Secciones numéricas P3 y P4

ACTUALIZACIÓN Y COMPLEMENTACIÓN DEL COMPONENTE HIDROGEOLÓGICO
DE LOS TÚNELES SEMINARIO Y SANTA ELENA DE LA CONEXIÓN VIAL ABURRÁ
ORIENTE
ANTONIO DEMATTEIS
JUAN SILVA
Secciones numéricas adicionales P_3 y P-4
Complemento del capítulo 10 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01 (TOMO I)
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2014
TOMO I: COMPONENTE HIDROGEOLÓGICO DE
LOS TÚNELES SEMINARIO Y SANTA ELENA,
CONCESIÓN TÚNEL ABURRÁ-ORIENTE S.A.
SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 7
1.
MODELO NUMÉRICO DEL FLUJO DE AGUA .................................................... 9
1.1
MÉTODO DE MODELACIÓN .............................................................................. 12
1.2
CALIBRACIÓN DEL MODELO ........................................................................... 14
1.3
CONDICIONES DE CONTORNO ........................................................................ 16
1.4
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA........................................................................ 18
1.5
RESULTADOS .................................................................................................... 22
1.5.1
Resultado de la modelación a lo largo de la sección P_3 (Anfibolitas de
Medellín) .................................................................................................................. 24
1.5.2
Resultado de la modelación a lo largo de la sección P_4 (Falla costado
occidental stock de samarcanda) ............................................................................ 29
1.6
1.5.3
Análisis de la fase 1a: Tubo 1, drenante ................................................... 34
1.5.4
Análisis fase 1b: Tubo 1, impermeabilizado .............................................. 37
1.5.5
Analisis fase 2a: Dos tubos drenantes ...................................................... 39
1.5.6
Análisis fase 2b: Túnel Impermeabilizado ................................................. 42
CONSIDERACIONES FINALES Y RECOMENDACIONES ................................ 45
1.6.1
Recomendaciones para la interpretación de los resultados de la simulación
numérica. ................................................................................................................. 45
1.6.2
Interpretación de los resultados en los cursos de agua superficial (ASP). 46
1.6.3
Interpretación del caudal de los manantiales (AST) .................................. 47
1.6.4
Límite de caudal admisible al interior de la excavación ............................. 48
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Valores de Permeabilidad Hidráulica............................................................... 18
Tabla 2. Resultado del modelo numérico a lo largo de la sección P_3: los valores de los
caudales se reportan sea en términos absolutos (l/s/m) o teniendo en cuenta el
espesor de la sección del modelo igual a 1 m y en términos relativos
porcentuales referidos al valor calculado del modelo que simula las
condiciones de flujo “antes de la excavación”. Los valores de caudal
reportados en las columnas correspondientes a 1 y 2 tubos para los puntos de
agua listados en la primera columna, deben entenderse como caudales
residuales, es decir, el caudal que permanecería en el punto de agua en el
caso de verificarse el impacto. ........................................................................ 24
Tabla 3. Resultado del modelo numérico a lo largo de la sección P_4. Los valores de los
caudales se reportan sea en términos absolutos (l/s/m) o teniendo en cuenta el
espesor de la sección del modelo igual a 1 m y en términos relativos
porcentuales referidos al valor calculado del modelo que simula las
condiciones de flujo “antes de la excavación”. Los valores de caudal
reportados en las columnas correspondientes a 1 y 2 tubos con y sin
impermeabilización para los puntos de agua listados en la primera columna,
deben entenderse como caudales residuales, es decir, el caudal que
permanecería en el punto de agua en el caso de verificarse el impacto (ver
explicación mas detallada en la página siguiente)........................................... 29
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Trazado de las cuatro secciones a lo largo de las cuales se realizaron los
modelos numéricos verticales. ...................................................................... 11
Figura 2. Grilla utilizada para el modelo numérico a lo largo de la sección P_3. Se nota
el mayor detalle de la grilla en correspondencia con la superficie topográfica y
del sector en el cual será excavado el túnel para simulación en condiciones
de flujo “post-operam”. .................................................................................. 13
Figura 3. Grilla utilizada para el modelo numérico a lo largo de la sección P_4. Se nota
el mayor detalle de la grilla en correspondencia con la superficie topográfica y
del sector en el cual será excavado el túnel para simulación en condiciones
de flujo “post-operam”. .................................................................................. 13
Figura 4. Condiciones al contorno para simular la recarga por infiltración, así como los
manantiales y cursos de agua a lo largo de la sección P_3 (Dadas las
condiciones topográficas se consideró el valor medio de recarga evidenciado
en el balance hidrogeológico descrito en el capítulo 5 del informe SGC-INGCON-INF-05-01, TOMO I). ............................................................................ 17
Figura 5. Condiciones al contorno para simular la recarga por infiltración, así como los
manantiales y cursos de agua a lo largo de la sección P_4 (igual que en el
caso anterior se considero el valor medio de recarga). ................................. 17
Figura 6. Campo de variación de la permeabilidad a lo largo de la sección P_3. La
posición indicativa del túnel Santa Elena esta representado por los puntos
negros (tubo 2 punto lado izquierdo). El color verde representa el complejo
hidrogeológico 1 dominado por las Anfibolitas de Medellín (sin fallas
importantes), mientras que los colores azul y naranja representan la
transición entre roca de basamento, saprolito y suelo residual. .................... 20
Figura 7. Campo de variación de la permeabilidad a lo largo de la sección P_4. La
posición indicativa del túnel Santa Elena esta representado por los puntos
negros (tubo 2 punto lado izquierdo). El color amarillo representa el complejo
hidrogeológico 4a dominado por las granodioritas compactas falladas,
mientras que los colores rojo y cian representan los complejos
hidrogeológicos 4b y Q4-Q5 respectivamente. .............................................. 20
Figura 8. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica en condiciones de
flujo no perturbado antes de la excavación (ante operam). Los puntos de
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color azul indican los manantiales y cursos de agua presentes a lo largo de la
sección. ......................................................................................................... 21
Figura 9. Comportamiento de la superficie piezométrica en condiciones de flujo no
perturbado “ante operam” (sección P_4). Los puntos de color azul indican los
manantiales y cursos de agua presentes a lo largo de la sección. ................ 21
Figura 10. Comparación del caudal de los puntos de agua que se encuentran en
correspondencia con la sección P_3 valorada en condiciones no perturbadas
o “ante operam” (indicados en color azul). En color rojo se representa las
condiciones drenantes del tubo 1 (sin pre-inyecciones), mientras que el color
naranja representa el efecto de drenaje de los dos tubos (tubos 1 y 2,
excavados sin pre-inyecciones)..................................................................... 27
Figura 11. Comparación del caudal residual de los puntos de agua que se encuentran
en correspondencia con la sección P_4 valorada en condiciones no
perturbadas o “ante operam” (indicados en color azul), con el tubo 1 en
condiciones drenantes (sin pre-inyecciones, en rojo) y después de
efectuadas las pre-inyecciones de impermeabilización del macizo rocoso en
el contorno del túnel (en color lila). En color naranja se representa el efecto
de drenaje de los dos tubos (tubos 1 y 2) excavados sin pre-inyecciones,
mientras que el efecto valorado con intervenciones de impermeabilización del
macizo (con pre-inyecciones) se representa en color verde.......................... 33
Figura 12. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por
efecto de drenaje del primer tubo del túnel Santa Elena. Arriba de la sección
se indica la extensión del cono de depresión valorado en aproximadamente
250 m hacia el N y aproximadamente 250 m hacia el S................................ 36
Figura 13. Sección P_4, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por
efecto de drenaje del primer tubo del túnel Santa Elena. .............................. 36
Figura 14. Comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de
drenaje del tubo 1 del túnel Santa Elena y sucesiva impermeabilización del
macizo rocoso en el contorno de los túneles (sección P_4). ......................... 38
Figura 15. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por
efecto de drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena. Arriba de la sección
se indica la extensión del cono de depresión valorado en aproximadamente
250 m hacia el N y aproximadamente 250 m hacia el S................................ 41
Figura 16. Sección P_4, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por
efecto de drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena. Arriba de la sección
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se indica la extensión del cono de depresión valorado en aproximadamente
1400 m hacia el N y aproximadamente 1700 m hacia el S............................ 41
Figura 17. Comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de
drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena y sucesiva impermeabilización
del macizo rocoso en el contorno de los túneles (sección P_4). ................... 44
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INTRODUCCIÓN
Una vez revisado el contenido del auto 112-0527-2013 emitido por CORNARE, a través
del presente informe se da respuesta a la observación específica indicada en el párrafo
siguiente, relacionada con el Numeral 1 – Aspectos Hidrogeológicos del referido auto.
Requerimiento de la autoridad ambiental CORNARE:
Debe analizarse un mayor porcentaje, con su debida justificación, los cuerpos de agua
inventariados en la zona de influencia de los túneles para identificar la reducción del
caudal natural generada por la excavación de las obras. Deben tenerse en cuenta los
puntos más cercanos a los portales de los túneles, los sitios intermedios en donde se
identificaron sistemas de fallas y los cuerpos de agua inventariados en la red hídrica de
la quebrada la Yarumal, corriente localizada en el sector oriental del túnel Santa Elena,
punto crítico del proyecto. Es pertinente además, adicionar los sitios aledaños al
trazado del túnel y que están localizados en las reservas Nare, Mano de Oso y
Sociedad Montevivo
Este requerimiento se explica con más detalle en el informe técnico (página 42):
El modelo numérico FEFLOW utilizado para las simulaciones en cuestión, representa
las condiciones del modelo hidrogeológico conceptual requerido y arroja resultados
importantes para considerar las posibles afectaciones generadas por la excavación del
macizo rocoso en el recurso hídrico localizado en la zona. Sin embargo, estos análisis
deben extenderse en toda la cobertura superficial del área de influencia para evaluar
cada uno de los puntos de agua inventariados en campo. Esto puede lograrse trazando
y simulando otras secciones transversales intermedias que involucren un mayor número
de puntos de agua en el análisis.
Con lo anterior se deduce que para el cumplimiento pleno del requerimiento, es
necesario que se complementen algunos aspectos, ya que no se sustentan
satisfactoriamente las cuestiones referidas al nivel de abatimiento y afectación del
recurso hídrico, lo que se ha expuesto en el numeral 1 de las observaciones de este
informe técnico. Deben efectuarse los análisis correspondientes a un mayor número
mayor de cuerpos de agua localizados en la zona de influencia del proyecto.
Comentarios al requerimiento de la autoridad ambiental CORNARE:
Se hace notar que los puntos de agua identificados en la zona del proyecto cubren
todas las zonas a las que hace referencia CORNARE y la valoración de afectación de
cada uno de ellos se ha llevado a cabo mediante la aplicación de la metodología
conocida como Drawdown Hazard Index (DHI, Dematteis et al., 2001, Torri & Dematteis,
2007), descrita en el capítulo 9 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01 (TOMO I). Del
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mismo modo se indica que las zonas de reserva mencionadas han sido objeto de
informes específicos en donde mediante la metodología DHI se ha valorado la
probabilidad de afectación de los puntos de agua allí censados.
Se aclara que mediante la aplicación del modelo numérico 2D (Feeflow), no es posible
técnicamente involucrar todos los puntos de agua inventariados en campo. Como se ha
indicado anteriormente, la probabilidad de afectación de los puntos inventariados ha
sido valorada aplicando la metodología DHI y complementada mediante la aplicación de
secciones numéricas 2D en los sectores más criticos y representativos del túnel Santa
Elena, ya sea por sus características estructurales, topográficas e hídricas.
Específicamente la sección numérica P_E intercepta un buen número de puntos de
agua presentes en la red hídrica del curso de agua denominado Yarumal. Aunque las
secciones numéricas P_W y P_E, presentadas en el estudio, se consideran suficientes
para verificar el efecto drenante generado por los dos tubos que conforman el túnel
Santa Elena; para dar claridad y cumplimiento a lo solicitado en el referido auto se
llevaron a cabo dos simulaciones numéricas adicionales, tranversales al trazado del
túnel Santa Elena (P_3 y P_4).
Respuesta al requerimiento de la autoridad ambiental CORNARE:
Tomando en cuenta las aclaraciones anteriores, mediante el presente informe se da
respuesta al requerimiento específico de la autoridad ambiental. Con este fin se han
incluido dos simulaciones numéricas adicionales identificadas como sección P_3 y
sección P_4. La primera sección intercepta parte de la Reserva Civil Montevivo,
mientras que la segunda cubre parte de la reserva del Nare y a través de ellas se
simulan condiciones de flujo subterráneo y se analiza un mayor número de puntos de
agua presentes en la zona de influencia de los túneles, incluidas las reservas antes
mencionadas.
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1. MODELO NUMÉRICO DEL FLUJO DE AGUA
En el documento con código SGC-ING-CON-INF-05-01, correpondiente al TOMO I del
estudio hidrogeológico complementario, se presentaron dos secciones verticales en
correspondencia con los puntos más críticos del proyecto, es decir, a lo largo de las
fallas principales con orientación aproximada N-S, transversales al trazado del túnel.
Estas son las fallas localizadas en el sector occidental y oriental del túnel
respectivamente. La falla localizada en el sector occidental representa las condiciones
de mayor cobertura y pone en contacto las Anfibolitas de Medellín con el Gneis de
Sajonia y se prevé interceptará el túnel en correspondencia con la progresiva
aproximada PK 11+380, mientras que aquella ubicada en el sector oriental representa
las condiciones de menor cobertura y pone en contacto el Stock de Samarcanda con la
roca metamórfica encajante, cuya intersección con el túnel se prevé en inmediaciones
de la PK 16+900.
En atención a requerimientos específicos de la autoridad ambiental se han incluido en
los análisis numéricos dos secciones adicionales, identificadas como tercera (P-3) y
cuarta sección (P-4) respectivamente.
La sección P_3 ha sido incluida con el fin de verificar la relación entre la excavación de
los túneles y la circulación hídrica presente en el macizo rocoso en condiciones
normales de fracturación. Con esta sección se intercepta la parte nororiental de la
reserva natural de la sociedad civil Montevivo. Fue por lo tanto trazada una sección
transversal a las obras subterráneas en un sector caracterizado por la presencia
dominante del litotipo conocido como Anfibolitas de Medellín en condiciones
relativamente sanas, es decir, sin la presencia de fallas principales que pudieran
condicionar el flujo.
Esta tercera sección intercepta el túnel Santa Elena
aproximadamente en la P.K. 14+020.
La sección P_4 ha sido incluida con el propósito de verificar la relación entre la
excavación de los túneles y la circulación hídrica presente en el macizo rocoso que
intercepta gran parte de la Reserva Natural del Nare. La sección ha sido trazada en
sentido transversal a las obras subterráneas y en condiciones geológicas similares a la
sección P_E, es decir, siguiendo el alineamiento de fallas principales.
La sección P_3 representa una condición de alta cobertura en un macizo rocoso
dominado por Anfibolitas poco fracturadas, mientras que la sección P_4 representa una
condición de cobertura intermedia y se trazó sobre una zona de falla localizada en el
costado occidental del Stock de Samarcanda cubriendo gran parte de la reserva del
nare.
Las trazas de las cuatro secciones se representan en la Figura 1.
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Al igual que en el caso de las secciones P-W y P_E, previamente entregadas, las
simulaciones fueron hechas en cinco (5) configuraciones diferentes, representativas de
las siguientes condiciones de salida:
I.
II.
III.
IV.
V.
Condiciones antes de la construcción (ante-operam), en condiciones naturales,
sin los túneles. Representa la fase de calibración del modelo (numeral 10.5).
Condición transitoria en la cual se considera terminada la excavación de un solo
tubo (tubo No. 1) y sin ningún tipo de tratamiento de impermeabilización de la
excavación (Fase 1a – 1 tubo drenante).
Condición transitoria con un solo tubo excavado pero considerando terminado el
tratamiento de impermeabilización de la excavación a través de pre-inyecciones
(Fase 1b - túnel 1 impermeabilizado). Esta condición representa la condición final
para la sección P_3, a lo largo de la cual no se ha previsto realizar preinyecciones.
Condiciones después de la construcción (post-operam), con los dos tubos sin
impermeabilizar (Fase 2a - dos tubos drenantes). Representa la condición más
crítica en la cual el túnel drena los flujos hídricos presentes a lo largo de las fajas
de fracturación en ausencia de medidas de mitigación (p.e. pre-inyecciones).
Condiciones después de la construcción (post-operam), con pre-inyecciones en
los dos tubos (Fase 2b – dos tubos impermeabilizados). En esta configuración, la
capacidad drenante del túnel se reduce drásticamente por efecto del tratamiento
de impermeabilización del macizo rocos en el contorno de la excavación, que
reduce la permeabilidad.
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Figura 1. Trazado de las cuatro secciones a lo largo de las cuales se realizaron los modelos numéricos verticales.
Fuente: Consorcio Geodata
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1.1
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Elaboró: ING
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MÉTODO DE MODELACIÓN
Los dos modelos numéricos fueron realizados en estado estacionario con condiciones
de contorno coherentes con el modelo conceptual elaborado con base en los datos
disponibles.
El modelo numérico ha sido realizado utilizando el método de elementos finitos, código
Feflow 5.3 (Wasy AG, Berlin) que aplica la ley de Darcy en todas las partes del modelo
propio para medios fracturados.
Las simulaciones numéricas han permitido verificar el efecto drenante generado por los
dos tubos que conforman el túnel Santa Elena.
Tal como indicado anteriormente, la tercera sección (P_3) ha sido realizada para
simular las condiciones de flujo al interior de las Anfibolitas de Medellín en ausencia de
fallas importantes. La cuarta sección (P_4) fue trazada en condiciones geológicas y
estructurales similares a las existentes para la sección P_E, con el objeto de valorar la
potencial afectación, por la excavación de los túneles, sobre un mayor número de
puntos de agua localizados en la Reserva Natural del Nare.
La discretización del dominio de simulación ha sido hecha aplicando una grilla triangular
de 13.027 celdas para el perfil P_3, y de 19.704 para el perfil P_4.
Se realizó un afinamiento de la grilla en inmediaciones del túnel y hacia la superficie
topográfica con el fin de poder simular con mayor maniobrabilidad los flujos en
correspondencia con aquellos sectores donde se prevé una mayor curvatura de las
líneas de flujo. En la Figura 2 y Figura 3 se muestran las grillas a lo largo de las dos
secciones.
La extensión lateral de las secciones se ha considerado igual a 3.5 km a cada lado
respecto al eje del túnel Santa Elena. A tal distancia, en las condiciones de flujo
simulado, se verificó por vía analítica que la perturbación sobre los flujos subterráneos
debido al efecto drenante de los túneles es nula.
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Figura 2. Grilla utilizada para el modelo numérico a lo largo de la sección P_3. Se nota el mayor detalle de la grilla en correspondencia con la superficie topográfica y del sector en el cual será excavado el túnel para simulación en
condiciones de flujo “post-operam”.
S
N
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 3. Grilla utilizada para el modelo numérico a lo largo de la sección P_4. Se nota el mayor detalle de la grilla en correspondencia con la superficie topográfica y del sector en el cual será excavado el túnel para simulación en
condiciones de flujo “post-operam”.
N
S
Fuente: Consorcio Geodata
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1.2
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CALIBRACIÓN DEL MODELO
Los dos modelos fueron calibrados en dos (2) dimensiones (sección vertical) con el fin
de simular las condiciones hidrodinámicas no perturbadas verificando las condiciones
de contorno en modo tal de poder simular la presencia de los manantiales y cursos de
agua superficiales que se encuentran alineados a lo largo de la zona de falla y por lo
tanto a lo largo de la sección.
En proximidad del trazado del túnel, los parámetros hidrodinámicos de los acuíferos
(especialmente la permeabilidad), y la geometría y espesor del estrato cuaternario
superficial fueron reconstruidas mediante investigaciones geológicas, exploración
geofísica, sondeos y ensayos de permeabilidad (Lugeon, Lefranc), cuyos resultados se
presentan en el Tomo I (capítulo 6) y Tomo II del estudio hidrogeológico
complementario. La valoración de la recarga superficial (infiltración) se obtuvo
mediante balance hidrogeológico, cuyos resultados se presentan en el capítulo 5 del
Tomo I del mencionado estudio complementario.
No obstante, a lo largo de la extensa zona de simulación 2D de cada sección
(aproximadamente 3,5 km2 a cada lado del túnel), al no contarse con el mismo nivel de
información fue necesario introducir variaciones en el espesor del estrato superficial,
parámetro de permeabilidad y recarga superficial en la zonas más distante del eje del
túnel en donde los ensayos directos son menores; todas ellas coherentes con el
modelo geológico e hidrogeológico de referencia. Esto con el objeto de reproducir de la
manera más fiel posible la superficie piezométrica observada durante la campaña de
inventario de puntos de agua realizada en la zona de influencia del túnel.
La fase de calibración del modelo ha sido hecha mediante un ajuste de a) los
parámetros hidrodinámicos de los acuíferos (especialmente la permeabilidad), b) el
espesor del estrato cuaternario superficial (geometría) y c) la recarga de la superficie
(infiltración). La calibración se consideró aceptable una vez se logró la reproducción
satisfactoria de la superficie piezométrica actual, reconstruida en condiciones naturales
durante las campañas de campo, sin la construcción del Túnel.
Los datos piezométricos disponibles en las áreas adyacentes a las zonas de fallas
consideradas, indican una profundidad de la napa superficial siempre menor a 10 m,
nunca superior a 20 metros. Por lo tanto, con el fin de calibrar el modelo se ha
considerado que las condiciones de flujo simuladas deben permitir la verificación de la
superficie piezométrica casi en correspondencia con la superficie topográfica. En esta
situación, la calidad de la calibración se consideró satisfactoria.
Durante la fase de calibración se han tenido en cuenta los valores piezométricos
obtenidos en proximidad de las secciones P_3 y P_4. Si bien no hay piezómetros
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disponibles a lo largo de toda la sección, se han tomado como referencia aquellos más
próximos.
En particular, la sección P_4 ha sido trazada a lo largo de una zona de falla, y por lo
tanto toda la superficie de la sección ha sido considerada como una zona de falla. El
modelo de referencia asume que la mayor circulación del agua en profundidad puede
venir preferiblemente a lo largo de la zona de falla. La sección P_3, por el contrario, ha
sido trazada en un sector desprovisto de fallas importantes a través del litotipo conocido
como Anfibolitas de Medellín, con el objeto de simular el efecto del túnel en el macizo
menos fracturado (sano).
El caudal antes de la excavación o anteoperam simulado por el modelo numérico
representa en este contexto la mejor simulación, teniendo en cuenta las limitaciones de
calibración descritas en párrafos precedentes. Por esta razón la verificación formal que
se ha tenido en cuenta ha sido aquella de obtener un caudal de salida del modelo en
correspondencia con puntos de agua previamente censados. En lo que respecta a los
cursos de agua superficial, esta asunción es soportada por el modelo hidrogeológico y
la carta piezométrica, que muestran todos los cursos de agua superficial como ejes
drenantes de la napa superficial, y por lo tanto en sección bidimensional en estos
puntos se debe obtener un valor de salida de agua del modelo hacia la superficie.
La comparación entre los valores medidos y aquellos simulados a lo largo de las dos
secciones numéricas, considerando la escala del modelo, muestra como el modelo
numérico reproduce las condiciones de flujo subterráneo deducido de las mediciones y
del estudio hidrogeológico realizado.
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1.3
SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
CONDICIONES DE CONTORNO
En régimen permanente, los valores iniciales de potencial no ejercen ninguna influencia
en el resultado final siendo este representativo de un estado de equilibrio final. Los
potenciales iniciales constituyen el punto de partida del cálculo iterativo realizado por el
programa. Los valores de potencial impuestos no cambian durante el cálculo.
La geometría de los flujos hídricos subterráneos se reconstruyó imponiendo condiciones
de flujo al contorno, con el fin de simular la recarga por infiltración desde superficie y
para simular la presencia de los manantiales y cursos de agua superficial presentes a lo
largo de la sección del modelo.
Límites de flujo nulo
En el modelo los límites laterales y aquellos de base fueron considerados a flujo nulo,
es decir, comparables a los límites impermeables. Los límites laterales fueron fijados a
una distancia más allá de la cual no existe alteraciones de los flujos debido al efecto
drenante de la obra subterránea. El límite inferior a flujo nulo se justifica por la baja
permeabilidad de la roca del basamento que disminuye con la profundidad.
Límites de flujo impuestos
A lo largo de la superficie topográfica se ha impuesto un flujo de ingreso en modo tal de
poder simular la infiltración que recarga el acuífero. La presencia de manantiales y
cursos de agua alimentados por la napa se ha simulado imponiendo a los nodos
correspondientes una restricción adicional: la inversión del flujo (de adentro hacia
afuera) a través del nodo en el que la cota de la superficie piezométrica supera la cota
del nodo mismo.
Los valores aplicados a los nodos individuales se presentan en la Figura 4 y Figura 5.
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SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 4. Condiciones al contorno para simular la recarga por infiltración, así como los manantiales y cursos de agua a lo largo de la sección P_3 (Dadas las condiciones topográficas se consideró el valor medio de recarga
evidenciado en el balance hidrogeológico descrito en el capítulo 5 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, TOMO I).
N
S
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 5. Condiciones al contorno para simular la recarga por infiltración, así como los manantiales y cursos de agua a lo largo de la sección P_4 (igual que en el caso anterior se considero el valor medio de recarga).
N
S
Fu
Fuente: Consorcio Geodata
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1.4
SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
La calibración del modelo se hizo atribuyendo valores de conductividad hidráulica
diferentes a los distintos complejos hidrogeológicos que fueron identificados en el
modelo hidrogeológico conceptual, obtenidos de las pruebas de permeabilidad
realizadas en estudios previos (EIA 2009), así como durante el desarrollo del estudio
complementario. Para los pocos complejos hidrogeológicos de los cuales no se
dispone de medida directa, la caracterización hidrodinámica ha sido hecha mediante
comparación con contextos hidrogeológicos similares y comparables. Para cada
complejo se indica el rango de permeabilidad tomándose como referencia sus
condiciones medias. En el caso en el cual es posible aumentar aún más el grado de
permeabilidad, debido a la presencia de zonas de mayor fracturación del basamento, o
de niveles con granulometría más gruesa y por lo tanto más permeable, especialmente
en depósitos cuaternarios, se indica tal posibilidad mediante una flecha; los intervalos
de permeabilidad característicos o representativos de los diferentes complejos
hidrogeológicos son reportados en la Tabla 32 correspondiente al capítulo 6 del informe
SGC-ING-CON-INF-05-01 (TOMO I), que a su vez representa la leyenda hidrogeológica
correspondiente a los perfiles y al mapa hidrogeológico mostrado en el Anexo 8 del
mismo tomo.
Para obtener la calibración del modelo se consideraron los valores de permeabilidad
hidráulica indicados en la Tabla 1, los cuales se circunscriben en el rango de
permeabilidades reportado en la Tabla 32 indicado en el párrafo anterior.
Tabla 1. Valores de Permeabilidad Hidráulica.
Formación
K (m/s)
Depósitos cuaternarios (Q)
1E-6
Suelo residual (Q3) - Limos y limos-arcillosos
1E-7
Saprolito (Q4) – Arena limosa y limos arenosos
5E-7
Transición suelo / roca (Q5) – Roca alterada y fracturada
5E-7
Falla (4b y 5)
3E-7
Anfibolitas de Medellín (1)
1E-8
Stock de Samarcanda (4b)
1E-6
Botolito Antioqueño (4a)
3E-7
Fuente: Consorcio Geodata
En lo que respecta al perfil de alteración a lo largo de la tercera sección (P_3), este está
constituido de arriba hacia abajo por un estrato de material limoso a limo arcilloso (Q3),
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SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
de espesor variable hasta aproximadamente 50 m, el cual se sobrepone a un estrato de
transición entre el saprolito en superficie y la roca de basamento en profundidad. Esto
limita al basamento rocoso en su parte superior, constituyendo un acuífero
caracterizado por una importante extensión lateral y permeabilidad entorno a los 5E7 m/s. El basamento rocoso interceptado por la sección P_3, está constituida por las
Anfibolitas de Medellín, desprovisto de fallas importantes, caracterizado por una
permeabilidad entorno a los 1E-8 m/s.
En lo que respecta a la sección P_4, tomando como referencia la estratigrafía
evidenciada en el sondeo Pz13, el estrato superficial se encuentra constituido por
arena, arena limosa y localmente arcillosa, seguido por una transición suelo-roca (Q4 y
Q5), con permeabilidad media a baja, variable entre 1E-6 y 1E-7 m/s, hasta una
profundidad media de 20 m. El estrato subyacente se encuentra constituido por el
litotipo correspondendiente al Stock de Samarcanda alterado (4b), caracterizado por
una permeabilidad media (k2 – k3), con un valor entorno a 1E-6 m/s y un espesor de
aprox. 50 m. El tercer estrato se extiende hasta la base del modelo y se encuentra
constituido por roca granodiorítica compacta (4a), caracterizado por una permeabilidad
media a baja, con valores comprendidos entre 1E-7 y 1E-8 m/s.
Los valores de permeabilidad atribuidos al modelo de las secciones P_3 y P_4 se
representan en la Figura 6 y Figura 7, mientras que la Figura 8 y la Figura 9 representan
las condiciones de la superficie piezométrica en condiciones no perturbadas (anteoperam).
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SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 6. Campo de variación de la permeabilidad a lo largo de la sección P_3. La posición indicativa del túnel Santa Elena esta representado por los puntos negros (tubo 2 punto lado izquierdo). El color verde representa el
complejo hidrogeológico 1 dominado por las Anfibolitas de Medellín (sin fallas importantes), mientras que los colores azul y naranja representan la transición entre roca de basamento, saprolito y suelo residual.
N
S
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 7. Campo de variación de la permeabilidad a lo largo de la sección P_4. La posición indicativa del túnel Santa Elena esta representado por los puntos negros (tubo 2 punto lado izquierdo). El color amarillo representa el
complejo hidrogeológico 4a dominado por las granodioritas compactas falladas, mientras que los colores rojo y cian representan los complejos hidrogeológicos 4b y Q4-Q5 respectivamente.
N
S
k=5 E-7 m/s
k = 3 E-7 m/s
k = 1E-6 m/s
Fuente: Consorcio Geodata
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SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 8. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica en condiciones de flujo no perturbado antes de la excavación (ante operam). Los puntos de color azul indican los manantiales y cursos de agua presentes a lo
largo de la sección.
Superficie
piezométrica
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 9. Comportamiento de la superficie piezométrica en condiciones de flujo no perturbado “ante operam” (sección P_4). Los puntos de color azul indican los manantiales y cursos de agua presentes a lo largo de la sección.
Superficie piezométrica
Fuente: Consorcio Geodata
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1.5
SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
RESULTADOS
Para las dos secciones adicionales se ha verificado el efecto drenante del túnel
considerando dos etapas constructivas; una primera fase en la cual se excavará
solamente el tubo 1 y una segunda fase en la cual se prevé la presencia de los dos
tubos que conforman el túnel Santa Elena.
Para los casos antes descritos, a lo largo de las zonas de falla, se ha verificado la
influencia del tratamiento del macizo rocoso a través de pre-inyecciones en el contorno
de la excavación.
Por lo tanto, a lo largo del perfil P_4, en una primera fase de cálculo, ha sido posible
verificar el efecto de drenaje sobre la napa localizada en la zona de falla, delimitar en
superficie el cono de depresión y valorar el caudal esperado en el túnel en régimen
estabilizado y en ausencia de cualquier tipo de medida de mitigación.
Las secciones tipo del túnel ingresadas en el modelo son coherentes con las descritas
en el capitulo 1 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01 (Tomo I). En particular, para la
sección P_4, se consideró la aplicación de secciones tipo E que serán instaladas en las
zonas de falla y para las cuales se prevé efectuar perforaciones para pre-inyecciones
de consolidación e impermeabilización. Para la sección P-3, la sección tipo asumida en
el modelo corresponde a la sección B.
En la fase siguiente de cálculo se ha considerado el efecto de las pre-inyecciones
realizadas con el objeto de impermeabilizar el contorno del túnel y en consecuencia
obtener un caudal admisible de 0,5 l/s/100 m de túnel. Tal condición no ha sido
considerada para la simulación a lo largo de la sección P-3. En este sector, de hecho,
no se ha previsto la ejecución de pre-inyecciones para limitar el ingreso de agua, debido
la baja permeabilidad del macizo rocoso y del escaso caudal esperado al interior del
túnel.
Las siguientes tablas, resumen los resultados principales obtenidos de la modelación a
lo largo de las dos secciones P_3 y P_4.
Ello permite verificar, ya sea en términos cualitativos como cuantitativos, el impacto del
drenaje del túnel sobre el agua superficial en relación a su distancia al eje del túnel y
distinguir la efectividad de la ejecución de pre-inyecciones en el contorno de la
excavación con el fin de disminuir el caudal drenado y de este modo minimizar el
impacto sobre los recursos hídricos presentes en superficie.
Se precisa que la eficacia de las intervenciones de tratamiento de impermeabilización
del macizo rocoso a través de las pre-inyecciones aplicadas en las zonas de falla y/o
zonas fracturadas, ejecutadas a la regla del arte, es alta para reducir el caudal al interior
de los túneles.
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SECCIONES P_4 y P_3
Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Los valores de caudal esperados en el túnel se refieren a la contribución unitaria
relacionada con el espesor de la sección del modelo (1 m). El caudal indicado debe por
lo tanto ser multiplicado por el espesor en metros de la zona de falla interceptada por el
túnel para obtener el valor del caudal de ingreso de agua estabilizado esperado a lo
largo de la misma zona de falla.
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Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
1.5.1 Resultado de la modelación a lo largo de la sección P_3 (Anfibolitas de Medellín)
Tabla 2. Resultado del modelo numérico a lo largo de la sección P_3: los valores de los caudales se reportan sea en términos
absolutos (l/s/m) o teniendo en cuenta el espesor de la sección del modelo igual a 1 m y en términos relativos porcentuales referidos
al valor calculado del modelo que simula las condiciones de flujo “antes de la excavación”. Los valores de caudal reportados en las
columnas correspondientes a 1 y 2 tubos para los puntos de agua listados en la primera columna, deben entenderse como caudales
residuales, es decir, el caudal que permanecería en el punto de agua en el caso de verificarse el impacto.
Fuente / Cursos de
agua
Distancia del eje
del túnel
m/dirección
Curso de agua 1
Curso de agua 2
Curso de agua 3
Curso de agua 4
Curso de agua la Mina
Cso. la Negra (AST 122)
Curso de agua Gonina
Cso. El Rinconcito
AST 106
Cruso de agua 5
Curso de agua S. Elena
AST 105
Cso. Espiritu Santu
Curso de agua 6
Curso de agua 7
2480/N
2140/N
1610/N
1180/N
510/N
275/N
125/N
85/S
115/S
770/S
1080/S
1255/S
1930/S
2185/S
2780/S
Antes de la excavación (ante
operam)
DHI
Nivel de
riesgo
2
-
Un sólo Tubo
excavado, sin
impermeabilizar
(Tubo 1) (drenante)
Tubos 1 y 2 sin
impermeabilizar (drenantes)
l/s/m
%
l/s/m
%
l/s/m
%
0.006
0.006
0.004
0.006
0.005
0.004
0.004
0.003
0.001
0.005
0.005
0.003
0.005
0.009
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
100%
0.006
0.006
0.004
0.005
0.004
0.003
0.003
0.002
0.000
0.004
0.005
0.003
0.005
0.009
100%
98%
94%
94%
84%
81%
78%
57%
0%
85%
93%
93%
98%
100%
0.006
0.006
0.004
0.005
0.004
0.003
0.003
0.001
0.000
0.004
0.005
0.003
0.005
0.009
100%
98%
94%
92%
79%
76%
72%
52%
0%
82%
93%
93%
95%
100%
0.006
-
0.004
0.004
0.008
-
Túnel 1
Túnel 2
Túnel 1+2
Fuente: Consorcio Geodata
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Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
En la Tabla 2 se indica el caudal medido en correspondencia con los puntos de agua
localizados en superficie a lo largo de la sección del modelo mismo. Para un mejor
entendimiento de los valores allí reportados se hacen las siguientes precisiones:





En la primera columna se reporta el nombre asignado a los cursos de agua
superficial y manantiales interceptados por la sección numérica.
En la segunda columna se reporta la distancia de cada una de estos puntos de
agua a lo largo de la sección y respecto al eje del túnel.
En la tercera columna se reporta el valor de riesgo calculado en los puntos de
agua de acuerdo a la metodología DHI descrita en el capítulo 9 del informe SGCING-CON-INF-05-01 (Tomo I), sin considerar el efecto de las pre-inyecciones.
En la cuarta columna se reportan valores de caudal expresados también en
términos porcentuales que representan condiciones naturales presentes en el
territorio antes de la excavación de los túneles (anteoperam). En este caso los
caudales de los manantiales o cursos de agua superficial fueron considerados
iguales al 100% mientras el túnel tiene un caudal nulo (0 l/s/m o 0%). Los
valores de caudal reportados deben entenderse como valores unitarios, los
cuales fueron calculados mediante el modelo numérico teniendo en cuenta el
espesor de la sección igual a 1m y el inventario de puntos de agua realizado en
la zona de influencia de los túneles.
En las columnas cuarta y quinta se reportan los valores de caudales unitarios
arrojados por el modelo numérico cuando se simula la excavación del túnel. Esto
con el objetivo de verificar la variación de los caudales de acuerdo con el tipo de
drenaje inducido por la obra subterránea (1 o 2 tubos, en medios drenantes).
En lo que respecta al caudal esperado en el túnel (ver últimas tres filas de la Tabla 3,
anterior con celdas sombreadas), se observa que el caudal al interior de un único tubo
sin impermeabilizar, o tubo drenante, es igual a 0,006 l/s/m. Cuando en el modelo se
considera la presencia de dos tubos, el caudal total es igual a 0,008 l/s/m. El caudal
interceptado por el tubo 1 es de 0,004 l/s/m y aquel correspondiente al tubo 2 es igual a
0,004 l/s/m (ver antepeúltima y penúltima fila de la tabla anterior). Para esta sección no
se ha previsto ninguna intervención de impermeabilización. El resultado del modelo
indica que el caudal drenado por los dos tubos del túnel se ubica en el orden de 0,75
l/s/100m. Se hace notar que este valor aunque es superior al límite de caudal admisible
para las zonas de falla y zonas intensamente fracturadas, no evidencia cambios
significativos en la superficie piezométrica (ver Figura 8 y Figura 15). Este hecho se
explica por el carácter difuso del flujo al interior de la excavación representado
generalmente en goteos.
La variación del caudal calculado en correspondencia con los puntos de agua
localizados en superficie es representada en forma de histograma en el gráfico
siguiente (Figura 10).
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Aprobó: ADM
En líneas generales, se observa como, en el momento en el cual se ingresa en el
modelo la acción de drenaje debida a la presencia de uno o dos tubos del túnel en un
medio no impermeabilizado, es decir, drenante (sin pre-inyecciones), el caudal residual
calculado en correspondencia con los puntos de agua se reduce progresivamente
acercándose al eje del túnel.
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Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 10. Comparación del caudal de los puntos de agua que se encuentran en correspondencia con la sección P_3 valorada en
condiciones no perturbadas o “ante operam” (indicados en color azul). En color rojo se representa las condiciones drenantes del tubo
1 (sin pre-inyecciones), mientras que el color naranja representa el efecto de drenaje de los dos tubos (tubos 1 y 2, excavados sin
pre-inyecciones).
120%
Ante Operam
Tubo 1 drenante
Tubos 1 y 2 drenantes
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Fuente: Consorcio Geodata
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Aprobó: ADM
La figura 10 muestra el histograma del caudal de los manantiales y de los cursos de
agua considerados a lo largo de la sección P_3 (sección trazada a lo largo del sector en
el cual se interceptan las Anfibolitas de Medellín sin presencia de fallas importantes).
Para los códigos de los puntos de agua y su posición en planta se remite a la
cartografía hidrogeológica y la carta de impacto o afectación sobre los puntos de agua
(Anexo 8 y 12 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I). En el gráfico se
representa la variación porcentual (%) del caudal respecto al valor calculado en
condiciones de flujo no perturbado, se muestran las condiciones naturales no
perturbadas (ante operam) con las condiciones después de excavados los dos tubos
con efecto drenante.
En numerales sucesivos cuando se analizan los potenciales impactos debido a la
excavación de uno y dos tubos con y sin impermabilización, se volverán a tratar y a
explicar los resultados reportados en la Tabla 2 (ver numerales 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5 y
1.5.6).
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Versión: N.° 1
Elaboró: ING
Aprobó: ADM
1.5.2 Resultado de la modelación a lo largo de la sección P_4 (Falla costado occidental stock de samarcanda)
Tabla 3. Resultado del modelo numérico a lo largo de la sección P_4. Los valores de los caudales se reportan sea en términos
absolutos (l/s/m) o teniendo en cuenta el espesor de la sección del modelo igual a 1 m y en términos relativos porcentuales referidos
al valor calculado del modelo que simula las condiciones de flujo “antes de la excavación”. Los valores de caudal reportados en las
columnas correspondientes a 1 y 2 tubos con y sin impermeabilización para los puntos de agua listados en la primera columna,
deben entenderse como caudales residuales, es decir, el caudal que permanecería en el punto de agua en el caso de verificarse el
impacto (ver explicación mas detallada en la página siguiente).
Fuente /
cursos de
agua
Distancia
del eje del
túnel
DHI
m/dirección
Nivel de
riesgo
ASP-054
1120/N
1
AST-156
940/N
2
AST-260
155/N
1
AST-261
120/N
1
AST-177
82/N
3
AST-191
94/S
3
ASP-064
140/S
1
Túnel 1
Túnel 2
Túnel 1+2
Antes de la
excavación (ante
operam)
Un sólo Tubo
excavado y sin
impermeabilizar
(Tubo 1) (drenante)
Un sólo Tubo
excavado e
impermeabilizado
Tubos 1 y 2 sin
impermeabilizar
(drenantes)
Tubos 1 y 2
impermeabilizados
l/s/m
%
l/s/m
%
l/s/m
%
l/s/m
%
l/s/m
%
0.009
100%
0.0009
10%
0.0089
94%
0.0000
0%
0.0084
89%
0.008
100%
0.0000
0%
0.0078
92%
0.0000
0%
0.0072
85%
0.010
100%
0.0000
0%
0.0091
87%
0.0000
0%
0.0080
77%
0.004
100%
0.0000
0%
0.0029
73%
0.0000
0%
0.0021
52%
0.003
100%
0.0000
0%
0.0001
4%
0.0000
0%
0.0000
0%
0.003
100%
0.0000
0%
0.0016
57%
0.0000
0%
0.0007
26%
0.003
100%
0.0000
0%
0.0001
5%
0.0000
0%
0.00001
1%
0.000
-
0%
-
0.061
-
100%
-
0.012
-
19%
-
0.033
0.030
0.063
100%
100%
100%
0.011
0.010
0.021
33%
32%
33%
Fuente: Consorcio Geodata
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Elaboró: ING
Aprobó: ADM
En la Tabla 3 se indica el caudal medido en correspondencia con los puntos de agua
localizados en superficie a lo largo de la sección del modelo mismo. Para un mejor
entendimiento de los valores allí reportados se hacen las siguientes precisiones:







En la primera columna se reporta el nombre asignado a los cursos de agua
superficial y manantiales interceptados por la sección numérica.
En la segunda columna se reporta la distancia de cada una de estos puntos de
agua a lo largo de la sección y respecto al eje del túnel.
En la tercera columna se reporta el valor de riesgo calculado en los puntos de
agua de acuerdo a la metodología DHI descrita en el capítulo 9 del informe SGCING-CON-INF-05-01 (Tomo I), sin considerar el efecto de las pre-inyecciones.
En la cuarta columna se reportan valores de caudal expresados también en
términos porcentuales que representan condiciones naturales presentes en el
territorio antes de la excavación de los túneles (anteoperam). En este caso los
caudales de los manantiales o cursos de agua superficial fueron considerados
iguales al 100% mientras el túnel tiene un caudal nulo (0 l/s/m o 0%). Los
valores de caudal reportados deben entenderse como valores unitarios, los
cuales fueron calculados mediante el modelo numérico teniendo en cuenta el
espesor de la sección igual a 1m y el inventario de puntos de agua realizado en
la zona de influencia de los túneles.
En la quinta columna se reportan los valores de caudales unitarios arrojados por
el modelo numérico cuando se simula la excavación de un solo tubo, sin
impermeabilizar. Los valores allí indicados representan condiciones de flujo
perturbado por el efecto de drenaje del primer tubo.
En la sexta columna se reportan los valores de caudales unitarios arrojados por
el modelo numérico cuando se simula la excavación de un solo tubo
considerando el efecto de las pre-inyecciones en las zonas de falla y zonas
intesamente fracturadas.
De manera análoga a los dos últimos casos antes descritos deben interpretarse
los valores reportados en las dos últimas columnas.
En la columna relacionada con la simulación que toma en cuenta la presencia del túnel
con uno o dos tubos construidos en medios drenantes (sin pre-inyecciones), o en
medios impermeabilizados (con pre-inyecciones), se indica el caudal residual, es decir
el caudal que permanecería en el curso de agua en el caso de verificarse el impacto. En
relación con este potencial impacto se debe tener en cuenta que el caudal de salida
simulado por el modelo en correspondencia con los cursos de agua superficial (código
ASP), es el producto de la contribución de la infiltración a través de un espesor unitario
de 1 m de la cuenca que alimenta el curso de agua medido en el punto en el cual la
modelización numérica lo intercepta. Obviamente, los valores reportados corresponden
siempre con valores muy pequeños que no deben entenderse como el caudal total del
curso de agua, relacionado con el aporte total de la cuenca hidrográfica que lo alimenta,
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el cual es siempre muy superior (para mayor claridad ver numeral 1.6 del presente
informe). Para el caso de los cursos de agua superficial (códigos ASP, reportados en la
Tabla 3), esto significa que la pérdida valorada por la sección numérica sobre el curso
de agua equivale al valor simulado por el modelo numérico, multiplicado por la longitud
de la zona de falla que se esté considerando. En términos prácticos esto significa que
el resto del caudal del curso de agua aportado por la cuenca hidrográfica proveniente
aguas arriba del sector en análisis, transita sobre la zona de falla sin infiltrarse.
Por ejemplo, si se analiza el caso específico del curso de agua identificado en la Tabla
3 con código ASP-064 se indica un caudal residual del 1% (0,00001 l/s/m), esto significa
que por las condiciones de saturación evidenciada en este cálculo del modelo, toda el
agua que proviene aguas arriba pasa sobre la zona de falla sin infiltrarse y continua su
curso aguas abajo. En la zona de falla la contribución del caudal proveniente de la
cuenca (del orden de 0,003 l/s/m), en este caso se reduce a 0,00001 l/s/m, lo que no
altera fundamentalmente su caudal original. Para este curso de agua específico
(ASP_064) el caudal medido durante la campaña de inventario fue de 10,62 l/s en
verano y de 14 l/s en invierno, mientras que la potencial reducción a lo largo de los 50 m
de falla sería del orden de 0,15 l/s.
También en este caso los valores se indican ya sea en términos de valores absolutos
como en términos porcentuales. Por ejemplo, en el caso del punto sobre el curso de
agua ASP-054, el caudal que permanecería en el curso de agua calculado por el
modelo numérico considerando la presencia de un solo tubo no impermeabilizado
(drenante), es igual a 0,0009 l/s/m o al 10% del caudal natural o caudal de referencia
representativo de la condiciones presentes en la zona de influencia de los túneles antes
de su excavación expresado también en l/s/m. Si se toma en cuenta la ejecución del
tratamiento de impermeabilización de la excavación a través de pre-inyecciones de las
zonas de falla y zonas fracturadas, éste caudal tiende a ser igual al caudal natural o
caudal de referencia expresado en l/s/m (94%).
Cuando en el modelo de cálculo se analiza el caso de dos tubos drenantes no
impermeabilizados, sólo el punto ASP-054 localizado sobre un curso de agua
superficial, permanece con un cierto caudal, del orden del 10% del flujo natural
expresado en l/s/m. En todos los demás casos los puntos de agua son afectados
totalmente por el drenaje del túnel.
La situación mejora sustancialmente cuando se introduce en el modelo el efecto de la
impermeabilización del túnel. El resultado de esta simulación evidencia que sólo dos
puntos de agua registran afectación relevante de los caudales residuales, estos puntos
son codificados como AST-177 y ASP-064; tales puntos corresponden a un manantial
(AST) y a un punto localizado sobre un curso de agua superficial (ASP), los dos ya
muestran caudales unitarios muy bajos en condiciones ante-operam, del orden de 0.003
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l/s/m. El punto con código ASP-064 ha sido analizado con detalle en párrafo
precedente.
En lo que respecta al caudal esperado en el túnel (ver últimas tres filas de la Tabla 3,
con celdas sombreadas), se nota que la cantidad de agua que ingresa al túnel en
condiciones drenantes, pasa del orden de 0.061 l/s/m en el caso de un sólo tubo, hasta
0.063 l/s/m en el caso de dos tubos excavados. Cuando se simula el efecto de la
impermeabilización el agua que ingresa al túnel a través de los dos tubos se reduce a
0.021 l/s/m. Es decir, se evidencia una reducción del orden del 67% respecto a las
condiciones de túnel drenante. Estas previsiones son coherentes con las previsiones de
caudal esperado en el túnel realizado analíticamente y reportado en el capítulo 7 del
informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I.
La variación del caudal calculado en correspondencia con los puntos de agua
localizados en superficie es representada en forma de histograma en el gráfico
siguiente (Figura 11).
Como en el caso precedente, se observa como, en el momento en el cual se ingresa en
el modelo numérico la acción de drenaje debida a la presencia de uno o dos tubos del
túnel en un medio no impermeabilizado, es decir, drenante (sin pre-inyecciones), el
caudal residual calculado en correspondencia con los puntos de agua se reduce
progresivamente a medida que se acerca al eje del túnel.
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Figura 11. Comparación del caudal residual de los puntos de agua que se encuentran en correspondencia con la sección P_4
valorada en condiciones no perturbadas o “ante operam” (indicados en color azul), con el tubo 1 en condiciones drenantes (sin preinyecciones, en rojo) y después de efectuadas las pre-inyecciones de impermeabilización del macizo rocoso en el contorno del túnel
(en color lila). En color naranja se representa el efecto de drenaje de los dos tubos (tubos 1 y 2) excavados sin pre-inyecciones,
mientras que el efecto valorado con intervenciones de impermeabilización del macizo (con pre-inyecciones) se representa en color
verde.
Antes de la costrucciòn
Tubo 1 sin impermeabilizar
Tubo 1 Impermeabilizado
Tubo 1 y 2 sin impermeabilizar
Tubo 1 y 2 impermeabilizado
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
ASP-054
AST-156
AST-260
AST-261
AST-177
AST-191
ASP-064
Fuente: Consorcio Geodata
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Para el caso del túnel Santa Elena, el gráfico anterior muestra el histograma del caudal
de los manantiales y de los cursos de agua considerados a lo largo de la sección P_4.
Para los códigos de los puntos de agua y su posición en planta se remite a la
cartografía hidrogeológica y al mapa de afectación sobre los puntos de agua (Ver Anexo
8 y 12 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I). En el gráfico se representa la
variación porcentual (%) del caudal respecto al valor calculado en condiciones de flujo
no perturbado (expresados en l/s/m). Se comparan las condiciones naturales no
perturbadas (ante operam) con las condiciones después de excavados los dos tubos del
túnel, con efecto drenante y con pre-inyecciones (túnel impermeabilizado).
En numerales sucesivos cuando se analizan los potenciales impactos debido a la
excavación de uno y dos tubos con y sin impermabilización, se volverán a tratar los
resultados reportados en la Tabla 2 (ver numerales 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5 y 1.5.6).
1.5.3 Análisis de la fase 1a: Tubo 1, drenante
El comportamiento de la superficie piezométrica perturbada por la presencia del primer
tubo en las dos secciones adicionales P_3 y P_4, se representa en la Figura 12 y Figura
13 respectivamente.
Se observa como los conos de abatimiento evidencian una criticidad de las fuentes de
alimentación de los manantiales que se encuentran a una distancia muy reducida del
eje del túnel, menor a la anchura del cono.
En la sección P_3, el cono de abatimiento se extiende de una manera casi simétrica a
lo largo de la zona de falla, con un abatimiento máximo en correspondencia del intereje
de la excavación de 10 a 20 m. Para una distancia mayor de 250 m, los impactos son
extremadamente reducidos; por lo que se ha considerado tal límite como el límite
máximo de los potenciales impactos en superficie una vez sucedida la despresurización
del acuífero en las Anfibolitas de Medellín. Solamente los puntos de agua que se
encuentran sobre el eje del túnel son perturbados. En particular, el manantial AST 106,
que se encuentra sobre el eje, siente significativamente el drenaje del túnel
especialmente porque ya esta fuente hídrica presenta en condiciones anteoperam un
caudal muy reducido, del orden de 0.001 l/s/m.
Como se evidencia en la Tabla 44, Tabla 46 y Tabla 47 del capítulo 9 del informe SGCING-CON-INF-05-01 (Tomo I), los manantiales y cursos de agua que resultan con
riesgo de afectación del estudio de la probabilidad de impacto, se ubican al interior del
cono de depresión generado por el drenaje del túnel. A lo largo de la sección P_3 se
ubica el manantial AST-122, al cual el estudio de impacto le atribuye un riesgo de bajo
grado (nivel 2). Este manantial se encuentra a una distancia de aprox. 275 m del eje del
túnel.
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Aprobó: ADM
En relación con la sección P_4, el cono de depresión relacionado con el drenaje dentro
del túnel, se extiende de manera asimétrica por 900 m en dirección norte y 1500 m en
dirección sur, con un abatimiento máximo en correspondencia del intereje de la
excavación igual a 150 m. El caudal que ingresa al túnel resultante de la modelización
es equivalente a 0.06 l/s/m, para el caso de un sólo tubo construido (ver últimas tres
filas de la Tabla 2).
Este resultado obtenido a través de la modelación numérica ha permitido una
verificación y una calibración del método de previsión de los impactos sobre los puntos
de agua ilustrados en el capítulo 9 (método DHI).
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Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 12. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje del primer tubo del túnel Santa Elena. Arriba de la sección se indica la extensión del cono de depresión valorado en
aproximadamente 250 m hacia el N y aproximadamente 250 m hacia el S.
N
Superficie
piezométrica
 250 m
 250 m
S
Eje Túnel
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 13. Sección P_4, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje del primer tubo del túnel Santa Elena.
N
S
 900 m
Eje Túnel
Superficie
piezométrica
 1500 m
Fuente: Consorcio Geodata
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1.5.4 Análisis fase 1b: Tubo 1, impermeabilizado
En la fase 1b de la modelación se ha considerado el efecto de impermeabilización una
vez realizadas las pre-inyecciones en el contorno de la excavación del tubo 1. Se
asumió que tal intervención conlleva a un cierre sustancial de las fracturas del macizo
rocoso en una corona de aproximadamente 5 m entorno al tubo 1.
Tal como indicado en el numeral 1.3 del capítulo 1 del informe SGC-ING-CON-INF-0501 (Tomo I), las pre-inyecciones previstas por el Concesionario, tienen como objetivo
principal obtener una reducción de permeabilidad en las zonas de falla y zonas
intesamente fracturadas de forma tal que el caudal de infiltración al interior del túnel no
sea mayor a 0,5 l/s/100m de túnel. Este límite de permeabilidad ha sido analizado y
verificado durante el presente estudio, encontrándose que esto conlleva a una
reducción de la permeabilidad en las zonas de falla hasta de un orden de magnitud de
máximo 1E-8 m/s (fórmula de Goodman despejada en función de K), es decir, una
permeabilidad semejante a la que presentan los principales litotipos que serán
interceptados por la excavación del túnel Santa Elena en condiciones sanas o poco
fracturadas.
La magnitud de la reducción de caudal del túnel impermeabilizado respecto a aquel sin
impermeabilizar es del orden del 80% en el caso de la sección P_4 (sección localizada
a lo largo de la zona de falla ubicada en el sector occidental del Stock de Samarcanda).
El caudal entrante en el tubo 1 pasa de 0.061 l/s/m a 0.012 l/s/m (ver últimas tres filas
de la Tabla 3).
El efecto de la impermeabilización del túnel en correspondencia con las zonas de falla
determina un ascenso de la superficie piezométrica con consecuente aumento del
potencial hidráulico a lo largo de la zona de falla. El nivel piezométrico retorna a
posiciones semejante, aunque no iguales, a aquellas calculadas en condiciones previas
a la excavación o “ante-operam” (Ver Figura 14). Este hecho es más evidente si se
compara la Figuras 9, que representa la superficie piezométrica antes de la excavación,
con la Figura 14, que representa la superficie piezométrica una vez realizada la
excavación. De la comparación de estas dos figuras se puede observar como la
superficie piezométrica en los dos casos se ubica cerca al nivel topográfico.
Esto conlleva a la posibilidad que se de una realimentación de las zonas donde antes
se verificaron puntos de agua con riesgo de afectación en la fase 1a del modelo
numérico, descrito en el numeral 1.5.3.
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Elaboró: ING
Aprobó: ADM
Figura 14. Comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje del tubo 1 del túnel Santa Elena y sucesiva impermeabilización del macizo rocoso en el contorno de los túneles (sección P_4).
N
S
Superficie piezométrica
Fuente: Consorcio Geodata
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Elaboró: ING
Aprobó: ADM
1.5.5 Analisis fase 2a: Dos tubos drenantes
El comportamiento de la superficie piezométrica perturbada por la presencia de los dos
tubos en las dos secciones consideradas se representa en la Figura 15 y Figura 16.
Se observa como los conos de abatimiento evidencian una criticidad de las fuentes de
alimentación de los manantiales que se encuentran a una distancia del eje del túnel
menor a la anchura del cono.
En la sección P_4, el cono de abatimiento se extiende de manera asimétrica a lo largo
de la línea de falla, extendiendose por aproximadamente 1700 m hacia el norte y 1400
m hacia el sur, con una profundidad respecto a las condiciones piezométricas existentes
antes de la excavación igual a 210 m, en correspondencia con el eje de los dos tubos.
El caudal que ingresa al tubo 1, resultante de la modelización, es equivalente a 0,033
l/s/m; mientras que para el tubo 2, el caudal que ingresa es equivalente a 0,03 l/s/m; lo
que suma un caudal total para los dos tubos de 0,063 l/s/m (ver Tabla 3). Los valores
indicados en el modelo 2D realizado en el presente estudio complementario se han
valorado en régimen estabilizado.
El caudal estabilizado drenado por los dos túneles a lo largo de las dos secciones
consideradas varia entre 0,08 y 0,63 l/s/10m en función de la carga y conductividad
hidráulica.
Como se evidencia en la Tabla 44, Tabla 46 y Tabla 47 del capítulo 9 del informe SGCING-CON-INF-05-01 (Tomo I), los manantiales y cursos de agua que resultan con
riesgo de afectación del estudio de la probabilidad de impacto se ubican al interior del
cono de depresión generado por el drenaje del túnel.
En lo que respecta a la sección P_3, la introducción en el modelo del segundo tubo, no
determina un cambio sustancial de las condiciones de flujo y de drenaje del acuífero; de
hecho, el caudal drenado en el túnel, producto de los dos tubos, determina un aumento
modesto del caudal total, pasando de 0,65 l/s a 0,75 l/s por cada 100 m de túnel; tal
diferencia no determina, en superficie, una variación significativa del radio de influencia
del drenaje de los dos tubos. Por lo tanto se considera que la extensión de 250 m por
cada lado respecto al eje del túnel, valorado para un sólo tubo, pueda ser considerada
válida también para los dos tubos (ver Figura 12 y Figura 15).
En la Figura 12 y Figura 15, se puede corroborar que no es evidente ninguna variación
apreciable de la piezometría. En el paso de las condiciones de flujo de 1 y 2 tubos
drenantes, se observa una débil despresurización del acuifero en profundidad, sin
efecto importante en superficie.
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Este resultado obtenido a través de la modelación numérica ha permitido una
verificación y una calibración del método de previsión de los impactos sobre los puntos
de agua ilustrados en el capítulo 9 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I
(método DHI).
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Figura 15. Sección P_3, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena. Arriba de la sección se indica la extensión del cono de depresión valorado en
aproximadamente 250 m hacia el N y aproximadamente 250 m hacia el S.
N
S
 250 m
 250 m
Eje Túnel
Fuente: Consorcio Geodata
Figura 16. Sección P_4, comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena. Arriba de la sección se indica la extensión del cono de depresión valorado en
aproximadamente 1400 m hacia el N y aproximadamente 1700 m hacia el S.
N
S
Eje del Túnel
 1400m
 1700m
Fuente: Consorcio Geodata
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1.5.6 Análisis fase 2b: Túnel Impermeabilizado
En la fase 2b de la modelación se ha considerado el efecto de impermeabilización una
vez realizadas las pre-inyecciones en el contorno de la excavación. Se asumió que tal
intervención conlleva a un cierre sustancial de las fracturas del macizo rocoso en una
corona de aproximadamente 5 m entorno a los dos tubos paralelos con intereje de 15 m
entre sí.
Tal como indicado en el numeral 1.3 del capítulo 1 del informe SGC-ING-CON-INF-0501 (Tomo I), las pre-inyecciones previstas por el Concesionario, tienen como objetivo
principal obtener una reducción de permeabilidad en las zonas de falla y zonas
intesamente fracturadas de forma tal que el caudal de infiltración al interior del túnel no
sea mayor a 0,5 l/s/100m de túnel. Este límite de permeabilidad ha sido analizado y
verificado durante el presente estudio, encontrándose que esto conlleva a una
reducción de la permeabilidad en las zonas de falla hasta de un orden de magnitud de
máximo 1E-8 m/s (fórmula de Goodman despejada en función de K), es decir, una
permeabilidad semejante a la que presentan los principales litotipos que serán
interceptados por la excavación del túnel Santa Elena en condiciones sanas o poco
fracturadas.
La magnitud de la reducción de caudal del túnel impermeabilizado respecto a aquel sin
impermeabilizar es del orden del 67% para la sección P_4 (sección a lo largo de la zona
de falla localizada en el costado occidental del Stock de Samarcanda). El caudal que
ingresa al tubo 1 pasa de 0.033 l/s/m (caso 2a, túnel drenante) a 0.011 l/s/m (caso 2b,
túnel impermeabilizado), mientras que para el tubo 2 el caudal pasa de 0.03 l/s/m (caso
2a, túnel drenante) a 0.01 l/s/m (caso 2b, túnel impermeabilizado).
El efecto de la impermeabilización del túnel en correspondencia con las zonas de falla
determina un ascenso de la superficie piezométrica con consecuente aumento del
potencial hidráulico a lo largo de la zona de falla. Al igual que en el caso de un solo
tubo impermeabilizado, el nivel piezométrico en este caso retorna a posiciones
semejante, aunque no iguales, a aquellas calculadas en condiciones previas a la
excavación o “ante-operam” (Ver Figura 17).
Este hecho es más evidente si se
compara la Figuras 9, que representa la superficie piezométrica antes de la excavación,
con la Figura 17, que representa la superficie piezométrica una vez realizada la
excavación. De la comparación de estas dos figuras se puede observar como la
superficie piezométrica en los dos casos se ubica cerca al nivel topográfico.
Esto conlleva a la posibilidad que se de una realimentación de las zonas donde antes
se verificaron puntos de agua con riesgo de afectación en la fase 1 del modelo
numérico, descrito anteriormente.
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En todos los casos considerados para la valoración de los efectos de las
impermeabilizaciones, se nota una despresurización o descenso de presión general de
los acuíferos respecto a las condiciones valoradas en ausencia de los túneles. Tal
despresurización se traduce en una variación métrica de las superficies equipotenciales.
Éste fenómeno es responsable de la disminución de los caudales medidos en
correspondencia con los puntos de agua en superficie y relacionados en el capítulo 9
del del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I (método DHI).
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Figura 17. Comportamiento de la superficie piezométrica deformada por efecto de drenaje de los dos tubos del túnel Santa Elena y sucesiva impermeabilización del macizo rocoso en el contorno de los túneles (sección P_4).
N
S
Fuente: Consorcio Geodata
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1.6
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CONSIDERACIONES FINALES Y RECOMENDACIONES
1.6.1 Recomendaciones para la interpretación de los resultados de la simulación
numérica.
En la Tabla 2 y Tabla 3 se muestran los valores de caudal simulados por el modelo en
los puntos de agua representados por cursos de agua y manantiales presentes a lo
largo de las secciones P_3 y P_4. El caudal unitario “anteoperam” indica valores
coherentes con aquellos encontrados en el terreno antes de la excavación del túnel.
Los caudales reportados en las columnas siguientes representan caudales unitarios
simulados considerando la presencia del túnel en sus diferentes escenarios
constructivos (1 tubo, 2 tubos con y sin pre-inyecciones en zonas de falla y zonas
fracturadas)
Para una mejor comprensión en la interpretación de los resultados arrojados por el
modelo, en fase previa a la excavación (anteoperam) y con la presencia del túnel, es
necesario considerar dos aspectos fundamentales: el método de calibración adoptado
(descrito en el numeral 1.2 de este informe) y la naturaleza bidimensional de la sección
calculada.
Acerca de la naturaleza bidimensional de las secciones numéricas se debe tener
presente que en secciones bidimensionales se asume que los flujos y el caudal deben
referirse a un espesor unitario del acuífero de 1 m. Para extrapolar los resultados de la
sección a un contexto tridimensional, por ejemplo el flujo a lo largo de una zona de falla,
es necesario referir los resultados al espesor real de la zona de falla, considerando la
zona misma como homogénea en todo su espesor desde el punto de vista hidráulico
(p.e. permeabilidad). Por ejemplo, una zona de falla con espesor de 20 m, producirá un
flujo en su interior 20 veces superior a aquel valor derivado de la simulación 2D de la
cual se extaen caudales unitarios.
Adicionalmente, se debe tener presente que los resultados de la simulación numérica
debe ser considerada como una indicación útil para definir el cuadro de previsiones de
los potenciales efectos de la excavación sobre los acuíferos; sin atribuir a la simulación
una valencia más “exacta” respecto a cuanto ha sido recabado con los otros métodos
previsionales aplicados en este estudio complementario, como son el método DHI
(Draward Hazard Index, descrito en informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I) y el
cálculo por vía analítica de la presencia de agua en el túnel (descrito en informe SGCING-CON-INF-05-01, Tomo I). El cálculo numérico efectuado, como se ha descrito en
el numeral 1.2 de este informe, se ve afectado al igual que los otros métodos por un
nivel significativo de incertidumbre, particularmente en lo que respecta a la geometría
del estrato cuaternario superficial y valores de los parámetros hidrodinámicos
(permeabilidad, coeficiente de almacenamiento, etc) a lo largo de toda la extensa zona
de simulación 2D a cada lado del eje del túnel, estimada en aproximadamente 3,5 km2
por cada sección. No obstante, esta limitación, absolutamente típica para proyectos de
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esta embergadura no sólo en Colombia sino también a nivel internacional, no impide
formular previsiones útiles para enmarcar los posibles impactos. De hecho la
comparación de los resultados obtenidos por los tres métodos mencionados, muy
diferentes entre si por enfoque y desarrollo de cálculo, permite obtener un panorama
general de la situación con indicaciones coherentes entre si; por este motivo la previsión
finalmente reportada en las conclusiones de este estudio complementario son
consideradas confiables.
1.6.2 Interpretación de los resultados en los cursos de agua superficial (ASP).
Otra consideración importante que se debe tener en cuenta está relacionada con el
caudal de salida simulado por el modelo en correspondencia con los cursos de agua
superficial. Este caudal es el producto de la contribución de la infiltración a través de un
espesor unitario de 1 m de la cuenca que alimenta el curso de agua medido en el punto
en el cual la modelización numérica lo intercepta. Obviamente, los valores reportados
corresponden siempre con valores de caudal muy pequeños que no deben entenderse
como el caudal total del curso de agua relacionado con el aporte total de la cuenca
hidrográfica que lo alimenta, el cual es siempre superior.
En términos prácticos esto significa que todo el caudal del curso de agua proveniente
aguas arriba transita sobre la zona de falla sin infiltrarse. La pérdida valorada por la
sección numérica sobre el curso de agua equivale al valor simulado por el modelo
numérico indicado en la Tabla 2 y Tabla 3 del presente informe, multiplicado por la
longitud de la zona de falla que se esté considerando.
Para los cursos de agua es importante verificar si la simulación numérica en presencia
del túnel con pre-inyecciones indica un valor de cero para el caudal unitario que se
infiltra, o si en su defecto se reporta un caudal residual mayor de cero, lo cual indica que
permanece cierto flujo. En otras palabras, si en la Tabla 2 y Tabla 3 del presente
informe se reportan en las columnas que valoran la presencia del túnel con preinyecciones, un porcentaje residual mayor de cero aunque sea con porcentajes bajos;
esto significa que la superficie piezométrica en aquel punto permanece en una cota más
alta que el curso de agua. En estas condiciones, considerando la saturación presente
en aquel punto específico, no es posible que suceda una infiltración del flujo presente
en el curso de agua hacia el macizo rocoso, con consecuente drenaje del curso de agua
mismo, porque el gradiente hidraúlico en aquel punto es inverso, es decir, el flujo
sucede desde el macizo hacia el curso de agua.
Por ejemplo, para el caso específico del curso de agua identificado en la Tabla 3 con
código ASP-064 se indica un caudal residual del 1% (0,00001 l/s/m), esto significa que
en caso de verificarse el impacto, por las condiciones de saturación evidenciada en este
cálculo del modelo, toda el agua que proviene aguas arriba pasa sobre la zona de falla
sin infiltrarse y continua su curso aguas abajo. En la zona de falla la contribución del
caudal proveniente de la cuenca que es del orden de 0,003 l/s/m, en este caso se
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reduce a 0,00001 l/s/m, lo que no altera fundamentalmente su caudal original. Para
este curso de agua específico (ASP_064) el caudal medido durante la campaña de
inventario fue de 10,62 l/s en verano y de 14 l/s en invierno, mientras que la potencial
reducción a lo largo de los 50 m de falla sería del orden de 0,15 l/s.
En las cuatro secciones simuladas con dos tubos y presencia de pre-inyecciones
(secciónes P_W, P_E, P_3 y P_4, se incluyen las secciones P_W y P_E reportadas en
el informe SGC-ING-CON-INF-05-01, Tomo I), sólo en el curso de agua denominado La
Catalana presente en la sección P_E se reporta un valor de cero para el caudal de
ingreso (0% de caudal residual). En las demás secciones numéricas (P_3, P_4 y P_W),
no se reporta ningún curso de agua con valor residual de caudal unitario igual a cero.
Para las mismas condiciones de simulación descritas en el párrafo anterior (dos tubos,
impermeabilizados), se tiene que sobre la sección P_W se reporta un porcentaje bajo
en el curso de agua denominado Santa Elena del orden del 4% y sobre el curso de
agua denominado Santa Lucia del orden del 25%. Para la sección P_E se reporta un
porcentaje bajo en el curso de agua codificado como ASP_52 del orden del 1%. Del
mismo modo para la sección P_4 se reporta un caudal bajo en el curso de agua
codificado como ASP-064 del orden de 1% (ver ejemplo de este punto de agua descrito
en párrafos anteriores). No obstante, todos ellos con caudales residuales mayores a
cero (>0% caudal residual).
Con base en estos resultados se concluye que en términos generales la simulación
numérica del túnel impermeabilizado conlleva a prever impactos modestos o
despreciables sobre los cursos de agua, del mismo modo como se prevé mediante la
aplicación del método DHI descrito en el capítulo 9 del informe SGC-ING-CON-INF-0501 (Tomo I). Con excepción del punto localizado sobre el curso denominado La
Catalana en la sección P_E, donde de acuerdo al modelo numérico es posible la
infiltración de parte del caudal presente en el curso de agua. El monitoreo previsto
deberá controlar esta hipótesis, la cual no resulta coherente con el cálculo realizado
mediante el método DHI, que no evidencia fenómenos de drenaje en este punto.
1.6.3 Interpretación del caudal de los manantiales (AST)
También en este caso, considerando la modelación numérica del túnel de dos tubos con
pre-inyeccionees (túnel impermeabilizado), la mayor parte de los manantiales muestran
impactos modestos o despreciable, tal como evidenciado también por el método DHI
descrito en el capítulo 9 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01 (Tomo I). Las
excepciones se encuentran en dos manantiales, uno codificado como AST 106 presente
en la sección P_3 y el otro codificado como AST 177 presente en la sección P_4; estos
manantiales de acuerdo con la modelación numérica muestran una posibilidad alta de
impacto (0% de caudal residual). En estos dos casos los resultados de la simulación
numérica no son coherentes con el cálculo realizado con el método DHI, donde se
prevé sobre estos puntos un impacto despreciable. Por lo que al igual que el caso
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precedente se recomienda incluir estos dos puntos en la red de monitoreo durante la
fase de construcción, con el fin de verificar las hipótesis derivadas del modelo numérico
más no evidenciados por el método DHI.
1.6.4 Límite de caudal admisible al interior de la excavación
Tal como indicado en el numeral 1.3 del capítulo 1 del informe SGC-ING-CON-INF-0501 (Tomo I), las pre-inyecciones previstas por el Concesionario, tienen como objetivo
principal obtener una reducción de permeabilidad en las zonas de falla y zonas
intensamente fracturadas de forma tal que el caudal de infiltración al interior del túnel no
sea mayor a 0,5 l/s/100m de túnel.
Con el fin de desarrollar el cálculo numérico con Feflow a lo largo de las cuatro
secciones bidimensionales utilizadas para valorar en sitios específicos los posibles
impactos en superficie, ha sido necesario estimar la extensión de la zona tratada con
pre-inyecciones, asi como el orden de magnitud de su permeabilidad. Con tal propósito
se hace referencia al diseño elaborado por el Concesionario y presentado en el
parágrafo 1.3 del informe SGC-ING-CON-INF-05-01, TOMO I.
En particular, como se ha indicado en el contenido del parágrafo 1.3 antes mencionado,
la extensión de la zona tratada en el contorno de la excavación ha sido considerada
igual a 5 m, con base en la inclinación y longitud de las perforaciones a través de las
cuales se llevarán a cabo las pre-inyecciones previstas en el proyecto. Esto significa
que en el contorno del túnel se ha considerado una aureola de 5 m de espesor.
Siempre haciendo referencia a lo indicado en el parágrafo 1.3 del informe SGC-INGCON-INF-05-01 (TOMO I), la permeabilidad asignada a esta aureola, ha sido calculada
por vía analítica aplicando la fórmula de Goodman. En el cálculo se ha impuesto el
límite del caudal específico previsto en el diseño igual a 0,5 l/s/100m y una carga
hidráulica media igual a 400 m, que representa una condición conservadora dado que
es mayor a lo esperado en zonas críticas del proyecto, como por ejemplo el sector
dominado por el Stock de Samarcanda.
De este cálculo se obtiene una permeabilidad igual a 10-8 m/s, la cual ha sido asignada
a la aureola tratada. Es importante notar que asignar un valor igual a 10-8 m/s a la
aureola de 5 m representa una medida de precaución en relación con los análisis de los
posibles impactos en superficie, por los siguientes motivos:


La permeabildiad calculada mediante la fórmula de Goodman considera un
enfoque unidimensional en medio homogeneo. Esto significa que la
permeabilidad recavada es referida a todo el macizo entorno a la excavación.
La condición prevista en el proyecto, sin embargo, es tal que la permeabilidad
reducida por el efecto de las pre-inyecciones es referida sólo a la aureola de 5m,
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más allá de la cual el macizo puede ser más permeable, como por ejemplo en
zonas de falla (ver secciones numéricas P_W, P_E y P_4). Esta complejidad ha
sido obviamente considerada por el cálculo desarrollado con el código Feflow,
que simula un contexto más complejo, heterogeneo y limitado lateralmente.
De este modo, el resultado de la simulación numérica sólo puede considerar
flujos iguales o mayores al límite admisible en el proyecto (0,5 l/s/100m),
analizando por lo tanto escenarios iguales o más desfavorables a aquellos que
se tendrán durante la fase constructiva en lo que respecta a los posibles
impactos en superficie.
En este sentido es claro que durante la construcción del túnel Santa Elena se debe
respetar la siguiente premisa de diseño: “en todas las zonas de falla y zonas
intensamente fracturadas, la impermeabilización realizada a través de la pre-inyeccione
debe garantizar que al túnel no ingrese un caudal mayor a 0,5 l/s/100m”. Esto debe
hacerse extensivo a cualquier tramo de túnel en donde se identifiquen flujos puntuales.
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