CH Cerro Aguila

Centrales hidroeléctricas - Algunas experiencias en Latinoamérica Ing. Fulvio Besseghini - Lombardi SA

PH Cerro del Águila Operación y Mantenimiento de la Obra Civil 1 Lima, 02.07.2016

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Servicios de ingeniería desde el 1955

Grupo LOMBARDI / www.lombardi.ch

3 Lima, 02.07.2016

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Servicios de ingeniería para:

4 Lima, 02.07.2016

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Presas y obras hidráulicas

Presa de Muttsee

Presa del Toachi

5 Lima, 02.07.2016

• • • • • • • • •

Presas (arco, gravedad, terraplén) Tomas de agua, canales y túneles de aducción Centrales eléctricas subterráneas y externas Plantas hidroeléctricas completas Plantas reversibles Rehabilitación de centrales eléctricas Corrección de ríos Hidromecánica Consultorías

Túnel de Cerro del Águila

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Proyecto en América Latina Obra

País

Año

Servicios

Contratista

PH Cerro del Águila

Perú

2012 - 2016

BD, DD, SA

Astaldi-GyM

PH Toachi-Pilatón

Ecuador

2009 - 2016

BD, DD, SA

CWE

Pucará tunnel by-pass

Ecuador

2012 - 2014

BD, DD, CS

Odebrecht

Esti tunnel repair

Panamá

2011 - 2012

BD, DD, SA

Seli - Ossa

BD: Diseño Básico DD: Ingeniería de Detalle

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CS: Supervisión, Fiscalización SA: Asesoría en obra

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PH Cerro del Águila, Perú Cliente:

GyM y Astaldi – CRM – Consorcio Río Mantaro Datos importantes del Proyecto:

• • • •

Presa a Gravedad H=80 m L= 265 Toma Q=210 m3/s Túnel de Carga L=5.7 km, S=93 m2 Casa de Máquinas subterránea (B x L x H=18 x

86 x 46 m) equipada con 3 turbinas Francis (P=510 MW) • Túnel de Descarga L=1.9 km, S=90 m 2 Servicios prestados:

• Diseños de detalle • Planos de construcción • Asistencia durante la construcción Períodos:

• Período de Construcción: • Periodo de los servicios:

7 Lima, 02.07.2016

2012 – 2016 2012 – 2016

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Cerro del Águila HPP, Perú

8 Lima, 02.07.2016

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Generalidades – Ubicación del proyecto

Cuenca Río Mantaro • Área = 34’400 km 2 • Longitud = 724 km • Caudal medio= 270 m3/s • Crecida 10’000 años = 7’700 m 3/s 9 Lima, 02.07.2016

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Generalidades – Planimetría

10 Lima, 02.07.2016

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Generalidades – Perfil hidráulico

11 Lima, 02.07.2016

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Generalidades – Presa y obras anexas

12 Lima, 02.07.2016

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Desvío provisional del rio Mantaro

13 Lima, 02.07.2016

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Presa

14 Lima, 02.07.2016

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Presa

15 Lima, 02.07.2016

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Presa

2011 16 Lima, 02.07.2016

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Presa

2013 17 Lima, 02.07.2016

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Presa

2015 18 Lima, 02.07.2016

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Presa – Imagen digital

19 Lima, 02.07.2016

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Presa - Planta

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Presa – Crecidas Periodo de retorno [años] 1 2.33 10 20 50 100 200 400 1’000 10’000

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Caudal de avenida Temporada seca Temporada de lluvias [m3/s] [m3/s] 647 2’153 901 2’999 1’343 1’573 1’871 2’093 2’316 2’537 2’830 3’566

4’469 5’233 6’225 6’967 7’706 8’445 9’420 11’870

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Presa - Aliviadero

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Presa - Aliviadero Número de clapetas

2

Ancho

12.00 m

Altura

5.20 m

Nivel más alto Máximo nivel del agua

1556.50 m snm 1560.00 m snm

Labio del aliviadero

1551.30 m snm

Velocidad de apertura

6° / min

Velocidad de cierre

3° / min

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Presa - Aliviadero • Las compuertas de clapeta son el primer órgano de descarga de la presa. • Se utilizan para mantener constante el nivel del embalse

cuando el ycaudal entrante es mayor que el caudalque, de lo turbinado permiten evacuar el material flotante contrario, sería succionado por la obra de toma. • Cuando su volumen de descarga no es suficiente comenzará la operación de las compuertas radiales.

24 Lima, 02.07.2016

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Presa - Aliviadero

25 Lima, 02.07.2016

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Presa - Aliviadero Número de compuertas radiales

4

Ancho

12.00 m

Altura

13.56 m

Nivel más alto Máximo nivel del agua

1556.50 m snm 1560.00 m snm

Labio del aliviadero

1544.08 m snm


0.30 m / min

Velocidad de cierre

0.30 m / min

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Presa – Aliviadero – Modelo físico

27 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo

4.6x6 m

28 Lima, 02.07.2016

6.0x9.2 m

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29 Lima, 02.07.2016

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30 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo Número de desagües de fondo

6

Ancho vano

6.00 m

Altura máxima vano

9.20 m

Cota Caudal desagüe total

1495.00 m snm 4´560 m3/s


0.30 m / min

Velocidad de cierre

0.30 m / min

31 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo – Modelo físico

32 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo – Modelo físico

Abertura 25%

Abertura 50%

(Flujo turbulento)

(Flujo turbulento)

Abertura 75% (Flujo más regular) 33 Lima, 02.07.2016

Abertura 75% (Flujo regular) 49.0-PPT

Presa – Desagües de fondo Descargas parciales para asegurar que no se acumulen sedimentos en la embocadura de los desagües de fondo.

Sifón para evitar bloqueos por sedimentos en el desagüe. 34 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo Dos premisas marcaron su diseño: • Posibilidad de empleo como parte del esquema de desvío del río en época de lluvias. Asumiendo crecidas por encima del caudal admisible del túnel de diseño. • Purga del fondo del embalse al gran volumen anual de solidos en suspensión quedebido el río Mantaro transporta y el reducido volumen de admisión del lecho del embalse, debido a su angosta morfología.

Los desagües de fondo concentran más del 40% de la capacidad de desagüe de la presa  4’560 m3/s.

35 Lima, 02.07.2016

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Presa – Desagües de fondo En temporada seca (de junio a noviembre): Aperturas mensuales en horas fuera de pico. Al inicio del mes, durante 6 días seguidos, se deberá abrir una compuerta unos 2 m durante unas 3 horas. En temporada de lluvias (de diciembre a mayo): Aperturas semanales en horas fuera de pico. Al inicio del mes, durante 3 días seguidos, se deberán abrir 2 compuertas a la vez unos 2 m durante unas 4 horas. Después de algunas operaciones se podrá adaptar frecuencia y duración de tales operaciones. 36 Lima, 02.07.2016

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Presa – Purga embalse

37 Lima, 02.07.2016

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Presa – Purga embalse Se estudió la sedimentación a lo largo del embales (11 km) con dos modelos mono y bidimensionales.

38 Lima, 02.07.2016

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Presa – Purga embalse

Desarenador de Tablachaca durante una operación de limpieza 39 Lima, 02.07.2016

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Presa – Purga embalse Purgas extraordinarias  eventos anormales de transporte de sólidos

Mayunmarca (1974) 40 Lima, 02.07.2016

Huancavelica (2014) 49.0-PPT

Presa – Auscultación Generalidades: • Prevenir con suficiente antelación, y por tanto evitar, que una situación futura pueda acarrear roturas, accidentes e incidencias no deseadas. • Controlar ciertos parámetros que tengan una influencia importante en el comportamiento y seguridad de la presa. • Reducir las incertidumbres sobre las hipótesis simplistas realizadas, de forma que pueda aumentar la confianza sobre el comportamiento futuro. • Economizar, o al menos racionalizar, la construcción y/o explotación partiendo de datos reales medidos “in situ”. • Conocer, desde una información real, el comportamiento satisfactorio o no de la presa construida o en explotación. 41 Lima, 02.07.2016

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Presa – Variables internas Hidráulicas

JB_10 42 Lima, 02.07.2016

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Presa – Variables internas Hidráulicas

43 Lima, 02.07.2016

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Presa – Variables internas Deformacionales

44 Lima, 02.07.2016

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45 Lima, 02.07.2016

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46 Lima, 02.07.2016

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Presa – Auscultación Modelos determinísticos: • Basados en los efectos estáticos y térmicos sobre la presa

47 Lima, 02.07.2016

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Presa – Auscultación Modelos estadísticos • Facilitan la comparación del comportamiento actual y pasado de la presa (sobre variables auscultadas) • Obtienen unas condiciones de referencia que “aíslan” la variable otros del efecto del nivel de embalse, la temperatura u • Utilizan unas funciones matemáticas para representar los efectos y buscan unos coeficientes para lograr: • Residuo, también llamado error medio • Error cuadrático mínimo

48 Lima, 02.07.2016

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Presa – Auscultación Existen softwares que permiten el procesamiento integrado, análisis y archivo de datos de auscultación de presas. Por ejemplo, el programa MIC asiste al usuario en la adquisición, análisis, archivo y edición de datos de auscultación a través de pasos de operación sucesivos. La combinación óptima del análisis estadístico (comparación del comportamiento observado en el pasado con el comportamiento presente) y determinístico (basado en el análisis de los efectos estáticos y térmicos sobre la presa) provee una evaluación exacta y sistemática a corto y largo plazo del comportamiento de la presa. 49 Lima, 02.07.2016

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Minicentral

50 Lima, 02.07.2016

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Minicentral - Descripción Como parte del proyecto hidroeléctrico Cerro del Águila se ha construido una minicentral hidroeléctrica ubicada en el cauce del río, aguas abajo de la presa con las siguientes características: Caída neta 60 m Caudal nominal 9,90 m3/s Potencia de las turbinas 5,378 MW Potencia Nominal del generador 12,36 MVA Voltaje de generación 13,8 kV N. de turbinas 2 N. de generadores 1 El objetivo de esta minicentral hidroeléctrica es garantizar el caudal ecológico en el río y a su vez producir 10,5 MW de energía. En caso necesario, este tipo de centrales se utilizan para realizar un primer arranque y energizar la línea de transmisión. 51 Lima, 02.07.2016

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Minicentral - Vista

52 Lima, 02.07.2016

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Minicentral - Enfriador de aceite

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Obra de toma

54 Lima, 02.07.2016

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Obra de toma– Planta

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Obra de toma - Corte

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Obra de toma– Geometría

57 Lima, 02.07.2016

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Obra de toma– Generalidades Dimensiones: • Alto • Ancho

~40 m ~30 m

• Profundidad

~25 m

Transición de 16 m de longitud desde una sección cuadrada de 10.50 x 9.00 m hasta sección en herradura del túnel de conducción

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Obra de toma– Operación de ataguías y rejas

Rejas de la presa de Tablachaca 59 Lima, 02.07.2016

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Obra de toma– Operación de ataguías y rejas • Estructura sumergida en hormigón armado con dos losas intermedias conectadas • Esquema de doble reja sumergida para controlar entrada de bolsas de plástico • Pórtico de mantenimiento • Ataguías de cierre

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Túnel de aducción

61 Lima, 02.07.2016

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Túnel – Perfil

62 Lima, 02.07.2016

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Túnel – Corte típico

63 Lima, 02.07.2016

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Chimenea de equilibrio superior • Filosofía • Túnel de sección constante en lugar de pozo vertical. • Control de

PLANTA Y PERFIL

oscilaciones de masa de agua por cierres o cortes en la central hidroeléctrica. • Orificio de oscilación.

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Chimenea superior - Planta

65 Lima, 02.07.2016

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Chimenea superior - Perfil

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Pozo y tubería de presión

67 Lima, 02.07.2016

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Pozo de presión– Perfil y corte

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Pozo de presión

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Tubería de presión – Perfil

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Tubería de presión – Planta

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Caverna de casa de máquinas

72 Lima, 02.07.2016

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CdM - Sistema de túneles y cavernas

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CdM - Detalle cavernas CAVERNA DE CASA DE MÁQUINAS

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CdM - Sección transversal caverna

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CdM - Sección longitudinal caverna

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CdM - Panorámica

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CdM – Planta a cota 1278.53 msnm Túnel de principal de entrada

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CdM - Equipos principales

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80 Lima, 02.07.2016

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82 Lima, 02.07.2016

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83 Lima, 02.07.2016

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CdM – Puente grúa – Foso generadores

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CdM – Detalle de cavernas CAVERNA TRANSFORMADORES Y CAVERNA GIS

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CdM - Caverna transformadores – GIS

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Sistema de rieles y extinción por diluvio

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Pique de cables

88 Lima, 02.07.2016

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Pique de cables - Escaleras y plataformas

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Pique de cables - Plataformas

90 Lima, 02.07.2016

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Pique de cables - Muro de concreto y cables

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Patio de torres - Vista isométrica

92 Lima, 02.07.2016

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Patio de torres - Edificio de control

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Chimenea de equilibrio inferior - Perfil

• Filosofía • Túnel de sección variable en lugar de pozo vertical. • Control de oscilaciones de masa de agua por cierres o avenidas en el sistema hidráulico aguas abajo de la central. 94 Lima, 02.07.2016

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Chimenea de equilibrio inferior - Planta

95 Lima, 02.07.2016

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Chimenea de equilibrio inferior - Perfil

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Túnel de descarga – Perfil

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Obra de restitución – Planta

98 Lima, 02.07.2016

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Obra de restitución – Corte

99 Lima, 02.07.2016

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PH Toachi-Pilatón, Ecuador Cliente:

HIDROTOAPI E.P. Datos importantes del Proyecto:

Presa de Gravedad (H=59 m) Capacidad de los vertederos (Q=4'800 m3/s) Toma de agua (Q=60 m3/s) Túnel de carga (L=8.7 km, D=6.0 m) Casa de Máquinas subterránea Alluriquín (L x B x H = 66 x 24 x 45 m), equipada con 3 turbinas Francis (3 x 68 MW) • Chimenea inferior (L x B x H = 41 x 10 x 36 m), • Túnel de descarga (D = 5.60 m, L = 500 m) • • • • •

Servicios prestados:

• • • •

Diseños finales Documentos de licitación Investigaciones de campo Planos de construcción

Periodos:

• Período de construcción: • Período de los servicios: 100 Lima, 02.07.2016

2011 – 2015 2009 – 2013 49.0-PPT

PH Toachi-Pilatón, Ecuador Esquema general

101 Lombardi SA Ingenieros Consultores , 2016

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PH Toachi-Pilatón, Ecuador Perfil Longitudinal D=12.0 m Q=40 m3/s D=15.0 m LxBxH 66 x 24 x 45 m 3x68 MW (Francis) D=3.0 m

LxBxH 49.5 x 14 x 31 m 3x16.3 MW (Francis)

m .8 3 = D


m 7 . 4 = D

D=5.6 m

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Presa Toachi Proyecto 2009 L=157 m

HQ1000=965 m3/s

Q=100 m3/s

B=18 m H=59 m

Q=800 m3/s


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Presa Toachi Modelo físico escala 1:50 – Esquela Politécnica Nacional


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Q = 160 m3/s Q = 318 m3/s (65% QD) 105 Lombardi SA Ingenieros Consultores , 2016

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Presa Toachi

Q = 4.0 m3/s P = 1.4 MW

107 Lima, 02.07.2016

H = 59 m L = 157 m VBeton = 165'000 m3 VStausee = 8 Mio. m3 Vnutzbar = 2 Mio. m3 49.0-PPT

Presa Toachi

108 Lima, 02.07.2016

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Presa Toachi

109 Lima, 02.07.2016

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Presa Toachi

110 Lima, 02.07.2016

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Presa Toachi

111 Lima, 02.07.2016

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Presa Toachi


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Presa Toachi – Conexiones hidráulicas Sarapullo y Toachi en conjunto


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Presa Toachi – Conexiones hidráulicas Solo Toachi


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Presa Toachi – Conexiones hidráulicas Solo Sarapullo - Descarga


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Presa Toachi – Conexiones hidráulicas Solo Sarapullo sin descarga


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By-pass Pucará, Ecuador Cliente:

CELEC EP – Corporación Eléctrica del Ecuador Datos importantes del Proyecto:

• La central (73 MW) salió de operación en septiembre de 2011 después de un importante deslizamiento de la ladera que afectó al túnel • Los trabajos de reparación del túnel comprenden

la ejecución de un túnel bypass de 520 m y un túnel de acceso de 380 m • Duración de los trabajos: Aprox. 2 años Servicios prestados:

• Diseños conceptual, definitivo y de detalle de construcción • Evaluación geológica • Fiscalización de la construcción de las obras Períodos:


2011 – 2013 2011 – 2013 49.0-PPT

By-pass Pucará, Ecuador

Túnel de carga: Diámetro: Revestimiento:

118 Lima, 02.07.2016

En presión Longitud 5475 m 2,6 m completamente revestido en hormigón

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By-pass Pucará, Ecuador Chimenea de equilibrio

Túnel de carga

119 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará – Colapso Setiembre 2011

120 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará – Túnel de carga

121 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará, Ecuador El túnel en el tramo afectado se encuentra en condiciones muy parietales, con una distancia mínima lateral de unos 40 m y con una cobertura vertical mínima de unos 55 m.

Campo tensional gravitatorio en la ladera definido por código de cálculo por elementos finitos (Phases) por material a comportamiento elástico. 122 Lima, 02.07.2016

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Las fracturas en el hormigón se abrieron según un plano longitudinal inclinado de 80° en la dirección del lado, condición que es congruente con el campo tensional de ladera. 123 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará - Reparación SITUACIÓN DE EMERGENCIA INTERRUPCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DESDE INICIO DE SEPTIEMBRE 2011 FUERTES PÉRDIDAS ECONÓMICAS NECESIDAD DE GENERACIÓN CON FUENTES ALTERNATIVAS

ES NECESARIO ENCONTRAR UNA SOLUCIÓN DEFINITIVA

SEGURA

124 Lima, 02.07.2016

DE INICIO INMEDIADO 49.0-PPT

By-pass Pucará, Ecuador BYPASS DISEÑO FEBRERO 2012

Longitud Bypass Longitud acceso Longitud total

125 Lima, 02.07.2016

707 m 260 m 967 m

Esta solución permite evitar zonas a de baja cobertura

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126 Lima, 02.07.2016

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127 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará, Ecuador BYPASS DISEÑO BASICO INIZIO MOVILIZACIÓN 28 OCTUBRE 2011 INICIO TRABAJOS DE EMBOQUILLADO:

128 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará – Construcción

129 Lima, 02.07.2016

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By-pass Pucará – Construcción

130 Lima, 02.07.2016

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Puesta en operación temporal de una turbina

TUBERIA EN FIBRA DE VIDRIO (PRFV) Longitud tubería 415 m Inicio operación 11- 2012 m Potencia disponible 36,5 MW Producción anual ~ 200 GWh 131 Lima, 02.07.2016

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Reparación túnel Estí, Panamá Cliente:

SOPASA SA – Seli & Ossa Panamá Datos importantes del Proyecto:

• Central (120 MW) puesta en operación en Noviembre 2003 • Salida de operación en Septiembre 2010 después del colapso y cierre del túnel • Los trabajos de reparación incluyen la aplicación

de revestimiento de hormigón en el túnel, en toda su longitud Servicios prestados:

• Diseños básicos y finales de los trabajos de reparación. • Evaluación geológica • Planos de construcción • Asistencia en el sitio al constructor para la ejecución Períodos:


2011 – 2012 2011 – 2012 49.0-PPT

Reparación túnel Estí, Panamá • • • • •

PH Estí HPP – Republica de Panama P=120 MW Túnel de aducción L= 4.8 km Sección A=67 m2. Trazo horizontal y verticalgobernados por la geologia (estratificación horinzontal), por los esfurzos en situ (cobertura). La geología del túnel consiste de una secuencia de vulcano-sedimentaria en estratos horizontales (litologias: conglomeratos, andesitas, tobas, brecha volcanica, arenisca) Revestimiento final shotcrete y pernos


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Escenario general e investigaciones 2.5

1. Escenario general Dos colapsos, solamente 7 años despues de la puesta en operación

2.0

1.5

• Pk 0+270 L=30-40 m, h por encima de la boveda = 5 m. • Derrumbe principal cerca de la conexión con la chimenea de equilibrio L=40 m B=23 m, h encima de la boveda = 15 m.

1.0

] % [ g in ll e w S

Intact sample Powdered sample

0.5

0.0 1000

100

10

Normal stress [kPa]

2.

Investigaciones

• 8 perforaciones diamantinas a lo largo del túnel y cerca de los colapsos. • Tests de laboratorio para evaluar: • la afectabilidad de las capas de rocas sedimentarias • el potencial de swelling especialmente para las tobas • Resistencia y deformabilidad de las rocas involucradas, y la suscetibilidad a los ciclos de mojado/secado

3.

Levantamiento topografico El túnel se ha totalmente levantado con un escaner 3D.


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Re-ingeniería del sostenimiento - Concepto • Sostenimieno para garantiza un acceso seguro al túnel durante los trabajos de reparación • Realización de un revestimiento de concreto reforazdo con fibras de acero a lo largo de todo el túnel (para mejorar la seguridad a largo plazo reduciendo la permeabilidad y las perdidas consecuentes).


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Re-ingeniería del sostenimiento – Intervenciones


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Muchas gracias por su amable atención!!

Ing. Fulvio Besseghini Lombardi SA Ingenieros Consultores Sucursal Perú [email protected] www.lombardi.ch

CH Cerro Aguila

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