HORMIGONADO DEL TRAMO VERTICAL DE LA TUBERIA DE

COMITÊ BRASILEIRO DE GRANDES BARRAGENS
XXVII SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS
BELÉM – PA, 03 A 07 DE JUNHO DE 2007
T100 – A02
HORMIGONADO DEL TRAMO VERTICAL DE LA TUBERIA DE PRESIÓN EN EL
PROYECTO HIDROELÉCTRICO SAN FRANCISCO – ECUADOR
José Francisco FARAGE
Ingeniero – FURNAS Centráis Elétricas
Newton GOULART
Ingeniero – FURNAS Centrais Elétrica
Sadinoel FREITAS
Ingeniero – Hidropastaza
RESUMEN
El Proyecto Hidroeléctrico San Francisco, actualmente en implantación, encontrase
ubicado en la cordillera de los Andes, aproximadamente a 220 km. al sur de la ciudad
de Quito, capital del Ecuador. Su característica principal es no tener su propio
reservorio de agua y no intervenir con el medio ambiente por tratarse de proyecto
totalmente subterráneo. Entre las estructuras que componen este proyecto se
destaca aquí el tramo vertical de la tubería de presión, excavado en roca, con una
caída de 175,00 m. Parte de este túnel fue revestido de hormigón convencional,
124,30 m, mediante el proceso de encofrado deslizante por treinta tres días
consecutivos. En esta ejecución se destaca dos puntos relevantes:
- Formación de un anillo de reacción, en nivel intermediario, al inicio de los trabajos.
- Ocurrencia de grande cantidad de agua de infiltración en la roca a lo largo del
desarrollo del hormigonado.
El objetivo de este trabajo es presentar los procedimientos constructivos adoptados
en los dos casos, los datos de control efectuados y las ilustraciones.
ABSTRACT
The San Francisco Hydroelectric Power Plant, under construction at this moment, is
located in the “Los Andes” mountain range, approximately 220 km.south of the city of
Quito, capital of Ecuador. Uts main characteristics are not having its own reservoir and
not intervening with the environment being that it is a completely underground project.
Among the structures that form this project, the vertical penstock stands out.
Excavated in rock, with a fall of 175,00 m. part of this penstock, 124.3 m., was carried
out in conventional concrete, using the dislocated mold process during thirty three
consecutive days. There are two outstanding points in this execution that stand out:
- Formation of a reaction ring, in the intermediate level during the beginning stages of
the works.
- Occurrence of a large infiltration of water in the rock during the concrete work.
The objective of this paper is to present the constructive procedures adopted in the
two cases the control data generated and the illustrations.
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1.
INTRODUCCIÓN
La Central Hidroeléctrica San Francisco, al momento en implantación, se destaca de
los proyectos convencionales, por tratarse de un proyecto a ser construido
totalmente en subterráneo.
La generación de la central hidroeléctrica San Francisco, tiene su origen en la
captación de las aguas turbinadas en los túneles de descarga de la Central
Hidroeléctrica Agoyán, ubicada aguas arriba.
La interconexión entre las dos centrales, tiene lugar en las estructuras del túnel y
cámara de interconexión propiamente dicha, estructuras a las que se agrega el túnel
de descarga intermedia a ser utilizado en caso de cualquier paralización que se
produjera en la Central San Francisco.
A partir de la cámara de interconexión, continúa el túnel de conducción en una
extensión de 11.099 m, estructura que transporta las aguas hasta la tubería de
presión, por medio de la cual y luego de una caída neta de 200 m hacia la casa de
máquinas, generan 230 MW mediante dos turbinas tipo Francis. Una vez producida
la generación, las aguas son restituidas al río Pastaza mediante el túnel de
restitución. La energía producida en la central hidroeléctrica San Francisco, será
entregada al sistema nacional interconectado (S.N.I.) por medio de una línea de
transmisión de 230 kV y 45,0 km de longitud.
Las Figuras 1 y 2 ilustran las estructuras que componen el sistema San Francisco,
desde la interconexión con la Central Agoyán hasta la generación.
FIGURA 1 - Inicio del proyecto:
Estructuras subterráneas para
captación de agua en la Central
Agoyán.
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FIGURA 2 - Final del proyecto:
Estructuras subterráneas para
generación en la Central San
Francisco
2
2.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA TUBERÍA DE PRESIÓN
La tubería de presión, Figura 3, con disposición vertical, fue diseñada para
construirse en hormigón y su tramo inferior revestido en acero. Esta construcción
tiene una longitud total 319,48 m, cuya geometría, componentes y características
actuales son las siguientes:
- Tramo horizontal superior en hormigón, de 34,20 m de longitud, que incluye la
transición de 6,00 m de longitud desde el final del túnel de conducción;
- Codo superior en hormigón, de 31,42 m de longitud, 20,00 m de radio de curvatura,
ángulo de 90º y diámetro interno de 5,70 m;
- Tramo vertical en hormigón, de 124,30 m de longitud y diámetro interno de 5,70 m;
- Tramo vertical en acero, de 0,99 m de longitud y diámetro interno de 5,70 m;
- Tramo tronco cónico en acero, de 2,99 m de longitud y diámetro interno de 5,00 m;
- Codo inferior en acero, de 31,42 m de longitud, 20,00 m de radio de curvatura,
ángulo 90º y diámetro interno de 5,00 m;
- Tramo inferior horizontal de acero, de 56,26 m de longitud y diámetro interno de
5,00 m;
- Bifurcador en acero, de 6,10 m de longitud y diámetro interno de entrada de 5,0 m y
dos derivaciones de diámetros internos de 3,50 m cada;
- Dos ramales horizontales en acero, 29,12 m de longitud cada uno y diámetro
interno de 3,50 m;
- Altura total de excavación del tramo vertical – 175,00 m;
- Diámetro teórico de la excavación – Tramos variables de 7,00 m; 6,80; 6,60;
- Altura del tramo con revestimiento en hormigón deslizado – 124,27 m;
- Diámetro interno de la tubería en hormigón – 5,70 m;
- Espesor teórico del revestimiento con hormigón (pared) – Espesor variable de
0,90 m a 1,30 m;
- Tipo de hormigón - Clase 35,0 MPa, con consistencia y velocidad de
endurecimiento adecuados a la velocidad de avance establecida para el encofrado
deslizante;
- Tipo de acabado del hormigón - Acabado hidráulico.
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TRANSICIÓN
1439,712
6,0 8,2
1445,746
1439,627
LONGITUD DE LA TUBERÍA
(Por eje hasta inicio bifurcador)
20,0
2
,4
31
FIN TC
1421,52
FIN HORMIGÓN DESLIZADO
6,6
horizontal superior
codo superior
tramo vertical
codo inferior
horizontal inferior
TOTAL
= 34,20
31,42
=
= 130,98
31,42
=
= 57,48
= 285,50
CASA DE MAQUINAS
124,3
6,8
7,0
1297,25
CASA DE MÁQUINAS
1295,50
INICIO HORMIGÓN DESLIZADO
R
20
,0
INICIO DEL BLINDAJE
1268,45
111.68
(LONGITUD DESARROLLADA)
FIGURA 3 - Características físicas de la tubería de presión
3. DESARROLLO DE LOS TRABAJOS
3.1 FORMACIÓN DEL ANILLO DE REACCIÓN PARA INICIO DE LOS TRABAJOS
En cuanto al procedimiento de ejecución adoptado [1], inicialmente fue construido un
anillo, suspendido, de hormigón armado, prendido a la roca en la elevación
1297,25m, cuya finalidad fue servir de soporte para montaje del dispositivo de
reacción e izamiento del encofrado deslizante.
Esta fase del trabajo fue ejecutada en 5 etapas principales:
3.1.1 Etapa 01: Colocación de soporte metálico y encofrado de madera inferior para
formación del anillo de reacción
Trabajos realizados en esta etapa:
- Construcción de una plataforma de madera de 20m de altura para realización de
los trabajos al nivel 1297,25m.
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- A partir de esta plataforma se ejecutó la perforación para anclaje del soporte
metálico.
- Por sobre estos soportes metálicos se apoyó el encofrado inferior de madera para
formación del anillo de reacción, Figura 4.
3.1.2 Etapa 02: Montaje de la estructura de trabajo (Gallaway) y el
deslizante
encofrado
La estructura denominada Gallaway es una estructura metálica, Figura 5, compuesta
de tres niveles (plataformas) de trabajo, que se resume a seguir:
- El primero nivel se utiliza para recepción del hormigón, otros materiales y personal.
- El segundo nivel se utiliza para hacer todo el trabajo de colocación, compactación y
protección del hormigón recién lanzado.
- El tercero nivel se utiliza para hacer el trabajo de acabado y curado del hormigón
deslizado.
Observase que esta estructura fue diseñada para múltipla utilización:
- Ensanche de la excavación, una vez concluido el túnel piloto;
- Al inicio como apoyo a la ejecución del anillo de reacción;
- Posteriormente para seguimiento normal del hormigonado deslizado;
- Al final para auxiliar la ejecución del codo superior;
- Auxiliar el montaje del blindaje del codo inferior;
- Plataforma de trabajo de perforaciones e inyecciones de consolidación y contacto
hormigón/roca.
FIGURA 4 - Formación de anillo de
reacción. Soportes metálicos
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FIGURA 5 - Estructura metálica
“Gallaway”. Plataformas de Trabajo
5
En cuanto al encofrado deslizante, los trabajos realizados en esta etapa fueron:
- Colocación de la plataforma intermedia de la estructura del Gallaway junto a los
soportes metálicos prendidos a la roca.
- Montaje de la estructura metálica del encofrado deslizante, con altura de 1,10 m,
inicialmente soportado por Gallaway.
3.1.3 Etapa 03: Hormigonado del anillo de reacción
Trabajos desarrollados:
- Colocación de las placas de apoyo para el montaje futura del codo inferior;
- Colocación de armadura de transición entre la parte inferior del tramo vertical y el
codo inferior.
- Hormigonado del anillo de reacción con altura de 1,00 m.
3.1.4 Etapa 04 – Protección Adicional
Trabajos realizados en esta etapa:
- Desplazamiento de la estructura del encofrado deslizante correspondiente a la
altura del anillo de reacción, ahora independiente de la estructura del gallaway.
- Seguimiento normal del hormigonado por proceso de encofrado deslizante para
revestimiento de las paredes rocosas.
3.1.5 Etapa 05 – Protección adicional
En esta etapa fue utilizada la plataforma inferior de la estructura del Gallaway como
apoyo a la instalación de la “plataforma de protección” a cualquier trabajo que se
realice por abajo.
3.1.6 Etapa 06 – Final del hormigonado de las paredes del tramo vertical
En esta etapa, al final del hormigonado de las paredes del tramo vertical de la
tubería de presión, después de 33 días sin interrupción, fueron realizados los
siguientes trabajos:
- Anillo de hormigón armado en el último 1,20 m de altura;
- Perforación e instalación de varillas de anclaje de 25 mm en el hormigón armado,
roscadas con tuerca y arandelas;
- Colocación de ménsula metálica, prendida en las varillas, para apoyo de la
plataforma inferior del Gallaway, a ser utilizada como protección y apoyo a los
trabajos en hormigón armado del codo superior.
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6
3.2
AVANCE DEL HORMIGONADO
A continuación de la instalación del encofrado deslizante [2] se empezó el avance
del hormigonado. El transporte del hormigón se hace por medio de balde a partir del
túnel de conducción, cuya secuencia se describe a seguir:
3.2.1 Descenso del hormigón hasta el sitio de hormigonado.
Después de verificada las propiedades del hormigón fresco, se hace el descenso por
medio de balde con capacidad de 1,0 m3 (Figura 6) y su aplicación por medio del
dispositivo (Figura 7)
FIGURA 6 - Descenso del hormigón en
balde
FIGURA 7 - Recepción y distribución del
hormigón - Plataforma superior
3.2.2 Colocación del hormigón y compactación
La colocación del hormigón se hace a través de un dispositivo prendido en la
plataforma superior, la cual descarga de forma continua en la estructura por medio
de canaleta móvil.
FIGURA 8 - Colocación del hormigón
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FIGURA 9 - Compactación y aspecto
7
3.2.3 Acabado y curado
A continuación de cada etapa de subida del encofrado se hace el acabado de la
superficie deslizada con el objetivo de eliminar algunas irregularidades. Este
procedimiento es hecho con uso de llana o esponja húmeda y ocasionalmente con
mortero en cuando ocurre alguno defecto mayor. El curado del hormigón se hace por
medio de impermeabilización de la superficie acabada a través de una membrana
química compuesta por doble aplicación, con aspersión de un producto químico
apropiado de nombre comercial Antisol.
FIGURA 10 - Operación patrón de
acabado con llana
3.3
FIGURA 11 - Aspecto final del acabado y
operación patrón de curado
PRESENCIA DE AGUA EN LA SUPERFICIE DE LA ROCA
La grande cantidad de agua de infiltración de la roca, exigió un cuidadoso y eficiente
proceso de drenaje a lo largo del seguimiento del hormigonado, para protección de
la superficie del hormigón fresco.
El drenaje y protección del hormigón fresco fue hecha de varias maneras, conforme
el volumen y la incidencia de la infiltración.
3.3.1 Drenaje en roca por medio de canaleta y tubo
- En el caso de punto localizado con salida de agua, fue adoptado el proceso de
captación directa por medio de canaleta o tubo dirigido para fuera del área del
hormigonado. En cuanto a la subida del hormigón en estos puntos el agua fue
dirigida para el tubo-dren embebido en el hormigón. La protección del hormigón
contra la presencia nociva del agua contra la remoción de materiales cementicios y
finos, fue hecha cubriéndose su superficie con membrana plástica
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FIGURA 12 - Drenaje de agua con
FIGURA 13 - Drenaje de agua con tubo.
canaleta desde la roca hasta exterior del Superficie del hormigón protegida con
hormigonado
manta plástica
3.3.2 Drenaje por medio de tubo perforado, embebido en el hormigón
Durante el desarrollo del hormigonado la roca presentó infiltraciones de agua a
través de sus fracturas generalizadas. Con la imposibilidad de dirigir el agua para
fuera del área del hormigonado, fue creado un tubo-dren embebido en el hormigón
con salida lateral, para drenaje del agua por sobre la superficie del hormigón fresco.
Este tubo tenía ranuras para drenaje y cuando se hormigonaba, era protegido por
medio de otro tubo que lo envolvía, con el fin de que no se obstruya el tubo-drene.
Fueron colocados ocho tubos-drene, diametralmente opuestos al longo del trabajo.
FIGURA 14 - Protección del dren para
hormigonado y protección de la
superficie con membrana plástica
4.
4.1
FIGURA 15 - Salida de agua lateral del
drene en la pared acabada.
CONTROL DE CALIDAD DEL HORMIGÓN Y MATERIALES
RESUMEN DE LOS MATERIALES
Los agregados utilizados son del tipo litológico granito y se componen de grava
(25 mm) y arena artificial. Su abrasión es de 21% y tienen aún una potencialidad
muy reactiva, pero neutralizada con el cemento puzolánico tipo IP (ASTM 595).
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4.2
CONTROL TECNOLÓGICO DEL HORMIGÓN
Las dosificaciones de los hormigones están presentadas en la tabla 4.2.1. Destacase
en estos diseños el uso de metacaolin, que contribuye para mejorar el
comportamiento del micro estructura del hormigón.
Fueron adoptadas las dosificaciones especificadas con 35,0 MPa con característica
adecuadas para el proceso de transporte y aplicación.
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO
Resistencia Especificada (f’c) – Kg./cm2
Edad de Control – días
Cemento tipo IP
Metacaolín
Grava 25 mm
Grava 9,5 mm
Cantidad
A Lavada + Penal
kg./m3
Agua
Reobuild 1010 – Superplastificante
Pozzolit NC 534 - Acelerante
Sika Aer
Promedio.- kg/cm2
2
7 Desviación Standard – kg./cm
Hormigón
días Coeficiente de Variación - %
Endurecido
Muestras - N
Prom.- kg./cm2
Resistencia a la
28 Desviación Standard – kg./cm2
Compresión
días Coeficiente de Variación - %
kg/cm2
Muestras - N
Prom.- kg./cm2
Datos
90 Desviación Standard – kg./cm2
Estadísticos
días Coeficiente de Variación - %
Muestras - N
2
Fcr calculada (Kg./cm ) 28 días.
Relación A/C
Período de utilización (Control)
H5-350NM
25-09
350
90
383
15
705
176
845
175
H6-350NM
25-09
350
90
389
10
605
325
805
175
3,2
3,2
1,98
0,19
270
24,4
9,0
50
339
20,2
6,0
50
404
27,9
6,9
23
368
0,486
1,98
0,20
266
18,2
6,8
16
341
17,7
5,2
16
394
18,7
4,7
16
370
0,437
23/06/05
a
23/07/05
23/07/05
a
30/07/05
TABLA 1 Dosificaciones utilizadas y control tecnológico
5.
CONCLUSIONES
- La superficie acabada quedó muy buena, con pocas fisuras y algunos puntos de
infiltraciones de agua, corregidas posteriormente.
Algunos factores fueron favorables al comportamiento térmico del hormigón:
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10
- La dificultad de circulación de aire en el conducto, debido a plataforma de
protección, provocó lenta disipación del calor;
- Curado eficiente;
- Temperatura de estabilización más alta, por arriba de 300C;
- Reducción de la temperatura máxima por circulación de agua en los drenes
embebidos en el hormigón;
- El control del hormigón presentó dispersiones normales, con uniformidad al largo
del proceso, y resistencia a la compresión compatible con la especificación.
6.
AGRADECIMIENTOS
- Nuestros agradecimientos a concesionaria Ecuatoriana Hidropastaza SA por la
autorización de esta publicación.
- Nuestro agradecimiento al Ingeniero Arturo Toro de la constructora Odebrecht por
las informaciones de los datos de control tecnológico del Hormigón.
7.
PALABRAS – CLAVES
Encofrado; Deslizante; Hormigón; Subterráneo; Ejecución.
8.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] CONSORCIO ODEBRECHT/ALSTOM/VATECH (2005) - Diseños ejecutivos
SFR-CON5CNO-TF46-055. SFR - DS5PCE-TF44-410 - SFR-DS5PCE-TF45 410SFR-DS5CNO-TF45-002 – SFR-DS5CNO-TF51-019.
[2] FARAGE, J. F. (2005) - Informe ASFI.SF.007.2005-RO - Proyecto Hidrelétrico
San Francisco. Informe Consultoría a HIDROPASTAZA - Ecuador
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