Excavación

L a historia de la explotación hidroeléctri-ca de la cuenca del Sil comienza en1.945. El 23 de septiembre de 1.956,

se inauguró oficialmente el Salto de San Este-

ban. Entonces era la central hidroeléctrica máspotente de Europa. La central es de tipo exte-rior con cuatro grupos y una potencia total ins-talada de 265,48 MW.

Desde el punto de vista hidroeléctrico, Iber-drola tiene en el río Sil la concesión del tramode 65 km comprendido entre la desemboca-dura de la Cabrera y la desembocadura del Silen el Miño. La potencia total instalada en gene-ración es de 1.266,6 MW con 14 centralesmayores de 5 MW y 5 menores de 5 MW, y untotal de 5 embalses.

Descripción del proyectoLa cetral hidroeléctrica San Esteban, puesta enservicio a mediados de la década de los años50 del siglo pasado, es el penúltimo salto hi-dráulico del Sistema Sil explotado por Iberdro-

la Generación, S.A.U. antes de que este ríodesemboque en el Miño, a escasos 9 km dedistancia. Consta de una Cen-tral de cuatro grupos, instaladainmediatamente aguas abajo dela presa de San Esteban, por sumargen izquierda.

La central hidreléctrica San

Esteban II que ahora se descri-be, pretende incrementar la po-tencia de este salto mediante laconstrucción de una nuevacentral subterránea, emplazadadentro del macizo rocoso quesustenta la margen izquierda dela presa.

El contrato para la construc-ción de la obra civil de la segun-da central, fue adjudicado porIberdrola a la empresa ObrasSubterráneas, S.A. para la ejecu-ción de la excavacion de la ca-

verna de la Central, caverna del Transformador ycaverna y pozo de compuertas de la toma,como actuaciones principales. Los trabajos tam-bien incluyen la construccion de todo el circuitohidraulico de la Central, incluyendo tanto las es-tructuras de toma como de desembocadura.

Marco geológico y calidad delmacizo rocosoEl emplazamiento del salto se encuentra den-tro de la denominada Zona de Galicia Tras-

Os-Montes, área delimitada por el cabo Orte-gal, Órdenes, Bragança y Morais, en el cua-drante noroccidental del Macizo Hespérico.Esta zona delimita al Este con la franja del An-

ticlinorio de Ollo de Sapo, y al Sur con la Zona

Centro-Ibérica s.s.

En cuanto a la calidad del macizo, las ex-cavaciones llevadas a cabo en la construcciónde la central de San Esteban II, se desarrollanen dos litotipos bien diferenciados: granito dedos micas y diques de naturaleza diabásica.

En general, la calidad del macizo rocosogranítico presenta fuertes variaciones; el índice

RMR oscila entre los 40 y los 70 puntos, mien-tras que, el índice de calidad Q fluctúa entre los0,5 y 20 puntos. Los ensayos de compresióna resistencia de la roca matriz muestran resul-tados variables: entre los 35 y 105 MPa.

Durante la construcción de la central de SanEsteban se han interceptado cuatro (4) diquesy un (1) filón de naturaleza diabásica. El RMRde los diques oscila entre los 30 y 45 puntos(calidad mala-regular) mientras que la Q deBarton arroja valores comprendidos entre los0,2 y 1,5 puntos (calidad muy mala-mala).Atendiendo a estas clasificaciones geomecáni-cas, resultó necesaria la aplicación de trata-mientos especiales en los tramos de galería y/oconducción excavados en este litotipo.

De acuerdo con los ensayos de compre-sión simple, realizados durante la campaña deinvestigación geotécnica de noviembre de2007, la resistencia a compresión simple de dela roca intacta, oscila entre los 5 y los 53 MPa.

Las filtraciones de agua inventariadas en elcircuito subterráneo de San Esteban II, son es-casas y muy sensibles a las precipitaciones. No

obstante, el deshielo y las lluviastorrenciales acaecidas durantelos meses de febrero y marzo de2010, incrementaron el númeroy caudal de dichas surgencias.

Excavaciones para laconstrucción de la obracivil de la central

Procedimiento generalde la construcciónEn las Figs. 1 y 2 se representa elperfil del esquema general de laobra y una perspectiva tridimen-sional del conjunto subterráneo.

Las excavaciones se han rea-lizado en terrenos constituidospor granitos con distintos gra-dos de meteorización y fractura-

La Central Hidreléctrica San Esteban II que se describe en este artículo, pretende

incrementar la potencia de este salto mediante la construcción de una nueva

central subterránea, emplazada dentro del macizo rocoso que sustenta la margen

izquierda de la presa. El contrato para la construcción de la obra civil de dicha

central, fue adjudicado por Iberdrola a la empresa Obras Subterráneas, S.A.

(OSSA) por un valor de unos 40 ME y con un plazo de ejecución de 36 meses.

En la actualidad está ejecutado más del 90 % de la obra y su terminación está

prevista para el primer trimestre del próximo año.

La Central Hidroeléctrica subterránea San Esteban II

Palabras clave:ACCESOS, APROVECHAMIENTO,ATAGUÍA, CAVERNA, CENTRAL, CIRCUITO

HIDRÁULIC0,DESAGÜE, FORZADA, GALERÍA, POZO, TOMA, TÚNEL.

� Eduardo LOSTALÉ ALONSO, ICCP. Dtor. Técnico de

OBRAS SUBTERRÁNEAS, S.A.

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La excavación de cavernas, pozos y conducciones está siendo ejecutada por Obras Subterráneas

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ción. De forma general se ha empleado la técni-ca de perforación y voladura y utilizando diferen-tes tipos de sostenimientos, hormigón proyec-tado, bulones de varias longitudes y diámetrosy, más ocasionalmente, cerchas metálicas.

El empleo de explosivos, por encontrarnospróximos a una presa, una central hidroeléctri-ca y un parque exterior de transformación, haexigido el llevar un rígido control de las vibra-ciones producidas en las voladuras y a aco-modar los planes de tiro a las característicasde la roca, con el objeto de minimizar los efec-tos sobre las instalaciones existentes.

Accesos subterráneosEn el Cuadro I se resumen dichos accesos de-finiendo longitudes y secciones de los mismos.

Para alguno de ellos, en concreto para elque constituye el acceso a la Caverna y Pozode Compuertas, debido a su emplazamiento a

media ladera y a la proximidad de instalacio-nes preexistentes, ha habido que diseñar conespecial detalle protecciones específicas queeviten las proyecciones en las primeras vola-duras del emboquille (Fotos 2 y 3).

Circuito hidráulicoLa Fig. 3 muestra un perfil de dicho circuito hi-dráulico. De aguas abajo a aguas arriba secompone de:

• Tunel de Desagüe.Bajo el nombre de Desagüe se indica a la con-ducción existente entre la aspiración de la tur-bina y la restitución al río. En el sentido deavance del agua, está integrado por los si-guientes elementos:

– Cono, codo de aspiración y transición de

desagüe. Se inicia desde la salida de laturbina con una longitud total de 27,5 m.La sección inicial a la salida de la turbinapresenta una altura de 7,6 m, despuésde la transición, la sección finaliza conunas dimensiones de 9 m de ancho yuna altura de 10 m.

– Conducción de desagüe. La conduccióntiene una sección de 10,15 m. de diáme-tro, con una longitud de 219,55 m; lasección tipo se muestra en la Fig. 4.

– Ataguía de desagüe. Entre la tubería y el

� [Figura 1] .- Perfil del esquema general de la obra.

� [Figura 2] .- Perspectiva tridimensional del conjunto subterráneo.

� [CUADRO I] .- Dimensiones de los accesos.

� [Foto 2] .- Acceso a media ladera.

� [Foto 3] .- Acceso ya construido.

[Figura 3] .-Esquemadel perfil

del circuitohidráulico.

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canal de descarga se construye la ata-guía de descarga en el exterior.

• Estructura de Ataguía, desembocadu-ra y canal de restitución

A partir de la estructura de ataguía se constru-ye la desembocadura y el canal de restitución,los cuales se ejecutaran con una longitud apro-ximada de 27 m.

Al objeto de minimizar los efectos que tendríaen la explotación de los embalses el bajar el ni-vel del río para poder construir esta estructura,la excavación para su emplazamiento se ejecu-tó en pozo, construyéndose además una ata-guía de protección de hormigón (Foto 4 y 5).

De esta forma, el período de cauce seco

se redujo al mínimo imprescindible para cons-truir la solera. El importante reto que suponía elcumplimiento de este hito se consiguió conéxito.

• ForzadaSe denomina Tubería Forzada a toda la con-ducción entre el pozo de compuertas y la tur-bina, la cual se ha dividido en tres tramos:

- Tramo Sub-horizontal Superior. La tube-ría forzada sale del pozo de compuertasmediante una transición rectángulo-cir-culo, de diámetro interior 7,5 m y unalongitud de 16,04 m, a la que sigue untramo de sección circular de 7,25% dependiente con una longitud de de 45,9m y un codo en el espacio de 30 m deradio y 26,5 m. de longitud.

- Tramo inclinado. La construcción del tra-mo de forzada que discurre en pozo de45º de inclinación, es una actividad real-mente singular que se describe másadelante.

- Tramo horizontal inferior. A la tubería in-clinada le sigue un codo recto de 30 mde radio y 23,5 m de longitud, posterior-mente un tramo recto horizontal de 44,3m de longitud de sección variable, inicial-mente tiene 7,5 m de diámetro y finalizacon 5,8 m.

• Túnel de tomaEsta conducción es de sección rectangular yune la obra de toma con el pozo de com-puertas de la toma (Fig. 5).

• Estructura de tomaEn la Fig. 6 se muestra una planta y el alzadode la misma y un plano con las fases de ex-cavación inicialmente planteadas.

Actualmente se está rediseñando su proce-so constructivo, tratando de prefabricar el ma-yor número de elementos de la misma. Conesta solución, se reducirá de forma significati-

va el tiempo previsto para su construcción yconsecuentemente, una vez más, como en elcaso de la Estructura de Desagüe, se afectarálo mínimo posible la normal explotación de losembalses de San Esteban y San Pedro.

• Pozo inclinado de la ForzadaEn la Conducción Forzada existe un tramo in-clinado 45º, cuya construcción merece ser ca-lificada de singular, dada su gran dificultad ylos medios específicos que han sido necesa-rios para su ejecución. La sección es circularcon un diámetro de 8,50 m y su longitud esde 85 m aproximadamente (Fig. 7).

Para su construcción se ha ejecutado pre-viamente un cuele escariando de abajo a arri-ba con la técnica de Raise-Boring, para poste-riormente, y ya de arriba abajo, hacer la destro-za por perforación y voladura (Fig 8 y Foto 6).

Ha sido necesario diseñar unas instalacio-nes complejas para descenso del personal ymáquinas en las máximas condiciones de se-guridad (Fig 9 y Foto 7).

Los rendimientos alcanzados han sido:- Ejecución del cuele con máquina para

raise-boring: 5,5 m/día

� [Figura 4].- Sección tipo de la conducción.

� [Figura 6].- Planos de la estructura de toma.

� [Figura 5].- Sección del túnel de toma.

� [Foto 4].- Ataguía de protección de hormigón.

� [Foto 4].- Ejecución del pozo en cauce seco.

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- Destroza con explosivos: 1,5 m/día• Caverna y pozo de compuertas

La Caverna de Compuertas se sitúa en unensanche excavado en la galería de accesodenominada G-2 a la cota 231. Tiene unasdimensiones en planta de 12,80 m. x 14,90m. y 13,50 m. de altura, con techo aboveda-do. Desde ella se ha excavado un pozo de32 m. de altura y 10,80 m. de diámetro quees el denominado Pozo de Compuertas, enel que, como su nombre indica, se colocanlas compuertas de toma (Fig 10).

La excavación del Pozo se ha realizadoejecutando previamente un cuele de 2,40 m.de diámetro mediante escariado con raise-

borer, cuele que posteriormente ha sido en-sanchado con explosivos a su diámetro final.En la Foto 8 se muestra el equipo de raise

boring utilizado, y en la Foto 9, el Ø final delpozo de compuertas ejecutado.

• Caverna de la central y del tranformadorLa Caverna de la Central tiene unas dimensio-nes de 20,50 m x 58,25 m en planta, con laplanta de la nave principal a la cota 133,15msnm. La altura máxima de la excavación es

[Figura 3] .-Escaleras y

dispositivos deseguridad parasubida y bajadadel personal en

el pozo deltramo inclinado.

� [Foto 6] .- Vistadel equipo deraise boring paraejecución deltramo inclinadode la conducciónforzada.

� [Figura 7].-Tramoinclinado de la conducciónforzada.

� [Figura 8].-Sistema deejecución del codo en el tramoinclinado de la conducciónforzada.

� [Figura 9].-Disposición de lasinstalaciones y maquinariapara descensodel personal.

[Figura 10].- Sección tipo de la caverna ypozo de compuertas.

� [Foto 8] .- Raise borer.

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de 47,35 m., mientras que la altura finaluna vez construida la planta de alternado-res será de 18,35 m., siendo el acceso a lamisma la galería denominada de Acceso Prin-

cipal a la Central citado anteriormente.Su excavación ha tenido que ser realizada

en varias fases. Los esquemas de las Figs. 11y 12, son suficientemente explicativos.

De forma general, el sostenimiento empleadoha consistido en la proyección de una capa degunita de 15 cm de espesor y colocación de bu-lones de 32 mm de diámetro y 10 m de longitud

en cuadrícula de 1 m. x 1 m. Como en otrascentrales similares en macizos graníticos, noestá previsto revestir ni la bóveda ni los hastiales.

Merecen destacarse dos incidentes funda-mentales surgidos durante la excavación

El primero se refiere a la aparición, durantela excavación de la bóveda, de un elementoanómalo dentro del cuerpo ígneo granítico,como ha sido un dique intrusivo de composi-ción básica.

Este dique, similar a otros ya referenciadosen el entorno, supone el relleno de una fisurade tipo distensivo, en una fase tardía y poste-rior al emplazamiento del plutón general.

A efectos geomecánicos, las característi-cas principales del dique responden a un es-pesor aproximado de 3 a 4 m., de tipo conti-nuo (persistencia que excede de las dimen-siones de la caverna), relleno de diabasa decolor gris en la zona central y verdoso en loscontactos, de elevada resistencia pero inten-sa fracturación (Foto 11).

El sostenimiento en esa zona se ha refor-zado saneando el dique hasta 1,00 m. deprofundidad aproximada, colocando doblemalla electrosoldada de acero de 150 x 150 x12 mm, entre capas de gunita proyectada

(hasta alcanzar un espesor total de 90 cm.) ycerrando la cuadrícula de bulonado hasta 0,5m. x 0,5 m. aproximadamente (e inclinadoshacia la roca encajante). Foto 12.

� [Figura 11] .-Seccionlongitudinalde lacaverna dela central.

� [Foto 12].- Saneado, bulonado y gunitadodel dique para refuerzo del sostenimiento.

� [Foto 10] .-Vista de laejecuciónde lacaverna dela central.

� [Foto 9].- Diámetro final del pozo.

� [Fig. 12].- Sección transverasl de la caverna.

[Foto 11].- Tratamiento geotécnico deldique en el interior de la caverna.

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El segundo es la aparición, tanto en bóvedacomo en hastiales, de cuñas de terreno que sedesprendían, fundamentalmente en la fase delobligado saneo, produciendo inevitables sobre-excavaciones que han exigido la reconstruc-ción a su geometría definitiva, con hormigónencofrado, de parte de los hastiales de la caver-na, ya que en muchas zonas llegaba incluso ano haber apoyo para las vigas carril (Foto 13).

La Caverna del Transformador se ha dise-ñado prolongando, sin solución de continui-dad, la bóveda de la Central. Es una cavernade 20,5 m x 16 m en planta y altura máxima12,65 m, con acceso rodado.

DemolicionesFinalmente, es interesante mencionar que estáprevisto demoler todas las antiguas instalaciones

que se utilizaron en la construcción del embalsede San Esteban. Es un requerimiento municipal ycomo tal debe ser atendido, a pesar de su indu-dable coste y de que, al menos algunas deellas –en opinión del autor–, podrían mantenersecomo recuerdo histórico de una obra tan impor-tante.

EpílogoLa construcción de grandes aprovechamien-tos hidroeléctricos con centrales subterráneas,ha sufrido durante bastante tiempo un parónen su desarrollo. Desde la construcción en losaños 80 del gran complejo de Cortes – La

Muela, en el que se emplaza la central subte-rránea Cortes I, y en la segunda mitad de losaños 90, la central subterránea de Millares II,

ambas propiedad de Iberdrola y en cuya cons-

trucción, por cierto, también participó Obras

Subterráneas, prácticamente no se ha des-arrollado ningún nuevo proyecto hasta haceaproximadamente 4 años en que se iniciaronlos trabajos para la ampliación de la central deCortes antes mencionada.

La construcción de San Esteban II, puedemarcar, con aquella, el comienzo de una nuevaetapa para este tipo de actuaciones, algunasde ellas previstas en la misma zona, y otras enlos importantes aprovechamientos programa-

� [Foto 13].- Hormigón encofrado para evitar las cuñas de terreno. � [Foto 14].- Instalaciones antiguas de la obra.

OBRAS SUBTERRÁNEAS, S.A.Aragoneses, 2 A • P.I. Alcobendas 28108 Alcobendas (Madrid) �: 917 823 400• Fax: 915 624 298 E-m: info@ossaint.comWeb: www.ossaint.com

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