La Central Hidroeléctrica de San Esteban II

8/16/2019 La Central Hidroeléctrica de San Esteban II

1/39

JORNADAS DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

Y GEOTÉCNICA DE TÚNELES

LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA SAN ESTEBAN II

Eduardo Lostalé Alonso

ICCP. Director Técnico de OBRAS SUBTERRÁNEAS S.A.

0. ÍNDICE

1. Características del Aprovechamiento.

2. Descripción del Proyecto.

3. Marco geológico

4. Excavaciones para construcción de la obra civil de la Central.

4.1. Procedimiento general de construcción.

4.2. Accesos subterráneos.

4.3. Circuito Hidráulico.

4.3.1. Estructura de Ataguía

4.3.2. Túnel de Desagüe

4.3.3. Forzada

4.3.4. Túnel de Toma

4.3.5. Estructura de Toma

4.4. Pozo inclinado de la Forzada.

4.5. Caverna y Pozo de Compuertas.

4.6. Caverna de la Central y del Transformador

5. Demoliciones.

6. Epílogo.


2/39


3/39


Y GEOTÉCNICA DE TÚNELES 3

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La C.H. San Esteban, puesta en servicio a mediados de la década de los años

50 del siglo pasado, es el penúltimo salto hidráulico del Sistema Sil explotadopor IBERDROLA GENERACIÓN S.A.U., antes de que este río desemboque en

el Miño, a escasos 9 km. de distancia.

Consta de una Central de cuatro grupos, instalada inmediatamente aguas

abajo de la presa de San Esteban, por su margen izquierda.

La C.H. San Esteban II que ahora describiremos, pretende incrementar la

potencia de este salto mediante la construcción de una nueva central

subterránea, emplazada dentro del macizo rocoso que sustenta la margen

izquierda de la presa.

El contrato para la construcción de la obra civil de la C.H., fue adjudicado por

IBERDROLA a la empresa OBRAS SUBTERRÁNEAS S.A. por un valor

aproximado de 40 millones de euros y con un plazo de ejecución de 36 meses.

En la actualidad está ejecutado más del 60 % de la obra y su terminación

prevista es en el verano del próximo año.


4/39

JORNADAS DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y GEOTÉCNICA DE TÚNELES


5/39



3. MARCO GEOLÓGICO

La información geológica disponible sobre el emplazamiento data de noviembre

de 1.947, elaborada por los ingenieros Srs. Sanpelayo y el geólogo Sr.Hernández Pacheco. También se dispone de algunos informes de INCENIA

(Iberduero), fechados en 1.985. Los datos son cualitativos, imprecisos y no

coincidentes con el emplazamiento seleccionado, por lo que resultó

imprescindible realizar una campaña de prospecciones geológico-geotécnicas

que permitió diseñar y decidir sobre las características de la ampliación, incluso

en fase de anteproyecto. Dicha campaña se llevó a cabo en los veranos de

2.006 y 2.007, bajo la dirección y supervisión de IBERDROLA INGENIERÍA Y

CONSTRUCCIÓN (abreviadamente IIC).

3.1. Zonación geológica

El emplazamiento del salto se encuentra dentro de la denominada Zona de

Galicia Tras-Os-Montes, área delimitada por el cabo Ortegal, Órdenes,

Bragança y Morais, en el cuadrante noroccidental del Macizo Hespérico. Esta

zona delimita al Este con la franja del Anticlinorio de Ollo de Sapo, y al Sur con

la Zona Centro-Ibérica s.s.


6/39



Figura 1: límites de la ZGTM, con localización del salto de San Esteban (punto

verde).

Sus características son esquemáticamente, las siguientes:

- Existencia de varios macizos alóctonos de rocas máficas y meta

sedimentos polimetamórficos.

- Existencia de intrusiones hiperalcalinas de edad Ordovícico inferior y

medio;

- Importante vulcanismo silúrico;

- Importante extensión del metamorfismo y granitización.


7/39



- Diferencias litoestratigráficas sustanciales con la Zona Centro-Ibérica.

Dentro de Galicia Tras-Os-Montes, se definen dos dominios:

- Dominio de los Complejos de Rocas Máficas y relacionadas; y

- Domino Esquistoso (DEGTM), formado por un conjunto de materiales

precarboníferos y metasedimentarios, muy replegados y metamorfizados,

apoyados sobre un zócalo cristalino, gnéisico y precámbrico. Dentro de este

dominio se han encajado importantes intrusiones plutónicas sinorogénicas,

sobre una de las cuales se emplazará el salto.

3.2. Plutonismo en el Dominio Esquistoso de Galicia Tras-Os-Montes

Entre las fases II y III de la orogenia hercínica, e incluso en las primeras etapas

de la fase III, se registraron una serie de intrusiones plutónicas en el dominio

esquistoso.

Concretamente, la que aflora en el entorno del salto se denomina Macizo

Granodiorítico de Chantada-Taboada (ver figura 2), que cicatriza la gran

fractura que separa el Antiforme de Ollo de Sapo del DEGTM, dos dominios

claramente diferentes.

Simultánea y posteriormente se emplazan una serie de granitos de dos micas,

fuertemente orientados y filonitizados por la fase III. Sobre este macizo se

posicionará el nuevo salto.

Tras la fase IV se produce sendas nuevas intrusiones, granítica porfiroide al

SW (Pereiro de Aguiar) y granodiorítica con megacristales al SE (Pradomao).

El posterior comportamiento de estas facies plutónicas como un zócalo rígido,

dio lugar durante la orogenia alpina a movimientos de tipo epirogénico con


8/39



dinámica de bloques, cuyas fracturas fueron rellenadas con filones diabásicos o

aplíticos, dependiendo del momento.

3.3. Tectónica regional

3.3.1. Deformaciones

Las fases de plegamiento que han actuado cronológicamente sobre las facies

plutónicas del Dominio esquistoso, han sido dos:

Fase III (S3): se produce entre el Westfaliense superior y Estefaniense.

Produce una esquistosidad de fractura y crenulación, e incluso de tipo

Schystosity, con recristalizaciones esporádicas de micas. Origina grandes

estructuras de dirección 150º-160º, con ejes subhorizontales y plano axial

vertical a inclinado 60ºW, producidos por un mecanismo de fluencia-

deslizamiento.

Fase IV (S4): genera una esquistosidad de fractura o crenulación muy

discontinua, vertical o buzando al Este. No se observan recristalizaciones.

El granito de dos micas sobre el que se emplazará el salto se ve afectado por

ambas fases, observando orientación cristalográfica.

3.3.2. Plegamientos

El Anticlinal de Frontón-Herbedeiro (ver figura 2), cuya prolongación Sur se

encuentra muy próxima al estribo derecho de la presa de San Esteban, es una

gran estructura de Fase III. Por su flanco occidental aparecen materiales cada

vez más modernos, hasta enlazar con el sinclinorio de Os Peares.


9/39



El Sinclinorio de Os Peares (ver figura 2), que flanquea por el Oeste al anticlinal

anterior, forma una banda metamórfica de unos 4 km. de anchura, formado por

metavulcanitas, esquistos y cuarcitas Cámbrico-Ordovícicas. Se considera

perteneciente a Fase II de plegamiento, dando mesopliegues visibles sobre los

taludes de desmonte de distintas vías.

3.3.3. Fracturación

La fractura más importante sería la ocupada por el Macizo Granodiorítico de

Chantada-Taboada, continuación de la que viene desde la costa septentrional

gallega, bordeando el flanco W del anticlinal del Ollo de Sapo, hasta perderse

dentro de los granitos y granodioritas, poco antes de Palas del Rey. Esta gran

falla, no visible hoy en día por haber sido aprovechada para su intrusión por

dicho macizo, presenta un distinto metamorfismo en ambos bloques, además

de un contacto neto en algunos puntos, entre granodiorita y esquistos. Se

produce durante la Fase III de plegamiento.

Tras la Fase III y la intrusión de los distintos tipos de granitoides, tiene lugar

una deformación frágil y se desarrolla un sistema de fracturas, de edad

desconocida, que dio importantes bandas de filonitización en los granitos.

Inmediatamente después de la intrusión de la granodiorita tardía, tiene lugar

una distensión regional que produce fracturas NE-SW, que serán ocupadas por

pórfidos de composición diorítica y aplítica.

Asimismo, aunque de edad indeterminada, se han identificado diques y filones

de diabasas de dirección NE-SW.


10/39



Figura 2: esquema tectónico de la hoja nº 188 del MAGNA, a escala 1:250.000.

Véanse las estructuras mencionadas en el texto, y la posición del salto (círculo

azul)

3.4. Estudio de diaclasado

Los frentes abiertos por las excavaciones realizadas en los distintos tajos,

permitieron la toma de datos de las diaclasas existentes en el macizo rocoso en

el que se emplaza el salto de San Esteban. El análisis de los datos mediante el

programa DIPS, refleja la existencia de tres familias de diaclasas principales:

dos de naturaleza compresiva (J1 y su conjugada J1’, y J4 y su conjugada J4’)

de buzamiento subvertical y perpendiculares entre sí, y otra diaclasa de

naturaleza distensiva (J2) de buzamiento sub-horizontal. Además existen otras

familias de menor persistencia que aparece puntualmente en las excavaciones.


11/39



Figura 3: ejemplo de diagrama de concentración de polos de las diaclasas

tomadas durante el mes de febrero de 2010.

3.5. Calidad del macizo rocoso.

Las excavaciones llevadas a cabo la construcción de la Central de San

Esteban II, se desarrollan en dos litotipos bien diferenciados: granito dos micas

y diques de naturaleza diabásica. A continuación se procede a la descripción

geotécnica de ambas litologías:

3.5.1. Granito de dos micas

En general, la calidad del macizo rocoso granítico presenta fuertes variaciones;

el índice RMR oscila entre los 40 y los 70 puntos, mientras que, el índice de

calidad Q fluctúa entre los 0,5 y 20 puntos.

Los ensayos de compresión a resistencia de la roca matriz muestran resultados

variables: entre los 35 y 105 MPa. Generalmente, se observan 5-6 juntas por

metro (Jv≈14, correspondiente a RQD≈70%).


12/39



La continuidad de las familias principales (J1, J2 y J4) es elevada (entre 10 y

20m.). Estas diaclasas, con paredes rugosas, presentan aperturas que oscilan

entre los 0,1 y 2mm. Finalmente, es destacable la presencia de rellenos (en

ocasiones de espesor centimétrico) de caolín y jabre a favor de las

discontinuidades principales.

3.5.2. Rocas filonianas

Durante la construcción de la central de San Esteban se han interceptado

cuatro (4) diques y un (1) filón de naturaleza diabásica.

El RMR de los diques oscila entre los 30 y 45 puntos (calidad mala-regular)

mientras que la Q de Barton arroja valores comprendidos entre los 0,2 y 1,5

puntos (calidad muy mala-mala). Atendiendo a estas clasificaciones

geomecánicas, resultó necesaria la aplicación de tratamientos especiales en

los tramos de galería y/o conducción excavados en este litotipo.

De acuerdo con los ensayos de compresión simple, realizados durante la

campaña de investigación geotécnica de noviembre de 2007, la resistencia a

compresión simple de de la roca intacta, oscila entre los 5 y los 53 MPa.

El diaclasado, presenta una espaciamiento centimétrico, pudiéndose observar

unas 10-15 juntas por metro (Jv≈27, RDQ≈25%). Las paredes de las diaclasas

son lisas y presentan una apertura milimétrica (1 – 2 mm.). El relleno de las

juntas está formado por talco y su espesor varía entre 0,5 y los 2 mm.

En las figuras 4 y 5 se presenta la evolución del índice RMR a lo largo de dos

de las conducciones más importantes del circuito hidráulico (la tubería forzada

y la conducción de desagüe). En la figura 6 se presenta un perfil desarrollado


13/39



del pozo de agotamiento (caverna de central) en el que se destaca el

afloramiento de uno de los diques de diabasa (dique Nº3) interceptados

durante las excavaciones.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0+028 0+053 0+078 0+103 0+128 0+153 0+178 0+203 0+228 0+253 0+278

R M

R

PPKK

CONDUCCIÓN FORZADA

INTERSECCIÓN CON EL 4º DIQUE

Figura 4: evolución del índice RMR en la conducción forzada


14/39



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0+000 0+020 0+040 0+060 0+080 0+100 0+120 0+140 0+160 0+180 0+200

R M R

PPKK

CONDUCTO DE DESAGÜE

INTERSECCIÓN

CONEL DIQUE

Nº3 INTERSECCIÓN CON

EL DIQUE Nº1

Figura 5: evolución del índice RMR en la tubería forzada.

Figura 6: dique Nº3 en el pozo de agotamiento (caverna de central).


15/39



3.6. Hidrogeología

Las filtraciones de agua inventariadas en el circuito subterráneo de San

Esteban II, son escasas y muy sensibles a las precipitaciones. No obstante, eldeshielo y las lluvias torrenciales acaecidas durante los meses de febrero y

marzo de 2010, incrementaron el número y caudal de dichas surgencias.

En la figura 7, se muestra un ejemplo de la evolución de las filtraciones

subterráneas en la galería de acceso principal a la central (G1 y G1-I) a lo largo

del presente año 2010.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

noviembre‐09 diciembre‐09 enero‐10 febrero‐10 marzo‐10

Q ( l / m i n )

Galería de acceso principal G1 y G1‐I

PK 0+165

PK 0+168

PK 0+175

PK 0+211

PK 0+215

PK 0+254

Figura 7: evolución de las filtraciones de agua en la galería de acceso principal.


16/39



4. EXCAVACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA CIVIL DE

LA CENTRAL.

4.1. Procedimiento general de construcción.

A continuación se representa el perfil del esquema general de la obra y una

perspectiva tridimensional del conjunto subterráneo.

Las excavaciones se han realizado en terrenos constituidos por granitos con

distintos grados de meteorización y fracturación. De forma general se ha

empleado la técnica de perforación y voladura y utilizando diferentes tipos de

sostenimientos, hormigón proyectado, bulones de varias longitudes y diámetros

y, más ocasionalmente, cerchas metálicas.

El empleo de explosivos, por encontrarnos próximos a una presa, una central

hidroeléctrica y un parque exterior de transformación, ha exigido el llevar un

rígido control de las vibraciones producidas en las voladuras y a acomodar los

planes de tiro a las características de la roca, con el objeto de minimizar los

efectos sobre las instalaciones existentes.

SALTO DE COTA 229 A 130

SALTO BRUTO DE 99 m.


17/39



18/39



4.2. Accesos subterráneos.

Se resumen a continuación definiendo longitudes y secciones de los mismos.

TRAMO LONGITUD DIMENSIONES SECCIÓNG-1 400 m. 6,70 m x 6,7 m. 41 m2 G-2 95,12 m. 4,5 m x 6,2 m. 28 mG-5 523,2 m. 4,5 m x 5,5 m. 24,65 m

Para alguno de ellos, en concreto para el que constituye el acceso a la Caverna

y Pozo de Compuertas, debido a su emplazamiento a media ladera y a la

proximidad de instalaciones preexistentes, ha habido que diseñar con especial

detalle protecciones específicas que eviten las proyecciones en las primeras

voladuras del emboquille.


19/39



4.3. Circuito Hidráulico.


20/39



De aguas abajo a aguas arriba se compone de:

4.3.1. Túnel de Desagüe.

Bajo el nombre de Desagüe se indica a la conducción existente entre la

aspiración de la turbina y la restitución al río. En el sentido de avance del agua,

está integrado por los siguientes elementos.

Cono, codo de aspiración y transición de desagüe: Se inicia desde la

salida de la turbina con una longitud total de 27,5 m. La sección inicial a

la salida de la turbina presenta una altura de 7,6 m., después de la

transición, la sección finaliza con unas dimensiones de 9 m. de ancho y

una altura de 10 m.

Conducción de desagüe: La conducción tiene una sección de 10,15 m.

de diámetro, con una longitud de 219,55 m., se adjunta la sección tipo.

Ataguía de desagüe: Entre la tubería y el canal de descarga se

construye la ataguía de descarga en el exterior.


21/39



4.3.2. Estructura de Ataguía, desembocadura y canal de restitución.

A partir de la estructura de ataguía se construye la desembocadura y el canal

de restitución, los cuales se ejecutaran con una longitud aproximada de 27 m.

Al objeto de minimizar los efectos que tendría en la explotación de los

embalses el bajar el nivel del río para poder construir esta estructura, la

excavación para su emplazamiento se ejecutó en pozo, construyéndose

además una ataguía de protección de hormigón.


22/39



De esta forma, el período de “cauce seco” se redujo al mínimo imprescindible

para construir la solera. El importante reto que suponía el cumplimiento de este

hito se consiguió con éxito.

4.3.3. Forzada

Se denomina Tubería Forzada a toda la conducción entre el pozo de

compuertas y la turbina, la cual se ha dividido en tres tramos:

Tramo Sub-horizontal Superior: La tubería forzada sale del pozo de

compuertas mediante una transición rectángulo-circulo, de diámetro

interior 7,5 m. y una longitud de 16,04 m., a la que sigue un tramo de

sección circular de 7,25% de pendiente con una longitud de de 45,9 m. y

un codo en el espacio de 30 m. de radio y 26,5 m. de longitud.


23/39



Tramo Inclinado: La construcción del tramo de forzada que discurre en

pozo de 45º de inclinación, es una actividad realmente singular que se

describe más adelante.

Tramo Horizontal Inferior: A la tubería inclinada le sigue un codo recto de

30 m. de radio y 23,5 m. de longitud, posteriormente un tramo recto

horizontal de 44,3 m. de longitud de sección variable inicialmente tiene

7,5 m. de diámetro y finaliza con 5,8 m.

4.3.4. Túnel de Toma.

Esta conducción es de sección rectangular y une la obra de toma con el pozo

de compuertas de la toma.

4.3.5. Estructura de Toma.

Se muestran a continuación una planta y el alzado de la misma y un plano con

las fases de excavación inicialmente pensadas.


24/39




25/39



Actualmente se está rediseñando su proceso constructivo, tratando de

prefabricar el mayor número de elementos de la misma. Con esta solución, se

reducirá de forma significativa el tiempo previsto para su construcción y

consecuentemente, una vez más, como en el caso de la Estructura de

Desagüe, se afectará lo mínimo posible la normal explotación de los embalses

de San Esteban y San Pedro.

4.4. Pozo inclinado de la Forzada.

En la Conducción Forzada existe un tramo inclinado 45º, cuya construcciónmerece ser calificada de singular, dada su gran dificultad y los medios

específicos que han sido necesarios para su ejecución. La sección es circular

con un diámetro de 8,50 m. y su longitud es de 85 m. aproximadamente.

Para su construcción se ha ejecutado previamente un cuele escariando de

abajo a arriba con la técnica de Raise-Boring, para posteriormente, y ya de

arriba abajo, hacer la destroza por perforación y voladura.


26/39




27/39



Ha sido necesario diseñar unas instalaciones complejas para descenso del

personal y máquinas en las máximas condiciones de seguridad.

Los rendimientos alcanzados han sido:

- Ejecución del cuele con Máquina para Raise-Boring: 5,5 m/día

- Destroza con explosivos: 1,5 m/día


28/39


29/39



30/39



31/39




32/39



4.6. Caverna de la Central y del Transformador

La Caverna de la Central tiene unas dimensiones de 20,50 m. x 58,25 m. en

planta, con la planta de la nave principal a la cota 133,15 msnm. La alturamáxima de la excavación es de 47,35 m., mientras que la altura final una vez

construida la planta de alternadores será de 18,35 m., siendo el acceso a la

misma la galería denominada de Acceso Principal a la Central que se ha citado

en el capítulo 4.2.

Su excavación ha tenido que ser realizada en varias fases. Los esquemasadjuntos son suficientemente explicativos.


33/39




34/39



De forma general, el sostenimiento empleado ha consistido en la proyección de

una capa de gunita de 15 cm. de espesor y colocación de bulones de 32 mm.

de diámetro y 10 m. de longitud en cuadrícula de 1 m. x 1 m.

Como en otras centrales similares en macizos graníticos, no está previsto

revestir ni la bóveda ni los hastiales.

Merecen destacarse dos incidentes fundamentales surgidos durante la

excavación

El primero se refiere a la aparición, durante la excavación de la bóveda, de un

elemento anómalo dentro del cuerpo ígneo granítico, como ha sido un dique

intrusivo de composición básica.


35/39



Este dique, similar a otros ya referenciados en el entorno, supone el relleno de

una fisura de tipo distensivo, en una fase tardía y posterior al emplazamiento

del plutón general.

A efectos geomecánicos, las características principales del dique responden a

un espesor aproximado de 3 a 4 m., de tipo continuo (persistencia que excede

de las dimensiones de la caverna), relleno de diabasa de color gris en la zona

central y verdoso en los contactos, de elevada resistencia pero intensa

fracturación.


36/39



El sostenimiento en esa zona se ha reforzado “saneando” el dique hasta

1,00 m. de profundidad aproximada, colocando doble malla electrosoldada de

acero de 150 x 150 x 12 mm., entre capas de gunita proyectada (hasta

alcanzar un espesor total de 90 cm.) y cerrando la cuadrícula de bulonado

hasta 0,5 m. x 0,5 m. aproximadamente (e inclinados hacia la roca encajante).

El segundo es la aparición, tanto en bóveda como en hastiales, de cuñas de

terreno que se desprendían, fundamentalmente en la fase del obligado saneo,

produciendo inevitables sobreexcavaciones que han exigido la reconstrucción

a su geometría definitiva, con hormigón encofrado, de parte de los hastiales de

la caverna, ya que en muchas zonas llegaba incluso a no haber apoyo para las

vigas carril.


37/39



La Caverna del Transformador se ha diseñado prolongando, sin solución de

continuidad, la bóveda de la Central. Es una caverna de 20,5 m. x 16 m. en

planta y altura máxima 12,65 m., con acceso rodado.

5. DEMOLICIONES

Finalmente, es interesante mencionar que está previsto demoler todas las

antiguas instalaciones que se utilizaron en la construcción del embalse de San

Esteban. Es un requerimiento municipal y como tal debe ser atendido, a pesar

de su indudable coste y de que, al menos algunas de ellas, en mi opinión,

podrían mantenerse como recuerdo histórico de una obra tan importante.


38/39


39/39

La construcción de SAN ESTEBAN II, puede marcar, con aquella, el comienzo

de una nueva etapa para este tipo de actuaciones (la siguiente será la C.H. de

SAN PEDRO II, muy próxima a San Esteban y que se ha licitado hace unos

días), algunas de ellas previstas en la misma zona, y otras en los importantes

aprovechamientos programados para los próximos años en Portugal.

OBRAS SUBTERRÁNEAS S.A. es, desde hace muchos años, especialista en

este tipo de obras y su forma de actuación es bien conocida por las grandes

empresas eléctricas para las que ha trabajado y trabaja en la actualidad, que

reconocen y premian su labor.

Sólo resta agradecer la ayudas que para la realización de este artículo he

tenido de María Álvarez, Ingeniero geólogo de IBERDROLA INGENIERÍA Y

CONSTRUCCIÓN y de Juan Carlos de Prado, Ingeniero de Caminos de

OBRAS SUBTERRÁNEAS, Jefe del Departamento Técnico en la obra.

La Central Hidroeléctrica de San Esteban II

Documents

Transcript of La Central Hidroeléctrica de San Esteban II