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La obra civil de la nueva central ha sido ejecutada por Sacyr y Cavosa

Construcción de la nueva central hidroeléctrica San Pedro II, en la provincia de Ourense

Ignacio Díaz González, responsable de Pozos y Trabajos Subterráneos. Sacyr - Cavosa / Pablo García Del Campo, director de Desarrollo. Cavosa / Javier Fernández Caamaño, jefe de Obra. Sacyr24/11/2016

La central hidroeléctrica San Pedro II incrementa el salto de San Pedro con un caudal adicional de 150 m3/s y 23,25 MW de potencia, por lo que el caudal total de equipamiento será de 375 m3/s y la potencia total de 55,25 MW. La construcción de la obra civil de esta ampliación, fue adjudicada por Iberdrola a las empresas Sacyr y Cavosa, ambas pertenecientes al grupo Sacyr. La Nueva C.H. de San Pedro II se ubica en el término municipal de Nogueira de Ramuín (Ourense), en la margen izquierda del río Sil, a unos 1.360 m de su desembocadura en el río Miño.

En 1959 se finalizaron las obras de la Central Hidroeléctrica de San Pedro, que hoy en día forma parte de los de 65 km de concesión que Iberdrola tiene en el río Sil, comprendidos entre la desembocadura del Cabrera y la desembocadura del Sil.

El Salto de San Pedro funciona como contra embalse del Salto de San Esteban. La ampliación reciente de San Esteban ha hecho necesario que Iberdrola aborde la ampliación del Salto de San Pedro.

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Descripción del proyecto

El actual Salto de San Pedro, inaugurado a finales de la década de los 50 del siglo pasado, está situado a 1,5 km de la desembocadura del Sil en el Miño. Está constituido por el embalse, la presa, la central, dos tomas y dos galerías de desagüe.

La central hidroeléctrica San Pedro II que ahora se describe, ubicada en el término municipal de Nogueira de Ramuín (Ourense), incrementará el salto de San Pedro con un caudal adicional de 150 m3/s y 23,25 MW de potencia, por lo que el caudal total de equipamiento será de 375 m3/s y la potencia total de 55,25 MW.

La construcción de la obra civil de esta ampliación, fue adjudicada por Iberdrola a las empresas Sacyr y Cavosa, ambas pertenecientes al grupo Sacyr.

Se sitúa a la altura de la presa de San Pedro, discurriendo el circuito hidráulico muy próximo y perpendicular a la misma, encajado en el espacio que queda entre el circuito hidráulico de la central existente y la presa, utilizando el pequeño hueco entre el muro de cierre lateral del embalse, aguas arriba (zona de toma), la ladera sur y el hastial izquierdo del cuenco amortiguador del liviadero, bajo el espacio destinado a la carretera de acceso.

Consta de los siguientes elementos:

  • a) Toma de agua situada a 45 m aguas arriba de la presa; que a su vez está formada por el pozo de compuerta de toma y la obra de toma;
  • b) Conducción en presión con trazado subterráneo o conducción forzada, que discurre de forma aproximadamente paralela a la carretera actual;
  • c) Central en pozo con una máquina tipo bulbo;
  • d) Aspiración también subterránea y corto tramo de restitución al río. Este apartado ‘d’, comprende a su vez tres elementos: la conducción de desagüe; el pozo de la ataguía de desagüe, que divide el túnel de desagüe en dos y es donde se alojará la ataguía de desagüe; y el canal de restitución al río.

El Parque de Transformación, donde se produce la relación de transformación de 15 kV de generación a 232 kV para su posterior transporte, se localiza en el actual Parque de Transformación de la CH de San Pedro.

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Vista en 3D de la excavación subterránea y perfil en desarrollo del proyecto.

Características de los componentes principales de la Central hidroeléctrica San Pedro II


Saltos netos:

  • Salto neto nominal 17,00 m

  • Salto neto máximo 18,00 m

  • Salto neto mínimo normal 11,5 m

Turbina:

  • Tipo Bulbo de doble regulación
  • Caudal nominal 150 m3/s

  • Potencia nominal 23,25 MW

  • Velocidad nominal 136,36 rpm 
  • Cota del plano medio del rodete 105,80 msnm

Generador:

  • Tipo Trifásico, síncrono, polos salientes

  • Potencia aparente asignada 26 MVA
  • Tensión asignada 15 kV ± 10%  
  • Frecuencia asignada 50 Hz
  • 
Factor de potencia asignado 0,9

Transformador:


  • Tipo Trifásico, sumergido en aceite

  • Potencia asignada 70 MVA

  • Relación de transformación 15 / 232 ±2,5% ±5% kV.

Marco geológico y calidad del macizo rocoso


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 Centro-Ibérico, también llamado Hespérico o Hercínico.

Esta zona delimita al Este con la franja del Anticlinorio de Ollo de Sapo, y al Sur con la Zona Centro-Ibérica. Dicho emplazamiento se sitúa sobre materiales paleozoicos integrados en el Sinclinorio de Os Peares. El cual flanquea por el Oeste al Anticlinal de Frontón-Herbedeiro y sobre el que se emplazará el salto. Forma una banda metamórfica de unos 4 km de anchura y dirección axial N160ºE, formado por metavulcanitas, esquistos y cuarcitas, todos ellos de edad Cámbrico a Ordovícico, cuyo centro está ocupado por el nivel superior de Metavulcanitas de Peares. La serie se repite perfectamente a un lado y otro de la estructura. Se considera perteneciente a Fase II de plegamiento, de las cuatro fases de plegamiento que han actuado sobre el Dominio Esquistoso de Galicia Tras -Os-Montes, dando mesopliegues visibles sobre los taludes de desmonte de distintas vías.

En el emplazamiento aflora casi en exclusiva un potente paquete de esquistos cuarcíticos de dos micas (biotita y moscovita), afectados por un metamorfismo de grado medio (facies esquistos verdes), donde las distintas fases de deformación han dejado su huella: la foliación, muy marcada. Dentro de su estructura se identifican numerosos boudings de cuarzo, paralelos a la esquistosidad. Dentro de este paquete micaesquistoso se han definido también algunos niveles esporádicos de cuarcitas de grano grueso, que presentan indicios de minerales sulfurosos (pirita). Suelen tener espesor de unos 10-20 cm. La esquistosidad presenta orientaciones espaciales muy variables, dada la combinación de distintas fases de deformación: suele oscilar entre 30º y 70º con el eje vertical.

El diaclasado presenta sendos sistemas subverticales y subortogonales entre sí, además de otro asociado al diaclasado, de orientación con el eje de 50º-85º, algo divergente con la foliación.

A partir del estudio geológico realizado por Iberdrola y de las observaciones insitu, se distinguen dos niveles geotécnicos:

Rellenos antrópicos


La capa más superficial que afecta al emplazamiento la constituye un nivel heterogéneo de rellenos antrópicos, emplazados durante la construcción de la Presa y aprovechamiento de San Pedro I, con el fin de rellenar huecos de trasdós de muros y estructuras de hormigón.

Esquistos cuarcíticos de dos micas

Índices geomecánicos

​
Para este tipo de terreno, los índices que se ajustan mejor son el RMR (Rock Mass Ratio) de Bieniawski (1989) y el índice Q de Barton (1993), para evaluación de la calidad del macizo, sus características resistentes y elásticas grosso modo.

  • Índice RMR = 43 Clase III. Calidad Media (41-60).

  • Índice Q = 1.5.

El resultado obtenido tiene en cuenta el conjunto macizo-bandas de fracturación.
Dado que los sostenimientos a instalar tendrán carácter temporal (las galerías y taludes se revestirán de hormigón armado), Barton corrige el valor como:Q ́=5xQ.ParaQ =1 y Q ́=5, el macizo rocoso se califica como de mala calidad general, pero de Media Calidad para sostenimiento provisional.

Parámetros elásticos del macizo esquistoso

Parámetros Túneles Taludes
Cohesión efectiva (KPa) 234 156
Roz interno efectivo 38,3º 39,1º
Resistencia Compresiva global del Macizo (MPa) 4,89 4,11
Em (MPa) 1950 1800

 

La caracterización del macizo rocoso se realizará en base a los siguientes parámetros, recomendados por el ISRM 1981:

  • Número de familias de discontinuidades.

  • Tamaño de bloque.
  • 
Intensidad de fracturación.
  • Meteorización.

Atendiendo al número de familias, se puede caracterizar el macizo como de tres familias de juntas y algunas juntas aleatorias, clase VII.

Para la descripción del tamaño de bloque en función del número de discontinuidades de acuerdo a las observaciones de campo, se puede establecer un Jv medio de 1-3 a 3-10; bloques grandes a medios. Para la clasificación de macizos rocosos por el tamaño y forma de los bloques se puede clasificar el macizo como de clase II: Bloques aproximadamente equidimensionales. En cuanto a la Intensidad de fracturación, el parámetro que define con más exactitud ésta es el RQD. En función de los datos recopilados durante la campaña de sondeos geotécnicos, se puede establecer un índice RQD del macizo en la zona afectada por las excavaciones del 50-80%. Para las distintas clasificaciones se usará un RQD del 60%, siendo conservadores.

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El área de excavación de la ampliación de la central está muy limitada; a la derecha el río, a la izquierda la carretera.


Basándonos en la escala de meteorización del ISRM se puede establecer un grado de meteorización II, roca ligeramente meteorizada, para el conjunto del afloramiento, observándose una cierta decoloración y oxidación de la roca superficialmente. No obstante, en puntos localizados se presentan zonas con grado III.
Se ha constatado en los sondeos geotécnicos, que esta zona de grado II tiene un espesor de unos 10 metros en la mayor parte del afloramiento, mientras que es más profunda.

Excavaciones para la construcción de la central

?La técnica empleada para la ejecución ha sido la excavación mediante perforación y voladura, con excavación mecánica fundamentalmente en las zonas de rellenos antrópicos.

Dada la proximidad de la central de San Pedro se han realizado sistemáticamente pegas no eléctricas con limitaciones de carga operante y con control de vibraciones mediante sismógrafos colocados en los puntos más sensibles. Los sostenimientos de las excavaciones se han realizado mediante el empleo de hormigón proyectado, bulones y malla electrosoldada, con pantallas y paraguas de micropilotes en las zonas de rellenos antrópicos y en los emboquilles de los túneles respectivamente.

Los equipos de perforación han estado constituidos por equipos convencionales, utilizando jumbo electrohidráulico para los túneles y carro perforador para los pozos. Considerando que el único acceso posible a las excavaciones era a través de los distintos pozos, fue necesario utilizar un sistema que permitiera que las maniobras de acceso de la maquinaria y materiales, así como la retirada de los escombros fuera ágil y seguro. Teniendo en cuenta otro factor añadido y uno de los principales problemas que hubo que resolver tanto en el diseño del salto por parte de Iberdrola como la ejecución del proyecto por parte de Sacyr-Cavosa, como fue el escaso espacio existente para la ubicación, tanto de las instalaciones de la propia central como las provisionales auxiliares de obra, así como los reducidos espacios en el exterior para ejecución de las maniobras necesarias en esta fase de construcción.

Para resolver el problema se optó por encajar una grúa torre de grandes dimensiones en el reducido espacio que había entre el pozo de central, el pozo de ataguía de descarga y la ladera. Esta grúa permitía maniobrar cargas de 25 t a radios de 25 m. De esta forma se optimizó al máximo el espacio existente mediante el uso de un equipo acorde con la dimensión de los medios necesarios para la ejecución de las excavaciones. Empleando también un sistema de desescombro de los materiales procedentes de los avances que permitía la descarga directa a camión sin tener que realizar segundas cargas en superficie.

Actuaciones previas

La actuación previa, más destacada fue la demolición de los edificios existentes junto a la carretera de acceso a las centrales de San Pedro y San Esteban y el desvío de esta carretera, precisamente para lograr ganar el espacio mínimo necesario para la ubicación del pozo de central.

Excavación del Pozo de Compuerta de Toma


Este pozo se inicia en la cota 133,15, cota del vial de acceso, y finaliza en la cota 110. Se trata del pozo que aloja la compuerta y la ataguía de toma. En su parte inicial tiene forma circular, de 5,10 m de radio interior y un espesor de 0,50 m de revestimiento de hormigón armado.

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La limitación del área de excavación provocó la necesidad de bajar los equipos de perforación mediante una grúa torre. Bajada de un jumbo por el pozo central.

A partir de la cota 122,50 el pozo se ensancha y cambia de forma, pasando a tener forma poligonal, con unas dimensiones en planta de 13,20 m por 11,50 m. Para excavar los primeros metros del pozo atravesando los rellenos antrópicos se ha ejecutado un paraguas de micropilotes perimetral, que permitió estabilizar los hastiales del pozo mientras se colocaba el sostenimiento mediante 40 cm de hormigón proyectado y malla electrosoldada.

Una vez superado este primer tramo se continuó con excavación en roca mediante perforación y voladura con pases de 2 m y sostenimiento con bulones de 4 m y 30 cm hormigón proyectado de reforzado con fibra metálicas, hasta alcanzar el fondo. Seguidamente se procedió a ejecutar los muros y estructuras propias de la compuerta y ataguía mediante hormigón estructural y elementos metálicos embebidos, para por último poder alojar en su interior la ataguía y compuerta de toma.

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Colocación de armaduras en el pozo de Toma.

Excavación del pozo central


La central se puede dividir en dos sectores. Por un lado en superficie, entre las cotas 133,15 y 127,00, se sitúan el anexo técnico y el área de montaje, en la zona limitada entre el muro del cuenco amortiguador del aliviadero y la carretera desviada. Por otro lado, entre el anexo técnico y el área de montaje, se encuentra el pozo de la casa de máquinas, o pozo de central, entre las cotas 127,00 y 98,00.
En la parte superior, el pozo tiene una geometría con forma curva en planta y dimensiones interiores de 15,03 m de ancho por 16,65 m de largo. Después de una pequeña transición, pasa a tener una planta poligonal hasta alcanzar la cota de fondo, de 16,86 m de ancho por 19,50 m de largo. El eje de la turbina se sitúa a la cota 105,80.

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Colocación de la compuerta de Toma, tras la excavación del pozo de toma y construcción de estructuras de hormigón para alojamiento de compuerta y ataguía.

Previamente a la excavación del pozo de central y pozo de ataguía de descarga se ejecutó una pantalla anclada de micropilotes desde la carretera, entre las cotas 133,15 y 125,00.

También se reforzó el muro del cuenco mediante anclajes activos de cables. Entre las cotas 126,50 y 118,50 se ejecutó la excavación conjunta del pozo de central, pozo de ataguía de descarga y zapata de la grúa torre.

Es una excavación mixta, en rellenos antrópicos y roca meteorizada. Desde esta cota 118,5 excavada se construyó una estructura anular de hormigón, a modo de emboquille. Una vez ejecutada la estructura del pozo entre estas cotas se realizó el relleno del trasdós entre el pozo y el muro del cuenco.

En el tramo comprendido entre las cotas 118,50 y 115,50 se ejecutaron de forma simultánea la excavación y el hormigonado de los anillos del pozo, en cada pase de 2 m, realizado con perforación y voladura, se procedió a la colocación del anillo perimetral de hormigón armado, mediante el sistema denominado de excavación con hormigonado descendente.

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Vista superior del pozo central.

A partir de esta cota y hasta el fondo, la excavación se realiza con perforación y voladura, colocando un sostenimiento provisional mediante bulones f25 de diferentes longitudes, 15 cm hormigón proyectado reforzado con fibra metálica y ocasionalmente con malla electrosoldada.

Entre las cotas 115,50 y 111,0 aproximadamente, la sección del pozo es una transición troncocónica entre la sección curva y la sección inferior de planta poligonal.

El pozo se excavó en dos etapas. La primera hasta la cota de avance de los túneles de la conducción forzada y de la conducción de desagüe.

Una vez ejecutado todo el avance de estos dos túneles se procedió a bajar el pozo hasta el fondo de excavación y se ejecutaron ambas destrozas. Finalmente se procedió a la construcción de las estructuras de hormigón coordinadas con los montajes de los equipos propios de la central.

Excavación del Pozo de Ataguía de Desagüe

En la zona de montaje, cubierto por una tapa estanca para prevenir la entrada de agua para niveles altos en el cuenco, se encuentra el pozo donde va ubicada la ataguía de desagüe.

Este pozo se inicia en la cota 126,5 y finaliza en la cota 99.85. Se repite el mismo proceso que el realizado en el pozo de central. La primera parte de la excavación se hizo conjuntamente con el pozo de central, entre las cotas 126,5 y la cota 118,5. Como se indicó anteriormente, es una excavación mixta, en rellenos antrópicos y roca meteorizada.

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Introducción de equipo de perforación en el pozo de ataguía de desagüe para ejecutar el canal de descarga.

Desde esta cota 118,5 excavada se construyó una estructura anular de hormigón, a modo de emboquille. Una vez ejecutada la estructura del pozo entre estas cotas se realizó el relleno del trasdós entre el pozo y el muro del cuenco. En el tramo comprendido entre las cotas 118,50 y 112,50 se ejecutaron de forma simultánea la excavación en pases de 2 m y el hormigonado de los anillos del pozo, excavación con hormigonado descendente. A partir de esta cota y hasta el final, al igual que para el pozo de central, la excavación se realizó con perforación y voladura, colocando un sostenimiento provisional mediante bulones f25 de diferentes longitudes y 15 cm hormigón proyectado reforzado con fibra metálica y ocasionalmente con malla electrosoldada.

Una vez finalizada la excavación del pozo se procedió a la ejecución de las estructuras de hormigón de la ataguía y sus partes fijas metálicas. Para posteriormente colocar la ataguía en su posición.

Excavación de la Toma

Se realizó mediante la apertura del muro lateral del embalse por su margen izquierda. Sus dimensiones interiores son de 12,1 m de ancho por 19 m de altura.

Es una estructura de hormigón armado de forma abocinada que conducirá el agua desde el embalse al circuito hidráulico. El final de esta estructura remata contra el pozo de compuerta y ataguía de toma.

La obra de toma se ejecutó durante el periodo en que  se pueden realizar descensos en el nivel del embalse en explotación. Estos periodos coinciden con el estiaje como es lógico. También otro condicionante que hubo que cumplir es que estuviera completamente terminado el pozo de toma con la ataguía colocada, con la finalidad de proteger el resto de la obra de una inundación debida a una avenida de agua incontrolada, o a la necesidad de subir el nivel por razón es de gestión del embalse. La excavación se ejecutó de forma similar a la de los pozos ya descritos. Operando desde la cota de la carretera de acceso, cota 133,15. Para ello se empleó la técnica de perforación y voladura con sostenimientos mediante hormigón proyectado y bulones f25 de diferentes longitudes en función de las secciones previstas, y pases de 2 m.

Para ejecutar los primeros metros de excavación en la zona afectada por rellenos en el trasdós del muro del embalse, se realizó una pantalla de micropilotes, que posteriormente se anclaron con pernos y vigas de atado a medida que se descendía. El muro del embalse se demolió con medios mecánicos a medida que iba descendiendo la excavación, llevando la cota de avance siempre un pase por delante que la demolición del muro, de esta forma este se utilizaba como elemento de protección.

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Alzados de muros en la obra de Toma.

Una vez alcanzada la cota 113,00, se inició la fase de construcción de las estructuras de hormigón armado y embebidos metálicos. De abajo hacia arriba hasta alcanzar la cota 133,15 nuevamente.

Excavación de la Conducción Forzada

Comprende la conducción entre el pozo de compuerta de toma y el pozo de central. Es un túnel en mina de sección variable que debido a sus dimensiones se ejecutó en dos fases, avance y destroza. El avance a su vez se dividirá en dos mitades desfasadas 10 m.

La sección de excavación más próxima a la central tiene 11,97 m de ancho por 14,4 de alto, mientras que la sección de excavación más próxima al pozo de toma tiene 8,75 m de ancho por 10,16 m de alto. La conducción tiene una longitud entre la sección de compuerta y la entrada a la cámara del bulbo de 55,09 m y una pendiente en su eje del 16,3% y en solera del 19,4%.

El avance se ejecutó atacando desde el pozo de central, lugar por donde se realizaban todas las operaciones de acceso y retirada de personal, maquinaria y materiales.

Tanto en el emboquille por el pozo de central, como el correspondiente por el pozo de toma, se ejecutaron paraguas de micropilotes de 15 m, para proteger estas dos puntos singulares del trazado.

En los sostenimientos se emplearon, hormigón proyectado reforzado con fibras metálicas en espesores según las secciones tipo, bulones de sostenimiento B500S f25, malla electrosoldada B500T y pernos de fibra en los frentes provisionales.

Una vez finalizada la excavación se procedió al revestimiento de la conducción con hormigón armado. El espesor de la losa, los muros y el dintel es variable entre 0,80 m en la zona inmediatamente posterior al pozo de compuertas y 1,20 m en la parte previa a la entrada a la cámara del bulbo.

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Perforación del frente para la excavación de la conducción forzada.

Excavación de la conducción de desagüe


La conducción de desagüe es un túnel en mina dividido en dos tramos por el pozo de ataguía de desagüe.

El tramo entre el pozo de central y el pozo de ataguía es de 6 m de longitud, su sección de excavación tiene una anchura de 9,23 m, una altura de 10,06. Su forma interior final es circular de diámetro interior variable desde Ø 4,50 m en la sección del rodete hasta Ø 6,84 m.

El tramo entre el pozo de ataguía y el canal de restitución es de 11 m. La excavación en esta sección es de forma abovedada, con unas dimensiones de 11,80 m de ancho y 12,69 m de altura en la clave.

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Perforación de bulones en la galería de la conducción forzada.


La sección interior final de este tramo es rectangular 9,20 de ancho x 7,90 de altura. El primer tramo fue excavado desde el pozo de central, mientras que el segundo tramo fue excavado desde el canal de restitución empleando para ambos la misma sistemática que en la conducción forzada.
Con la utilización de paraguas de micropilotes en ambos emboquilles que cubrían la longitud total de excavación.
Una vez finalizada la excavación y colocado el tubo metálico del aspirador, se procedió al hormigonado de esta conducción.


Excavación del Canal de Restitución

La devolución del agua al río se realiza a través de un canal de 38,3 m de longitud,10% en contrapendiente, excavado en trinchera, en la margen izquierda del río, con una anchura inicial de 9,20 m finalizando con 17,15 m y que comunica el túnel de desagüe con el cauce del Sil. El canal está flanqueado por sendos taludes verticales revestidos con muros de hormigón armado y sostenidos en fase de excavación con hormigón proyectado, malla electrosoldada y bulones. La sistemática de excavación fue la misma que para el resto de pozos ya que no existe aquí tampoco acceso rodado.

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Aspirador visto desde descarga en el canal de desagüe.

Igual que en la obra de toma las sucesivas etapas de ejecución tuvieron que acomodarse a las campañas de descenso de nivel en el embalse en el periodo de estiaje.

Conclusiones

La construcción de centrales hidroeléctricas ha sufrido un nuevo impulso en los últimos años, en los que Sacyr y Cavosa han participado activamente en los grandes proyectos de este tipo realizados en nuestro país. La construcción de la Central Hidroeléctrica de San Pedro II aunque pequeña comparativamente teniendo en cuenta su potencia instalada, si ha supuesto un reto importante en el aspecto tanto de diseño por parte de Iberdrola como organizativo y de optimización de equipos, espacios y maniobras por parte de Sacyr-Cavosa.

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Vista de descargas a través de los canales de restitución.

El éxito de este proyecto es en gran medida debido a la capacidad del equipo de Sacyr-Cavosa en colaboración con el equipo de Iberdrola.

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