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Los Derrumbes Ocurridos Durante 1997 en Túneles del Acueducto de Chingaza

Rockfalls that occurred during 1997 in tunnels of the Chingaza Aqueduct (Colombia)

Author: Alberto Lobo-Guerrero U.

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RESUMEN
Durante el año de I997 ocurrieron dos derrumbes en los túneles del Acueducto de Chingaza: K 11 + 892 a K11 + 915 del tramo Chuza-Ventana y K25 + 101 a K25 +177 del tramo Pozo 4-Simaya.

En el K11 + 900 hay una alternancia de areniscas cuarzosas, calizas lumaquélicas y lutitas negras, finamente laminadas, en el flanco NE de un sinclinal apretado, buzando 65° aguas abajo, de la Fm. Une, a 700 m de profundidad bajo la divisoria de aguas Guatiquía - Guayuriba. Las rocas son acuíferos con un nivel potenciométrico alto. La caverna del derrumbe mayor tenía 19 m de largo por 30 m de altura, con un volumen de 4,000 m3 de rezaga. Se proponen como causas probables el debilitamiento lento por meteorización física y reacciones químicas en las lutitas, flujo de agua subterránea hacia el túnel que va erosionando el relleno de las discontinuidades, y empujes que van agrietando el revestimiento, combinados con el súbito cambio de presión hidráulica al cerrar la válvula Howell-Bunger.

En el K 25 + 118.5 hay una zona de falla de 4.50 m de espesor con material intensamente fracturado y entre el K 25 + 158 y el K 25 + 177 lutitas silíceas, grises oscuras, finamente laminadas, y lutitas arcillosas, blandas, con abundantes superficies de fricción. Estas rocas hacen parte del Conjunto Areniscas de Los Quemados, de la Formación Chipaque, a 370 m de profundidad, en un monoclinal N45°E, buzante 75°W, aledaño a una falla de rumbo sinistral N70°W, de 7,700 m de longitud, buzante 65°W. Las dos cavernas produjeron 6,300 m3 de rezaga. Se proponen como causas probables la circulación de agua subterránea hacia el túnel lavando los rellenos de la zona de falla y las discontinuidades, la meteorización física de las lutitas y el agrietamiento del concreto neumático, con la alta recarga por precipitación en el segundo semestre de 1996 como posible detonante.

Los derrumbes ocurrieron en tramos de rocas donde el túnel tenía como revestimiento solamente concreto neumático y ocasionales pernos o malla. Aún hay tramos del Acueducto de Chingaza semejantes a éstos donde no hay un revestimiento definitivo adecuado. El túnel a presión Chuza - Ventana no tiene un revestimiento impermeable adecuado, el cual le permita soportar las presiones dinámicas del golpe de ariete cuando opera la válvula en Ventana. Un conducto vital como es un túnel de acueducto debe ser construido de tal forma que soporte las presiones naturales del terreno y de su operación, sin necesidad de reparaciones mayores a lo largo de su vida útil. La decisión de no colocar revestimiento definitivo a lo largo de todos los túneles y hacerles mantenimiento ocasional ha sido un error. Es necesario colocar revestimiento con concreto convencional a todo el largo de los túneles a la mayor brevedad.

Palabras-clave: Acueducto Chingaza, agua subterránea, Andes, arcillolita, Bogotá, Clasificación Geomecánica de Bieniawski, Colombia, Cordillera Oriental, Cretácico, derrumbe, erosión subterránea, esfuerzos, estratigrafía, estudio de caso, falla, formación Une, formación Chipaque, geología, geología estructural, geología forense, geología para ingeniería, geotecnia, hidrogeología, lodolita negra, lutita, meteorización física, presión hidrostática, revestimiento, rocas sedimentarias, shale negro, subsuelo, túnel, túnel Chuza-Ventana, túnel Pozo 4-Simaya.

ABSTRACT
Two major rockfalls occurred during 1997 in the tunnels of the Chingaza Aqueduct: K 11 + 892 to K11 + 915 of the Chuza-Ventana tract, and K25 + 101 to K25 +177 of the Pozo 4-Simaya tract.

There is an alternation of Une Formation quartzose sandstones, lumachellic limestones and finely laminated black shales along K11 + 900, in the NE flank of a tight syncline, that dips 65°, that lies 700 m below surface beneath the Guatiquía-Guayuriba water divide. These rocks are aquifers with a high potentiometric level. The cavern of the main rockfall measured 19 meters long by 30 m high, with a volume of 4,000 m3 of fallen rock. Proposed probable causes are slow weakening of the rock mass by physical weathering and chemical reactions in the shales, groundwater flow towards the tunnel that eroded the filling of discontinuities, and pressure that fractured the tunnel lining, combined with sudden hydraulic pressure change when the Howell-Bunger valve was closed.

There is a 4.50 m-wide fault zone on K 25 + 118.5, with intensely fractured material, and finely-laminated, dark gray siliceous mudstones and soft shales with abundant friction surfaces between K 25 + 158 and K 25 + 177. These rocks are part of the Los Quemados Sandstone Member, of the Chipaque Formation, that lie 370 m below surface, along a N45°E-trending monocline that dips 75°W, along a 7,700 m-long N70°W sinistral strike-slip fault that dips 65°W. The two caverns produced 6,300 m3 of fallen rock. Proposed probable causes are groundwater flow towards the tunnel that washed gauge along the fault zone and discontinuities, physical weathering of the mudstones, and cracking of shotcrete, with the possible detonator being the high groundwater recharge due to precipitation during the second semester of 1996.

The rockfalls took place in stretches of rock where the tunnel was only lined by shotcrete and occasional bolts or mesh. Several tracts of the Chingaza Aqueduct still remain with similar protection, where no definitive adequate lining has been placed. The pressure tunnel Chuza-Ventana does not have a proper impermeable lining that allows it to withstand the dynamic pressure shock produced when the valve operates at the Ventana site. A vital conduit such as an aqueduct tunnel must be built in such a way to withstand natural pressure of the rock massif and operation of the aqueduct, without requiring any mayor repairs during its life. The decision of not placing a definitive lining along all the tunnels of the aqueduct system and carrying out occasional maintenance has been a mistake. As soon as possible, it is necessary to place conventional concrete lining along all tunnels of the aqueduct.

Key-words: Andes, Bienawski Geomechanical Classification, black shale, Bogota, case study, Chingaza Aqueduct, Chipaque Formation, Chuza-Ventana tunnel, Colombia, Cretaceous, Eastern Cordillera, engineering geology, fault, forensic geology, geology, geotecnics, ground water, hydrogeology, hydrostatic pressure, lining, mudstone, physical weathering, Pozo 4-Simaya tunnel, rockfall, sedimentary rocks, strain, stratigraphy, structural geology, subsurface, tunnel, underground erosion, Une Formation, Villeta Group.

 
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