VIII Congreso Argentino de Presas y Aprovechamientos Hidroeléctricos 22 al 25 de abril de 2015 Santa Fe - Argentina
Aprovechamiento Hidroeléctrico Manduriacu Características principales de su diseño y construcción Javier Buraschi1, Sergio Paganini1, Leonardo Zovich1, Rafael Santos1, Luiz Milani Filho2 y Carlos Henrique Matos2 1 2
Intertechne Consultores SA. Filial Argentina. Pelagatti 381 - 3er Piso - (8300) Neuquén - Argentina Constructora Norberto Odebrecht. Av. Luís Viana, 2841 CEP 41730-900 Salvador, BA - Brasil Mail de contacto:
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RESUMEN El Proyecto Hidroeléctrico Manduriacu se localiza en el centro-norte de Ecuador, en la cuenca del río Guayllabamba entre las provincias de Pichincha e Imbabura. El proyecto incluye una presa de HCR de aproximadamente 62 metros de altura, que se eleva sobre el lecho del río y materializa el cierre. Las principales estructuras del proyecto Manduriacu tienen una disposición compacta, con la estructura del Descargador de Fondo principal en el centro del cauce permitiendo la limpieza de sedimentos; sobre sendos laterales se encuentran los vertederos que permiten la laminación de crecidas. Hacia la Margen Derecha de la presa, se encuentran los bloques de las Tomas de Agua, y un Desarenador que permite la limpieza periódica de sedimentos en la zona de embocadura. Aguas debajo de las Tomas de Agua, y solidaria a la presa, está la Casa de Máquinas compuesta por dos equipos de generación con turbinas tipo Kaplan de 60 MW de potencia total. En el marco de este trabajo se describen las características principales de los elementos principales que componen el proyecto, y en particular los procesos aplicados en su diseño y los desafíos que presentó su construcción. Palabras clave: Manduriacu, HCR, Proyecto de Presas
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1 INTRODUCCIÓN El proyecto Hidroeléctrico Manduriacu, está ubicado en cercanías de la población de Cielo Verde, entre las parroquias de Pacto y García Moreno en el cantón Cotacachi de la provincia de Imbabura, República de Ecuador. En particular, en las coordenadas Latitud-Longitude 0°14’1”78°44’ 41” (Ver Figura N° 1)
Figura 1 - Ubicación del Proyecto Manduriacu
El Aprovechamiento, construido por la empresa Norberto Odebrecht entre los años 2012 y 2014, permite la captación de las aguas del río Guayllabamba mediante la implantación de una presa mixta de hormigón compactado con rodillo (HCR) y hormigón convencional (HCV), con el objeto de generar energía eléctrica, aportando 60 MW a la red Nacional Ecuatoriana. La construcción de Manduriacu, comenzada en Febrero del año 2012, fue concluida en el mes de Diciembre del 2014 mes en el cual se realizó el primer llenado del embalse, seguida de la puesta en marcha de las unidades generadoras durante el mes de Febrero del presente año 2015. En la misma se utilizaron 106.000 m³ de Hormigón Compactado a Rodillo (HCR), 186 000 m3 de Hormigón convencional (HCV) y 5800 Tn de Acero. La construcción generó más de 2000 puestos de trabajo en su momento de mayor demanda, la mayor parte de ellos ciudadanos Ecuatorianos. El proyecto ejecutivo, fue desarrollado en su conjunto por la empresa Intertechne Consultores SA, en particular por su oficina Neuquén, en Argentina, en donde se desarrolló el proyecto Civil del aprovechamiento.
2 CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA La cuenca hidrográfica hasta el sitio de ubicación de la presa Manduriacu presenta una extensión de 6 980 km2. Se encuentra ubicada en el centro norte del Ecuador entre las coordenadas 840 000 y 720 000 Este y entre 10 065 000 y 9 925 000 Norte. La cuenca hidrográfica, que se desarrolla desde el callejón interandino, tiene en sus divisorias de agua más de una docena de elevaciones superiores a los 4 000 msnm, siendo la más representativa el volcán Cotopaxi con 5 897 msnm. y desciende hasta los 455 msnm en la zona del proyecto. Esta cuenca es una de las áreas más densamente pobladas del Ecuador con aproximadamente 2,74 millones de habitantes según el censo poblacional del año 2010. El mayor centro poblado es la ciudad de Quito, de gran importancia nacional por ser la capital del país y un gran centro de consumo energético por sus actividades políticas, administrativas y económicas. 2
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En la Tabla N° 1 se detallan los valores de referen cia para los parámetros hidrológicos más significativos del aprovechamiento. Tabla N° 1 - Características hidrológicas de la cuenca
3 DESCRIPCIÓN GENERAL El proyecto hidroeléctrico Manduriacu incorpora un conjunto de estructuras con el objeto de materializar el cierre del embalse, control de crecidas, manejo de sedimentos y generación de energía eléctrica. El cierre está conformado básicamente por una presa a gravedad de hormigón compactado con rodillo. En el centro del cauce se ubican las estructuras que completan el cierre y permiten la captación para la casa de máquinas y obras de derivación, en particular se ubican allí el vertedero de excedentes, el desagüe de fondo principal, las obras de captación y de desagües de fondo secundario. La estructura de Toma, ubicada hacia la margen derecha del cauce principal incluye dos tuberías de presión que alimentan sendos grupos generadores en la Casa de Maquinas ubicada al pie de la presa, con una potencia total instalada de 60 MW. Completa el aprovechamiento la subestación transformadora ubicada sobre la meseta de la margen derecha del cauce del río y las estructuras del desvío en la margen opuesta. En la Figura N° 2 se representó el arreglo general de las obras y la ubicación de las diferentes estructuras mencionadas.
Figura 2 - Arreglo general de las obras del Aprovechamiento Manduriacu
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4 ESTRUCTURAS PRINCIPALES Se describen en este capítulo las características de las estructuras más significativas, las particularidades salientes de su diseño y de su construcción. El Aprovechamiento Hidroeléctrico Manduriacu consta de un cierre principal de hormigón constituido por 23 bloques independientes separados por juntas de contracción. De ese conjunto 15 bloques fueron construidos bajo la tecnología de HCR (numerados del Bloque 2 a 10, en la Margen derecha, y 21 a 25 en la Margen izquierda) y uno en hormigón convencional masivo (Bloque 11). En los 9 bloques restantes se alojan las estructuras que conforman las obras de operación y descarga, en particular, la obra de Toma (Bloques 12 y 13), el Descargador de Fondo Auxiliar (DAF, Bloque 14), los vertederos (Bloques 15, 16, 18, 19 y 20) y el Descargado de Fondo principal (Bloque 17). Conforme se presenta en la Figura N° 3 siguiente y en la Fotografía N° 1, el bloque de mayor altura es aquel donde se aloja el Descargador de Fondo, sobre el cauce del río, alcanzando un valor máximo de 60 m, disminuyendo gradualmente hacia las márgenes.
Figura 3 - Perfil Longitudinal del cierre.
Fotografía N°1 - Vista general desde aguas abajo
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4.1 Presa Los módulos de presa, cuyo coronamiento se encuentra en la El. 495,40, están conformados por bloques de gravedad típicos, cuyos paramentos de aguas arriba y aguas abajo presentan sendos quiebres de pendiente en las El. 483,60 y 486,93, respectivamente. El paramento de aguas arriba resulta vertical por sobre la El. 483,60, y con una pendiente 0,25H:1V hacia el embalse en los niveles inferiores hasta alcanzar el plano de fundación. En cuanto al paramento de aguas abajo, éste presenta una pendiente 0,75H:1V por debajo del quiebre ubicado en la El. 486.93. En la Figura N° 4 se resumen las características geométricas principales de los bloques de presa.
Figura N° 4 - Secciones típicas por el centro y junta de cada bloque
El cuerpo de la presa fue construido mediante la técnica de hormigón compactado a rodillo, en capas horizontales de 30 cm de espesor cada una. La resistencia de proyecto del concreto fue de 10 Mpa a 90 días y para su dosificación se utilizaron 150 kilos de cemento por m3 de HCR con un tamaño máximo de agregado de 50 mm. En la cara de aguas arriba de la presa se colocó concreto convencional de 16 Mpa de resistencia en un espesor de 0,70 m, al objeto de mejorar las condiciones de impermeabilidad y terminación del paramento. Similar procedimiento se utilizó en la cara de aguas abajo, en donde fueron construidos en concreto convencional el escalonado de 0,90mx1,20m tal como se muestra en la Figura N° 4 anterior. Un detalle especial se tuvo en las juntas entre bloques para dotar a las mismas de la seguridad necesaria. Como se indica en la Figura N°5 siguient e, fue dispuesta una doble junta de PVC de 35 cm y un dren colector intermedio, el cual descarga las posibles pérdidas directamente en la pared de aguas arriba de la galería de drenaje.
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Figura N° 5 - Detalle de sello en la junta entre bloques de presa
A los efectos de poder realizar los trabajos de inyecciones de impermeabilización de la fundación y disponer de drenes de alivio de la fundación, todos los bloques de presa son atravesados en cercanías de su base por una galería dotada de dimensiones suficientes para que en ella pudieran operar los equipos de perforación. El trazado longitudinal de la galería se puede observar en la Figura N° 3 mientras que, en la Figura N° 6 siguiente, se esquematiza sus caracterí sticas geométricas y constructivas más significativas.
Figura N° 6 - Galería de inyección y drenaje - Sección típica
Como se advierte en la Figura N° 6, para la constru cción de la galería se utilizaron precolados en forma de marco que definen la sección completa. Estos precolados, de 0,80 m de extensión, son colocados en forma continua a lo largo de la galería, salvando todos sus quiebres y singularidades. El número de piezas singulares resultó elevado demandando una coordinación muy ajustada entre proyecto y producción. No obstante, ello permitió acelerar notablemente el proceso constructivo al reducirse a un mínimo las tareas a ejecutar por fuera del montaje de las piezas. Dentro de la sección se previeron sendas canaletas a uno y otro lado del eje de galería. De esta forma es posible canalizar y aforar en forma separada aquellos caudales provenientes del sistema de drenaje de la fundación de aquellos captados por los drenes verticales superiores del cuerpo de presa y de las filtraciones en las juntas.
4.2 Obra de Toma y tubería de aducción En los bloques 12 y 13 de la presa, sobre la Margen Derecha, se alojan las estructuras que permiten la captación y conducción del agua que alimenta a las turbinas de la casa de máquinas, ubicadas en el pie de la presa. 6
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En la figura N° 7 siguiente, se esquematiza la geom etría de la sección típica de esta estructura.
Figura N° 7 - Toma de Agua - Sección Típica
La estructura de la boca de Toma, de 46 m de altura e igual extensión hacia aguas abajo, cuenta con una rejilla de hormigón armado que evita la obstrucción o ingreso de objetos al circuito de generación. Para poder realizar tareas de mantenimiento, dispone de una compuerta ataguía alojada sobre el paramento de aguas arriba, siendo estas operadas desde el coronamiento mediante un sistema oleohidráulico. La estructura de toma fue construida en su totalidad en hormigón convencional, con resistencias de diseño de 18 Mpa para los hormigones masivos (con aditivos y técnicas de enfriado para controlar la elevación de temperatura) y de 25 Mpa en los hormigones armados que envuelven las secciones hidráulicas. La dosificación adoptada para estos hormigones permitió utilizar procedimientos de bombeado y encofrados deslizantes mejorando en forma significativa los tiempos de construcción. En particular, el diseño de detalle se realizó en consonancia con los requerimientos constructivos, incorporándose, entre otros, elementos precolados en las formas hidráulicas de la transición en la embocadura (Ver Fotografía N° 2), evitando así encofrados complejos y de difícil construcción y montaje.
Fotografía N°2 - Toma de Agua - Embocadura - Precolados
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4.3 Vertedero y Descargador de Fondo Las estructuras de Vertedero y Descargador de Fondo se encuentran emplazadas con una configuración en arco en el centro del cauce del Rio Guayllabamba (Ver Figura N° 2). Las Estructuras de Vertedero se encuentran implantadas sobre cinco bloques, separados por juntas que permiten su comportamiento estructural en forma independiente. El flujo en cada bloque es controlado mediante compuertas radiales accionadas mediante servomecanismos y soportadas por un sistema de anclajes postesados que permiten transmitir los empujes sobre la compuerta al cuerpo de la pila de hormigón armado. El Descargador de Fondo, se encuentra emplazado sobre el bloque 17 central y cuenta con dos módulos de descarga también controlados mediante compuertas radiales. En ambas estructuras, aguas arriba de las compuertas radiales se materializaron guías para compuertas deslizables planas que permiten el mantenimiento tanto de las compuertas y su sistema de accionamiento como del propio canal de descarga. En las figuras N° 8 y N° 9 siguientes se representa un corte típico de ambas estructuras.
Figura N° 8 - Descarga de Fondo - Sección Típica
Figura N° 9 - Vertedero - Sección Típica
Como singularidad, para el Descargador de fondo se adoptó una protección conformada por bloques de granito intertrabados y anclados al hormigón que le sirve de base. Estos bloques, de 0,60x0,50x0,50m de tamaño, fueron seleccionados de macizos de granito sano, aserrados en el pais de origen y trasladados via marítima hasta Ecuador. En la fotografía N° 3 se muestra parte del trabajo mientras estaba siendo ejecutado.
4.4 Casa de Máquinas La casa de máquinas de Manduriacu es del tipo a cielo abierto, emplazada a pie de presa, aguas abajo de los bloques 12 y 13 de la toma, donde se alojan las tuberías de aducción. Fundada sobre roca excavada, posee un ancho de aproximadamente 28,00 m, y una longitud máxima de 56,55 El edificio de la central aloja en su interior dos grupos generadores con turbinas tipo Kaplan de 30 MW cada una, playa de montaje, galerías eléctrica, mecánica, de acceso y el edificio de control. 8
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Su diseño fue realizado en base a una modelación completamente tridimensional bajo la herramienta SolidWork, incluyendo en el mismo espacio de diseño a la interface mecánica y eléctrica. De esta forma, se minimizan los riesgos de interferencias y se facilitan las alteraciones de los diseños ante modificaciones por cuestiones de obra o de interfaces. En la Figura N° 8 siguiente se representa un esquem a del modelo global de SW de la Casa de Máquinas.
Figura N° 8 - Casa de Máquinas - Modelo de SW
Inmediatamente hacia aguas abajo de la casa de máquinas se encuentra el Canal de Fuga el cual asegura las condiciones de funcionamiento de las máquinas y restituye de forma controlada las aguas al cauce del Río Guayllabamba. Completan las instalaciones de generación una subestación transformadora ubicada sobre la margen derecha de la casa de maquinas que permite conectar la central al sistema interconectado de Ecuador.
Fotografía N°3 - Descarga de Fondo - Protección con bloques de granito
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5 CONCLUSIONES Manduriacu representó un desafío muy grande para constructores y proyectistas por los muy ajustados plazos de construcción, lo que motivó a orientar cada detalle de proyecto para lograr el mayor aprovechamiento posible de las facilidades de la empresa contratista. Manduriacu ya está generando, para orgullo de quienes participaron en su concepción y alegría de aquellos que reciben sus beneficios.
Agradecimientos Los autores agradecen a la empresa Constructora Norberto Odebrecht por permitir la difusión de esta publicación.
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