Túneles y Centrales Hidroeléctricas. Proyecto ... · diseño Caudales diseño tomas: Caudales...

Sergio Sánchez Rodríguez. I.C.C.P. y M. T.O.S.

Director Técnico

Túneles y Centrales Hidroeléctricas. Proyecto Hidroeléctrico Miguillas

Índice

1. Introducción

2. Descripción del proyecto

3. Obras subterráneas

4. Conclusiones

5. Bibliografía

Introducción

El proyecto se localiza en la provincia Inquisivi del Departamento de La Paz. BOLIVIA.

El río Miguillas desciende desde las rocosas laderas nororientales de los altos picos

Andinos de la Cordillera de Tres Cruces, donde las cimas alcanzan cotas de 5620 msnm,

hasta la confluencia con el río Cañamina a la cota 1.120 msnm.

En este entorno, en el que en escasos 50 Km se pasa de un ecosistema andino de alta

montaña a otro de marcado carácter subtropical, se diseña un aprovechamiento en el

que mediante la disposición de dos centrales encadenadas, con saltos brutos de

aproximadamente 860 m y 765 m respectivamente y caudales en el entorno de 11 y 18

m3/s respectivamente se alcanza una potencia instalada próxima a 200 MW.

Descripción del proyecto (1)

Central Umapalca

UMAPALCA

Caudal diseño

central:

11,5 m³/s

Caudales de

diseño

Caudales

diseño tomas:

Caudales

captados en

el río

Chuca Loma: 0,70 m³/s 0,70 m³/s

Calachaca Jahuira: 3,9 m³/s 3,2 m³/s

T102: 4,0 m³/s 0,080 m³/s

Calachaca Jahuira: 4 m³/s 4 m³/s

Carabuco

(remanente):

1,06 m³/s 1,06 m³/s

Central Carabuco

existente:

2,46 m³/s

Salto bruto: 897,50 m

Salto útil: 857,50 m

Salto neto: 840,52 m

Potencia: 79,05 MW

Producción: 410,98 GWh

Factor de planta: 0,59

Ingresos: 15.808.399 $

Inversión: 155.338.327

TIR: 8.90 %

VAN: -2,36 M$

Plazo ejecución 41 meses


Central Palillada

PALILLADA Caudal diseño: 18 m³/s

Caudales derivados:

Umapalca: 11,5 m³/s

Jalancha: 3,20 m³/s

Miguillas: 1,9 m³/s

Choro: 1,0 m³/s

Khewani: 0,45 m³/s

Salto bruto: 788 m

Salto útil: 765 m

Salto neto: 744,8 m

Potencia: 109,70 MW

Producción: 597,18 GWh

Factor de planta: 0,62

Ingresos: 21.971.547 $

Inversión: 183.584.325 $

TIR: 12.92 %

VAN: 11.91 M$

Plazo ejecución 39 meses


Conjunto de las obras


Particularidades del proyecto

Severas dificultades de acceso durante la fase de estudios.

Condicionan el alcance de los estudios de campo tanto a nivel

de investigación geológica como de reconocimiento

geotécnico.

Investigaciones in situ muy limitadas. Sondeos poco

profundos y escasos.

Imposibilidad de llevar a cabo fotogeología.

Resultan obras subterráneas de gran longitud y profundidad que

han de proyectarse forzosamente con un conocimiento limitado

de los macizos.

Problemas de ladera y condiciones sísmicas dificultan soluciones

en canal.

Obras subterráneas (1)

Alcance de las actuaciones

4 + 2 túneles de aducción que totalizan 12,4 + 11,7 km

2 chimeneas de equilibrio

3 galerías de acceso intermedio

Ejecución mediante perforación y voladura por razones de coste y plazo.



Obras subterráneas contenidas en

el Proyecto

Longitud

(m) Terreno Afectado Recubrimiento

CENTRAL UMAPALCA

Túnel de Carabuco-Calachaca Jahuira 6.251

Uncia (Sun) y Catavi

(Sct), Silúrico. lutitas

con niveles de

areniscas

940 m

Acceso de construcción 1 Carabuco-

Calachaca (PK 3+734); pendiente

longitudinal media de 1,3 %

938

Túnel de Calachaca Jahuira-Umapalca 2.923

Uncía; Silúrico y

Amutara; Ordovícico.

Lutitas con niveles de

areniscas y pizarras

496 m

Túnel de Chaca Jahuira-Calachaca

Jahuira 3.068

Quimsa cruz;

Terciario. Amutara y

Uncía. Granodioritas,

cuarcitas y lutitas

con niveles de

areniscas.

500 m

Túnel de Chucaloma - Chacajahuira 265 Quimsa cruz;

Terciario 100 m

Chimenea de equilibrio de Umapalca 35



Obras subterráneas contenidas en el

Proyecto

Longitud

(m) Terreno Afectado Recubrimiento

CENTRAL PALILLADA

Túnel de Umapalca - Khewani 9.297

Ordovícicos,

Formaciones Amutara

(en la mayor parte del

recorrido) y Anzaldo.

Pizarras, cuarcitas,

areniscas, lutitas y

limolitas.

900 m

Acceso de construcción 2 Umapalca –

Choro; La pendiente longitudinal es del

2%

926

Acceso de construcción 3 Choro 400

Túnel de Khewani - Palillada 2.492

Formaciones del

Ordovícico: Amutara

(Oam), formada por

cuarcitas, areniscas y

pizarras, y Formación

Capinota (Ocp),

formada por lutitas y

pizarras gris oscuras.

520 m

Chimenea de equilibrio de Palillada 50


Geología y Geotecnia

Formación Edad Descripción

Quimsa Cruz (Tqc) Terciario Granodiorita

Catavi (Sct) Silúrico Intercalación de areniscas y lutitas

Uncia (Sun) Silúrico Intercalación de lutitas con niveles de areniscas

Amutara (Oam) Ordovícico Cuarcitas, areniscas y pizarras

Anzaldo/Coroico (Oan/cr) Ordovícico Metalimolitas, pizarras pasan a limolitas y niveles de

areniscas

Capinota (Ocp) Ordovícico Lutitas y pizarras gris oscuras

Litología Resistencia

a compresión (MPa)

Desviación

estándar (MPa) mi

Peso

específico

(kN/m3)

Granodioritas 20,2 5,0 29 26,0

Lutitas del Silúrico 11,1 7,9 7 26,0

Pizarras y Areniscas del

Silúrico 67,1 20,2 13 26,0

Pizarras del Ordovícico 19,6 6,7 7 26,0

Cuarcitas del Ordovícico 82,3 16,7 20 27,0


Geología y Geotecnia

Litotipo

Resistencia

compresión

(MPa)

Desviación

estándar

(MPa)

mi

Peso

específico

(kN/m3)

L1: Granodioritas 20,2 5,0 29 26,0 L2A: Alternancia de

Lutitas, Pizarras y

Areniscas (GSI≥35)

32,4 - 8,7 26,0

L2B: Alternancia de

Lutitas, Pizarras y

Areniscas (GSI<35)

18,9 - 6,1 26,0

L3: Pizarras 19,6 6,7 7 26,0

L4: Cuarcitas 82,3 16,7 20 27,0

Rocas de resistencias moderadas o

bajas a grandes profundidades o

fuertes estados tensionales.

Riesgo de squeezing / fluencia /

grandes deformaciones.

Túnel de Umapalca - Khewani


Secciones tipo


Secciones tipo

Ancho para favorecer el trabajo de equipos que permitan mejores rendimientos.

Solera para circulación ágil de vehículos de obra.

Anchurones de 30 m cada 450 m.

Sección blindada desde chimeneas de equilibrio hasta conducción aérea forzada.

Se opta por sección revestida con concreto lanzado (10 cm).

Protección frente al deterioro de los metálicos: pernos, cerchas y mallas de acero.

Regularización del paramento interior. Mejor comportamiento hidráulico, reduciendo las pérdidas.

Colaborar a largo plazo con el sostenimiento. Asegurar el buen comportamiento estructural de los túneles durante la

fase de operación de la Central, pues se reduce o elimina la posibilidad de producirse desprendimientos por

deterioro del sostenimiento.


Secciones tipo

Sistema Obras subterráneas

contenidas en el Proyecto

Longitud

(m)

Q

(m3/s)

Sección

(m2)

Pérdidas (m)

Revestimiento de

concreto lanzado

Pérdidas (m)

Revestimiento

de concreto

moldeado

UMAPALCA

Túnel de Carabuco-Calachaca

Jahuira 6.251 4,50 8,76 1,35 0,73

Túnel de Calachaca Jahuira-

Umapalca 2.923 11,50 8,76 4,11 2,28

Túnel de Chaca Jahuira-

Calachaca Jahuira 3.068 6,50 8,76 1,36 0,76

PALILLADA Túnel de Umapalca - Khewani 9.309 18,00 8,76 31,40 17,47

Túnel de Khewani - Palillada 2.504 18,00 8,76 8,46 4,69

Secciones Área Revestimiento Pérdidas de carga

Tipo 1 11,5 m2 Concreto

lanzado 19,03

Tipo 2 8,0 m2 Concreto

moldeado 18,07

Sección Revestimiento Coste USD/m

11,5 m2 Concreto lanzado 3.480,11

8 m2 Concreto moldeado 3.883,91


Secciones tipo

Rocas impermeables con k < 10-8 m/s

Rocas no evolutivas

Juntas y fracturas poco conductivas

Estado tensional suficientemente elevado para evitar la fracturación

hidráulica.


Sostenimientos bajo fuertes estados tensionales

Prediseño mediante clasificaciones geomecánicas no superan las pertinentes

comprobaciones numéricas.

Se requieren sostenimientos más robustos y una ejecución secuencial con numerosas

fases ‘sacrificando’ parte del sostenimiento y buscando cerrar la sección lo más tarde

posible.

Fuertes estados tensionales.

Rocas de resistencia media a baja.

Se busca generar una colección de soluciones que permitan afrontar la obra.



Yocambu-Quibor; ejemplo de túnel hidráulico en condiciones difíciles.



Sostenimientos Rangos Q Pase (m) CONCRETO LANZADO

30 MPA (cm) Bulones φ25 L=2 m Cercha

ST-1 >10 3.0 5 1.5(L)X2.0(T) -

ST-2 1-10 3.0 10 1.5(L)X1.0(T) -

ST-3 0,1-1 2.0 15 1.0(L)X1.0(T) -

ST-4 <0,1 1.0 20 1.0(L)X1.0(T) TH-16.5 / 1.0m

Sost. Fase Distancia frente (m) CONCRETO LANZADO

30 MPA (cm)

Bulones φ25

L=2 m Cercha

Contrabóveda

(cm)

SE-A - 2.0 20 1.0(L)X1.0(T) TH-16.5 / 1.0m 30

SE-B - 1.0 20 1.0(L)X1.0(T) TH-16.5 / 1.0m 30

SE-C - 1.5 25 0.75(L)X1.0(T) TH-16.5 / 0.75m 40

SE-D

Fase 1 1.0 25 - TH-16.5 / 1.0m TH-16.5 / 1.0m

Fase 2 2.0 5 - - -

Fase 3 3.0 15 - - 20

SE-E

Fase 1 1.0 25 - TH-16.5 / 1.0m TH-16.5 / 1.0m

Fase 2 2.0 5 - - -

Fase 3 3.0 5 - - -

Fase 4 8.0 20 - - 30

Problemas para Q<1

(ó RMR < 45) y,

especialmente,

para Q<0.1

(RMR<30)



Litotipo: L2, Alternancia de Lutitas, Pizarras y Areniscas

Cobertera (m) Deq (m) Lpase (m) Dplas (m) umax (m) Dplas/Deq Lpase/Deq u/umax u (m) pi/s0

100 3.93 1.0 11.662 4.8E-02 2.97 0.25 0.36 1.7E-02 0.10

150 3.93 1.0 15.011 1.1E-01 3.82 0.25 0.32 3.6E-02 0.09

300 3.93 1.5 25.219 4.3E-01 6.42 0.38 0.26 1.1E-01 0.12

300 3.93 1.0 25.219 4.3E-01 6.42 0.25 0.2 8.5E-02 0.17

600 3.93 1.0 32.227 1.6E+00 8.20 0.25 0.17 2.8E-01 0.19

600 3.93 1.5 32.227 1.6E+00 8.20 0.38 0.21 3.4E-01 0.17

600 3.93 2.0 32.227 1.6E+00 8.20 0.51 0.22 3.6E-01 0.16

600 3.93 3.0 32.227 1.6E+00 8.20 0.76 0.29 4.7E-01 0.12

600 3.93 4.0 32.227 1.6E+00 8.20 1.02 0.34 5.5E-01 0.09

900 3.93 8.0 47.603 3.2E+00 12.11 2.04 0.42 1.3E+00 0.09

900 3.93 6.0 47.603 3.2E+00 12.11 1.53 0.32 1.0E+00 0.13

900 3.93 5.0 47.603 3.2E+00 12.11 1.27 0.27 8.6E-01 0.15

900 3.93 4.0 47.603 3.2E+00 12.11 1.02 0.21 6.7E-01 0.19

900 3.93 3.0 47.603 3.2E+00 12.11 0.76 0.21 6.7E-01 0.19

900 3.93 2.0 47.603 3.2E+00 12.11 0.51 0.15 4.8E-01 0.25

900 3.93 1.0 47.603 3.2E+00 12.11 0.25 0.1 3.2E-01 0.32



Se busca retrasar la colocación del sostenimiento para que esté menos solicitado.

Pero al mismo tiempo se tiene que garantizar la estabilidad de la cavidad en rocas con Q<1 (ó <0,1),

que aceptaan pases limitados.

Las primeras fases del sostenimiento irán perdiendo factor de seguridad pero se instalan sucesivas

terminan dotando al túnel de la estabilidad requerida.

Necesidad de sobreexcavaciones para compensar las convergencias.



Q

H (m) >10 1-10 0.1-1 <0.1

100 ST-1 ST-2 ST-3 ST-4

300 ST-1 ST-2 ST-3 SE-B

600 ST-1 ST-2 ST-3 SE-D

900 ST-1 ST-2 SE-A SE-E

Conclusiones

Conclusiones

El sector de los proyectos hidroeléctricos presenta una enorme pujanza en el momento actual,

especialmente en LATAM; mercado natural de las ingenierías españolas.

Se trata de grandes proyectos que abarcan casi todas las disciplinas de la obra civil; y de gran

complejidad.

Las condiciones geográficas de la mayor parte de estas obras condicionan el desarrollo de los

proyectos y limitan enormemente el alcance de los trabajos de campo.

La discusión acerca de la necesidad de revestimiento en los túneles de aducción sigue abierta. Gran

número de factores en la decisión y, por lo general, a nivel de proyecto no hay información suficiente

para una decisión definitiva.

Los túneles profundos son muy habituales y rara vez se evita alguno de los extremos: rockburst-

squeezing; si no coexisten ambos.

Bibliografía

Bibliografía

Palmstrom ,A., Berdal ,A.B. Norwegian design and construction experiences of unlined pressure shafts

and tunnels. International Conference on Hydropower. Oslo, Norway, 1987.

Hoek, E and Guevara, R. 2009. Overcoming squeezing in the Yacambú-Quibor tunnel, Venezuela. Rock

Mechanics and Rock Engineering, Vol. 42, No. 2, 389 - 418.

Benson, R.P. Design of unlined and lined pressure tunnels. Tunnelling and Undergroud Space

Technology. Vol 4. No 2. pp 155-170. 1989.

Broch, E. Development of unlined pressure shafts and Tunnels in Norway. Tunnels and deep space. Vol 8.

pp 177-184. 1984.

Luis Cuesta Diego, Eugenio Vallarino. Aprovechamientos Hidroeléctricos. 2000. Servicio de

Publicaciones del CICCP.

Edvarson, S. Broch, E. Underground powerhouses and high pressure tunnels. Hydropower Development.

Vol 14. Norwegian University of Science and Technology. 2002,

MUCHAS GRACIAS

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