Anexo B. Ensayos Hidráulicos en el Túnel de La Línea B. Ensayos Hidráulicos en... · 2 Anexo B....

Anexo B. Ensayos Hidráulicos en el Túnel de La

Línea

2 Anexo B. Ensayos hidráulicos en el Túnel de La Línea

1. Ensayos Hidráulicos

Resumen

En la construcción de obras subterráneas, existe gran incertidumbre en el conocimiento hidrogeológico

de los terrenos montañosos, lo cual repercute en una estimación errónea del grado de afectación de los

recursos hídricos superficiales y subterráneos. Un ejemplo de esto, se encuentra en Colombia, el cual a

partir del desconocimiento geológico e hidrogeológico del macizo de la Cordillera Central Andina, con

un túnel de ~8.7 km, se generó una reducción de las corrientes superficiales y una infiltración máxima

de agua subterránea de 200 L/s en el macizo rocoso fracturado. Ante este panorama, se propuso realizar

un rastreo hidrogeológico forense, a partir de una campaña de ensayos hidráulicos (Packer Test, Slug

Test, Pulso, bombeo a caudal constante) en el interior del túnel, con el fin de cuantificar los parámetros

hidráulicos de las formaciones geológicas que cruza esta obra tan influyente para el país. Sus resultados

lograron establecer una caracterización hidráulica en 5 de 6 sectores del túnel, con una variación de cinco

ordenes de magnitud para la conductividad hidráulica (10-10 ~ 10-6 m/s) y un valor para el coeficiente de

almacenamiento de 10-3 clasificando al macizo como un medio de moderada a baja permeabilidad.Como

parte de esta investigación, a continuación se detallan los resultados de la caracterización hidráulica –

mediante ensayos hidráulicos especiales en el macizo fracturado del Túnel de La Línea – investigación

financiada totalmente por el INVÍAS1 y que son dedicados enteramente a este capítulo.

1 El Convenio Interadministrativo 659 de 2013 entre la Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá y el Instituto Nacional de Vías – INVÍAS, surge de la iniciativa interinstitucional para aunar esfuerzos para el monitoreo de aguas subterráneas dentro del túnel de La Línea, con el fin de conocer las variables hidrogeológicas que permitan determinar el balance hídrico del sistema en el proyecto “Cruce de la Cordillera Central: Túneles del Segundo Centenario – Túnel de La Línea y segunda calzada Calarcá – Cajamarca, dentro del plan de acción ambiental y social PAAS-CAF y los requerimientos establecidos dentro de la licencia ambiental 780 de 2001”.

Anexo B. Ensayos hidráulicos en el Túnel de La Línea 3

1.1 Localización de la zona de estudio

El proyecto “Cruce de la Cordillera Central” está localizado, en Colombia, entre los Departamentos del

Quindío y Tolima (Figura B - 1). Se trata de uno de los proyectos de infraestructura más importantes

para Colombia (corredor vial Bogotá – Buenaventura), el cual comunica el interior del país con el puerto

de Buenaventura y contempla dos objetivos principales: i) construcción de obras anexas (21 túneles

menores con una longitud combinada de 4.3 kilómetros; 23 viaductos, la ampliación a doble calzada de

23.73 kilómetros de la vía actual, la construcción de 18.57 kilómetros de vía nueva para formar un par

vial con la vía existente) [Jardín Botánico del Quindío y INVÍAS, -; MinTransporte et al., 2007] que reducen

en más de 14.8 km de afectación (carreteras, taludes, puentes, entre otros), zonas de ocupación de cauces,

reserva forestal, alta sismicidad, riesgo geológico y ii) cruce de la Cordillera Central con la construcción

de tres túneles viales de longitud superior a los 8 km (Figura B - 2). Detalles de la formulación del

proyecto pueden ser consultados en el ANEXO E.

Figura B - 1 Localización de la zona de estudio Proyecto “Cruce de la Cordillera Central”

Cordillera de los Andes

Cordillera Oriental

Cordillera Central

Cordillera Occidental

Corte A-A’

http://socialesjaiensec.blogspot.com.co/2013/07/orografia-de-colombia.html

Chiles

Galéras

Doña Juana Cerro Negro

Cumbal

Azufral Sotará

Cerro Pan de Azúcar

Puracé Huila

Cerro Machín

Tolima

Ruiz

Santa Isabel

Cerro Bravo

http://intranet.ingeominas.gov.co/pasto/images/e/ef/Volcanes_de_colombia.jpg

Cordillera Central

Volcán

Volcán Nevado Volcán Cerro

Machín

Departamento del Quindío

Departamento del Tolima

Túnel de La Línea

Zona del proyecto “Cruce de la Cordillera Central”


Figura B - 2 Fase I, II y III, Proyecto “Cruce de la Cordillera Central”

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1.2 Modelo conceptual

1.2.1 Geología

El macizo fracturado de La Línea en la Cordillera Central, está compuesto a partir de series de rocas

ígneo-metamórficas fracturadas y de diferentes edades que fueron identificadas durante la excavación

del Túnel Piloto. Particularmente para el Portal o Frente Quindío, situado al NW, corta una secuencia

metamórfica paleozoica volcano-sedimentaria correspondiente al Complejo Quebrada Grande, el cual

se pone en contacto mediante una zona amplia de fracturamiento denominada Falla Campanario, con

los materiales metamórficos sedimentarios de edad Cretácica del Grupo Cajamarca. Por otra parte, en

el Portal Tolima, situado al SE, la serie finaliza con una intrusión terciaria de pórfido andesítico.

En superficie, estos materiales se encuentran parcialmente cubiertos por depósitos no consolidados de

ceniza volcánica (Lapilli) del Cuaternario, la cual cubre más del 35% del área de influencia de la obra

[UNAL, 2009]. Con el cruce se identificaron seis sectores (Tabla B - 1) en los que el comportamiento

mecánico de la roca, litología de los materiales, características estructurales del macizo (rumbo,

buzamiento de diaclasas o zonas de influencia de falla) y cobertura rocosa sobre la clave del túnel, definen

las características geológicas, geotécnicas e hidrogeológicas del macizo (Figura B - 3). Detalles de la

descripción del proyecto e información geológica pueden ser consultados en el ANEXO F.

El esquema general de las estructuras encontradas en la zona de influencia del proyecto del Túnel de La

Línea, es característico de un ambiente geológico de esfuerzos compresivos relacionados con el Sistema

de Fallas del Romeral. Estructuralmente, el área se encuentra altamente fracturada con numerosas zonas

de falla que se agrupan en 2 familias: un primer grupo, con dirección N-S – de mayor relevancia en la

zona de estudio por sus condiciones hidráulicas – y un segundo grupo, de carácter secundario, de

dirección E-W.

Por su importancia estructural, se tienen las zonas de influencia a las fallas: La Gata, Galicia, El Portal,

El Viento, Alaska, La Vaca, La Soledad, La Estación y La Cristalina [UNAL, 2009]. Sin embargo, con

la inclusión y construcción del Túnel Principal, se identificaron durante su excavación, zonas adicionales,

no previstas en los estudios de referencia y excavación del Túnel Piloto (Figura B - 3) con alto

diaclasamiento, deformación apreciable y zonas de falla, las cuales fueron denominadas como: Falla el

Campanario, La Chinita, del Alto de la Línea y Los Chorros [DIS-EDL, 2013].


Tabla B - 1 Sectorización geológica Cordillera Central. Modificado de DIS-EDL [2014]

Sector Era/Periodo Nomenclatura Descripción Comportamiento Abscisa

Cobertura (m)

Min. Máx.

I

Cenozoico/ Cuaternario

Qsr Cenizas Volcánicas, suelos residuales y saprolitos.

En los primeros 50m, aparecen cenizas volcánicas, suelos residuales y saprolitos, luego se presentan diabasas y esquistos verdes (filitas) y metadiabasas foliadas con mineralizaciones y venas de cuarzo lechoso con clorita. Las diabasas y metadiabasas son ricas en plagioclasas, tienen clorita, epidota y calcita, los esquistos son cuarzocloríticos y cuarzosericiticos. Tramos de roca con bajo autosoporte, relacionadas con la zona de influencia de la falla La Gata, fueron reconocidos en los K0+060/070, K0+110/130, K0+330/345, K0+490/562, K0+640/810, K0+900/960.

K 0+000 – K 1+160

20 400

Mesozoico/ Cretácico

Kqv1

Unidad metamórfica del complejo Quebrada Grande Esquistos verdes cuarzo cloríticos.

II


Qsr Cenizas Volcánicas, suelos residuales y saprolitos. Diabasas, basaltos, metadiabasas (filitas) esquistos verdes-

grisaceos, chert, metareniscas y lutitas (limolitas, lodolitas) con rellenos y mineralizaciones de cuarzo lechoso, clorita, carbonatos y trazas de pirita. Las grandes masas de volcanita están limitadas por escamas tectónicas de materiales y espesores variados; la presencia de esquistos (grises-negros) replegados; metalutitas, melange, gouge de falla y diques volcánicos, acompañados con espejos y estrías de fricción; se han asociado con fallas que caracterizan terrenos débiles. Las fallas y sus zonas de influencia como la de Alaska (K1+165/180, K1+210/230, K1+395/445) con una longitud de 55 metros, la del viento (K2+000-K2+070) de 70 metros y la vaca, parcialmente excavada (desde el K3+024) en unos 70 metros; caracterizan los materiales más débiles del sector, son franjas de rocas fracturadas y alteradas, con bajos valores de resistencias (UCS) y con comportamientos de deformación plástica.

K 1+160 – K 3+750

400 740


Kqv2

Unidad volcánica sedimentaria de diabasas y metadiabasas verdes y grises, parcialmente foliadas.


Kqs

Unidad volcánica sedimentaria de metadiabasas (filitas), chert, lutitas, areniscas, de composición cuarzosa.


Kqm Esquistos verdes cuarzo sericíticos con intercalaciones de cuarcitas grises.

Cenozoico/ - Tpad

Rocas volcánicas de pórfidos andesíticos, con cristales de plagioclasas, cuarzo y piroxenos con textura afanítica y dureza alta.

III


Qsr Cenizas Volcánicas, suelos residuales y saprolitos.

En el sector se agruparon las zonas de influencia y los trazos de las fallas el campanario y la soledad, se considera el área de colisión frontal entre las rocas diabásicas (vulcanitas) y las continentales, gabro esquistosas. El sector incluye franjas de esquistos negros y grises replegados, esquistos grafitosos, diques de vulcanitas (andesitas, diabasas), zonas de melange con fragmentos rocosos subredondeados, los cuales están contenidos en una matriz de harinas (gouge) de falla blanda. Cizallas, repliegues, espejos y estrías de fricción, roca triturada, fueron las principales estructuras reconocidas a lo largo del tramo. El agua afloro en áreas de las intrusiones volcánicas.

K 3+750 - K 4+975

600 840


Kqs

Unidad volcánica sedimentaria de metadiabasas (filitas), chert, lutitas, areniscas, de composición cuarzosa.

Cenozoico/ - Tpad


Paleozoico/ - Pzg

Gabros verdes y verdes grisáceos duros con textura gnéisica, de composición cuarzo micácea intercalados con algunos esquistos grises duros.

IV Paleozoico/ - Pzg

Gabros verdes y verdes grisáceos duros con textura gnéisica, de composición cuarzo micácea intercalados con algunos esquistos grises duros.

Sector de gabros y metagabros con textura nessica, de grano grueso de color gris-verdoso, de dureza alta, cuarzo micáceo con esporádicas intercalaciones de esquistos gris verdosos, cuarzo sericiticos, con bandas de cuarzo, epidota, sulfuros (pirita, calco pirita), minerales micáceos (biotita, Sericita, clorita) y carbonatos. La masa gabroide hacia el contacto con los esquistos grises ha sido afectada por un sistema de fallas denominado Los Chorros.

K 4+975 - K 6+515

305 600

V Paleozoico/ - Pzcc

Complejo Cajamarca, de esquistos verdes y cuarzo sericíticos de dureza alta intercalados con esquistos negros cuarzo grafitosos medio duros

En este sector se agruparon las unidades esquistosas, de composición cuarzo sericítica y clorítica intercalados con esquistos negros cuarzo grafitosos y grafitosos, los cuales han sido intruidos por diques de vulcanitas, venas de cuarzo lechoso y fluidos hidrotermales (pirita y calcopirita).

K 6+515 – K 8+185

90 350

VI Cenozoico/ - Tpad


En el portal de túnel aparecen suelos residuales talus y saprolitos de color gris amarillento. Después de los 20m de profundidad aparecen pórfidos andesíticos grises de grano grueso, con fenocristales de plagioclasas, trazas de pirita y galena.

K 8+185 – K 8+654

20 143


Figura B - 3 Perfil geológico para el Cruce de la Cordillera Central, después de la excavación del Túnel II Centenario [DIS-EDL, 2014]


1.2.2 Hidrogeología

Modelo Conceptual:

Particularmente para el proyecto del “Cruce de la Cordillera Central”, el comportamiento del flujo que

presenta el macizo cristalino, el cual diverge de las divisoria de agua, está condicionado por la

interconexión de las redes de fracturas locales y regionales, con las zonas de recarga y descarga en

superficie de las vertientes que se encuentran en las cuencas hidrográficas de los Departamentos del

Tolima y Quindío (Figura B - 4) [UNAL y GIREH, 2009].

Figura B - 4 Flujo regional (líneas azules) en el macizo rocoso antes de la construcción del Túnel Piloto de La Línea. Tomado de UNAL y GIREH [2009]

Se destacan como zonas potenciales de recarga, los lugares topográficos altos en los que la precipitación2

y la red de fracturas, se encuentran interconectadas entre la superficie y parte subterránea de la cordillera,

definiendo sectores o unidades hidrogeológicas3. Estos sistemas fracturados se encuentran contiguos al

sistema de fallas de Romeral (Figura B - 5) y por evidencias hidroquímicas entre las aguas de superficie

e infiltradas, se correlaciona su conexión [UNAL y GIREH, 2009]. Dado lo anterior, se puede inferir

2 La precipitación se estima que es del orden de 1.650 mm en el Departamento del Tolima y 2.050 mm en el Departamento del Quindío [IRENA, 2007a]. Sin embargo, la insuficiencia de registros hidrometereológicos, no permite brindar una estimación adecuada para el valor de recarga en el macizo cristalino. En la actualidad, a partir del Convenio Interadministrativo 1500 de 2013 entre Cortolima e INVÍAS y el Convenio 659 de 2013 entre la Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá e INVÍAS, se diseñó y emplazó una red de monitoreo hidrometereológica que permite realizar un seguimiento a estas variables climatológicas, se destaca que su diseño sigue los estándares internacionales y los equipos instalados de última generación para el monitoreo. 3 La clasificación de Unidades Hidroestratigráficas o Hidrogeológicas es realizada a partir del tipo de porosidad presente y litología de la roca. Destacando de la clasificación Grupo I: Acuíferos en los cuales la porosidad principal es intergranular (porosidad primaria), Grupo II: Acuíferos en rocas consolidadas con porosidad primaria y fisurados con porosidad secundaria o carstificados, Grupo III. Rocas granulares o fisuradas que forman acuíferos insignificantes por porosidad primaria con recursos limitados o sin recursos [Vargas, 2001]. Para la zona de influencia al proyecto “Cruce de la Cordillera Central”, la litología de las rocas da como clasificación el Grupo III, pues el macizo cristalino está compuesto por rocas de complejos ígneo-metamórficos altamente fracturados, los cuales tienen importancia por porosidad secundaria y desarrollan acuíferos menores o con recursos locales debido a la tectónica local.

Secuencia de metadiabasa, metalutitas, meta-areniscas Esquistos verdes

Areniscas cuarcíticas poco

fracturadas

Metadiabasas verdes y grises foliadas

Esquistos anfibolíticos verdes

Esquistos negros

Gabro foliado


que el principal medio de recarga del macizo cristalino, es dado por el sistema de fallas a la zona de

influencia al proyecto.

Para las zonas de descarga, se identifican los lugares bajos que presentan manantiales o nacimientos que

son generados por afloramientos de las estructuras geológicas fracturadas – las cuales funcionan como

conductos o vías preferentes en las que fluye el agua – o por contactos de materiales con propiedades

hidráulicas (permeabilidad) diferentes. Estas zonas de fracturamiento, controlan la formación de

manantiales o generan barreras hidráulicas al movimiento del agua subterránea y obligan a que ésta sea

descargada en la superficie, lo que se traduce en una zona caracterizada por una gran riqueza de

afloramientos superficiales [UNAL y GIREH, 2009].

Figura B - 5 Diagrama de bloque y sistemas de fallas a escala regional. Tomado de UNAL [2009]


Durante la exploración del Túnel Piloto, se identificaron los efectos de metamorfismo dinámico,

plegamientos y levantamientos que sufrió la Cordillera Central, generando zonas de brechamiento,

milonitización de la roca y fuerte tectonismo asociadas al alto diaclasamiento de las rocas aledañas a las

fallas. Esta circunstancia ha dado lugar a que algunas de estas estructuras – influenciadas por su

porosidad secundaria – sean altamente conductivas desde el punto de vista hidráulico, por lo que la

perforación del Túnel de Rescate, ha modificado sustancialmente el comportamiento hidrogeológico del

macizo (Figura B - 6). Un ejemplo de ello, son los datos de caudales de infiltración obtenidos tras la

perforación del Túnel Piloto (Fotografía B - 1 y Figura B - 7) en el que se midieron caudales pico de 70

L/s en el Portal Tolima y 140 L/s en el Portal Quindío, respectivamente, para dar un total acumulado

de aproximadamente 200 L/s en un mismo instante de tiempo [IRENA, 2007a].

Figura B - 6 Flujo regional en el macizo rocoso después de la construcción del Túnel Piloto de La Línea. Modificado de UNAL y GIREH [2009]

a) b)

Fotografía B - 1 Agua subterránea infiltrada en el Túnel de Rescate (Piloto), a) Registro año 2007 con un ~ Q (40 L/s) [IRENA, 2007a], b) Registro año 2014 ~ Q (140 L/s)

Secuencia de metadiabasa, metalutitas, meta-areniscas

Esquistos verdes Areniscas cuarcíticas poco

fracturadas

Metadiabasas verdes y grises foliadas

Esquistos anfibolíticos verdes

Esquistos negros Gabro foliado


a)

b)

Figura B - 7 Caudales de infiltración medidos en el Túnel Piloto. (a) Frente Quindío. (b) Frente Tolima.

Modificado de IRENA [2007a]4

4 Los datos hidrogeológicos y geotécnicos han sido proporcionados por el Ing. Juan Carlos Escobar de la Gerencia y Dirección Técnica de Irena S.A.S. y extraídos del informe de IRENA [2007a]

11/01/2007 - 139 L/s

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0

20

40

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100

120

140

160

15/

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2005

15/

09/

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15/

01/

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TIEMPO [DÍA/MES/AÑO]

Flujo observado en el portalAvance de la excavación

12/09/2006 - 62 L/s

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1500

2000

2500

3000

3500

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14/

01/

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TIEMPO [DÍA/MES/AÑO]

Flujo observado en el portalAvance de la excavación


Modelos numéricos:

Durante más de una década, se han realizado diferentes estudios hidrogeológicos para el proyecto

“Cruce de la Cordillera Central”. Entre ellos están Consorcio La Línea [2000], IRENA [2007b; 2010],

UNAL y GIREH [2009; 2013] los cuales establecen una caracterización hidrogeológica general, desde

la parte numérica, analítica y de campo, pero la limitación de información, suposiciones empleadas,

simplificaciones realizadas y pruebas de campo insuficientes5, condicionan sus resultados.

Particularmente para la parte numérica, se han realizado cinco modelos numéricos (Figura B - 8) para el

proyecto del “Cruce de la Cordillera Central”, simulando uno, dos y hasta tres túneles. Cabe destacar

que tres modelos fueron en 3D, empleando el software Visual MODFLOW [Consorcio La Línea, 2000;

IRENA, 2007a] y MODFLOW [IRENA, 2010] y dos modelos en 2D, el primero en MODFLOW

[UNAL y GIREH, 2009] y el segundo en Hydrus [UNAL y GIREH, 2013]6.

Los modelos, emplearon algunas configuraciones en las condiciones de contorno, valores de recarga,

escenarios de excavación, fuentes superficiales (ríos, quebradas, etc.), DEM, geometría con distribución

de capas horizontales o verticales o refinación en zonas de influencia de falla en la malla, etc. Sin

embargo, todas estas configuraciones tenían varias cosas en común. A continuación, se detallan las

principales:

Asignación de sectores del modelo con parámetros hidráulicos (conductividad hidráulica – K,

coeficiente de almacenamiento especifico – Ss) homogéneos (medio isótropo) y con cuantiosa

incertidumbre, al no tener pruebas hidráulicas en campo suficientes y limitando el cálculo con la

asignación de valores de la literatura.

Ningún modelo evaluó el comportamiento del flujo a través de fracturas7, simplificando el medio

cristalino como un medio poroso equivalente (MPE) con zonas de alta o baja permeabilidad8.

5 IRENA [2007a], consolidó una tabla con la longitud promedio de los 19 sondeos de caracterización geológica realizados en superficie (piezómetros), los cuales 2 llegaron hasta el techo del túnel (cercanos a los portales). Al dar revisión, se encontró que INGETEC [1985] al igual que Consorcio La Línea [2000], reportaron niveles freáticos promedio de 30 a 100 m de profundidad. Se realizaron ensayos lugeon (permeabilidad), pero con el tiempo se han perdido los registros e interpretaciones, solo se conservan cuatro registros. 6 El software Visual MODFLOW o MODFLOW, emplea en su solución el esquema por diferencias finitas y el software Hydrus, elementos finitos. Ninguno de estos, evalúa el comportamiento del flujo con fracturas (modelo discreto o modelo hibrido), sin embargo, hacen la simplificación con zonas de alta conductividad (modelo poroso equivalente). 7 Se detalla en todos los modelos que al no tener matemáticamente un módulo o función que analice el flujo a través de fracturas, se realizó la simplificación de definir zonas con altas o bajas conductividades en los elementos o celdas seleccionadas. 8 En la actualidad, con los nuevos avances computacionales, se ha desarrollado una mejor aproximación para este tipo de problemas, al incluir un enfoque de modelación denominado Combined Discrete-Continum - CDC (Hybrid approch) o en español, aproximación de modelación hibrida entre un modelo discreto continuo y


No se considera una refinación local en función de los avances de excavación de los túneles o

incluso de la geometría (sección transversal) de cada túnel. Simplemente, se cuantifican los

caudales de infiltración con avances prolongados (de cientos de metros a kilómetros) de

excavación en instantes de tiempo (días), lo cual no es cierto y debe estar en función de la

resistencia de la roca, imprevistos generados, método constructivo empleado, etc., ya que la carga

hidráulica está estrechamente relacionada con la discretización y avances empleados en la

configuración del modelo [Anagnostou, 1995], de lo contrario, se tendrán estimaciones no acordes

a la realidad.

Se realiza un cálculo de recarga a partir de los pocos registros hidrometereológicos disponibles en

la zona de proyecto. Sin embargo, estas aproximaciones subestiman las tasas de recarga de la

cordillera, ya que no existe un monitoreo continuo para emplear en los balances hídricos de la

zona.

Se calculan caudales de infiltración erróneos, ya que no se detallan los picos de caudales o flujos

presentes en las zonas de influencia más conductivas ante la acumulación del flujo en el tiempo9.

Por lo general para cada modelo, no se realiza un análisis de incertidumbre con la distribución de

caudales medidos en campo o modelación inversa que permita dar un intervalo de confianza a los

parámetros hidráulicos. La UNAL y GIREH [2009] da una primera aproximación de intervalos

de conductividad hidráulica, en función de los caudales medidos en las zonas de influencia de

falla, empelando soluciones analíticas en estado estacionario o permanente, pero su estimación

no se puede correlacionar o extrapolar para todo el macizo, ya que su cuantificación es local.

equivalente. Este modelo utiliza el método de discretización FEM (Finite Element Method), ya que permite la combinación de elementos de una, dos, y tres dimensiones [Király, 1975; 1985; 1988; Király y Morel, 1976a; Maryška et al., 2004] y los elementos finitos unidimensionales que pueden simular redes de fracturas o canales de karst de alta conductividad, los cuales integran una matriz de baja permeabilidad representada por elementos tridimensionales. Del mismo modo, la aplicación y uso de elementos bidimensionales hace posible, la simulación de fracturas y zonas de fallas. Alternativas para modelar esta tipología de problemas son los software: VISUALTRANSIN [UPC-Hydrogeology-Group, 2008], FEFLOW ® [DHI-WASY, 2013], Flow 123D [Liberec, 2015], entre otros. 9 Será tratado en detalle en el CAPITULO II y III. Conocer el aporte local de flujos de infiltración en zonas bastante permeables (medio poroso o fracturado) permite indicarle al constructor, las acciones a realizar para despresurizar o desviar el flujo de entrada al túnel. Es de vital importancia comprender las salidas y configuraciones del modelo, ya que estás condicionan las futuras inversiones a realizar durante la construcción, operación y mantenimiento de la obra subterránea.


a) Modelo I: Hidrogeocol [2000]

b) Modelo II: IRENA [2007a]

c) Modelo III:UNAL y GIREH [2009]

d) Modelo IV:IRENA [2010]

e) Modelo V: UNAL y GIREH [2013]

Figura B - 8 Modelos numéricos presentados para el proyecto “Cruce de la Cordillera Central”, a) Modelo 3D por diferencias finitas [Hidrogeocol, 2000], se modela el Túnel Piloto con información secundaria y escenarios de excavación, b) Modelo en 3D por diferencias finitas [IRENA, 2007a], se incorpora la geometría geológica con la excavación del Túnel Piloto y se realiza un modelo a nivel regional con escenarios, c) Modelo en 3D por diferencias finitas [IRENA, 2010], se actualiza el modelo del 2007 y se realiza un modelo a escala local (Túnel Piloto) y a escala regional con escenarios de excavación, d) Modelo en 2D por diferencias finitas [UNAL y GIREH, 2009], se emplean formulaciones analíticas en estado transitorio (Goodman, Karlsrud, Rat) para estimar los valores de K al fijar sus valores de porosidad y comparar los caudales reportados en las fallas, se modela con estos valores, tres escenarios un túnel, dos túneles, tres túneles, e) Modelo en 2D por elementos finitos [UNAL y GIREH, 2013], toma los valores de los parámetros hidráulicos del 2009 y realiza cinco escenarios para evaluar los intervalos de los parámetros calculados en modelos separados para el Túnel Piloto, Túnel II Centenario y futuro 3er túnel.

Q ~ 500 l/s

Q ~ 350 l/s


1.3 Ensayos hidráulicos especiales en el macizo fracturado del Túnel de La Línea

1.3.1 Planificación de los trabajos

Para definir el comportamiento del flujo de infiltración durante la excavación de un túnel, es necesario

apoyarse en modelos analíticos o numéricos disponibles. Sin embargo, una estimación, extrapolación y

asignación errónea de los parámetros hidráulicos (Transmisividad – T, Coeficiente de almacenamiento

– S, Conductividad hidráulica – K) puede generar resultados no consistentes con el flujo que puede

presentarse durante la excavación. Un ejemplo de lo anterior, son los modelos numéricos

tridimensionales elaborados para el Túnel de La Línea (ANEXO D) los cuales emplearon parámetros

hidráulicos de la literatura y realizaron simplificaciones e interpretaciones acordes con la poca

información geotécnica, geológica, hidrológica e hidrogeológica, dan como resultado, una variación del

37 % en la estimación del caudal máximo infiltrado en la fase de operación y construcción de los dos

túneles [UNAL y GIREH, 2009].

Dado lo anterior, con el impacto técnico, social, ambiental, económico y en especial hidrogeológico del

proyecto “Cruce de la Cordillera Central”, se estructuró conjuntamente con el INVIAS, un proyecto de

caracterización hidrogeológica del macizo, con el desarrollo de una campaña de ensayos hidráulicos al

interior del Túnel Principal, definida en dos fases: FASE – I: Campaña de perforación de sondeos y FASE –

II: Campaña de Ensayos Hidráulicos.

Para la FASE I10, se identificaron y referenciaron en un plano de perfil, los puntos o zonas de mayor

infiltración de agua en el Túnel Piloto y Principal, definidos por goteos, infiltración moderada a critica

de agua subterránea durante la excavación o zonas de influencia de falla y fracturamiento considerable

con presencia de agua11. Seguido a esto, se perforaron treinta (30) pozos (sondeos sencillos y dobles

separados por 2 m), con una inclinación promedio de 15° a 50° sobre la horizontal, una longitud

10 Se contó con la asesoría de la Interventoría CONSORCIO DIS S.A - E.D.L LTDA (Geólogo Carlos Rivera y el Ingeniero Residente Carlos Mario Rosas). 11 Los sondeos fueron perforados al interior del Túnel Principal y no en superficie, dadas las siguientes consideraciones: i) las condiciones topográficas y sus accesos limitados en superficie limitan los trabajos, no se dispone de un licencia ambiental para realizar las perforaciones, ii) baja probabilidad de encontrar un nivel freático superficial, pues se sabe que existe una afectación del régimen subterráneo en el macizo por la construcción de los túneles, lo cual repercutía en la ejecución de perforaciones más profundas, iii) gran incertidumbre con la conexión desde superficie y las descargas al interior de las obras, iv) interés por caracterizar hidráulicamente todas las formaciones geológicas con sondeos cortos y una carga hidráulica y presión representativa para los ensayos de interferencia en el medio fracturado, iv) financiamiento limitado para la perforación de sondeos profundos en superficie y adquisición de equipos más costosos para la campaña de ensayos hidráulicos.


promedio de cada sondeo de 8 a 15 m, en diámetro HQ (95.6 mm) y reperforado en diámetro PQ (122

mm), para incluir el revestimiento de 4 pulgadas en PVC. En total se perforaron 480 m al interior del

Túnel Principal12 (Figura B - 9) una vez finalizada la Fase I, se procedió a registrar: (i) Los metros útiles

perforados, (ii) Los metros perdidos, (iii) La longitud del revestimiento, (iv) La longitud de la perforación,

(v) El nivel del agua subterránea, etc., (Tabla B - 2) Detalles de los trabajos de perforación se encuentran

descritos en el ANEXO G.

ESQUEMA GENERAL DE LA PERFORACIÓN

LOCALIZACIÓN DE LOS SONDEOS

ESQUEMA DEL SONDEO SIMPLE ESQUEMA DEL SONDEO DOBLE

Figura B - 9 Esquema general y ubicación de los sondeos de exploración al interior del Túnel Principal

12 Las treinta perforaciones fueron realizadas al costado derecho del Túnel Principal, exceptuando tres, ya que por recomendaciones de la interventoría y el Constructor, los pozos no podían interferir con las obras de construcción y movilización de maquinaria que se empleaba para la excavación, tanto en el Túnel Piloto y Principal.


Tabla B - 2 Resumen técnico de los pozos realizados en el Túnel de La Línea


Seguido a esto, se realizó la revisión de la estructura o estabilidad del pozo y el monitoreo del nivel

piezométrico. No se contó con una referencia topográfica (cota absoluta m.s.n.m.) para el nivel

piezométrico de cada pozo. Por tanto, fue necesario medir manualmente desde el punto de entrada

(emboquille) de cada sondeo, con ayuda de una sonda de nivel, emplear expresiones matemáticas para

correlacionar la geometría del problema, y así obtener el valor real de profundidad del nivel piezométrico

(NP), ecuaciones (1.1) y (1.2). Se tomó como valor de profundidad 0 m, el nivel del agua presente en la

boca del sondeo o pared del túnel y se clasificó como sondeo surgente o nivel positivo (+), cuando el

nivel piezométrico se encontraba por encima de la boca del sondeo y no surgente o nivel negativo (-),

cuando el nivel piezométrico se encontraba por debajo de la boca del sondeo (Figura B - 10).

, sin* EF (1.1)

donde, F es la profundidad del NP desde emboquille (m), E la distancia nivel desde emboquille (m)

y α el ángulo de inclinación del sondeo (º)

, sin*D -FG (1.2)

donde, G es la profundidad del NP desde la pared del túnel (m), F la profundidad del NP desde

emboquille (m) y D la longitud emboquille (m)


Figura B - 10 Referencia del nivel piezométrico (NP)


1.3.2 Campaña de ensayos hidráulicos

En la campaña de ensayos hidráulicos del proyecto del “Cruce de la Cordillera Central” se presentaron

distintos inconvenientes que no permitieron caracterizar hidráulicamente todos los sectores del Túnel

Principal13. Al inicio de la campaña de perforaciones, los primeros tres pozos (UN-01, UN-02 y UN-03)

colapsaron a los 2 o 3 días, debido a la inestabilidad inherente a las zonas de falla que se habían elegido

y perforado para conocer su comportamiento hidrogeológico, lo cual repercutió en el cambio del diseño

del pozo, ya que de los 12 a 15 m perforados, el revestimiento en PVC de 2 m fue taponado y los equipos

no podían ingresar.

Para garantizar la estabilidad del pozo, se decide: i) prolongar el revestimiento a mínimo seis (6) metros

y dejar en adelante una distancia susceptible (3 ~ 4 m) al derrumbe para que actué de filtro y tenga una

aumento de la presión hidrostática al final del sondeo, ii) aumentar el ángulo de inclinación del pozo

para distribuir adecuadamente la carga del material con y sin revestimiento, iii) elegir zonas cercanas al

punto de monitoreo con fracturamiento moderado, con apoyo del geólogo de la Interventoría, pero fue

complicado de realizar, ya que el túnel presentaba el revestimiento primario (capa de 5 ~ 10 cm de

shotcrete) y no fue fácil identificar estas zonas, iv) cementar el emboquille para evitar perdida de presión.

Sin embargo, los sondeos UN-17, UN-17 A y UN-18, se derrumbaron debido a la gran inestabilidad y

material fino de la metarenisca encontrada. Detalles adicionales de la FASE I, pueden ser consultados

en el ANEXO G.

Otros inconvenientes durante la FASE I y II, se presentaron con los contratistas asignados por el

constructor (UTSC) del Túnel Principal que comprometieron la integridad de los sondeos y de la

campaña14 (Fotografía B - 2). Se solicitó una reunión con la Interventoría, la UTSC, el INVÍAS y la

UNAL para informar de los inconvenientes presentados y de los cuidados y recomendaciones que debía

tener el personal a cargo por el constructor de la infraestructura que la Universidad emplazaba con los

13 Se destaca que al inicio de la FASE I, se presentó una reubicación de los sondeos UN-01, UN-02 y UN-03, pues en el sector del Portal Tolima del Túnel Principal contaba con un revestimiento final del túnel de 1 km de longitud y la Interventoría y constructor (UTSC), no permitieron perforar el acabado final del Túnel, ya que atentaría con la integridad estructural y de impermeabilización de la obra subterránea. 14 Las dificultades encontradas fueron: (i) Acumulación de grandes volúmenes de material de rezaga (material de excavación) junto o encima del sondeo, generando su taponamiento o sellado y no acceso al pozo para el monitoreo, (ii) Rotura de la tubería de PVC dejada en el exterior del sondeo para señalización y subida de la carga hidráulica, generando despresurización del volumen almacenado y desconocimiento del nivel piezométrico para la prueba, (iii)Actividades constructivas sobre el sondeo, generando su sellamiento, un ejemplo de esto es la fundición de la viga base con los sondeos, generando un cambio de inclinación de la tubería exterior, rotura del sellado entre la pared del túnel y la tubería de PVC y taponamiento con concreto al interior del mismo.


recursos del INVÍAS para el monitoreo hidrogeológico del Túnel. Lo anterior, fue considerado y

quedaron disponibles para el monitoreo 22 sondeos de los 30 construidos.

Para la FASE II, se planeó realizar 21 ensayos hidráulicos (ensayos a sondeo único y ensayos de

interferencia) acordes con las condiciones de infiltración que se presentaron durante la excavación del

Túnel Piloto (Figura B - 7), la geología reportada para la fase de exploración de la cordillera (Figura B -

3) y la identificación durante los frentes de obras de formaciones geológicas más transmisivas

(productoras de agua) y alto grado de fracturamiento de la roca o zona de influencia de falla. En la Tabla

B - 3, se tiene una síntesis del tipo de ensayo y formación a caracterizar. Sin embargo, la localización y

el comportamiento hidráulico (surgentes, no surgentes) de los 22 sondeos disponibles de la FASE I,

incidió en replantear y modificar los ensayos y equipos previamente definidos en la campaña, con la

inclusión de equipamiento adicional para realizar ensayos tipo Slug o cuchareo y ensayos de extracción

finita o caudal constante. A continuación, se muestra una descripción general de los ensayos realizados

durante la FASE II.

Tabla B - 3 Ensayos hidráulicos previstos al interior del Túnel Principal. Modificado de AITEMIN [2013]

Tipo de ensayo hidráulico No. Ensayos hidráulicos

Ensayo de interferencia en formaciones altamente transmisivas (Fallas de La Vaca, Los Chorros, Cristalina, La Gata y zona de metarenitas)

5

Ensayo a sondeo único en formaciones altamente transmisivas (Fallas de Galicia, Alaska, El Viento, Portal, Estación y complejo de fracturas Campanario-La Soledad)

6

Ensayos a sondeo único en formaciones de transmisividad media (Grupo Cajamarca (Pórfido Dacítico y esquistos negros) Grupo Quebrada grande (esquistos verdes y metadiabasas)

5

Ensayo a sondeo único en formaciones encajantes (formaciones y estructuras de mayor envergadura)

5


Fotografía B - 2 Inconvenientes presentados durante la FASE – I: Campaña de perforación de sondeos y FASE – II: Campaña de Ensayos Hidráulicos.

Sondeo

Rezaga

Rezaga


Ensayos a sondeo único:

Este ensayo consiste en introducir un obturador (packer) dentro del sondeo y obstruir la zona de interés

(zona de fracturamiento o formación transmisiva). Posterior a esto, se deja que se estabilice la presión

hidrostática y se da inicio con la prueba, al permitir la salida del agua con la apertura de una válvula que

influye en el descenso del nivel o despresurización de la formación, esto puede tomar entre 1 a 2 horas.

Durante los descensos de la presión, se registra el caudal de extracción con un caudalímetro, la presión

con un sensor de presión y posterior a esto, su recuperación con un registrador de nivel (Diver)

[AITEMIN, 2013]. Este ensayo obtiene el valor de conductividad hidráulica (K) del tramo ensayado

(Fotografía B - 3).

Fotografía B - 3 Ensayos a sondeo único

Ensayos de interferencia:

Los ensayos de interferencia siguen la misma configuración del ensayo a sondeo único, pero se obtura

en dos puntos (un pozo y un piezómetro). Con este tipo de ensayos se pueden obtener valores de

conductividad hidráulica (K) y coeficiente de almacenamiento (S). Estos ensayos tienen la particularidad

de ser ensayos de mayor duración y caracterizar formaciones acuíferas de media a alta permeabilidad (K

>10-6 m/s). Para obtener los parámetros, desde el punto de ensayo (pozo), se da apertura de la válvula

y se extrae el agua hasta provocar un abatimiento del nivel piezométrico del punto de observación

(piezómetro). Como estos ensayos emplean bastante tiempo, suelen realizarse con escalones de caudal,

pero depende de los parámetros hidráulicos de la formación y que tan cerca se encuentre el pozo del

punto de observación (Fotografía B - 4) [AITEMIN, 2013].


Fotografía B - 4 Ensayo de interferencia

Ensayos de extracción finita o de bombeo con caudal constante:

Este ensayo consiste en extraer desde superficie con una bomba, sumergible (eléctrica o neumática) o

de aspiración, el agua almacenada en el sondeo, se recomienda que sea por gravedad (para aprovechar la

presión hidrostática existente sobre el sondeo), hasta provocar un descenso del nivel piezométrico con

un caudal constante durante un tiempo definido, seguido a esto se deja recuperar el nivel, hasta su

posición inicial. Esta tipología de ensayos por lo general, emplea grandes cantidades de agua (decenas a

miles de litros) dependiendo del almacenamiento que tenga la formación. Por tanto, se pueden emplear

para caracterizar formaciones acuíferas de media y alta permeabilidad (K >10-6 m/s) y su radio de

influencia dependerá del tiempo y propiedades hidráulicas del medio (Fotografía B - 5) [AITEMIN,

2013].

Fotografía B - 5 Ensayo de extracción finita o con bombeo a caudal constante


Ensayo de Slug o cuchareo:

Los ensayos de Slug o cuchareo, consisten en extraer un volumen finito de agua en un instante de tiempo

que genera un descenso del nivel piezométrico en la formación. Seguido a esto, se cuantifica su

recuperación en el tiempo, hasta su nivel inicial a presión atmosférica. Estos ensayos son muy útiles para

caracterizar formaciones acuíferas de media a baja permeabilidad (10-6 m/s < K <10-9 m/s), pues emplea

volúmenes finitos de agua (entre centenas de mililitros a decenas de litros) y sus radios de influencia

suelen ser pequeños (Fotografía B - 6) [AITEMIN, 2013].

Fotografía B - 6 Ensayo de Slug o cuchareo

Ensayo de Pulso:

Este tipo de ensayos mantienen la misma configuración de los ensayos tipo Slug, con la diferencia que

la recuperación del nivel piezométrico está en función de la presión de la formación y no atmosférica.

Estos ensayos son complejos de realizar (por los bajos volúmenes de agua que emplea (unos pocos

mililitros a 1 o 2 litros) y pueden generar diferencias en el cálculo de la transmisividad) y de interpretar

(si los tramos de estudio no se encuentran independizados y hay aportes de presión de otras fracturas o

incluso de la atmosfera), pero pueden caracterizar formaciones acuíferas de baja o muy baja

permeabilidad (K<10-9 m/s) (Fotografía B - 7) [AITEMIN, 2013].

Fotografía B - 7 Ensayo de pulso


En síntesis, de los 22 sondeos disponibles de la FASE I, fue posible realizar un total de 28 ensayos

hidráulicos, de los cuales 19 ensayos fueron válidos para su interpretación, ya que presentaron problemas

de taponamiento, no hubo descenso del nivel piezométrico, se tiene una recuperación instantánea, difícil

ajuste y control del caudal de extracción, el sondeo no tiene suficiente presión, etc. En la Tabla B - 4 se

puede evidenciar las características generales de los ensayos realizados. Cabe destacar que los ensayos

que mejor caracterizaron estos sitios fueron tipo Slug (14 ensayos) e interferencia (5 ensayos), donde un

ensayo de interferencia pudo ser válido para obtener un coeficiente de almacenamiento de la formación

de interés, debido a que el punto de observación estaba a 2 m.

1.4 Análisis e interpretación de resultados

Para la interpretación y análisis de los 19 ensayos hidráulicos, se consideró como positivo el descenso

generado por la prueba (NP inicial menos el NP al final de la extracción), indistintamente se encontrara

por encima o por debajo del nivel de referencia. Particularmente para los sondeos surgentes con baja

presión hidrostática, fue necesario obturarlos y registrar con un sensor de presión, el nivel piezométrico

real y así ejecutar la prueba. Respecto a los sondeos no surgentes (e incluso algunos surgentes), las

características constructivas del sondeo, vías preferentes de flujo y descarga en cotas inferiores del punto

de referencia o conexión entre fracturas cercanas al sondeo (generadas por la zona plástica de la

perforación del Túnel, sondeo UN-05, UN-13 y UN-14) y un defectuoso cementante en el emboquille

(concretamente en los sondeos UN-06, UN-09, UN-11, UN-15 y UN-26), dieron lugar a que el nivel no

alcanzara su nivel de referencia (con la obturación y extracción del volumen de agua con el bombeo,

sondeo UN-04) dejando registros incompletos de la recuperación o estabilización del nivel piezométrico.

No obstante, en algunos casos la interpretación fue posible realizarla, ya que se conocía previamente el

nivel piezométrico de la formación una vez finalizada la perforación y se encontraba ya estabilizado antes

de realizar el ensayo (Fotografía B - 8).

Fotografía B - 8 Izq. Descarga de un sondeo a cota inferior debido a la retira del tubo de PVC, der. Rezume de agua en el emboquille de un sondeo por la defectuosa cementación, genera despresurización.


Tabla B - 4 Ensayos Hidráulicos realizados en el Túnel Principal

Sondeo Longitud perforada

(m)

Prof. nivel en el sondeo

(m)

Tramo de ensayo (m)

Prof. nivel antes del ensayo (m) (*)

Espesor saturado

(m) Tipo de ensayo realizado

Volumen extraído (litros)

Variación (descenso)

máxima generada (m)

¿Ensayo válido?

Observaciones

UN-01 15 Seco -- -- -- -- -- -- -- Sondeo derrumbado.



UN-04 10 Boca de tubo 0.00 - 10.00 1 10 Bombeo extracción 1256.65 -- No

El nivel desciende muy poco durante el ensayo.

0.00 - 10.00 1 10 Slug extracción 2.16 0.27 No El nivel se recupera instantáneamente tras la extracción.

UN-05 9 Boca de tubo

7.50 - 9.00 1.38 1.5 Bombeo extracción 1 12.12 -- No

La presión inicial no es suficiente para realizar un bombeo de extracción, mediante la simple apertura de la válvula que cierra el tramo del ensayo.

7.50 - 9.00 1.38 1.5 Bombeo extracción 2 27.85 -- No

La presión inicial no es suficiente para realizar un bombeo de extracción, mediante la simple apertura de la válvula que cierra el tramo del ensayo.

0.00 - 9.00 0.88 9 Slug extracción 39.9 5.08 Si -

UN-06 10 0 0.00 - 10.00 0.21 10 Slug extracción 18.4 2.34 Si -

UN-07 10 0 0.00 - 10.00 0.07 10 Punto observación de UN-

08 17.3 0.22 Si -

UN-08 10 0 0.00 - 10.00 -0.03 9.97 Slug extracción (Punto

extracción) 17.1 2.18 Si Punto de observación en UN-07.

UN-09 10 50 0.00 - 10.00 0.2 10 Slug extracción 15 1.91 Si -

UN-10 10 -50 0.00 - 10.00 0.25 10

Slug extracción 1 15.8 2.01 Si -

Slug extracción 2 21.6 2.75 No Tras el ensayo solo se registra el 10% de la curva de recuperación por falta de batería en el datalogger.

UN-11 10 -40 0.00 - 10.00 -0.14 9.86 Slug extracción 14.2 1.81 Si -

UN-12 5 Seco -- -- -- -- -- -- -- Sondeo realizado con una inclinación de -4º para despresurizar la zona, por acuerdo entre UNAL y UTSC.

UN-13 10 -100 0.00 - 10.00 0.04 10 Punto de Observación de

UN-14 0 -- No

No se observa descenso del nivel. Se constata posteriormente que el sondeo está tapado a los 5.7 m de profundidad.

UN-14 10 -95 0.00 - 10.00 -0.07 9.93

Interferencia (Punto de extracción)

-- -- No Se observa que el sondeo está tapado a los 5.5 m de profundidad. Punto de observación en UN-13.

Slug extracción 5.88 0.75 No Se observa que el sondeo está tapado a los 5.5 m de profundidad, por lo que el nivel no recupera normalmente.


UN-16 10 44 0.00 - 10.00 0.15 10 Slug extracción 1 -- -- No

Al recoger datos tras el ensayo se observa que el sensor no quedó bien colocado, por lo que se procede a repetir el Slug.

Slug extracción 2 14.1 1.79 Si -

UN-17 -- -- -- -- -- -- -- -- -- Sondeo derrumbado.

UN-18 -- -- -- -- -- -- -- -- -- Sondeo derrumbado.

UN-19 10 -115 0.00 - 10.00 -0.4 9.6 Slug extracción 12.3 1.57 Si -

UN-20 9 Boca de tubo 7.10 - 9.00 1.38 1.9

Pulso extracción 0 -- No El nivel apenas desciende con la extracción.

Pulso inyección 2.36 0.3 No El nivel se recupera instantáneamente tras la inyección.

0.00 - 9.00 0.31 9 Slug extracción 14.2 1.81 Si -

UN-21 9 0 0.00 - 9.00 -0.11 8.89 Interferencia (Punto de

extracción) 47.94 0.56 Si Punto de observación en UN-22.

UN-22 9 0 0.00 - 9.00 -0.11 8.89 Punto observación de UN-

21 1.88 0.24 Si -

UN-23 9 0 0.00 - 9.00 0.07 9 Punto observación de UN-

24 0.94 0.12 Si -

UN-24 9 0 0.00 - 9.00 0.21 9


240 0.73 No

No es posible ajustar adecuadamente caudal de extracción siendo éste muy irregular por lo que la interpretación del ensayo no es fiable.

Slug extracción 14.1 1.8 Si -


UN-26 10 0 0.00 - 10.00 -0.49 9.51 Slug extracción 16.1 2.05 Si -

UN-27 10 0 -- -- -- -- -- -- -- Sondeo tapado por la viga base del túnel.

UN-28 9 Boca de tubo 0.00 - 9.00 0.36 9

Slug extracción 3.42 0.44 Si -

Punto observación de UN-29

0 0 No No se observa descenso del nivel.

UN-29 9 30 0.00 - 9.00 0.21 9


159 1.02 No Punto de observación en UN-28.

Slug extracción 2.64 0.34 Si No se observa descenso del nivel en el punto de observación UN-28.

Nota: (*) La profundidad del nivel del agua antes del ensayo, es desde la pared del túnel. Los valores son positivos (+).


Posterior a esto, se empleó el software “Gestor de datos de Hidrogeología V 2.3” del área de

hidrogeología de AITEMIN [2003] (Figura B - 11) para (i) realizar las correcciones a la tendencia de

datos de los niveles piezométricos con oscilaciones por el sensor de presión empleado y los problemas

citados anteriormente y (ii) conversión de medidas de profundidad del agua a variaciones de nivel. Lo

anterior, para preparar los datos para el software de interpretación, EPHEBO v 1.1. rev 2 [UPC, 2002].

Figura B - 11 Software (Gestor de datos de Hidrogeología V 2.3) para correcciones de niveles piezométricos.

Adaptado de AITEMIN [2013]

EPHEBO v 1.1 (Figura B - 12) es una interfaz que emplea el código numérico MARIAJ_IV [Carbonell

et al., 1997] para estimar parámetros hidráulicos en ensayos de bombeo o inyección, resolviendo el

problema inverso, mediante calibración automática empleando el teorema de máxima verosimilitud

minimizando la diferencia entre los niveles (descensos) medidos y los niveles (descensos) calculados,

empleando una variante del método de Marquardt [Carbonell et al., 1997].


Con la inclusión de modelos analíticos que suponen un medio infinito y considera cuatro modelos: i)

Theis [1935] para acuíferos cautivos, ii)Hantush [1956] para acuíferos semiconfinados que consideran aportes o perdidas

en el techo y/o base, iii) Theis modificado o Barker [1988](denominado modelo General) para las mismas condiciones de

Theis, pero a pozos que poseen almacenamiento y/o efecto piel en los alrededores del pozo de bombeo y doble porosidad, y

iv) Hsieh-Neuman (1985a) (anisotropía 3D) para simular los pozos y piezómetros como líneas en un acuífero 3D con

anisotropía y modelos numéricos que consideran los elementos finitos multiplex con interpolación

bilineal para acuíferos cautivos o libres, mientras que no disminuya su espesor saturado. Asumen un

medio finito con descenso nulo en el extremo más alejado del eje del pozo de bombeo, contempla la

posibilidad de añadir una fractura el software le permite al hidrogeólogo mejorar la interpretación gráfica

clásica que presenta limitaciones en casos en los que el caudal de bombeo no es constante (requiere la

preparación de varias curvas-tipo específicas para su interpretación), se tienen varios puntos o pozos de

observación o no se tiene más de tres parámetros (T, S y un tercero dependiendo del modelo empleado)

[Carbonell et al., 1997].

Figura B - 12 Software para interpretación de ensayos de bombeo o inyección. Adaptado de AITEMIN [2013]

Al tener una interpretación automática, EPHEBO, considera numerosas opciones (i.g., goteo, efecto

piel, doble porosidad, almacenamiento en pozo de bombeo, pérdidas líneas y cuadráticas, bordes de

nivel fijo e impermeable (barreras), anisotropía horizontal, vertical y 3D, drenaje diferido, fractura

perpendicular al pozo) útiles para la compresión de problemas complejos en hidrogeología y

disminución en el tiempo de interpretación cuando se tienen multiplicidad de casos de análisis. Más

detalles del programa y formulación pueden ser consultados en Carbonell et al. [1997]; UPC [2002].


Las formulaciones analíticas (e.g., Theis [1935], Hantush [1956], Modelo General o Barker [1988]) que

emplea EPHEBO, derivan su cálculo de la ecuación de flujo, la cual se basa en la ecuación de Darcy y

la ecuación de masa [Custodio y Llamas, 1976]. Para flujo bidimensional Carbonell et al. [1997] exponen

para un medio homogéneo:

,t

hSRh*T 2

(1.3)

donde, h2 es el Laplaciano de la altura piezométrica, R el aporte del agua en volumen por unidad de

tiempo y por unidad de superficie de acuífero, S el coeficiente de almacenamiento, T la transmisividad

y t el tiempo.

Con las siguientes consideraciones o hipótesis.

El acuífero es homogéneo e isótropo, con densidad y viscosidad del agua constantes.

El acuífero tiene un espesor constante y su aproximación para acuíferos libres es válida, cuando

los descensos son menores al espesor del acuífero.

El nivel piezométrico del acuífero se encuentra en estado estacionario.

La ley de Darcy es válida si no existen perdidas cuadráticas en la zona de influencia al pozo de

bombeo.

El coeficiente de almacenamiento es constante en el tiempo y en el espacio.

El pozo perfora totalmente el acuífero (totalmente penetrante), esta suposición no es necesaria

para los modelos numéricos.

Figura B - 13 Esquema conceptual de los Modelos de [Theis, 1935], [Hantush, 1956], Modelo General o[Barker,

1988] para un dominio 2D horizontal. Modificado de Carbonell et al. [1997].

S=0 para R →∞

Punto de Obs. 1

Punto de Obs. 2

Punto de Obs.

Pozo de

1. Modelo de [Theis, 1935] 2. Modelo de [Hantush, 1956] → acuitardo 3. Modelo General [Barker, 1988]→ puede tratar:

a) Almacenamiento en pozo de bombeo b) Efecto piel. c) Doble porosidad

IMAGEN EN PLANTA

Coordenada Z no considerada


Tabla B - 5 Formulaciones analíticas para interpretación de pruebas de bombeo en EPHEBO, compilado de

Carbonell et al. [1997]

Modelo analítico

Ecuación general Parámetros

básicos Hipótesis Ec.

Theis [1935]

Tt4

Sr2u

T – S

El termino de recarga es independiente del nivel piezométrico.

El radio del pozo es más pequeño que el espesor del acuífero (r→0)

S=0 para cualquier tiempo anterior al inicio del bombeo.

S=0 (r→∞), en el infinito no se produce descenso alguno. El flujo dentro del pozo es igual al caudal de bombeo.

Qr

hrT2lim

0r

(1.4)

u

x

dx x

euW (1.5)

uWT4

Qs

(1.6)

Hantush [1956]

Tt4

Sr2u

T – S – k’

La recarga se establece a partir de otro acuífero situado encima o debajo o del semiconfinado, a través de un acuitardo (formación de inferior conductividad)

La recarga es proporcional a la conductividad hidráulica k’/b’ del acuitardo semiconfinante y a la diferencia de niveles entre los dos acuíferos.

La recarga es lo suficientemente pequeña como para suponer que el flujo en el acuitardo es completamente vertical, y al llegar al acuífero, las líneas de flujo se refractan bruscamente hasta hacerse horizontales, de modo que las isopiezas son prácticamente verticales (mismo nivel en la misma vertical)

No se toma agua del almacenamiento del nivel semiconfinante.

El radio del pozo es suficiente pequeño (r→0).

El flujo dentro del pozo es igual al caudal de bombeo.

Qr

hrT2lim

0r

(1.7)

'

'

Tb

kr

B

r (1.8)

u

2

dy 4y

βyexp

y

1u,W (1.9)

,uWT4

Qs (1.10)

Barker [1988]

r

t,rsrst,rsts wwfww

K – Ss – dos razones de anisotropía – tres ángulos de anisotropía.

Parte del agua bombeada procede del almacenamiento en su interior (Theis y Hantush, no lo consideran).

La mejor interpretación de ensayos de bombeo en medios fracturados se obtiene con dimensiones inferiores a 2 (Billaux, 1990).

El descenso en el pozo de bombeo sw(t), no es exactamente s(rw,t) ya que presenta un aumento o disminución del mismo, debido a la variación de permeabilidad en un pequeño espesor alrededor del pozo.

r

t,rsrst,rsts wwfww

El medio, sea fracturado o no, puede considerarse homogéneo y queda caracterizado por su transmisividad y por su coeficiente de almacenamiento. La solución puede hacerse extensiva a un medio de doble porosidad sustituyendo λ2 por:

B1T

pS2

El Modelo General o Barker (1988) considera tres opciones para su cálculo, i) Almacenamiento en pozo de bombeo (representa la superficie de la zona efectiva de variación de niveles), ii) Efecto Piel (cambios en la permeabilidad entorno al pozo, generando aumentos o descensos de los niveles) y iii) Doble porosidad (empleado para acuíferos en medios fracturados con importancia de la porosidad secundaria).

(1.11)

μK μ T 2πμK μ SμKSp

μρ K p Qpr,s

11f0w

0

(1.12)

μK μ 2ππμK μ SμKSρ

μK μ SμK pQp

11f0w

1f0

w

s

(1.13)

Hsieh y Neuman [1985]

2/1

xxs

2/1xx

0Dt4

GSerfc

G4

Qhhh

K – Ss – factor almacenamiento del pozo.

Idealizan los pozos de inyección (o de bombeo) y observación, como líneas de longitud igual a la de los propios sondeos.

Parte de la solución para el caso de una fuente puntual en un medio infinito y anisótropo (Carslaw and Jaeger, 1959), deducida en la teoría de difusión de calor y que viene determinada por la función complementaria de error erfc( ).

(1.14)

Nota: Para Theis, u es la ecuación de Theis [1935], r la distancia del centro del pozo de bombeo a cualquier otro punto, S el coeficiente de almacenamiento, T la transmisividad, t el tiempo, W(u) la función de pozo, s los descensos evaluados en la ecuación diferencial, Q el flujo. Para W(u,β) la ecuación de Hantush [1956], k’ la conductividad hidráulica del acuitardo, b’ el espesor del acuitardo, B el factor de goteo. Para Barker [1988], rw el radio del pozo en la zona acuífera, rc la zona de variación de niveles, sw el descenso en el propio pozo, p la variable de espacio transformado, μ=λ*rw, con

λ2=p*(S/T), Ki la función de Bessel modificada de orden i, ρ el cociente entre la distancia r y el radio del pozo de bombeo, σ la relación entre almacenamiento en la matriz y en fracturas, B(ξ)=(1/ξ)*(I1*(2ξ)/I2*(2ξ)) es la función que caracteriza la forma de los bloques de matriz (BGD:Block-geometry function) e Ik la función de Bessel modificada de primera clase y orden k, ξ2=p((Ssm*a2)/(Km)), siendo Ssm, el almacenamiento especifico de la matriz, a2 la longitud característica y Km la transmisividad de la matriz y Dm=(Ssm*a2)/(Km) es el denominado tiempo característico. Para Hsieh y Neuman [1985], Δh=h-h0 es el descenso en el punto x para el tiempo t, erfc ( ) la función complementaria de error, Q el caudal de bombeo constante, D el determinante del tensor de conductividad (ejes arbitrarios), Gxx=x’Ax= forma cuadrática =R2(θ’Aθ), con A como la matriz adjunta de K, A=DK-1. K el tensor de conductividad hidráulica y Ss el coeficiente de almacenamiento específico representativo del medio.


Particularmente para los ensayos de Slug, las pruebas fueron interpretadas empleando el modelo General

de flujo o Barker [1988], el cual considera el almacenamiento de agua en el sondeo (Sw – área de la tubería

en que se recuperara el nivel) y una extracción instantánea en el tiempo durante todo el ensayo. Para su

interpretación, este modelo requiere conocer el volumen de agua extraído en el sondeo (ΔV) y la

variación del nivel de agua (ΔP) generado con la prueba de bombeo, ecuación (1.15). Seguido a esto se

ajusta el modelo empleando parámetros iniciales (semillas) Sw, T y S para el ajuste automático.

Como los Slug fueron realizados en sondeo único, los valores de coeficientes de almacenamiento (S) no

son reales, ya que se requiere un punto de observación para estimarlo, pero EPHEBO lo requiere para

la interpretación. En la Figura B - 14 y Figura B - 15 se bosqueja una interpretación válida para el sondeo

UN-16 y de dos pruebas para los sondeos UN-13, UN-14 y UN-26 que no fue posible interpretarlos

(enganche del sensor y no recuperación de su nivel inicial (UN-26), taponamiento de los sondeos (UN-

13 y UN14)). Detalles de los datos de campo e interpretación de todos los Slug se encuentran en el

ANEXO H.

,mP*mSmV 2w

3 (1.15)

donde ΔV es el volumen de agua extraído en el sondeo, ΔP es la variación del nivel de agua generado

con la prueba de bombeo y Sw el área de la tubería en que se recuperara el nivel

Para los ensayos de bombeo (interferencia), se empleó el método gráfico de Horner [Horner, 1951] y el

método inverso para encontrar el mejor ajuste para la fase de extracción y de recuperación de la prueba

y el valor de T. Posterior a esto, se interpretó la prueba con el modelo de Theis a partir del valor calculado

de T y el almacenamiento en sondeo (correspondiente del producto de la compresibilidad del agua por

el espesor saturado). Para estimar el valor de conductividad hidráulica (K) de todos los ensayos

hidráulicos, se empleó la ecuación (1.16). En la Figura B - 16 y Figura B - 17 se bosquejan los resultados

de la única prueba de interferencia valida (UN- 21 y UN-22) y de una prueba típica en la que no fue

posible interpretar porque no existe afectación al nivel piezométrico (UN-04). Detalles de los datos de

campo e interpretación de los ensayos de interferencia, se encuentran en el ANEXO H y UNAL [2015].

,b

TK

(1.16)

donde K es la conductividad hidráulica (m/s), T la transmisividad (m2/s) y b la longitud total del sondeo

(A)(Figura B - 10) en que el tramo final derrumbado funciona como filtro.


Figura B - 14 Datos de campo e interpretación de Slug de extracción (interpretable o valido) sondeo UN-16


Figura B - 15 Datos de campo e interpretación de Slug de extracción sondeos (no interpretables o no validos) UN-13, UN-14 y UN-26


Figura B - 16 Datos de campo e interpretación de ensayo de interferencia (valido o interpretable) en los pozos UN-21, UN-22


Figura B - 17 Datos de campo e interpretación de ensayo de interferencia (no interpretable o no valido) en el pozo UN-04

Una vez finalizada la FASE II e interpretados los ensayos, se tiene que los valores de conductividad

hidráulica estimados para los sondeos y tramos ensayados localmente, presentan una variación en cinco

órdenes de magnitud (10-6 ~10-10 m/s)(Tabla B - 7) lo cual coincide con valores típicos referenciados en

la literatura para esta clase de medios fracturados (esquistos fracturados y rocas cristalinas fracturadas y

meteorizadas) (Tabla B - 6).

Tabla B - 6 Rango de valores de conductividad hidráulica y permeabilidad para varios tipos de materiales

geológicos. Modificado de Singhal y Gupta [2010]


Tabla B - 7 Parámetros Hidráulicos obtenidos de la interpretación de los ensayos hidráulicos realizados al interior

del Túnel Principal


Para el parámetro K se encontró que el Túnel de La Línea presenta valores moderados a bajos de

conductividad hidráulica15 (Tabla B - 8 y Figura B - 20). En términos generales, gran parte de las

formaciones que cruza el túnel tienen una K que oscila entre (10-7 - 10-8 m/s) y se tienen valores altos

asociados a zonas de influencia de falla o roca bastante fracturada (10-6 m/s). Al realizar una clasificación

general por sectores para el cruce se tiene: el sector I (10-7 a 10-10 m/s), sector II (10-6 – 10-8 m/s), sector

III (10-8 – 10-9 m/s), sector IV (10-7 – 10-8 m/s), sector V (10-7 m/s) y sector VI no fue posible

caracterizar.

Para el parámetro de coeficiente de almacenamiento (S) se realizaron pruebas de interferencia para los

sondeos dobles, pero solo fue posible caracterizar un ensayo en el Complejo Quebrada Grande, con un

orden de magnitud (10-3) (sondeos UN – 21 y UN – 22). Se caracterizaron los restantes con ensayos tipo

Slug de extracción, pero la tipología de ensayo y equipos empleados, no permitieron obtener este

parámetro, al tener curvas de recuperación de difícil interpretación que no dejan ver la conexión

hidráulica entre los sondeos.

Para la única prueba válida, se tomó como punto de referencia (pozo de bombeo) el sondeo UN – 21 y

punto de observación (piezómetro) separado a 2 m. El sondeo UN – 22, tuvo una duración de 10 h

hasta su recuperación total, un volumen de extracción de 47.94 L, un caudal de descarga de 1.41 L/min

y un descenso de 24 cm en el punto de observación, dando a conocer una elevada conectividad en este

sondeo. Por otra parte, se obtuvieron coeficientes de almacenamiento no reales en sondeos únicos (sin

punto de observación) que varían cuatro órdenes de magnitud (100 ~ 10-4), ya que al interpretar la prueba

con el modelo general Barker [1988] es un parámetro requerido para EPHEBO. Por tanto, su uso no es

recomendable.

Como síntesis de la interceptación de la FASE II, se muestran los parámetros (T, K y S) calculados y una

representación gráfica en un corte perfil del Túnel Principal (Figura B - 18 y Figura B - 19). Así mismo

una clasificación general en función de la conductividad (moderada a baja) de las formaciones geológicas

que cruza el proyecto “Cruce de la Cordillera Central” (Tabla B - 8).

15 La clasificación cualitativa del parámetro de conductividad hidráulica se realiza a partir del rango de valores descritos por Singhal y Gupta [2010].


Figura B - 18 Resultados ensayos hidráulicos Túnel de La Línea Sector I a II


Figura B - 19 Resultados ensayos hidráulicos Túnel de La Línea Sector III a VI


Tabla B - 8 Zonificación de parámetros hidráulicos estimados para las formaciones y/o estructuras encontradas

durante la excavación del Túnel Principal

Sector Zonificación geológica Zona Caracterizada Transmisividad

~ (m2/s)

Conductividad Hidráulica

~ (m/s)

Coeficiente de almacenamiento

(S)

Clasificación de conductividad de Singhal y Gupta

[2010]

Sondeos con o sin interpretación

I (K0+000 - K1+160)

Complejo Quebrada Grande

(Unidad metamórfica (diabasas y esquistos verdes

con venas de cuarzo lechoso) y volcano

sedimentaria (esquistos verdes-grisáceos, chert

metareniscas y lutitas con mineralizaciones de cuarzo

y trazas de pirita))

Zona de influencia a la Falla La Gata

10-9 10-10 - - Baja UN-25

Roca matriz fracturada 10-6 10-7 - - Baja UN-23/UN-24

II (K1+160 - K3+750)

Zona de influencia a la Falla Alaska

10-5 10-6 10-3 Moderada UN-20/UN-21/UN-22

Roca matriz fracturada 10-6 10-7 - - Baja UN-19

Zona de influencia a la Falla El Viento

10-7 10-8 - - Baja UN-28/UN-29

Roca matriz fracturada 10-6 - 10-7 10-7 - 10-8 - - Baja UN-15/UN-16

Zona de influencia a la Falla La Vaca

- - - - - - - - UN-13/UN-14

III (K3+750 - K4+975)

Zona de contacto - Rocas metadiabasas

(volcano sedimentarias y pórfidos andesíticos)

Zona de influencia a la Falla Campanario y trazos del Sistema de Fallas la Soledad

10-7 - 10-8 10-8 - 10-9 - - Baja UN-10/UN-11

IV (K4+975 - K6+515)

Complejo Cajamarca (Gabros y metagabros con textura neissica, unidades

esquistosas de composición cuarzo sericítica con

intercalaciones de esquistos negros y grafitosos)

Zona de influencia del Sistema de Fallas la Soledad

10-7 10-8 - - Baja UN-09

Zona de influencia Falla los Chorros

10-6 10-7 - - Baja UN-07/UN-08

Roca matriz fracturada 10-6 - 10-7 10-7 - 10-8 - - Baja UN-05/UN-06

V (K6+515 - K8+185)

Roca matriz fracturada 10-6 10-7 - - Baja UN-04/UN-26

VI (K8+185 -

K8+654.38)

Pórfido dacítico - andesítico

Roca matriz fracturada - - - - - - - - - -

Nota: (1) "--" No poseen registros o resultados válidos para los ensayos de campo interpretados o no fue posible caracterizar o perforar la zona. (2) La clasificación de la zonificación geológica es tomada con la descripción geológica realizada por DIS-EDL [2013]

Figura B - 20 Diagrama de cajas para 15 ensayos hidráulicos (Slug test e Interferencia) insitu al interior del Túnel de

La Línea. Sector 1-2 (Complejo Quebrada Grande), Sector 3 (Zona de contacto – Rocas metadiabasas), Sector

4-5 (Complejo Cajamarca), Sector 6 (Pórfido dacítico – andesítico).


1.5 Conclusiones

Los resultados de la campaña de ensayos hidráulicos han permitido obtener resultados interesantes para

cinco de los seis sectores geológicos que tiene el Túnel Principal, de los cuales desde el punto de vista

hidrogeológico, se presentan a continuación:

Existen diferentes pruebas que permiten caracterizar las propiedades hidráulicas de un medio

heterogéneo (fracturado). Sin embargo, cualquier proyecto que tenga: (i) un bajo presupuesto

para investigación, (i) no disponga de personas capacitadas para interpretar los ensayos o equipos

en campo, (iii) se presenten características constructivas y diseño de los sondeos no adecuadas y

(iv) los sondeos presenten una baja o nula carga hidráulica, no permitirán realizar un monitoreo

adecuado para el medio a caracterizar.

No fue posible obtener niveles topográficos de los sondeos (m.s.n.m), ni estimar gradientes o

direcciones principales de flujo en los sondeos surgentes y no surgentes. Por tanto, fue necesario

medir manualmente desde el punto de entrada (emboquille) de cada sondeo, con ayuda de una

sonda de nivel y emplear expresiones matemáticas para correlacionar el nivel piezométrico. Se

recomienda realizar una nivelación para efectuar análisis adicionales.

Se observa que al obturar los sondeos existe una variación de la presión hidrostática a lo largo de

la perforación, siendo baja en las zonas descomprimidas (zona plástica) cerca del emboquille del

sondeo y con aumentos progresivos hasta el final del pozo. Lo anterior incidió en que se

emplearan ensayos tipo Slug a sondeo abierto para caracterizar su comportamiento hidráulico.

No obstante, algunos sondeos presentaron mayor presión y se intentó caracterizarlos con ensayos

de tipo extracción finita o bombeo a caudal constante e interferencia, pero no fueron resolutivos

por falta de presión en el tramo o limitaciones de los equipos empleados que se encontraban

sobredimensionados (del orden de L/s y no L/min) y presiones hidráulicas elevadas < 20 m.c.a.

y registradores de caudal del orden de 10 ~ 20 L/s.

Al finalizar la FASE II, la interpretación de los ensayos hidráulicos, estuvo condicionada a las

características constructivas de los pozos (e.g., longitud de la entubación, cementación del

emboquille no adecuada, taponamiento en tramos finales o iniciales, derrumbamiento, longitud

corta de los sondeos, etc.), los caudales y presiones hidrostáticas inferiores a las previstas (fueron

registradas en tramos obturados de cada sondeo) y demás problemas descritos anteriormente. Lo

anterior, repercutió y condicionó en modificar la metodología inicial (realizar 21 ensayos a sondeo

único e interferencia) y acoplar e incluir equipamiento adicional, disponible en la zona de trabajo,

para los 22 sondeos disponibles. Dando como resultado la ejecución de 28 ensayos hidráulicos


(ensayos a sondeo único e interferencia (iniciales), pruebas de tipo Slug de extracción, ensayos de

extracción finita o de bombeo con caudal constante y ensayos de pulso) de los cuales 19 pudieron

ser interpretables.

Particularmente para el macizo fracturado, fue posible identificar que existe una zona amplia en

el Sector II, con conductividad hidráulica moderada o de mayor transmisividad (zona de

influencia a la Falla Alaska – Complejo Quebrada Grande) con valores de ~10-6 m/s, siendo

coherente con las condiciones de gran afluencia de caudales de infiltración importantes (Q ~ 40

a 120 L/s) durante la fase de excavación del Túnel Piloto que obligó a realizar un By-Pass para

abatir el frente de excavación. Lo anterior, fue posible caracterizar con ensayos de tipo

interferencia (UN – 21 y UN – 22) y de Slug de extracción (UN – 20).

Una vez interpretadas las demás pruebas hidráulicas (14 Slug de extracción) a lo largo de la traza

del túnel, se evidencia que existen zonas de menor y baja transmisividad, representadas en una

variación en cuatro órdenes de magnitud de este parámetro de forma local. Encontrando una

variación en el Sector I de (10-7 ~ 10-10 m/s), Sector II (10-6 ~ 10-8 m/s), Sector III (10-8 ~ 10-9

m/s), Sector IV (10-7 ~ 10-8 m/s), Sector V (10-7 m/s), Sector VI (no fue posible caracterizar).

Esto permite comprender la variación de este parámetro de forma local y el efecto de escala que

varía con las pruebas locales y regionales. Sin embargo, su compresión queda limitada a los

trabajos de campo, la ubicación de los parámetros y uso general en técnicas de modelación

analítica y numérica.

Se realizaron un total de cinco ensayos de interferencia, en sondeos dobles para estimar el

parámetro de coeficiente de almacenamiento de forma local en cada formación o sector geológico.

Sin embargo, las condiciones constructivas (UN-23, UN-24, UN-13 y UN-14), el alto

diaclasamiento o vías preferentes de flujo cerca de la pared o emboquille del sondeo (UN-05 y

UN-05) y bajas presiones hidrostáticas o longitud corta de estos, incidieron en que un ensayo

resultara ser válido (UN – 21 y UN – 22) con una interpretación de 7x10-3 para el Complejo de

Quebrada Grande (diabasas). El resto de ensayos presentó registros incompletos de la curva de

recuperación, no estabilización de nivel inicial o no variación de este por una continua recarga de

fracturas cercanas (UN-06, UN-09, UN-11, UN-15 y UN-26). Se recomienda siempre tener un

punto de observación para correlacionar este parámetro con las mediciones de la prueba

hidráulica.

La tipología o diseño de los pozos está en función del presupuesto disponible para las actividades

de perforación. Es ideal que la longitud de los sondeos sea mayor para obtener registros de


presiones hidrostáticas mayores y tener una mejor obturación y aumento del nivel piezométrico.

Posiblemente, la mayoría de los sondeos se encuentran en la zona plástica del túnel y la presión

disminuye notablemente respecto al interior del macizo, al tener presión atmosférica. Por tanto,

los resultados de la campaña de ensayos hidráulicos deben manejarse con cautela y mencionar las

simplificaciones empleadas durante los trabajos de campo expuestos anteriormente.

Para futuros trabajos de caracterización de parámetros en medios fracturados de obras

subterráneas, se recomienda que las perforaciones tengan: (i) una mayor longitud respecto al eje

o pared del túnel (30 ~ 50 m), (ii) una adecuada ubicación y orientación de las perforaciones (de

acuerdo a los planos de falla, zonas de cizalla, familias de diaclasas, entre otros), (iii) entubación y

cementación de las perforaciones apropiadas (acordes a las zonas de fracturamiento o zonas de

interés), (iv) realizar ensayos hidráulicos con los avances de perforación (permiten realizar una

medición insitu sin despresurización por el efecto del túnel) y (iv) un monitoreo permanente y

diseño o utilización de equipamiento adecuado para medios de alta, baja y media permeabilidad.

Finalmente, los ensayos hidráulicos son insumos claves para cualquier modelo analítico o

numérico que permita estimar el grado de afectación que tendrá la obra subterránea (túnel). El

uso de técnicas de caracterización apropiadas permitirán reducir el grado de incertidumbre para

el medio (poroso o fracturado) que perfore la obra y los resultados o estimaciones que realice el

modelador de forma local o regional. Sin datos de campo, los modelos que se realicen no tendrán

utilidad y serán obsoletos.

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[29] UNAL (2015), Informe final ensayos hidráulicos especiales en el macizo fracturado de La LíneaRep., Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá, Bogotá.

[30] UNAL, y GIREH (2009), Convenio Interadministrativo 925-2009. Evaluación del Impacto de la Construcción de los Túneles Viales del Sumapaz y de la Línea en los Hidrosistemas Circunvecinos: Informe de Análisis y Recopilación de Información, Túnel de la Línea., 15-19.

[31] UNAL, y GIREH (2013), Asistencia técnica a CAF e INVIAS en la revisión, análisis, evaluación y diseño de propuestas y acciones para el monitoreo, seguimiento y manejo adecuado de los


aspectos hidrogeológicos del proyecto cruce de la Cordillera Central túneles del II Centenario –Túnel Piloto de La Línea.

[32] UPC-Hydrogeology-Group (2008), GUIA VISUAL TRANSIN. [33] UPC (2002), Ephebo 1.1 rev 2. Desarrollado en el Dep. Ingeniería del Terreno, Cartográfica y

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