Comité Brasileño de Grandes Presas XXX Seminario Nacional de Grandes Presas Foz de Iguazu – 11 a 13 de mayo 2015

XXX Seminario Nacional de Grandes Presas 1

PLINTO VERTICAL EMBALSE ANCOA

ANALISIS EN FASE OPERACIONAL Luis San Martín M1, Marcela Quezada C2, Carmen Gloria Opazo3,

1, Ingeniero Civil, SMI Ingenieros Ltda.

2, Ingeniero Civil, SMI Ingenieros Ltda

3, Ingeniero Civil, DOH – Ministerio de Obras Públicas

RESUMEN La presa Ancoa, tipo CFGD, tiene una altura de 120 m. El estribo derecho de la presa se desarrolla sobre un macizo rocoso vertical de gran altura, por lo que el diseñador recomendó la construcción de la obra considerando un diseño tipo “design as you go” del plinto vertical, el que se definió a medida que los rellenos de la presa iban creciendo. En la medida que la obra avanzaba se iba adaptando a las condiciones topográficas del estribo y a los resultados de las pruebas de permeabilidad. En conjunto con lo anterior, se consideró también un exhaustivo control del nivel de compactación del material de relleno adyacente a la presa. Para ello, el material 3B que se especificó en capas de 90 cm se dispuso, en el entorno del plinto izquierdo y hasta una distancia de 30 m, en capas de 60cm, manteniendo un estricto control sobre su nivel de compactación. En forma complementaria a lo anterior, las dos primeras losas adyacentes al estribo derecho se construyeron de 7.5 m de ancho aumentando de esta forma la capacidad de articulación del sistema. Además se consideró que en toda su traza la cabeza del plinto derecho no tuviese bajo él una distancia mayor a 4.0 m hasta el nivel de roca sana con el fin de minimizar la potencia del relleno en esa zona.En este documento se presentan los resultados obtenidos de la medición instrumental de la obra con el fin de corroborar la efectividad de las medidas adoptadas en la fase constructiva.

ABSTRACT

The Ancoa dam, which is of the CFGD-type, is 120 m high. The right abutment of the dam is located on top of a very high vertical rock mass, and for this reason the designer recommended that the construction of the works be done using a “design as you go” type design for the vertical plinth, which was defined as the dam filler increased. As work progressed, it was adapted to the topographical conditions of the abutment and to the results of the permeability tests. Together with the above, an exhaustive control was conducted on the compacting level of the filler material that was adjacent

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to the dam. In order to do this, the 3B material that was specified as 90 cm layers was placed in 60cm layers around the left plinth up to a distance of 30m, maintaining strict control over the compacting level. In addition to the above, the first two slabs adjacent to the right abutment were built with a width of 7.5 m thus increasing the articulation capacity of the system. Also, it was planned that throughout the entire delineation, the head of the right plinth should not have a distance under it greater than 4m up to the level of healthy rock in order to minimize the strength of the filler in that area. This document presents the results obtained from the instrument measurement of the work in order to test the effectiveness of the measures adopted in the construction phase.

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1.- INTRODUCCIÓN Durante el proceso constructivo del embalse Ancoa, en lo referente al plinto vertical de su estribo derecho, se complementaron las especificaciones originales y se procedió a compactar el costado de derecho de la presa bajo el paramento de aguas arriba, con espesores de capa menores que lo especificado para el material 3B, esto es en capas de 60cm en lugar de los 90cm usuales para estas presas de gravas. Adicionalmente las dos primeras losas adyacentes al estribo derecho se construyeron de 7.5 m de ancho aumentando de esta forma la capacidad de articulación del sistema. Además se consideró que en toda su traza la cabeza del plinto derecho no tuviese bajo él una distancia mayor a 4.0 m hasta el nivel de roca sana con el fin de minimizar la potencia del relleno en esa zona. Esta situación se muestra en la Figura N° 1 siguiente, donde también se muestran los asentímetros que se colocaron cuyas mediciones analizaremos. Es preciso señalar que se colocaron más instrumentos de este tipo cubriendo el resto del cuerpo de la presa, sin embargo dado el propósito de esta presentación, solo nos referiremos a los indicados. También en esa figura se muestran los Medidores de Junta situados en la unión Plinto - Losa

Figura 1: Instrumentación en talud de aguas arriba

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En los perfiles siguientes, Figuras 2 y 3, se muestra la ubicación en cota de cada asentímetro indicado.

Figura 2: Asentímetros, línea N

Figura 3: Asentímetros, línea C

2.- ANÁLISIS DE ASENTÍMETROS A continuación se entregan los resultados de las mediciones de dichos instrumentos, durante el período de construcción, que corresponde a período donde se producen las mayores deformaciones. Se han elegido los siguientes pares de instrumentos, de acuerdo con la siguiente lógica: Instrumentos 2N – 2C ubicados en extremo aguas arriba de la presa, siendo el 2N el del costado Norte en la zona de menor espesor de capa de compactación y el 2C el del centro, ya sin la exigencia de la compactación, a la cota 660 que corresponde a aproximadamente un tercio de la altura total de la presa.

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Instrumentos 3N – 3C ubicados en el eje de la presa, siendo el 3N el ubicado

en la zona con menor espesor de capa de compactación a la cota 660.

Instrumentos 7N – 7C ubicados a la cota 690 que equivale más o menos a la

mitad de la altura de la presa, en el paramento de aguas arriba. Siendo el 7N

el ubicado en la zona de meno espesor de capa de compactación.

Instrumentos 8N – 8C ubicados en el eje de la presa, a la cota 690 y sobre la

ubicación de los instrumentos 3N – 3C.

Instrumentos 10N – 10C ubicados en el paramento de aguas arriba a la cota

720, que corresponde aproximadamente al tercio superior de la altura de la

presa, coincidentes con los instrumentos 7N – 7C

En el cuadro siguiente se muestran los resultados de asentamiento en mm/m de cada caso, en función de los metros de relleno bajo cada instrumento

Tabla 1: Resultados de asentamientos

La primera observación que se hace es que al analizar los pares de datos según su ubicación en planta, es que en todos ellos con excepción de los instrumentos 3N – 3C, los asentamientos totales medidos son menores en aquellos pertenecientes a la zona que se especificó con menor espesor de compactación. Sin embargo es necesario analizar las deformaciones considerando la ubicación en cota de cada instrumento. Indudablemente que las deformaciones medidas en los instrumentos ubicados a la cota 660 es la que les corresponde, en cambio es necesario reinterpretar las mediciones de los instrumentos ubicados a las cotas 690 y 720, ya que las deformaciones que ellos miden corresponden fundamentalmente a aquellas del estrato entre la cota a la cual se ubican y la cota a la cual se encuentra la fila de instrumentos inferiores a ellos.

2N 2C 3N 3C

Asentamiento (mm/m)

Final Total y Parcial 5,307 16,474 12,567 10,450

7N 7C 8N 8C

Asentamiento (mm/m)

Final Total 3,206 4,154 1,068 4,061

Parcial 6,670 6,670 2,170 8,330

10N 10C

Asentamiento (mm/m)

Final Total 2,706 3,280

Parcial 8,330 8,330

Cota 660 (msnm)

Cota 690 (msnm)

Cota 720 (msnm)

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Es así como se determinan los valores que se indican como parciales. En ellos vemos que son los instrumentos ubicados más abajo los que muestran una mayor deformación, esto se explica pues ellos miden la deformación del material fluvial que no se removió y que es propenso a mayores deformaciones, especialmente en sus primeros metros por corresponder a parte del espesor que podríamos denominar lecho móvil. En resumen, con respecto a los asentamientos, producidos principalmente durante la construcción, podemos concluir lo siguiente: Las mediciones indican que los asentamientos observados en el costado Norte de la presa no son mayores a las observadas en el centro de ella, manteniendo valores menores al 1% en todos los casos, con excepción de aquellos instrumentos que miden parte del asentamiento del lecho fluvial.

3.- ANÁLISIS MEDIDORES DE JUNTA Paralelamente se ha desarrollado un análisis al comportamiento que han presentado los medidores que se implementaron entre la losa y el plinto en un total de nueve posiciones, 4 en cada costado y 1 en el pie de aguas arriba en lo que sería el plinto horizontal. Estos instrumentos permiten monitorear con bastante exactitud el comportamiento de las juntas y con ello los desplazamientos que se producen entre el plinto y las losas, especialmente durante el proceso de llenado de la presa, ya asumidos los principales asentamientos durante el proceso constructivo. Este comportamiento se analiza en paralelo que el llenado del embalse y como reaccionaron las juntas antes esta solicitación. Cada medidor de junta permite controlar 3 vectores, siendo estos los siguientes:

Desplazamiento Horizontal o paralelo al eje de la presa (HORIZ)

Desplazamiento transversal o cizalle, que corresponde al desplazamiento en

el sentido del alineamiento del plinto en cada tramo (TRANS)

Desplazamiento vertical, que corresponde al asentamiento (VERT)

La ubicación de estos medidores se ha presentado en la Figura 1 y su comportamiento a lo largo del tiempo se muestra para cada uno de ellos en los gráficos siguientes:

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Gráfico 1: Desplazamientos en medidor de Junta 1

Gráfico 2: Desplazamientos en medidor de Junta 2

Gráfico 3: Desplazamientos en medidor de Junta 3

650

660

670

680

690

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710

720

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740

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-2,5

-2

-1,5

-1

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0

0,5

1

1,5

2

10-07-2012 18-10-2012 26-01-2013 06-05-2013 14-08-2013 22-11-2013 02-03-2014 10-06-2014 18-09-2014

Co

ta (m

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)

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-1

HORIZ.VERT.TRANS.Cota Lago

650

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-8

-6

-4

-2

0

2

4

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10

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ta (m

snm

)

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-2

HORIZ.VERT.TRANS.Cota Lago

650

660

670

680

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700

710

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730

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-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

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Co

ta (

msn

m)

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-3

HORIZ.

VERT.

TRANS.

Cota Lago

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Gráfico 4: Desplazamientos en medidor de Junta 4

Gráfico 5: Desplazamientos en medidor de Junta 5

Gráfico 6: Desplazamientos en medidor de Junta 6

650

660

670

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700

710

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-1

0

1

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3

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6

7

8

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Co

ta (m

snm

)

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-4

HORIZ.

VERT.

TRANS.

Cota Lago

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-15

-10

-5

0

5

10

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Co

ta (m

snm

)De

spla

zam

ien

to (m

m)

Fecha

Junta MJ-5

HORIZ.VERT.TRANS.Cota Lago

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740

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-12

-10

-8

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-4

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0

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6

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10

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Co

ta (

msn

m)

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-6

HORIZ.

VERT.

TRANS.

Cota Lago

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Gráfico 7: Desplazamientos en medidor de Junta 7

Gráfico8: Desplazamientos en medidor de Junta 8

Gráfico9: Desplazamientos en medidor de Junta 9

La primera observación que se hace a los gráficos es el comportamiento de los

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-40

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20

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Co

ta (m

snm

)

De

spla

zam

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to (

mm

)

Fecha

Junta MJ-7

HORIZ.

VERT.

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Cota Lago

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-30

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0

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Co

ta (m

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)

De

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ien

to (m

m)

Fecha

Junta MJ-8

HORIZ.VERT.TRANS.Cota Lago

650

660

670

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4

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10

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Co

ta (m

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)

De

spla

zam

ien

to (m

m)

FECHA

Junta MJ -9

HORIZ.

VERT.

TRANS.

Cota Lago

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medidores Transversal y Horizontal en las juntas MJ-2 y MJ-5, especialmente la última, donde hay plena coincidencia entre ellos ya que miden el mismo vector, lo que permite verificar su instalación. Al analizar exclusivamente los movimientos verticales y de asentamiento, podemos decir lo siguiente: Los medidores de las juntas MJ-4, MJ-5 y MJ-6, situados al pie de la presa muestran un solevantamiento de esta parte, el que va de 6,5mm para la MJ-4 y de 8mm para las juntas MJ-5 y MJ-6. El resto de las juntas, en su componente vertical, muestran asentamientos, con excepción de la MJ-2 que muestra un solevantamiento inicial de 4mm para luego disminuir a 2mm. El sector derecho, que es aquél donde se tomaron las providencias de espesores de capa para minimizar los asentamientos y que corresponde a las juntas MJ-7, MJ-8 y MJ-9, presentan los siguientes comportamientos.

Junta MJ-7 asentamiento máximo 27 mm

Junta MJ-8 asentamiento máximo 50mm

Junta MJ-9 asentamiento máximo 4mm

Al compararlos con las juntas del costado izquierdo MJ-1 opuesta a la MJ-9, MJ-2 opuesta a la MJ-8 y MJ-3 opuesta a la MJ-7, se obtienen los siguientes valores

Junta MJ-1 asentamiento máximo 1,5mm

Junta MJ-2 asentamiento máximo -1,5mm Solevantamiento con embalse lleno

Junta MJ-3 asentamiento máximo 4mm

Se puede apreciar claramente que por la configuración topográfica del embalse Ancoa, con una pared prácticamente vertical en su estribo derecho, los asentamiento de ese costado, sin ser importantes, (el mayor detectado es de 50mm) son bastante mayores que los obtenidos en el estribo izquierdo. Esto lleva a ratificar que en estos casos con una topografía que presenta un estribo prácticamente vertical es bueno el tomar medidas como las adoptadas en este caso y que en resumen son las siguientes.

Disminución del espesor de capas para asegurar mejor homogeneidad de los

materiales en las inmediaciones del estribo abrupto.

Definir la unión entre plinto y losa con una capacidad de absorción de

movimientos verticales mayor. En la Figura 4 se muestra el detalle de la junta

de cobre diseñada para ese costado, con una capacidad de desplazamientos

verticales de 15 cm.

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Figura 4: Detalle unión Losa - Plinto

Variar el ancho de las losas, disminuyéndolo, para entregar más flexibilidad al

sistema ante asentamientos mayores. En este caso las primeras losas

adyacentes al estribo derecho fueron de 7,5m en lugar de los 15 m de las

otras.

4.- CONCLUSIONES Como resumen podemos mencionar que el embalse Ancoa, con sus 120m de altura, ha presentado un buen desempeño al verse sometido a su cota máxima de llenado. El plinto vertical de su estribo derecho diseñado durante la construcción ha tenido un comportamiento adecuado, lo que se traduce en filtraciones mínimas. Paralelamente, se puede apreciar que las medidas adoptadas en lo que se refiere a espesores de capas y anchos de losas en el costado derecho de la presa han cumplido su función pues no se han observado deformaciones importantes en esa zona de la obra. El análisis de las filtraciones observadas durante el proceso de llenado se muestra en el gráfico 10, teniendo un máximo de sólo 170 l/s.

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Gráfico10: Filtraciones – Nivel del Lago

Palabras Clave: plinto vertical, losas, instrumentación

650,00

660,00

670,00

680,00

690,00

700,00

710,00

720,00

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740,00

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-20,00

0,00

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80,00

100,00

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160,00

06-05-13 25-06-13 14-08-13 03-10-13 22-11-13 11-01-14 02-03-14 21-04-14 10-06-14 30-07-14

Cota

Lag

o

(msn

m)

Q

Filt

raci

on

es(l

/s)

Fecha

Cota Lago y Filtraciones

Q Aforador l/seg.

Cota Lago msnm