Construcción de la Presa delBoquerón en hormigóncompactado con rodillo

A N D R E S MARTIN-E2 M U Ñ O Z

Ingeniero de Caminos, Canales y PuertosAutor del Proyecto y Director de las Obras

CONFEDERACION HIDROGRAFICA DEL SEGURA

FIDEL SAENZ DE ORMIJANA Y VALDES

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y PuertosJefe del Departamento Técnico de Obras Hidráulicas

FERROVIAL.

VICENTE MOHEDANO MARTIN

Ingeniero de Caminos, Canales y PuertosJefe de ObraFERROVIAL

1. INTRODUCCION

La Presa del Boquerón forma parte de las obras denominadas Presa dela Rambla del Boquerón y Canal de Trasvase Mullidar-Boquerón, en cons-trucción actualmente en el término municipal de Hellín (Albacete) comoparte, con carácter de actuación prioritaria, del Plan de Defensa Contra lasAvenidas del Río Mundo. Dicho plan fue redactado por la ConfederaciónHidrográfica del Segura, bajo la Dirección del Ingeniero de Caminos, Cana-les y Puertos D. Andrés Martínez Muñoz, como respuesta a los graves pro-blemas de inundaciones producidos regularmente por el río Mundo y susafluentes, inundaciones cuyos ejemplos más recientes son los acaecidosen los años 1982,1983 y 1986.

Las obras comprenden, junto a la presa, la variante de la carreteracomarcal Hellín-Liétor, cuyo trazado actual quedará inundado por el embal-se, y el canal de Trasvase Mullidar-Boquerón. Este canal tiene como objetotrasvasar las avenidas de las ramblas colindantes del Rincón del Moro y

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Mullidar al embalse del Boquerón para su laminación, ya que no existe unacerrada adecuada en la propia Rambla del Mullidar. El canal de trasvase,con 9 km de longitud, está proyectado para el caudal de avenida de 100años, discurriendo en su mayor parte en sección trapezoidal a cielo abiertocon revestimiento de escollera, con un tramo en falso túnel.

Las obras fueron adjudicadas a la UTE Ferrovial-OHV en junio de 1993,comenzándose la colocación del HCR (hormigón compactado con rodillo)en febrero de 1996. La asistencia técnica a la Dirección de las Obras estáconstituida por la empresa AEPO.

2. DESCRIPCION DE LA PRESA

La presa es de tipo gravedad de planta recta, con 290 m de longitud decoronación y 58 m de altura sobre cimientos. La figura 1 muestra la seccióntipo por el aliviadero. El paramento de aguas arriba es liso, con talud0.05:1, y con escalonado de 1.20 y talud 0.73:1 el de aguas abajo.

El aliviadero, de labio fijo y con escalonado de 1,20 m, consiste en unúnico vano de 16 m. La altura de lámina es de 1,50 m para la avenida deproyecto y de 4,0 m para la avenida extrema, con lo que resulta un caudalespecífico superior a 19 m3/seg. El aliviadero ha sido objeto de un extensoprograma de ensayos en el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX.La restitución al río se hace por medio de un cuenco amortiguador limitadoaguas abajo por un azud de 3,90 m de altura ubicado a 35 m del pie de pre-sa y cuya solera está constituida por una losa de hormigón convencionalde 0,80 m de espesor, drenada mediante taladros 0 120 mm rellenos dehormigón poroso. Los cajeros del cuenco, de escollera hormigonada, coro-nan a la cota 563,50.

La presa está dotada de una galería petimetra1 con sección de mediopunto, de dimensiones interiores 2,00 x 2,50 m2. El desagüe de fondo estáconstituido por un conducto 0 1.400 mm en acero de 12 mm de espesor.Dado que el objeto de la presa es exclusivamente la laminación de aveni-da, no está prevista la disposición de elementos de cierre en el desagüede fondo.

Desde el punto de vista geológico, la cerrada está constituida por dolo-mías y calizas jurásicas brechificadas y carstificadas. Se trata, por tanto, demateriales permeables. Sin embargo, dada la función de la presa, exclusi-vamente para laminación de avenidas, la falta de estanqueidad del vaso norepresenta mayor inconveniente.

El desvío del río no ha planteado problemas por el carácter efímero delcauce de la Rambla del Boquerón; hasta la fecha no se ha experimentadoninguna avenida de importancia durante la construcción.

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3. MATERIALES

Aridos

Los áridos empleados para la fabricación del HCR se obtuvieron de unacantera situada en el vaso, a un kilómetro aguas arriba de la cerrada. Sonde naturaleza predominantemente dolomítica. Se han clasificado en cincotamaños (0/3, 0/5, 5/20, 20/40 y 40/80 mm). Las arenas finas 0/3 mm seemplean para corregir la fracción fina de las arenas 0/5, que de otro modoquedarían fuera del huso exigido por la Instrucción de Grandes Presas.

Dosificación

Para decidir la dosificación se realizaron numerosos ensayos de hormi-gones en laboratorio. La dosificación finalmente adoptada fue de 185 kg/m3de conglomerante, compuesto por 55,5 kg/m3 de cemento y 129,5 kg/m3 decenizas tipo F, procedentes de la C.T. de Puente Nuevo (Córdoba). La pro-porción de cemento sobre el total de conglomerante es del 30%. El conteni-do de agua es de 94 l/m3 (relación agua conglomerante 0,51 en peso). Laresistencia característica del HCR es de 150 kg/cm* a 90 días.

4. PLANIFICAClON

El volumen de HCR es de 150.000 m3 aproximadamente. La colocacióndel HCR comenzó en febrero de 1996. De acuerdo con la programación dela obra, estaba prevista la ejecución de esta unidad en cuatro meses. Sinembargo, como consecuencia de las elevadas precipitaciones registradasen nuestro país de forma generalizada durante el invierno de 1995-96, lascompañías eléctricas han primado la producción de energía hidroeléctricasobre la térmica. Esto ha sido causa de la parada de un buen número decentrales térmicas, lo que ha creado dificultades de suministro de cenizas.En la presa del Boquerón estos problemas de suministro se han traducidoen la necesidad de interrumpir la producción de hormigón compactadodurante sucesivos períodos que totalizan dos meses aproximadamente. Laproducción media de HCR hasta la fecha es de 2.090 m3/día con punta de2.930 m3/día.

5. INSTALACIONES

Las instalaciones necesarias para el hormigonado de la presa se mues-tran en forma esquemática en el croquis de la figura 2. La figura 3 recogeuna vista general de las instalaciones, describiéndose a continuación loselementos principales.

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Figura 2. Planta esquemática de la presa.

Homogeneización de cemento y cenizas

La planta está constituida por tres silos de cemento de 240 t (200 m3) ytres silos de cenizas de 350 t (400 m3). La homogeneización se realiza enuna mezcladora discontinua de eje horizontal controlada por autómata, conuna capacidad de 35 t/h.

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Figura 3. Vista general de las instalaciones desde la margen izquierda. Aguas abajo de lapresa se observa la losa de ensayo.

Fabricación del hormigón

Se ha instalado una planta principal de fabricación de hormigón dis-continua /ntrame Ross, con una capacidad de producción de 150 m3/h. Laplanta consta de cinco tolvas alimentadoras de áridos con sus cintas y dosamasadoras bicónicas, controladas por autómata, de eje inclinado y capa-cidad nominal 6,ll m3. Bajo las amasadoras, el hormigón es recogido endos tolvas de 6 m3 de capacidad que alimentan una cinta de transferencia.

Para la fabricación de morteros y hormigones convencionales auxilia-res se ha instalado una planta dosificadora móvil de 80 m3/h de capacidadde producción.

Transporte del hormigón

A*Y:+Einarrsporte del hormigón hasta la presa se efectúa por medio de trescintk Rotec de alta velocidad, de 30 m, con sus estaciones de transferen-cia, más un distribuidor telescópico de 22 m. Desde el distribuidor telescó-pico el hormigón es vertido en camiones volquete de 15 m3, que lo trans-portan al tajo de extendido.

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6. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

Losa de ensayo

El comportamiento satisfactorio de las soluciones finalmente adopta-das para la construcción de la presa fue previamente comprobado en lalosa de ensayo, losa que constituye a la vez el azud de formación del cuen-co amortiguador al pie del aliviadero. Según muestra la figura 1, la alturade la losa es de 3,90 m desde el fondo del cuenco, estando su coronación ala cota 558,90. Sus dimensiones en planta son aproximadamente de 30 x20 m*, con un volumen total de HCR de 2.500 m3.

En la losa se realizaron distintas tongadas con las dosificaciones deconglomerante recogidas en la tabla 1.

Tabla 1. Dosificaciones en la losa de ensayo(espesor de tongada 30 cm).

Conglomerante

(Kg/m3)

180

200

220

CenizasKonglomerante

(%)

70

70

65~_____-

65

65

Tongadas

(n.“)

ll-13

8-10

5-7

2-4

1 (inferior)

El proceso constructivo de la losa de ensayo persiguió reproducir lomás fielmente posible la construcción posterior de la presa. Así, se com-probaron los tratamientos para el contacto con la cimentación, la uniónentre tongadas, y las juntas frías (para esto último se realizó una junta de40 días de edad, con ensayo de permeabilidad, entre las tongadas 10 y ll ).Se probó también el encofrado, procediendo al trepado de ambos encofra-dos (aguas arriba y aguas abajo). Se realizaron igualmente tres juntastransversales incluyendo la impermeabilización en el paramento de aguasarriba mediante bateaguas de PVC 500 mm, cuya eficacia se comprobóperforando la junta e inyectando agua. En todos los casos anteriormentecitados se comprobó el buen comportamiento de las soluciones ensaya-das, que fueron finalmente adoptadas para la construcción de la presa yque se describen más adelante.

La instrumentación de la losa de ensayo fue exhaustiva, comprendien-do 32 termómetros (2 de ellos en cimiento), 4 extensómetros correctoresde cuerda vibrante, 3 medidores internos para el control de juntas transver-sales (uno por cada una de las tres juntas), 4 medidores de juntas eléctri-

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cos (precisión 0,Ol mm) para juntas entre tongadas, así como extensóme-tros de varilla de 4 anclajes, situados a ambos lados de la junta, para la jun-ta fría entre las tongadas 10 y ll.

Excavaciones y tratamiento de la cimentación

Previamente a la ejecución de las obras se realizó una investigación decampo que comprendió la realización de perfiles sísmicos, sondeos dereconocimiento, y ensayos Lugeon y presiométricos. La excavación de lacimentación de la presa se realizó por medio de voladura con precorte.Una vez excavada la cimentación se limpió ésta con chorro de agua y aire apresión (5 kg/cm*), realizándose un levantamiento geológico de superficiepara recoger las fallas y fracturas ex+tsntes con objeto de adaptar local-mente los tratamientos de consolidacic)n.

Se realizó una campaña de inyecciones de consolidación en cuadrículade 4 x 4 m2, consistente en una primera fase de perforación a 1,5 m de pro-fundidad con inyección a 1,5 kg/cm* de presión. Posteriormente se reperfo-raba hasta una profundidad de 9 m en el cauce y 6 m en laderas, inyectan-do a 3 kg/cm2 de presión. La admisión media fue del orden de 20 kg/ml enel cauce, siendo algo inferior en laderas.

En el reconocimiento geológico superficial de la cimentación se detec-taron tres fallas con buzamientos entre 55 y 75”. Estas fallas fueron tratadascon taladros verticales e inclinados (lH:2V) de 5 y 8 m de profundidadinyectados a una presión de 2 kg/cm*, con lechada de relación agua:cemento igual a 1:1,5. La admisión media fue de 25-37 kg/mI, con valorespuntuales máximos no superiores a 1.250 kg/mI, en cuyo caso se modifica-ba la dosificación de la lechada a relación agua:cemento 1:2, llegandoincluso, en caso necesario, a inyectar mortero puntualmente cuando resul-taba difícil que la lechada cogiera presión en el taladro.

Tratamiento del contacto con la cimentación

El proyecto adjudicado preveía el uso de hormigón vibrado de 175kg/cm* en el contacto con la cimentación, con un espesor de un metro,previa e independientemente de la colocación del HCR. El tratamiento pre-visto se realizó inicialmente en 3.300 m2 de superficie de cimentación. Sinembargo, la colocación del hormigón vibrado era difícil sin encofrado enlas laderas, experimentándose derrames importantes tras la vibración porla elevada pendiente de las mismas (superior a 47”). Por otro lado, la dis-posición de hormigón convencional en el contacto previo e independien-temente de la colocación del HCR introduce una discontinuidad adicional(entre hormigón vibrado y HCR) además de la discontinuidad cimiento-

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hormigón. En este sentido, una tendencia actual parece ser el empleo dehormigón convencional en cimientos, si bien con espesores muy inferio-res a los empleados en el pasado, llegando al espesor estrictamente nece-sario para rellenar los huecos de la cimentación (U.S. Corps of Engineers,1994; Krempel et al., 1995) o incluso sustituyendo este hormigón por unmortero de contacto con espesor de centímetros en caso de cimentacio-nes con escasa pendiente (Pinilla, 1995). Se prefiere el extendido simultá-neo con e l HCR, con compactación del mismo y v ibrado intenso de lasuperficie de contacto entre éste y el hormigón convencional (U.S. Corpsof Engineers, 1994). Esta solución se adoptó, por ejemplo, en la Presa deArriarán (Aguirre y Nates 1994), con una muy satisfactoria impermeabili-dad del contacto: espesor inferior a 10 cm de hormigón vibrado, extendidade la tongada de HCR contra el mismo, y vibrado y compactado conjuntode ambos hormigones.

En el presente caso, y como resultado de la positiva experiencia de lalosa de ensayo, se modificó el tratamiento del contacto, adoptándose unasolución que constituye una variante de la práctica descrita en el párrafoanterior. Así, se ejecutó el contacto directamente con hormigón compacta-do, al que se adicionaba un retardador de fraguado. Previamente se habíaextendido, en la zona de contacto de la tongada con la cimentación, unmortero de contacto similar al empleado para el tratamiento de juntas,vibrándose el conjunto como si se tratara de hormigón convencional, condos vibradores 0 150 mm en paralelo instalados en el brazo de una retroex-cavadora. Posteriormente se compactaba en la proximidad de la cimenta-ción con el compactador vibratorio. El mortero de contacto, con tamañomáximo de árido 5 mm, tenía una dosificación de 240 kg/m3 de cemento,240 kg\m3 de cenizas y 220 l/m3 de agua.

Galería petimetra1

La galería perimetral, de medio punto con sección 2,00 x 2,50 m2, seconstituyó por medio de una sección prefabricada en hormigón armado,sin solera, de 150 mm de espesor, como encofrado perdido (véase Fig. 4).Para minimizar las interferencias con el HCR, la galería se apoya directa-mente en el hormigón de contacto con la cimentación. El HCR se compac-taba junto a la galería con un compactador vibratorio Lebrero con dos tam-bores lisos de 3 t.

Hormigón compactado con rodillo (HCRI

El HCR se t ransportaba al ta jo de extendido, desde el d is t r ibuidortelescópico de las cintas Rotec, en camiones volquete de 15 m3. El exten-dido, por medio de Bulldozer D-6 CAT como muestra la figura 4, se realiza-

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Figura 4. Galería perimetral y extendido del HCR.

Figura 5. Vista general del cuerpo de presa con los diversos tajos.

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ba en tongadas de 35 cm por calles longitudinales de 7 a 10 m de anchura,de ladera a ladera y empezando por el paramento aguas abajo. Posterior-mente se realizaba la compactación por medio de compactadores vibrato-rios Lebrero 418 MX de 15 t. De la experiencia de la losa de ensayo, lacompactación se efectuaba con una primera pasada en estático, tres pasa-das en dinámico y finalmente una pasada en estático. El espesor final dela tongada se reducía así a 30 cm, con ligera pendiente hacia aguas arriba.

Una vez finalizada la compactación de la tongada en toda la superficiede la presa, se repite el proceso para la nueva tongada cambiando el anchode las calles para no crear juntas longitudinales de construcción. La figura 5recoge una vista general del cuerpo de presa con los distintos tajos.

Paramentos

El paramento aguas arriba de la presa es liso, con talud 0,05:1, y conescalonado de 1,20 m (igual a cuatro tongadas) aguas abajo. Los paramen-tos se han ejecutado con encofrado trepante, solución que reúne las venta-jas de rendimiento y economía satisfactorios, junto a un buen resultadoestético. Los encofrados, provistos de una plataforma de trabajo, se fijabanal hormigón por medio de anclajes embebidos en el mismo. En el para-mento de aguas arriba el encofrado trepante estaba dividido en seccionesde 32 m colocadas a diferente cota, lo que garantizaba la continuidad delhormigonado. En el paramento aguas abajo se disponía de dos juegos deencofrados; para el hormigonado de una nueva tongada se retiraba elencofrado inferior, que se apoyaba a continuación en el HCR recién coloca-do. Los módulos de encofrado se maniobraban por medio de una grúaautomóvil de 20 t que operaba desde el cuerpo de presa.

Para el tratamiento del hormigón de paramento, la solución adjudica-da preveía inicialmente el empleo de hormigón convencional. Con objetode reducir el empleo de hormigones convencionales en el cuerpo de pre-sa, sin embargo, y a la vista del buen resultado obtenido en la losa deensayo, se decidió cambiar a una solución similar a la adoptada para eltratamiento del contacto con la cimentación. Así, se extendía sobre la ton-gada anterior el mortero de contacto en un ancho de 3 m aguas arriba y 1m aguas abajo. Posteriormente se vibraba conjuntamente con el HCRextendido junto al paramento, por medio de dos vibradores 0 150 mm enparalelo instalados en el brazo de una retroexcavadora. Finalmente, elHCR se compactaba junto al paramento por medio de un compactadorvibratorio Lebrero con dos tambores lisos de 3 t. El proceso se muestra enlas figuras 6 y 7, junto al bateaguas de PVC 500 mm para impermeabiliza-ción de junta transversa.

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Figura 6. Vibrado de la mezcla de mortero de adición y HCR en contacto con el paramento.

Figura 7. Compactación del HCR próximo al paramento con el compactador de 3 t.

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junta fría.

Figura 9. Extendido del mortero de retorna en una junta fría.

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El hormigonado continuo y sin limitaciones de la presa ha venido favo-recido por la existencia de una única galería perimetral, la materializaciónde las juntas transversales por hinca de chapas galvanizadas a 45 m, el sis-tema de transporte del HCR mediante cintas de alta velocidad, así comopor la solución de encofrados trepantes adoptada par los paramentos.Todo ello constituye un precedente y una experiencia que puede ser intere-sante para futuras obras en HCR.

REFERENCIAS

AGUIRRE SANCHEZ, E. Y NATES DIAZ, J.R., La Presa de Arriarán: Proyecto y Ejecución de lasobras. Jornada Técnica sobre Presas de Hormigón Compactado, San Sebastián, 1994.

ASCE, Roller-compacted concrete, Technical Engineering and Design Guides as adaptedfrom the U.S. Corps of Engineers, No. 5, 1994.

KREMPEL, A.F., P. LEVIS Y F.R. ANDRIOLO. Jordao River derivation Dam. Foundation conditionsfor placing the RCC. Roller Compacted Concrete Dams, Proc. of the Int. Symposium held inSantander, España, pp. 741-753, 1995.

PINILLA, L. Pangue Dam construction. Roller Compacted Concrete Dams, Proc. of the Int.Symposium held in Santander, España, pp. 815-825, 1995.

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