EEn agosto de 2010, AES

Transcripción

1 OSSA, como parte del consorcio SOPASA, ha realizado el diseño y construcción de la reparación del túnel Diseño y construcción de la reparación del Túnel de Estí (Panamá) El día 7 de junio de 2012 comenzó a operar de nuevo la central hidroeléctrica de Estí Panamá, después de prácticamente 2 años de parada debido a los problemas detectados en el túnel de carga de dicha central. Gracias a las actuaciones llevadas a cabo por la empresa Obras Subterráneas en la reparación del túnel mencionado, el Propietario, AES Panamá, dispone de una mayor capacidad de generación al haberse reducido la pérdida de carga en el túnel en un 30%. Palabras clave: CARGA, CENTRAL HIDROELÉCTRICA, DERRUMBE, DESESCOMBRO. ENCOFRADO, EXCAVACIÓN, GALERÍA DE ACCESO, REPARACIÓN, REVESTIMIENTO, SOLERA, TÚNEL HIDRÁULICO. - Antonio BARRAU PELOCHE*, Responsable OSSA Panamá; Adolfo SICILIA MÁRMOL*, Responsable OSSA Perú; e Iñigo NÚÑEZ BLANCO*, Director Técnico. (*) OBRAS SUBTERRÁNEAS, S.A. EEn agosto de 2010, AES Panamá, propietaria de la Central Hidroeléctrica de Estí, detectó un descenso en la producción de la planta del 10%. De cara a detectar las posibles causas, se hizo una primera inspección del túnel en septiembre del mismo año y se pudo apreciar la formación de diversas cavernas causadas por derrumbes ocurridos a lo largo del túnel. En Junio de 2011, Obras Subterráneas, S.A. (OSSA), como parte del consorcio SOPASA, firmó el contrato para el diseño y construcción de la reparación del túnel de carga de la Central Hidroeléctrica de Estí, en el término municipal de Gualaca, provincia de Chiriquí (Panamá). El presupuesto final del proyecto ha sido de $84,5 MUSD (IVA no incluido) y el mismo se ha ejecutado en un plazo extraordinariamente reducido, 12 meses, al tratarse de una obra de emergencia. En la Fig. 1, se muestra el gráfico que representa la evolución de los [Figura 2].- Personal utilizado en la obra. trabajos de acuerdo a la obra ejecutada (sin IVA). Otro dato que sirve de reflejo del enorme esfuerzo que supuso la finalización de la obra en un plazo tan reducido fue el personal empleado. En el gráfico de la Fig. 2, aparece la evolución del personal, tanto propio como de subcontratas, que participó en el túnel de Estí. Central Hidroeléctrica de Estí La central hidroeléctrica de Estí está localizada en Gualaca, a 22 km al noreste de la Ciudad de David, en el oeste de Panamá. Su capacidad de generación instalada es de 120 MW y comenzó a operar en Noviembre de El agua procedente del embalse de Barrigón se canaliza por medio de un túnel de 72 m 2 de diámetro, y con una longitud de aproximadamente 4,7 km, hacia la casa de máquinas, donde se alojan las dos turbinas, de 60 MW cada una. El túnel cuenta con dos galerías de acceso de 50 m 2 de sección situadas en los PP.KK y 3+418, respectivamente. En estas zonas, no se acometió ningún tipo de reparación. Únicamente, se mejoraron los accesos mediante el empleo de hormigón como firme de los mismos. En el P.K , se encuentra la chimenea de equilibrio, la cual se conecta con el túnel principal mediante una galería de unos 40 m [Fig. 1].- Evolución de los trabajos de acuerdo a la obra ejecutada (sin IVA). [Foto 1].- Vista de una de las galerías de acceso al túnel. 225

2 [Foto 2].- Vista del túnel antes de comenzar los trabajos [Fig. 3].- Esquema de la planta del túnel. de longitud. En la Fig. 3, puede verse la planta del túnel. La disposición del túnel según el perfil longitudinal aparece en el esquema de la Fig. 4 Originalmente, el túnel contaba con un sostenimiento a base de hormigón proyectado y pernos en zonas localizadas. Únicamente en el tramo entre los PP.KK y 2+150, se construyó un revestimiento con hormigón armado. Esta zona coincide con el paso del túnel bajo el río Estí. En la Foto 2, puede verse la situación del túnel antes de llevarse a cabo los trabajos descritos en el presente artículo. Descripción del problema Geología En lo que respecta a la geología, el túnel se encuentra bajo débiles recubrimientos (máximo unos 120 m) en una serie volcanoclástica estratificada caracterizada por rocas volcánicas: andesitas (basaltos, tobas, escorias, ) que se presentan en capas sub-horizontales de espesores muy variables, con varios grados de meteorización y fracturación. La presencia de rocas depositadas en capas sub-horizontales son desfavorables a la estabilidad de la bóveda del túnel. Asociadas a las andesitas, se presentan [Figura 4].- Esquema del perfil longitudinal del túnel. rocas piroclásticas o de otros orígenes. En Estí, están asociadas a rocas piroclásticas como tobas, escorias y arcillolitas volcánicas que tienen características mecánicas muy pobres. Además, la composición granulométrica y mineralógica de algunas de estas rocas o suelos compactados y poco cementados pueden sufrir, al descomprimirse y bajo la presencia de agua, alteraciones físicas muy importantes: - Transformación de roca a suelo sin cohesión hasta llegar en ciertas situaciones a ser lodos, y. - Aumento de volumen por expansión de algunos minerales, que, bajo el efecto combinado de la descompresión debida a la excavación y a la presencia de agua se hinchan. Derrumbes ocurridos en el túnel Como consecuencia del proceso descrito en el apartado anterior, se produjeron desprendimientos de diversa índole a lo largo de todo el túnel siendo los más importantes: - Derrumbe menor. Localizado en el P.K aproximadamente, constaba de dos desprendimientos, uno lateral y otro en el techo del túnel, separados por unos 20 metros lineales. El volumen de roca desprendido fue de unos m 3 aproximadamente. - Derrumbe mayor. Localizado en el P.K , junto a la chimenea de equilibrio. Este fue un derrumbe masivo que afectó a todo el perímetro de la excavación original, aunque fundamentalmente se concentró en la parte superior donde se formó una caverna de unos 40 m de altura. La longitud de túnel afectada por el derrumbe fue de unos 40 m aproximadamente El volumen de roca que cayó fue superior a los m

3 Descripción de los trabajos ejecutados Puesta en seguridad Las actividades de puesta en seguridad han ido, principalmente, encaminadas a reparar los desprendimientos acaecidos y garantizar que no vuelvan a producirse de nuevo. Sin embargo, en zonas en las cuales no hubo derrumbes pero había riesgo de que se produjeran en el futuro dadas las condiciones geológicas ya descritas, se han llevado a cabo actuaciones que eviten que esto tenga lugar. Básicamente, los trabajos de puesta en seguridad han consistido en: - Zonas con desprendimientos: Refuerzo de la cavidad resultante con gunita y pernos expansivos de 4 m, colocación de cerchas de acero HEB-180 y chapa Bernold para terminar rellenando los huecos con hormigón HA-30. En los derrumbes mencionados en el túnel, se decidió acometerlos trabajando en dos fases, avance y destroza, lo cual ha permitido un trabajo seguro y una mejor ejecución. - En el caso del derrumbe mayor, dadas sus dimensiones, hubo que realizar su reparación según los pasos enumerados a continuación: Perforación de taladro vertical de 100 mm desde la superficie hasta la clave de la caverna creada por el colapso. Ejecución de tapones a ambos lados del material derrumbado para hacer posible el relleno de la caverna. Primera consolidación del material derrumbado vertiendo lechada de cemento desde la superficie y por el taladro de 100 mm. El objetivo de esta medida fue darle estabilidad al material procedente del colapso e impedir deslizamientos una vez se comenzara su desescombro. Relleno de la caverna con hormigón pobre con el mismo sistema descrito en el punto anterior. Tanto para la fabricación de la lechada como del hormigón pobre se empleó la planta móvil que aparece en la Foto 8. Retirada del material derrumbado y puesta en seguridad en fase de avance mediante el empleo de micropilotes de 89 mm de diámetro y 12 m de longitud (coronas de 46 uds con solapes de 3 m). También se colocaron cerchas HEB-180 cada metro y gunita, tanto en hastiales como en el frente de excavación para evitar deslizamientos del mismo. La excavación se hizo con un machón central que aumentaba la estabilidad del frente en aquellas zonas especialmente inestables por no Túneles haber llegado la lechada de cemento. Retirada del material derrumbado y puesta en seguridad en fase de destroza, en la cual se colocaron los patones de las cerchas. Inyecciones de consolidación del material derrumbado que quedó por encima de la clave del túnel una vez rehabilitado Zonas sin desprendimientos. Debido a la geología ya descrita, había zonas del túnel en las que, aunque no hubieran sufrido desprendimientos, había riesgo de que se produjeran en un futuro. Para asegurar que esto no ocurra, se reforzó el sostenimiento de gunita, se colocaron pernos expansivos de 4 m y, si se estimó necesario, cerchas HEB-180. [Foto 3].- Vista del derrumbe mayor en fase de avance. [Foto 4].- Vista de zona sin desprendimientos en la cual se ejecutó puesta en seguridad. [Foto 5].- Vista del túnel en zona asegurada mediante el empleo de cerchas HEB-180.

4 [Foto 6].- Retroexcavadora limpiando restos de los trabajos de reperfilado. [Foto 8].- Vista de planta móvil para fabricación de hormigón. Revestimiento El diseño de la reparación del túnel también incluyó un revestimiento de hormigón HA-35 reforzado con fibras de acero. El espesor mínimo de revestimiento ejecutado ha sido de 30 cm, dejando el túnel con una sección de 63 m 2, y con el mismo se ha conseguido: - Mejorar la fiabilidad del túnel a largo plazo de manera que no se produzcan nuevos desprendimientos. - Mejorar el comportamiento hidráulico del túnel al disminuir la pérdida de carga y a pesar de haberse reducido la sección un 14%. Previo al paso de los carros de encofrado, y de cara a asegurar el espesor mínimo de 30 cm mencionado anteriormente, dado lo irregular de la excavación ejecutada originalmente, hubo que reperfilar diversas zonas a lo largo de todo el túnel. Esta actividad se realizó con retroexcavadoras (Foto 6), las cuales demolían las zonas previamente marcadas por topografía. Otro aspecto a reseñar es que, debido a las altas temperaturas a lo largo de todo el año (entre 30 y 35 ºC con más de un 90% de humedad) fue necesario el uso de hielo para controlar la temperatura del hormigón antes de su puesta en obra. Como se ha mencionado al principio del presente documento, la circunstancia que caracteriza la dificultad del trabajo realizado es el plazo tan escaso para la magnitud de la obra a ejecutar. Como consecuencia de lo anterior, por ejemplo, se decidió disponer de hasta 4 plantas de fabricación de hormigón con una capacidad total de 200 m 3 /h (Foto 7). Se instalaron dos plantas en cada uno de los accesos, ubicados en los PP.KK y 3+418, respectivamente. De esta forma, los puntos de fabricación estaban repartidos a lo largo del trazado en zonas con acceso directo al túnel. Ya se ha señalado anteriormente que una de las principales características del túnel en su ejecución inicial es la irregularidad de la excavación. Como consecuencia de esto, en amplias zonas hubo que realizar rellenos de la solera original hasta alcanzar la cota necesaria para, posteriormente, poder construir la solera de 30 cm correspondiente al revestimiento definitivo. Para la fabricación de este hormigón, se emplearon plantas móviles que permitían trasladar el equipo al emplazamiento más cercano al frente de trabajo (Foto 8). En el mercado, existen plantas de fabricación de hormigón con capacidad suficiente. Sin embargo, fueron varias las circunstancias que influyeron a la hora de tomar la decisión de instalar 4 plantas dispuestas como ya se ha comentado: - Plazo escaso; con una sola planta, cualquier avería habría comprometido el avance de la obra - Falta de transporte; al repartir los puntos de fabricación se reducía el número de cubas necesarias para el transporte del hormigón, lo cual supuso un alivio dado que, debido al elevado número de proyectos en construcción, especialmente la ampliación del Canal de Panamá y el metro de la Ciudad de Panamá, hay escasez de este tipo de maquinaria. - Problemas de acceso al túnel; los diversos derrumbes acaecidos impedían el paso por ciertas zonas del túnel actuando como barreras de forma que sólo podía accederse desde un punto. Otra muestra de la dificultad que entrañaba el mantener el acceso a los distintos puntos en todo momento fue la necesidad de ejecutar la solera del revestimiento definitivo por mitades, como puede verse en la Foto 9. La puesta en obra del hormigón se realizó con carros de encofrado, llegándose a emplear seis de cara a cumplir con el plazo exigido por [Foto 7].- Vista de planta de hormigón. [Foto 9].- Vista de la ejecución de solera del revestimiento

5 [Foto 10].- Vista de carro de encofrado preparado para hormigonar. [Foto 11].- Vista del túnel revestido. el cliente (Foto 10). De los seis carros, cinco tenían 12 m de longitud y 1 era de 4,5 m. Este último se empleó para el revestimiento de la curva que hace el túnel a la altura de la chimenea de equilibrio, cuyo reducido radio (50 m) hacía imposible ejecutarlo con un carro de 12 m. El vertido del hormigón en los carros de encofrado se realizó mediante el empleo tanto de bombas estáticas (4 uds) como de camiones bomba (1 ud). Foto m 3 de excavación en derrumbes ud de bulones expansivos MN16 de 4 m de longitud m 3 de lechada de cemento para inyecciones de contacto y consolidación m de micropilotes de 89 mm. Equipos empleados En las fotos 12 a 18, se enumera la maquinaria empleada más significativa. Programa de trabajos Como breve resumen de los trabajos realizados, en la Fig. 5 aparece el programa de obra final. [Foto 13].- Camión bomba empleado para el hormigonado de los carros. Principales unidades de obra ejecutadas Las mediciones de las principales unidades de obra han sido: m 3 de hormigón hidráulico m 3 de hormigón proyectado ud de cerchas de acero HEB-180. [Foto 12].- Camión para limpieza de escombros. [Foto 14].- Manipulador telescópico empleado para las inyecciones. [Fig. 5].- Programa final de la obra. [Foto 15].- Robojet para el lanzamiento de hormigón proyectado

6 [Foto 16].- Retroexcavadora trabajando en el desescombro del derrumbe mayor. [Foto 17].- Bomba estática empleada para el hormigonado del revestimiento. [Foto 18].- Jumbo de tres brazos utilizado en la excavación del túnel. Concluisones En este artículo, se ha tratado de describir de forma breve en qué han consistido los trabajos realizados para la rehabilitación y puesta en seguridad del túnel de conducción de la Central Hidroeléctrica de Estí, en Panamá. Dicho túnel, por diversas circunstancias, sufrió una serie de colapsos de distinta importancia que comprometieron gravemente el funcionamiento de la Central, lo que llevó al propietario, AES Panamá, a acometer su reparación. Gracias al esfuerzo de todos los implicados, se consiguió terminar la obra en un plazo récord de 12 meses, poniendo fin a los dos años de interrupción del funcionamiento de la Central, con el consiguiente perjuicio económico para el propietario e, incluso, para el país, pues una parte fundamental del suministro eléctrico del mismo depende de la hidroeléctrica de Estí. Por último, la calidad del diseño y de los trabajos ejecutados han hecho posible que la reanudación del funcionamiento de la instalación se haga con una reducción muy importante de las pérdidas de carga en el túnel, con el correspondiente beneficio económico que esto supondrá para su propietario. i OBRAS SUBTERRÁNEAS, S.A. Aragoneses, 2 A P.I. Alcobendas Alcobendas (Madrid) %: Fax: E-m: info@ossaint.com Web: