Mike Camacho Fonseca
Ingeniero civil, Instituto Costarricense de Electricidad, Costa Rica – mcamachoF@ice.go.cr
Revisión
Ing. Camilo Vargas Corrales
Resumen
La técnica de los deslizados es una práctica usada hace varias décadas para la construcción de las estructuras de concreto en proyectos hidroeléctricos, se utilizó por primera ocasión en 1979, en la Central Hidroeléctrica de Itaipú, Brasil. Consiste en la fabricación de un molde o formaleta donde se vierte la mezcla de concreto de forma constante mientras el encofrado es halado por un sistema hidráulico, el molde se desplaza contra el concreto dando la forma elegida.
Algunas de las ventajas más relevantes identificadas con el uso de encofrados deslizantes en el Proyecto Hidroeléctrico Reventazón fueron:
- Puede efectuarse diversas operaciones de manera simultánea reduciendo plazos.
- Se reducen las demoras (tiempos muertos).
- Se elimina o disminuye el riesgo de producirse juntas frías.
- Disminuye la asignación de recursos para la ejecución de las obras.
- Mejor calidad y uniformidad de la mezcla.
- Reducción de costos (por aumento de la productividad).
La construcción de la primera etapa de losa de impermeabilización del paramento contra embalse de la Presa estaba programada para 3 meses y se ejecutó en 3.5 meses. La construcción de la losa se realizó en franjas de 15 m de ancho con un molde deslizante. El avance promedio de deslizado en la construcción de la losa fue de 2.45 m/h, el rango de variación estuvo entre 1.26 y 3.54 m/h.
Las estructuras verticales del Vertedero de excedencias y Toma de agua estaban programadas para 17 meses y se ejecutaron en 12 meses. En la ejecución de las estructuras verticales, el encofrado deslizante se elevó continuamente a una velocidad que está en el rango de 0.14 a 0.28 m/h, el promedio de deslizado fue de 0.22 m/h.
Si bien es cierto la técnica de deslizados es un proceso donde se obtuvo un rendimiento mayor a los demás sistemas de encofrados utilizados, uno de sus principales aportes, y probablemente el más importante, es la construcción de elementos de concreto monolíticos que favorece la impermeabilidad de las estructuras. La ocurrencia de juntas frías obedece a eventos atípicos y fuera de la programación y objetivos. Esta ventaja comparativa es radical en estructuras como la losa de impermeabilización de la presa y el vertedero de excedencias.
Introducción
En esta memoria se resume la experiencia obtenida en el uso de la técnica de los deslizados en las obras de presa, vertedero de excedencias y toma de agua principal del Proyecto Hidroeléctrico Reventazón (en adelante, PHR).
Previamente a la construcción de estas tres obras de concreto, durante 3 años se realizó la excavación de, aproximadamente, 15 millones de metros cúbicos (material suelto), lo cual limitó el tiempo disponible para las estructuras de concreto y montajes de compuertas.
El programa de obra, especificaciones técnicas y presupuesto asignado para la consecución de las obras exige el uso de procesos constructivos de alta producción. Estos rendimientos dependen de las tecnologías disponibles. Es necesario contar con el personal especializado para lograr los rendimientos requeridos y la mejor utilización de las tecnologías que se empleen durante la construcción.
Durante el proceso de planificación se tomó referencia en los antecedentes de obras similares a nivel internacional, con información aportada por funcionarios ICE que han tenido la oportunidad de visitar dichas obras en proceso de construcción o en operación.
Es importante mencionar que a nivel internacional este tipo de presas representan altos niveles de seguridad, producción y calidad. Como ejemplo de presas internacionales con el sistema CFRD, se pueden mencionar:
- Colombia (Ranchería, Salvajina)
- Brasil (Campos Novos)
- México (El Cajón, La Yesca)
- Argentina (Caracoles)
También se tomó referencia en la experiencia desarrollada en la construcción de la presa y Vertedero de excedencias de los Proyectos Hidroeléctricos Angostura y Pirrís.
Justificación para el uso de la técnica de los deslizados: producto de la planificación de las obras se definió utilizar la técnica de los deslizados con el objetivo de cumplir los plazos de ejecución definidos en el programa de trabajo y satisfacer las especificaciones técnicas que demandan este tipo de estructuras.
Dentro de las ventajas comparativas esperadas se consideraron de mayor relevancia las siguientes:
- Eliminación o disminución de juntas frías en la losa de impermeabilización de la presa.
- Mejora en la regularidad y acabado de la superficie para atender las tolerancias definidas en obras con flujos hidráulicos con altas velocidades, particularmente en el vertedero de excedencias.
- Disminuir la asignación de recursos para la ejecución de las obras. En especial se esperaba una menor demanda de mano de obra calificada que debía ser acogida en el proyecto desde otros sectores del país.
- Reducción de costos asociada con el aumento de productividad.
Fundamentos de la técnica de deslizados: El método de los encofrados deslizantes para las estructuras verticales consiste en el ensamble de un molde con la geometría de la estructura de manera rígida y exacta, se cuelga por medio de bastidores metálicos a unos gatos soportados por barras metálicas, las cuales se apoyan sobre el concreto ya endurecido. El proceso consiste en ir subiendo progresivamente el encofrado, mediante un sistema de elevación, conforme el concreto va fraguando. El levantamiento del molde se da al trepar el gato por la barra metálica, ambos mecanismos arrastran consigo los bastidores metálicos de donde cuelga el encofrado.
Figura 1. Sistema de encofrado deslizante para estructuras verticales
Figura 2. Construcción del pilar central,
Vertedero de excedencias, PHR.
El encofrado para la construcción de la losa de impermeabilización de la Presa consiste en un molde de 15 m de largo y 1 m de ancho, que contiene un sistema de tracción con gatos de doble acción, movidos por una central hidráulica que se desliza sobre rieles instalados en los encofrados laterales, especialmente fabricados conforme la variación del espesor de la losa.
Figura 3. Sistema de encofrado deslizante para losa
Figura 4. Construcción de franja 18 en la losa de impermeabilización de presa, PHR.
Durante la colocación del concreto, se puede realizar de manera progresiva la instalación de previstas metalmecánicas, tuberías electrohidráulicas y de los moldes para crear las aberturas. Estas actividades se realizan ordinariamente en la plataforma de trabajo superior a medida que se eleva el encofrado.
Por debajo de la plataforma de trabajo, se cuelgan plataformas pasarelas, desde donde se verifica la calidad del acabado del concreto, se hacen las eventuales reparaciones, se retiran los marcos y moldes, se retoca la superficie del concreto a la salida del encofrado y se hace el curado del concreto (normalmente con curadores químicos mediante un aspersor).
La velocidad del proceso es definida previamente y la secuencia de actividades tiene su propio ritmo. Todas las actividades y el diseño de mezcla de concreto incluyen especialmente el tiempo de fragua, deben ser estudiados y definidos en el laboratorio para la velocidad establecida. Adicional, cuando el encofrado sube, el concreto debe quedar firme, autoportante, y para lograrlo el concreto debe tener una cohesión satisfactoria.
La trabajabilidad en la mezcla (o tiempo de capa) es un parámetro que depende de la longitud de la estructura y del manejo del concreto en la obra. El concreto vaciado en la estructura debe estar, aún, en estado plástico para recibir la siguiente capa, y así lograr avanzar con el deslizado de la formaleta a la velocidad requerida. El espesor de capa utilizado para las estructuras verticales en el PHR fue de 0,3 m.
Para que la velocidad de vaciado sea constante, es necesario que el tiempo de fragua del concreto también sea constante. El tiempo de fragua está relacionado con la hidratación del concreto y este sufre influencia de la temperatura ambiente y la cantidad de aditivo retardante.
Los vaciados de concreto se realizan de manera continua durante el día y la noche; por lo tanto, puede cambiar la temperatura ambiente y esto puede influenciar la hidratación del cemento y el tiempo de fragua del concreto. Esto obliga una sincronía de las actividades y de los encargados de planta, laboratorio y colocación de concreto en la obra para mantener una comunicación constante y revisar si es necesario cambiar las dosis de aditivos durante parte del día para que el resultado final y la velocidad de levantamiento del encofrado no se vean comprometidos.
Técnica de deslizados en la Presa
El programa de línea base para la ejecución de la Presa del PHR considera dos etapas de concreto relacionadas con la construcción de la losa de impermeabilización del paramento contra embalse. Se decidió crear una junta horizontal de la losa en la elevación 203 msnm, la cual permitió la construcción de la primera etapa de losa y continuar con la conformación del relleno hasta la elevación 266,7 msnm.
Figura 5. Junta horizontal de losa en la elev. 203 msnm (ejecución de I etapa de losa y continuación del relleno hasta la elev. 266.7 msnm)
El periodo de ejecución de las estructuras de concreto asociadas a la losa es relativamente corto con respecto a los demás procesos de la obra asociados con excavación y relleno (10% de la duración total).
La construcción de la losa consumirá 33 000 m³ de concreto, 3300 ton de acero y un área de 75 328 m². El espesor de la losa varía entre 0,62 – 0,30 m, en los niveles inferior y superior de cuerpo presa, respectivamente.
La losa se construye con un sistema de formaleta deslizante y, siguiendo lo que se ha hecho en otros proyectos de este tipo, la losa se dividió en franjas de 15 m de ancho unidas entre sí por juntas que funcionan como dispositivo impermeabilizantes.
Figura 6. Construcción de la I etapa de losa de impermeabilización en la presa, PHR.
Procesos constructivos previos a la ejecución de la losa de impermeabilización
Estos procesos son parte integral de la obra y complementan la técnica de los deslizados en la ejecución de la losa. Se describen, a continuación, tres de los procesos más relevantes, adicionales al relleno:
Construcción de la losa de plinto (cauce y estribos): la losa del plinto es la estructura que une la cara de concreto y los estribos de la presa. Dentro de sus funciones sirve de apoyo a la losa de impermeabilización y de infraestructura para el desarrollo de un plano de estanqueidad formado por las inyecciones.
Figura 7. Esquema de losa Plinto
La construcción del plinto se realizó de igual manera con encofrados deslizantes y fue necesario insistir en la ejecución de este proceso lo antes posible. Una demora en la ejecución del plinto puede implicar la suspensión del relleno, así como un inicio tardío del bordillo y de la losa de impermeabilización.
Figura 8. Construcción del plinto de cauce
Presa del PHR
Extrusión del bordillo: la construcción del bordillo con un concreto de revenimiento cero y con contenidos de cemento igual o menor a 75 Kg/m³, se realiza en el paramento aguas arriba de la presa. Este se coloca conforme se va avanzando con el relleno, de manera que sirva como elemento confinante para la compactación de las capas. Nació como un método para proteger de la erosión el paramento de aguas arriba de la presa durante la etapa constructiva y favorecer la logística para la cimentación de la losa de impermeabilización. El bordillo se construye mediante el uso de una máquina extrusora de concreto.
Figura 9. Extrusión de bordillo, Presa del PHR.
Pre armado de acero para la losa: Se recomienda tener un 40% de las mallas de acero prefabricadas previo al inicio de la colocación en sitio. Las dimensiones de estos pre armados eran de 13x15m, y el peso de las mallas varía entre 6 y 9 ton. El pre armado del acero implica un mayor rendimiento asociado a la comodidad que dispone el personal para el arriostre de las mallas y disminuye el riesgo de accidentes laborales por trabajos en altura o en el sitio de obra. El rendimiento de armado de acero en sitio es de 4 a 5 veces menor al obtenido en el prearmado.
Figura 10. Instalación de mallas de refuerzo
Presa del PHR
Rendimientos y costos obtenidos: la construcción del plinto abarcó 765 m lineales, incluye cauce y estribos. El rendimiento de avance con el encofrado deslizante en esta estructura alcanzó valores entre 1,25 y 1,6 m/h.
La construcción del bordillo mantuvo un avance lineal promedio diario de 514 metros.
La primera etapa de losa se programó para 88 días y se ejecutó en 105 días, para un volumen consumido de 12 850 m3 de concreto. En la construcción de la primera etapa de la losa participaron 420 colaboradores.
Se ejecutaron 16 secciones de losas, con longitudes entre 31,7 y 112,4 m. El área entregada en esta primera etapa fue de 24 100 m².
En la construcción de estas secciones de losa la colocación de concreto promedio por hora fue de 20 m³. El rendimiento promedio de deslizado es de 2,45 m/h, con un mínimo y máximo de 1,26 y 3,54m/h, respectivamente.
A pesar del inicio tardío de la losa debido al suministro del encofrado, la ejecución de la primera etapa pudo remontar el atraso, y para la bisemana 24/2014 el avance real de las estructuras de concreto fue de 44,62% con respecto a un programado de 44,16%.
Técnica de deslizados en las Estructuras verticales del vertedero de excedencias y toma de agua
La construcción de las estructuras verticales del vertedero de excedencias y toma de aguas, consumió un volumen de concreto de 42 360 m3 y 2 480 ton de acero.
Figura 11. Vertedero de excedencias – estructuras verticales de la zona de control, PHR.
La construcción de estas nueve estructuras verticales, con alturas entre los 40 y 46 m, debían desarrollarse en un plazo menor a 17 meses, según el programa base del proyecto.
Figura 12. Toma de agua – estructuras verticales, PHR.
La ejecución tradicional con sistemas de encofrados trepantes implica el movimiento del molde en cada una de las etapas. En comparación con la técnica de deslizados, el desencofrado y encofrado del molde implica un aumento en la cantidad de recursos, incluye personal especializado, grúas, encofrados, topografía y otros.
Luego de finalizar cada etapa de vaciado de concreto se debe realizar un tratamiento de junta de la superficie que representa una demora en comparación con el sistema deslizante.
En el caso del vertedero de excedencias, la definición de los diseños de mezclas de concreto empleados en las superficies sometidas al flujo de agua en alta velocidad deben tener en cuenta criterios de durabilidad que exigieron el uso de diseños en relación con A/C máxima de 0,55.
Rendimientos y costos obtenidos: previamente al inicio de la colocación de concreto, durante 6 meses se laboró en la instalación de 1940 ton de acero en las 5 estructuras verticales del vertedero de excedencias, el rendimiento promedio diario de colocación de acero en este periodo fue de 11,6 ton, la colocación diaria máxima obtenida fue de 35,6 ton.
Figura 13. Colocación de acero en las cinco estructuras verticales del vertedero de excedencias, PHR.
El deslizado de las nueve estructuras verticales de la zona de control del vertedero de excedencias y Toma de aguas principal se programó en 9,2 meses y se ejecutó en 6,3 meses. En la construcción de estas estructuras participaron 570 colaboradores.
En la construcción de estas estructuras se obtuvieron rendimientos de deslizado entre 0,14 y 0,28 m/h, el promedio de deslizado por hora fue de 0,22 m/h.
La mayor colocación continua realizada fue de 3 895 m3 y tuvo una duración de 8,5 días. Este elemento tiene una altura de 35 m.
El costo directo asociado al proceso de encofrado obtenido con el uso de la técnica de deslizados representó un 60% del costo directo obtenido con el sistema de encofrado trepante utilizado en la construcción de estructuras de concreto en el PHR.
Control de la calidad: se desarrolló una campaña intensa de laboratorio durante seis meses para el estudio de los diseños de mezclas de concreto que se utilizaron con la técnica de los deslizados.
Después de la campaña de laboratorio se realizaron dos ensayos a escala, una sección de losa y otra de muro, para replicar los diseños de mezclas y evaluar la operación del sistema de encofrado. La primera reproducción industrial del diseño en estructuras definitivas se realizó en dos muros de la restitución de la casa de máquinas.
Los resultados obtenidos fueron conformes a las expectativas asociadas a la eliminación o reducción de juntas frías, regularidad de superficie, resistencia (280Kg/cm²), baja porosidad y alta compacidad.
El rango establecido para la trabajabilidad fue de 1 a 2,5 h, el valor promedio obtenido fue de 2,24 h.
El tiempo de fragua de la mezcla necesario para lograr el deslizado se definió entre 6 y 9 h, fragua inicial y final, respectivamente. Los resultados obtenidos fueron de 6,8 y 9,9 h.
La sinergia de aditivos utilizada en el diseño de mezcla de concreto en el vertedero de excedencias, para estructuras expuestas a un flujo hidráulico con altas velocidades (mayores a 12 m/s), induce un incremento en la resistencia obtenida como se muestra en el siguiente cuadro.
Cuadro 1. Resistencia obtenida según diseño de mezclas de concreto utilizado.
La campaña de laboratorio y desarrollo del proceso tuvo acompañamiento por parte de una consultoría internacional en diseño de mezclas de concreto para estructuras realizadas con la técnica de los deslizados.
Beneficios de la implementación de la técnica de los deslizados: si bien es cierto la técnica de deslizados es un proceso donde se obtiene un rendimiento mayor a los demás sistemas de encofrados para la ejecución de estructura de gran escala, uno de sus principales aportes, y probablemente el más importante, es la construcción de elementos de concreto monolíticos e impermeables. La ocurrencia de juntas frías obedece a eventos atípicos y fuera de la programación y objetivos. Esta ventaja comparativa es radical en estructuras como la losa de impermeabilización de la presa y el vertedero de excedencias.
Adicional mejora la calidad y uniformidad de la mezcla de concreto.
Con esta técnica existe un control topográfico de la geometría del elemento durante el proceso de vaciado de concreto que permite corregir las desviaciones del encofrado conforme avanza el proceso.
El correcto uso de encofrados deslizante simplifica el proceso constructivo y ayuda al cumplimiento de las especificaciones técnicas definidas en relación a la regularidad de las superficies en obras expuestas a flujo hidráulico de alta velocidad, necesarias para evitar un efecto de cavitación.
La técnica de los deslizados permite efectuar diversas operaciones de manera simultánea reduciendo plazos y demoras (tiempos muertos). Permite aumentar los rendimientos en la ejecución de las obras de concreto y una reducción de costos, por aumento de la productividad.
Consideraciones pertinentes: los esfuerzos en la gestión de la seguridad laboral son parte integral del proceso constructivo de las obras. Dentro del plan de gestión para la prevención de accidentes laborales se desarrolló una consultoría internacional para trabajos en altura, identificación de riesgos y estrategias para la capacitación del personal. La mística y el compromiso para crear una actitud y cultura asertiva hacia la Seguridad Laboral, son herramientas necesarias para la disminución de accidentes y sus consecuencias.
Entre los equipos necesarios para ejecutar estas obras es relevante mencionar la asignación de grúas móviles con capacidades igual o superiores a 90 toneladas en los talleres de pre armado y en el sitio, para las maniobras de las mallas y de los encofrados, así como los malacates, bordilladoras, el carro para descenso e instalación de mallas, planta de producción de concreto, placing boom, bombas estacionarias y automezcladoras. La disponibilidad y mantenimiento de estos equipos es fundamental para lograr una continuidad en cada una de las actividades antes mencionadas.
En la presa, la planificación de las actividades asociadas a la técnica de los deslizados debe incluir un estudio exhaustivo de las rutas de acarreo de las mallas de acero pre armadas y la colocación de concreto para cada etapa (plinto y losa), debido a que representó una complejidad importante.
Sobre el relleno debe considerarse los espacios necesarios para realizar las maniobras asociadas al transporte, almacenamiento e instalación de las mallas de acero. En este espacio debe integrarse el traslado del encofrado deslizante y de los malacates para cada franja de losa.
El control topográfico y una curva de aprendizaje acelerada por parte del personal encargado de la extrusión del bordillo son necesarios para limitar variaciones en los espesores y volumen de la losa de impermeabilización. La desviación del bordillo impacta de manera negativa la instalación de cierres laterales y guías para el encofrado deslizante de la losa.
Para las estructuras verticales de Vertedero de excedencias y Toma de agua es necesario asegurar la verticalidad del acero en toda la altura, siempre bajo un estricto control topográfico durante su colocación, para evitar posteriores interferencias con el encofrado durante el vertido de concreto y satisfacer el recubrimiento de acero definido en el diseño.
La técnica de los deslizados viene a reunir una secuencia de actividades que se deben ejecutar de manera armónica en un periodo muy corto. Si bien es cierto que la adopción de la técnica de deslizados induce una disminución de la mano de obra requerida para la ejecución de los procesos, este es un elemento de especial atención. La rotación interna de personal entre las obras y las campañas de contratación deben anticiparse porque el déficit de personal puede provocar la suspensión de alguno de los procesos que forman parte de la cadena de producción.
Conclusiones
La actualización y uso de nuevas tecnologías disponibles en el mercado mundial demuestran que el Instituto Costarricense de Electricidad se mantiene como una empresa competitiva para el diseño y construcción de proyectos de generación de energía.
El uso de la técnica de deslizados para la construcción de la losa de impermeabilización del paramento contra embalse de la Presa del PHR, primera construida en el país con el sistema CFRD, elimina o disminuye la ocurrencia de juntas frías durante el proceso constructivo. Esta es sin duda, una de las ventajas comparativas más importante de esta técnica con respecto a los demás sistemas de construcción.
Con el uso de la técnica de los deslizados se disminuye la asignación de recursos para la ejecución de las obras, y se logra optimizar rendimientos y costos asociados a la construcción de infraestructura de concreto.
Sin duda alguna, y con igualdad de importancia a los temas tratados en el desarrollo de esta memoria, los esfuerzos en la gestión de la seguridad laboral es parte integral del proceso constructivo de las obras. Este es un tema que demandó una gran inversión de recursos y que merece un tratamiento exclusivo.
La integración y aporte de todos los grupos de trabajo influye directamente en el éxito de esta técnica.