XXIV Congreso Nacional del Agua San Juan – Octubre 2013 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE CIERRE DEL RÍO BÍO BÍO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PRESA ANGOSTURA, REPÚBLICA DE CHILE Claudio A. Fattor y Jorge D. Bacchiega Programa Hidráulica de Obras - Laboratorio de Hidráulica Instituto Nacional del Agua – INA, Ezeiza, Argentina e-mail: cfattor@ina.gob.ar / dbacchiega@gmail.com

INTRODUCCIÓN. Se plantearon dos alternativas de cierre: Cierre en aguas altas: demanda pesos más importantes de los elementos de cierre, con la consecuente dificultad que esto acarrea. Cierre en estiaje: esquema convencional.   Dada la trascendencia que implica asegurar un cierre exitoso, se definió una estrategia de análisis de las soluciones previstas y eventuales medidas correctivas o suplementarias mediante un modelo físico a escala 1:80 del conjunto de obras y su zona de influencia. El proyecto hidroeléctrico Central Angostura está emplazado en la garganta Angostura de El Piulo, aguas abajo de la confluencia de los ríos Bío Bío y Huequecura, Chile. La obra se emplaza en una sección topográficamente estrecha y de muy buenas características geotécnicas, con obras de cierre de bajo volumen. El desvío se prevé realizar mediante un túnel de sección herradura de 14,40 m de diámetro característico y 300 metros de longitud, dispuesto sobre la ladera de margen derecha.

DESCRIPCIÓN DE LA OBRA Disposición de obras en un entorno acotado por aspectos geológicos locales, disposición de ataguías, presa lateral, entre otros aspectos. Entorno topográfico con secciones transversales del río de 15 m de ancho y 60 m de altura. Presa de HCR de 50 metros de altura. Cierre lateral de margen izquierda mediante presa CFRD de 25 m de altura máxima y 1.500 metros de longitud. Central hidroeléctrica en caverna: 305 MW de potencia instalada. Vertedero de 6 vanos, con compuertas de 13,20 m de ancho. QDISEÑO = 10.200 m3/s, para Recurrencia = 1.000 años QVERIFICACIÓN = 12.600 m3/s, para Recurrencia = 10.000 años Descargador de fondo sobre margen derecha. QMÁXIMO ≈ 1.000 m3/s Estructura de lanzamiento mediante salto de esquí en su sección final. Túnel de desvío sobre margen derecha para Q=2000 m3/s, con sección en herradura de solera plana y D=14,40 m.

VARIANTE DE CIERRE EN AGUAS ALTAS Q cierre = 800 m3/s (2 años de recurrencia para el mes de agosto). Sector de central de cierre de 35 m de longitud. Altura máxima del cierre central: 30 metros. Vertederos rebajados de hormigón a ambos lados de la brecha central, alcanzando una longitud de 100 m de vertido. Caudal de verificación: se debe garantizar la estabilidad del cierre para un caudal de 4.100 m3/s (10 años de recurrencia para el mes de agosto), erogados mediante el túnel de desvío y sendos vertederos rebajados. Ataguía aguas abajo de baja altura.   En virtud de estas características, se planteó el cierre mediante tetrápodos de 30 toneladas de peso.

VARIANTE DE CIERRE EN ESTIAJE - Q cierre = 400 m3/s (Caudal medio del mes de diciembre). - Sector de central de cierre de 90 m de longitud. - Altura máxima del cierre central: 15 metros. Caudal de verificación: se debe garantizar la estabilidad del cierre para un caudal de 1.200 m3/s, erogados mediante el túnel de desvío. Ataguía aguas abajo de baja altura. Dadas estas características, se planteó el cierre mediante enrocado, siendo factible emplear una cantidad limitada de enrocado de 7 toneladas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS PARA EL CIERRE EN ESTIAJE OBJETIVOS GENERALES OBJETIVOS ESPECÍFICOS PARA EL CIERRE EN AGUAS ALTAS -Establecer la factibilidad de cierre del río, definiendo la metodología más adecuada. -Verificar la estabilidad del cierre sin impermeabilizar, identificando, el nivel máximo que asegure la estabilidad del conjunto. -Establecer el material, forma de colocación y espesores requeridos para garantizar la completa impermeabilidad de la estructura de cierre. -Analizar los caudales infiltrados en distintas instancias del cierre. -Verificar la curva de descarga del túnel de desvío. -Definir la cantidad total de materiales a emplear, incluyendo aquellos considerados como pérdidas. - Establecer la disposición de material de enrocado, con un peso máximo de 7 toneladas, priorizando el menor uso posible de elementos con estos pesos. - Verificar que durante el proceso de cierre los materiales colocados sean aptos para mantenerse estables para picos de caudal de hasta 600 m3/s. (Caudal máximo diario turbinado por períodos cortos por la central existente aguas arriba). Evaluar y corregir la metodología de disposición de tetrápodos, a emplazar desde margen izquierda mediante dos líneas de cables. Evaluar la estabilidad del cierre de tetrápodos hasta la mitad de la altura definitiva, considerando el paso de una crecida de 1.800 m3/s, sin que se hubiera dispuesto el material de impermeabilización. - Evaluar la estabilidad global del cierre de tetrápodos hasta su altura definitiva, sin /con disposición del material de impermeabilización y con un caudal entrante de 4.100 m3/s.

EVALUACIÓN DEL CIERRE EN AGUAS ALTAS CON TETRÁPODOS DE 30 TON. -La configuración alcanzada admite un caudal máximo de 1.300 m3/s, sin colapso estructural.   -La construcción de la obra de cierre se continúa en tres fases, en las que se incrementa progresivamente la altura del terraplén de cierre, los niveles de impermeabilidad y la condición de máximo caudal admisible. -Luego, se prosigue la construcción del cierre con tetrápodos hasta alcanzar su cota máxima. Esto demanda 840 tetrápodos (incluye pérdidas). -Para esta condición, el caudal máximo para el cual se produce el colapso resulta 2.500 m3/s. La disposición de tetrápodos, uno por uno, se debe realizar arrojándolos en tres secciones transversales, con una separación de 5 metros entre filas. Se lanza un elemento por línea hasta visualizar su afloramiento por sobre la superficie libre y se garantice su estabilidad. Se avanza transversalmente efectuando el mismo procedimiento hasta lograr el cierre completo. Este procedimiento se extiende hasta alcanzar el 50% de la altura máxima. Se requieren 450 tetrápodos para completar esta primera etapa, incluyendo una pérdida del orden del 10 %. El caudal de infiltración al término de esta fase resulta 300 m3/s.   Estabilidad de estructura de tetrápodos sin impermeabilizar.

EVALUACIÓN DEL CIERRE EN AGUAS ALTAS CON TETRÁPODOS DE 30 TON. La tercera etapa comprende la colocación de material de filtro sobre el espaldón aguas arriba, reduciendo el caudal de filtración a 15 m3/s. Se alcanza la erogación máxima de 4.100 m3/s, entre el túnel de desvío y los vertederos laterales sin filtraciones excesivas ni colapso estructural.   -La última etapa incluye la colocación de material fino sobre el espaldón aguas arriba, reduciendo el caudal filtrado a 0,5 m3/s. Se alcanza un perfil estable para Q=4.100 m3/s erogados por vertederos y túnel de desvío. -Finalmente, se ha determinado la factibilidad del cierre de la brecha de 35 m mediante la colocación progresiva de tetrápodos de hormigón de 30 toneladas de peso, para un caudal de 800 m3/s. Estabilidad de estructura de tetrápodos con impermeabilización. Funcionamiento de estructura de tetrápodos impermeabilizada para 4.100 m3/s Funcionamiento de estructura de tetrápodos sin impermeabilizar para 2.000 m3/s y 2.500 m3/s

EVALUACIÓN DEL CIERRE EN ESTIAJE -Resulta apropiado completar el talud definitivo hasta 10 m por encima del lecho, antes de continuar con su recrecimiento. Luego, se plantean tres etapas con aumento del espesor de la ataguía con materiales de 1,05 m y 0,30 m, incluyendo una impermeabilización final con material fino.   -El procedimiento de cierre concluye con dos etapas finales de recrecimiento hasta la altura definitiva (15 m sobre el lecho) mediante la materialización del cuerpo del terraplén con material fino. -El volumen total empleado durante el proceso de cierre resulta del orden de 22.200 m3, incluyendo la proporción de pérdidas antes señalada. Cierre por avance lateral desde margen izquierda. La ataguía de 15 metros de altura conformada en cuatro etapas, con enrocado del entorno de la obra, permite garantizar la estabilidad de cada una frente al pasaje de una crecida temporal de 600 m3/s.   -Los materiales del terraplén resultan estables, con bajos niveles de pérdida, excepto en la etapa final de cierre donde se registra una pérdida de material de D50=1,05 m cercana a 1.000 m3. En tal sentido, cabe considerar un acopio mayor de este material o contar con material de mayor peso. Cierre por avance lateral – Fase 3 Cierre por avance lateral – Fase 2 Modelo físico – Instancias parciales y total del cierre mediante aporte de enrocado

METODOLOGÍA DE CIERRE IMPLEMENTADA -El cierre mediante tetrápodos fue descartado por el elevado riesgo de colapso de la ataguía ante la posibilidad de alcanzarse caudales elevados durante el período en el que se contemplaba su construcción. Por otro lado, el costo de las obras de cierre no compensaba el adelanto en la construcción de la presa y la consiguiente anticipación en la puesta en servicio de la central hidroeléctrica.   -Finalmente, el cierre del río Bío Bío se realizó a fines de 2011 mediante la disposición de enrocado con un peso mayormente comprendido entre 2 y 4 toneladas, una cantidad menor de enrocado de 7 toneladas, y enrocado de menores dimensiones y material fino para la impermeabilización final, de acuerdo a las premisas definidas en el estudio sobre modelo físico.

¡ Muchas Gracias! CONCLUSIONES - La evaluación de alternativas de cierre del río Bío Bío para la construcción de la presa Angostura se realizó mediante la modelación física a escala 1:80. Se analizó una variante de cierre en aguas altas mediante tetrápodos de 30 toneladas y una segunda alternativa de cierre por avance lateral con empleo acotado de enrocado de 7 toneladas de peso máximo. El estudio hidráulico de las variantes y el análisis técnico – económico llevado a cabo por el Comitente concluyó en la conveniencia de realizar el cierre durante el período de estiaje. A fines de 2011 se realizó exitosamente el cierre del río Bío Bío, siguiendo la metodología resultante de los estudios realizados en el INA. ¡ Muchas Gracias!