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CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA DISEÑO DETALLADO\ITUANGO\ D-PHI-CCE-ADM C0314 30/03/2010 1 LISTA DE DISTRIBUCIÓN DESTINATARIO No. DE COPIAS Ingeniero Luis Guillermo Gómez Atehortúa 1 copia Ingeniero Luis Javier Vélez Duque 1 copia ÍNDICE DE MODIFICACIONES ÍNDICE DE REVISIÓN CAPÍTULO MODIFICADO FECHA DE MODIFICACIÓN OBSERVACIONES 0 Documento original 1 Todo el documento 30 - 07 - 2009 Documento actualizado en su contenido general, de acuerdo con el estado de avance de las exploraciones de campo y los ensayos de laboratorio 2 Todo el documento 15 - 12 - 2009 Documento actualizado en su contenido general, de acuerdo con el estado de avance de las exploraciones de campo y los ensayos de laboratorio 3 Todo el documento 15 - 03 - 2010 Actualización del documento con las características finales de este componente del proyecto ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN TÍTULO DEL DOCUMENTO: Caracterización geológica y geotécnica DOCUMENTO No.: D-PHI-CCE-ADM-C0082 APROBACIÓN NÚMERO DE LA REVISIÓN 0 1 2 3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN Nombre: L. F. Restrepo L. F. Restrepo L. F. Restrepo L. F. Restrepo Firma:

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CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA

DISEÑO DETALLADO\ITUANGO\ D-PHI-CCE-ADM C0314 30/03/2010

1

• LISTA DE DISTRIBUCIÓN

DESTINATARIO No. DE COPIAS

Ingeniero Luis Guillermo Gómez Atehortúa 1 copia

Ingeniero Luis Javier Vélez Duque 1 copia

• ÍNDICE DE MODIFICACIONES

ÍNDICE DE REVISIÓN CAPÍTULO MODIFICADO FECHA DE

MODIFICACIÓN OBSERVACIONES

0 Documento original

1 Todo el documento

30 - 07 - 2009

Documento actualizado en su contenido general, de acuerdo con el estado de avance de las exploraciones de campo y los ensayos de laboratorio

2 Todo el documento

15 - 12 - 2009

Documento actualizado en su contenido general, de acuerdo con el estado de avance de las exploraciones de campo y los ensayos de laboratorio

3 Todo el documento 15 - 03 - 2010

Actualización del documento con las características finales de este componente del proyecto

• ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN

TÍTULO DEL DOCUMENTO: Caracterización geológica y geotécnica

DOCUMENTO No.: D-PHI-CCE-ADM-C0082

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NÚMERO DE LA REVISIÓN 0 1 2 3

RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN

Nombre: L. F. Restrepo L. F. Restrepo L. F. Restrepo L. F. Restrepo

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Fecha: 24-04 - 2009 27 - 07 - 2009 15 - 12 - 2009 15 - 03 - 2010

RESPONSABLE POR REVISIÓN Y ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

Nombre: L. Y. Arbeláez L. Y. Arbeláez L. Y. Arbeláez L. Y. Arbeláez

Firma:

Fecha: 27-04- 2009 27 - 07 - 2009 15 - 12 - 2009 15 - 03 - 2010

Vo. Bo. DIRECTOR DEL PROYECTO

Nombre: D. Ceballos B. D. Ceballos B. D. Ceballos B. D. Ceballos B.

Firma:

Fecha: 29-04- 2009 27 - 07 - 2009 15 - 12 - 2009 15 - 03 - 2010

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TABLA DE CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 9

2 GEOLOGÍA .......................................... ................................................................. 10

2.1 ANTECEDENTES ................................................................................................. 10

2.2 ALCANCE ............................................................................................................. 10

2.3 Generalidades ....................................................................................................... 11

2.4 GEOMORFOLOGÍA REGIONAL ........................................................................... 11

2.4.1 Marco Geomorfológico .......................................................................................... 13

2.4.2 Macrounidad Alta Incisión (Ai) ............................................................................... 15

2.4.3 Macrounidad Vertientes Bajas Margen Oeste (Vbo) .............................................. 18

2.4.4 Macrounidad Vertientes Bajas Margen Este (Vbe) ................................................ 22

2.4.5 Macrounidad Vertiente Media Margen Este (Vme) ................................................ 24

2.4.6 Macrounidad Fondo (F) ......................................................................................... 25

2.4.7 Grandes Movimientos En Masa ............................................................................. 27

2.4.8 Posibles Expresiones Neotectónicas ..................................................................... 30

2.5 GEOLOGÍA REGIONAL ........................................................................................ 30

2.5.1 Litología ................................................................................................................. 31

2.5.2 Marco tectónico ..................................................................................................... 33

2.6 GEOLOGÍA DE LOS SITIOS DE OBRA ................................................................ 35

2.6.1 Geomorfología Local ............................................................................................. 36

2.6.2 Geología Local ...................................................................................................... 36

2.6.3 Características estructurales ................................................................................. 42

3 EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO .......................... .............................................. 45

3.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 45

3.2 METODOLOGÍA DE TRABAJO ............................................................................. 49

3.2.1 Definición del programa de perforaciones: ............................................................. 49

3.3 PROGRAMA DE PERFORACIONES .................................................................... 53

3.4 PROGRAMA GALERÍAS EXPLORATORIAS ........................................................ 55

4 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ........................ ........................................... 56

4.1 EXPLORACIÓN DE ZONAS DE PRÉSTAMO DE ETAPAS ANTERIORES .......... 60

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4.1.1 Zona de préstamo 1 .............................................................................................. 61

4.1.2 Zona de préstamo 2 .............................................................................................. 62

4.1.3 Zona de préstamo 3 .............................................................................................. 62

4.1.4 Zona de préstamo 4 .............................................................................................. 63

4.1.5 Conclusiones zonas de préstamo etapas anteriores .............................................. 64

4.2 ZONAS DE PRÉSTAMO ETAPA DE DISEÑO DEFINITIVO.................................. 64

4.2.1 Zona de préstamo 4 – El Palmar ........................................................................... 65

4.2.2 Ampliación préstamo 4 – El Palmar ....................................................................... 77

4.2.3 Préstamos margen derecha................................................................................... 77

4.2.4 Materiales para el enrocado de la presa ................................................................ 82

4.2.5 Préstamo 3 –San Andrés ....................................................................................... 84

4.2.6 Conclusiones ......................................................................................................... 87

4.3 CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO (CCR) ........................................... 87

4.3.1 Agregados ............................................................................................................. 87

4.3.2 Diseño de mezclas ................................................................................................ 89

4.3.3 Resultados ............................................................................................................ 89

4.3.4 Recomendaciones y especificaciones ................................................................... 92

4.4 CONCRETO estructural ........................................................................................ 93

4.4.1 Diseño de mezclas ................................................................................................ 93

4.4.2 Análisis de resultados ............................................................................................ 94

4.4.3 Recomendaciones y especificaciones ................................................................... 94

5 ANÁLISIS GEOTÉCNICOS .............................. ..................................................... 95

5.1 EStratigrafía del macizo rocoso ............................................................................. 95

5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO ............................................................................. 99

5.3 ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS ....................................................................... 105

5.4 EXCAVACIONES SUPERFICIALES ................................................................... 113

5.4.1 Consideraciones para el diseño ........................................................................... 114

5.4.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD .............................................................................. 116

5.5 excavaciones de TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS .................................. 131

5.5.2 Criterios para revestimiento de túneles y pozos ................................................... 135

5.5.3 Sistema de clasificación del macizo rocoso en excavaciones subterráneas ........ 138

5.5.4 Definición de tipos de soporte en túneles. ........................................................... 138

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5.5.5 Resultados del diseño ......................................................................................... 140

6 DESLIZAMIENTOS SUPERFICIALES Y DE GRAN MAGNITUD ... .................... 157

6.1 PROBABILIDAD DE OCURRENCIA DE DESLIZAMIENTOS DE GRAN MAGNITUD 157

6.2 EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD DE LAS LADERAS DEL EMBALSE ............... 159

6.3 ESTUDIO DE AMENAZA POR DESLIZAMIENTOS DE GRAN MAGNITUD ....... 159

6.4 IDENTIFICACIÓN DE POTENCIALES GRANDES MOVIMIENTOS EN MASA ... 161

6.4.1 Análisis previo ..................................................................................................... 161

6.4.2 Descripción del macizo rocoso ............................................................................ 168

6.5 Conclusiones ....................................................................................................... 174

LISTA DE FIGURAS Figura 4-1 Sitios de préstamo evaluados para el material de núcleo ........................................ 59

Figura 4-2 Localización en planta del préstamo 3 - Saladero .................................................... 60

Figura 4-3 Préstamo 4 - El Palmar ............................................................................................ 67

Figura 4-4 Carta de plasticidad, curvas granulométricas y curvas de compactación. ................ 70

Figura 4-5 Prueba "No Erosion Filter" tomada del libro "Earth and Rockfill Dams, Principles of Design and Construction" de Christian Kutzner ................................................... 77

Figura 4-6 Pozos exploratorios material 1B .............................................................................. 78

Figura 4-7 Carta de plasticidad, curvas granulométricas y curvas de compactación material 1B .............................................................................................................. 81

Figura 4-8 Sección máxima de la presa .................................................................................... 83

Figura 4-9 Localización sitios de explotación de gravas ............................................................ 85

Figura 5-1 Perfil por el corte más alto del vertedero ................................................................. 97

Figura 5-2 Perfil por portal de pozos de compuertas ................................................................ 98

Figura 5-3 Perfil por portal de captación .................................................................................. 99

Figura 5-4 Índice Geológico de Resistencia ............................................................................ 106

Figura 5-5 Ilustración de variación en profundidad del GSI y porcentaje de recobro en el perfil geológico, usado en el diseño geotécnico ..................................................... 107

Figura 5-6 Envolvente de falla para la roca del proyecto por el criterio de Hoeck & Brown .... 109

Figura 5-7 El dominio estructural general de la zona del proyecto .......................................... 121

Figura 5-8 Dominio obtenido en los levantamientos en las zonas cercanas al vertedero estaciones RM 16,17,18,19 y 29 ........................................................................... 121

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Figura 5-9 Tendencia estructural Galerías 2 y 3 ..................................................................... 122

Figura 5-10 Dominio estructural entre las dos fallas Tocayo y Mellizo, de arriba hacia abajo contornos de foliación y diaclasas ................................................................ 124

Figura 5-11 Bloque típico planar ............................................................................................. 127

Figura 5-12 Vista en planta de la zonificación estructural. ..................................................... 145

Figura 6-1 Análisis de estabilidad sitio 4 con embalse y con sismo. ....................................... 172

Figura 6-2 Análisis de estabilidad sitio 5 con embalse y con sismo. ....................................... 173

LISTA DE TABLAS Tabla 3-1 Cantidades de obra ................................................................................................. 45

Tabla 3-2 Programa de Perforaciones ..................................................................................... 54

Tabla 3-3 Programa galerías exploratorias ............................................................................... 56

Tabla 4-1 Cantidad de material requerida para el proyecto ....................................................... 57

Tabla 4-2 Resumen exploración etapa de factibilidad avanzada ............................................... 60

Tabla 4-3 Resumen ensayos de laboratorio préstamo 4, etapa de factibilidad avanzada ......... 63

Tabla 4-4 Resumen ensayos dispersividad El Palmar .............................................................. 73

Tabla 4-5 Características físicas y químicas del cemento ........................................................ 90

Tabla 4-6 Agregados finos y gruesos ....................................................................................... 91

Tabla 4-7 Resistencias de diseño ............................................................................................ 94

Tabla 5-1 Resultados de ensayos de compresión inconfinada .............................................. 100

Tabla 5-2 Ensayos de carga puntual diametral y resistencia a la flexión. .............................. 103

Tabla 5-3 Resistencia a compresión simple en roca .............................................................. 108

Tabla 5-4 Esfuerzos principales de ensayos triaxiales en roca .............................................. 108

Tabla 5-5 Módulo de deformación para roca intacta .............................................................. 112

Tabla 5-6 Tendencias dominantes en la zona del proyecto .................................................... 120

Tabla 5-7 Tratamiento definido para falla planar en taludes en roca ....................................... 127

Tabla 5-8 Tratamiento general para taludes ........................................................................... 128

Tabla 5-9 Combinaciones de carga ........................................................................................ 137

Tabla 5-10 Soporte sistema de desviación ............................................................................ 140

Tabla 5-11 Soporte depósitos aluviotorrenciales .................................................................... 140

Tabla 5-12 Soporte sistema de descarga intermedia ............................................................. 141

Tabla 5-13 Soporte sistemas de conducción ......................................................................... 142

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Tabla 5-14 Tendencias estructurales en la zona o grupo 5 .................................................... 145

Tabla 5-15 Soporte sistema de Casa de Máquinas ................................................................ 147

Tabla 5-16 Soportes túneles de acceso ................................................................................. 149

Tabla 5-17 Soporte túneles de construcción .......................................................................... 150

Tabla 5-18 Soportes galerías de barras ................................................................................. 150

Tabla 5-19 Soportes pozo de salida de cables....................................................................... 150

Tabla 5-20 Soportes sala de control ...................................................................................... 151

Tabla 5-21 Soportes pozo de aireación ................................................................................. 151

Tabla 5-22 Soportes túnel de aireación.................................................................................. 152

Tabla 5-23 Soportes túnel vial ............................................................................................... 153

Tabla 5-24 Porcentajes de ocurrencia para los diferentes tipos de soporte ............................ 154

Tabla 6-1 Descripción de posibles grandes deslizamientos ................................................... 163

Tabla 6-2 Valores del ángulo de fricción para los diferentes depósitos identificados en el Guásimo. ............................................................................................................... 167

Tabla 6-3Resultados retroanálisis ........................................................................................... 167

Tabla 6-4 Descripción de macizo rocoso en sitio 4 ................................................................ 170

Tabla 6-5 Descripción de macizo rocoso en sitio 5 ................................................................ 170

Tabla 6-6 Parámetros de la roca y de las discontinuidades ................................................... 171

LISTA DE FOTOS Foto 2-2 Expresión geomorfológica de la Falla Sabanalarga ................................................. 34

Foto 2-3 Vista general de la zona de obras principales .......................................................... 37

Foto 2-4 Texturas del neis en el que se construirán muchas las obras principales ................ 38

Foto 2-5 Afloramiento de roca IIB en la orilla del río. Nótese la expresión de la foliación ....... 40

Foto 2-6 Afloramiento típico de roca IIA en las laderas .......................................................... 41

Foto 2-7 Zona del depósito aluviotorrencial ........................................................................... 42

Foto 3-1 Taladro Long Year 38 en perforación PI VE PI 1 ..................................................... 46

Foto 3-2 Perforación a percusión en torre 20 de la línea de transmisión ................................ 46

Foto 3-3 Apertura de trinchera en la zona de préstamo del río San Andrés ........................... 47

Foto 3-4 Galería Exploratoria 2 .............................................................................................. 47

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Foto 3-5 Excavación de pilas o pozos exploratorios en préstamo 4 ....................................... 48

Foto 3-6 Líneas de refracción sísmica en zonas de préstamo ............................................... 48

Foto 3-7 Camino típico para el traslado de equipos de perforación ....................................... 49

Foto 3-8 Sitio de trabajo típico. Perforación PI VE TV-1 ........................................................ 50

Foto 3-9 Campamento El Palmar ........................................................................................... 51

Foto 3-10 Campamento Capitán .............................................................................................. 51

Foto 3-11 Interior campamento Capitán................................................................................... 52

Foto 3-12 Movilizaciones aéreas de equipos desde el río San Andrés .................................... 53

Foto 4-1 Localización de las zonas de préstamo .................................................................. 58

Foto 4-2 Ensayo de tipo NEF en dirección horizontal ........................................................... 75

Foto 4-3 Fracturamiento hidráulico prueba NEF en dirección horizontal ................................... 76

Foto 4-4 Filtro después de prueba NEF bajo energía del Proctor estándar ............................... 76

Foto 5-1 Talud con falla planar ............................................................................................ 123

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1 INTRODUCCIÓN

Este informe se hace un marco de referencia, desde el punto de vista geológico y geotécnico, que permite tener un nivel amplio conocimiento de la formación geológica con sus características y propiedades, de manera que se puedan entender los criterios de diseño para las excavaciones superficiales y subterráneas, la definición de las fuentes de materiales y evaluar los efectos de la estabilidad de laderas con el embalse.

Como tal, el informe hace una descripción del ambiente geológico y tectónico de la zona del proyecto, con énfasis en los aspectos relacionados con la capacidad mecánica del macizo, las estructuras tectónicas que puedan influir el diseño de las obras superficiales y subterráneas, y la estimación de los parámetros de resistencia mecánica de los materiales, tales como roca y suelos, a ser usados en los diversos componentes del proyecto.

En este informe s discuten los siguientes tópicos:

• Geología

• Exploración del subsuelo

• Fuentes de materiales

• Evaluación del macizo rocoso

• Deslizamientos en la zona del embalse

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2 GEOLOGÍA

2.1 ANTECEDENTES

El conocimiento geológico del proyecto Ituango ha sido adquirido a través de un proceso que se remonta a los trabajos de factibilidad (1978 a 1982), los cuales incluyeron una extensa campaña de exploración. El marco geológico regional ha sido establecido por los trabajos de Álvarez et al (1970), Hall et al (1972), Restrepo y Toussaint (1982, 1989) y González (2001), entre otros. Por su parte, los estudios geomorfológicos han sido en su mayoría aportados por los trabajos de Woodward Clyde Consultants (1981).

Entre los años 2006 y 2007 se hizo una actualización de los estudios de factibilidad, que contempló el uso de la información disponible a esa fecha, un nuevo programa de exploración y levantamientos de campo. Así mismo, se hizo una cartografía geomorfológica de toda el área del embalse, y se determinaron bajo la óptica de la nomenclatura actual, las nuevas unidades de paisaje.

Por último, en la presente etapa de diseño se desarrolló un amplio programa de exploración que incluyó perforaciones, galerías, apiques, pozos o pilas, refracción sísmica y ensayos de campo, además de la geología de detalle superficial.

Los estudios geológicos son el apoyo fundamental de los trabajos de diseño de taludes, fundaciones y excavaciones subterráneas.

2.2 ALCANCE

En el presente capítulo se recopila en forma sucinta el conocimiento geológico y geomorfológico que se tiene de los terrenos que albergarán al proyecto y se describen los trabajos realizados.

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2.3 GENERALIDADES

El embalse y las obras para el proyecto hidroeléctrico se localizan en su totalidad sobre el segmento medio del cañón del río Cauca, en el tramo comprendido entre Liborina, donde se encuentra la cola del embalse, e Ituango y Briceño donde se localiza el sitio de presa, la casa de máquinas y demás obras.

En cuanto a las vías de acceso se han considerado dos corredores: el primero transcurre en su mayoría sobre el flanco occidental de la Cordillera Central entre la población de San Andrés de Cuerquia y el sitio de presa en el río Cauca, donde se pasa al flanco oriental de la Cordillera Occidental para conectar con la vía al municipio de Ituango; el segundo, parte del corregimiento de Puerto Valdivia ubicado sobre la carretera Panamericana que comunica a Medellín con la Costa Atlántica, y transcurre por la margen izquierda del cañón del río Cauca hasta alcanzar los sitios de obra.

En la mayor parte de su extensión, el embalse tendrá una disposición alargada y estrecha, respaldado por largas vertientes empinadas, las cuales son el elemento geomorfológico dominante del paisaje.

El cañón del río Cauca divide las cordilleras Central y Occidental de los Andes Colombianos, las cuales presentan marcadas diferencias desde el punto de vista de su evolución geológica y estructural. La cordillera Occidental tiene un origen marino, mientras que la cordillera Central presenta una evolución de tipo continental, representando dos diferentes terrenos alóctonos suturados a través del sistema de fallas Cauca - Romeral a finales del período Cretáceo (Restrepo y Toussaint, 1989). Esta yuxtaposición de ambientes permite que en la zona del embalse aflore una amplia variabilidad de tipos de roca y depósitos no consolidados; no obstante, las obras importantes se localizan sobre una litología homogénea correspondiente a gneises esquistosos.

Inicialmente se describen a escala regional las unidades litológicas y estructuras presentes en la zona de influencia del embalse; posteriormente se detallan los aspectos geológicos de los terrenos donde se proyectan los sitios de obra, y por último se describen los aspectos geomorfológicos y morfodinámicos que caracterizan la zona del proyecto hidroeléctrico.

2.4 GEOMORFOLOGÍA REGIONAL

Durante la etapa de complementación de los estudios de factibilidad fue realizado un completo estudio de las características geomorfológicas de toda el área del embalse (ver planos informe D-PHI-110-LB-PR-GEM-010 a 050). A continuación se anexa tal estudio:

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Esta actividad fue desarrollada con base en el análisis de fotografías aéreas de diferentes años, pues de esta manera se puede tener una visión global y panorámica de las características morfológicas del terreno, entre las que se encuentran los rasgos estructurales y erosivos más importantes. La fotointerpretación sistemática de la zona de interés tiene el alcance de un reconocimiento general y permitió definir la espacialización de los principales rasgos geomorfológicos y morfodinámicos que puedan ser de importancia para la toma de decisiones generales de ingeniería.

Este informe tiene por objeto presentar las principales conclusiones a que se llegó después de la fotointerpretación. Se tomó como base de trabajo la información existente en estudios de Woodward - Clyde Consultants (1981), Integral (1982), González (2001) y Corantioquia (2001). En el análisis de los resultados fue de gran importancia las discusiones sostenidas con ingenieros de Solingral vinculados con diferentes proyectos localizados en el área de influencia de la hidroeléctrica, quienes aportaron valiosa información de campo que ayudó a refinar las hipótesis que se presentan.

Con los datos de esta fase se construyó un mapa preliminar escala 1:25000 en el cual se presentan los rasgos más destacados con un grado de detalle y confiabilidad, que permite formular las hipótesis básicas sobre los problemas que se investigaron en particular, y planear los estudios y recorridos posteriores de campo para la validación de la mismas. En este caso también permitió el análisis de las diferentes propuestas de interpretación hechas en estudios anteriores por los autores que se mencionaron arriba.

El trabajo de fotointerpretación se orientó hacia la obtención de información que diera bases a los cuatro objetivos básicos que se mencionan a continuación:

• Identificar las unidades geomorfológicas de la zona de interés para el proyecto.

• Identificar las zonas con procesos erosivos y movimientos en masa que pueden ser de interés para el manejo de sedimentos que se aportan al embalse.

• Identificar rasgos geomorfológicos que puedan servir de indicio de actividad neotectónica de las fallas cartografiadas en la región.

• Aportar información espacial sobre posibles deslizamientos de gran tamaño y que pudieran ser de interés para la estabilidad del embalse.

Las fotografías aéreas utilizadas se presentan en la Tabla 2-1

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Tabla 2-1 Fotografías aéreas utilizadas.

Vuelo Faja Fotos Escala

FAL 365 F4 459 – 472 1:30.000 FAL 365 F5 443 – 457 1:30.000 FAL 365 F7 409 – 417 1:30.000

FAL 365 F8 418 – 426 1:30.000

FAL 91 F07 74 -103 1:32.100 FAL 22 F06 03 – 36 1:30.400 FAL 22 F05 74 – 98 1:30.100

2.4.1 Marco Geomorfológico

En las regiones de relieve montañoso la geomorfología permite delimitar zonas con características paisajísticas homogéneas que probablemente son el resultado de la interacción de un conjunto de variables geológicas, tectónicas y climáticas; si se identifican correctamente es posible suponer que cada una de ellas, en la medida en que son el resultado de una evolución común, (morfogénesis), tendrán un comportamiento similar en el futuro (morfodinámica).

La morfogénesis permite identificar los criterios de homogeneidad que tiene una determinada porción del territorio estudiado y que se diferencia en algún grado con las zonas que lo limitan. Encontrando esas condiciones de homogeneidad es fácil suponer que la zona geomorfológica, así delimitada, se comportará homogéneamente y adquiere interés práctico en la medida en que identificamos los procesos superficiales (erosión, movimientos en masa, entre otros) que podemos esperar que ocurran en un periodo de tiempo relativamente corto como es el de vida útil de una obra de ingeniería.

Para la cartografía de esta zona localizada en el gran cañón del Cauca se adoptó, como hipótesis de trabajo que la geomorfología de éste debe reflejar también el proceso de levantamiento de las cordilleras colombianas, asumiendo que el desarrollo del cañón fue simultáneo con el levantamiento que puede verse bien reflejado en el sistema de altiplanos de la zona central de Antioquia.

De otro lado, la complejidad del sistema tectónico del valle (sistemas de fallas de Cauca - Romeral) tiene que mostrar su influencia en la morfogénesis de esta región; más difícil de identificar en el nivel de estudios preliminares, es la influencia particular que han tenido las variaciones climáticas ocurridas durante el Cuaternario.

En un estudio geomorfológico se pueden escoger entre varias alternativas metodológicas que proponen diferentes formas de clasificar el terreno. Para la realización del presente se utilizó la metodología propuesta por CORANTIOQUIA.

Desde un punto de vista taxonómico se seleccionaron tres grupos de unidades basadas en criterios genéticos; la jerarquización se presenta a continuación:

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2.4.1.1 Unidades de Relieve:

Aquellas que puede sufrir modificaciones morfológicas secundarias leves, moderadas o intensas sin perder su identidad estructural y que en conjunto definen la estructura morfológica básica de las cadenas montañosas y generalmente son cartografiadas a escalas comprendidas entre 1:100.000 y 1:500.000.

2.4.1.2 Macrounidad:

Se definen como áreas que además de cumplir con las condiciones anteriormente mencionadas están dominadas por un conjunto de procesos morfogenéticos relacionados a un mismo ambiente y que interactúan entre sí; en general las macrounidades geomorfológicas son cartografiadas en escalas comprendidas entre 1:25.000 y 1:100.000.

2.4.1.3 Unidades geomorfológicas:

Son aquellas partes de las macrounidades que fueron formadas por un proceso morfogenético particular, el cual les imprime una característica morfológica especial; normalmente son cartografiadas en escalas más detalladas, comprendidas entre 1:25.000 y 1:10.000

Las unidades de relieve y macrounidades del presente trabajo fueron amarradas a las definidas por CORANTIOQUIA para el área de estudio y que corresponden a las memorias geológicas de las planchas 104 (Ituango), 115 (Toledo) y 130 (Santa Fé de Antioquia); mientras las unidades geomorfológicas fueron definidas a partir de la interpretación de fotografías aéreas.

Se identificaron las zonas con procesos erosivos correspondientes a cada unidad geomorfológica a fin de tener una asociación que permita tener un acercamiento a la morfodinámica de la zona. Se identificaron entonces rasgos como cicatrices de deslizamientos antiguos y recientes, erosión superficial, erosión concentrada, escarpes erosivos, grado de incisión, cárcavas y surcos.

Como en algunos sitios la escala disponible de las fotografías aéreas dificulta la identificación de algunos rasgos importantes, se consultó el estudio de CORANTIOQUÍA (4,i), que cubre el tramo comprendido entre Santa Fé de Antioquia y Sabanalarga. La información presentada al norte de esta última población está basada solamente en la fotointerpretación. Es importante aclarar en este punto que el cálculo de la degradación que hace CORANTIOQUIA incorpora como variables las zonas de vida, geología, cobertura vegetal, edafología y precipitación. Según informaciones suministradas por funcionarios de esa entidad, se adelanta un estudio con iguales objetivos para la zona norte de la cuenca y que servirán para los estudios que se adelantan. Los estados de degradación propuestos son: muy severa, severa, moderada y no degrada.

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2.4.2 Macrounidad Alta Incisión (Ai)

2.4.2.1 Unidad Vertiente media de superficie irregu lar (AI-Vmsi)

Se encuentra ubicada en la margen oeste del río Cauca al norte del río Ituango e incluye la quebrada Maratón y el río Guaico. Se localiza entre 250 y 1650 msnm y está constituida por una vertiente irregular, ligeramente convexa, con longitud entre 850 y 2100 m, inclinación entre 35 a 50 ° y dirección general N -S. La incisión es moderada y desarrolla valles en forma de “V” abierta. Conforma sistemas de filos con cima irregular, moderadamente amplia que desarrolla flancos cortos e irregulares con una incisión baja. Esta unidad se desarrolla sobre neises y esquistos. Cicatrices de movimientos en masa medianos están asociadas a las laderas del río Ituango y Cauca, dispuestos aleatoriamente a diferentes alturas dentro de la unidad. Son comunes los desgarres en las quebradas Maratón y Pescadito en dirección del río Cauca.

2.4.2.2 Unidad Vertientes en la cuenca de la quebra da Pascuita (AI-Vp)

Se localiza en la margen izquierda del río Ituango. Está entre las cotas 600 y 2400 msnm. Las vertientes son planas de 15 a 30º de inclinación y longitud entre 1800 y 2500 m; la incisión sobre los flancos es moderada y desarrolla valles en forma de “V” abierta. Las rocas que afloran en esta unidad son esquistos. Cicatrices de movimientos en masa medianos están asociadas a las laderas de la quebrada.

2.4.2.3 Unidad Vertientes largas de superficie conv exa (AI – Vlsc)

Se localiza en la margen oeste del río Cauca, entre el río Ituango y la divisoria de aguas de la quebrada Burundá. Ubicada entre las cotas 250 y 1900 msnm, es una vertiente larga cuya longitud varía de 2000 y 4000 m y la pendiente entre 20 a 30°; conformando una superficie irregular y convexa, con un grado de incisión bajo a excepción de la generada por las quebradas Burundá y La Cascada que conforman un filo de tope amplio y redondeado. La quebrada Burundá ha desarrollado un importante valle con sección transversal en forma de “V” cerrada con importantes procesos erosivos representados por movimientos en masa medianos y desgarres ubicados en la parte baja de los taludes del valle.. En esta unidad se presentan neises.

2.4.2.4 Unidad Vertientes de filos cortos (AI – Vfc )

Se ubican en la margen oeste del río Cauca, entre la quebrada Sardinas y la divisoria de aguas de la quebrada Burundá. Se localiza entre 250 y 1500 msnm, y está constituida por un filo principal de tendencia NW estrecho, subredondeado, largo e irregular con cambios de pendiente. De este filo se desprende un conjunto de filos de longitud moderada, estrechos, de

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fuerte inclinación que desarrollan flancos planos, de longitud media entre 1600m y 1900m e inclinación moderada entre 30 a 40º. La incisión es moderada a baja, con valles de sección transversal en forma de “V” abierta. Los filos no llegan hasta el río Cauca pues se truncan dando paso al escarpe del borde del río Cauca. Esta conformada por rocas néisicas y esquistosas. Esta unidad conforma los taludes norte del valle de la quebrada Sardinas, los cuales son mas largos, mas planos y ligeramente mas inclinados que en el costado sur. Los procesos erosivos son cicatrices de movimientos en masa y se localizan en la parte alta del filo principal, también hay desgarres en los taludes de la quebrada Guasimal.

2.4.2.5 Unidad Filo alargado en dirección NS (AI – Fa)

Se encuentra en ambas márgenes del río Cauca; al lado este entre las quebradas Sardinas y Santa María y en el lado oeste entre las quebradas Sardinas y Cortadera. Ubicado entre las cotas 250 y 1200 msnm, caracterizado por desarrollar un filo alargado en dirección NS, moderadamente estrecho y anguloso, los flancos son planos con pendiente entre 30 y 45° y longitud general de 500 y 1400 m. La incisión es baja con un incipiente desarrollo de filos. Esta unidad se desarrolla sobre gabros y esquistos. Los procesos erosivos son pocos y están representados por cicatrices de pequeños movimientos en masa.

2.4.2.6 Unidad Vertientes de fuerte inclinación (AI – Vfi)

Ubicada en el margen este del río Cauca entre el río San Andrés y la quebrada Pescado. Localizada entre 250 y 2400 msnm, desarrolla un filo principal en dirección NS, moderadamente amplio y redondeado del cual se desprende un conjunto de filos con cima subredondeada que a media ladera dan paso a una vertiente larga de fuerte inclinación y superficie plana continua con incisión baja. Los filos que se desprenden del principal son largos, de pendientes fuerte, y desarrollan flancos amplios y planos con pendientes moderadas entre 40 a 50°, longitudes entre 1000 y 2700 m e i ncisión baja desarrollando valles con forma de “V” abierta. Está conformada por neises, neises intrusivos y esquistos. Esta unidad en el límite sur occidental, al llegar al río San Andrés entre la quebrada Cangrejo y el río Cauca adopta una forma convexa imprimiendo una apariencia sobresaliente diferente al resto de la unidad. Hay una alta densidad de procesos erosivos evidenciado en la concentración de desgarres y cicatrices de movimientos en masa activos y antiguos en la quebrada El Orejón. Se destacan cicatrices de movimientos en masa grandes en las quebradas Tenche y Ticuitá en dirección del río Cauca y en el río San Andrés.

2.4.2.7 Unidad Vertiente con desarrollo de filos co n flancos de longitud media (AI - Vffm)

Se localiza en el margen este del río Cauca, entre el río San Andrés y la divisoria de aguas de las quebradas Tacuí y Uriaga. Ubicada entre las cotas 250 y 2000 msnm, con una longitud entre 700 y 2000 m y pendientes de 35 y 45°; esta v ertiente desarrolla filos alargados de cima

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subredondeada, continua e inclinación moderada que desarrolla flancos amplios con inclinaciones y grado de incisión moderado, generando valles con sección transversal en forma de “V” abierta. Hacia el río San Andrés la pendiente se suaviza un poco permitiendo el desarrollo de abanicos aluviales en las quebradas principales. Esta desarrollado sobre neises y esquistos. Los procesos erosivos son leves y están representados por una pequeña zona de erosión en la cabecera de la quebrada Tacuí.

2.4.2.8 Unidad Vertiente con filos largos con flanc os de longitud corta (AI – Vffc)

Ubicada en la margen oeste del río Cauca, entre las quebradas Cortadera y Peña. Se encuentra entre las cotas 275 y 1400 msnm, con pendiente moderada entre 30 y 45°. Desarrolla un filo con tendencia NS de tope amplio, subredondeado e irregular que tiene varios cambios de pendiente en su recorrido. La incisión es moderada, generando un conjunto de filos largos con cima subredondeada, flancos de longitudes entre 500 m y 1000 m y pendientes moderadas en diferentes direcciones cuya incisión es baja desarrollando valles en forma de “V” abierta. Cicatrices de movimientos en masa y zonas erosivas en el nacimiento de la quebrada La Playuela son comunes al igual que pequeños desagarres en los afluentes de la quebrada Cortadera, principalmente en la parte alta (no cartografiables a esta escala). Esta unidad está desarrollada en esquistos.

2.4.2.9 Unidad Vertiente con filos cortos margen e ste (AI – Vfce)

Se localiza en la margen este del río Cauca, entre la divisoria de aguas de las quebradas Chepe y Caimital y la quebrada Sardinas. Está representada por un conjunto de filos localizados entre 250 y 1700 msnm, con pendiente moderada entre 40 y 50º, una longitud entre 500 y 2000 m, y dirección E-W, los cuales son interrumpidos por la formación de facetas triangulares. El grado de incisión unidad es moderado y los drenajes desarrollan valles en forma de “V” abierta. La unidad se desarrolla sobre esquistos, gabros y rocas sedimentarias del terciario. Cicatrices de movimientos en masa con los depósitos asociados se encuentra en cercanías a la quebrada Sardinas.

2.4.2.10 Unidad Vertiente en la cuenca de la quebra da Santa Maria (AI – Vsm)

Se encuentra en la margen este del río Cauca entre la quebrada Santa María y la divisoria de aguas de dicha quebrada. Ubicada entre las cotas 300 y 2000 msnm, está conformada por un conjunto de filos en dirección W-E, con flancos planos, longitud entre 600 y 1200 m y pendientes entre 40 y 60º. La incisión sobre la vertiente es moderada y los drenajes desarrollan secciones transversales en forma de “V” abierta. Las rocas que afloran en esta unidad pertenecen al Batolito de Sabanalarga. Los procesos erosivos están representados por cicatrices de medianos movimientos en masa y pequeños desgarres.

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2.4.2.11 Unidad Vertiente de longitud media (AI – V m)

Ubicada en la margen este del río Cauca entre la divisoria de aguas de la quebrada Santa María y la Cañada El Derecho. Se localiza entre 300 y 1200 msnm, y longitudes 800 y 1600 m entre caracterizado por un incipiente desarrollo de filos largos de tope amplio, con flancos planos y pendiente entre 40 y 60º. La incisión es moderada y las secciones transversales de los drenajes son en forma de “V” abierta. Esta unidad se desarrolla sobre el Batolito de Sabanalarga y Gabros. Los procesos erosivos son pequeños desgarres y cicatrices de movimientos en masa especialmente en la parte baja cercana al río.

2.4.2.12 Unidad Vertiente con filos controlados est ructuralmente (AI – Vfe)

Se encuentra en el margen oeste del río Cauca, a media ladera de la vertiente que cruzan las quebradas La Bastilla, El Altico, Higuito y la quebrada Pena. Se localiza entre 300 y 2000 msnm, y corresponde a una vertiente interrumpida por silletas las cuales definen entre ellas filos en dirección NS que contrastan con la dirección de los filos de la vertiente. La incisión de los drenajes es alta al igual que la densidad, contrastando con la parte alta de la vertiente. Los filos tienen topes estrechos, angulosos, de flancos cortos, con pendiente general entre 30 y 40º y longitudes entre 700 y 1600 m. En esta unidad se presentan rocas del Batolito de Sabanalarga y diabasas de la Formación Barroso. Los procesos erosivos están concentrados en la parte alta de la unidad y generalmente son desgarres.

2.4.2.13 Unidad Vertiente de inclinación moderada ( AI – Vm)

Ubicada en la margen oeste del río Cauca, entre las quebradas Peque y la divisoria de aguas de la quebrada Zajón del Potrero. Esta es una vertiente de superficie plana e irregular localizada entre 425 y 1650 msnm y longitud entre 900 y 1800 m; con un filo de tope estrecho, redondeado e irregular, con flancos largos, pendiente moderada de 35 a 40º e incisión media, conformando valles de sección transversal en forma de “V” abierta. Esta desarrollada sobre diabasas de la Formación Barroso. Una zona de erosión es identificada en la margen izquierda de la quebrada Peque y pequeños desgarres son identificados en el borde de la quebrada Chiquita.

2.4.3 Macrounidad Vertientes Bajas Margen Oeste (Vb o)

2.4.3.1 Unidad Filo bajo en dirección NE (VBO – Fne )

Se localiza en la margen oeste del río Cauca, al costado oriental en la desembocadura de la quebrada Peque, entre los 300 y 650 msnm. Presenta un tope alargado en dirección NE,

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estrecho y subredondeado, de flancos cortos cuyas longitudes varían entre 200 y 500 m y pendiente entre 35 a 40º, con desarrollo de terrazas alargadas en la parte baja de la quebrada Peque. La dirección de filo es contrastante con la disposición de las geoformas circundantes, la quebrada en su tramo final también adopta esta dirección NE y representa un rasgo estructural correspondiente a un lomo de arrastre. En esta unidad afloran diabasas de la Formación Barroso.

2.4.3.2 Unidad Vertiente larga y moderada (VBO – Vl m)

Se localiza en la margen oeste del río Cauca, entre la divisoria de aguas del sur de la quebrada Peque y la quebrada del mismo nombre, entre los 425 y 2100 msnm. Es una vertiente de pendiente moderada entre 45 a 60º y longitudes entre 700 y 2500 m; se caracteriza por presentar un incipiente desarrollo de filos largos topes amplios, casi planos y flancos muy cortos; la incisión es baja y afloran rocas diabásicas. Cicatrices de movimientos en masa pequeños son frecuentes junto con desgarres.

2.4.3.3 Unidad Vertiente con desarrollo de filos de flancos medios (VBO – Vffm)

Ubicada en la margen oeste del río Cauca, entre las quebradas Purgatorio y San Julián, y la quebrada Jeringa y la divisoria de aguas sur de la quebrada Peque. Esta unidad, localizada entre 325 y 2700 msnm, desarrolla filos de topes estrechos, subredondeados, largos e irregulares, con flancos medios de pendientes entre 45 a 60 º y longitudes entre 900 y 1800 m; los drenajes tienen una incisión moderada y han desarrollado valles de sección transversal en “V” semiabierta. En el sector próximo al río Cauca hay un cambio en el aspecto de la geoforma, caracterizados por zonas erosionadas, cicatrices de movimientos en masa, cárcavas y en los tramos finales de algunas quebradas un fuerte incisión. La microcuenca de la quebrada El Salto es característica por la gran cantidad de procesos erosivos que presenta. Las rocas que aflorantes son diabasas de la Formación Barroso.

2.4.3.4 Unidad Filos de tope irregular y flancos de inclinación fuerte (VBO – Fti)

Se encuentra en la margen oeste del río Cauca, entre la cañada Boquerón, quebradas San Julián y Jeringas y la quebrada X. Ubicada entre las cotas 325 y 1500 msnm y longitud de entre 900 y 2000 m, se caracteriza por presentar dos filos de flancos de longitud media, con cima estrecha y superficie irregular, con inclinación fuerte entre 45 a 60º; la incisión es moderada y los drenajes desarrollan valles en forma de “V” abierta. En la parte baja de los flancos hacía el río Cauca, la pendiente se suaviza y hay presencia de diferentes depósitos de flujo. La apariencia de la unidad es de un filo continuo que ha sido cortado por donde ha labrado su cauce la intersección de las quebradas San Julián y Jeringas. Las rocas que afloran en el área son diabasas de la Formación Barroso. Cicatrices de pequeños movimientos en masa están presentes en la parte baja (hacia el río Cauca) de la unidad y una cárcava mediana se localiza en el nacimiento de uno de los afluentes de la quebrada Jeringa.

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2.4.3.5 Unidad Vertiente de superficie convexa (VBO – Vsc)

Ubicada en el margen oeste del río Cauca entre las quebradas San Julián y Jeringa, se localiza entre 600 y 2500 msnm. La longitud de los flancos es de entre 900 y 1800 m y las pendientes de entre 45 a 60º; en la parte mas alta de la vertiente hay un filo de tope estrecho y subredondeado, y desarrolla flancos largos y de superficie convexa; las quebradas San Julián y Jeringas bordean la unidad hasta intersectarse dando una apariencia especial al sector en forma de U. Los drenajes tienen incisión moderada y conforman valles de sección transversal en forma de “V” abierta. Las rocas presentes son diabasas de la Formación Barroso. Los procesos erosivos están concentrados en la parte baja de la unidad y se representan en una amplia zona de erosión, con presencia de pequeños desgarres.

2.4.3.6 Unidad Vertientes en la cuenca de la quebra da Las Cuatro (VBO – Vlc)

Esta unidad se localiza en la margen oeste del río Cauca en la cuenca de la quebrada Las Cuatro. Está caracterizada por vertientes largas, planas e irregulares localizadas entre 400 y 2000 msnm, cuya longitud varia entre 1000 y 1500 m y la pendiente entre 45 a 60º. Presenta un incipiente desarrollo de filos, incisión baja de los drenajes y conformación de secciones transversales en forma de “V” abierta. Las rocas que afloran en esta unidad son diabasas de la Formación Barroso. Los procesos erosivos identificados son cicatrices de antiguos movimientos en masa, zonas de erosión con concentración de surcos y algunas cárcavas de tamaño moderado. CORANTIOQUIA (2004) cataloga esta unidad como un área con procesos de degradación severos.

2.4.3.7 Unidad Vertientes de longitud media (VBO – Vlm)

Ubicada en la margen oeste del río Cauca, entre la quebrada El Violín y la divisoria de aguas de la quebrada Las Cuatro. Se localiza entre 375 y 1500 msnm, con longitud entre 1500 y 2200 m y pendiente entre 45 a 60º. Son vertientes largas, planas con un incipiente desarrollo de filos, la incisión es baja y los drenajes desarrollan valles en forma “V” de abierta. Las rocas que afloran son diabasas de la Formación Barroso, muy afectadas por procesos erosivos avanzados.

2.4.3.8 Unidad Vertiente de superficie irregular (V BO – Vsi)

Se encuentra en la margen oeste del río Cauca, entre la quebrada La Clara y la divisoria de aguas de las quebradas Guásimo, Caño Rosa y Caño Guida, entre las cotas 375 y 1300 msnm. Esta unidad es definida por el megadeslizamiento del Guásimo, con un escarpe caracterizado por la fuerte pendiente (45 a 60º), la superficie irregular y el desarrollo de drenaje

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subdendrítico. Este sector es seguido por la subunidad correspondiente al área de depositación de los materiales del megadeslizamiento, consistente en una superficie irregular y ondulada, de pendiente suave entre 10 a 20º y longitud aproximada de 2000 m, que presenta diferentes depósitos de flujos en su interior; la incisión de los drenajes es fuerte desarrollando valles en forma de “V” cerrada. Esta unidad está desarrollada sobre depósitos de flujos y diabasas de la Formación Barroso. Cárcavas en los drenajes del sector de depositación del megadeslizamiento son comunes al igual que cicatrices de movimientos en masa medianos y pequeños. Según CORANTIOQUIA (2004) los procesos de degradación son severos.

2.4.3.9 Unidad Vertiente de filos ramificados con f lancos de fuerte inclinación (VBO – Vfr)

Corresponde a una franja ubicada el margen oeste del río Cauca entre las quebradas La Clara y Aguada. Se encuentra ente los 425 y 2100 msnm y se caracteriza por presentar topes agudos con ramificaciones, los flancos son planos con 45 a 60º de inclinación y la longitud general es de 800 a 2000 m. La incisión sobre los flancos es baja conformando valles de sección transversal en forma de “V” cerrada. Esta unidad se desarrolla sobre diabasas de la Formación Barroso y el Batolito de Sabanalarga. Se presentan cicatrices de deslizamientos medianos y pequeños, desgarres, y zonas de erosión con surcos y cárcavas. Un gran porcentaje de la unidad es área degradada severa y las vaguadas de las quebradas son áreas no degradadas (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.3.10 Unidad Filo continuo de flancos planos (VB O – Ffp)

Se ubica en el margen oeste del río Cauca entre las quebradas La Aguada, Manuela y Tunala. Se localiza entre los 425 y 1500 msnm y se destaca un filo continuo y alargado con cambio brusco en su dirección, en el sector sur es NW y al norte NE, con flancos planos de longitudes entre 600 y 1200 m y pendientes entre 45 a 60º. La incisión es moderada y los drenajes desarrollan valles en “V” estrecha. En la ladera este del filo con dirección NE hay mayor desarrollo de filos con flancos cortos, topes estrechos y agudos que la ladera oeste donde la erosión es mayor. Las rocas presentes en esta unidad pertenecen al Batolito de Sabanalarga. Los procesos erosivos en toda la unidad están representados por desgarres, cárcavas y cicatrices de movimientos en masa medianos. La unidad tiene procesos de degradación severos (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.3.11 Unidad Vertiente con filos planos y cortos (VBO – Vfpc)

Ubicada en la margen este del río Cauca entre el río Tonusco, 1.5 Km. al este de Santa Fe de Antioquia y la quebrada Morena. Se localiza entre las cotas 425 y 1500 msnm, y se caracteriza por los filos de tope agudo y flancos planos con 30 a 35º de inclinación y 500 a 800 m de longitud. La incisión sobre los flancos es moderada y desarrollan valles de sección transversal en forma de “V” cerrada. Las rocas que afloran en esta unidad pertenecen al Batolito de

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Sabanalarga. La unidad presenta procesos erosivos muy avanzados especialmente en la parte final de los filos. Según CORANTIOQUIA (2004) los procesos de degradación en la unidad son severos.

2.4.3.12 Unidad Filos con flancos convexos de longi tud corta (VBO – Ffc)

Se encuentra en la margen oeste del río Cauca, desde el río Tonusco hacía el sur. Se caracteriza por presentar filos con topes subredondeados medianamente amplios, con flancos cortos (300 a 800 m de longitud) y convexos de 30 a 45º de inclinación. El grado de incisión sobre los flancos es de moderado a fuerte y conforma valles de sección transversal en forma de “V” cerrada. Las rocas que afloran en esta unidad son diabasas de la Formación Barroso y el Batolito de Sabanalarga. Se presentan deslizamientos pequeños y medianos, y algunos desgarres. La unidad en general es un área degradada severa y en las vaguadas de las quebradas no degradada (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.4 Macrounidad Vertientes Bajas Margen Este (Vbe )

2.4.4.1 Unidad Vertiente con filos ramificados (VBE – Vfr)

Ubicada en la margen este del río Cauca, entre la quebrada El Carbunco y la quebrada Remartín, y al este entre la quebrada El Hurón y la Cañada el Derecho. Corresponde a un sistema de filos localizados entre 300 y 1050 msnm sin dirección definida, con tope estrecho, corto, subredondeado y no continuos por la presencia de silletas. Los flancos tienen una longitud corta (700 y 900 m), inclinación moderada entre 30 y 45º y grado de incisión moderado, tienen una superficie plana y rugosa. Las secciones transversales de los drenajes desarrollan valles en forma de “V” semiabierta. Esta área está conformada por diabasas, esquistos y gabros. La unidad se caracteriza por presentar gran cantidad de procesos erosivos tipo desgarre y movimientos en masa que en algunos casos presenta su depósito asociado.

2.4.4.2 Unidad Vertiente de inclinación baja (VBE – Vib)

Ubicada en la margen este del río Cauca, entre la quebrada Remartín y 3 Km al sur del casco urbano del municipio de Sabanalarga. Es una faja alargada de dirección NS que se encuentra localizada entre las cotas 700 y 1000 msnm, y se caracteriza por ser una superficie plana a ondulada, con una inclinación entre 30 y 45º, y amplitud que varía entre 300 y 800m. El grado de incisión de los drenajes es bajo y esta conformada por diferentes depósitos no consolidados y rocas sedimentarias Terciarias. Según CORANTIOQUIA (2004) es un área degradada moderada.

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2.4.4.3 Unidad Vertiente con desarrollo de filos re dondeados (VBE – Vfr)

Se localiza en la margen este del río Cauca, entre las quebradas El Carbunco y Membrillal. Es un conjunto de filos que se encuentran entre 325 y 1150 msnm y con pendientes moderadas entre 30 y 45º; presentan cimas redondeadas y amplias, orientadas N-S, con desarrollo de flancos de corta longitud (700 y 1000 m) y superficies irregulares, cóncavas y con una alta densidad de drenajes de incisión baja; entre los filos los drenajes tienen una incisión fuerte y desarrollan valles en forma de “V” cerrada. Es común encontrar en los filos mas largos silletas y desarrollo de altos. Las rocas que afloran en esta unidad son diabasas de la Formación Barroso. Los procesos erosivos son importantes y es común encontrar desgarres y cicatrices de movimientos en masa activos e inactivos, principalmente ubicados en la parte alta de los nacimientos de las quebradas.

2.4.4.4 Unidad Vertiente con filos de flancos corto s (VBE – Vffc)

Esta unidad se localiza en el margen este del río Cauca entre las quebradas Membrillal y Juan García. Es una faja alargada ubicada entre las cotas 350 y 1150 msnm que se caracteriza por el desarrollo de filos con topes estrechos, subredondeados con flancos planos de inclinación entre 30 y 40º y 400 a 800 m de longitud. La incisión es moderada conformando valles de sección transversal en forma de “V” abierta. Las rocas que allí se presentan pertenecen al Batolito de Sabanalarga. En la unidad hay gran cantidad de procesos erosivos representados por cicatrices de movimientos en masa activos e inactivos medianos y pequeños, y desgarres. CORANTIOQUIA (2004) propone para esta unidad diferentes grados de degradación (severo, moderado y no degradado).

2.4.4.5 Unidad Vertiente ondulada de depósitos (VBE – Vod)

Se encuentra en la margen este del río Cauca en la parte baja de la vertiente entre las quebradas La Honda y “torcida”. Es una franja alargada y estrecha, localizada entre 350 y 550 msnm; en la parte alta se encuentra un conjunto de depósitos de flujos y terrazas en diferentes posiciones topográficas que dan una forma ondulada de pendiente baja entre 10 y 20º seguida por un escarpe que en algunos tramos llega directamente al río y en otros es limitado por las terrazas actuales del río Cauca; los drenajes principales tienen un alto grado de incisión y han desarrollado valles en forma de “V” estrecha. La unidad está desarrollada en depósitos. Cicatrices de movimientos en masa antiguos y recientes son frecuentes en las márgenes de las principales quebradas que atraviesan la unidad. Es un área con un proceso de degradación moderado (CORANTIOQUIA, 2004).

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2.4.4.6 Unidad Vertiente con filos cortos y planos (VBE – Vfcp)

Localizada en la margen este del río Cauca entre la quebrada Seca (Municipio de Olaya) y la quebrada Juan García. Esta vertiente se ubica entre las cotas 450 y 1000 msnm, y está caracterizada por desarrollar filos con topes agudos, subredondeados y discontinuos debido a la presencia de silletas, con flancos planos, cortos (300 a 600 m de longitud) e inclinación de 30 a 45º. La incisión es baja y los drenajes conforman valles de sección transversal en forma de “V” abierta. Las rocas de esta unidad son diabasas, anfibolitas y rocas sedimentarias terciarias. La unidad en general es un área con procesos de degradación severos y localmente muy severos (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.5 Macrounidad Vertiente Media Margen Este (Vme)

2.4.5.1 Unidad Vertiente con filos largos (VME – Vf l)

Se encuentra localizada en la margen este del río Cauca entre la cañada El Derecho y la quebrada Niquia. Corresponde a un sistema de filos alargados ubicados entre 600 y 240 msnm, con tope moderadamente estrecho y subredondeado; los flancos son planos a ligeramente convexos, con longitudes entre 900 y 1700 m y pendiente entre 40 y 60º; la incisión es baja y desarrolla valles con sección transversal en forma de “V” abierta, la incisión entre los filos es moderada. La unidad esta modelada sobre rocas del Batolito de Sabanalarga. Los procesos erosivos son cicatrices de movimientos en masa y gran cantidad de desgarres.

2.4.5.2 Unidad Vertientes con filos largos en direc ción EW (VME – Vflew)

Se localiza en el margen este del río Cauca, entre las quebradas Nuarque y Seca y una franja de depósitos adyacente al río Cauca. Ubicada entre las cotas 525 y 1150 msnm, corresponde a una vertiente asimétrica cuya ladera este tiene longitudes entre 400 y 600 m y la ladera oeste tiene una longitud entre 800 y 1000m, desarrollando filos largos de tope moderadamente estrecho, con inclinación entre 40 a 45º y flancos cortos; los drenajes tiene incisión moderada con valles de sección transversal en forma de “V” semiabierta. En esta unidad se encuentran anfibolitas. CORANTIOQUIA (2004) clasifica la unidad como un área no degrada y localmente tiene procesos de degradación moderados.

2.4.5.3 Unidad Vertiente de fuerte inclinación (VME – Vfi)

Ubicada en la margen este del río Cauca, desde 1 Km al norte del casco urbano de Sopetrán hasta la quebrada Juan garcía. Localizada entre las cotas 1200 y 2100 msnm, se caracteriza por presentar una forma general plana con inclinación entre 20 a 35º y longitud que varía entre

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1400 y 2300 m. La incisión es moderada generando un sistema de filos con topes moderadamente estrechos, subredondeados y flancos planos y cortos; los valles desarrollados por los drenajes tienen sección transversal en forma de “V” abierta. Las rocas de esta unidad son esquistos. El principal proceso erosivo de la unidad son desgarres medianos. CORANTIOQUIA (2004) la clasifica como un área con procesos de degradación moderados y localmente no degradada.

2.4.6 Macrounidad Fondo (F)

2.4.6.1 Unidad Superficie modelada en depósitos (F – Sd)

Se presentan dos franjas en ambas márgenes del río Cauca, en la margen oeste se ubica desde la quebrada Contadora hasta 3 Km al norte y en la margen este se ubica entre la Cañada La Cueva y la quebrada Yunada. Esta conformada por superficies planas a onduladas modeladas en depósitos y caracterizadas por presentar longitudes entre 600 y 900 m en promedio y una inclinación de 15 a 30º. La incisión de los drenajes es baja y los procesos erosivos son fuertes, dejando descubiertas amplias áreas de suelo desnudas. CORANTIOQUIA (2004) clasifica la unidad como un área degradada severa y localmente muy severa.

2.4.6.2 Unidad Colinas medias (F – Cm)

Ubicada en la margen este del río Cauca, desde 1 Km al este del casco urbano de Santa Fe de Antioquia hasta la desembocadura de la quebrada La Mariscala. Se localiza entre 450 y 1000 msnm y está conformada por un sistema de colinas con topes al mismo nivel, presenta topes agudos y flancos planos e irregulares, cortos con longitudes entre 200 y 500 m y pendiente entre 5 y 10º; la incisión es moderada y desarrolla valles con sección transversal en forma de “V” abierta. Las rocas que se presentan en esta unidad son anfibolitas. En general toda la unidad presenta un avanzado proceso de erosión y hay presencia de pequeños desgarres. La unidad en general es un área con procesos de degradación severos y localmente muy severos (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.6.3 Unidad Colinas bajas (F – Cb)

Se encuentra en la margen este del río Cauca, entre quebrada Arriba, el casco urbano de Santa Fe de Antioquia y quebrada Las Flores. Es un conjunto de colinas localizadas entre las cotas 450 y 650 msnm, con topes estrechos, irregulares y subredondeados, con flancos cortos (longitud promedio de 200 m), planos a convexos, inclinación entre 15 a 30º e incisión baja, conformando valles de sección transversal en forma de “V” abierta. La unidad esta

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desarrollada sobre rocas sedimentarias Terciarias. Los procesos erosivos son muy intensos en toda la unidad.

2.4.6.4 Unidad Colina media de flancos convexos (F – Cmfc)

Localizada en la margen este del río Cauca, desde la quebrada Seca (Municipio de Sopetrán) hasta 3 Km al norte. Se ubica entre las cotas 500 y 800 msnm, y se caracteriza por presentar un tope amplio, irregular y redondeado, con flancos convexos, entre 200 y 400 m de longitud e inclinación de 30 y 45º. La incisión es baja y desarrolla valles con sección transversal en forma de “V” abierta. Esta unidad esta en rocas de dioritas y esquistos y presenta procesos de degradación severos (CORANTIOQUIA, 2004).

2.4.6.5 Unidad Llanura aluvial del río Cauca (F – L la)

Ubicada en ambas márgenes del río Cauca en el sector comprendido entre la desembocadura del río Tonusco hasta aproximadamente la desembocadura de la quebrada Juan García. Está conformada por fajas alargadas en el sentido del río, con una amplitud variable dado el carácter trenzado que el río tiene en este tramo cambiando su cauce constantemente; en la llanura aluvial se encuentran sedimentos finos como arcillas, limos, arenas y gravas finas, y en algunas partes se forman barras centrales y laterales constituidas de gravas gruesas. Esta unidad no presenta procesos erosivos importantes.

2.4.6.6 Unidad Terrazas aluviales (F – Ta)

Se presentan principalmente en el sector comprendido entre la desembocadura de la quebrada La Juanes y Juan García, sin embargo en el recorrido del río hasta el sitio de presa se encuentran terrazas localizadas en estrechas franjas en las márgenes del río. Esta unidad esta conformada por fajas alargadas en el sentido del río, caracterizadas por su forma plana en el tope, subhorizontales con una extensión que varía entre 2500 y 3000 m y tienen aproximadamente 1000 m de ancho. Los materiales que conforman esta unidad son gravas y arenas de depósitos aluviales Cuaternarios.

Algunos de las principales quebradas tributarias del río Cauca desarrollan importantes terrazas en sus cauces, que son planas en su tope y subhorizontales a horizontales, estrechas y se encuentran en diferentes posiciones topográficas; los principales drenajes tributarios que desarrollan las terrazas son el río Tonusco, las quebradas Juan García, La Aguada, Niquia, intersección de las quebradas San Julián y Jeringas, Peque, Sardinas, Pena y el río San Andrés.

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2.4.6.7 Unidad Abanicos aluviales (F – Aa)

Se encuentran localizados en los tramos finales de algunas corrientes que arrastran gran cantidad de sedimentos y que son depositados por la pérdida de energía de las quebradas al llegar a la desembocadura en el río, generando una silueta cónica o en forma de abanico que tienen una pendiente suave. Las quebradas que presentan abanicos aluviales son: Tiembla, Las Flores y Contadora, La Manuela, Barbuda, La Seca (Municipio de Liborina), Juan García, La Aguada, Tesorera, Caño Rosa, Las Cuatro, Niquia, El Brazuelo, Peque, San Andrés, Burundá y Maratón.

2.4.6.8 Unidad Escarpe al borde del río Cauca (Ebr )

Franja no continúa, estrecha y alargada en ambas márgenes del río Cauca, que en algunos sectores es común encontrar que se adentra en los principales afluentes del río. Los dos tramos del río donde esta bien definido el cañón son: desde la quebrada Sardinas hasta la quebrada Pescado y entre la quebrada Niquia y La Honda. Se caracteriza por presentar pendientes entre 40 y 60º y longitudes entre 400 y 900 m. Las rocas que se conforman el cañón son gabros y esquistos entre las quebradas Sardinas y Pescado, y diabasas y depósitos de flujo entre las quebradas Honda y Niquía. Cicatrices de pequeños deslizamientos son comunes y depósitos de flujos se encuentran dentro del escarpe.

2.4.7 Grandes Movimientos En Masa

Un movimiento en masa es el desplazamiento en masa de rocas y material meteorizado por una superficie pendiente abajo por diferentes mecanismos como la gravedad, el aire o el agua. Estos movimientos son comunes en áreas de topografía escarpada, como es el caso del cañón del río Cauca entre las Cordilleras Central y Occidental donde depósitos de movimientos en masa cubren entre el 30 y 50% de la superficie a lo largo del río Cauca, Woodward-Clyde Consultants

Desde un punto de vista geomorfológico los movimientos en masa se pueden clasificar por volumen como se indica a continuación:

Pequeños: hasta 100.000 m3

Medianos: 100.000 – 1.000.000 m3

Grandes: 1.000.000 m3 – 1 Km3

Megadeslizamientos: > 1 Km3

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La identificación de grandes movimientos en masa (volúmenes entre 108 m3 y 1 km3) dentro del área de interés como objetivo relevante de este estudio fueron rastreados a partir de la fotointerpretación y confrontados con los reportados por Woodward-Clyde Consultants.

A continuación se describen las observaciones realizadas para cada uno de los grandes movimientos en masa y su ubicación:

2.4.7.1 Deslizamiento del Guásimo:

El más grande deslizamiento en el cañón del río Cauca se encuentra localizado cerca de Sabanalarga. Sus dimensiones según Woodward-Clyde Consultants son 3 km de longitud, 1.5 km de ancho, 0.5 km de profundidad y se le estima un volumen de 1 a 2 km3. Se observa una superficie ondulada con avanzados procesos erosivos al interior tales como cárcavas y cicatrices de movimientos en masa menores; también se aprecia el escarpe de donde posiblemente se desprendió el material y la corona del deslizamiento. En la actualidad debido a la denudación del río Cauca presentaría dimensiones menores que lo sacarían de la clasificación de megadeslizamiento.

2.4.7.2 Deslizamiento El Llano:

Ubicado 10 km aguas abajo del deslizamiento del Guásimo, sus dimensiones son 1 km de longitud, 0,5 km de ancho, 250 m de profundidad y se le estima un volumen de aproximadamente 0,1 km3, Woodward-Clyde Consultants. Actualmente la superficie está profundamente incisada y en parte erodada por el río Cauca y no se observan rasgos relacionados al evento.

2.4.7.3 Deslizamiento de Playa Negra:

Localizado 7 km aguas arriba del sitio de presa, en cercanías del Puente Pescadero, sus dimensiones son 1,5 km de longitud, 1 km de ancho, y se le estima un volumen aproximado de 108 m3; en las fotos aéreas se observa una superficie rugosa e inclinada, donde no es muy clara la corona del deslizamiento ni la dirección del movimiento. Sobre la margen oriental, Woodward-Clyde Consultants cartografía otros dos movimientos en masa, los cuales no son muy claros en la fotografías, pero se debe prestar atención a la zona, específicamente por donde está trazada la carretera, pues una superficie irregular sobresale. La superficie irregular que se aprecia en las fotografías aéreas puede ser indicio de inestabilidad de la ladera.

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2.4.7.4 Deslizamientos del río San Andrés parte baj a:

Es un movimiento complejo de 3 km de largo y 700 m ancho que incluye dos grandes y algunos pequeños movimientos que se han unido, Woodward-Clyde Consultants. La expresión geomorfológica del deslizamiento Capa Rosa, que pertenece a este movimiento complejo, es la corona del deslizamiento y una superficie irregular en cuyo interior se presentan pequeños movimientos en masa y desgarres.

2.4.7.5 Deslizamientos cerca del sitio de presa Itu ango:

Hay varios pequeños movimientos en masa cerca del sitio de presa:

o Deslizamiento Vámonos: localizado sobre la margen izquierda del río Cauca en el eje de la presa de Ituango; sus dimensiones son 100 m de ancho, 200 a 300 m de longitud, profundidad 50 m y volumen de 104 m3 a 105 m3; la base del deslizamiento es expuesta 70 a 100 m arriba del río Cauca, Woodward-Clyde Consultants. No se encontraron evidencias fotogeológicas de este movimiento.

o Deslizamiento Capitán: está sobre la margen derecha del río Cauca, 1 o 2 km aguas abajo del sitio de presa Ituango; tiene 1,5 km de longitud, 600 m de ancho, 30 a 50 m de profundidad y un volumen aproximado de 106 m3, Woodward-Clyde Consultants. Sus rasgos morfológicos son la corona de deslizamiento y el depósito asociado.

o Sistema de deslizamientos El Palmar: ubicado sobre la margen izquierda del río Cauca, entre las quebradas Bolivia y Burundá. Es un deslizamiento superficial, tiene entre 10 y 20 m de profundidad y su base está sobre el nivel del río Cauca En las fotografías aéreas se observa un área con forma similar al deslizamiento identificado por Woodward-Clyde; es una superficie convexa e irregular cuya base está en el escarpe que forma el encajonamiento del río Cauca.

o Sistema de deslizamientos Tenche: localizado sobre la margen derecha del río Cauca, 1 km aguas arriba de sitio de presa; el espesor del deslizamiento probablemente no es mayor de 20 ó 30 m, Woodward-Clyde Consultants. La corona del deslizamiento, una superficie irregular y de gran pendiente, con pequeños desgarres al interior son la evidencias morfológicas de este deslizamiento.

2.4.7.6 Otros deslizamientos identificados:

o Deslizamientos en la quebrada Sardinas: en cercanías de la desembocadura de la quebrada Sardinas en el río Cauca (aguas arriba del sitio de presa) se identificaron cicatrices de

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movimientos en masa con sus respectivos depósitos asociados, los cuales están posiblemente relacionados a la traza de la falla Santa Rita nombrada por Ingeominas.

2.4.8 Posibles Expresiones Neotectónicas

De acuerdo a los estudios de fotointerpretación de detalle de la cuenca del embalse y al conocimiento que se tiene de la zona recopilado durante diversos proyectos, se puede concluir que existen áreas con probabilidad de encontrar rasgos que evidencien movimientos tectónicos recientes.

La estructura de mayor interés morfotectónico es la falla de Sabanalarga en todo el tramo del estudio. Son muy claros y variados los indicios morfológicos de actividad, que ameritan estudios de mayor detalle. Su expresión está representada por una zona de depresión que divide la vertiente en dos bloques claramente contrastantes marcando un cambio en la pendiente, donde se presentan una serie de silletas alineadas y algunos depósitos cruzados por la falla. Esta depresión de falla es seguida al oeste por una zona donde se encuentran rasgos como cambios bruscos en las direcciones de los cauces, terrazas y abanicos aluviales cortados por alineamientos fotogeológicos, y contrastes geomorfológicos entre las cimas y la disposición general de la vertiente a modo de lomos de obturación.

Así mismo, aunque con menor expresión que la anterior, la falla que controla la quebrada Sardinas amerita profundizar en su conocimiento. En su zona de influencia se encuentran drenajes muy rectos que tienen asociados filos paralelos, también hay presencia de facetas triangulares en la margen este del río Cauca y una serie de posibles peldaños sobre la margen oeste del río.

Las labores de detalle recomendadas incluirían adicionar a los estudios actualmente planteados, etapas de preselección de sitios específicos y recorridos de campo de detalle, a partir de los cuales se definiría la exploración con trincheras y su mapeo. Si dichas etapas dan como resultado la presencia de movimientos neotectónicos, se recomendaría la instrumentación de las estructuras para intentar cuantificar parámetros sismológicos.

2.5 GEOLOGÍA REGIONAL

A nivel regional, en la zona donde se embalsará el río Cauca, afloran rocas metamórficas de edad Paleozoica como gneises y esquistos, las cuales hacen parte del Complejo Polimetamórfico de la Cordillera Central (Restrepo y Toussaint, 1982), o más recientemente en boga la denominación de Complejo Cajamarca a toda dicha secuencia de rocas metamórficas;

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secuencias ofiolíticas desmembradas incluyendo dunitas, gabros y diabasas del Cretáceo, granitoides sintectónicos, rocas sedimentarias terrígenas del Terciario, y una gran cantidad de depósitos no consolidados del Cuaternario.

La tectónica regional está dominada fundamentalmente por el sistema de fallas Cauca-Romeral, y algunos de sus sistemas asociados como las fallas de Sabanalarga y de Santa Rita. La evolución de estas estructuras es compleja, con papeles importantes en periodos orogénicos de principio y fin del Terciario, hasta la conformación definitiva del paisaje actual en el Plioceno.

2.5.1 Litología

A continuación se presenta una descripción de las principales unidades litológicas encontradas en zona del embalse, de acuerdo a su origen y en orden de antigüedad (ver Plano D-PHI-012-GEN-GE-B-010):

2.5.1.1 Rocas Metamórficas del Paleozoico

Corresponden a unidades originadas durante eventos tectónico-metamórficos durante el Paleozoico en la cordillera Central. Tienen un origen netamente regional y variaciones de metamorfismo desde grado muy alto hasta medio. Se incluyen las siguientes unidades:

• Gnéises (Pznf, Pznl). Conjunto de gneises cuarzofeldespáticos (Pznf) y alumínicos (Pznl), con una estructura que varía entre esquistosa, gnéisica y migmatítica; plegados y con diferenciaciones mineralógicas y texturales debido a la variabilidad del metamorfismo y a la heterogeneidad de los sedimentos originales. Un cuerpo de estos gneises corresponden a la unidad litológica sobre la que se desarrollarán las obras del proyecto.

• Esquistos (Pze). Se localizan intermitentemente a lo largo de la zona de influencia del embalse, al sur en Santa Fe de Antioquia, y en el centro y norte, desde los alrededores del caserío de Orobajo hasta la quebrada Sardinas. Los esquistos presentan intercalaciones de diferentes composiciones, encontrándose cuarzo sericíticos, cloríticos, y grafitosos, en orden de decrecimiento en cuanto a sus propiedades geotécnicas. Las relaciones de éstos con los cuerpos ígneos son en general de tipo intrusivo, mientras que con los gneises es de tipo gradacional a normal, como en cercanías a la zona de la presa. Sobre estas rocas, en las zonas de inundación del embalse, se han desarrollado zonas de alteración, que se caracterizan por un incremento en el grado de fracturamiento, en la oxidación y meteorización de los macizos. El desarrollo de suelos residuales es escaso, con espesores inferiores a los 10 m.

• Anfibolitas (Pza). Estas rocas afloran en ambas márgenes de la zona de la cola del embalse, como unos cuerpos alargados y controlados por el tren estructural regional de dirección N-S. El principal cuerpo lo constituye la denominada Anfibolita de Sucre, un cuerpo de textura gnéisica a localmente esquistosa, en la que sobresalen las hornblendas y plagioclasas orientadas. Las anfibolitas están afectadas por un intenso tectonismo, por lo que se presentan altamente fracturadas en la mayoría de sus afloramientos.

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2.5.1.2 Rocas Ultrabásicas del Cretáceo.

Como rasgo característico de la sutura estructural de las cordilleras, se presentan rocas ultrabásicas, controladas por el tren regional de fallas de dirección N-S. Estos cuerpos afloran en el extremo sur en cercanías a las poblaciones de Sucre y Olaya, y en la parte norte, unos 10 km aguas arriba del sitio de presa. Corresponden en su mayoría a serpentinitas de color negro grisáceo, gris oscuro a negro verdoso, en alto grado de fracturación por el efecto tectónico en la zona.

2.5.1.3 Rocas Ígneas del Cretáceo.

Dentro de este grupo de unidades se tienen intrusivos sintectónicos, rocas básicas de las secuencias ofiolíticas y diabasas de volcanismo marino.

• Gabros (Kig). Cuerpos intrusivos básicos aparecen tanto por diferenciación magmática de los intrusivos intermedios, como por segmentación de las columnas ofiolíticas. Los primeros, aparecen en fajas delgadas y alargadas de poco espesor, en los alrededores del caserío Orobajo, mientras que las asociadas a columnas ofiolíticas se presentan en delgadas franjas anexas a las rocas ultrabásicas.

• Volcánico de Barroso (Ksvb). Una de las unidades de mayor extensión de afloramiento a lo largo de la zona del embalse lo constituye una secuencia de diabasas, basaltos, rocas volcano-sedimentarias y paquetes de chert, pertenecientes a la denominada Formación Barroso (Álvarez y González, 1978). El conjunto, conocido como “rocas verdes”, aparece a lo largo de casi 50 km entre el sector del Guásimo y el caserío de Orobajo, donde limita en contacto fallado con el Batolito de Sabanalarga. Son rocas de variables propiedades geomecánicas, desde muy duras y resistentes hasta altamente frágiles en las zonas de falla.

• Batolito de Sabanalarga (Ksts). Un grupo de intrusivos de composición intermedia de finales del Cretáceo sella la sutura de los terrenos marinos y continentales de las cordilleras Occidental y Central respectivamente. El más sobresaliente de ellos es el denominado Batolito de Sabanalarga , constituido en su mayoría por una diorita de grano medio, que aflora en gran parte de la zona central del embalse, siguiendo la dirección N-S del tren estructural regional. Como característica general, son rocas de buena calidad geotécnica, salvo localizados sectores de alto fracturamiento debidos al cruce de fallas. En la zona de influencia del embalse, su sobrecapa de meteorización es inferior a los 8 m, con predominio de roca fracturada y oxidada.

2.5.1.4 Rocas Sedimentarias del Terciario (Ts ).

Una cobertura local de sedimentitas terrígenas Terciarias afloran en los alrededores de la cola del embalse, como parte de la denominada Formación Amagá (González, 1976). Se intercalan capas de conglomerados polimícticos, areniscas, lutitas y carbones, en estratos métricos, por lo general planares, con pliegues isópacos. Conforman terrenos estables en cuanto a fenómenos de remoción en masa, pero altamente afectables por erosión.

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2.5.1.5 Depósitos no consolidados del Cuaternario.

La elevada morfodinámica de las vertientes del cañón del río Cauca y las cuencas tributarias ha generado numerosos depósitos no consolidados, entre los que se cuentan los que se enumeran a continuación.

• Terrazas aluviales (Qt). Las mayores acumulaciones de sedimentos en forma de terrazas aparecen expuestas en la zona sur del proyecto, en el sector de Santa Fe de Antioquia. Estas fueron formadas por la deposición de sedimentos del río Cauca y sus afluentes, en épocas en que el río recorría por niveles superiores, probablemente como resultado del represamiento producido por el megadeslizamiento del Guásimo (Page, 1981).

• Depósitos Aluviales (Qal, Qalt). Acumulaciones de tipo aluvial (Qal) y aluviotorrencial (Qalt) son comunes, especialmente sobre las desembocaduras de las principales corrientes afluentes del río Cauca. Debido al relieve quebrado y montañoso de esta parte de la cuenca del Cauca, dichos materiales son por lo general tipo grueso granular. Por su incidencia en las obras del proyecto como la desviación, el vertedero y la descarga, se destaca el depósito presente sobre la margen derecha del río Cauca, al frente de la desembocadura del río Ituango.

• Depósitos de flujos (Qf). Corresponden a depósitos de vertiente generados por grandes movimientos en masa, involucrando gran cantidad de agua y por ende un extenso transporte, para finalmente depositarse con una generalizada forma alargada, de mayor amplitud en su parte baja. Están conformados por una matriz de suelo fino, con diversas proporciones de bloques rocosos, y su estabilidad depende en gran medida de su grado de madurez y la disponibilidad de agua. La mayor parte de ellos están localizados en los segmentos central y sur de la zona de estudio, donde el valle es más amplio y evolucionado.

• Depósitos Coluviales (Qc). Depósitos de vertiente producidos por movimientos en masa, se presentan puntualmente a lo largo de todas las vertientes del cañón del río Cauca, configurando pequeños peldaños que suavizan la pendiente. Estos depósitos se caracterizan por sus reducidas dimensiones con relación al resto de los materiales no consolidados. Por su influencia en las obras, se destacan los depósitos coluviales de la zona de la presa y de la descarga.

2.5.2 Marco tectónico

Como se mencionó en el numeral 2.3, el cañón del río Cauca coincide con una importante sutura regional en la que convergen los ambientes de origen marino de la cordillera Occidental y continental de la cordillera Central. La principal estructura de la zona la constituye el sistema de fallas Cauca-Romeral, que atraviesa el país de sur a norte, pero que se encuentra segmentado localmente en numerosas fallas de menor recorrido. Entre éstas cabe mencionar:

• Falla Cauca W. Falla de orientación general norte-sur, inversa de alto ángulo, con buzamiento desde 80°E, hasta verticales. Observable en Bolombolo, Liborina y más hacia el norte se confunde con las fallas de Sabanalarga. Cruza terrenos constituidos por los esquistos y anfibolitas del paleozoico, y por los sedimentos del Terciario.

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• Falla Sucre. Falla de orientación general N35°W, q ue se desprende de la falla de Romeral, con buzamiento mayor de 65° al Este y con el bloque oriental cabalgando sobre el occidental. Afecta terrenos de esquistos del paleozoico, rocas volcánicas del cretáceo, rocas ígneas del Batolito de Sabanalarga y sedimentos del Terciario. Cruza al este de la población de la que toma su nombre.

• Falla Sabanalarga. Son dos fallas de orientación general norte - sur, Sabanalarga E y Sabanalarga W, identificadas en la región de Liborina y la población del mismo nombre, cruzando el cañón del río aguas arriba de la desembocadura de la quebrada Peque. Es una falla inversa, buzando 70° al Este. Pone en contact o rocas del Batolito de Sabanalarga y esquistos del paleozoico, afectando además rocas del Terciario.

• Falla Barbacoas. Falla de orientación general N10°E, observable cerca al deslizamiento de El Guásimo; hacia al norte, se confunde con las trazas de las fallas de Sabanalarga. Afecta terrenos del Batolito de Sabanalarga y las diabasas del Cretáceo.

• Falla El Guásimo. Son un conjunto de fallas con orientación N10°W a N15°E, de carácter normal y buzando casi vertical con su bloque oriental, descendido con respecto al occidental. Afecta terrenos del Batolito de Sabanalarga y las diabasas del cretáceo. Su traza principal cruza por el sitio en el que se presenta el deslizamiento de El Guásimo .

Foto 2-1 Expresión geomorfológica de la Falla Saban alarga

• Falla Orobajo. Falla con orientación norte - sur, es de rumbo y presenta un buzamiento casi vertical. Afecta terrenos de gabros y diabasas del cretáceo, esquistos del paleozoico y al Batolito de Sabanalarga.

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• Falla Ituango. Se extiende desde la región de Toledo y cruza por Ituango; se considera que hace parte de una de las trazas principales del sistema Romeral. Su orientación general es norte - sur, de carácter inverso y buzamiento fuerte. Afecta rocas tipo esquistos y gabros.

• Fallas Santa Rita. Son dos fallas denominadas Santa Rita Este, con dirección general N20°E, y Santa Rita Oeste, con dirección general N3 5°E, que cruzan sobre las vertientes del cañón. Fallas de rumbo con altos buzamientos que afectan terrenos constituidos por gneises y esquistos del paleozoico.

• Falla La Volcanera. Falla con orientación general norte - sur, cruza el cañón del río Cauca a la altura de la corriente de la que toma su nombre, aguas abajo de la desembocadura de la quebrada Sinitavé..

• Falla Espíritu Santo. Falla regional de tendencia N45°E, que se observa desde la zona de Liborina hasta aguas abajo de Puerto Valdivia, controlando parte del cañón del río Cauca. Es una falla de tipo inverso, con buzamientos mayores a 75° SW, con desplazamiento sinextrolateral. Define contacto entre los esquistos del paleozoico y las rocas del complejo Puquí.

• Falla Sardinas - Naranjo. La falla Sardinas es una falla de orientación general NS a N10°E, de alto buzamiento, que cruza el cañón del río Cauca en el sector de la quebrada Sardinas al este de la falla Ituango. La falla Naranjo se considera similar y estrechamente asociada a la falla Sardinas, se localiza un poco al este de ésta y se considera como una falla de carácter inverso. Un quiebre de pendiente anómalo en un depósito cuaternario que cubren la falla Naranjo y el desplazamiento de la superficie de erosión de la cordillera Central sugieren un grado de actividad de bajo a moderado. Sobre esta estructura se enfocaron parte de los estudios de geotectónica que adelantadosdentro de los estudios sismológicos del proyecto.

2.6 GEOLOGÍA DE LOS SITIOS DE OBRA

Aunque el embalse del proyecto Ituango se extiende desde el sitio de presa, localizado inmediatamente aguas arriba de la desembocadura del río Ituango en el río Cauca, hasta inmediaciones de la población de Liborina, las obras de ingeniería se circunscriben a un sector del cañón del río de aproximadamente 1,9 km de longitud, desde los portales de entrada de los túneles de desviación situado unos 1 200 m aguas arriba de la desembocadura del río Ituango, hasta los portales de salida de los túneles de descarga, unos 700 m aguas abajo de la misma desembocadura.

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2.6.1 Geomorfología Local

El cañón del río Cauca en el sector de las obras se caracteriza por su estrechez y sus vertientes empinadas, describiendo un valle de sección típica en “V” ligeramente asimétrica, con su flanco derecho más empinado que el izquierdo, rasgo directamente relacionado con la disposición de las estructuras de foliación de las rocas metamórficas en que se encuentran entallado. El río Cauca transcurre por el fondo del cañón con un gradiente aproximado de 0,025º y una amplitud media de 70 m, inicialmente con una dirección N10ºE, que se transforma gradualmente en N70ºE, especialmente a partir de la desembocadura del río Ituango.

Las vertientes que encajan el sitio de la presa y las demás obras presentan más de 1000 m de altura, con una forma convexa que gana en inclinación a medida que se aproxima al fondo del cañón. La incisión de las corrientes tributarias es en general moderada, formando un drenaje casi perpendicular al recorrido del río Cauca; todas estas corrientes son altamente torrenciales, con recorridos de tendencia recta a levemente sinuosa.

Dentro de la nomenclatura y clasificación efectuada en el capítulo de geomorfología regional, las obras principales se localizan dentro del denominado “Escarpe de la base del río”. A nivel de detalle, dentro de este escarpe se pueden reconocer tres subunidades geomorfológicas que se diferencian a partir fundamentalmente de la pendiente del terreno. De esta forma, en el plano D-PHI-110-LB-PR-GEM-060 se presenta una subdivisión del escarpe principal, fuerte y moderado.

El escarpe principal está caracterizado por las pendientes mayores a 45 grados con varios segmentos verticales, con predominio de los afloramientos rocosos. Se extiende principalmente por la margen derecha del río.

El escarpe fuerte se localiza en buena parte de la margen izquierda y se caraxcteriza por las pendientes entre 30 y 45 grados, con presencia de abundantes bloques rocosos en superficie.

El escarpe moderado, se ubica en la vertiente derecha del río, al este del escarpe principal. Allí hay desarrollo de suelos residuales por cuanto su pendiente es en general inferior e los 30 grados.

2.6.2 Geología Local

Las obras serán construidas en su totalidad en paragneises cuarzo feldespáticos, localmente de textura esquistosa, cubiertos en ocasiones por coluviones en las vertientes y por un depósito aluviotorrencial sobre la vertiente derecha del cañón, frente a la desembocadura del río Ituango. La geología de los sitios de obra y la localización de la exploración, se presentan en el plano D-PHI-012-GEN-GE-B-020.

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Foto 2-2 Vista general de la zona de obras principa les

2.6.2.1 Roca.

Los gneises, dado su protolito sedimentario, presenta una alta variabilidad textural en distancias muy cortas. Se encuentran desde rocas grueso granulares de bandas decimétricas que intercalan cuarzo y feldespato con bandas de biotita y anfíboles; hasta láminas milimétricas de grano fino con intercalaciones similares (ver análisis petrográficos en anexo 3).

La foliación del gneis tiene rumbo paralelo al tren estructural regional N-S, con buzamiento general entre 20º y 30º E, aunque se presentan repliegues locales, que evidencian una amplia historia de afectaciones tectónicas; a nivel de muestra de mano se pueden apreciar repliegues milimétricos, mientras que a nivel de afloramiento se presentan pliegues de gran apertura, que sin embargo no afectan por grandes extensiones la tendencia general de buzamiento Este.

La tendencia regional de la foliación influencia directamente el relieve del cañón, pues la ladera izquierda se encuentra más tendida debido a su posición relativa desfavorable, mientras que la ladera derecha genera mayor resistencia a los agentes formadores del relieve debido a su contrapendiente estructural. La disposición de las estructuras también explica entonces la presencia de bloques rocosos rodados en la ladera izquierda, obedeciendo a la acción combinada de la denudación y la fuerza de la gravedad.

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Foliación del neis típica con grano fino a medio co n 25º de buzamiento

Foliación del neis con repliegues verticales, de menor ocurrencia

Foto 2-3 Texturas del neis en el que se construirán muchas las obras principales

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2.6.2.2 Sobrecapa de meteorización.

El gneis que albergará el proyecto ha sufrido procesos de alteración por la acción de los agentes meteóricos típicos de un clima tropical húmedo como el de la zona de trabajo. Dicha meteorización afecta de forma vertical el macizo rocoso, definiendo horizontes o niveles homogéneos en cuanto a sus características geológicas, las cuales están íntimamente ligadas a sus propiedades geotécnicas. Para efectos descriptivos de tales horizontes, se ha usado la clasificación de Deere y Patton (1971), que debe ser entendida de base a techo así:

• Roca completamente sana (horizonte III): Es una roca sin ningún tipo de alteración, de la que se puede deducir que el agua de infiltración no la ha afectado. Esta fue registrada en los sondeos exploratorios a profundidades mayores a 200 m

• Roca poco meteorizada (horizonte IIB): Es una roca dura, de alta resistencia a la compresión, y variable resistencia al corte, dependiendo de la orientación de la aplicación de la carga, dada la presencia de los planos de foliación. Su única alteración consiste en oxidación en las paredes de las discontinuidades. En las perforaciones rotatorias, la recuperación de los núcleos siempre supera el 80%. Es un nivel de roca adecuado para la cimentación de cualquier estructura.

• Roca muy meteorizada (horizonte IIA): Roca alterada, con alta variabilidad en su resistencia, encontrándose desde núcleos sanos hasta zonas muy débiles, incluyendo la presencia de suelo entre las discontinuidades en una proporción entre el 10% y el 50%. El espesor de la roca IIA es variable, desde nulo a nivel del cauce del río, centimétrico en tramos escarpados y verticales de la ladera, hasta unos 20 m en las partes altas donde declina la pendiente de la ladera, con máximos puntuales de hasta 40 m en descansos topográficos y la zona de influencia de las fallas Tocayo y Mellizo.

• Transición Roca – Suelo (horizonte IC-IIA): Por encima del horizonte IIA se presenta el horizonte de transición de la roca al suelo residual, caracterizado por la presencia de bloques rocosos en una matriz limo arenosa. La fracción rocosa presenta diferentes estados de alteración y su proporción en volumen es menor al 50%. Esta zona de transición se confunde fácilmente con material coluvial, debido a la heterogeneidad de la disposición de sus materiales. El espesor es variable, desde nulo en las zonas de pendiente fuerte y escarpada de la margen derecha del río Cauca, hasta más de 20 m en las topografías moderadas de la vertiente izquierda. Este material es en general suelto, poco cohesivo y fácilmente removible.

• Suelo Residual (IC): Por fuera de las zonas de excavación del proyecto, o muy puntualmente en el tope de los lomos o cuchillas topográficas, a parece el suelo residual. Predomina la textura limo arenosa, con presencia de la estructura original de la roca.

En las orillas del río Cauca aflora discontinuamente la roca poco meteorizada correspondiente al horizonte IIB, siendo interrumpido su afloramiento localmente por la presencia de bloques rocosos rodados de orden métrico, procedentes desde las partes altas de la ladera y que se

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disponen en acumulaciones de poco espesor. En los afloramientos se aprecian oquedades y otras formas caprichosas que labra el río durante sus variaciones de nivel y caudal.

Hacia las partes intermedias y altas de los flancos del cañón aumenta el espesor de la sobrecapa de meteorización, de acuerdo a los horizontes descritos. El espesor de la roca meteorizada y fracturada aumenta notoriamente en los alrededores de la falla Mellizos, como lo han evidenciado las perforaciones ejecutadas. Allí se pueden encontrar hasta 100 m de roca con RQD menor del 20% y con relleno de suelo en sus discontinuidades. Tal corredor de pobres características geomecánicas ha sido ampliamente estudiado dada su influencia en la parte alta de los taludes del vertedero.

Foto 2-4 Afloramiento de roca IIB en la orilla del río. Nótese la expresión de la foliación

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Foto 2-5 Afloramiento típico de roca IIA en las lad eras

2.6.2.3 Suelos transportados.

La presencia de depósitos coluviales ha sido objeto de evaluación a lo largo de todas las fases de estudio del proyecto. De acuerdo a los informes de 1982, prácticamente todas las vertientes estarían cubiertas de estos depósitos; sin embargo, luego de hacer una revisión detallada de las cajas de muestreo durante el presente estudio, se pudo concluir que la mayoría correspoden al nivel de meteorización IC-IIA de la roca parental.

Entre los depósitos recientes existentes en el sitio, debe resaltarse el depósito aluviotorrencial localizado al frente de la desembocadura del río Ituango, de influencia en el diseño de los portales de salida de los túneles de desviación, del pozo de disipación del vertedero y de los portales de salida de los túneles de descarga. Está conformado por una matriz arenosa, que enmarca bloques rocosos heterométricos, con tamaños hasta de 3 m, y gran variedad litológica, registrándose la presencia de basaltos, serpentinitas, gneises y esquistos, entre los más recurrentes.

Durante la etapa de complementación de la factibilidad (2006 a 2007) este depósito fue explorado con los sondeos PI-DP-1 y PI-VP-1, que registraron espesores del orden de 65 m y 37 respectivamente. En los estudios de diseño definitivo se ejecutaron 6 líneas de refracción sísmica y se perforó nuevamente, llegando a las siguientes conclusiones:

• La parte más espesa se localiza justo al frente de la desembocadura del río Ituango, con un espesor de unos 63 m que coincide con el nivel de aguas medias del río. Allí, la amplitud también es la máxima, con aproximadamente 85 m.

• El depósito se va estrechando y perdiendo espesor gradualmente hacia aguas arriba y aguas abajo de dicho centroide, con presencia desde unos 100 m aguas abajo del eje de

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presa, hasta aproximadamente unos 300 m aguas abajo del frente de la desembocadura del río Ituango, para una longitud total de unos 800 m.

• Con las perforaciones tuvieron las siguientes conclusiones. La perforación PI PR ED 7, localizada unos 175 m aguas abajo del eje de presa, y a unos 215 m aguas arriba del centroide del depósito, en una zona donde éste tiene una amplitud de 12 m, se registró un espesor de 28,8 m. Por su parte, la perforación PI VE PI 1, localizada a unos 225 m aguas abajo del centroide, registró un espesor de 39 m.

• Perforaciones recientemente ejecutadas en la zona del portal de la descarga (PI TD ES 1 y PI TD ES 2) evidencian la presencia de pequeños remanentes, con espesores de 23,9 m y 18,2 m respectivamente. Estos afloramientos, tan alejados del cuerpo principal del depósito, sugerirían que el evento torrencial que dio lugar a la formación del depósito, y que está probablemente asociado a una gran avenida torrencial del río Ituango, fue de una gran magnitud.

Foto 2-6 Zona del depósito aluviotorrencial

Sobre el depósito aluviotorrencial se han acumulado coluviones que pueden alcanzar localmente más de 10 m de altura. Éstos obedecen al rodamiento de bloques desde las partes altas de la ladera que son retenidos por el descanso topográfico que representa el depósito aluviotorrencial. Los coluviones mencionados presentan una muy escasa matriz (menos del 20%) y bloques angulosos de hasta 2 m de diámetro.

2.6.3 Características estructurales

La principal característica estructural del macizo rocoso la constituye los planos de debilidad generados por la foliación, de tendencia general N10°-30°E / 15°-30° SE, aunque ocasionalmente y por procesos puntuales tales como plegamiento, el buzamiento varía.

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Además de ser el principal sistema de diaclasas, esta estructura ha permitido la liberación de esfuerzos que se han traducido en zonas de cizalla paralelas a los mismos, las cuales se encuentran, de manera aleatoria y con muy diversas persistencias, a todo lo largo de las vertientes estudiadas, y se caracterizan por su escaso espesor centimétrico y pinchamiento súbito, por lo que no se correlacionan de perforación a perforación cuando aparecen en éstas.

Durante el desarrollo de los estudios de diseño detallado fueron refinados los datos estructurales, con un programa intensivo de levantamientos superficiales. Se encontraron los siguientes sistemas predominantes:

• El sistema estructural de discontinuidades corresponde a la foliación. Este sistema es el de mayor continuidad, menor espaciamiento promedio y mayor persistencia. La rugosidad varía con la textura, cuando compromete material de grano fino es lisa, mientras que en sectores gruesogranulares es rugosa, en ambos casos desde planar hasta ondulada.

• Un sistema con dirección NS con buzamientos subverticales, siempre convergiendo hacia el río Cauca. Este sistema define las paredes del cañón y controla el cauce del río.

• Un sistema de menor importancia presenta dirección este - oeste con buzamientos verticales a subverticales, y sirve de control de los cauces y caños del sector: quebrada Tenche, Burundá, y otros menores.

• Un sistema con dirección NS y buzamiento 60° W que controla la caída de bloques en la margen derecha del río.

La continuidad a todo lo largo del macizo de los anteriores sistemas de discontinuidades, se ha estudiado por medio de exhaustivos levantamientos sistemáticos sobre todos los afloramientos disponibles.

Desde el trabajo de factibilidad (Integral, 1982), se registra en los mapas geológicos la presencia de un par de fallas menores de alto ángulo, aflorantes sobre la margen derecha y transversales a la dirección del río. Presentan las siguientes características:

La falla Tocayo es una falla que cruza la foliación, con una disposición aproximada general N70°W/65°SW y un espesor que varía entre 1 y 3 m; s u expresión geomorfológica es baja a moderada y aflora en varios sitios del caño del cual toma su nombre.

La falla Los Mellizos cruza la foliación, con disposición general N50°-70°E/60°-70°SE y se reconoce en varios sitios del cauce de la quebrada de la cual toma su nombre, con un espesor entre 3 a 10 m de cizallamiento directo. Su expresión geomorfológica es mayor que la de la falla Tocayo,

En la galería 3 sobre la abscisa 400 m fue interceptada una falla que coincide con la tendencia y características estructurales de la cizalla en superficie de la falla Tocayo, de unos 3 m de espesor. Como medida de tratamiento en la excavación para este nivel exploratorio, bastó con un entibado en madera. Unos 60 m más delante de la misma galería, aflora una segunda falla, correlacionable con la falla Mellizos, con unos 5 m de espesor, sobre la que se hizo un nicho para la ejecución de la perforación PI-CM-PI-1, la cual sólo pudo avanzar 94 m de profundidad durante los cuales registró un muy intenso fracturamiento de la roca y un bajo porcentaje de recuperación, aunque sin presencia de lisos de falla en el material recuperado. Esta vez, el nicho se estabilizó con pernos y malla.

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Estos resultados parciales indicarían que la Falla Mellizos se verticaliza en profundidad, por lo que se hace muy importante esperar su interceptación con las galerías que actualmente avanzan por cotas inferiores (galerías 2 y ramal galería B).

Cuando se proyecta a superficie la traza de la falla Mellizos, luego de abandonar el cauce que controla y adentrarse en la vertiente derecha del río Cauca, el corredor alrededor de la misma presenta una zona donde el fracturamiento y meteorización del macizo aumenta en espesor respecto a los promedios que se tienen a todo lo largo de la zona del proyecto. Al parecer el relajamiento del macizo posterior a la profundización del cañón, afectó con mayor intensidad los alrededores de la falla Mellizos. La identificación de este corredor, de unos 100 m de amplitud y que se va estrechando en profundidad, ha sido posible gracias al programa de perforaciones, pues no tiene asociadas características geomorfológicas o de afloramientos superficiales que permitieran intuirlo en las anteriores etapas de los estudios. Adicionalmente, se llevó a cabo un programa de líneas de refracción sísmica para que, junto a la exploración directa, permitiera reconocer mejor las características de esta zona y por ende su modelación para el adecuado diseño de los taludes del vertedero y de soporte de la caverna de casa de máquinas.

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3 EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

3.1 INTRODUCCIÓN

Los trabajos de exploración geotécnica para el diseño del Proyecto Hidroeléctrico Ituango han incluido perforaciones rotatorias, galerías, apiques, trincheras, pilas o pozos exploratorios y líneas de refracción sísmica. A la fecha, se han ejecutado las siguientes cantidades de obra:

Tabla 3-1 Cantidades de obra ITEM UNIDAD CANTIDAD

Perforación rotatoria m 3770,19 Galerías m 1007,45 Líneas de refracción Líneas 78 Pozos exploratorios m 264 Apiques m3 67 Trincheras m3 30 Perforaciones a percusión m 250

En el plano D-PHI-1120-GE-01 se presenta la localización de la exploración en la zona de las obras principales. Los apiques, trincheras y pozos han sido realizados en las zonas de préstamo para el núcleo, las líneas de refracción tanto para los préstamos como para las obras principales, mientras que las perforaciones se han ejecutado fundamentalmente en los sitios de obras principales, en la zona de campamentos y en la de préstamos.

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Foto 3-1 Taladro Long Year 38 en perforación PI VE PI 1

Foto 3-2 Perforación a percusión en torre 20 de la línea de transmisión

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Foto 3-3 Apertura de trinchera en la zona de présta mo del río San Andrés

Foto 3-4 Galería Exploratoria 2

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Foto 3-5 Excavación de pilas o pozos exploratorios en préstamo 4

Foto 3-6 Líneas de refracción sísmica en zonas de p réstamo

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3.2 METODOLOGÍA DE TRABAJO

La metodología para la ejecución del programa de trabajo ha sido la siguiente:

3.2.1 Definición del programa de perforaciones:

En trabajo conjunto por los equipos de diseño, se elaboró un plan inicial de perforaciones con localizaciones estratégicas para la obtención de la información requerida. El programa fue dinámico, y fue objeto de cambios en localizaciones y profundidades, de acuerdo con los resultados encontrados.

3.2.1.1 Localización en campo:

Una comisión de topografía localizó los sitios de los sondeos en campo, para dar precisión a los requerimientos.

3.2.1.2 Adecuación de sitios y caminos:

Una vez localizados los puntos, se procedió a adecuar los helipuertos, las primeras plataformas de trabajo y sus accesos. Este trabajo se viene realizando con muchos tropiezos por las dificultades topográficas.

Foto 3-7 Camino típico para el traslado de equipos de perforación

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Foto 3-8 Sitio de trabajo típico. Perforación PI VE TV-1

3.2.1.3 Adecuación de campamentos:

Se construyeron definitivamente cuatro campamentos. El de El Palmar, hasta donde llega la vía que se desprende del sector del “Bombillo” en la margen izquierda, y sobre la misma, el campamento de Villa Cauca, cerca del sitio de presa. En la margen derecha se tiene el campamento de Capitán en la parte alta y el campamento de las galerías en la planicie de la cota 290.

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Foto 3-9 Campamento El Palmar

Foto 3-10 Campamento Capitán

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Foto 3-11 Interior campamento Capitán

3.2.1.4 Movilizaciones aéreas:

Los taladros fueron llevados a la zona vía aérea, bajo subcontrato con la empresa Helistar y aprobación de la Interventoría. El trabajo de perforación fue realizado por 6 taladros.

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Foto 3-12 Movilizaciones aéreas de equipos desde el río San Andrés

3.3 PROGRAMA DE PERFORACIONES

En la Tabla 3-2 se presenta un resumen de las perforaciones realizadas, con su respectivo avance. Se alcanzó la cifra de 3902,19 m de perforación en la zona de obras principales, distribuidos en 47 sondeos finalizados Su ubicación se presenta en el plano D-PHI-012-GEN-GE-B-020.

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Tabla 3-2 Programa de Perforaciones

No. Sondeo NOMBRE NORTE ESTE ESTADO

PROFUNDIDAD ALCANZADA

(m)

1 PI-VE-PI-1 1281399 1156793 Finalizada 59

2 PI-VE-DF-1 1281235 1156727 Finalizada 161

3 PI-TD-ES-1 1281457 1157192 Finalizada 75,4

4 PI-TD-ES-2 1281493 1157086 Finalizada 65,5

5 PI-TD-ES-3 1281355 1157162 Finalizada 80,4

6 PI-TD-ES-4 1281397 1157049 Finalizada 80,1

7 PI-VE-TV-1 1281262 1156847 Finalizada 214

8 PI-VE-AZ-1 1280849 1156589 Finalizada 50,75

9 PI-VE-TA-1 1280800 1156717 Finalizada 148,65

10 PI-CA-TI-1 1280666 1156528 Finalizada 91

11 PI-CM-PI-1 1280611 1156767 Finalizada 94

12 PI-CA-TD-1 1280494 1156544 Finalizada 100,2

13 PI-PR-EI-1 1280868 1156193 Finalizada 51

14 PI-PR-EI-2 1280852 1156239 Finalizada 130,4

15 PI-PR-EI-3 1280764 1156194 Finalizada 87,8

16 PI-PR-EI-4 1280954 1156218 Finalizada 145,6

17 PI-PR-EI-5 1281009 1156299 Finalizada 50

18 PI-PR-EI-6 1281041 1156255 Finalizada 50

19 PI-PR-EI-7 1280999 1156097 Finalizada 88,35

20 PI-PR-ED-1 1280789 1156428 Finalizada 80,15

21 PI-PR-ED-2 1280810 1156380 Finalizada 101

22 PI-PR-ED-3 1280706 1156375 Finalizada 45

23 PI-PR-ED-4 1280980 1156474 Finalizada 101,2

24 PI-PR-ED-5 1280993 1156436 Finalizada 55

25 PI-PR-ED-6 1280891 1156426 Finalizada 102,2

26 PI-PR-ED-7 1281068 1156512 Finalizada 84,3

27 PI-AT-EI-2 1280631 1156217 Finalizada 36

28 PI-AT-EI-1 1280623 1156241 Finalizada 52

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No. Sondeo NOMBRE NORTE ESTE ESTADO

PROFUNDIDAD ALCANZADA

(m)

29 PI-AT-ED-1 1280587 1156338 Finalizada 50,05

30 PI-AT-ED-2 1280579 1156358 Finalizada 71,3

31 PI-DV-EI-1 1280416 1156312 Finalizada 50

32 PI-DV-TE-1 1280388 1156337 Finalizada 50

33 PI-DV-ED-1 1280338 1156303 Finalizada 50,2

34 PI-VE-TA-2 1280906 1156763 Finalizada 149,59

36 PI-PR-EI-9 1281020 1156195 Finalizada 50

37 PI-PR-EI-10 1280921 1156215 Finalizada 50

38 PI-PR-EI-11 1280949 1156173 Finalizada 61,5

39 PI-PR-ED-8 1280916 1156487 Finalizada 50,7

40 PI-PR-ED-9 1280853 1156466 Finalizada 50,45

41 PI-PR-ED-10 1280862 1156411 Finalizada 50,6

42 PI-PR-ED-11 1280951 1156446 Finalizada 74,6

43 PI-FA-SU-1 1280690 1156804 Finalizada 114,3

44 PI-FA-SU-2 1280649 1156823 Finalizada 114,5

45 PI-CM-PI-3 1280640 1156742 Finalizada 61,2

47 PI-CM-PI-5 1280516 1156739 Finalizada 70,8

49 PI-PR-ED-12 1280848 1156393 Finalizada 60

50 PI-CA-TI-2 1280807 1156860 Finalizada 160,5

51 PI-CA-TA-1 Campamentos Finalizada 21,75 52 PI-P4-1 Préstamo 4 Finalizada 20,15 Subtotal 3902,19

3.4 PROGRAMA GALERÍAS EXPLORATORIAS

El programa de las galerías se ajustó a lo largo del tiempo a medida que el modelo geológico y la logística lo exigieron. Éste básicamente contempló la ampliación y continuación de las galerías 2 y 3 en la margen derecha, las cuales fueron excavadas en la etapa de factibilidad, y la apertura de cinco nuevas, tres en la margen izquierda y dos más

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en la derecha. Sus principales características se resumen en el Anexo 4 (Mapeo estructural en roca) y su ubicación se presenta en el plano D-PHI-012-GEN-GE-B-020 y en la Tabla 3-3.

Tabla 3-3 Programa galerías exploratorias

Galería Cota Coordenadas

entrada Coordenadas

fondo Longitud (m)

Sección (m)

N E N E Galería 2 290 1280929 1156749 1280473 1156741 685,0 3 x 3 Galería 3 500 1280669 1156761 1280422 1156783 515,0 2 x 2 Ramal Galería B 280 1280917 1156460 1280605 1156698 401,4 2 x 2 Galería C 330 1280868 1156463 1280837 1156559 100,0 2 x 2 Galería D 330 1280951 1156191 1280979 1156095 100,0 2 x 2 Galería E 280 1280924 1156282 1280953 1156186 100,0 2 x 2 Galería F 230 1280909 1156330 1280937 1156234 100,0 2 x 2

4 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

La construcción del proyecto requiere de fuentes de materiales para las distintas obras como son las zonas de la presa que comprende el núcleo impermeable, los filtros, las transiciones y el enrocado de cada respaldo, los concretos, el concreto compactado con rodillo (CCR) y los filtros en general.

En la Tabla 4-1se muestra el volumen de materiales requeridos para el proyecto.

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Tabla 4-1 Cantidad de material requerida para el pr oyecto PRESA m3

Zona 1A (núcleo de suelo compactado) 1.655.700

Zona 1B (cimentación núcleo) 85.200

Zona 2A (filtro de arena) 343.900

Zona 2B (filtro de cascajo) 341.600

Zona 3A (enrocado) 908.700

Zona 3B (enrocado) 7.060.200

Zona 3C (enrocado) 9.456.500

Zona 4 (enrocado) 223.000

CCR (ataguía) 342.500

Concretos 518.700

Las fuentes de materiales estudiadas son:

• Para el material de núcleo se selecciona el préstamo 4. En la etapa de factibilidad avanzada se evaluaron, las zonas de préstamo 1, 2 y 4; en esta etapa de diseño se incluye la ampliación del préstamo 4 y el préstamo 5.

• Para los concretos y el filtro de la presa se selecciona el material aluvial del río San Andrés denominado Préstamo 3, el cual en el caso de concretos debe cumplir los requerimientos que las Normas Técnicas Colombianas especifican para tal fin y en el caso de filtros deberán tener una gradación tal que posibilite la conformación de los filtros de la presa conservando la funcionalidad en el tiempo mediante criterios de colmatación, gradación y filtrado.

• Para el enrocado, se utiliza la roca proveniente de la excavación para vertedero y de los túneles del proyecto, la cual cumple los criterios de durabilidad y resistencia.

La ubicación de los préstamos 1, 2 y 4 se ilustra en la Foto 4-1, en la Figura 4-1 se ilustran todos los préstamos para el núcleo de la presa, en la Figura 4-2 se ilustra el Préstamo 3. El Préstamo 1 y 4 se encuentran en la margen izquierda, el Préstamo 2 y 5 en la margen derecha.

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Zona de préstamo 1

Zona de préstamo 2

Zona de préstamo 4

Foto 4-1 Localización de las zonas de préstamo

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Figura 4-1 Sitios de préstamo evaluados para el mat erial de núcleo

Préstamo 1

Préstamo 4

Préstamo 4 ampliación

Préstamo 2

Préstamo 5

1’281.800

1’276.500

1’281.800

1’276.500

1’15

2.00

0

1’15

7.70

0

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Figura 4-2 Localización en planta del préstamo 3 - Saladero

4.1 EXPLORACIÓN DE ZONAS DE PRÉSTAMO DE ETAPAS ANTE RIORES

En la etapa de factibilidad avanzada se identificaron 3 zonas de préstamo para el núcleo. Para estas zonas, ubicadas dos en margen izquierda (préstamos 1 y 4) y una en margen derecha (préstamo 2), el programa de exploración consistió en la ejecución de 37 apiques y 7 líneas de refracción Tabla 4-2.

Tabla 4-2 Resumen exploración etapa de factibilidad avanzada Préstamo Número de apiques Líneas d e refracción

1 10 1 2 11 3 4 16 3

Total 37 7

Respecto al material para el filtro se obtendrá de la explotación directa del préstamo y en caso de no ser triturado, los resultados de los análisis granulométricos indican que, del total del material del préstamo, únicamente el 25% tiene un tamaño en el rango requerido como material

El Valle de Toledo

Préstamo 3

Hacia San Andrés de Cuerquia

1’157.400 1’26

9.30

0

1’27

1.70

0

1’155.200

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para filtro; por lo tanto, la cantidad de material a explotar para obtener los 685 500 m3 necesarios es de 2’740 000 m3.

El préstamo 3 San Andrés también será la fuente de materiales para CCR y concretos. Los agregados para estos dos materiales se obtendrán a partir de la trituración de la explotación del préstamo San Andrés. Si el material de filtro no es triturado lo que sea descartado podrá emplearse en los concretos. Para el CCR aproximadamente un 97% del volumen corresponde a los agregados, por lo que se necesitaría obtener de la explotación 332 000 m3; para los concretos, los agregados equivalen aproximadamente al 80%, por lo que en este caso la cantidad necesaria a explotar sería de 415 000 m3.

En el capítulo de Concretos, se presentan los resultados consolidados y las especificaciones de la norma NTC 174 (ASTM C33) o INVIAS para agregados para concreto. El material es separado en tamaños gruesos como material pasante dos pulgadas y retenido el tamiz número 4 (4,75 mm), y en material fino, como el material que pasa el tamiz número 4. Las curvas granulométricas muestran que el material pasante del tamiz numero 4 (agregado fino), se encuentra dentro del rango especificado por la norma. Los resultados tienen porcentajes del material que pasa el tamiz 75 µm mayores a la especificación. Esto puede ser una ventaja cuando el material es utilizado para el CCR; sin embargo, el material debe ser procesado cuando se utilice en otros tipos de concretos.

Observando los resultados de índices de forma (aplanamiento y alargamiento), el material no es adecuado para el uso en CCR o concreto convencional. Sin embargo, el reporte del ACI 207 menciona que en el CCR, la utilización de material con índices de forma entre 30 y 40 porciento, no han tenido efectos negativos, porque el método de compactación con rodillo para el CCR, proporciona una mayor energía a la compactación realizada por los métodos convencionales.

Los resultados de índices de forma, por encima de los límites de la norma, muestran que este agregado no puede ser utilizado para diseño de mezclas del concreto estructural; por lo tanto, se debe procesar, triturar y separar el agregado, antes de cualquier utilización en los concretos.

En el Anexo 1, (Estudios anteriores), se presentan los resultados obtenidos a partir de las exploraciones realizadas.

4.1.1 Zona de préstamo 1

Localizada en la margen izquierda del proyecto, entre el sitio de presa y la quebrada Burundá entre las cotas 615 y 800. El área aproximada es de 1’190 499 m2 con espesores de explotación promedio de entre 3 m y 5 m y una pendiente media de 3,5 H:1,0 V.

Esta zona de préstamo presenta una cobertura vegetal de 0,1 m de espesor la cual descansa sobre una capa de suelo con espesor estimado de 2,5 m . El material consiste en gravas envueltas en una matriz fino granular, en una proporción 70/30. La fracción fina presenta humedad natural muy baja (14%) con respecto al límite líquido (45%) y cercana a la humedad óptima (12,5%). El alto porcentaje de arena (30%) y de gravas (40%) sumado a la plasticidad media conllevan a que los excesos de presión de poros que se generen sean aliviados rápidamente La permeabilidad de la matriz es muy baja y disminuye con el incremento del confinamiento (para una presión de 250 kPa, K = 1, 4x10-7 cm/s y a 500 kPa que equivalen a 50 mm de profundidad la permeabilidad es de 4,4x10-8 cm/s).

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4.1.2 Zona de préstamo 2

Localizada en la margen derecha entre las cotas 875 y 1 195 y limitada por las coordenadas 1’277 900 a 1’279 300 N y 1’156 800 a 1’158 200 E. El área de esta zona de préstamo es de 1’820 000 m2. La pendiente promedio de esta ladera es de 2,7 H: 1,0 V.

Esta zona de préstamo presenta una cobertura vegetal de 0,15 m de espesor la cual descansa sobre una capa de suelo con espesor aproximado de 3,0 m. El suelo que constituye esta zona de préstamo son limos (57%) arenosos (26%) con gravas (17%); como puede verse la fracción fina es mucho más alta que la de la zona de préstamo 1. La fracción fina presenta humedad natural baja (21%) con respecto al límite líquido (45%) y cercana a la humedad óptima (17%). El porcentaje de arena (26%) y de gravas (17%) sumado a la plasticidad media conllevan a que los excesos de presión de poros que se generen sean aliviados en el tiempo lo cual es favorable para la colocación del núcleo en épocas de lluvias. La permeabilidad de la matriz es baja y disminuye con el incremento del confinamiento (para una presión de 250 kPa, K = 2,1x10-6 cm/s y para 500 kPa que equivalen a 50 m de profundidad la permeabilidad es de 6,9x10-7 cm/s).

Se realizaron ensayos triaxiales sobre el material que pasa la malla No. 4 es decir eliminando los gruesos y se obtuvo una cohesión de 36 kPa y un ángulo de fricción de 35º con la humedad natural, y el módulo de elasticidad varía de 20 000 kPa a 200 000 kPa para los primeros metros y los 200 m respectivamente.

4.1.3 Zona de préstamo 3

Corresponde a los depósitos aluviales del río San Andrés ubicados entre las coordenadas 1’268 600 a 1’271 800 N y 1’155 200 a 1’157 200 E en la cota 600 aproximadamente. El área de este préstamo es aproximadamente 1’570 000 m2

Con el fin de contribuir con conocimientos básicos sobre algunas de las características físico-químicas de los agregados, se realizaron ensayos a los agregados gruesos y finos tomados de los bancos de material de los sectores de la Matanza, El Valle y Taque. El objetivo entonces es evaluar las muestras de material para el uso para concreto hidráulico y utilizar estos ensayos como guía para corroborar la posibilidad de utilizarlos como material para filtros.

Como primera aproximación, se evaluaron las características que contribuyen a definir la calidad intrínseca de los materiales: composición mineralógica, gradación, peso específico, porosidad, absorción, resistencia mecánica, resistencia a la abrasión, dureza, solidez, forma de las partículas y rugosidad o textura.

Con el fin de detectar la presencia de sílice activo y de esta forma el potencial de expansión dentro de la masa endurecida del concreto, las cuales inducen esfuerzos de tensión, que pueden hacer fallar la integridad estructural, se evaluó la reactividad potencial en los agregados. Esto da una idea de la posibilidad de que se presenten reacciones entre los óxidos de silicio (SiO2) y los hidróxidos alcalinos de la pasta de cemento (Na2O y K2O).

Con base en los resultados de los ensayos realizados el material proveniente de esta zona de préstamo puede describirse de la siguiente manera.

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La granulometría original de los agregados naturales está fuera de los límites establecidos en la norma ASTM C-33 y las gravas se encuentran en la faja de gravas gruesas con sobre tamaños por lo que es necesario triturar el material para recomponer sus tamaños y cumplir así con la Norma.

Las arenas presentan módulos de finura que cumplen la especificación de la norma para la fabricación de concretos. Sin embargo, éstas deben ser homogeneizadas con material más grueso.

Las propiedades como el desgaste de Los Ángeles y desgaste por solidez por sulfato de sodio cumplen los requerimientos de la Norma.

Los ensayos de absorción, porcentaje de lodos, la materia orgánica y gravedad cumplen con la norma. El porcentaje de terrones de arcilla y partículas deleznables es menor al 3% que exige la norma.

De acuerdo a los resultados de reactividad potencial, los agregados no son potencialmente dañinos y no se originarían expansiones debidas al oxido de silicio.

El material de esta zona presenta propiedades físicas y químicas que permiten su uso como material para concreto, pavimento, filtro y drenaje.

4.1.4 Zona de préstamo 4

Se encuentra localizada en la margen izquierda del cañón del río Cauca, aguas arriba de la zona de presa y al sur de la zona de préstamo 1, entre las coordenadas 1’278 000 a 1’279 100 N y 1’153 100 a 1’155 300 N. El área es de aproximadamente 1’390 500 m2.

Esta zona se caracteriza por una cobertura vegetal de 0,10 m de espesor la cual descansa sobre una capa de suelo excavable en los apiques de espesor promedio de 2,2 m. El suelo que constituye esta zona de préstamo son gravas en una matriz limosa o arcillosa en una proporción 65/35. La matriz fina presenta humedad natural, compresibilidad y plasticidad de media a baja, por lo tanto también es un material ventajoso para el proceso de compactación. En la Tabla 4-3 se presenta un resumen de algunas de las propiedades de este material.

Tabla 4-3 Resumen ensayos de laboratorio préstamo 4 , etapa de factibilidad avanzada

LL IP <#200

ESPESOR SUELO EXCAVABLE CON

APIQUES (m)

Media 42 14 33 2,2

Máximo 56 22 59 3,0

Mínimo 27 6 7 1,5

Desviación 9 5 13 0,6

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos de la exploración realizada en las diferentes zonas de préstamo y después de definir el área respectiva en función de las características geomorfológicos de cada zona, se estima que el volumen de material fino granular disponible para el núcleo de la presa es suficiente para suplir las necesidades constructivas de la presa. Además se puede concluir que el mejor material para el núcleo de la presa es la zona 2.

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4.1.5 Conclusiones zonas de préstamo etapas anterio res

En el estudio de factibilidad avanzada y teniendo en cuenta los resultados obtenidos de la exploración realizada en las diferentes zonas de préstamo, después de definir el área respectiva en función de las características geomorfológicos de cada zona, se estima que el volumen de material fino granular disponible para el núcleo de la presa en el préstamo 4 es aproximadamente 1’870 000 m3, lo cual no es suficiente para suplir las necesidades constructivas de la presa si se tiene en cuenta los sobretamaños. Además el mejor material para la zona de préstamo para el núcleo de la presa es la zona 2.Sin embargo, por condiciones de ubicación, facilidades de explotación, la zona de préstamo más apropiada para ser utilizada en construcción del núcleo impermeable de la presa es el préstamo 4.

Las razones por las cuales se descartaron las demás zonas de préstamo son las siguientes:

• La zona de préstamo 1 se descartó debido al poco volumen de material asociado al poco espesor explotable; además se encuentra a 185 m de diferencia de cota respecto a la vía del proyecto.

• La zona de préstamo 2, se encuentra en la parte superior de la margen derecha, con una pendiente mayor a las demás zonas de préstamo y con dificultades de acceso debido a que se encuentra a 315 m de diferencia en altura respecto a las vías del proyecto. Por lo tanto, a pesar de tener un material de buenas especificaciones, sus dificultades de explotación la hacen poco viable.

Se definió la zona de préstamo 4 como la más adecuada para el material del núcleo impermeable y se recomendó incrementar la exploración en este préstamo para tener espesores de explotación y áreas que permitan garantizar un volumen de material acorde con las necesidades.

La zona de préstamo 3 es la fuente de materiales más adecuada en el área para suministrar los agregados necesarios para los concretos, CCR y el material de filtro.

4.2 ZONAS DE PRÉSTAMO ETAPA DE DISEÑO DEFINITIVO

En la etapa de diseño definitivo se enfocó en ampliar la zona de préstamo, caracterizar de una manera más precisa la cantidad y calidad del material, con base en las conclusiones de las fuentes de materiales en la etapa de factibilidad avanzada, además de la información obtenida en la etapa de exploración para el diseño de las vías del proyecto. En esta etapa de diseño se agrega un material al núcleo para ser empleado como sello entre el núcleo y las paredes de fundación éste se denomina 1B y el convencional 1A. Este material de sello debe ser más fino por lo cual se explora la margen derecha donde existe un mayor espesor de suelo.

Por otro lado se identifica una nueva zona de préstamo identificada en la etapa de diseño de las vías del proyecto, denominada préstamo 5 ubicada en la margen derecha del río Cauca,

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entre las quebradas Chirí y Orejón. Las bondades de esta zona de préstamo de manera preliminar son la mayor plasticidad, el espesor de suelo alto (en comparación con los otros préstamos estudiados) y la cercanía a las vías del proyecto. La desventaja es que corresponde a una masa de suelo inestable.

4.2.1 Zona de préstamo 4 – El Palmar

Localizado en la margen izquierda del proyecto, entre las cotas 700 y 1015, aproximadamente a 15 m en cota de la vía del proyecto. En la etapa de factibilidad avanzada se tenía un área aproximada de 1’390,500 m2 con un espesor explotable no superior a los 3 m.

El programa exploratorio de esta etapa está compuesto, en una fase inicial, por 12 apiques de hasta 3 m de profundidad, 15 líneas de refracción sísmica y 4 pozos exploratorios con profundidades que varían entre los 6 m y 18 m.

Los apiques y líneas de refracción de esta primera fase se ubican en la parte baja de éste, cerca a las vías del proyecto. En cuanto a los pozos exploratorios estos se localizaron alineados de arriba hacia abajo con el fin de obtener un perfil estratigráfico por la sección media del préstamo.

Los pozos exploratorios se excavan con un diámetro de 1,2 m y el avance, recuperación y caracterización de muestras se lleva a cabo cada 1,0 m. En cada avance se recuperan muestras alteradas de bolsa con el fin de conservar la humedad natural y llevar a cabo los ensayos de clasificación necesarios; además, también se recuperan muestras de costal que permiten obtener una muestra representativa de la columna de suelo para realizar sobre ellas pruebas de granulométricas completa y de resistencia. Adicional a este proceso se cuantifican los sobre tamaños; este proceso se realiza separando los bloques de roca encontrados en cada avance, contándolos y midiéndolos para definir unas dimensiones y pesos promedio que permitan calcular el volumen aproximado de estos dentro del total del préstamo.

Los ensayos de refracción sísmica complementan la información de la exploración directa para definir perfiles estratigráficos que permiten identificar las profundidades del suelo, es decir materiales con velocidades de onda compresiva inferiores a 1000 m/s. La longitud de cada una de las líneas de refracción ejecutadas es de aproximadamente 110 m, lo que permite tener información hasta 30 m de profundidad. El espesor de suelo promedio de esta primera etapa de exploración geofísica varía entre los 5 m y 10 m.

La segunda fase del programa de exploración está constituida por la ejecución de 12 líneas de refracción adicionales distribuidas en la parte alta del préstamo y 6 pozos exploratorios distribuidos hacia los costados de la zona de préstamo.

Los espesores de suelo estimados con la exploración geofísica son similares a los de la primera fase, entre 5 m y 10 m. En cuanto a los pozos exploratorios, las profundidades suelo alcanzan entre los 7 m y 17 m, con un promedio de 14,8 m.

Con base en los resultados de los pozos exploratorios y de las líneas de refracción se estima un espesor mínimo explotable de 6,0 m; con este valor el volumen total estimado de la zona de préstamo 4 – El Palmar es de 3’615 000 m3.

Para calcular el volumen de material in situ requerido para la construcción del núcleo de la presa se tiene en cuenta que hay en promedio un 30% de sobretamaños para un tamaño

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máximo especificado de 150 mm. Y si además, por seguridad, se considera una holgura del 50% se llega a que se requiriere que el préstamo cuente con un volumen de 2’485,500 m3. El préstamo 4 El Palmar cuenta con 3’615 000 m3, por lo tanto cumple con las condiciones de volumen mencionadas.

En la Figura 4-3 se presenta encerrada con una línea verde el área potencialmente útil para extraer el material del núcleo del préstamo 4 El Palmar. El área fue definida buscando un espesor de suelo que se pueda ajustar a la gradación requerida, de por lo menos 5,0 m y una dispersividad de la mezcla de la columna estratigráfica de media a baja.

Sobre las muestras recuperadas de los pozos exploratorios y de los apiques se realizaron ensayos de laboratorio que incluye clasificación, compresión simple, triaxial convencional a gran escala, compactación permeabilidad, dispersividad, erodabilidad, entre otros. En la Figura 4-4 se muestran los resultados de los límites, gradación y compactación y en el anexo 5 (Ensayos de Laboratorio) se muestran todos los ensayos mencionados.

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Figura 4-3 Préstamo 4 - El Palmar

1’278.500

1’15

3.60

0

1’15

4.80

0

1’279.300

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Figura 4-4 Carta de plasticidad, curvas granulométr icas y curvas de compactación.

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Los resultados de los ensayos de clasificación indican valores promedios de:

• Humedad natural: 10%

• Índice de Plastisidad IP: 9%

• Porcentaje pasa malla 200: 26%

• Humedad óptima: 8%

• Densidad máxima: 20 kN/m3

• En cuanto a los parámetros de resistencia, los valores promedios para este material son:

• Compresión simple:

- Esfuerzo máximo: 230 kPa

- Módulo de elasticidad: 11 500 kPa

• Triaxial CU:

- Módulo de elasticidad (σ3 = 300 kPa): 45 800 kPa

- Cohesión efectiva: 101,2 kPa

Ángulo de fricción interna: 33°

• Triaxial a gran escala:

- Módulo de elasticidad (σ3 = 200-400-700 kPa): 15 000-22 000-92 000 kPa

- Cohesión efectiva: 62 kPa

- Ángulo de fricción interna efectiva : 28°

La permeabilidad promedio obtenida por medio de 12 ensayos de cabeza variable es de 1,7E-6 m/s. El tamaño máximo de partícula utilizado en el ensayo es de 3/8”.

Además de los ensayos de clasificación y resistencia ejecutados sobre el material del préstamo 4, se llevaron a cabo ensayos para verificar el potencial dispersivo de este.

El procedimiento para la selección de la muestra y ejecución de los ensayos consistió en:

• Ejecución del ensayo “Crumb” que consiste en sumergir un cubo de los materiales preseleccionados y verificar el efecto dispersante del agua sobre este.

• Los materiales que mediante el ensayo “Crumb” se catalogan como dispersivos, son sometidos a análisis químico de contenido de sales y al ensayo del doble hidrómetro, el cual, consiste en realizar la prueba del hidrómetro en dos formas diferentes sobre la misma muestra; una con dispersante y otra con agua desmineralizada. La relación entre la cantidad de partículas finas de los dos resultados indica el efecto dispersante del agua sobre el material ensayado. Si la relación es menor del 15% la dispersividad es baja y si es mayor al 50% es alta. En los casos donde hay dudas, o los resultados previos arrojaban diferentes característica se hacen ensayos de pinhole.

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• Las pruebas de pinhole se hacen sobre la porción fina del material de préstamo, previa mezcla de todo el material tamizado por la malla No. 10.

Los resultados obtenidos con estas pruebas sugieren un comportamiento dispersivo de la parte más fina del material del préstamo El Palmar; sin embargo, algunos autores (Corp of Engineers; EM 1110-2-1906; mayo 1 980) sugieren que, siempre y cuando el porcentaje de material inferior a 5 µ sea menor al 12%, esta característica no será un problema en el comportamiento global de la mezcla. En los ensayos realizados el porcentaje de material inferior a 5 µ es del 5,6% por lo cual se cumple con la propuesta del Cuerpo de Ingenieros.

En Tabla 4-4 se presentan los resultados de los ensayos ejecutados para observar las características dispersivas del material, asimismo en la Figura 4-3 se muestra la ubicación de los pozos exploratorios, de los cuales se obtuvieron las muestras para realizar ensayos de dispersividad

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Tabla 4-4 Resumen ensayos dispersividad El Palmar

ITUANGO (Préstamo 4)

Muestra Resultados Ensayos

Químicos Doble Hidrómetro Pinole

PIL

A 1

P-1-M-2 Intermedio No Dispersivo -

P-1-M-5 Intermedio Intermedio No Dispersivo

P-1-M-7

Dispersivo No Dispersivo

- P-1-M-10 Intermedio P-1-M-13 - P-1-M-14 - P-1-M-18 Intermedio - - P-1-M-E - Intermedio

No Dispersivo

P-1-M-F - No Dispersivo P-1-M-G - Intermedio

PIL

A 2

P-2-M-1 Intermedio

Dispersivo No Dispersivo

P-2-M-A Dispersivo

P-2-M-B Intermedio

PIL

A 3

P-3-M-1A

Dispersivo Dispersivo

-

P-3-M-2A

-

P-3-M-3A

-

P-3-M-4A

-

PIL

A 4

P-4-M-1A

Intermedio Dispersivo Dispersivo

P-4-M-1B

-

P-4-M-J No Dispersivo

Dispersivo Dispersivo P-4-M-H P-4-M-I

PIL

A 5

P-5-M-3 No dispersivo

- -

PIL

A 6

P-6-M-6 No Dispersivo Dispersivo

-

P-6-M-9 Intermedio Intermedio

P-6-M-A No Dispersivo No Dispersivo

No Dispersivo P-6-M-B

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ITUANGO (Préstamo 4)

Muestra Resultados Ensayos

Químicos Doble Hidrómetro Pinole

P-6-M-C Intermedio

PIL

A 7

P-7-M-3 No Dispersivo

Dispersivo

-

P-7-M-7 - -

P-7-M-16 - -

P-7-M-A - -

PIL

A 8

C

P-8C-M-A

- Dispersivo -

PIL

A 9

P-9-M-6 Intermedio

Dispersivo

-

P-9-M-12 - - P-9-M-A - -

Con el fin de verificar esta hipótesis, además del funcionamiento de los filtros diseñados para el material de núcleo, se ejecuta una prueba de tipo NEF (Sherard y Dunnigan 1 989 y Fell et al. 1992) en dirección horizontal, bajo una configuración geométrica a escala, la cual corresponde a una sección a 2/3 de la altura de la presa Figura 4-8.

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Foto 4-2 Ensayo de tipo NEF en dirección horizonta l

En esta prueba se monta una muestra del material de núcleo junto con otra de filtro y se observa el comportamiento del sistema ante el flujo de agua. El núcleo fue compactado con un a energía igual al 100% del Proctor modificado. Se observó cómo el filtro cumple sus funciones de retención, dada a la mínima cantidad de material fino procedente del núcleo que se encontró en el filtro.

De otro lado es importante notar como el material del núcleo no presentó fracturamiento debido al flujo de agua durante la prueba, la cual tuvo una duración aproximada de 45 días, en los cuales fue sometida a una cabeza de agua constante de 80 m.

Se hizo también la prueba sobre una muestra compactada con la energía del Proctor estándar y se observó, fracturamiento hidráulico. Sin embargo, se observa como el filtro no se colmato durante la ejecución de la prueba.

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Foto 4-3 Fracturamiento hidráulico prueba NEF en di rección horizontal

Foto 4-4 Filtro después de prueba NEF bajo energía del Proctor estándar

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En la Figura 4-5 se presenta un esquema base de este ensayo.

Figura 4-5 Prueba "No Erosion Filter" tomada del li bro "Earth and Rockfill Dams, Principles of

Design and Construction" de Christian Kutzner

4.2.2 Ampliación préstamo 4 – El Palmar

De manera preliminar, a partir de un recorrido de campo, se localizó la ampliación del préstamo 4 (El Palmar) inmediatamente hacia el sur de la zona inicialmente identificada,

En la etapa de factibilidad avanzada se indica que es necesario ampliar el área del préstamo 4 para alcanzar el volumen de material requerido, por lo tanto en esta etapa de diseño definitivo se investiga una zona aledaña a El Palmar, hacia su costado sur, entre las coordenadas 1’153 656 – 1’153 936 y 1’276 611 – 1’278 180. La cual se denomina Ampliación Préstamo 4

En esta zona se excavaron 6 pozos exploratorios, 12 apiques y 14 líneas de refracción sísmica.

En general esta ampliación presenta características similares a las del préstamo 4 El Palmar (Anexo 5. Ensayos de Laboratorio) con espesores máximos de 10 m y promedio de 8 m. Las pilas exploratorias alcanzaron profundidades entre 4 m y 15.

4.2.3 Préstamos margen derecha

En la margen derecha se encuentra un material con mayor porcentaje de finos, el cual puede servir como material tipo 1B para el sello entre los estribos y fundación y el núcleo. Con este fin se excavan 8 pozos exploratorios Figura 4-6 en la margen derecha del proyecto donde irá la excavación para la conformación del vertedero para conocer el espesor de suelo y recuperar las muestras que permita caracterizar este material que es potencialmente utilizable.

Sobre las muestras recuperadas de los pozos exploratorios se realizan ensayos de laboratorio permitiendo así su clasificación Ver Figura 4-7.

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Figura 4-6 Pozos exploratorios material 1B

1’280.700

1’15

6.10

0

1’15

6.80

0

1’280.100

CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA

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Figura 4-7 Carta de plasticidad, curvas granulomét ricas y curvas de compactación material 1B

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Los resultados de los ensayos de clasificación indican valores promedios de:

• Humedad natural: 11%

• Índice de Plasticidad IP: 7,5%

• Porcentaje pasa malla 200: 29%

• Humedad óptima: 7%

• Densidad máxima: 22 kN/m3

Es factible emplear este material en la zona 1B. Sin embargo es posible eliminar tamaños gruesos del préstamo 4 (El Palmar) y usarlo para este mismo propósito.

4.2.4 Materiales para el enrocado de la presa

El enrocado de la presa está constituido por las Zonas 3B, 3C y 4; su volumen total es de 16'800 000 m3 aproximadamente.

La Zona 3B se colocará en los sectores de la presa que se muestran en la Figura 4-8, donde se requieren características de mayor resistencia y de menor compresibilidad. Con base en precedentes de presas similares a la del proyecto Ituango respecto a las propiedades de sus materiales y tipo de presa, se ha establecido un tamaño máximo de 100 centímetros para los materiales que conformarán esta zona; el espesor compactado de capa será también de 100 centímetros. El volumen de esta zona es de 7'100 000 m3 aproximadamente.

La Zona 3C se colocará en los sectores de los espaldones del lleno de la presa donde las características de resistencia y compresibilidad son menos exigentes que las de la Zona 3B, debido a que ésta presenta un mayor tamaño máximo de partículas y espesores de compactación mayores que los del 3B su localización se muestra en la Figura 4-8. De manera similar a la Zona 3B, con base en precedentes de presas similares a la del proyecto Ituango, se ha establecido un tamaño máximo de 200 centímetros para los materiales que conformarán ésta zona; el espesor compactado de capa será 200 centímetros. El volumen de esta zona es de 9'500 000 m3 aproximadamente.

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Figura 4-8 Sección máxima de la presa

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La Zona 4 corresponde a una franja de 2 metros de ancho que se colocará a lo largo de todo el talud de aguas abajo de la presa y en el sector del talud de aguas arriba, por encima de la cota 380; es decir, 10 metros por debajo del nivel mínimo normal de operación del embalse. La granulometría uniforme de los materiales que se emplearán en la Zona 4 y su procedimiento de colocación permiten taludes de 1,4H:1,0V, con los cuales se puede desarrollar una vía a lo largo del talud de la presa, necesaria para el acarreo de los materiales durante construcción del lleno de la presa y para acceso permanente, durante operación del proyecto, a los portales de las galerías de inyección y drenaje y de la galería de acceso a la cámara de compuertas de la descarga intermedia, como también a las casetas superficiales de instrumentación de la presa. En el talud de aguas arriba la Zona 4 cumplirá las funciones del “riprap”, necesario para protección contra los efectos del oleaje que se presentará en el embalse. El volumen de esta zona es de 225 000 m3 aproximadamente.

La fuente de materiales para el enrocado será la excavación para el vertedero. El patrón de voladura para la explotación del macizo rocoso se definirá de manera que la granulometría de los materiales obtenidos cumpla con los requerimientos de las Especificaciones Técnicas, los cuales, con base en precedentes, permitirán que el material obtenido en la explotación pueda transportarse, colocarse y compactarse en el lleno de la presa, sin necesidad de procesamiento alguno. Cabe poner de presente que la diferencia del tamaño máximo permisible en las zonas 3B y 3C resulta en un patrón de voladura con espaciamientos mayores entre huecos para colocación de los explosivos, lo cual significa menores costos y mayores rendimientos de explotación; de igual manera, la diferencia en espesores de capa entre las dos zonas y el hecho de que la energía de compactación será la misma para las dos zonas (igual número de pasadas del equipo de compactación) resultará en menores costos y mayores rendimientos de construcción del lleno de la presa.

4.2.5 Préstamo 3 –San Andrés

El préstamo 3 – San Andrés, está localizado en inmediaciones del corregimiento El Valle, del municipio de Toledo. Está dividido en dos playas aluviales; la primera, Saladero se encuentra localizada aguas arriba de El Valle y tiene un volumen aproximado de 2’300 000 m3; la segunda playa, denominada Matanzas, se encuentra aguas arriba de Saladero y tiene un volumen de explotación aproximado de 742 500 m3. La profundidad de explotación considerada en ambos casos es de 10 m teniendo en cuenta un desperdicio del 10%. En la Figura 4-9 se presenta la localización de los sitios donde es factible la explotación de las gravas.

La exploración en la etapa de diseño consistió en la excavación de 6 apiques con ayuda de retroexcavadora, con profundidades hasta de 5 m. Se tomaron 30 kN de muestra para realizar las gradaciones. Se cuantificaron los sobretamaños que se dejaron en el sitio, lo cual se tuvo en cuenta al definir la granulometría total del material.

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Figura 4-9 Localización sitios de explotación de gr avas

1’157.400

1’155.200

1’27

1.70

0

1’26

8.50

0

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El material para el filtro se obtendrá de la explotación directa del préstamo y en caso de no ser triturado, los resultados de los análisis granulométricos indican que, del total del material del préstamo, únicamente el 25% tiene un tamaño en el rango requerido como material para filtro; por lo tanto, la cantidad de material a explotar para obtener los 685 500 m3 necesarios es de 2’740 000 m3.

El préstamo 3 San Andrés también será la fuente de materiales para CCR y concretos. Los agregados para estos dos materiales se obtendrán a partir de la trituración de la explotación del préstamo San Andrés. Si el material de filtro no es triturado lo que sea descartado para ser utilizado en el filtro podrá emplearse en los concretos. Es así como, para el CCR aproximadamente un 97% del volumen corresponde a los agregados, por lo que se necesitaría obtener de la explotación 332 225 m3; para los concretos, los agregados equivalen aproximadamente al 80%, por lo que en este caso la cantidad necesaria a explotar sería de 415 000 m3.

En el capítulo de Concretos, se presentan los resultados consolidados y las especificaciones de la norma NTC 174 (ASTM C33) o INVIAS para agregados para concreto. El material es separado en tamaños gruesos como material pasante dos pulgadas y retenido el tamiz número 4 (4,75 mm), y en material fino, como el material que pasa el tamiz número 4. Las curvas granulométricas muestran que las el material pasante del tamiz numero 4 (agregado fino), se encuentra dentro del rango especificado por la norma. Adicional, observando los resultados de la tabla, la arena tiene porcentajes del material que pasa el tamiz 75 µm, mayores a la especificación. Esto puede ser una ventaja cuando el material es utilizado para el CCR; sin embargo, el material debe ser procesado y lavado, cuando se utilice en otros tipos de concretos.

Observando los resultados de índices de forma (aplanamiento y alargamiento), el material no es adecuado para el uso en CCR o concreto convencional. Sin embargo, el reporte del ACI 207 menciona que en el CCR, la utilización de material con índices de forma entre 30 y 40 porciento, no han tenido efectos negativos, porque el método de compactación con rodillo para el CCR, proporciona una mayor energía a la compactación realizada por los métodos convencionales.

Los resultados de índices de forma, por encima de los límites de la norma, muestran que este agregado no puede ser utilizado para diseño de mezclas del concreto estructural; por lo tanto, se debe procesar, triturar y separar el agregado, antes de cualquier utilización en los concretos.

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4.2.6 Conclusiones

La zona de préstamo 4 El Palmar tiene el material adecuado en cantidad suficiente para la construcción del núcleo impermeable de la presa. Con un porcentaje promedio de material pasante de la malla 200 de 15% contando todo el material inferior a 15 cm; y una permeabilidad promedio de 1,7 x 10-6 m/s, se espera que no haya ningún inconveniente al momento de ser utilizado para conformar la barrera impermeable. La humedad natural es muy cercana a la humedad óptima del ensayo Proctor modificado.

El fenómeno dispersivo observado en este material está asociado a su parte más fina, la cual es inferior al 12%; se espera que esta fracción no sea representativa dentro del total de la mezcla. Además, los filtros de la presa se han diseñado para controlar este fenómeno en caso de que llegue a presentarse, además su correcto funcionamiento es verificado con la ejecución de la prueba NEF en dirección horizontal

El volumen de material necesario para el contacto entre el núcleo y los estribos y fundación es pequeño y se puede obtener del préstamo 4 disminuyendo el porcentaje de partículas grandes, con el objeto de no tener que adecuar otro sitio como fuente de materiales o interferir en el proceso de excavación industrial del vertedero

4.3 CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO (CCR)

4.3.1 Agregados

El control de calidad y la granulometría de los agregados son de especial interés en la calidad del concreto compactado con rodillo (CCR). En el CCR de bajo contenido de cemento, la proporción de los agregados es aproximadamente el 93% del peso del concreto. Esto indica la importancia de realizar una evaluación detallada de la calidad de los mismos.

En general, los ensayos para definir la aptitud de los agregados, son los mismos utilizados en los concretos convencionales: granulometría, módulo de finura, partículas alargadas y aplanadas, densidad suelta y compactada, densidad aparente, peso específico, absorción, materia orgánica, contenido de material fino, partículas deleznables, sanidad de los agregados o resistencia a los sulfatos, dureza (abrasión) y reactividad álcali-agregado. En general, el CCR permite utilizar agregados con especificaciones diferentes a las establecidas en la NTC 174 (ASTM C33); por ejemplo, si el contenido de finos para el concreto convencional es máximo el 5% según norma, para el CCR es ventajoso que el contenido de finos aumente a un 10-13%, para ayudar a disminuir los vacíos, mejorando así la mezcla. Es importante limitar el índice de plasticidad de los finos a 4%.

Las normas NTC 174 y ASTM C 33 no limitan los índices de forma a una especificación. Sin embargo, la norma INVIAS en el artículo 630 del 2007, limita los índices de aplanamiento y

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alargamiento máximos a 25%. En el concreto convencional, agregados con un porcentaje de partículas alargadas y aplanadas superior a 25%, no es deseable su utilización. El CCR, no es un concreto tan exigente, debido al equipo de vibrocompactación utilizado en el momento de la compactación, produce mayor energía que los métodos de compactación convencionales.

4.3.1.1 Origen

En los diseños de mezclas, fueron utilizados materiales aluviales provenientes del Préstamo 3 San Andrés, en cercanías al Valle de Toledo.

4.3.1.2 Granulometría para el CCR

Inicialmente, para el diseño de mezclas del CCR, se realizaron varios diseños con material todo en uno, y se utilizó una granulometría continua que cobija desde el agregado grueso hasta el material que pasa el tamiz 200. Estas curvas granulométricas, pueden ser observadas en el anexo 6. Sin embargo, hubo una segunda etapa de diseño de mezclas, con agregado, separando la fracción fina de la fracción gruesa, como la gradación ideal para este tipo de concreto (manual EM 1110 del 2006); esto con el fin de obtener los porcentajes óptimos de arena y grava (T M N 2”), que produjeran la mayor compacidad y el mínimo porcentaje de vacíos.

Con diferentes proporciones de relación agregado-arena y diferentes proporciones de humedad, y con los resultados de peso específico, densidad, absorción y masa unitaria, obtenemos las proporciones de la mezcla, para el menor volumen de vacíos. La proporción teórica muestra que mezclas de 65% y 70% de grava y 35% y 30% de arena, respectivamente, podrían ser las mezclas de concreto con mayor densidad y por lo tanto con mayor resistencia. Fueron realizados diseños con proporción de agregado grueso de 60, 65 y 70%, para verificar y realizar un ajuste al diseño teórico. De acuerdo a los resultados, los porcentajes de agregado grueso, que tienen mejor comportamiento en cuanto a resistencias son las de 65% y 70% de gravas.

Las características de las arenas y agregados, así como las curvas granulométricas obtenidas, se encuentran en el Anexo 6.

4.3.1.3 Ensayos

En el anexo 6, se presentan todos los ensayos relacionados con la caracterización de los materiales. Los ensayos de partículas aplanadas y alargadas realizados en el material virgen del préstamo, no cumplen el requerimiento establecido. Para efectos comparativos, se ejecutó este tipo de ensayo para la fracción triturada de material que pasa la malla de ¾ pulgada, obteniéndose menores porcentajes de partículas aplanadas y alargadas, lo que indica que el proceso de trituración hará viable el uso de estos agregados.

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4.3.2 Diseño de mezclas

El objetivo básico del diseño de la mezcla de CCR es encontrar la proporción óptima de los materiales para obtener una mezcla que al incorporar la máxima cantidad de agregado y mínima cantidad de agua, reduciendo la cantidad de cemento utilizado, genere economía y durabilidad en el concreto con menores cambios volumétricos. Los métodos para diseñar mezclas de CCR, son diferentes a los métodos para diseñar concreto convencional, porque las mezclas de CCR, producen un asentamiento de cero, que es el adecuado para compactar con rodillo vibratorio.

Debido a que la mezcla de CCR para la Ataguía de Ituango tiene un bajo contenido de cemento, el procedimiento de compactación de los cilindros a nivel de laboratorio consiste en un compactar los cilindros con un martillo apisonador Metabo, con una frecuencia de operación de 2840 golpes por minuto y una energía de 5 a 14 Julios y con un peso de 6,7 kilos, al cual se le acopló una base cilíndrica, de igual diámetro que la formaleta. El tiempo de compactación de cada capa es de 30 segundos.

4.3.2.1 Resistencia de diseño

La resistencia especificada según los cálculos estructurales es 2,0 MPa a 90 días. Utilizando la ecuación del NSR-97, podemos definir la resistencia de diseño así:

Resistencia especificada = 2,0 MPa (cálculo estructural)

Resistencia de diseño (NSR-98) = Resistencia especificada + 1,34 (desviación estándar)

Resistencia de diseño=2,0 MPa + 1,34 (desviación estándar)

Desviación estándar = CV (coeficiente variación) * 2,0 MPa donde CV=25% para CCR

Desviación estándar = 0,5 MPa

Resistencia de diseño calculada = 2,7 MPa

4.3.3 Resultados

4.3.3.1 Cemento

En la Tabla 4-5 se observa la caracterización química y física de los cementos evaluados.

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Tabla 4-5 Características físicas y químicas del c emento

Característica Cemento Tipo I Cemento Tipo I M

Análisis físico Finura blaine m2/kg (mínimo) 400 420 Fraguado inicial min (mínimo) 127 115

Fraguado final horas (máximo) 3,8 3,5 Resistencia 3 días Mpa 19,5 25,0 Resistencia 7 días MPa 22,4 28,4

Resistencia 28 días MPa 28,2 * Peso específico (kg/m3) 2977 3033

Análisis químico SiO2 min% 19,05 20,36

Al2O3 máx.% 3,01 3,52 Fe2O3 máx.% 3,43 3,62 MgO máx.% 2,06 3,32 SO3 máx.% 1,97 2,18

Perdida al fuego máx.% 10 4,31 Residuo insoluble máx.% 2,99 0,90

Na2O% 0,045 0,084 K2O % 0,186 0,26 CaO% 58,53 62,64

* sin especificación

4.3.3.2 Agregado fino y agregado grueso

En la Tabla 4-6, se presentan los resultados consolidados y las especificaciones de la norma NTC 174 (ASTM C33) o INVIAS, cuando no hay especificación de la Norma Técnica Colombiana.

Las curvas granulométricas y los resultados reportados en la Tabla 4-6, muestran que algunos de los resultados se encuentran dentro del rango especificado por la norma. Sin embargo, los índices de partículas largas y aplanadas no cumplen con la especificación, pero como se dijo para el CCR no constituye un condicionante para rechazar el uso del agregado. El material pasante tamiz 75 µm es mayor al especificado, en CCR es conveniente tener porcentajes mayores al 5%, porque el material fino que pasa la malla 200 actúa como llenante e influye en la durabilidad y resistencia final.

Contenidos de sulfatos y cloruros, también fueron realizados a los agregados de San Andrés y no se encontraron trazas de estos compuestos químicos.

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Tabla 4-6 Agregados finos y gruesos

Característica Resultados (%) Especificación norma NTC 174

(% máximo) Agregado fino Terrones de arcilla y partículas deleznables

0,16 3,0

Material que pasa el tamiz 75 µm 6,8 5,0 Carbón o lignito No se detectaron 1,0 Sanidad o durabilidad 6 10 Cantidad de partículas livianas No se detectaron 0,5 Agregado grueso Terrones de arcilla y partículas deleznables

0,08 3,0

Material que pasa el tamiz 75 um 0,6 1,0 Carbón o lignito 1,0 Abrasión máquina de los Ángeles 31 50 Sanidad por sulfato de sodio 1,48 12 Reactividad potencial SiO2=13,11 Rc=20 SiO2>R y R>70

SiO2>35+0,5R y R<70

Reactividad potencial SiO2=20,24 Rc=40 SiO2>R y R>70 SiO2>35+0,5R y R<70

Reactividad potencial alcalina (ASTM 1260) a 16 días (San Andrés)

0,289% Expansión debe ser menor 0,1%

Reactividad potencial alcalina (ASTM 1260) a 16 días (Galerías)

0,195% Expansión debe ser menor 0,1%

Sulfatos (%) en agregados San Andrés No se detectaron 1,0% (INVIAS) Cloruros en agregados San Andrés No se detectaron Índice de aplanamiento y alargamiento INV - 230

32 y 54% Material virgen

25%

Índice de aplanamiento y alargamiento INV - 230

38 y 48% Material procesado

25%

Análisis químico de la roca de galería 3, fue realizado para conocer los porcentajes de sulfatos y trióxido de azufre en la roca. Los resultados muestran que hay un alto contenido de Oxido de silicio (85%) y no se encontraron trazas de azufre.

4.3.3.3 Agua

Toda el agua que se utilice para la preparación de las mezclas, para el curado del concreto y para el lavado de los agregados, deberá cumplir con lo establecido en la norma NTC 3459. Cinco fuentes de agua fueron analizadas para revisar el pH y el contenido de sulfatos y cloruros en las mismas. Los resultados mostraron cantidades de sulfatos (SO4) menores a

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123 mg/l y cloruros de 3,5 mg/l. Como una guía, el contenido total de cloruros no debe exceder 1000 mg/l y la concentración de sulfatos, no debe ser mayor a 3000 mg/l. El agua evaluada, cumple estas dos impurezas orgánicas. Los resultados se observan en el Anexo 6 (Fuentes de materiales). Sin embargo, el agua se debe evaluar frente a otras impurezas, tales como: contenido total de álcalis, sólidos totales y contenido total combinado de iones de potasio, nitrato, magnesio, sodio, bicarbonato, sulfato y cloruro.

4.3.3.4 Diseño de Mezclas

Se ejecutaron 10 mezclas de prueba utilizando agregados del Préstamo 3 y cemento Tipo IM Los resultados indican que es factible preparar y obtener mezclas con resistencias de 2,7 MPa a 90 días, cumpliendo con lo especificado anteriormente de 2,0 MPa.

4.3.4 Recomendaciones y especificaciones

• El cemento debe cumplir con los requerimientos de las normas NTC 121, NTC 321 y en el caso de cemento de bajo calor de hidratación, la norma ASTM 1157M.

• Para controlar que los agregados puedan ser potencialmente reactivos con los álcalis del cemento, se requiere que el álcalis del cemento, sea menor a 0,6%, expresado como Na2O y limitar el contenido de álcalis en el concreto a 3,0 kg/m3.

• Los cementos deben tener bajo calor de hidratación (menor a 70 calorías/gramo) y deben tener finura blaine menor a 460 m2/kilogramo. Esta debe ser reportada, siempre que se exijan los registros de calidad del cemento.

• Los cementos utilizados deben ser ensayados bajo la norma ASTM C 1012 y/o ASTM C 492 (Expansión del cemento en barras de mortero, sometidas a soluciones de sulfatos).

• Los concretos debe ser ensayados bajo la norma ASTM 1202 (Resistencia a penetración de iones cloruro en el concreto).

• Los agregados deben cumplir con las normas ASTM C33 y NTC 174; sin embargo, se permite que el contenido del material que pasa el tamiz número 200 sea máximo de 13%, para reducir el volumen de vacíos y mejorar la resistencia del concreto.

• Para un mejor control de la granulometría requerida, es recomendable por parte del Contratista clasificar los agregados en dos o más grupos, separando las arenas de los agregados gruesos.

• El agua para la elaboración de la mezcla de concreto, debe cumplir con la norma NTC 3459.

• Los agregados utilizados deben ser ensayados bajo la norma ASTM 1260 (método de ensayo para evaluar la reactividad potencial al álcali de los agregados).

• Dado que en los ensayos realizados se encontró tanto en el préstamo 3 de San Andrés como en del las galería de exploración, indicios de reactividad potencial álcali-sílice (método del mortero), es importante utilizar cementos adicionados, cuando se utilicen

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materiales potencialmente reactivos. Estos cementos se adicionan en proporciones menores, cuando sea necesario utilizar cementos resistentes a los sulfatos.

• Se recomienda utilizar cemento mejorado de bajo calor de hidratación (Tipo 1M), según NTC 131 y 321 o ASTM C 1157, mientras no se tengan especificaciones especiales en cuanto a sulfatos, reactividad potencial o presencia de cloruros.

4.4 CONCRETO ESTRUCTURAL

Las especificaciones del diseño estructural requieren concretos con resistencias de 21, 28 y 35 MPa, con asentamientos de 10 y 15 cm.

En este capítulo, se presenta la caracterización de los materiales utilizados en el diseño de mezclas de los concretos con tamaño máximo de 1 ½ y ¾ pulgada, para la obtención de una mezcla que cumpla con los requerimientos del diseño estructural del ACI 318, ACI 214 y del código NSR-98.

4.4.1 Diseño de mezclas

El tamaño máximo del agregado grueso utilizado para las mezclas es de 1½ pulgadas y ¾ de pulgadas, que se utilizan dependiendo del tipo de estructura a vaciar.

Los procedimientos utilizados en este diseño, tienen como base los procedimientos del ACI 211, que es el método más utilizado. Para realizar el procedimiento citado, los datos de los agregados como granulometría, módulo de finura, tamaño máximo, absorción, masa unitaria y densidad aparente son fundamentales. También es importante conocer, para el diseño de mezclas, el peso específico del cemento.

Se ejecutaron 12 mezclas de prueba utilizando agregados del Préstamo 3, procesados por clasificación y trituración y cemento Tipo IM. Los resultados indican que es factible preparar y obtener mezclas para las resistencias especificadas anteriormente dentro de los rangos esperados.

4.4.1.1 Resistencia de diseño

Utilizando las formulaciones de las normas colombianas de diseño y construcción sismorresistente, y utilizando una desviación estándar promedio de 3,5 MPa, y con la siguiente formulación abajo, obtenemos las resistencias mostradas en la Tabla 4-7 Resistencias de diseño:

Resistencia de diseño MPa (f´cr) = f´c + 2.33 x desviación estándar – 3.5

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Tabla 4-7 Resistencias de diseño Resistencia especificada (f´c)

(MPa) Resistencia de diseño (f´cr)

(MPa) 21 25,7 28 32,7 35 39,7

4.4.2 Análisis de resultados

Los resultados de los ensayos de los materiales (cemento, agua y agregados), son los observados en el ítem de CCR, con excepción de algunos ensayos como la granulometría, las densidades, el módulo de finura, partículas aplanadas y alargadas, caras fracturadas y el porcentaje de lodos, que fueron evaluados, para el material procesado. Estos ensayos se encuentran en el anexo 6.

Los resultados de los diseños de mezclas del concreto estructural, muestran que, cuando se utilizan los cementos Tipo 1M (bajo calor hidratación), se pueden obtener resultados de 21, 28 y 35 MPa a 28 días, con los materiales del préstamo 3 de San Andrés, tanto para agregado de TMN ¾ pulgada, como para agregados con TMN 11/2 pulgada. Para los asentamientos de 10 y 15 cm, se utilizaron proporciones de aditivo Superplastificante retardante al 1,0% y 1,5%.

4.4.3 Recomendaciones y especificaciones

• En cuanto a materiales y ensayos (cemento, agua y agregados), aplican las recomendaciones y especificaciones del capítulo del CCR.

• El material virgen es un material con alto porcentaje de índices de forma, y no cumple la normativa. El material procesado, también presenta altos índices de forma, por fuera de la especificación. Por lo tanto es necesario la utilización de un material que cumpla el requerimiento, una vez pase por el proceso de trituración.

• Para un mejor control de la granulometría requerida, es recomendable por parte del Contratista clasificar los agregados en dos o más grupos, separando las arenas de los agregados gruesos.

• El agua para la elaboración de la mezcla de concreto, debe cumplir con la norma NTC 3459.

• Dado que se encontró, tanto en el material del préstamo 3 de San Andrés como en el extraído de la excavación de las galerías, indicios de reactividad potencial álcali-sílice (método del mortero) se deben utilizar cementos con alcalinidad menor a 0,60 y utilizar cementos adicionados, cuando se utilicen materiales potencialmente reactivos, sin que esto afecte la calidad del concreto bajo otras especificaciones. Estos cementos se adicionan en proporciones menores, cuando sea necesario utilizar cementos resistentes a los sulfatos.

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5 ANÁLISIS GEOTÉCNICOS

5.1 ESTRATIGRAFÍA DEL MACIZO ROCOSO

A partir de mapeos geológicos de superficie y de la extensa campaña exploratoria realizada en la zona, se han definido los perfiles de meteorización del terreno.

Los perfiles de meteorización se han descrito mediante la metodología propuesta por Deere & Patton, 1971, los cuales se ilustran de la Figura 5-1 a la Figura 5-3. La planta con la localización de los perfiles se muestran en el plano D-PHI-012-GEN-GE-B-020. El listado completo de los perfiles a presentar es el siguiente:

• Perfil geológico salida desviación derecha

• Perfil geológico Vertedero

• Perfil geológico Vertedero y pozo

• Perfil geológico Plazoleta subestación

• Perfil geológico Entrada desviación

• Perfil geológico Núcleo presa

• Perfil geológico Portal túnel descarga Nº4

• Perfil geológico Pozo compuertas

• Perfil geológico Captación

• Perfil geológico Acceso a descarga de fondo

• Perfil geológico Desviación izquierda

• Perfil geológico Ataguía

• Perfil geológico Caverna de transformadores

• Perfil geológico Caverna Casa de Máquinas

• Perfil geológico Caverna Almenara

A continuación y a manera de ilustración se muestran algunos de los perfiles construidos.

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Fig 5-1

Fig 5-2

Fig 5-3

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Convenciones: Perfil Gneis Cuarzo Feldespático Pznf Depósitos

Figura 5-1 Perfil por el corte más alto del vertedero

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Figura 5-2 Perfil por portal de pozos de compuertas

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Figura 5-3 Perfil por portal de captación

5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO

Con el objeto de estimar la resistencia del macizo rocoso para compararla con los esfuerzos que se generarán por la construcción y las deformaciones con las admisibles, es necesario caracterizar geotécnicamente el macizo mediante el método del GSI o Q de Barton, definir la resistencia a la compresión inconfinada y el módulo de elasticidad.

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La resistencia al corte y el módulo de eslaticidad de la roca sana se estiman de ensayos de resistencia a la compresión inconfinada, carga puntual diametral y axial y triaxiales De los núcleos recuperados se escogen muestras sanas sin alteración y fracturas para realizar sobre ellas los ensayos de resistencia. .

Los resultados de resistencia a la compresión inconfinada se encuentran tabulados en la Tabla 5-1 para los horizontes de roca II A y II B, ya que no se detectó un patrón de variación dentro de ellos que conllevara a una división diferente. En la Tabla 5-2 se ilustran ensayos de carga puntual axial y carga puntual diametral, lo cuales son complementarios a los de compresión inconfinada,

El número de muestra inalteradas intactas recuperadas del estrato IIA es bajo por esta razón se tomó para todo el estrato el valor promedio de resistencia obtenido. Con respecto al IIB no se observaron variaciones espaciales que permitieran hacer alguna división por esta razón también se tomó el valor de resistencia promedio.

Tabla 5-1 Resultados de ensayos de compresión inconfinada

SONDEO PROFUNDIDAD (m)

UCS PARA

HORIZONTE IIA (MPa)

UCS PARA HORIZONTE

IIB (MPa)

P - 1 54,0 60,8

P - 1 54,0 109,4

P - 3 59,0 93,2

P - 4 37,0 62,7

P - 4 63,0 78,9

P - 5 49,0 106,3

P - 6 78,0 81,7

P - 6 72,0 83,0

P - 7 137,0 106,0

P - 7 147,0 97,5

P - 9 84,0 110,5

P - 9 52,0 108,2

P - 9 77,0 98,2

P - 34 56,0 94,8

P - 34 69,0 102,0

P - 34 127,0 101,4

P - 39 10,0 124,8

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SONDEO PROFUNDIDAD (m)

UCS PARA

HORIZONTE IIA (MPa)

UCS PARA HORIZONTE

IIB (MPa)

P - 39 50,0 121,3

P - 39 32,4 93,1

P - 41 19,6 74,0

P - 41 34,1 90,9

P - 18 38,4 72,7

P - 18 13,6 70,3

P - 18 45,4 96,4

P - 23 75,5 64,3

P - 23 101,0 75,8

P - 25 102,0 102,0

P - 25 59,5 68,3

P - 21 47,0 83,9

P - 21 68,2 73,5

P - 15 87,3 101,5

P - 16 45,4 84,1

P - 16 50,8 90,5

P - 16 67,6 126,9

P - 16 84 98,1

P - 16 100 89,1

P - 16 106,3 69,5

P - 16 131 108,3

P - 16 143 112,1

P - 17 30,2 81,6

P - 17 45 85,0

P - 17 50 93,1

P - 22 17,8 115,3

P - 22 31,6 73,2

P - 22 38,6 46,4

P - 22 44,5 69,8

P - 36 21,8 87,9

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SONDEO PROFUNDIDAD (m)

UCS PARA

HORIZONTE IIA (MPa)

UCS PARA HORIZONTE

IIB (MPa)

P - 36 29,6 100,0

P - 36 39 78,8

P - 44 52,5 51,8

P - 44 67 99,9

P - 44 114 83,4

PROMEDIO 72,16 93,58

MEDIANA 72,96 93,98

DESVIACIÓN 14,55 16,57

MÁXIMO 96,42 126,88

MÍNIMO 46,44 60,84

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Tabla 5-2 Ensayos de carga puntual diametral y resistencia a la flexión.

SONDEO PROFUNDIDAD ( m ) TIPO DE ENSAYO Is(50)

(MPa) UCS

(MPa) Resistencia

flexión (MPa)

P - 1 53,8 PUNTUAL DIAMETRAL 2,1 49,4 -

P - 1 42,9 PUNTUAL DIAMETRAL 1,7 40,3 -

P - 3 66,4 PUNTUAL DIAMETRAL 3,0 72,0 -

P - 3 69,2 PUNTUAL DIAMETRAL 0,6 14,4 -

P - 3 23,7 PUNTUAL DIAMETRAL 1,6 39,4 -

P - 3 70,9 PUNTUAL DIAMETRAL 1,5 35,5 -

P - 3 58,3 PUNTUAL DIAMETRAL 1,8 43,2 -

P - 3 47,1 PUNTUAL DIAMETRAL 2,8 67,2 -

P - 3 47,2 PUNTUAL DIAMETRAL 1,0 24,0 -

P - 3 58,3 PUNTUAL DIAMETRAL 2,4 57,6 -

P - 3 70,2 PUNTUAL AXIAL 3,4 74,9 -

P - 3 25,2 PUNTUAL AXIAL 4,9 108,4 -

P - 3 69,1 PUNTUAL AXIAL 1,5 32,5 -

P - 3 58,5 PUNTUAL AXIAL 5,7 124,9 -

P - 3 58,6 PUNTUAL AXIAL 3,4 74,2 -

P - 3 66,1 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 4,7

P - 4 62,2 PUNTUAL DIAMETRAL 4,8 115,2 -

P - 4 33,5 PUNTUAL DIAMETRAL 1,8 44,2 -

P - 4 35,4 PUNTUAL DIAMETRAL 2,2 51,8 -

P - 4 53,6 PUNTUAL DIAMETRAL 1,9 46,1 -

P - 4 39,2 PUNTUAL AXIAL 1,3 28,2 -

P - 5 71,7 PUNTUAL DIAMETRAL 2,4 57,6 -

P - 5 72,1 PUNTUAL DIAMETRAL 2,4 57,6 -

P - 6 75,3 PUNTUAL DIAMETRAL 2,1 49,9 -

P - 6 79,1 PUNTUAL DIAMETRAL 2,6 62,4 -

P - 6 75,0 PUNTUAL AXIAL 5,1 112,4 -

P - 7 38,1 PUNTUAL DIAMETRAL 4,4 105,6 -

P - 7 136,3 PUNTUAL AXIAL 4,4 97,6 -

P - 9 76,5 PUNTUAL DIAMETRAL 3,4 81,6 -

P - 9 76,6 PUNTUAL AXIAL 4,8 105,8 -

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SONDEO PROFUNDIDAD ( m ) TIPO DE ENSAYO Is(50)

(MPa) UCS

(MPa) Resistencia

flexión (MPa)

P - 9 76,6 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 8,5

P - 26 53,2 PUNTUAL DIAMETRAL 2,4 57,6 -

P - 26 80,2 PUNTUAL DIAMETRAL 3,2 76,8 -

P - 26 83,2 PUNTUAL DIAMETRAL 2,2 52,8 -

P - 34 32,5 PUNTUAL DIAMETRAL 1,6 37,4 -

P - 34 142,8 PUNTUAL DIAMETRAL 1,7 41,3 -

P - 34 143,9 PUNTUAL DIAMETRAL 2,8 67,2 -

P - 34 141,2 PUNTUAL DIAMETRAL 3,2 76,8 -

P - 34 122,4 PUNTUAL DIAMETRAL 1,5 35,5 -

P - 34 122,1 PUNTUAL AXIAL 5,7 125,1 -

P - 34 126,2 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 3,0

P - 34 55,8 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 22,0

P - 34 55,8 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 17,8

P - 34 145,6 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 8,8

P - 39 46,8 PUNTUAL DIAMETRAL 2,2 52,8 -

P - 39 47,5 PUNTUAL DIAMETRAL 1,8 42,2 -

P - 39 32,3 PUNTUAL DIAMETRAL 2,1 50,9 -

P - 39 31,5 PUNTUAL DIAMETRAL 1,9 45,1 -

P - 39 11,8 PUNTUAL DIAMETRAL 1,4 34,6 -

P - 39 46,7 PUNTUAL AXIAL 3,9 86,7 -

P - 39 47,9 PUNTUAL AXIAL 5,2 115,5 -

P - 39 122,1 PUNTUAL AXIAL 5,7 125,1 - P - 39 32,0 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 6,2 P - 39 49,0 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 11,2 P - 39 9,1 ENSAYO DE FLEXIÓN - - 11,6

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5.3 ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS

Los parámetros que caracterizan cada uno de los estratos y su variación dentro de ellos se definen con base en la estratigrafía y los ensayos laboratorio. Estos parámetros son Geological Strength Index GSI, resistencia a la compresión inconfinada, mi (factor que depende del tipo de roca) y módulo de elasticidad.

El GSI se estima con base en la tabla recomendada por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (International Society of Rock Mechanics ISRM) y teniendo en cuenta la propuesta de Kaiser et al, 2006, el cual determina el GSI usando el espaciamiento de las discontinuidades.

Se construyeron gráficas de la variación del Índice geológico de resistencia (Geological Strenght Index – GSI), el recobro y la designación de la calidad de la roca RQD (Rock Quality Designation) en profundidad y se insertaron en los perfiles geológicos de mayor importancia, para visalizar su variación en el espacio ( Figura 5-4y Figura 5-5).

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Figura 5-4 Índice Geológico de Resistencia

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Figura 5-5 Ilustración de variación en profundidad del GSI y porcentaje de recobro en el perfil

geológico, usado en el diseño geotécnico

La calidad del macizo se define acorde con los intervalos propuestos por Antonio Karzulovic (Notas 2006) y es la siguiente:

• Calidad muy buena: 80≤GSI≤100

• Calidad buena a muy buena: 60≤GSI≤80

• Calidad regular a buena: 35≤GSI≤60

• Calidad regular a mala: 20≤GSI≤35

• Calidad muy mala: 0≤GSI≤20

En la parte baja de la ladera el GSI alcanza valores altos más rápidamente que en la parte alta. Es así como para la parte baja se alcanzan valores de GSI por encima de 60 a profundidades de máximo 20 m y en la parte alta el GSI mayor de 60 aparece a lo sumo a los

REC%

GSI

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

SI-6

P-5

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60 m de profundidad. Las perforaciones ubicadas cerca de la zona afectada por las fallas Tocayo y Mellizo presenta un espesor mayor de la zona fracturada. Se observa también que dentro de los horizontes II A y II B se presentan bajones del GSI en espesores menores a los 3,0 m y en forma aleatoria.

Para la resistencia a la compresión se tomaron los siguientes mostrados en la Tabla 5-3.

Tabla 5-3 Resistencia a compresión simple en roca

PROFUNDIDAD (m)

UCS PARA

HORIZONTE IIA (MPa)

UCS PARA HORIZONTE

IIB (MPa)

PROMEDIO 72,16 93,58

MEDIANA 72,96 93,98

DESVIACIÓN 14,55 16,57

MÁXIMO 96,42 126,88

Para estimar el valor mi de la roca (dato de entrada del criterio de Hoek – Brown), se hace necesario contar con los resultados de los tres ensayos triaxiales y el valor máximo de compresión simple. Los resultados obtenidos de estos se ilustran en la Tabla 5-4.

Tabla 5-4 Esfuerzos principales de ensayos triaxia les en roca σ3(MPa) σ1(MPa)

0 89,0

0,6 106,3

1,0 124,3

2,0 125,1

2,4 137,2

2,5 145,3

5,0 164,8

10,0 199,4

1,2 92,4

4,0 133,2

Se grafican estos valores (Figura 5-6), identificando la tendencia de la curva, y se eliminan los valores atípicos que no siguen la tendencia de curva envolvente del criterio de Hoek – Brown.

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Figura 5-6 Envolvente de falla para la roca del pr oyecto por el criterio de Hoeck & Brown

Eliminando los dos últimos valores de la lista, se observa una buena tendencia de la curva y se toma como valor mi 28,43. Este valor se encuentra dentro del rango de valores típicos para el Gneis que está entre 28±5.

Los valores de módulos de deformación en roca intacta, son tomados de los ensayos realizados sobre los núcleos de roca tanto de compresión simple como triaxiales complementados con los valores de la literatura. En la Tabla 5-5 y la Tabla 5-6 se muestran los resultados obtenidos de los ensayos y los valores asignados a cada uno de los tipos de roca en que se divide el macizo.

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Tabla 5-5 Módulos de deformación provenientes de e nsayos de compresión simple

SONDEO PROFUNDIDAD ( m )

MÓDULO DE ELASTICIDAD

( MPa )

P - 1 54,0 10972,5

P - 1 54,0 21514,2

P - 3 59,0 21071,1

P - 4 37,0 11216,6

P - 4 63,0 14296,7

P - 5 49,0 16474,5

P - 6 78,0 14459,5

P - 6 72,0 22456,5

P - 7 137,0 14427,3

P - 7 147,0 17376,8

P - 9 84,0 18915,5

P - 9 52,0 18836,4

P - 9 77,0 43109,2

P - 34 56,0 14781,3

P - 34 69,0 17905,3

P - 34 127,0 19515,5

P - 39 10,0 43666,8

P - 39 50,0 37343,0

P - 39 32,4 17197,5

P - 41 19,6 21593,0

P - 41 34,1 8764,6

P - 18 38,4 9124,6

P - 18 13,6 7911,9

P - 18 45,4 21214,1

P - 23 75,5 10774,2

P - 23 101,0 21180,5

P - 25 102,0 42678,5

P - 25 59,5 8756,7

P - 21 47,0 21356,1

P - 21 68,2 10216,2

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SONDEO PROFUNDIDAD ( m )

MÓDULO DE ELASTICIDAD

( MPa )

P - 15 87,3 21785,5

P - 16 45,4 21858,3

P - 16 50,8 10587,5

P - 16 67,6 21202,5

P - 16 84 20973,1

P - 16 100 21011,1

P - 16 106,3 21011,1

P - 16 131 20984,0

P - 16 143 14213,0

P - 17 30,2 14501,3

P - 17 45 21880,6

P - 17 50 20713,9

P - 22 17,8 21665,9

P - 22 31,6 18640,8

P - 22 38,6 20057,3

P - 22 44,5 21908,6

P - 36 21,8 22050,6

P - 36 29,6 20982,6

P - 36 39 21671,5

P - 44 52,5 21535,1

P - 44 67 21428,8

P - 44 114 21141,3

PROMEDIO 19632,90

MEDIANA 20977,83

DESVIACIÓN 7823,62

MÁXIMO 43666,80

MÍNIMO 7911,91

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Tabla 5-6 Módulo de elasticidad de los ensayos tri axiales

ENSAYO PROFUNDIDAD (m)

MÓDULO DE DEFORMACIÓN

(MPa)

1518a 30,86 18990,36 1518b 61,73 19892,60 1518c 123,46 37089,27 1519a 77,16 19483,04 1519b 154,32 21 266,56 1519c 308,64 23 485,40 1520a 18,52 17 528,17 1520b 37,04 18 986,82 1520c 74,07 18 310,82

El valor máximo del módulo de deformación E, para roca intacta, se toma del instructivo del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos EM 1110 – 2 – 2901 del 30 de mayo de 1997, tabla 8 – 1. Con nombre (geotechnical parameters of some intac rock) after Lama and Vutukari 1978, el valor tomado para el módulo Ei es de 50 000 MPa. En la Tabla 5-7 Módulo de deformación para roca intacta, se muestra los valores de módulo de deformación para la roca intacta de cada uno de los estratos geomecánicos en que se divide la calidad de la roca.

Tabla 5-7 Módulo de deformación para roca intacta

Calidad de la roca Módulo de deformación roca intacta (MPa)

Muy buena calidad geotécnica 50 000

Buena calidad geotécnica 37 500

Regular calidad geotécnica 36 500

Mala calidad geotécnica 5 000

El módulo de la roca de muy buena calidad geotécnica, refleja las condiciones observadas en campo. Los de buena, regular y mala calidad geotécnica, son resultados obtenidos de los ensayos de compresión simple.

De los resultados de la exploración y ensayos se puede deducir lo siguiente:

Roca de buena calidad (sana y moderadamente fractur ada): Esta roca se asemeja al horizonte II B y no se subdividió debido a que las variaciones que se presentan en este estrato son aleatorias en espesores de menos de 3,0 m y no se observaron tendencias en las características y en la resistencia en el espacio. Se caracterizó por recuperaciones altas entre 95%<Rec<90%, diaclasas con oxido. Promedio de resistencia a la compresión inconfinada de 93 MPa, fue comparado con los resultados de carga puntual diametral y

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axial. Dichos resultados coinciden, principalmente, con la carga puntual axial (promedio de 90 MPa), pero son mucho mayores a los de carga puntual diametral, esto se explica por la foliación subhorizontal y sensiblemente paralela a la dirección de aplicación de la carga de la muestra recuperada (54 MPa). En consecuencia estos últimos ensayos no se tuvieron en cuenta para esta caracterización. Para los análisis se toma un σc de 90 MPa con una desviación estándar de 16 MPa. En general presenta un GSI mayor de 60.

Roca de regular calidad ( roca muy fracturada) : Esta roca se asemeja al horizonte II A con recuperaciones entre 50 y 90%. La resistencia para el horizonte IIA se toma como el promedio menos la desviación estándar (72-14=58) tomando un valor de 50 MPa., dada la alta variabilidad en la condición de la roca en este estrato. En general presenta un GSI entre 50 y 60.

Roca de baja calidad (roca desintegrada y suelo) : Esta corresponde a la zona de falla y al horizonte IC-IIA definido por Deere. Tiene recuperaciones bajas entre 10 y 50%. En general presenta un GSI menor a 50.

El módulo de elasticidad de la roca intacta se obtuvo a partir de ensayos de resistencia a la compresión simple y triaxiales. El valor promedio obtenido es de 40.000 MPa, este valor fue obtenido para núcleos de roca del horizonte de meteorización IIB y III, por lo tanto el macizo rocoso cuenta con un valor inferior que se determina con base en la resistencia intacta y la calidad del macizo (GSI).

Afectación por voladura (D); este parámetro mide la afectación que sufre el macizo por efecto de la voladura y varía entre 0 y 1. Se considera un valor de afectación de 0,7 sólo en los dos primeros metros del macizo adyacentes a la excavación, en el resto se toma como 0. El valor de afectación de dos metros está basado en las mediciones realizadas en túneles.

mi; este parámetro mide la pendiente de la curva de los esfuerzos principales menor y mayor y varía dependiendo del tipo de roca. Fue obtenido de ensayos triaxiales realizados sobre núcleos de roca intacta en los cuales se obtuvo un valor de 28, el cual coincide con los valores medios reportados en la literatura para rocas similares.

Los anteriores parámetros son usados para construir la envolvente de falla del macizo rocoso por medio de la metodología de Hoek & Brown.

5.4 EXCAVACIONES SUPERFICIALES

El diseño de taludes se realizó a partir del modelo geológico, geotécnico, caracterización del macizo rocoso y parámetros definidos para los diferentes materiales. El análisis consiste en superponer a la geología la variación espacial de propiedades geotécnicas.

El modelo geológico incluye la información que se cita a continuación:

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• Litología. Se refiere a las unidades de suelo y roca. En la roca se definen los horizontes de meteorización y las zonas afectadas por el alivio de esfuerzos.

• Estructura geológica. Se refiere a las estructuras mayores y menores. En las primeras se incluyen las denominadas Fallas Tocayo y Mellizos y las zonas foliadas. En las segundas se consideran las familias de diaclasas.

Con base en los parámetros geomecánicos que exhiban comportamientos similares se hace la sectorización del macizo rocoso, el cual se dividió en roca masiva y fracturada; muy fracturada y fracturada alterada; y muy fracturada, dentro de estos sectores se tienen caracterizaciones diferentes de acuerdo a las condiciones particulares de cada uno acorde con las perforaciones y los levantamientos de discontinuidades. Estas condiciones particulares se obtienen de lo siguiente:

• Calificación de los núcleos recuperados de las perforaciones utilizando el criterio de falla de Hoek y Brown, el sistema de clasificación RMR y/o el GSI;

• Calificación del macizo rocoso encontrado en las galerías exploratorias, utilizando el índice Q de Barton;

• La velocidad de onda medida en estudios de refracción sísmica,

• Cartografía geotécnica de superficie, y

• Resultados de ensayos de laboratorio y de campo,

5.4.1 Consideraciones para el diseño

Para realizar los análisis de estabilidad se define una metodología de trabajo y los criterios de diseño que se deben cumplir. En este caso la metodología tiene dos partes una consiste en definir la estabilidad con conjunto de materiales y la otra en evaluar la estabilidad de las cuñas de roca que se forman.

Para la primera se selecciona las secciones representativas de los cortes sobre las cuales se colocan los estratos de roca y suelo para asignarles a cada uno los parámetros de resistencia y deformabilidad respectivos y hacer el análisis de estabilidad para determinar el factor de seguridad del talud. En este análisis se tiene en cuenta el efecto del relajamiento o desconfinamiento sobre el macizo rocoso por proximidad a superficie. Este efecto se consideró en los portales de los túneles de desviación, en las plazoletas de captación y para operación de las compuertas de los túneles superiores de captación, y taludes del canal de aducción del vertedero. También se incluyen las grietas generadas en el macizo rocoso por el proceso de formación del cañón del río cauca. Estas grietas son sub paralelas a las paredes del cañón y se incluyen en los análisis aún si no se observaron en el sitio de obra.

La otra parte del análisis es la controlada por estructuras, geológicas que al interceptarse conforman cuñas potencialmente inestables con el corte del talud. Éste incluye el estudio de tendencias estructurales, la determinación de las cuñas que se forman, la definición de la

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resistencia al corte de las discontinuidades, la estimación del factor de seguridad de la cuña y el diseño del soporte para las cuñas inestables.

Para ambos tipos de análisis se definen las siguientes condiciones de trabajo y criterios de diseño:

Condiciones de trabajo consideradas

Se evalúa la estabilidad de los taludes para las siguientes condiciones:

• Solicitaciones estáticas.

• Solicitaciones seudoestáticas, según resultados de amenaza sísmica.

• Solicitaciones de equipos, vehículos, grúas, etc.

Los casos anteriores se evalúan para condiciones no drenadas y drenadas. El sistema de drenaje, mediante drenaje desde superficie o desde galerías de drenaje, es definido por confiabilidad en eficiencia y durabilidad.

Factor de seguridad

Los factores mínimos de seguridad adoptados para los diseños son los siguientes:

• Estático no drenado: 2,0

• Estático drenado: 1,5

• Dinámico, análisis seudoestático, no drenado: 1,5

• Dinámico, análisis seudoestático drenado: 1,0

Estos valores son diferentes para las condiciones temporales.

Límites de refuerzo para los diseños son:

Mínimo : El refuerzo resultante del estudio de modelos cinemáticos para taludes cuya estabilidad está controlada por bloques de roca, y de modelos de equilibrio límite para taludes cuya estabilidad dependa de la resistencia del macizo o de la matriz de suelo.

Máximo: El recomendado por los métodos empíricos y/o reglas empíricas y/o experiencias de otros proyectos en medios geotécnicos similares y/o criterio de asesores.

Además se considerará que en algunas obras no se acepta la caída de bloques de roca y en otras, como en el canal de aducción y talud del deflector en el vertedero por ejemplo, la falla del talud es inaceptable.

Elementos de soporte

Como elementos típicos de soporte se utiliza:

• Pernos de roca no tensionados, y/o

• Concreto lanzado reforzado fibra o malla, y/o.

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• Tensores donde eventualmente se considere conveniente.

Manejo de aguas superficiales

El manejo de aguas superficiales resultantes de lluvias se realizará por medio de rondas de coronación y las bermas intermedias en roca se utilizan cunetas para conducción de agua. Por tal razón se diseñan con pendiente hacia el interior del talud y longitudinalmente para evacuar el agua por fuera del área del talud.

5.4.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Como se explicó los análisis de estabilidad se realizan para dos condiciones una, cuando la estabilidad es controlada por el comportamiento geomecánico del macizo rocoso y otra, cuando es controlada por bloques de roca potencialmente inestables (inestabilidad cinemática).

5.4.2.1 Estabilidad del macizo rocoso

La estabilidad del macizo rocoso se refiere a la estabilidad controlada por la resistencia del suelo y la roca, se realiza para las secciones más críticas dentro de las obras principales, con base en: los perfiles geológicos y geotécnicos y los parámetros de la roca, se realizan los análisis de estabilidad con ayuda del software Slide V 5.0; el cual, usa la metodología de equilibrio límite para definir el factor de seguridad mínimo.

Se realizan análisis para las condiciones estáticas y dinámicas mencionadas. Para el método seudoestático se consideró el sismo de diseño de 1500 años.

Acorde con los análisis de caída de bloques realizados, las bermas de los cortes en general deben tener una pendiente del 5% hacia el interior del talud. Estas bermas en suelo deben tener protección para evitar la infiltración de aguas superficiales.

Las geometrías propuestas luego de realizar estos análisis se muestran en los planos respectivos.

Con base en los resultados de los análisis se den las siguientes recomendaciones para los taludes de corte:

• Portal de entrada desviación: Bancos verticales y bermas inclinadas hacia el interior del talud con pendiente de 5% en la zona más cercana a la superficie se debe terminar el corte con geometría 0,25H:1,0V ya que esta zona tiene menor calidad en la roca.

• Portal de salida desviación: En esta zona se construyeron diversos perfiles geológico-geotécnicos dada la variación de los estratos, como se muestra en el plano de geología y exploración. Se ubicó el portal de tal forma que el techo quedara en roca y además que se interfiriera lo menos posible con la excavación para el vertedero y el lleno de la presa. La mayor parte del corte del portal queda en el depósito aluviotorrencial para el cual se recomienda una geometría acorde a la resistencia que el material ha mostrado en los análisis.

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Dada la sensibilidad de dicho depósito ante el contacto superficial con el agua por su naturaleza predominantemente granular se debe proveer un recubrimiento sistemático de su superficie con algún producto estable en el tiempo que le proteja de la acción erosiva del agua, para este caso se seleccionó recubrimiento consistente en concreto lanzado reforzado con malla electrosoldada y barras de anclaje pasivas.

En la zona del portal del túnel interno donde aflora la roca se debe cortar vertical y retirar el estrato de roca IIA de forma que la superficie remanente esté conformada por roca IIB, esto se hace cortando sobre el contacto de la roca IIA y la roca IIB; finalmente el talud remanente en roca IIB se debe tratar conforme se indica en los planos.

• Taludes Captación: Los ocho portales de captación están divididos en dos grupos ubicados en dos plazoletas.

• Portales captación 1 al 4: En la plazoleta de pozos de compuertas se corta con bancos verticales y bermas, finalizando el corte con bancos inclinados y bermas hasta el chaflán, tratando sistemáticamente la superficie con concreto lanzado, barras de anclaje y drenes horizontales. La geometría descrita se puede ver en el plano D-PHI-051-CAP-PZ-C-040 la cual corresponde a la sección 040F/070, los remates de la excavación hacia los laterales debe tener una configuración más tendida y se debe implementar un tratamiento en concreto lanzado, barras de anclaje y drenes horizontales, según se especifica en los planos.

• Portales 4-8: La configuración es similar a la de los portales del 1 al 4. Se espera encontrar la roca meteorizada y fracturada con suelo entre discontinuidades en las zonas altas del corte, donde se deben tender los bancos y aplicar un tratamiento sistemático consistente en concreto lanzado, barras de anclaje y drenes horizontales, como se indica en el plano D-PHI-051-CAP-PZ-C-040 y en la sección 040B/050.

• Taludes Pozos de compuertas: En la plazoleta se comienza el corte con bancos verticales y bermas de 7,5 m hasta el estrato IIA en este punto se conforma una berma de 7,5 m y a partir de la cual se corta con una geometría inclinada hasta el estrato IC-IIA; en esta cota se construye una berma de 10 m y se remata el corte con una inclinación mayor. La berma podrá variar de acuerdo a los diseños detallados de la excavación y las condiciones encontradas durante construcción. Los detalles de los tratamientos y las zonas a tratar se muestran en el plano D-PHI-052-GAP-PZ-C-060 y en la sección 060B/070.

• Taludes vertedero: los cortes para el vertedero se recomiendan desde el canal hacia arriba de la siguiente forma; un primer banco vertical de 10 m de altura aproximada y berma de 10 m, a partir de dicha berma se continúa con bancos verticales de 15 m y bermas de 7,5 m hasta el estrato IIA a partir de allí se deben construir bancos de 15 m de altura con pendiente 0,4H:1,0V y bermas de 5,0 m y se debe colocar un tratamiento sistemático en concreto lanzado, barras de anclaje y drenes horizontales como se indica en el plano D-PHI-042-GEN-GE-C-040, la sección más crítica del vertedero se muestra como 050/A. Los metros superiores en suelo deberán conformarse con pendiente 1,0H:1,0V; en los extremos de la excavación se debe tender el banco vertical dada la cercanía del estrato superior meteorizado y se va reduciendo la berma para darle continuidad al drenaje.

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• Taludes pozo de impacto: Estos cortes se proyectan con bancos de 15 m y bermas de 7,5 m. El efecto de la socavación del agua en el pozo de impacto se busca reducirlo dejando un machón en roca aguas abajo del sitio de impacto, que puede ser máximo de 30 m de altura dada la estratigrafía de la zona.

En el pozo de impacto se ha detectado que es posible que haya una zona de menor calidad en la roca, lo cual podría general problemas con la estabilidad lateral en la base del talud de corte, por lo cual se recomienda lo siguiente:

- Se deben realizar inyecciones de consolidación hasta por lo menos 5 m de profundidad en las zonas fracturadas que queden en las paredes del pozo de impacto.

- Se debe reforzar sistemáticamente la cara del talud con pernos de roca y recubrir con concreto la cara del talud.

- Se debe retirar el material fracturado encontrado en el fondo del pozo con el fin de evitar se sea arrastrado y obstruya la descarga.

• Taludes descarga intermedia: en esta zona la geometría debe conformarse de la siguiente forma:

- Talud frontal encima del portal: se comienza el corte con bancos verticales y bermas en la parte alta de la excavación se debe terminar con bancos inclinados.

- Taludes laterales:

♦ Margen derecha: banco vertical hasta encontrar el horizonte IIA, berma de 7 m, seguido por un banco inclinado con bermas hasta terminar el corte 0,5H:1,0V.

♦ Margen izquierda: geometría inclinada (0,5H:1,0V).

Los tratamientos recomendados se indican en el plano D-PHI-043-EEN-EX-C-020

• Taludes acceso a galería de acceso a descarga inter media: esta galería comienza al nivel de la plazoleta del aluviotorrencial, los tratamientos para la superficie de corte se indican en el plano D-PHI-043-GDI-PL-C-010, y las geometrías de corte son las siguientes:

- Talud frontal encima del portal: geometría de corte 0,5H:1,0V.

- Taludes laterales: geometría de corte 0,75H:1,0V.

• Taludes acceso a galería de acceso a descarga de fo ndo: en la parte baja del depósito aluviotorrencial por lo que se decide preservar al máximo las condiciones actuales del depósito evitando cortes en la base del mismo, por lo anterior en este sitio se recomienda acceso mediante un portal falso.

• Taludes acceso a túnel vial: estos portales están ubicados en suelo y roca fracturada, por lo cual la geometría que cumple los criterios de diseño es conservadora. Los tratamientos se ilustran en los planos D-PHI-021-ACM-ECE-B-003 y PHI-021-ACM-ECE-B-004.

• Taludes de descarga: En esta zona se elaboraron diversos perfiles geológico-geotécnicos dada la alta variabilidad de la zona, como se muestra en el plano de geología y exploración,

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como resultado de los diversos análisis de estabilidad realizados en la zona y a partir de dichos perfiles se recomienda:

Retirar completamente el depósito aluviotorrencial que ubicado encima de los portales.

Conformar el depósito coluvial colgado que queda por encima de la roca IIA con una geometría 0,75H:1,0V

Cortar el estrato de roca IIA con una geometría 0,75H:1,0V.

Los corte remanentes en roca, que afloren en la medida en que se excava, deben ser conformados con bancos y bermas.

Los tratamientos se muestran en detalle en el plano D-PHI-074-ESA-PZ-C-060

Como recomendación general para las partes altas de los cortes se debe proteger el suelo de forma permanente contra la erosión por medio de los siguientes tratamientos:

Rondas de coronación sistemáticas siempre que la dirección de flujo se dirija hacia el talud.

Drenes horizontales para abatir subpresiones en la masa de suelo

Recubrimiento sistemático de la superficie del talud consistente en un tratamiento similar al recomendado para el depósito aluviotorrencial.

• Taludes plazoleta subestación: La plazoleta se ubica en la cota 475 msnm el corte hacia arriba se hace con un banco vertical hasta el estrato IIA donde se deja una berma y se termina con un corte inclinado y bermas. Este corte debe llevar tratamiento sistemático en concreto lanzado, malla electrosoldada y drenes horizontales.

• Plazoleta de acceso a casa de máquinas: la plazoleta se ubica en la cota 307 msnm a partir de la cual se corta un banco vertical hasta el estrato IIA, se deja una berma y se continua con bancos inclinados y bermas hasta el chaflán. Debe colocarse un tratamiento sistemático.

5.4.2.2 Taludes controlados por la estabilidad de l os bloques de roca

Se verifica la estabilidad de las cuñas que se presentan al cortar los taludes. Dentro de este grupo se encuentran los taludes cuya estabilidad es controlada por estructuras, geológicas que al interceptarse conforman cuñas potencialmente inestables. El análisis incluye lo siguiente:

• Estudio de tendencias estructurales

• Determinación de las cuñas que se forman

• Definición de la resistencia al corte de las discontinuidades

• Diseño del soporte para las cuñas inestables

A continuación se describe cada una de estas actividades:

• Estudio de tendencias estructurales

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Se identifican las tendencias estructurales con base en los levantamientos de las discontinuidades de los afloramientos de los macizos rocosos. La información recolectada en campo es registrada en los formatos que se presenta en el Anexo 4.1 (Mapeo estructural en roca). La información es procesada con ayuda del software DIPS 3.12, el cual permite visualizar dentro de una red estereográfica las tendencias estructurales o familias de discontinuidades, como se ilustra en el Anexo 8 (Memorias de cálculo).

Con base en la comparación de los estereogramas generados a partir de los datos de los levantamientos, se concluye que toda la zona se encuentra dentro de un mismo dominio estructural, como se muestra en la Figura 5-7. Los dominios de las galerías 2 y 3 se muestran en la Figura 5-9 los cuales son importantes debido a que fueron levantados en direcciones EW; esta situación hizo que la familia con tendencia 270°/60° fuera detectada con un mayor peso; dicha familia no tenía un peso significativo en los levantamientos que fueron realizados en dirección NS, dado que su dirección era paralela a la dirección de mapeo de datos.

También se nota en la Figura 5-8 las tendencias que se muestran los grupos de estaciones aledañas son similares a la tendencia de toda la zona del proyecto. Las familias dominantes en toda la zona se muestran en la Tabla 5-8.

Tabla 5-8 Tendencias dominantes en la zona del proyecto

Buzamiento Dirección del buzamiento

Variación de la dirección del buzamiento

Tipo de plano

60° 270° 240°-300° Diaclasa 85° 180° 174°-186° Diaclasa 80° 270° 265°-273° Diaclasa 15° 50° - Foliación y Diaclasa

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Figura 5-7 El dominio estructural general de la zona del proyecto

Figura 5-8 Dominio obtenido en los levantamientos en las zonas cercanas al vertedero estaciones

RM 16,17,18,19 y 29

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Figura 5-9 Tendencia estructural Galerías 2 y 3

• Identificación de mecanismos de falla

Se identifica el mecanismo posible de falla, el cual puede ser: cuña; formada por la intersección de las familias de diaclasas y la cara del talud; planar formada por la intersección de la cara del corte, la parte alta del talud y una familia de diaclasas cuya orientación es sub paralela (aproximadamente 20 grados) a la cara del talud; o volcamiento de bloques formados por familias de diaclasas paralelas a la cara del corte pero que buzan verticalmente o ligeramente hacia el interior del talud los cuales por su pequeño espaciamiento y características de discontinuidad se separan de la masa y voltean. Estos resultados se comparan con los mecanismos de falla observados durante los levantamientos de macizos rocosos, verificando de esta forma los resultados obtenidos del análisis. A manera de ilustración en la Foto 5-1 correspondiente al sector del portal de entrada de túneles de desviación, se observa el tipo de bloque.

Para que se presente la falla se deben dar las siguientes condiciones:

• Cara del talud paralela (dentro de 20°) a la disco ntinuidad.

• Inclinación del talud mayor que la inclinación de la discontinuidad.

• Inclinación de la discontinuidad mayor que el ángulo de fricción de la misma.

Dentro de las tendencias estructurales identificadas la única que muestra conformación de bloques potencialmente inestables es la familia que buza 60°detectada en el levantamiento de

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la galería 2 (60°/270°); dicha familia se ha detect ado que tiene una variación en orientación que puede estar entre 300° y 240°.

Foto 5-1 Talud con falla planar

En el tramo comprendido entre las dos fallas Tocayo y Mellizo presenta un dominio estructural diferente al del resto de las zonas del proyecto debido al efecto de los esfuerzos ocasionados por el movimiento de las fallas (Figura 5-10). Se realizó el análisis de estabilidad de bloques de roca para las obras involucradas entre las dos fallas y se concluye que con el refuerzo recomendado para el dominio estructural general del proyecto se logran estabilizar también las cuñas conformadas en este tramo.

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Figura 5-10 Dominio estructural entre las dos fallas Tocayo y Mellizo, de arriba hacia abajo contornos

de foliación y diaclasas

• Definición de la resistencia al corte de las discon tinuidades

Luego de evaluar la posibilidad del desarrollo de bloques de roca, se define la resistencia al corte de las discontinuidades por el método de Barton, Ecuación 1 (Gonzales de Vallejo,2004). Este método se basa en la consideración de parámetros de las discontinuidades, obtenidos a

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partir de la información de campo como el JCS (resistencia a la compresión inconfinada de las paredes de las discontinuidades) y el JRC (coeficiente de rugosidad de las discontinuidades de roca); los esfuerzos normales y cortantes que se estima actúan a lo largo de la discontinuidad. Con estos valores se define la envolvente de falla de la cual se obtienen los parámetros de resistencia C y φ.

Donde:

- son los esfuerzos normal y tangencial efectivo sobre el plano de discontinuidad

- es el ángulo de rozamiento residual - JRC es el coeficiente de rugosidad de la discontinuidad (joint roughness coefficient) - JCS es la resistencia a la compresión de las paredes de la discontinuidad (joint wall

compresion strength)

• Diseño del soporte

Para el diseño del soporte se usan los parámetros de resistencia del macizo y diferentes geometrías. Los análisis de estabilidad de las cuñas se realizan mediante ecuaciones cinemáticas (Ecuación 2), como la siguiente:

Donde:

- , Cohesión. - , Ángulo de fricción de la fractura - , Área de contacto del bloque. - , Peso del bloque. - , ángulo de inclinación de la fractura - , Fuerza que aporta el soporte. - , Presión hidrostática en la fractura. - , Inclinación del soporte respecto a la superficie del talud. - , Presión hidrostática en alguna eventual grieta de tracción.

La aceleración sísmica es similar a la usada para el análisis de estabilidad seudoestático con el software Slide V 5.0 0,17 g. Para la presión del agua se considera el abatimiento parcial de presiones en la diaclasa debido a la presencia de drenaje sistemático en toda la superficie de corte. Se colocan cargas concentradas en los sitios específicos donde se instalará una grúa con cuatro apoyos y con una carga de izado diferente para cada sitio correspondiendo con las condiciones de trabajo. La carga total se divide por 2 considerando que dos apoyos podrán estar alineados imponiendo dicha solicitación a un potencial bloque

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inestable, mientras que los otros dos se encuentran por fuera del bloque inestable. A continuación se describen las cargas estimadas para distintos sitios:

- Portal entrada desviación: Grúa: 600 kN, máxima carga esperada: 700 kN

La carga concentrada será: 650 kN.

- Vertedero: Grúa: 600 kN, máxima carga esperada: 430 kN.

La carga concentrada será: 260 kN

- Portales descarga: Grúa: 600 kN, máxima carga esperada: 230 kN

La carga concentrada será: 210 kN

El ancho del bloque en la berma está condicionado por el ancho de la misma, y por la persistencia y el buzamiento de la discontinuidad. Para la berma se consideraron dos casos:

Berma típica de los cortes que no está sometida a sobrecargas de operación de equipos. La persistencia típica según la información de los mapeos de discontinuidades está entre 3-10 m, para esta persistencia se diseño el soporte.

Berma en zonas sometidas a sobrecargas; Estas se ubican en zonas de operación de la grúa y movimiento de izado de stock blocks; en dichas zonas se proponen bermas más anchas. Se considera que la dimensión máxima del bloque no excede los 12 m en la berma, lo cual corresponde con una persistencia de 25 m de la discontinuidad.

El bloque típico analizado para cualquiera de los casos descritos se ilustra en la Figura 5-11.

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Figura 5-11 Bloque típico planar

Se analiza la discontinuidad con orientación 60°/27 0°, la cual conforma un bloque planar que es definido lateralmente por la familia subvertical EW.

En la dirección de buzamiento de esta discontinuidad se puede tener una variación de ±30° por lo cual dicha falla se puede conformar en diversos sitios de las obras principales. En la Tabla 5-9 se muestra en general los aspectos considerados en los análisis y los tipos de tratamientos obtenidos.

Tabla 5-9 Tratamiento definido para falla planar en taludes en roca

Sismo Presión de agua

Ancho bloque

(m)

Barra N°

Espaciamiento (m)

Inclinación (1)

Longitud (2)

0,17g Parcialmente abatida por

drenes 6-12 8 1-2 -5° 6-15

Abreviaturas:

(1) Inclinación respecto a la horizontal positiva hacia arriba y negativa hacia abajo

(2) Longitud requerida de anclajes

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Recomendaciones para el tratamiento de taludes

El tratamiento de taludes en roca depende directamente del grado de fracturamiento y de las características de las discontinuidades de la misma, las cuales inciden de forma directa en el comportamiento geomecánico del macizo y se expresa mediante el Índice Geológico de Resistencia (GSI).

De forma general, salvo algunas particularidades, los tratamientos de los taludes definidos se muestran en la Tabla 5-10

Tabla 5-10 Tratamiento general para taludes Identificación en campo Tratam iento

TALUDES EN SUELO Bloques de roca subangulares envueltos en matriz arenosa con gravas, compacidad media - alta

Tratamiento sistemático en concreto lanzado de 10 cm de espesor con drenes, malla electrosoldada y drenes horizontales de 10 m de longitud Geometría de corte variable

TALUDES EN TRANSICIÓN SUELO – ROCA Roca altamente fracturada, tamaño de bloque máximo de 0,3 m, envueltos en matriz arenosa con gravas, proporción matriz:bloques (30-60)-(70-40) aprox.

Tratamiento sistemático en concreto lanzado de 10 cm de espesor con drenes, malla electrosoldada y drenes horizontales de 10 m de longitud Geometría de corte variable

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TALUDES EN ROCA TIPO

ROCA CONDICIÓN IDENTIFICACIÓN EN CAMPO TRATAMIENTO

1 Masiva

Presencia de diaclasas con las siguientes características: -Orientación subparalela a la cara del talud dentro de + / - 20° -Buzamiento entre 50 y 70° desfavorable al corte -Persistencia mayor de 3 m

Tratamiento puntual con pernos de roca tipo BAL 8 de 6 m de longitud espaciados 2 m al tresbolillo y perforaciones de drenaje de 8 m de longitud espaciadas 4 m al tresbolillo

2

Moderada- mente Fracturada

Ver Figura GSI.

Tratamiento sistemático en concreto lanzado de 10 cm de espesor reforzado con malla electrosoldada y pernos de roca tipo BAL 8 de 6 m de longitud espaciados 2,5 m al tresbolillo y perforaciones de drenaje de 8 m de longitud espaciadas 4 m al tresbolillo

3

Altamente Fracturada

Ver Figura GSI.

Tratamiento sistemático en concreto lanzado de 10 cm de espesor con malla electrosoldada y pernos de roca tipo BAL 8 entre 6 m de longitud, espaciados 1,5 m al tresbolillo y perforaciones de drenaje de 8 m de longitud espaciadas 4 m al tresbolillo

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MASIVA-macizos masivos e inalterados formado porbloques con menos de tres sets de discontinuidadesmuy espaciadas.Espacimientos de juntas > 100cm

FRACTURADA - macizos masivos e inalteradosformados por tres sets de discontinuidades queforman bloques cúbicos.Espaciamiento de juntas 30-100 cm

MUY FRACTURADA - macizos parcialmentealterados con 4 sets de estructuras, o másEspaciamiento de juntas 3-10 cm

FRACTURADA - ALTERADA macizos plegados conbloques agulares formados por la intersección demuchas estructuras. Los planos de estratificación y/oesuistocidad son persistentes. Espaciamientos dejuntas < 3 cm

DESINTEGRADA - Macizo fuertemente fracturado,con una mezcla de bloques angulosos y redondeadospobremente trabados

FOLIADA/CIZALLADA - macizos con planos debiles(cizalla y/on esquistocdad), muy poco espaciadosentre si y que no definen bloques.Espaciamientos de juntas < 1cm

|

|

|

ESTRUCTURA

DISCONTINUIDADES

GSI

Soporte tipo 1 (Roca masiva)

Soporte tipo 2 (Roca moderadamente fracturada)

Soporte tipo3 (Roca muy fracturada)|

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Observaciones generales:

• Los detalles de refuerzo y protección de los taludes se muestra en los planos.

• La longitud de los pernos podrá ser de 9 ó 12 m según las condiciones encontradas en campo.

• La pendiente transversal de las bermas será del 5% hacia el interior del talud

• La pendiente longitudinal de las bermas será definida con base en criterios hidráulicos

• En las zonas en las que no se requiera tratamiento sistemático se deben proveer dos filas de perforaciones de drenaje de φ=38mm, 10 m de longitud y espaciadas 5 m al tresbolillo

• Las perforaciones de drenaje siempre deben 2 m más largas que los pernos.

• El drenaje superficial recomendado en los planos hidráulicos, debe implementarse previo al comienzo de los trabajos de excavación del vertedero.

• La malla para el concreto lanzado debe ser fijada al macizo mediante barras Nº6 espaciadas 2 m al tresbolillo.

5.5 EXCAVACIONES DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS

El diseño de túneles y cavernas se realiza a partir del modelo geológico y geotécnico desarrollado para las obras. El modelo consiste en la definición espacial de la geología y las propiedades geotécnicas asociadas a esta geología, como se describe a continuación.

• Geología

En este modelo se incluye la información que se cita a continuación:

- Litología. Se refiere a las unidades de suelo y roca. En la roca se definen los horizontes de meteorización y las zonas afectadas por el alivio de esfuerzos.

- Estructura geológica. Se refiere a las estructuras mayores y menores. En las primeras se incluyen las denominadas Fallas Tocayo y Mellizo y las zonas foliadas. En las segundas se consideran las familias de diaclasas.

Las limitaciones del modelo serán claramente establecidas durante todo el desarrollo del trabajo en la medida en que se incorpore la información generada por la exploración de campo.

• Geotecnia

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Se refiere a la asignación de parámetros geomecánicos y de deformación de los geomateriales y estructuras geológicas. Estos parámetros se generan a partir de:

- Calificación de los núcleos de perforación utilizando el criterio de falla de Hoek y Brown y el sistema de clasificación GSI.

- Calificación del macizo rocoso encontrado en las galerías exploratorias, utilizando el índice Q de Barton;

- La velocidad de onda medida en estudios de refracción sísmica,

- Cartografía geotécnica de superficie, y

- Resultados de ensayos de laboratorio y de campo,

Una vez calificados los horizontes de suelo y el macizo rocoso se procede con su sectorización. Es decir, se estiman los tramos con que presentan parámetros geomecánicos y comportamientos similares.

La evaluación de la estabilidad de las excavaciones subterráneas y el diseño del refuerzo (intensidad del tratamiento) necesario para garantizar su estabilidad es realizado mediante las siguientes metodologías:

• Estudio de la estabilidad de bloques de rocas generados por la intersección de discontinuidades y la superficie de la excavación.

• Métodos empíricos. Se utilizan como metodologías de evaluación preliminar de la aptitud de la roca para alojar una excavación subterránea y estimar la cantidad de refuerzo que se requiere para garantizar la estabilidad. Con el fin de evaluar los resultados obtenidos de su aplicación, el método utilizado en el proyecto es el sistema NGI (Índice Q).

• Modelamiento matemático 2D mediante técnicas de elementos finitos, elementos de frontera o similares. Se utilizó al menos uno de los siguientes programas: Rocsupport, Phase2 y Plaxis.

• Modelamiento matemático 3D del complejo de obras de generación. Usando los métodos de elementos finitos y/o elementos de frontera, para ello, se utilizan los paquetes comerciales EXAMINE 3D y MIDAS GTS.

Los parámetros para el análisis fueron definidos en el numeral 5.3. Como modelo del comportamiento del material se utiliza el criterio de falla de Hoek y Brown, versión 2002. Para considerar el impacto de la excavación sobre la roca remanente se utiliza un valor de D = 0,7, aunque las especificaciones definan voladura controlada. Durante construcción y de acuerdo con la calidad de la voladura controlada se procede a introducir las variantes que se consideren necesarias.

Para las discontinuidades se utiliza la metodología de Barton (Gonzales de Vallejo, 2004).

5.5.1.1 Tipos de roca a analizar

Túneles. Se consideran los siguientes tipos de roca:

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• Roca sana, Roca sana, masiva, dura, donde se puede avanzar sin soporte en el frente. Las discontinuidades pueden ser desde planas rugosas hasta onduladas rugosas. Las paredes de las discontinuidades carecen en su gran mayoría de relleno y pueden presentar pátinas. La excavación puede estar seca, presentar pequeños flujos de menos de 5 l/min ó infiltraciones altas a través de facturas que no afectan la estabilidad de la excavación. Dependiendo de la sección posee valores de Q mayores o iguales a 10.

• Roca moderadamente fracturada. Excavación en roca fracturada o muy fracturada, corresponde a un macizo rocoso masivo e inalterado o parcialmente alterado. Se pueden presentar varias familias de diaclasas. Las discontinuidades pueden ser desde planas rugosas a onduladas lisas. Las paredes de las discontinuidades carecen en su gran mayoría de relleno y pueden presentar pátinas localizadas. La excavación puede presentar flujo medio o a presión sin que se presenten desprendimientos que afecten la estabilidad de la excavación. El parámetro Q poseerá valores entre 2 y 10.

• Roca fracturada. Roca fracturada alterada o desintegrada, corresponde a un macizo plegado con bloques angulares y algunos redondeados, formados por la intersección de estructuras. Debe tener un techo de roca entre dos y cinco diámetros. Las discontinuidades pueden ser desde onduladas lisas hasta planas rugosas. Las paredes de las discontinuidades están ligeramente alteradas y se pueden presentar rellenos arenosos ó roca desintegrada. La excavación puede presentar flujo medio ó a presión que genere desprendimientos. Los valores del parámetro Q oscilarán entre 0,10 y 2.

• Roca altamente fracturada y suelo. Excavación en suelo y/o roca altamente fracturada y desintegrada. En el caso de roca altamente fracturada, cuando la calidad del macizo rocoso presente un RQD aproximadamente menor a 50%. Pueden presentarse bloques de roca de tamaño variable en el rango de centímetros a decímetros con rellenos de suelo de espesor similar. La excavación presenta un flujo alto ó a presión. La excavación debe realizarse en etapas y en avances cortos para no comprometer la estabilidad. El parámetro Q poseerá valores menore o iguales a 0,10.

Cavernas. Se considerarán consideran los siguientes tipos de terreno:

• Roca sana, Roca sana, masiva, dura, donde se puede avanzar sin soporte en el frente. Las discontinuidades pueden ser desde planas rugosas hasta onduladas rugosas. Las paredes de las discontinuidades carecen en su gran mayoría de relleno y pueden presentar pátinas. La excavación puede estar seca, presentar pequeños flujos de menos de 5 l/min ó infiltraciones altas a través de facturas que no afectan la estabilidad de la excavación. Dependiendo de la sección posee valores de Q mayores o iguales a 20.

• Roca moderadamente fracturada. Excavación en roca fracturada o muy fracturada, corresponde a un macizo rocoso masivo e inalterado o parcialmente alterado. Se pueden presentar varias familias de diaclasas. Las discontinuidades pueden ser desde planas rugosas a onduladas lisas. Las paredes de las discontinuidades carecen en su gran mayoría de relleno y pueden presentar pátinas localizadas. La excavación puede presentar flujo

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medio o a presión sin que se presenten desprendimientos que afecten la estabilidad de la excavación. El parámetro Q poseerá valores entre 5 y 20.

• Roca fracturada. Roca fracturada alterada o desintegrada, corresponde a un macizo plegado con bloques angulares y algunos redondeados, formados por la intersección de estructuras. Debe tener un techo de roca entre dos y cinco diámetros. Las discontinuidades pueden ser desde onduladas lisas hasta planas rugosas. Las paredes de las discontinuidades están ligeramente alteradas y se pueden presentar rellenos arenosos ó roca desintegrada. La excavación puede presentar flujo medio ó a presión que genere desprendimientos. Los valores del parámetro Q oscilarán entre 0,50 y 5.

• Roca altamente fracturada y suelo. Excavación en suelo y/o roca altamente fracturada y desintegrada. En el caso de roca altamente fracturada, cuando la calidad del macizo rocoso presente un RQD aproximadamente menor a 50%. Pueden presentarse bloques de roca de tamaño variable en el rango de centímetros a decímetros con rellenos de suelo de espesor similar. La excavación presenta un flujo alto ó a presión. La excavación debe realizarse en etapas y en avances cortos para no comprometer la estabilidad. El parámetro Q poseerá valores menores o iguales a 0,50.

5.5.1.2 Intensidad y dimensionamiento del tratamien to

El tratamiento o refuerzo del macizo rocoso tiene los siguientes límites:

Mínimo: El resultante del modelamiento matemático.

Máximo: El recomendado por los métodos empíricos y/o experiencias de otros proyectos en medios geotécnicos similares y/o criterio asesores.

5.5.1.3 Elementos de soporte

Como elementos típicos de soporte se utilizan:

En Túneles:

- Pernos de roca tensionados o no tensionados, y/o

- Concreto lanzado reforzado con fibra de acero en túneles con acceso sin mayores consecuencias para el proyecto durante operación y/o túneles de pequeña sección y/o túneles revestidos; en otros túneles se utilizará concreto lanzado reforzado con malla electrosoldada; y/o

- Perfiles metálicos con enfilaje.

- Enfilajes

En Cavernas:

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- Pernos de roca tensionados entre el 70 y el 80% de su capacidad en techo y zonas eventualmente sometidas a tensión; pernos de roca no tensionados en otras partes, y

- Concreto lanzado reforzado con malla electrosoldada en techo y paredes, y

- Tensores donde eventualmente se considere conveniente.

5.5.1.4 Drenaje

En la parte externa del conjunto de cavernas se implementará un sistema de drenaje con perforaciones hasta por lo menos dos metros al interior del extremo final del refuerzo instalado. Este drenaje no se implementará en el pilar entre casa de máquinas y almenara.

5.5.2 Criterios para revestimiento de túneles y poz os

Los criterios de diseño se ajustan a las siguientes tipologías de túneles y pozos:

• Túneles y pozos húmedos: Aquellos encargados de conducir aguas en condiciones de flujo a presión y en lámina libre, así mismo, aquellos sujetos a condiciones excesivas de infiltración.

• Túneles y pozos secos: Aquellos no incluidos en la categoría anterior. los cuales tienen como función los procesos constructivos, de operación y mantenimiento de equipos.

Las recomendaciones mencionadas aplican para túneles secos salvo que se indique lo contrario para túneles húmedos.

Para asegurar la estabilidad del revestimiento se diseñan elementos que cumplan con los siguientes factores:

- Control del tamaño y distribución de grietas.

- Control de la infiltración y las posibles pérdidas de agua en los túneles y pozos a presión, evitando descargas por el revestimiento y las juntas de construcción, así como posibles inestabilidades por el flujo del agua,

- Durabilidad,

- Resistencia,

- Economía,

- Facilidad Constructiva, [CORNELIS, 2002 - HUANG, 2008]

Adicionalmente para el diseño de los revestimientos de túneles y pozos húmedos se cumplirá: cumple con:

- Resistencia a la erosión hidráulica.

- Condiciones Hidráulicas favorables.

- Conservación de la calidad del agua.

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El proceso de análisis y diseño de las obras correspondientes se determina por las características geométricas, hidráulicas, geotécnicas, de operación, de capacidad vial y de construcción:

• Parámetros geométricos

Secciones transversales y transiciones, según análisis hidráulico (para el caso de túneles húmedos), condiciones de operación, de capacidad vial y de construcción, para túneles viales.

Para concreto lanzado se utilizará como espesor mínimo 5 cm para concreto reforzado con fibras y 10 cm para concreto reforzado con malla electrosoldada.

5.5.2.1 Parámetros geotécnicos

Los parámetros geotécnicos se establecen para cada uno de los sectores en que se divide el túnel. Los parámetros de comportamiento mecánico del macizo rocoso tales como Módulos de elasticidad y coeficientes de reacción, se evalúan utilizando la metodología de Hoek y Carranza-Torres y la caracterización del Macizo Rocoso según la metodología del Q de Barton y del GSI de Hoek & Brown. Se determinan las presiones de estabilización de los túneles para una convergencia mayor al valor máximo permitido en condiciones posteriores a la instalación del soporte de construcción.

Mediante un análisis del entorno se identifica la influencia de sobrecargas, las argas geostáticas, hidrostáticas y/o hidrodinámicas y la influencia de estructuras adyacentes.

Con los parámetros mencionados, se analizan las siguientes condiciones de carga:

- Cargas muertas: Peso propio del recubrimiento y demás elementos permanentes en las etapas de construcción y operación.

- Cargas geostáticas: Empujes, reacciones y demás acciones generadas por las masas de roca o suelo sobre las secciones a evaluar determinados a partir de la clasificación del macizo rocoso mediante el criterio de Barton; la convergencia de diseño se determina utilizando el software RocSupport, los empujes se obtienen mediante el software Phase2.

- Cargas hidrostáticas y/o hidrodinámicas: Para el diseño de túneles húmedos se determinan las presiones internas de operación, presiones debidas a fenómenos transitorios (golpe de ariete); para ambos tipos de túneles se obtienen las presiones externas debidas a flujos hidráulicos en el suelo y la roca. La presión de poros se determina mediante el programa Phase2.

- Cargas Sísmicas: Espectros de diseño, velocidades y aceleraciones, sísmo básico de operación y sísmo máximo de diseño.

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5.5.2.2 Análisis y diseño

Con la información obtenida y la evaluación de las acciones externas e internas sobre cada sección a diseñar, se realiza inicialmente un predimensionamiento del revestimiento definitivo a utilizar mediante la metodología de la Asociación Internacional de Túneles ITA [ITA, 2000].

Los espesores de revestimiento obtenidos son tomados como parámetros iniciales en el cálculo del modelo, utilizando como herramienta de análisis el Método de Elementos Finitos y diseñando mediante la metodología de Coeficientes de Resistencia y Carga (LRFD) para las siguientes combinaciones de carga: [USACE, 1997 – USACE, 2003].

Tabla 5-11 Combinaciones de carga CONDICION DE CARGA COMBINACIÓN TIPOLOGÍA

Túnel vacío 1.3D+1.4R Seco/Húmedo

Túnel vacío con infiltración 1.1D+1.4R+1.4He Seco

Túnel lleno en operación 1.3D+1.4R+1.4H0 Húmedo

Túnel lleno bajo efecto transitorio 1.1D+1.2R+1.1Ht Húmedo

Túnel lleno en operación con infiltración 1.1D+1.4R+1.4(H0-He) Seco/Húmedo

Túnel en operación bajo cargas vivas 1.1D+1.2R+1.4Ho+1.4L Seco/Húmedo

Túnel en operación bajo efecto sísmico 1.1D+1.2R+1.4Ho+1.0Q Seco/Húmedo

Donde:

• D: Carga muerta.

• L: Carga viva

• R: Cargas debidas a suelo y roca.

• H0: Carga hidráulica interna de operación.

• He: Carga hidráulica externa, presión de poros y subpresión.

• Ht: Carga hidráulica interna debida a fenómenos transitorios.

• Q: Cargas debida a efectos sísmicos.

Como metodología de análisis se utiliza el Método de Reducción de Esfuerzos (Método β), el cual tiene en cuenta el efecto del avance de la construcción del túnel [MÔLLER, 2006] mediante las curvas de reacción del Macizo y el Perfil de Deformación Longitudinal del túnel.

Se realizan análisis estáticos y dinámicos utilizando espectros de respuesta [USACE 1999, USACE, 1995] para el caso de carga sísmica, en caso de que sea necesario, mediante modelo bidimensional para cada una de las condiciones de carga, dichas respuestas se comparan con las encontradas mediante el método de Wang para medios homogéneos. [WANG, 1993 - ,HASHASH, 2001].

El diseño de los elementos se realiza empleando los procedimientos indicados en el ACI-318 [ACI, 2004] como elementos sujetos a flexo-compresión con ancho aferente de 1,0 m y espesor

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igual al del revestimiento. Se tiene en cuenta que los factores de resistencia de los materiales no son modificados dada la congruencia de los mismos con los factores de carga según el EM-1110-2-2104 [USACE, 2003], exceptuando el incremento en las cargas últimas de 1,7.

Se seleccionan resistencias a la compresión del concreto f’c entre 27,5 MPa y 34,3 MPa Los recubrimientos del acero de refuerzo en caso de requerirse serán de 7,5 cm para contacto con suelo y roca, de 10 cm para contacto con agua y de 15 cm para elementos sujetos a desgaste y cavitación (para túneles húmedos).

5.5.2.3 Parámetros de verificación

Para garantizar la estabilidad de los elementos de revestimiento, se verifica la generación de grietas y la posibilidad de infiltración utilizando el criterio de Schleiss, restringiendo el tamaño de las grietas a 0,2 mm [SCHLEISS, 1997], acorde a lo indicado en el ACI-224R [ACI, 2001].

Valor final de convergencia de la sección, éste valor debe ser menor a 1% con el fin de evitar inconvenientes en el proceso constructivo [ITA, 2000].

5.5.3 Sistema de clasificación del macizo rocoso en excavaciones subterráneas

La clasificación por tipos de soporte en que se excaven los túneles se debe realizar con base en la evaluación del índice de calidad del macizo rocoso “Q”. La valoración en campo de este parámetro debe ser realizada por un geólogo familiarizado con ellos.

5.5.4 Definición de tipos de soporte en túneles.

El diseño geotécnico de los túneles considera cuatro tipos de soporte, como se describe a continuación.

5.5.4.1 Tipo I

Se define Tipo I como el soporte que es necesario aplicar, donde la resistencia a la compresión inconfinada de la roca es media o mayor (mayor de 50 MPa), el macizo es masivo o ligeramente fracturado a masivo, donde se puede avanzar sin necesidad de colocar soporte en el frente de la excavación. En este tipo de roca las infiltraciones no tienen consecuencia aunque se presenten con presión de media a alta y concentradas a lo largo de las fracturas de la roca, sin que produzca ningún tipo de inestabilidad. Eventualmente y por razones de seguridad después de realizar el desabombe de la superficie generada por la excavación puede requerirse la aplicación esporádica de concreto lanzado reforzado o no, y la instalación de pernos de roca. Aunque dadas las características de la roca Tipo I la excavación puede realizarse a sección completa, es decir, en una etapa, y en avances de varios metros, en los túneles de mayor tamaño la excavación puede realizarse por etapas a consideración del constructor y/o donde el diseño así lo especifique.

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5.5.4.2 Tipo II

Se define Tipo II como el soporte necesario para garantizar estabilidad de macizos donde la resistencia a la compresión inconfinada de la roca es media o mayor (mayor de 50 MPa), el macizo se encuentra fracturado en el techo y ligeramente fracturada en paredes, se puede avanzar sin necesidad de colocar soporte en el frente de la excavación. En este tipo de terreno las infiltraciones pueden presentarse con presión de media a alta, concentradas a lo largo de las fracturas de la roca alcanzando a producir ocasionalmente inestabilidades locales. En este tipo de terreno se requiere tratamiento sistemático con pernos de roca y concreto lanzado reforzado en el techo y con concreto lanzado reforzado en las paredes y eventualmente algunos pernos. Aunque dadas las características de la roca Tipo II en túneles con diámetros del orden de 8 a 9 metros y menores la excavación puede realizarse a sección completa, su construcción puede realizarse en dos etapas. En los túneles de mayor tamaño la excavación debe ser realizada en dos o mas etapas a consideración del constructor y/o donde el diseño así lo especifique. Los avances en este tipo de terreno estarán limitados a longitudes máximas de 3 m.

5.5.4.3 Tipo III

Se define Tipo III como el soporte necesario para garantizar la estabilidad de macizos donde la resistencia a la compresión inconfinada de la roca es media baja o mayor (mayor de 25 MPa), y el macizo se encuentra fracturado y alterado en el techo y paredes, se puede avanzar sin necesidad de colocar soporte en el frente de la excavación. En este tipo de terreno las infiltraciones pueden producir problemas de estabilidad debido al grado de fracturamiento de la roca. En este tipo de roca requiere tratamiento sistemático con pernos de roca y concreto lanzado reforzado en el techo y paredes. Dadas las características de la roca Tipo III en túneles con diámetros del orden de 8 a 9 metros y menores la excavación puede realizarse a sección completa, no obstante lo anterior se puede decidir construirse en dos etapas con túnel piloto. En los túneles de mayor tamaño la excavación debe ser realizada en dos o más etapas a consideración del constructor y/o donde el diseño así lo especifique.

5.5.4.4 Tipo IV

Se define soporte Tipo IV como el soporte necesario para garantizar la estabilidad de macizos cuyo material está compuesto por suelo o roca altamente fracturada.. La resistencia a la compresión inconfinada de la roca es baja. El macizo se encuentra altamente fracturado y eventualmente con presencia de suelo en las fracturas, sectores en suelo con longitudes mayores a 5 m en suelo o zonas de portales localizadas en suelo o donde el techo de roca sea delgado y este cargado con suelo, el avance del túnel puede requerir colocar soporte en el frente de la excavación. En este tipo de terreno las infiltraciones pueden generar problemas de estabilidad. El tratamiento de la excavación es sistemático con perfiles de acero, pernos de roca y concreto lanzado en el techo y paredes. La longitud de los avances en este tipo de terreno no debe exceder un metro máximo. Dadas las características de la roca Tipo IV la excavación debe ser realizada en etapas, excepto en aquellos túneles donde por su pequeño diámetro se demuestre que no es necesario.

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5.5.5 Resultados del diseño

En los siguientes numerales se hace una breve descripción de las obras, la descripción detallada se puede ver en el manual de características de cada sitio en particular. Dadas las características geológico-geotécnicas particulares de la casa de máquinas y almenaras, se hace una descripción más detallada.

Los soportes y tratamientos para todas la estructuras se recomiendan con base a los tipos de soporte que se describen en el numeral 0. y se pueden observar en los respectivos planos.

• Sistema de desviación del río

Los túneles son de 830 m y 1000 m de longitud aproximada. Los dos túneles con sección hidráulica de 14 m de ancho, hastiales verticales de 7m de altura y bóveda de 7 m de radio. La cota de piso a la entrada y salida de los túneles se tiene prevista a 219 y 215 msnm, respectivamente.

Tabla 5-12 Soporte sistema de desviación

Túnel de Desviación (Sección 7x14)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65)

II 2<Q<10 (56<GSI<65)

III Q<2 (GSI<50)

Túnel de Desviación (Sección 14x14) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>30 (GSI>75) II 4<Q<30 (56<GSI<75) III Q<4 (GSI<56)

En zonas de presencia de depósito aluviotorrencial se utilizará para el tipo de soporte

el rango indicado en la Tabla 5-13.

Tabla 5-13 Soporte depósitos aluviotorrenciales

Depósito Aluvio -Torrencial (Sección 14x14)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65) II 2,5<Q<10 (52<GSI<65) III Q<2 (GSI<52)

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• Sistema de descarga intermedia

El túnel para la descarga intermedia es de 8m de ancho, hastíales verticales de 4m de altura y bóveda semicircular de 4m de radio, con una longitud de 783m, aproximadamente. En un punto intermedio, en abscisa alineada con la corona de la presa, se dispone de un domo o cámara de compuertas, para el control y cierre del flujo por el túnel.

Las galerías de acceso al túnel de descarga interme dia y a descarga de fondo son de 5,2 m de ancho y de 5,3 m de alto y bóveda semicircular.

Tabla 5-14 Soporte sistema de descarga intermedia

Túnel de Descarga Intermedia (Sección 8x8)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>69) II 2<Q<17 (50<GSI<69) III Q<2 (GSI<50)

Galería de Acceso al Túnel de Descarga Intermedia (Sección

5x6,75) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>10 (GSI>65) II 2,5<Q<10 (52<GSI<65) III Q<2,5 (GSI<52)

Galería de Acceso al Túnel de Descarga de Fondo (Sección 5x6,75) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>10 (GSI>65) II 2,5<Q<10 (52<GSI<65) III Q<2,5 (GSI<52)

• Sistema de conducción y descarga

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Los túneles de carga están dispuestos en dos grupos de modo que de cada uno de los bloques de estructuras de captación parten cuatro conducciones: las Nos 1 a 4 se localizan al norte, más cerca del vertedero, y las Nos 5 a 8 al sur de las anteriores.

El túnel de conducción superior posee una pendiente descendente del 10%, empalma con el pozo de presión vertical y continúa finalmente en el túnel inferior, que es blindado y horizontal hasta llegar a la casa de máquinas. En la plazoleta de pozos de compuertas, se localizan los respectivos pozos que albergan las compuertas que permiten el cierre de la conducción.

El sistema consiste en ocho pozos con compuertas que operan bajo presiones equilibradas, una para cada túnel de carga, localizadas en los túneles de conducción superior cerca a las captaciones. Cada compuerta se instala en un pozo vertical y es manejada por un pórtico grúa que opera dentro de una galería a la cual se accede mediante un túnel corto

La galería está, dispuesta en dirección norte – sur, paralela al eje común de las estructuras de captación.

Los pozos de compuertas son verticales; serán revestidos en concreto reforzado Están provistos de un tabique central en toda su profundidad para separar el compartimiento de la compuerta del conducto de aireación, dispuesto aguas abajo, para la entrada de aire durante el vaciado de la conducción después de cerrada la compuerta, o para su evacuación durante el llenado.

Tabla 5-15 Soporte sistemas de conducción

Túnel de Conducción Superior (Sección 8x8)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>17 (GSI>69) II 2<Q<17 (50<GSI<69) III Q<2 (GSI<50)

Pozo de Compuertas de la Conducción Superior (Sección φ φ φ φ 8)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65) II 2<Q<10 (50<GSI<65) III Q<2 (GSI<50)

Galería de Acceso al Pozo de Compuertas de la Conducción Superior (Sección 10,5x10,5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>30 (GSI>75)

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Galería de Acceso al Pozo de Compuertas de la Conducción Superior (Sección 10,5x10,5)

Soporte Tipo Q (GSI) II 4<Q<30 (56<GSI<75) III Q<4 (GSI<56)

Pozo Presión (Sección φφφφ 8) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>17 (GSI>69) II 2<Q<17 (50<GSI<69) III Q<2 (GSI<50)

Túnel de Conducción Inferior (Sección 8x8)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>17 (GSI>69) II 2<Q<17 (50<GSI<69) III Q<2 (GSI<50)

Túnel de Descarga ( Sección 12,8x12,8)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>25 (GSI>73) II 3,5<Q<25 (55<GSI<73) III Q<3,5 (GSI<55)

• Obras de casa de máquinas

Diseño geotécnico de las cavernas de las obras de generación.

Localización. La localización del complejo de generación (caverna de transformadores, casa de máquinas y almenara) a nivel macro, es decir, del esquema del proyecto, fue definido sobre la margen derecha con el fin de aprovechar las ventajas topográficas y de la forma del cauce del río. La localización final en el estribo derecho fue definida con la pretensión de minimizar el potencial impacto de las principales estructuras geológicas que se han identificado en el sitio las fallas Mellizo Tocayo. Estas estructuras se consideraron como de mayor trascendencia y

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significado para el comportamiento del macizo rocoso, y son de extensión limitada como se explicó en la sección de geología..

Orientación. En esta etapa de los diseños y con base en el conocimiento que se tiene del macizo en el cual se localizan, se ha escogido la orientación norte sur para los ejes longitudinales de las cavernas por las siguientes razones geotécnicas, además de las hidráulicas y de la conveniencia de contar con conducciones iguales para todas las unidades, ya expuestas:

Disponer las cavernas con sus ejes perpendiculares a las estructuras geológicas más importantes reduce la posibilidad de conformación de cuñas de roca de gran tamaño, potencialmente inestables. Se considera que las estructuras geológicas más importantes en la zona son las denominadas fallas Mellizo y Tocayo, las cuales son aproximadamente perpendiculares al eje de las cavernas.

Las zonas de foliación que pueden encontrarse paralelas al eje de las cavernas son de extensión limitada y por lo tanto de poca trascendencia.

Los esfuerzos principales in situ posiblemente se encuentran actuando alineados con un plano aproximadamente perpendicular al eje de las cavernas. Esta consideración se hace teniendo en cuenta el alivio de esfuerzos causado por la rápida incisión del cauce, lo cual hace que el esfuerzo principal menor se oriente perpendicular a la cara del talud cerca al cañón del río. El programa de ensayos tipo overcoring e hidrofracturamiento, en etapa de ejecución, a realizarse en campo tiene como fin corroborar esta hipótesis.

En la presente etapa de diseño no se ha concluido los ensayos en las galerías con el propósito de medir la magnitud y orientación de los esfuerzos principales in situ, con base en los cuales se confirmaría la localización, orientación y geometría de las cavernas y/o los tratamientos necesarios para garantizar la estabilidad de estas estructuras así como la longitud del blindaje de los túneles de presión inferior.

Forma y geometría de las excavaciones y separación entre ellas. Se han seleccionado cavernas de paredes rectas verticales y techo abovedado, con base en los siguientes aspectos:

• Modelo geológico del sitio de las obras. Los resultados de la exploración a la fecha indican que las condiciones geológicas, litología y estructura geológica del sitio del proyecto es simple y corresponde con el modelo geológico establecido en la etapa de actualización de factibilidad.

• Las características geotécnicas del macizo rocoso . Los resultados de ensayos in situ (refracción sísmica) y de laboratorio sobre muestras representativas sugieren que el macizo rocoso presenta características geomecánicas que permiten caracterizarlo como bueno.

El estudio del dominio estructural de la zona y la posibilidad de que se puedan generar algunos bloques que tenderían a caerse cuando se efectúen las labores de excavación de las cavernas principales se fundamenta en la información obtenida para el grupo cinco, mostrada a continuación:

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Figura 5-12 Vista en planta de la zonificación est ructural.

Este grupo posee entre otras las siguientes características Tres sistemas subverticales, el de mayor peso en dirección N20°W y dos con menor peso N50°W y EW. Se aprecia un sistema subhorizontal asociado a la foliación N50°W/20°S (2 0°/220°); adicionalmente se identifica la presencia de una falla, la cual es mapeada y presenta una falla en dirección EW y buzamiento 70°. En esta zona la foliación sigue presentando un buzamiento subhorizontal pero en esta zona se presenta variación en su orientación la cual es más en dirección NS buzando hacia el W.

Tabla 5-16 Tendencias estructurales en la zona o g rupo 5

Tipo de estructura. Buzamiento/Dirección de Buzamiento

Diaclasas. 87/130 24/225 87/158 77/180 Falla. 70/180 Foliación. 20/220

A partir de análisis estadísticos realizados a los registros de levantamiento de macizos rocosos en superficie y en galerías, las características principales corresponden a:

• Diaclasas mapeadas en superficie: son discontinuidades con aberturas que van desde 0,1 mm a 0,5 mm, lo que las clasifica como cerradas a parcialmente abiertas, su espaciamiento va desde moderadamente juntas a separadas con predominio del primero en un rango de 200 mm a 600 mm de espaciamiento, la persistencia se encuentra en el rango de 3,0 m a 10,0 m lo que clasifica como una persistencia moderada, en cuanto a la rugosidad no se presenta alguna que domine sobre las demás, las discontinuidades se encuentran secas, algo meteorizadas con presencia de pátinas.

• Diaclasas mapeadas en las galerías: son discontinuidades con aperturas que van desde 0,1 mm a 0,25 mm lo que las clasifica como cerradas, su espaciamiento las clasifica como

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separadas en un rango de 600 mm a 2000 mm de espaciamiento, predomina una persistencia baja de entre 1,0 m a 3,0 m, y al menos el 75% de los datos está por debajo de 6,0 m, en cuanto a la rugosidad hay predominio de discontinuidades planas y rugosas, no se encuentran rellenos en las diaclasas, las discontinuidades se encuentran secas, las paredes de estas se encuentran la gran mayoría sanas aunque no se descarta la posibilidad de que algunas discontinuidades tengan pátinas localizadas, con un predominio de resistencia que las clasifica como “Duras” que si se busca un equivalente en valores numéricos podría ser equivalente a una resistencia clase R4 de 50 MPa a 100 MPa según (ISRM,1981).

La metodología escogida para establecer las características de resistencia de las discontinuidades corresponde al criterio de falla de Barton – Bandis, el cual tiene en cuenta las condiciones de las paredes de discontinuidad, el esfuerzo normal a ellas y la resistencia de sus paredes, obteniendo:

• JRC= 8, las discontinuidades son del tipo planar rugoso, lo que corresponde a un perfil 4 o 5 de los perfiles tipo para estimar el coeficiente de rugosidad JRC (Barton y choubey, 1977).

• JCS = 81 MPa, considera la resistencia a compresión simple promedio de 90 MPa, y tiene en cuenta que podría presentar pátinas por lo que el valor se reduce a 0,9 veces la resistencia a compresión de la roca en horizonte III.

• φb = 29o, ángulo de fricción básica para un gneis esquistoso variable entre 23o - 29o (Hoek. Rock slope engineering, pág. 100).

• φr = 27o, estimado como (φb - 20o) + 20(0,9).

Para los casos donde los bloques sean formados por intervención del plano de falla, los parámetros cumplen con el criterio de resistencia de Mohr – Coulomb con los siguientes valores:

• C= 30 kPa = 0,03 MPa, componente cohesivo del material de relleno de la falla.

• φ = 25o, aporte por fricción que pueden dar algunos bloques.

• Comportamiento de las galerías exploratorias. En las galerías exploratorias realizadas a la fecha no se han evidenciado comportamientos que indiquen condiciones extremas (mecanismos de falla explosivos y/o deformación de las paredes de roca) que sugieran la existencia de esfuerzos in situ altamente anisotrópicos.

Con base en esta información se ha realizado el modelamiento matemático bidimensional y tridimensional (mediante modelos con elementos finitos, elementos de frontera o similares) del conjunto de la caverna y otras excavaciones subterráneas adyacentes como caverna de transformadores, túneles inferiores de presión, galerías de barras, almenaras, túneles y pozos de aspiración. Con base en estos análisis:

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• Se ha establecido que la separación entre cavernas es apropiada. Los niveles de esfuerzos alrededor de las mismas para el esquema propuesto y considerando un rango de esfuerzos in situ en que el esfuerzo horizontal varía entre 0,75 y 2 veces el esfuerzo vertical no comprometen la estabilidad de las excavaciones dadas la resistencia del macizo rocoso.

• Se ha definido y dimensionado el sistema de soporte, y

• Se han identificado restricciones a la secuencia de excavación, con el fin de asegurar el confinamiento de los pilares y el correcto tratamiento de las zonas con altas concentraciones de esfuerzos.

Secuencia de excavación y soporte . Habiendo definido el enfoque general de construcción del conjunto de obras de generación (casa de máquinas, almenara, tubos de aspiración, túneles de presión y descarga), se definió el tipo y distribución del sistema de soporte de la caverna. Dadas las dimensiones de las cavernas, en los planos se ha dado especial consideración a la secuencia de excavación y soporte de sus bóvedas. La secuencia implementada asegurará que la roca en sectores críticos esta siempre confinada. La viabilidad constructiva del diseño ha sido corroborada por los asesores del proyecto y por comparación con experiencias en otros proyectos.

Las obras contarán con un sistema de instrumentación que permita corroborar que el comportamiento experimentado durante construcción se ajusta a las consideraciones de diseño.

Como criterio básico de diseño para el soporte del sistema subterráneo se utiliza el correspondiente a Barton mediante el parámetro Q, obteniendo longitudes y separaciones iníciales para pernos, así como espesores iníciales para el hormigón proyectado o concreto lanzado reforzado ya sea con fibra o con malla electro-soldada.

Tabla 5-17 Soporte sistema de Casa de Máquinas

Excavación Soporte

Caverna de transformadores

En bóveda: Pernos de roca BAL 8 de longitud 6,0 m, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y tres capas de concreto lanzado reforzado con malla-electro soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas direcciones, cada capa de 5 cm de espesor. En hastiales (incluidas las culatas): Pernos BAL 8 de longitud 6,0 m, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y dos capas de concreto lanzado reforzado con malla electro-soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas direcciones, cada capa de 5 cm de espesor.

Casa de maquinas

En bóveda: Pernos de roca BAL 8 de longitud 12,0 m, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y tres capas de concreto lanzado reforzado con malla electro-soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas direcciones, cada capa de 5 cm de espesor. En hastiales (incluidas las culatas): Pernos BAL 8 de longitud 9,0 m y 12,0 m en el primer tercio de la altura, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y dos capas de concreto lanzado reforzado con malla electro-soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas

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Excavación Soporte direcciones, cada capa de 5 cm de espesor.

Almenaras

En bóveda: Pernos de roca BAL 8 de longitud 12,0 m, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y tres capas de concreto lanzado reforzado con malla electro-soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas direcciones, cada capa de 5 cm de espesor. En hastiales (incluidas las culatas): Pernos BAL 8 de longitud 9,0 m y 12,0 m en el primer tercio de la altura, espaciados cada 2,0 m al tresbolillo, y dos capas de concreto lanzado reforzado con malla electro- soldada con un área de acero de 3,35 cm2/m en ambas direcciones, cada capa de 5 cm de espesor.

Para el manejo de las cuñas a formarse de acuerdo a las características del macizo se definen combinaciones de familias de discontinuidades y se determina cuál de estas produce el mayor número de bloques con un factor de seguridad menor a 1,5, se identifican también los bloques más grandes, dado que mediante el control de estos bloques es posible controlar los de menor tamaño usando concreto lanzado.

Posterior a los diseños empíricos y análisis de formación de cuñas realizados se procede a la evaluación del comportamiento del sistema en dos etapas, en primer lugar mediante el análisis de la sección equivalente usando el software Rocsupport®, encontrando convergencias con un orden de magnitud de 4,5 cm en el mayor de los casos, en segundo lugar mediante modelación numérica utilizando el software MIDAS GTS, para esta etapa se tienen en cuenta los efectos topográficos, geométricos por la cercanía de estructuras y excavaciones adyacentes e hidráulicos efecto del embalse. Los resultados obtenidos garantizan la estabilidad de la excavación para las magnitudes de las solicitaciones futuras.

Adicionalmente se han realizado consideraciones en los diseños de tal manera que aunque éste se ha realizado para las condiciones esperadas con base en las exploraciones, durante construcción se puedan implementar cambios de acuerdo a las condiciones encontradas.

Control de infiltraciones. Se diseña el drenaje de las cavernas bajo el criterio de que este control es necesario independientemente de la calidad del macizo rocoso y su permeabilidad. El principal y más efectivo elemento para tal fin son las perforaciones para alivio de presiones hidráulicas, Se considera el uso de inyecciones para reducir el volumen de filtraciones, sí se encuentra necesario, pero no para disminución de la magnitud de las presiones de poros, aspecto que es controlado por las perforaciones de drenaje. Se prevé realizar perforaciones de drenaje de gran longitud (hasta aproximadamente 40 m) desde la galería de construcción a los pozos de compuertas orientadas hacia arriba y hacia abajo, y desde el perímetro de las

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cavernas, Como criterio general el espaciamiento de perforaciones para alivio de presiones en techos y paredes será del orden de alrededor de 5 m mientras que en la galería de construcción para pozos de compuertas será del orden de 2.5 m.

• Túnel de acceso.

5.5.5.1.1 El acceso a la casa de máquinas se hace mediante un túnel vehicular en forma de herradura con paredes verticales. El túnel se desprende de la plazoleta de acceso y llega a la sala de montaje en la caverna de la casa de máquinas, con una pendiente descendente del 10,5%, de este túnel se desprende las galerías de construcción.

Tabla 5-18 Soportes túneles de acceso

Túnel de Acceso a Casa de Máquinas (Sección 7,5x6,2)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>11 (GSI>66) II 2,5<Q<11 (52<GSI<66) III Q<2,5 (GSI<52)

Túnel de Acceso a Casa de Máquinas (Sección 6,5x5,6)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>11 (GSI>66) II 2,5<Q<11 (52<GSI<66) III Q<2,5 (GSI<52)

• Galerías de construcción.

Para la excavación, desde las bóvedas y desde los niveles inferiores, de las cavernas que conforman la central, se contempla la ejecución de túneles de construcción que permitan acceder a las mismas y acometer su excavación por varios frentes. En cuanto a las condiciones geotécnicas de la excavación de estos túneles, se espera que estos sean excavados en roca correspondiente al horizonte III de meteorización.

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Tabla 5-19 Soporte túneles de construcción

Túnel de Construcción Inferior (Sección 6,6x6,6)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65) II 2<Q<10 (50<GSI<65) III Q<2 (GSI<50)

Túnel de Construcción Inferior (Sección 5,0x5,0)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>7 (GSI>62) II 1<Q<7 (44<GSI<62) III Q<1 (GSI<44)

• Galería de barras

Tiene una dimensión de 5 m de ancho por 5 m de alto con bóveda en herradura, su longitud total no sobrepasa los 30 m.

Tabla 5-20 Soportes galerías de barras

Galería de Barras (Sección 5,0x5,0) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>7 (GSI>62) II 1<Q<7 (44<GSI<62) III Q<1 (GSI<44)

• Pozo de salida de cables

Comienza con una sección en herradura tipo arco rebajado de 8,0 x 7,0 m unos cuantos metros del alineamiento para luego terminar en sección 4,0 x5,0 llegando a la caverna de transformadores.

Tabla 5-21 Soportes pozo de salida de cables

Pozo de Salida de Cables (Sección 4x5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>7 (GSI>62) II 1<Q<7 (44<GSI<62) III Q<1 (GSI<44)

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Pozo de Salida de Cables (Sección 8x7)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>11 (GSI>66) II 2,5<Q<11 (52<GSI<66) III Q<2,5 (GSI<52)

• Sala de control de casa de máquinas

Se compone de dos tipos de secciones, una de 7,5x12,5 y otra de 10,0x12,5 en forma de herradura con arco rebajado, una mayor claridad en cuanto a la forma de la sección se da en los respectivos planos y manual de características. En cuanto a las propiedades geotécnicas se prevé que podría encontrarse una parte afectada por la falla.

Tabla 5-22 Soportes sala de control

Sala de Control de Casa de Máquinas (Sección 7,5x12,5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>28 (GSI>74) II 4<Q<28 (56<GSI<74) III Q<4 (GSI<56)

Sala de Control de Casa de Máquinas (Sección 10x12,5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>28 (GSI>74) II 4<Q<28 (56<GSI<74) III Q<4 (GSI<56)

• Túnel y pozo de aireación de las almenaras

Comienza con una sección en herradura de 7,0x7,0 m por una longitud de un poco más de 18 m en la cota 435 msnm, para luego descender con un pozo circular de diámetro 7,5 m y una inclinación de aproximadamente 58º, para llegar al nivel de las galerías de construcción superiores en la almenara No. 1.

Se espera que su excavación sea mayoritariamente en roca de buenas calidades geotécnicas y que no se tenga afectación por alguna de las fallas.

Tabla 5-23 Soportes pozo de aireación

Pozo de Aireación de Almenaras (Sección φφφφ 5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65) II 2<Q<10 (50<GSI<65)

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Pozo de Aireación de Almenaras (Sección φφφφ 5)

Soporte Tipo Q (GSI) III Q<2 (GSI<50)

Túnel de Aireación de Almenaras (Sección 7x7)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>10 (GSI>65) II 2<Q<10 (50<GSI<65) III Q<2 (GSI<50)

• Túnel de aireación de la central

Su sección es en herradura del tipo arco rebajado con una sección de 4,0x5,0 m, según la localización de su portal y dado al comportamiento de las galerías exploratorias que se encuentran en la zona, no se esperan problemas de estabilidad generalizados que no se puedan atender con el soporte recomendado.

Tabla 5-24 Soportes túnel de aireación

Túnel de Aireaci ón y Evacuación de la Central (Sección 4x3,5)

Soporte Tipo Q (GSI) I Q>8 (GSI>63) II 0,7<Q<8 (41<GSI<63) III Q<0,7 (GSI<41)

• Túnel Vial

Este túnel sirve de transito de la vía que se desprende de la vereda el valle de Toledo por la margen derecha del Río San Andrés continuando por la margen derecha del Río Cauca hacia Ituango pasando por la cresta de la presa, al acceso a casa de maquinas, y a Puerto Valdivia, la mayoría de su excavación se encuentra en roca del horizonte de meteorización IIB, excepto en los portales en los cuales se tienen contemplados cortes en algo de IC-IIA y de IIA.

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Tabla 5-25 Soportes túnel vial

Túnel Vial (Sección 9,9x7,6) Soporte Tipo Q (GSI)

I Q>20 (GSI>71) II 3<Q<20 (54<GSI<71) III 0,1<Q<3 (23<GSI<54) IV Q<0,1 (GSI<23)

5.5.5.2 Porcentajes de Ocurrencia

Los soportes y revestimientos para los sistemas de desviación, conducción y casa de máquinas poseen los porcentajes de ocurrencia mostrados en la ,Tabla 5-26 obtenidos a partir de la caracterización geológico - geotécnica del macizo rocoso.

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Tabla 5-26 Porcentajes de ocurrencia para los difer entes tipos de soporte

Túnel

TIPO

I

TIPO

II

TIPO

III

TIPO

IV

% % % %

Sistema desviación del río

Galería acceso a descarga intermedia

50% 25% 20% 5% Galería acceso a descarga de fondo

Descarga intermedia

Desviación Oeste (14x14) 50% 20% 22% 8%

Desviación Este (14x14)

Desviación No 1 (7x14) (Portal Norte)

65% 20% 15% 0% Desviación No 2 (7x14)

Desviación No 3(7x14)

Desviación No 4(7x14) (Portal Sur)

Fuentes de materiales, zonas de depósito

y obras de infraestructura

Túnel vial a margen izquierda, subestación, acceso a

casa de maquinas y a Puerto Valdivia. 40% 40% 16% 4%

Sistema de Captación y conducción

Galería de pozos de compuertas 0% 100% 0% 0%

Pozo de compuerta No 1. (Extremo Norte.

60% 24% 16% 0%

Pozo de compuerta No 2.

Pozo de compuerta No 3.

Pozo de compuerta No 4.

Pozo de compuerta No 5.

Sistema de Captación y conducción

Pozo de compuerta No 6.

Pozo de compuerta No 7.

Pozo de compuerta No 8. (Extremo Sur).

Conducción superior No 1. 60% 20% 20% 0%

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Túnel

TIPO

I

TIPO

II

TIPO

III

TIPO

IV

% % % %

Conducción superior No 2.

Conducción superior No 3.

Conducción superior No 4.

Conducción superior No 5.

Conducción superior No 6.

Conducción superior No 7.

Conducción superior No 8.

Pozo de presión No 1.

60% 22% 18% 0%

Pozo de presión No 2.

Pozo de presión No 3.

Pozo de presión No 4.

Pozo de presión No 5.

Pozo de presión No 6.

Pozo de presión No 7.

Pozo de presión No 8.

Conducción inferior No 1.

45% 35% 20% 0% Sistema de Captación y conducción

Conducción inferior No 2.

Conducción inferior No 3.

Conducción inferior No 4.

Conducción inferior No 5.

Conducción inferior No 6.

Conducción inferior No 7.

Conducción inferior No 8.

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Túnel

TIPO

I

TIPO

II

TIPO

III

TIPO

IV

% % % %

Sistema descarga.

Túnel de descarga No 1.

70% 15% 15% 0% Túnel de descarga No 2.

Túnel de descarga No 3.

Túnel de descarga No 4.

Sistema de casa de maquinas y túneles de

construcción

Túnel acceso a casa de maquinas 60% 20% 15% 5%

Pozo salida de cables. Sección 4x5 m 60% 20% 20% 0%

Pozo salida de cables. Sección 8x7,5 m

Sistema de aireación y evacuación de la central 68% 17% 15% 0%

Túneles y galerías de construcción. Sección 5x5m. 65% 25% 10% 0%

Túneles y galerías de construcción. Sección 6,6x6,6 m

Galería de barras No 1.

65% 25% 10% 0%

Galería de barras No 2.

Galería de barras No 3.

Sistema de casa de máquinas y túneles de

construcción

Galería de barras No 4.

Galería de barras No 5.

Galería de barras No 6.

Galería de barras No 7.

Galería de barras No 8.

Sala de control de casa de maquinas. 17% 17% 27% 40%

Túnel y pozo de aireación almenaras. 67% 18% 15% 0%

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6 DESLIZAMIENTOS SUPERFICIALES Y DE GRAN MAGNITUD

6.1 PROBABILIDAD DE OCURRENCIA DE DESLIZAMIENTOS DE GRAN MAGNITUD

Durante los estudios de factibilidad del proyecto realizados entre los años de 1978 y 1982 se identificó que la cuenca del proyecto, debido a sus características geológicas, geomorfológicas y topográficas, además del potencial sísmico de la región, podía ser sometida a procesos de remoción en masa, algunos de ellos de gran magnitud. Con base en este criterio ISA, el dueño del proyecto en ese momento, asesorado por INTEGRAL Ltda., contrató con la firma Woodward Clyde Consultants de Estados Unidos, el estudio de estos procesos, cuyo informe, presentado en 1981, se titula Preliminary Study of Geomorphology and Quaternary Stratigraphy Ituango Project Colombia. Ese estudio concluyó que el área de influencia del proyecto es propensa a movimientos en masa, algunos de gran volumen, y que efectivamente existen en el área evidencias de grandes movimientos, entre los cuales los remanentes del deslizamiento de gran magnitud denominado El Guásimo, localizado en la margen izquierda del río, frente a la población de Sabanalarga, tienen una expresión morfológica marcada. El informe menciona otros procesos que también califica como grandes deslizamientos.

Con posterioridad a estos estudios de factibilidad, en la zona se han realizado otros trabajos geológicos, geomorfológicos, sismológicos y geotécnicos, entre los que cabe citar los siguientes.

• Proyecto Carretera Santa Fé de Antioquia Puerto Valdivia, Integral S.A., 1997, Integral S.A., para el Invías

• Estudios de cartografía geológica del Ingeominas

• Tesis de grado de estudiantes de geología de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, y

• Estudios varios por Corantioquia.

• Estudio de Factibilidad avanzada proyecto hidroeléctrico Ituango 2007

El estudio de factibilidad avanzada del incluyó en los alcances del trabajo el estudio geomorfológico de la zona, entre cuyos fines se encuentra la evaluación de procesos de remoción de masa. Este estudio se realizó con base en trabajos de fotointerpretación e información secundaria, y se apoyó en un sobrevuelo en helicóptero. Se concluye que

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en la zona del proyecto el proceso de mayor tamaño es El Guásimo, ya mencionado, y que otros procesos corresponden en términos generales a movimientos superficiales, algunos de ellos pueden calificarse como complejos por presentar de manera simultánea movimientos en masa y procesos erosivos.

La mayor cantidad de estos movimientos afectan materiales superficiales, y generalmente se restringen a los horizontes de suelo, con superficies de movimiento que coinciden con contactos entre un material débil y uno más resistente, aunque en ocasiones cuando los espesores de un mismo material son considerables, pueden desarrollarse mecanismos de falla propios y diferentes al mencionado.

Una menor cantidad de deslizamientos involucran el macizo rocoso. Entre los procesos que involucran el macizo rocoso deben considerarse por separado movimientos superficiales y profundos. En los primeros (superficiales) las causas y procesos detonantes son similares a los movimientos en suelo. En los segundos (profundos), en zonas no intervenidas por el hombre y que involucran grandes volúmenes, las causas o procesos detonantes son exclusivamente sismos y/o procesos tectónicos, pues aún intensas y prolongadas precipitaciones no son suficientes para desarrollar las fuerzas requeridas para producir el movimiento. Otros movimientos de grandes proporciones como lo son los desplazamientos horizontales (spreading) no son comunes en el ambiente geológico de la zona del proyecto.

Se considera deslizamientos de gran magnitud los que movilizan un volumen de material entre un millón de metros cúbicos y un kilómetro cúbico. La generación de estos movimientos en la zona del embalse del proyecto Pescadero - Ituango tendrá que involucrar roca, ya que el espesor de suelo residual o depósitos a lo largo del embalse son pequeños y sólo podrían generar deslizamientos de poco volumen correspondientes a procesos de erosión y/o desgarre superficial.

Para inestabilizar un macizo rocoso o una de las cuñas de cientos de miles o millones de metros cúbicos se requiere de una fuerza adversa muy grande la cual es sólo factible de que la produzca un sismo, por lo que también debería haber como condición previa una asociación de fallamientos al movimiento en masa de grandes dimensiones.

A lo largo del embalse se tienen diversos tipos de roca, sobresaliendo las metamórficas e ígneas, ambas masivas y de alta resistencia, afectadas por discontinuidades tipo diaclasas y fallas. Las estructuras mayores tipo falla o zonas de cizallamiento, en la mitad de aguas arriba del embalse tienen tendencia paralela al cañón, mientras que en la mitad de aguas abajo tienen tendencia a ser normales o subnormales al embalse. En consecuencia, puede considerarse que el sector del embalse más susceptible a generar grandes movimientos, es la parte de aguas arriba del embalse.

El estudio de amenaza se separó en dos partes: procesos superficiales y procesos profundos o deslizamientos de grandes dimensiones. Este estudio se presenta a continuación.

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6.2 EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD DE LAS LADERAS DEL EM BALSE

La determinación de los sitios con mayor susceptibilidad a deslizamiento se basa en el principio básico de los taludes naturales MTN Shuk (1968, 1970, 1999).

El principio básico MTN consiste en que una ladera de material homogéneo con alturas superiores al promedio tenderá a ser más inestable que aquellos que tengan alturas inferiores al mismo. Debido a que la superficie es la interfaz del material térreo con su entorno ambiental, por razones físicas y termodinámicas debe estar, en promedio, en equilibrio dinámico con este ambiente en que está inmersa. Por esta razón Shuk postula que esta línea de regresión debe corresponder a un factor de seguridad de 1,0 ó lo que es lo mismo a una probabilidad de falla del 50%.

De allí es posible deducir tanto los factores de seguridad como las probabilidades de falla de segmentos de esa ladera de material homogéneo

6.3 ESTUDIO DE AMENAZA POR DESLIZAMIENTOS DE GRAN M AGNITUD

El estudio de estabilidad de taludes en roca que puedan ser propensos al movimiento de grandes volúmenes de material se puede hacer desde dos enfoques diferentes. El primero es suponer que el macizo rocoso es supremamente débil. El segundo es evaluar la estabilidad de bloques definidos por estructuras mayores como planos de falla o combinación de estos planos con sistemas de diaclasas.

El primer enfoque o mecanismo no aplica al sitio, puesto que la roca ha sido afectada de manera puntual por fallas, pero no se presentan áreas extensas ni grandes volúmenes triturados o fraccionados como para que se comporten como un suelo y por lo tanto apliquen mecanismos como fallas circulares. El segundo enfoque sí se considera aplicable al estudio, pues las combinaciones estructurales que requiere aparecen dentro del cañón que contendrá el embalse, pudiendo generar, como ya ha ocurrido en el pasado movimientos de gran volumen por el desplazamiento de una cuña dadas las discontinuidades y zonas de falla.

Bajo este panorama, la hipótesis de trabajo a partir de la cual se analiza este tipo de amenaza, supone que un deslizamiento de gran magnitud sólo se puede dar por el desplazamiento de una gran cuña en la roca movilizada por un sismo fuerte, aprovechando las zonas de debilidad dejadas por la conjunción desfavorable de fallas y sistemas de discontinuidades que afecten a una zona determinada de los macizos rocosos.

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Para estimar el sismo que es capaz de movilizar una nueva cuña de gran magnitud, es decir, se excluye la reactivación de viejos deslizamientos, se tomó como base el sismo que fue capaz de movilizar el deslizamiento del Guásimo y se hizo la siguiente reflexión. Cuando se produjo este deslizamiento no se generó otro deslizamiento de proporciones similares, lo cual se puede afirmar dado que no se encuentran evidencias de su ocurrencia, lo que implica que los taludes que existían en ese entonces fueron capaces de resistir este incremento en las fuerzas desestabilizadoras sin fallar. Si este escenario no hubiese cambiado, es decir, las condiciones existentes en ese entonces como nivel del río por ejemplo, se podría afirmar que se requiere de una aceleración mayor para movilizar grandes masas. Sin embargo, en el periodo de tiempo transcurrido desde que el movimiento se presentó hasta la fecha se han producido cambios como la profundización del cauce y la degradación de las propiedades del material y de las discontinuidades. Debido a esto se supondrá que se pueden generar bloques potencialmente inestables donde se intercepten entre sí fallas, lineamientos, contactos entre rocas, la superficie del terreno y el cauce del río, y el sismo que los detonará será igual o superior al que se requirió para movilizar el Guásimo.

La intensidad del sismo fuerte que fue capaz de movilizar la masa que conforma el deslizamiento del Guásimo se obtuvo por medio de un análisis regresivo de una cuña definida de la siguiente manera. La topografía original, es decir, la existente antes del movimiento, se supuso como la generada por la prolongación de las curvas de nivel de las zonas aledañas al movimiento. El bloque se definió por los planos de falla que se observan en el terreno (Ortiz, E. A., Pérez, 1998) Para el análisis de estabilidad se empleó un programa de equilibrio límite donde se definió una franja por la cual se debía presentar la superficie de falla, la cual corresponde a los planos de falla que quedaron expuestos. El plano del trasdós del movimiento coincide con la falla el Guásimo, en el borde inferior está el contacto de la diabasa con la Formación Barroso. El plano subhorizontal sobre el cual se deslizó podría coincidir con alguna de las orientaciones de las diaclasas. Por lo tanto si bien de la resistencia al corte de una discontinuidad en la formación Barroso se obtiene una cohesión con valores entre 230 y 270 kPa y un ángulo de fricción interna de 37 y 42° se consideró una re sistencia a lo largo de los planos por los cuales falló es algo mayor debido a que antes de la falla la diaclasa no contaba con una continuidad tan grande como para prolongarse en toda la superficie de falla, por esta razón se tomaron valores para la cohesión de 50 kPa, fricción de 42° y peso unitario de 26 kN/m³ (Hoek y Bray, 1977), siendo estos aun bajos, según la literatura existente sobre el tema, para la condición inicial se esta siendo conservativo en el análisis. También se consideró el Ru en un rango entre 0,1 y 0,2 basado en que esta zona es árida y debe presentar un nivel freático menor al que se presenta en la zona del proyecto donde sólo se detectaron niveles freáticos colgados. Finalmente se hizo el análisis de estabilidad y se encontró que el rango de aceleración requerida para que fallara el Guásimo por primera vez se encontraba entre 0,58 y 0,68 g, estas aceleraciones corresponden a periodos de recurrencia entre 8038 y superior a los 10000 años o sea que tienen una probabilidad de presentarse entre 1 en 8038 y 1 en más de 10000 años. Estos resultados arrojan una idea de la alta intensidad del sismo que se requiere para que se presente un movimiento de grandes proporciones y de la baja probabilidad de ocurrencia de los mismos.

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6.4 IDENTIFICACIÓN DE POTENCIALES GRANDES MOVIMIENT OS EN MASA

6.4.1 Análisis previo

Se realizó la identificación de sitios potenciales para generación de grandes movimientos en masa e con base en la presencia de fallas, contactos, diaclasas existentes y el cauce del río Cauca; en la mayoría de los casos se supuso que existe una zona de debilidad con potencial comportamiento como superficie de ruptura del movimiento, con tendencia sub-horizontal y localizada en la base por donde se deslizaría la cuña. La inclinación de esta superficie de falla se definió de tal forma que el bloque que se formara requeriría una aceleración de por lo menos 0,6g para desplazarse. Una vez conocida la cuña se procede a dimensionarlas, establecer el centroide y la altura de ésta con respecto al embalse para, como se indica más adelante, poder así estimar la altura de la ola que generaría su caída en el embalse y la altura de la ola que alcanzaría a llegar a la presa, que sería en últimas la que afectaría directamente el proyecto.

La base geológica utilizada para este estudio es la misma que se utilizó para el estudio de factibilidad avanzada del proyecto complementada con la de mayor detalle que se hizo en el estudio para la carretera Santa Fe de Antioquia - Puerto Valdivia en marzo de 1997.

Como se ha expresado, el procedimiento que se siguió previamente para identificar los posibles grandes deslizamientos es el siguiente:

• Identificar los contactos.

• Marcar las fallas y lineamientos con su dirección y rumbo cuando esta se conoce.

• Anotar las orientaciones de las discontinuidades conocidas.

• Formar en planta todas las cuñas mediante la intersección de contactos, fallas, lineamientos y el cauce del río.

• Suponer la existencia de un plano subhorizontal por el cual se deslizará la cuña.

• Determinar su inclinación mediante la falla del bloque deslizante bajo una aceleración igual a la que se requiere para reactivar el Guásimo (aproximadamente0,6 g).

• Construcción de una sección típica para dimensionarlo y estimar su volumen, centroide y altura de éste con respecto al embalse.

Esta aproximación para la estimación de los posibles deslizamientos de magnitud importante que se podrían generar, tiene las siguientes limitaciones:

• Pueden existir fallas que no hayan sido identificadas

• Se está suponiendo que existe una falla o zona de cizalladura en la parte baja sobre la cual se desprenderá la cuña.

• Un gran sismo podría generar zonas de debilidad.

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Los posibles grandes deslizamientos que se identificaron se presentan de manera general en el plano D-PHI-110-LB-PR-GEO-010 geología y localización de grandes deslizamientos. A continuación, se hace una descripción de cada uno de los sitios, y en la Tabla 6-1 se hace un resumen de dicha descripción.

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Tabla 6-1 Descripción de posibles grandes deslizam ientos

Proceso número Descripción

geológica del sitio

Distancia al sitio de presa

(km)

Geometría Río, quebradas

Diaclasa orientación Falla – orientación

1 Neis cuarzo feldespático

7,1 N30º-80ºE/10-40NW, N30º-80ºE/10-40SE

N40º-70ºE/60ºSE Cauca

2 Contacto Neis, esquistos, diabasas

12,3 Esquistos: N15ºW/30ºNE y N50ºW/40ºNE

Neis: N10º-40º/20º-50ºSE

La falla Naranjo

N5ºW/80ºE

La Aguadita N40º-45ºE

Falla Guayacán

N35º-50Wº/80ºN

La Aguadita, Cañada Mote y río Cauca

3 Diabasa 21,8 N70ºW/70ºSW, N50ºE/60ºNW y N20ºE/60ºSE

La Garrucha E, la Falla Higuito NS/70ºE

Cauca

4 Diabasa 26,3 N70ºW/70ºSW, N50ºE/60ºNW y N20ºE/60ºSE

Lineamiento Quebrada Peque, cañada

Remolino y río Cauca

5 Diabasa 32,4 N70ºW/70ºSW, N50ºE/60ºNW y N20ºE/60ºSE

Lineamiento y fallas Río Cauca

6 Diabasa 45,8 N0º-25º-E/50ºSE a vertical Falla Purgatorio,

NS y buzamiento

Río Cauca

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Proceso número Descripción geológica del

sitio

Distancia al sitio de presa

(km)

Geometría Río, quebradas

vertical

7 Contacto Diabasa y batolito de

Sabanalarga

50,7 principales N40º-70ºE/70ºNW-vertical, N80º-90ºW/35º-45ºNE

Falla Guásimo N-S/vertical

Río Cauca

8 Batolito de Sabanalarga

61,6 Falla Malpaso Río Cauca

9 Diorita de Sabanalarga

67 N10ºE/60W y EW/vertical Falla Angelina y lineamientos

Río Cauca

10 Diorita de Sabanalarga

70 N65ºW/30º-55ºE Falla Argelina Noroeste buzamiento empinado suroeste

Río Cauca

11 Diorita de Sabanalarga

71,8 N20º-40w/85º90ºNE Falla Cascarillo Quebrada la Aguada, Río

Cauca

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6.4.1.1 Sitio 1

Formado por neis cuarzo feldespático. Vertiente de relieve escarpado, fuertemente disectada por un drenaje denso. Diaclasamiento continuo con disposiciones principales N30º-80ºE/10-40SE y N30º-80ºE/10-40NW son diaclasas de persistencia moderada menor de 10 m y un espaciamiento desde moderado a alto entre 60 cm y un metro. Se reconocen fallas delgadas y la que presenta orientación desfavorable que se intercepta con las diaclasas tiene orientación N40º-70ºE/60ºSE.

6.4.1.2 Sitio 2

Formado por un contacto entre neis, esquistos y diabasa. La falla Naranjo define el contacto de esquistos y diabasas y su orientación es N5ºW/80ºE. Los esquistos presentan una foliación favorable variable entre N15ºW/30ºNE y N50ºW/40ºNE. Los neis presentan una foliación general desfavorable de N10º-40º/20º-50ºSE. Estas formaciones son interceptadas por la falla La Aguadita con orientación N40º-45ºE, alto buzamiento y fuerte expresión morfológica. También se presenta sobre el neis la falla Guayacán con débil expresión morfológica, rocas fuertemente fracturadas y presencia de salvanda con una disposición general N35º-50Wº/80ºN aunque su orientación es favorable su inclinación es bastante fuerte. Relieve abrupto de vertientes empinadas.

6.4.1.3 Sitio 3

Formado por diabasa. Relieve con vertientes empinadas a escarpadas y densamente disectadas por un drenaje variable desde poco profundo hasta fuertemente incisado. Existe la probabilidad de que en planta se forme una cuña entre las fallas Garrucha E, Hidalgo y las diaclasas de la roca. Las orientaciones de cada una de éstas es la siguiente: La Garrucha E, la Falla Higuito NS/70ºE, diaclasas N70ºW/70ºSW, N50ºE/60ºNW y N20ºE/60ºSE.

6.4.1.4 Sitio 4

Se presenta un lineamiento que parte una curva del río Cauca en dos, entre la quebrada Peque y la cañada Remolino. El relieve y las diaclasas de este sitio son las mismas del sitio 3.

6.4.1.5 Sitio 5

Formado por diabasa, se interceptan unos lineamientos con dos fallas muy definidas que se tienen cartografiadas en el plano. Por el momento sólo se conoce la dirección de estas fallas.

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6.4.1.6 Sitio 6

Rocas de formación Barroso principalmente diabasas cubiertas por depósitos del cuaternario principalmente flujos de lodos. Presenta diaclasamiento moderado hasta intenso con la siguiente disposición N0º-25º-E/50ºSE a vertical y la falla Purgatorio que cuenta con una orientación muy similar al diaclasamiento NS y buzamiento vertical, las diaclasas son interceptadas por el río Cauca en ambos lados de una curva y la falla Purgatorio intercepta esta misma curva en un lado y en el otro pasa muy cerca por lo cual se debe verificar si existe la posibilidad de que una falla satélite a ésta pueda interceptar el cañón del río Cauca en el costado norte de la curva. Es así como en planta es factible que se forme una cuña, pero faltaría encontrar una diaclasa o falla subhorizontal que las intercepte por debajo.

6.4.1.7 Sitio 7

Formado por diabasas con un diaclasamiento moderado constante que se incrementa en las zonas de falla, se encuentran tres sistemas principales N40º-70ºE/70ºNW-vertical, NS/vertical paralelo a la falla el Guásimo, N80º-90ºW/35º-45ºNE de mediana persistencia, planas, lisas, desde cerradas hasta abiertas en superficie y por lo general sin relleno. Estas diaclasas con la falla el Guásimo y el río Cauca forman en planta un polígono que buza hacia el río, por lo tanto de existir una falla o diaclasa con menor inclinación las interceptaría y formarían un gran bloque.

La falla el Guásimo tiene una orientación norte – sur y alto buzamiento.

6.4.1.8 Sitio 7´

Conocido como el deslizamiento del Guásimo, el cual se formó con las mismas estructuras descritas en el sitio7, con la diferencia que éste se ubica en la margen izquierda del río Cauca y el 7 en la margen derecha.

Dado el hecho de que éste ya falló cuenta con una superficie de falla definida y una resistencia residual a lo largo de la misma. Según el estudio realizado por Woodward-Clyde Consultants en 1981 este deslizamiento se ha activado cinco veces taponando el Cauca y por lo tanto ha generando terrazas de depositación denominadas Olaya (formada hace 800 años), San Nicolás ( hace 1200 años), Obregón (hace 3100 años), Batea (hace 1700 años) y Aguada (hace 9000 años).

Al ser Aguada el más antiguo se supondrá que fue el que se generó cuando se presentó por primera vez el movimiento, por lo cual se podría decir que hace 9 000 años se presentó un sismo entre 0,6 y 0,68g como se explicó en el numeral anterior fue el requerido para movilizarlo el Guásimo de su estado inicial. Con el objeto de poder definir el sismo que se requiere para que se vuelva a reactivar el Guásimo se hizo un retroanálisis de los eventos posteriores para conocer el rango de la aceleración que se necesitó para reactivarlos y con base en ésta encontrar el periodo de retorno de cada una de ellas, para finalmente hacer una proyección de la

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aceleración que hoy se requiere para que se desestabilice nuevamente el Guásimo. Para el retroanálisis se considerando la degradación de la superficie de falla cada vez que se presentaba un evento se estimó una variación en el ángulo de fricción interna y el Ru, pero la cohesión se mantuvo constante en un valor de 30 kPa debido a que el material de falla de la Formación Barroso es fino y con el tiempo (en el menor de los casos fue de 400 años) este se vuelve plástico volviéndose importante el aporte por cohesión. El rango de fricción considerado en para cada uno de los eventos se tomó como se muestra en la Tabla 6-2

Tabla 6-2 Valores del ángulo de fricción para los diferentes depósitos identificados en el Guásimo.

Depósito Rango del ángulo de fricción (°) Obregón 38 – 42 Batea 30 – 38 San Nicolás 25 – 30 Olaya 20 – 25

El Ru se varió en todos los casos entre 0,3 y 0,4 teniendo en cuenta que posterior a la falla se presentaron grietas y se observa en superficie flujos estacionarios de agua.

Con base en estos datos se hizo el retroanálisis con equilibrio límite y la superficie de falla definida como lo muestra el terreno (Ortiz 1998) y se obtuvieron las aceleraciones mostradas en la Tabla 6-3

Tabla 6-3Resultados retroanálisis Depósito Rango de Aceleración (g) Período de recurrencia

(años) Obregón 0,66 – 0,46 Superior a 10000 – 3228

Batea 0,58 – 0,30 8038 – 901 San Nicolás 0,40 – 0,20 2029 – 348

Olaya 0,30 – 0,10 901 – 84

Como se puede ver la recurrencia con la que se presenta un nuevo deslizamiento es cada vez menor debido a que la superficie de falla se degrada cada vez más y requiere entre cada evento de una fuerza menor para movilizarse. Además se puede llegar a que para que ocurra la próxima reactivación se requiere de una aceleración entre 0,1g y 0,3 g correspondiente a un periodo de recurrencia de 84 a 901 años o mejor tiene una probabilidad de que vuelva a ocurrir entre 1 entre 84 y de 1 entre 901.

6.4.1.9 Sitio 8

Constituido por batolito de Sabanalarga, el macizo presenta diaclasamiento moderado y constante constituido por un sistema principal N20º-50ºE/55º-85ºNW. Las discontinuidades presentan un buzamiento favorable además son abiertas en superficie como característica dominante con persistencias y continuidades importantes. En este sitio la falla Malpaso corta una curva del río Cauca en dos

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puntos generando así la posibilidad de que se forme una cuña en caso de existir una falla o zona de debilidad bajo el polígono demarcado por la falla y la cuenca del río. Se debe investigar el buzamiento de la falla Malpaso.

6.4.1.10 Sitio 9

Constituido por batolito de Sabanalarga. Esta roca presenta un diaclasamiento N10ºE/60W y EW/vertical que se intercepta con la falla Angelina, lineamientos y el cañón del río Cauca formando un polígono que buza hacia el río. Para verificar la posibilidad de que se forme una cuña se requiere hacer un levantamiento detallado del macizo, la falla y de los lineamientos.

6.4.1.11 Sitio 10

Constituido por batolito de Sabanalarga. El diaclasamiento en sentido adverso N65ºW/30º-55ºE y la falla Argelina cortan el río Cauca en una curva, por lo tanto se forma una cuña entre la falla diaclasas y cañón del río.

6.4.1.12 Sitio 11

Este sector está constituido por dioritas hornbléndicas del batolito de Sabanalarga y cubierta en menor proporción por sedimentos del terciario y depósitos del cuaternario. El batolito presenta un sistema de diaclasas con orientación adversa para la estabilidad de los taludes N20º-40ºW/85º-90ºNE y con una orientación similar pasa la falla Cascarillo interceptando ambas la quebrada Aguada y el río Cauca, de esta forma se podría formar una cuña en caso de existir un sistema de diaclasas o falla sub horizontal con orientación hacia el río.

6.4.2 Descripción del macizo rocoso

Después de realizar un análisis previo, se realizó el levantamiento de estructuras del macizo rocoso de los sitios que presentaban un gran riesgo para el proyecto, dicho riesgo evaluado a partir de la susceptibilidad de cada uno de los sitios con la inundación del embalse y por su cercanía al sitio de presa. A continuación se hace énfasis en los sitios excluidos y los que generan mayor inquietud.

Aunque sitios como el 1 y el sitio 2, generan gran interés en el proyecto por su cercanía con el sitio de presa, no es necesario contemplar análisis de tipo geotécnico por el poco efecto que tendrían en la generación de ola, lo anterior por quedar casi en tu totalidad sumergidos en la zona de embalse. De igual forma se anexa la descripción de macizo rocoso realizado en cada sitio.

Del mismo modo se excluyeron los sitios 3 y 6 por ser sitios con pendientes promedios menores a los 30º, lo cual no sería relevante en el análisis de estabilidad.

En el sitio 4, aunque no se tiene evidencia de movimiento, es de gran importancia en el análisis, puesto que la pata del talud, compuesta por depósitos aluviales y flujos,

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pero la altura del talud libre es de aproximadamente 380 m, con una pendiente promedio del 105% (ver esquema 1).

El sitio 5 se trata de la misma forma que el sitio 4, no tiene presencia de depósitos aluviales, en el cual, como ya fue mencionado con anterioridad, está conformado por roca diabasa de formación barroso.

En la Tabla 6-4 y Tabla 6-5, se muestra el levantamiento de estructuras realizado a los sitios 4 y 5. Ver Anexo 4 (Mapeo estructural en roca).

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Tabla 6-4 Descripción de macizo rocoso en sitio 4 Dirección cinta métrica EW

Tipo de

plano

Dirección de

buzamiento (º)

Buzam (º)

Espaciado (mm)

Cont (m)

Apertura (mm) Rug Meteo Filt

D 325 85 60-200 3 - 10 0,1 I I Seco

D 70 80 200-600 1 - 3 0,1 - 0,25

I I Seco

D 205 38 200-600 1 - 3 0,1 - 0,25

I I Seco

D 65 64 600-2000 1 - 3 0,1 - 0,25

I I Seco

Dirección cinta métrica N75E

D 10 55 200-600 3 - 10 0,25 -

0,5 VIII I Seco

D 110 80 600-2000 1 - 3 0,1 - 0,25

VIII I Seco

D 55 40 600-2000 1 - 3 0,25 -

0,5 VII I Seco

Tabla 6-5 Descripción de macizo rocoso en sitio 5 Dirección cinta métrica EW

Tipo de

plano

Dirección de

buzamiento (º)

Buzam (º)

Espaciado (mm)

Cont (m)

Apertura (mm) Rug Meteo Filt

F 260 35 2000-6000 1 - 3 0,5 - 2,5 V II Seco

D 315 60 200-600 1 - 3 0,1 - 0,25

II I Seco

D 160 75 60-200 1 - 3 0,5 - 2,5 V II Seco

D 270 83 2000-6000

1 - 3 0,1 - 0,25

II I Seco

Dirección cinta métrica EW

D 100 23 200-600 1 - 3 0,1 - 0,25

II I Seco

D 30 87 600-2000 10 - 20 2,5 - 10,0

VIII I Flujo

D 350 90 60-200 3 - 10 0,1 - 0,25

II I Seco

D 155 15 600-2000 1 - 3 0,1 - 0,25

II I Seco

• Parámetro de la diabasa y las discontinuidades:

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Ya que tanto el sitio 4 como el sitio 5, no tienen evidencia de movimiento, y la persistencia asociada a las discontinuidades son relativamente bajas, se presume una gran resistencia al corte de las discontinuidades asociadas a cada sitio, dicha resistencia relacionada con valores relativamente altos tanto de cohesión como de fricción. Para la diabasa se utilizaron parámetros de roca, y para las discontinuidades se utilizaron para el análisis parámetros de suelo. Los parámetros estimados se muestran en la Tabla 6-6.

Tabla 6-6 Parámetros de la roca y de las discontin uidades Material USC(kPa) GSI mi γγγγ(kN/m 3) φφφφ(º) c(kN/m 2)

Roca Ksvb 50000 35 20 25 -- -- Discontinuidades -- -- -- 20 37 - 41 230 - 270

Con los parámetros dados, se realizaron los análisis de estabilidad a los sitios mencionados (ver Figura 6-1 y Figura 6-2). Donde es posible observarse el sismo necesario para causar la falla del bloque formado por las discontinuidades.

Para presentarse la falla, en el sitio 4, bajo la condición de la presa con embalse, debe ocurrir una aceleración horizontal de 0,5g, correspondiente a un período de retorno de 4386 años, y para el sitio 5, debe presentarse una aceleración horizontal de 0,56g, con un período de retorno asociado de 6 923 años.

Aunque la aceleración que se requiere, es menor que la requerida para activación del Guásimo por primera vez, se debe tener en cuenta que para efectos del análisis geotécnico, se tomó una gran continuidad de las diaclasas, lo cual no se presentó en campo y que afecta de forma considerable la resistencia al corte del macizo y por ende su estabilidad.

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Figura 6-1 Análisis de estabilidad sitio 4 con emb alse y con sismo.

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Figura 6-2 Análisis de estabilidad sitio 5 con emb alse y con sismo.

Como se mencionó anteriormente, para generarse una nueva reactivación del Guásimo, es necesario que se presente un sismo entre 0,1 y 0,3 g.

Por esto se considera que el movimiento más vulnerable sigue siendo el Guásimo, los otros deslizamientos de gran magnitud factibles de ocurrir, como se ha analizado, requieren de aceleraciones altas y en algunos casos de planos subhorizontales.

Por otro lado, una característica favorable del Guásimo figura el que la distancia que hay entre éste y la presa es la suficiente para disipar en buena cantidad la ola que se forma en caso de que se presente.

En los sitios 8, 9, 10 y 11 no se realizaron levantamiento de estructuras, porque dichos sitios son los que presentan menor vulnerabilidad en cuanto a gran movimiento de masa, considerando tanto un estado inicial del sitio (estado antes del embalse) y un estado bajo la condición de presa con embalse. La explicación radica por un lado en la no evidencia de movimiento que los sitios mencionados presentan y por otro lado por la lejanía con el sitio de presa.

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6.5 CONCLUSIONES

Los estudios realizados permiten concluir que la estabilidad de las laderas adyacentes al embalse presentan una probabilidad de falla menor al 5% y por lo tanto no constituye una amenaza a la estabilidad de las obras.

Existen en el área del proyecto condiciones topográficas, geológicas, geomorfológicas, geotécnicas y sísmicas que sugieren considerar la posibilidad de que se generen grandes movimientos de masa como se explicó anteriormente y se identificaron en principio 11 sitios donde podrían formarse movimientos en masa de gran magnitud. Pero también se ve que para que se presente uno de estos eventos se requiere una gran aceleración que se estima se encuentra entre 0,5 y 0,68 g, por lo tanto la probabilidad de ocurrencia de estos movimientos de gran magnitud está entre 0,012% y menor al 0,01%.

El evento de gran magnitud de más probable ocurrencia es una reactivación del Guásimo, del retroanálisis realizado bajo un panorama conservador se obtuvo que se requiere de una aceleración entre 0,1 g y 0,3 g para lograr su desestabilización, entonces se puede decir que la probabilidad de que este se reactive varía entre 0,1 y 1,2% (el estimativo es conservador debido a que la disminución del valor ángulo de fricción entre eventos es alta y el rango de Ru también es alto entre 0,3 a 0,4). Este análisis está basado en asumir como cierta la hipótesis el estudio de la Woodward Clyde Consultants en lo que concierne a la relación entre la obstrucción del cauce del Cauca por una reactivación del Guásimo y los depósitos formados aguas arriba del mismo y en una fuerte degradación de la superficie de falla en cada uno de los movimientos.

Por otro lado la implementación del embalse puede propiciar el deterioro por movimiento o procesos de erosión de algunos taludes al cambiar sus condiciones de trabajo. Por lo tanto se considera conveniente que paralelo con la construcción del proyecto y antes de que se genere el embalse, se inicie un programa de protección y recuperación de taludes aledaños al embalse para propósitos de control de estabilidad y de aporte de sedimentos.

Dada la magnitud de la ola generada por cada uno de estos sitios, la probabilidad de ocurrencia y la afectación no sólo al proyecto sino a la comunidad se recomienda el siguiente monitoreo:

- Guásimo (Sitio 7): Instalación de tres inclinómetros con una longitud promedio de 300 m y control del movimiento en tres direcciones mediante 40 mojones distribuidos en superficie.

- Sitio 4: Colocación de 10 mojones de control.

- Sitio 6 (El Llano): Sobre el antiguo deslizamiento y el probable nuevo evento, colocar mojones en superficie. Se estima inicialmente una red con 15 mojones.

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