Presentación del Proyecto al Concurso

Concurso de Proyectos
Fundación de la Ingeniería Civil de Galicia
Proyecto
C.H. Millares II
1. FICHA TÉCNICA
Nombre del proyecto Salto de Millares II
Localización Millares (Valencia)
Fecha del proyecto 1998
Fecha de inicio de la construcción Oct. 1998
Id. finalización Jun. 2002
Equipo redactor (proyecto civil) Felipe Briones Martínez, Jesús de Blas Calvo, Juan M.
López Marinas, Ildefonso Jambrina Bermejo,Virgilio
Díaz González, Ramón Paramio Ruiz, Álvaro Martínez
Palacio, Jesús Melendro Díaz, Alberto Armijo Suárez,
Mª Ángeles Bule Costas, Javier Franco Fernández,
Manuel Linares Bermúdez
Ingeniería
Promotor Iberdrola Generación S.A.U.
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2. MEMORIA EXPLICATIVA DEL PROBLEMA A RESOLVER
El Salto de Millares es una instalación de aprovechamiento energético del río Júcar en el tramo inferior
de su vertiginoso descenso desde la meseta Sur hasta la plana costera valenciana. Tras muchos años
de funcionamiento, la construcción de la nueva presa de Tous, situada aguas abajo del Salto y que
empezó a embalsar en 1998, significó un cambio radical, al quedar la central generadora de energía
eléctrica sumergida bajo sus aguas. El Salto había estado en servicio durante 67 años, durante los que
generó más de 25.000 millones de kilovatios-hora, es decir una cantidad de energía un 20% mayor que
el consumo de toda la Comunidad Valenciana en 2003. La trascendencia de tal pérdida resulta
indudable, por lo que se arbitraron las medidas necesarias para remediarla.
El embalse de Tous tiene un régimen de explotación que atiende a una multiplicidad de intenciones,
pues debe regular las aguas del río y, a la vez, debe proteger la región conocida como la Ribera frente a
las legendarias inundaciones catastróficas del Júcar -nombre árabe que se traduce por ”devastador”.
Para ello el nivel del agua en el embalse debe variar enormemente a lo largo del año, siendo obligatorio
que en los meses de septiembre a diciembre se encuentre en sus cotas mínimas, precisamente
coincidentes con el desagüe de la central antigua.
Resultaba evidente que, para no perder una gran cantidad de energía, era necesario que la nueva
central debía estar situada a una cota similar a la que quedaba inundada, pero tenía que estar protegida
contra los niveles más altos del embalse, que podrían eventualmente llegar hasta 70 metros por encima
de dicha cota mínima.
El problema ingenieril que se planteó, por lo tanto, consistió en el diseño de una central hidroeléctrica
que fuera capaz de asegurar su integridad estructural y su funcionalidad permanentemente, a pesar de
estar sometida a un régimen de carga hidráulica exterior variable entre cero y setenta metros de altura
de columna de agua. A ello se añadía, como circunstancia no baladí, el hecho de que la construcción de
la central debía hacerse con el embalse de Tous en régimen de llenado parcial igualmente variable.
Todo ello, junto al profundo conocimiento de las características geomorfológicas de la zona, tras casi un
siglo de actuación de Iberdrola en ella, condujo a la solución en caverna.
También hay que hacer notar el hecho de que la instalación se encuentra en la Reserva de La Muela de
Cortes, con las restricciones evidentes desde el punto de vista medioambiental propias de un
emplazamiento tan singular.
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2. MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO
2.1 Introducción
El Júcar es el río con mayor regulación natural de la Península Ibérica, dado que su cuenca
alimentadora está casi totalmente formada por terrenos permeables de la meseta Sur y de la cordillera
Ibérica, lo que garantiza una uniformidad de caudales desconocida en el resto de la red fluvial española.
A ello se une el gran desnivel existente entre su tramo medio y la plana costera, del orden de los
ochocientos metros en un recorrido en planta relativamente corto. No es extraño, por tanto, que, ya a
principios del Siglo XX, los primeros esfuerzos de desarrollo de energía hidroeléctrica a gran escala
dignos de tal nombre se centraran en las magníficas condiciones geomorfológicas que el cañón del
Júcar ofrecía.
El final de dicha parte del curso del río está obstaculizado por la gran mole de la Muela de Cortes, que
obliga al Júcar a describir un arco por su borde norte y este, donde se encuentran los Saltos de Cortes y
de Millares, respectivamente, así como el embalse de Tous.
El Salto de Millares aprovecha el desnivel entre las cotas 240 y 80, aproximadamente, y se beneficia de
la citada regulación natural al máximo, pues, al estar al final del curso del río principal, recibe el mayor
caudal de los afluentes. Una presa de derivación, en el paraje conocido como El Naranjero, alimenta un
largo túnel, de unos 13 km en la margen derecha, el cual transporta un caudal de 55 m3/s hasta el
depósito de extremidad. Toda esta parte de la instalación se ha mantenido intacta en el nuevo proyecto.
Cuatro tuberías forzadas partían del depósito, conduciendo el agua a sendos grupo de eje vertical, con
una potencia de 28300CV cada uno. Los grupos se encontraban alojados en un edificio asentado sobre
roca, al borde del río y al pie de un impresionante cantil. Las líneas eléctricas salían de un parque de
transformadores ubicado junto al edificio de la central, aproximadamente a la cota 90 sobre el nivel del
mar.
La construcción del embalse de Tous ha alterado sustancialmente las condiciones del tramo. El agua
embalsada puede alcanzar en explotación normal la cota 130, y en momentos de grandes avenidas
hasta la 150. Tanto el edificio de la central antigua como el parque de transformadores quedan
totalmente inundados. En vista de ello ,y para no perder la magnífica energía generada en el tramo, se
estudió la sustitución de la instalación antigua por otra que pudiera ser explotada satisfactoriamente
bajo un régimen hidrológico tan exigente, con las garantías de resistencia y funcionalidad óptimas.
En esas condiciones lo más evidente es plantear la nueva central en caverna, intentando contar con la
colaboración del terreno para evitar la acción del agua del embalse de Tous sobre ella. Dado que el
macizo rocoso está constituido fundamentalmente por calizas permeables, era prácticamente imposible
evitar el empuje hidrostático, salvo alejando la caverna del río varios kilómetros, lo que resulta
económicamente inviable. Los reconocimientos geológicos, llevados a cabo durante muchos años,
ponen de manifiesto que no existe en la zona de Millares una situación similar a la que permite que la
central de bombeo de la Muela diste menos de doscientos metros de un embalse con ochenta metros
de carga de agua, sin verse afectada por él.
Por ello se asumió desde el principio del proyecto que la central debería ser blindada de forma parecida
a un submarino. Las formas de las paredes de revestimiento deberían maximizar la resistencia a una
carga hidrostática exterior, a la vez que las dimensiones interiores debían ser lo mas reducidas que la
funcionalidad de las máquinas permitiera. Todos los accesos, conducciones, pozos de comunicación y
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salida de barras debían sopotas sin daño dicha solicitación exterior. En principio esto podría intentarse
con una estructura exterior al macizo rocoso, pero en seguida se vio que la colaboración de la roca era
sumamente aconsejable para los objetivos propuestos.
2.2 Elementos principales del proyecto
En la información gráfica que acompaña a esta memoria se muestran los principales elementos que
integran el proyecto, sus proporciones y relaciones. Como documentación complementaria se han
incluido, en forma de tablas, los datos numéricos mas relevantes. La descripción que se hace en este
apartado es más bien cualitativa y con realce especial en los aspectos que se consideran más
novedosos o singulares, incluyendo, cuando es pertinente, la relación con el proceso constructivo.
2.2.1 El circuito hidráulico
El proyecto aprovecha la toma en embalse de El Naranjero, el antiguo túnel canal de 12,8 km de
longitud y el depósito de extremidad, al que se ha dotado de acceso de vehículos para facilitar las
ligeras reparaciones necesarias (tras más de 70 años de funcionamiento) y el mantenimiento futuro. La
obra nueva comienza con 2 tomas (una para cada nuevo grupo). Para mantener las condiciones
hidráulicas apropiadas con un caudal doble que el del esquema anterior, se dispuso un abocinamiento
en planta y alzado con estructura de hormigón que se desarrollaba en el interior del depósito. Se cuidó
el tratamiento del contacto entre hormigones de distintas edades.
El trazado de las conducciones forzadas (2 x Ø 2,5m) se ha hecho con un tramo vertical en pozo
construidos con la técnica de raise-boring hasta la cota de máquinas, seguido de tramo horizontal. La
cercanía en planta de la central al depósito hizo innecesario considerar un trazado inclinado. Están
blindadas en toda su longitud, salvo el primer codo. En el interior de la central, tras la oportuna
reducción de sección, se han dispuesto las válvulas mariposa inmediatamente antes de la entrada a la
cámara espiral. Entregada la energía en su paso por la turbina y con sendas compuertas tras la
aspiración, ambos circuitos continúan separados hasta su confluencia antes de la ataguía de seguridad
común y restitución conjunta al río. Todo el tramo, desde la compuerta de aspiración tiene un diseño
convencional en hormigón armado, debiendo destacarse la complejidad geométrica de la confluencia,
que aconsejó la realización de planos 3D del despiece de armaduras.
2.2.2 La Central en caverna
Aspectos funcionales
La central alberga los grupos turbina-alternador con la salida de los cables de generación, los órganos
de cierre del circuito: válvula mariposa aguas arriba y compuerta aguas abajo, así como los sistemas de
control. Dispone de un área para montaje y desmontaje de las máquinas, para lo que cuenta con una
grúa-puente de 65 tm y otros elementos de elevación. Sirve de paso a la cámara de la ataguía de
desagüe.
El edificio está organizado en cinco niveles, de arriba a abajo: planta de acceso, planta de alternadores,
planta de turbinas, recintos de válvulas y galería y pozo de achique.
En un extremo de la nave, sobre la planta de acceso, se ha dispuesto un pequeño edificio convencional
que alberga la sala de control y otros servicios auxiliares.
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Aspectos estructurales
La resistencia estructural del revestimiento de la central se abordó con un diseño en forma de cáscara
que aprovechase las capacidades resistentes del hormigón a compresión. Sin embargo, las curvaturas
necesarias para evitar tracciones llevarían a una sección transversal poco eficiente para alojar los
principales componentes electro-mecánicos y de servicios necesarios.
Los anteriores requisitos de implantación llevaron finalmente a una sección transversal ovoidal, que no
es totalmente adecuada ⎯cuando la diferencia de radios es grande⎯ para resistir las fuertes presiones
hidrostáticas puesto que se generan momentos de importancia en las proximidades de los cambios de
curvatura, acentuados en este caso por el aumento brusco de la sección requerido para el apoyo
temporal de la bóveda durante la excavación.
Sin embargo, desde los diseños iniciales del revestimiento se comprobó que la situación mejoraba
considerablemente si se podía contar con la colaboración de la propio macizo en el equilibrio de
fuerzas. En efecto, si se tiene en cuenta que la bóveda de roca puede impedir, a través de una reacción
moderada, el movimiento vertical de la cáscara que se produciría indirectamente por la presión
horizontal en los muros, se disminuyen notablemente las solicitaciones de los mismos, reduciéndose
significativamente los momentos flectores máximos y aumentando las compresiones del efecto arco.
La comprobación de los mecanismos de resistencia supuestos para el revestimiento se realizó con
diferentes modelos numéricos de elementos finitos bi y tridimensionales. No se consideró oportuno ni
práctico realizar un único modelo de toda la caverna, tanto por la complejidad de las formas como por el
desacoplamiento relativo que las juntas transversales proyectadas dan al conjunto de la cáscara.
En los cálculos de esfuerzos del revestimiento se tuvo en cuenta el mecanismo de reacción del macizo
mediante la utilización de elementos de contacto, sin permitir tracciones e incluyendo rozamiento de
Coulomb entre hormigón y roca, lo que exigió conducir los cálculos en el ámbito no lineal. Al mismo
tiempo se realizaron otros modelos para estimar la evolución tensional del macizo como resultado de la
excavación. Estos últimos permitían reproducir las principales fases de excavación de la caverna y
conocer la concentración de tensiones producida por el propio hueco en su conjunto como por los
puntos angulosos, como, por ejemplo, los hombros de apoyo temporal de la bóveda. El conocimiento
detallado del campo de tensiones en esas zonas facilitó el diseño del refuerzo de la zona.
A pesar de que las formas convexas eran las idóneas para las cargas previstas, como se ha indicado
con anterioridad, no fue posible mantener este criterio en toda la central. La disposición de la área de
acceso y montaje en un extremo de la caverna, a cota por encima de las máquinas da lugar a un zona
cóncava en la que la presión hidrostática resulta muy desfavorable para la estructura de hormigón. Si
bien el muro que limita uno de los grupos pudo diseñarse con forma cilíndrica para utilizar
favorablemente el efecto arco, la losa de acceso y montaje debía ser necesariamente plana, al menos
en su superficie superior. La presencia de huecos importantes en los muros de ambos extremos que
debían servirle de apoyo para la presión hidrostática postulada en su cara inferior producían esfuerzos
excesivos en los mismos. La solución final adoptada requería, junto con una losa de gran canto
fuertemente armada, contar con la reacción de la losa sobre el muro cilíndrico mencionado, induciendo
en éste tracciones de importancia que debieron ser resueltas mediante pretensado vertical con barras
ancladas en el terreno.
La impermeabilización
Junto con la resistencia, debería asegurarse la impermeabilidad. Se ha abordado a través de dos
barreras sucesivas: inyección de la roca circundante y bandas de PVC en todas las juntas verticales.
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Se eligió una inyección sistemática de 4m de profundidad y retícula 2x2 no sólo para disminuir la
permeabilidad del macizo sino, además, para mejorar su capacidad mecánica, especialmente en las
zonas en que se buscaba el contacto para su contribución a la resistencia. En ese sentido, se programó
para el final de la obra la inyección de la zona de bóveda con el objetivo de que hubiesen tenido lugar la
mayor parte de los movimientos diferidos.
La impermeabilización de juntas en las que no se preveían compresiones se encomendó a dos láminas
de PVC, de 30 o 50 cm, según las zonas, colocadas en serie en cada junta: la primera en la interfase
hormigón-roca y la segunda hacia la mitad de la sección de hormigón.
Con independencia de los sistemas descritos, fue preciso idear un sistema de protección independiente
durante la excavación, mientras se completaba la construcción del revestimiento. Para ello se
construyó, a una cota superior a la máxima elevación normal de Tous, una galería que formaba, en
planta, un bucle exterior a la caverna de central. Desde ella se dispuso unos velos de inyecciones
formados por una sucesión de taladros inclinados, con separación típica entre ellos de 2m y longitudes
de hasta cerca de 100m, formando una especie de cesta que contenía en su interior la caverna de la
central.
2.2.3 El equipo electro-mecánico
El nuevo proyecto debía mantener las condiciones técnicas de la concesión, excepto en lo referente al
salto que los nuevos niveles de explotación de Tous reducirían. Por otra parte, el caudal máximo a
turbinar por los nuevos grupos no podría superar al anterior, al aprovechar la toma, el largo túnel-canal y
el depósito de extremidad.
La variación de las condiciones de explotación desde que se concibió la central original han permitido
reducir a 2 el número de grupos. La elección de las nuevas turbinas se ha hecho teniendo presente que
deben trabajar en condiciones variables de salto. Los dos grupos están formados por turbina Francis de
eje vertical de 30.820 kW de potencia nominal acopladas a alternadores trifásicos síncronos de 35.300
kVA de 50Hz de frecuencia y 13,8 kV de tensión nominal que se eleva en el parque de intemperie con
sendos transformadores a 138 kV.
2.2.4 Los accesos
La nueva central cuenta con dos accesos: un túnel carretero de 658m de longitud y 8,6% de pendiente
que parte de la carretera de acceso a la antigua y un pozo de 3,60m de diámetro interior, con escalera
metálica que comunica la central con el parque de intemperie.
Durante la construcción se perforaron diversas galerías auxiliares, clausuradas al finalizar, para acceder
a la futura bóveda de la caverna, y a la parte más baja de la misma. Esta última interceptaba en su
recorrido las tuberías forzadas y concluía en la confluencia de los desagües. Desde el túnel de acceso
se derivó un ramal a la galería perimetral para inyección de la pantalla de impermeabilización
2.2.5 El parque de intemperie
Se aprovecha el parque de la antigua central, proyectándose un nuevo parque de transformación en la
vertical de la central, a la salida del pozo de cables, que ocupa una superficie de 936 m2.
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2.3 Efectos medioambientales
El hecho de que se trate de la sustitución de una antigua central hidroeléctrica por otra de
características energéticas similares, el que ambas estén ubicadas en el mismo lugar y que la nueva
sea subterránea minimiza los impactos medioambientales negativos permanentes de este proyecto. Así,
en la matriz tipo Leopold obtenida en el estudio de evaluación de efectos medioambientales no se
identificó ningún impacto negativo de las acciones de intensidad superior a 1 (escaso o débil), siendo
prácticamente todos ellos de carácter temporal.
Las únicas afecciones de carácter permanente ha sido la creación de escombreras con el material
extraido de la excavación: En la formación de las mismas se han tenido en cuenta criterios paisajísticos
en la elección de la ubicación, en el taluzado y en el tratamiento superficial, incluyendo replantación.
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3. DATOS COMPLEMENTARIOS
OBRA CIVIL
CIRCUITO EN CARGA
CENTRAL SUBTERRÁNEA
Toma de agua en el embalse de El Naranjero
Cota de solera
220,50 m.s.n.m.
Cota superior
245,10 m.s.n.m.
Canal de conducción
Tipo
En caverna
Dimensiones
45,7x22,3 m de
planta y 22 m de
altura
Altura máxima en eje de grupo 33,90 m
Longitud
12.800 m
Cota Planta Servicios
93,10 m.s.n.m.
Sección
5,5 x 6 m
Cota planta alternadores
89,00 m.s.n.m.
Volumen excavación
subterránea
23.700 m3
Volumen de hormigón
13.750 m3
Pozo de salida cables de
generación
∅ interior 3,60 m
3
Caudal
55 m /s
Pendiente
0,000483 m/m
Depósito de carga
3
Volumen
70.000 m
Cota de solera
212,00-218,00
Cota superior vertedero
224,94 m.s.n.m.
Cota explotación (2 grupos)
223,70 m.s.n.m.
Cota explotación (1 grupo)
224,20 m.s.n.m.
ÓRGANOS DE CIERRE
Toma en El Naranjero
Tuberías forzadas
Compuerta de emergencia
1 (6,00x8,00 m)
Compuerta de regulación
1 (6,00x8,00 m)
Longitud hormigón (GI y GII)
11,00 m
Longitud blindaje (Grupo I)
186,83 m
Tomas del depósito de extremidad
Longitud blindaje (Grupo II)
181,67 m
Ataguía
1 (2,50x2,55 m)
Sección (GI y GII)
2x∅2,5 m
Compuerta de seguridad
2 (2,50x2,55 m)
caudal
2 x 27,5 m3/s
Central
CIRCUITO DE RESTITUCIÓN
Conducciones hasta confluencia ∅ int. 3,20 m
Tramo final de restitución
4,40x4,40 m
Cota del punto más bajo
78,835 m.s.n.m.
Cota solera desembocadura
85,000 m.s.n.m.
Sección restitución al río
42,50 m2
caudal
2 x 27,5 m3/s
Válvulas mariposa
2 (∅ 2,3 m)
Compuertas de aspiración
2 (3,8x1,8 m)
Restitución
Ataguía de desagüe
9
1 (3,50x4,40 m)
EQUIPO ELECTROMECÁNICO
Número de grupos
2
Velocidad nominal
429 r.p.m.
Turbina
Tipo
Francis de eje vertical
Salto neto nominal
123 m
Potencia nominal
2x30.820 kW
Potencia máxima
2x34.060 kW
Caudal nominal
2X27,5 m3/S
Cota plano medio del distribuidor
84,8 m-s-n-m.
Alternador
Tipo
Síncrono trifásico, de polos salientes y eje vertical
Potencia nominal
35.300 KVA
Potencia máxima
37.500 KVA
Calentamiento estator/rotor
80/80 ºC
Frecuencia
50 Hz
Tensión nominal
13,8 kV ±5%
Factor de potencia
0,95
Inercia (PD2)
350 t/m2
Excitación
Estática
Transformador
Número
2
Tipo
Trifásica
Potencia nominal
35.300 KVA
Potencia máxima
37.500 KVA
Relación de transformación
13,8/138 kV
Refrigeración
ON/AF
Sistemas de elevación
Grúa central
1 carro de 65 t. + 5 t
Polipastos
3 de 20 t
10