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Técnicas para la Ejecución de Grandes Proyectos Hidroeléctricos
COCASINCLAIR EP
Presas de Enrocado Tipos CFRD –ACRD
Técnicas de Diseño y Construcción de
Presas de Enrocamiento con Pantalla
Impermeable de Hormigón y Núcleo de
Asfalto
Dr. Bayardo Materón N.
Board de Consultores CCS
Quito – Septiembre, 26 de 2014
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PROGRESO DE PRESAS TIPO CFRD
320
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
300
280
260
240
El Cajón
Karahnjukar
Bakun
Mazar
La Yesca
Barra Grande
Banduo
Cihaxia
Maji
Linghekau
Songta
Gushui
Shuangjiangkou
189 m
196 m
205 m
187 m
210 m
185 m
250m
253 m
300 m
305 m
307 m
310 m
314 m
10
12
13
11
9
8
7
Shuibuya
220
Campos Novos
5
3
200
2
Aguamilpa
4
6
1
180
160
Foz de Areia
140
Alto Anchicaya
120
Cethana
20
20
15
20
10
20
05
20
00
20
95
19
90
19
85
19
80
19
75
19
19
70
100
ZONIFICACIÓN
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ZONIFICACIÓN INTERNACIONAL CLÁSICA
J.B.COOKE – J.L. SHERARD - 1985
LOSA
1
2A
2B
3A
SUELOS IMPERMEABLES
FILTROS
TRANSICIÓN
TRANSICIÓN DE
ENROCAMIENTO
3B ENROCAMIENTO
3C ENROCAMIENTO
T OTROS MATERIALES DE
INFERIOR CALIDAD.
PARAPETO
2
3A
ENROCADO
1A
1B
FLOW
3B
3C
PLINTO
T -ANGULO VARIABLE
1A IMPERVIOUS CLAY
1B RANDOM
2
PROCESSED TRANSITION
3A SELECTED ROCKS
3B MAIN ROCKFILL
LAYERS 0,80m - 1,00m
3C ROCKFILL
LAYERS 1,50 TO 1,60m
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ZONIFICACIÓN INTERNACIONAL MODERNA
PARA ZONAS SÍSMICAS
APÓS ZIPINGPU - CHINA
MAIO, 12, 2008
1 SUELOS LIMOSOS
2A FILTROS
BORDILLO
2B TRANSICIÓN
3A TRANSICIÓN DE
ENROCAMIENTO
3B ENROCAMIENTO A. ARRIBA
3C ENROCAMIENTO A. ABAJO
T OTROS MATERIALES.
VARIACIÓN EN LOS TALUDES
PROYECTO PLINTO
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TIPOS DE PLINTO
• CONVENCIONAL
• CON LOSA INTERNA
• SOBRE ALUVIONES
• SOBRE MUROS ALTOS
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CONVENCIONAL
B = k H(m)
B = Ancho en m.
k = Variable*
H = Altura del
Embalse
*Depende de la clasificación
geomecánica
FOZ DO AREIA
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PLINTO CON LOSA INTERNA
PRESA DE ITAPEBI – 120M - BRASIL
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PLINTO ARTICULADO SOBRE MATERIAL ALUVIAL
SANTA JUANA
CHILE -110m
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PLINTO SOBRE MUROS – LA YESCA - CHAGLLA
Diseñar como un
muro :
CALCULANDO
• Estabilidad
• Deslizamiento
• Esfuerzos
• Transferir los
esfuerzos a la
fundación con
tirantes, pernos o
drenes para reducir
la sub presión.
a
Wp
Wm
b
En
b >a
Et
Como
requerido
PLINTO SOBRE MUROS
CHAGLLA
BORDILLO
EXTRUDIDO
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MÉTODOS ANTIGUOS DE COMPACTACIÓN DEL TALUD DE AGUAS
ARRIBA
FOZ DO AREIA
COMPACTACIÓN DEL
TALUD DE AGUAS
ARRIBA
160 m de altura
BRASIL
AGUAMILPA
187m de altura
MEXICO
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Adopción del Bordillo Extrudido – Itá - Brasil
Nuevas tecnologías
de proyecto y
construcción:
• Adopción del bordillo
extrudido con alta
productividad.
• Presas de Itá, Itapebí, El
Cajón, La Yesca,
Merowe, Mohale,
Caracoles, Punta Negra
y Presas Chinas.
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CONSTRUCCIÓN DEL BORDILLO
LA YESCA - MÉXICO
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MEZCLA TÍPICA PARA BORDILLO
MEZCLA:
- CEMENTO: 50-75 kg
- ARENA: 1.100 kg
- AGREGADO ¾” : 1.100 kg
- ÁGUA: 125 litros
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EXTRUSORA CHINA- MEROWE – SUDAN - ÁFRICA
CONSTRUCCIÓN DEL
ENROCADO
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PRÁCTICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN
• Aplicar água al enrocamiento (200-300 l/m³).
• Mejorar la granulometría del material 2B.
• Mejorar la compactación – Compactadores
Vibratórios > 20 T.- (>12T sobre el tambor).
• Reducir el espesor de capas a 60-80cm para 3B.
• Utilizar gravas aluviales bien graduadas.
• Adoptar la construcción de bordillo extrudido.
• Seleccionar sellos externos e internos.
• Introducir formas deslizantes livianas.
• Utilizar muros parapetos pré fabricados o fundidos
en el lugar.
• Analizar las Juntas de compresión centrales.
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TIPOS DE ENROCADO
CAMADAS TÍPICAS: 2B = 0.30 - 0.50m
3A = 0.30 - 0.50m
PRESAS ALTAS: 3B = 0.60 - 0.80m
3C = 0.80 – 1.20m
COMPACTORES VIBRATÓRIOS:
≥ 20T
>5T/m en el rodillo
MONITORES PARA ADICIONAR ÁGUA: 200 a 300 l/m³
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FOZ DO AREIA – Colocación de Transición 2B.
Material sin finos. Basaltos.
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COLOCACIÓN MATERIAL 2B – LA YESCA – MÉXICO.
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CONSTRUCCIÓN 2B LA YESCA 210 m - MÉXICO
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COMPACTACIÓN MATERIAL 2B – LA YESCA - MÉXICO
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EL CAJON –188m – MEXICO – 3B - Agua >200
l/m³
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APLICACIÓN DE ÁGUA PARA COMPACTACIÓN – LA YESCA –
MÉXICO.
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MEROWE – SUDAN - ÁFRICA – COLOCACIÓN DE
ÁGUA
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MÉTODOS MODERNOS DE COMPACTACIÓN
Compactadores modernos
de 20 T y de 12T sobre
el rodillo con presión de
≥ 5 t/m y altas
freqüencias de
vibración: 1400 – 1800
vpm
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COLOCACIÓN DE MATERIALES – LA YESCA - MÉXICO
MATERIAL “2B”
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COLOCACIÓN DE MATERIALES – PUNTA NEGRA – ARGENTINA
CONTROL DE CALIDAD E
INSTRUMENTACIÓN
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CONTROL DE CALIDAD
No. de calas
Volumen colocado
Tipo de material
(m³)
programadas
ejecutadas
Peso
volumétrico
seco promedio
Relación de
vacíos
promedio
(kN/m3).
(e)
2
115,572
195
201
22.63
0.16
3B
2,137,581
107
107
22.15
0.18
T
2,508,267
126
125
20.28
0.27
3C
2,596,976
18
28
19.95
0.29
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CONTROL DE CALIDAD DETERMINANDO
GRANULOMETRÍA E ÍNDICES FÍSICOS DE LA ROCA.
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CONTROL DE DEFORMACIÓN INTERNA POR MEDIO DE
LA INSTRUMENTACIÓN – CELDAS SUECAS
DURANTE LA FASE CONSTRUCTIVA ES NECESARIO CONTROLAR LAS
DEFORMACIONES PARA CALCULAR MÓDULOS DE COMPRESIBILIDAD.
DO MATERIAL 2B SEJA INFERIOR A CORRESPONDENTE DOS MATERIAIS 3A E 3B
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DURANTE EL LLENADO DEL EMBALSE LAS CELDAS
PRÓXIMAS A LA LOSA SE DEFORMAN MAS.
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DEFORMACIÓN TÍPICA – FOZ DO AREIA - 160 m
BRASIL
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DEFORMACIÓN INTERNA - ITAPEBI - 120 m
BRASIL
SELLOS
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SELLOS
• INTERNOS DENTRO DE LA LOSA - COBRE
• EXTERNOS (MASILLAS – CAUCHO - EPDM
MATERIAL GB CHINO)
• MATERIALES FINOS (CARBÓN - CENIZAS LIMOS)
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SELLOS EXTERNOS E INTERNOS
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INSTALACIÓN DE SELLO EXTERNO
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INSTALACIÓN DE SELLO TIPO OMEGA
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MÁQUINA PARA FABRICAR SELLOS DE
COBRE
MOHALE – SOUTH ÁFRICA
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SELLOS UTILIZADOS EN EL CAJÓN, MÉXICO
UNICAMP
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FOZ DO AREIA •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
JUNTAS (1980)
1. MORTERO
2. SELLO DE COBRE
3. PINTURA ASFÁLTICA
4. IGAS
5. BANDA DE PVC
6. TUBO DE NEOPRENO
7. PLINTO
8. LOSA
9. SELLO DE PVC
10. ARENA-ASFALTO
11. ROCA
12. MATERIAL 2A
BRASIL
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SELLO CORRUGADO UTILIZADO EN LA JUNTA
PERIMETRAL
Features of GB Waterstop
Structure from top downward:
 GB-EPDM protective cover, an
independent defense line with
high aging resistance.
 Corrugated rubber waterstop
supported by a rubber rod,
specially designed to the action
of joint deformation and
impounding pressure.
 GB filler, cold paving rubber
plastic filler, with excellent flow
sealing ability and high
workability on the site.
 GB-copper waterstop, with GB
sealant plates adhered to the two
wings of the copper to improve
its side imperviousness. The loop
size of the copper is also
specially designed.
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SELLO CORRUGADO CHINO
Sello
Corrugado
Chino,
diseñado para
resistir
aberturas
durante el
llenado del
embalse
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Instalación de Sello Corrugado en Merowe
Sudan - África
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Instalación de Masilla GB con cobertura de
EPDM
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Installation
JUNTA PERIMETRAL DE SHUIBUYA
of perimetric joint in Bakun CFRD
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PRESA DE MEROWE EN SUDAN
Juntas Verticales de Tracción
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PROYECTO PARA ANGOSTURA - CHILE
PROYECTO Y
CONSTRUCCIÓN DE LA
LOSA
Losa de la Cara
Espesor
e = eo + kH
0,30< eo < 0,35 m
K
0,0020 to 0,0035
Mayores que 120m
E =0,045 a 0,05 H m
Gradiente = 200 - 220
Presa de Aguamilpa
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KANNAVIOU CHIPRE – ESTRUCTURA PARA
COLOCAR ARMADURA
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CONSTRUCCIÓN DE LA LOSA CON CIMBRAS DESLIZANTES
XINGÓ
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ESTRUCTURA METÁLICA PARA
TRANSFERENCIA DE LA CIMBRA
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AGUAMILPA - 187m
MÉXICO – LOSAS ALTERNADAS
COMPORTAMIENTO DE LA
LOSA
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Diagrama de esfuerzos longitudinales en la
cara de concreto – Campos Novos dam
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DEFORMACIÓN DE LA LOSA EN VALLES ESTRECHOS
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CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS - 30 – 40% H
Presa de Campos Novos
Presa de Campos Novos
Presa de Campos Novos
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Presa de Bakún – Malasia – 205m
PARAPETOS
Aguamilpa Dam
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PARAPETOS
PARAPETOS CONVENCIONALES
• Mohale 145m - Lesotho, Africa
• Foz do Areia 160m - Brasil
• Segredo 145m – Brasil
• El Cajón, 189m, México
PARAPETOS DOBLES
• Salvajina 148m - Colombia
• Itapebi 120m – Brasil
• Caracoles 130m- Argentina.
• Chaglla 200m - Perú
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PARAPETOS- PRÉ FABRICADOS
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ALMACENAMIENTO DE PARAPETOS
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COLOCACIÓN DE PARAPETO PRÉFABRICADO DE ITAPEBI
ITAPEBÍ
PARAPETO DE AGUAS ABAJO
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CONSTRUCCIÓN DE BASES PARA PARAPETO
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ITAPEBI CON PARAPETOS EN OPERACIÓN
PRESAS DE ENROCADO CON
NÚCLEO DE ASFALTO
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Casos Históricos
• En 1950 se utilizó el asfalto para impermeabilizar el
talud.
• La primera estructura compactada de este tipo fue
construida en 1962, en Alemania.
• Alemania, Noruega e Italia construyeron estructuras con
núcleo.
• En el año 78 se habían desarrollado en Noruega
máquinas para la colocación y compactación del núcleo
central.
• El el año 2002 China tenia 12 presas construidas.
• El progreso comparativo de este tipo de presa se
presenta en la próxima transparencia.
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PROGRESO DE PRESAS TIPO CFRD Y ACRD
ZONIFICACIÓN
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ZONIFICACIÓN TÍPICA DE PRESAS CON
NÚCLEO DE ASFALTO
PRESA
10,00
CORONA
TRANSICION GRUESA
TRANSICION FINA
1.4
1.0
ENROCADO FINO
1.4
1.0
NÚCLEO
ENROCADO
ENROCADO
FINO
ENROCADO
PLINTO
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ZONIFICACIÓN TÍPICA DE PRESAS CON
NÚCLEO DE ASFALTO – FOZ DE CHAPECÓ
EMBALSE
AGUAS ABAJO
EJE ATAGUÍA
EJE PRÉ ATAGUÍA
EJE ATAGUÍA
EJE PRÉ ATAGUÍA
1)
5)
Núcleo de Asfalto 2) Transición fina 3) Transición gruesa
Enrocado grueso.6) Ataguías
4) Enrocado fino
PLINTO
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PLINTO CON TUBERÍA DE INYECCIÓN
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NÚCLEO DE ASFALTO
Características principales del núcleo de concreto
asfáltico
1. El Núcleo debe ser flexible, compacto e impermeable,
la erosión y envejecimiento.
resistente a
2. Debe ser trabajable para su colocación y compactación .
3. Debe ser um material visco elástico plástico y auto cicatrizante en el
caso de eventuales fisuras o movimientos diferenciales.
4. La deformabilidad volumétrica debe ser pequeña con comportamiento
de dilatación moderado.
5. Estas características se obtienen controlando el porcentaje de
cemento asfáltico y el porcentaje de vacios inferior a 3%.
6.
No contamina el ambiente pues es un elemento natural
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MEZCLA DEL NÚCLEO DE ASFALTO
Características principales del diseño del núcleo de
concreto asfáltico
1.
El Núcleo debe tener una granulometría tipo Fuller con tamaño máximo de ¾” (19mm)
obedeciendo la fórmula
di = (di / Dmax) 0,41 x 100
2.
El porcentaje de vacios debe ser < 3% . Contenido de asfalto entre 6 a 8,5%.
3.
El ancho es 1% de la altura con alargamiento cerca al plinto.
4.
La composición es aproximadamente como sigue:
40% agregado grueso. T.M. = 19mm
40% arena
10-12% finos
5.
El espesor de capa compactado debe ser de 20cm.
6.
Se utiliza um diseño tipo Marshall similar a los pavimentos asfálticos.
ENROCADO
y
TRANSICIONES
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TRANSICIONES Y ENROCADOS
Características principales de las transiciones y
enrocados
1. La transición fina debe colocarse con el mismo espesor de capa del
concreto asfáltico.
2. La transición fina debe ser bien graduada y de baja compresibilidad
con un ancho de aproximadamente el doble del espesor del núcleo.
3. La transición gruesa debe ser bien graduada de baja compresibilidad
con un espesor de capa el doble de la transición fina y drenante.
4. El enrocado fino debe ser bien graduado con tamaño máximo de 50 a
60 cm y de baja compresibilidad.
5. El enrocado grueso debe ser bien graduado, compacto en capas de
80cm, similar al de las presas de cara de concreto.
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Imprimación sobre el Plinto con Masilla Asfáltica
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Imprimación de masilla sobre el Plinto – Presa de Jirau, 48m,
Brasil
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MASILLA Y CONCRETO ASFÁLTICOS
La masilla asfáltica se coloca antes de construir el
concreto asfáltico y tiene las siguientes características:
32%
33%
20%
15%
arena artificial
arena natural
polvo de trituración
material bituminoso
El concreto asfáltico se coloca después a temperaturas
entre 165 y 178°C y se compacta entre 170 y 110 °C
dependiendo de su viscosidad.
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Colocación de Concreto Asfáltico Manual con
Cimbras Metálicas Laterales
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Colocación de Concreto Asfáltico con Cimbras
Laterales
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Abastecimiento de transición fina y lanzamiento de
capa de núcleo Asfáltico por la acabadora
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Colocación de Concreto Asfáltico Mecanizado con
Puentes Metálicos para Facilitar el Acceso
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Compactacíon de Núcleo Asfáltico y Transiciones
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Compactacíon de Núcleo Asfáltico y Transiciones
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Colocación del enrocado lateral con adición
de agua.
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Equipo de Compactación de
avance
Concreto Asfáltico y Transiciones
ab
CONTROL DE CALIDAD E
INSTRUMENTACIÓN
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CONTROL DE CALIDAD
1. Los enrocamientos tienen un control de calidad e instrumentación
similar a las presas con cara de concreto.
2. Las transiciones se controlan por granulometría e índices físicos.
3. El concreto asfáltico se controla con ensayos de granulometría,
índices físicos para el agregado.
4. El asfalto se controla con ensayos periódicos de:
•
•
•
•
•
•
Penetración
Viscosidad
% de insolubles
% materiales volátiles
Estabilidad al calentamiento
Densidad
5. El concreto se controla con el índice de vacios, densidad y porcentaje
de asfalto.
6. Control con ensayos triaxiales.
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CONTROL DE CALIDAD
Furnas
Furnas
La deformación volumétrica debe ser mínima comparada
con la deformación axial
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CONTROL DE CALIDAD
CURVAS TÍPICAS DE DEFORMACIÓN DEL CONCRETO ASFÁLTICO
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VENTAJAS
• Cronograma similar a las presas tipo CFRD aunque
presenta menos volumen.
• Incorpora las ataguías dentro de la sección principal.
• Reduce la longitud del túnel de desvío.
• Elimina la construcción de juntas perimetral y colocación
de sellos y concreto.
• Permite construir accesos sobre los taludes.
• No se afecta por la presencia de fisuras ni
asentamientos diferenciales.
• Es resistente a zonas sísmicas.
• Permite iniciar el llenado del embalse con anterioridad a
su terminación.
• Construcción relativamente simple si se dispone de los
equipos adecuados.
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DESVENTAJAS
• Requiere construcción de pasarelas sobre el núcleo para
la colocación del enrocado.
• Colocación del plinto y sistema de inyecciones en el
centro de la presa afectando el cronograma.
• Productividad de colocación de enrocado menor que las
presas tipo CFRD.
• Control de transiciones y concreto asfáltico mas
elaborado y costoso.
• Requiere la disponibilidad de equipos de construcción
mas costosos para la construcción del concreto asfáltico.
•Se requiere una planta de asfalto adicional.
• Se limita la colocación de enrocado en un estribo antes
de desviar el rio.
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Shuibuya, 233m, China
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Foz do Chapecó, 45m, Brasil
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JIRAU, 48m, Brasil
DISPOSICIÓN GENERAL DE JIRAU
BRASIL
GRACIAS