Ing. Eduardo Castell .


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Ing. Eduardo Castell. MIEL I: PRESA EN CCR RECORD MUNDIAL EN ALTURA Humberto Santana L - Guillermo Castro O - Eduardo Castell R Diseñadores de HMV Ingenieros Ltda. - Hidroestudios S.A. Figura 01 – Vista aérea de la presa. Ing. Eduardo Castell. INTRODUCCIÓN
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Ing. Eduardo Castell MIEL I: PRESA EN CCR RECORD MUNDIAL EN ALTURA Humberto Santana L - Guillermo Castro O - Eduardo Castell R Diseñadores de HMV Ingenieros Ltda. - Hidroestudios S.A.

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Figura 01 – Vista aérea de la presa

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Ing. Eduardo Castell INTRODUCCIÓN Colombia, el 12 de abril de 2002 puso en operación Miel I la presa más alta en su tipo construida hasta la fecha, rompiendo un record mundial en obras de ingeniería con el uso en el país, de un tipo de concreto relativamente nuevo como es el CCR (Concreto Compactado con Rodillo). La presa, con sus 192 metros de altura, ubicada sobre el río La Miel (Norcasia, Caldas) forma parte de las obras del Proyecto Hidroeléctrico Miel I y por su altura, se constituye en un hito que supera 232 presas en CCR de más de 15 metros ya construidas hasta 2001 en el mundo, y se convierte en un desafío para las 31 presas en construcción en 21 países, especialmente en China (con 10 en construcción).

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Ing. Eduardo Castell Los estudios e investigaciones como fuente de energía hídrica, fueron iniciados por la Central Hidroeléctrica de Caldas (CHEC) en el año 1960. Después del análisis y estudio de varias alternativas, todas muy atractivas por las condiciones de la garganta y la calidad de la roca de los estribos, las cuales evolucionaron desde una presa de enrocado hasta una presa de concreto en arco, se llegó a la conclusión que la mejor opción period la construcción de una presa de gravedad en CCR, por los grandes beneficios en seguridad, costo y tiempo que se obtienen con el uso de bajos contenidos de cemento de las mezclas y a la velocidad de la construcción.

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Ing. Eduardo Castell La optimización de las alternativas y el uso de este tipo de concreto (CCR), utilizando técnicas y equipos modernos de preparación, transporte y colocación del concreto, significó un ahorro del 20% del costo directo de construcción del proyecto. El proyecto, de propiedad de ISAGEN S.A. E.S.P fue estructurado, licitado y administrado técnicamente durante construcción por Hidromiel S.A. E.S.P. Fue construido por el Consorcio Miel I, compuesto la por Constructora Norberto Odebrecht S.A., el Grupo Mexicano de Desarrollo S.A., Kvaerner Energy A.S. y Alston Power. El diseño lo realizó HMV Ingenieros Ltda.. - Hidroestudios S.A.y la interventoría Ingetec S.A. La construcción de la presa se inició el 8 de abril de 2000 y se terminó el 12 de junio de 2002 con una duración de 26 meses.

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Ing. Eduardo Castell DESCRIPCIÓN Geometría La presa, uno de los componentes principales del Proyecto Hidroeléctrico Miel I, es del tipo de gravedad, con rebosadero incorporado, construida con capas de 0,30 metros en Concreto Compactado con Rodillo (CCR) y está localizada en un estrecho del río La Miel, aguas abajo de la desembocadura del río Moro. Aprovecha el caudal promedio de 84,3 m 3/seg de los dos ríos, inunda 1.260 Ha, y forma un embalse de 565 millones de m 3 , lo cual permite generar 1.460 Gwh de energía promedio anual, con una capacidad ostensible instalada de 375 Mw.

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Ing. Eduardo Castell Tiene una altura de 192 m entre su punto más bajo, en el cauce del río, y la crown, en la cota 454, que tiene un ancho de 6,5 metros y una longitud de 340 metros. Por eficiencia y economía, la sección de la presa tiene forma triangular con una base de 185 metros, y un ancho de 30 m en el cauce del río. La cara de aguas arriba es vertical y el talud de aguas abajo, construido en escalones, tiene pendientes factors de 1V:0,95H, 1V:0,75H y 1V:0,4H, con un promedio de 1V:0,86H. CIMENTACIÓN – INYECCIONES y drenajeS La cimentación de la presa se realizó sobre roca de nivel 2 de meteorización, es decir roca sana, masiva, poco fracturada, inyectable y de buena capacidad de soporte, de origen metamórfico (cuarcitas y gneis).

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Ing. Eduardo Castell Para mejorar sus condiciones de impermeabilidad, se realizaron inyecciones de consolidación hasta una profundidad de 20 m e inyecciones de cortina profunda, llevadas hasta una profundidad del 40% de la cabeza hidráulica hasta lograr, con lechadas de cemento, una permeabilidad equivalente del orden de 1 lugeon. Para facilitar las inyecciones y el drenaje de las posibles filtraciones, se construyeron ocho galerías de 2,5 x 3,0 metros de sección que cruzan el cuerpo de la presa y se extienden unos 40 metros en la roca de los estribos de la presa.

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Ing. Eduardo Castell Tratamientos DE IMPERMEABILIZACIÓN A pesar de haberse colocado mezcla de pega, conveniente para lograr el monolitismo de la estructura, de la mitad de la presa hacia la cara de aguas arriba, el tratamiento no lograba llevar la permeabilidad del CCR a los valores requeridos por los criterios de diseño. Por esa razón, la cara de aguas arriba recibió un tratamiento que garantiza un valor de permeabilidad comparable a la del concreto convencional masivo. Ese tratamiento es de doble protección contra las filtraciones: y consiste en una membrana PVC y en una mezcla enriquecida. Se cubrió toda la cara de aguas arriba con una membrana de PVC de 3,0 mm y 2,5 mm de espesor, fijada a la presa por medio de perfiles metálicos que sirven al mismo tiempo de sistemas de drenaje. Para la mezcla enriquecida se vertieron en el CCR extendido y fresco lechadas de cemento a razón de 10 litros por cada metro, en una franja de 0,40 metros contigua a la cara de aguas arriba, por 0,30 de espesor que luego se vibraba en forma comparable an un concreto convencional. Con esos tratamientos se prevé que las filtraciones por el cuerpo de la presa no serán mayores de 4 l/s y que el add up to, incluida la fundación, expresado en términos de filtración especifica, será menor de 0,09x10 - 3 l/s/m/m 2 .

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Ing. Eduardo Castell Rebosadero Una de las muchas ventajas que tiene la presa es la incorporación del rebosadero en el talud de aguas abajo de la presa, lo cual permitió una economía significativa. El rebosadero es un waterway estructural en concreto convencional, tipo rápida, con redirector en salto de esquí. El ancho de la entrada (gola) en la cresta de la presa es de 65 metros y se diminish linealmente hasta 32,5 metros en el borde de salida del diverter. Es un vertedero de borde libre formado por muros laterales convergentes de 4 a 5 metros de altura, que tiene una capacidad de descarga máxima de 3,600 m 3/s .

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Ing. Eduardo Castell . DISEÑO DE MEZCLAS El objetivo key del diseño de las mezclas fue lograr el menor costo posible, usando bajos contenidos de cemento. Después de haber estudiado las propiedades de los materiales existentes en el sitio y definidos el tipo de cemento y la sección de la presa, el diseño de las mezclas apuntó a conseguir bajos costos, utilizando solo la cantidad de cemento requerido por el diseño y zonificando la presa según los esfuerzos obtenidos en los análisis estructurales.

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Ing. Eduardo Castell El diseño de las mezclas para el concreto compactado con rodillo se realizó en dos etapas. Los ensayos normales para concreto se realizaron en una primera etapa, en la Universidad de Los Andes. De los resultados obtenidos, se escogieron varias mezclas con diferente dosificación de cemento para realizar los ensayos especiales en EU. Para tal blade, se enviaron a Troutdale (Oregon) 54 toneladas de agregados y tres toneladas de cemento. El Cuerpo de Ingenieros de EU fue seleccionado para realizar los ensayos especiales, que no existen en Colombia, relacionados con la determinación de las propiedades térmicas del CCR, la capacidad de deformación y rigidez de las mezclas

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Ing. Eduardo Castell El costo de una investigación detallada, redundó en beneficio del proyecto, por cuanto redujo al mínimo la cantidad de cementante, permitió la zonificación del CCR y evitó el uso de la refrigeración del concreto por tener menos generación de calor y por consiguiente, ser menos powerless al agrietamiento. Es decir, el diseño de las mezclas tuvo en consideración, los requerimientos de los análisis estructurales y térmicos de la presa relacionados con la resistencia, durabilidad, permeabilidad, economía y tiempo de construcción. Además, el objetivo fue obtener una mezcla que no presentara segregación, homogénea, con una alta compacidad (densidad) y representativa de las características del CCR a colocar en la presa. Con las investigaciones de laboratorio se definieron las características de los cementos, los agregados y las propiedades de las mezclas a 365 días. El cemento an utilizarse debía ser tipo II, de bajo calor de hidratación (< 70 cal/g). Se solicitó a varias fábricas el suministro de este tipo de cemento (Boyacá, Ríoclaro, Cementos Caldas y Paz del Río). Finalmente Cementos Diamante de Ibagué produjo el cemento tipo II utilizando 95% de su clinker (85% caliza más 12% de arcilla mas 3% de mineral de hierro) y agregándole 5% de yeso, con lo cual cumplió la Norma ASTM C-150 y las especificaciones en cuanto a las propiedades físico-químicas requeridas para el cemento del CCR.

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Ing. Eduardo Castell El análisis estructural dinámico definió las zonas de mayores esfuerzos, localizadas en la base de la presa, en la cara de aguas arriba, en la nuca y en la crown de la presa. Esta condición de esfuerzos permitió realizar una zonificación de la presa, utilizando la resistencia a tensión de las mezclas, para obtener los factores de seguridad requeridos.

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Ing. Eduardo Castell DISEÑO El criterio básico para el diseño de la presa, teniendo en cuenta su gran altura, fue utilizar los mismos estándares de calidad, seguridad y durabilidad de una presa de gravedad en concreto convencional (CC). Los factores de seguridad contra deslizamiento, ruptura, agrietamiento y filtraciones a través de la estructura fuero

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