTO Y DRENAJE - DETALLES

3

R. Isgró C. Marulanda

Vo. Bo. Revisor: Director de Interventoria: HÉCTOR MIGUEL DIAZ GÓMEZ 25202-13914 CUNDINAMARCA

Director Consorcio: JULIO CÉSAR VILLOTA CABRERA 52202-82191 NARIÑO

F. Camargo

INFORMACIÓN ARCHIVO MAGNÉTICO

4

Vo. Bo. Director del Proyecto:

R. Gutiérrez

ING-CLL-TU-BE-0002

Ruta archivo:

2 1 0

2018-11-15

REV

FECHA

Versión Original

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo: A. Marulanda

Plano No.:

MODIFICACIÓN

Vo. Bo. Revisor

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo

Vo. Bo. Director de División

Vo. Bo. Director del Proyecto

Archivo:

ING-CLL-TU-BE-0002-R0.dwg

ESCALA:

INDICADAS

Dibujó:

H. Rubiano

FECHA:

2018-11-15

Versión CAD:

2017

REVISIÓN: R0

Escala impresión:

HOJA N°:

1 de 1

Interventoria:

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE TRANSPORTE

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ - CAJAMARCA PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL RUTA 4003

Consorcio:

Preparó:

TÚNEL BERMELLÓN

Vo. Bo. Director de División:

TÚNEL FALSO - PORTAL ENTRADA PLANTA, CORTES, REFUERZO Y VISTA FRONTAL Y LATERAL

3

M.Bernal C. Marulanda

Vo. Bo. Revisor: Director de Interventoria: HÉCTOR MIGUEL DIAZ GÓMEZ 25202-13914 CUNDINAMARCA

Director Consorcio: JULIO CÉSAR VILLOTA CABRERA 52202-82191 NARIÑO

F.Camargo

INFORMACIÓN ARCHIVO MAGNÉTICO

4

Vo. Bo. Director del Proyecto:

R. Gutiérrez

ING-CLL-TU-BE-0003

Ruta archivo:

2 1 0

2018-11-15

REV

FECHA

Versión original.

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo: A. Marulanda

Plano No.:

MODIFICACIÓN

Vo. Bo. Revisor

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo

Vo. Bo. Director de División

Vo. Bo. Director del Proyecto

Archivo:

ING-CLL-TU-BE-0003-R0

ESCALA:

INDICADAS

Dibujó:

H. Rubiano

FECHA:

2018-11-15

Versión CAD:

2017

REVISIÓN: R0

Escala impresión:

HOJA N°:

1 DE 1

Interventoria:

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE TRANSPORTE

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ - CAJAMARCA PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL RUTA 4003

Consorcio:

Preparó:

TÚNEL BERMELLÓN

Vo. Bo. Director de División:

TÚNEL FALSO-PORTAL SALIDA PLANTA, CORTES, REFUERZO Y VISTA FRONTAL Y LATERAL

3

M.Bernal C. Marulanda

Vo. Bo. Revisor: Director de Interventoria: HÉCTOR MIGUEL DIAZ GÓMEZ 25202-13914 CUNDINAMARCA

Director Consorcio: JULIO CÉSAR VILLOTA CABRERA 52202-82191 NARIÑO

F.Camargo

INFORMACIÓN ARCHIVO MAGNÉTICO

4

Vo. Bo. Director del Proyecto:

R. Gutiérrez

ING-CLL-TU-BE-0004

Ruta archivo:

2 1 0

2018-11-15

REV

FECHA

Versión original.

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo: A. Marulanda

Plano No.:

MODIFICACIÓN

Vo. Bo. Revisor

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo

Vo. Bo. Director de División

Vo. Bo. Director del Proyecto

Archivo:

ING-CLL-TU-BE-0004-R0

ESCALA:

INDICADAS

Dibujó:

H. Rubiano

FECHA:

2018-11-15

Versión CAD:

2017

REVISIÓN: R0

Escala impresión:

HOJA N°:

1 DE 1

Interventoria:

REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE TRANSPORTE

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS

ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA LA TERMINACIÓN DEL TÚNEL DE LA LÍNEA Y SEGUNDA CALZADA CALARCÁ - CAJAMARCA PROYECTO CRUCE DE LA CORDILLERA CENTRAL RUTA 4003

Consorcio:

Preparó:

TÚNEL BERMELLÓN

Vo. Bo. Director de División:

REVESTIMIENTO EN CONCRETO CONVENCIONAL REFUERZO - VISTA FRONTAL Y LATERAL

3

M. Bernal C. Marulanda

Vo. Bo. Revisor: Director de Interventoria: HÉCTOR MIGUEL DIAZ GÓMEZ 25202-13914 CUNDINAMARCA

Director Consorcio: JULIO CÉSAR VILLOTA CABRERA 52202-82191 NARIÑO

F. Camargo

INFORMACIÓN ARCHIVO MAGNÉTICO

4

Vo. Bo. Director del Proyecto:

R. Gutiérrez

ING-CLL-TU-BE-0005

Ruta archivo:

2 1 0

2018-11-15

REV

FECHA

Versión original

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo: A. Marulanda

Plano No.:

MODIFICACIÓN

Vo. Bo. Revisor

Vo. Bo. Jefe Lote de Trabajo

Vo. Bo. Director de División

Vo. Bo. Director del Proyecto

Archivo:

ING-CLL-TU-BE-0005-R0.dwg

ESCALA:

INDICADAS

Dibujó:

O.Moreno

FECHA:

2018-11-15

Versión CAD:

2014

REVISIÓN: R0

Escala impresión:

1:1000

HOJA N°:

1 DE 1