Impianto idroelettrico di Cerro del Aguila Diga in RCC e problematiche connesse ai getti in calcestruzzo

Italian Concrete Days.jpgQuesto articolo è stato presentato durante gli Italian Concrete Days che si sono svolti a Roma, il 27-28 Ottobre 2016. 

La seconda edizione degli Italian Concrete Days si terrà a Milano, presso il palazzo Pirelli il 13 Giugno ed a Lecco, presso il Polo Territoriale del Politecnico, il 14 e 15 Giugno 2018.

Maggiori informazioni sulla partecipazione e sul programma si trovano sul sito dell'evento.

Estratto

Il "Progetto Idroelettrico di Cerro del Aguila" si trova ad una distanza di circa 270 km dalla capitale Lima, nella regione di Junin, provincia di Tayacaja, dipartimento di Huancavelica. La diga costruita sul fiume Mantaro è collegata alla centrale elettrica per mezzo di una galleria di adduzione di 5,74 km; tramite la galleria di restituzione l'acqua ritorna a valle nel fiume. Un sistema di tunnel permette di superare il problema delle sovrappressione dovuteo al colpo di ariete.

 

Il progetto di questa diga a gravità prevede l’utilizzo di due tipi di calcestruzzo, il convenzionale vibrato (CVC) e il rullato compattato (RCC). Il volume totale della diga è di 445.000 m3 di calcestruzzo, diviso in 250.000 m3 di RCC e 195.000 m3 di CVC. Uno dei metodi adottati al fine di aumentare l'efficienza e l'efficacia dei getti di calcestruzzo è stato quello di usare tubazioni per il getto a gravità, sia per CVC che per RCC, dal lato sinistro della diga. Poiché l'impianto di calcestruzzo è stato posto su una superficie disposta lungo il pendio della collina che sovrasta il fiume, si è ritenuto opportuno erigere una rete di condotte in modo da rendere il flusso di calcestruzzo dall'alto, per gravità, sul corpo diga, facendo particolare attenzione, data la notevole differenza di quota (circa 70 m), ad evitare probabili fenomeni di segregazione. Le figure mostrano il metodo usato, il quale ha superato con successo le varie prove ed i controlli richiesti dalla Direzione Lavori e soddisfatto tutti i requisiti delle Specifiche Tecniche e dei regolamenti vigenti. Inoltre, il Sistema adottato ha consentito di raggiungere un volume di produzione superiore ai quotidiani volumi di getto di calcestruzzo che originariamente erano previsti con l'utilizzo del solo "blondin" alimentato da nastri trasportatori e autobetoniere.

GENERALITA’ – Centrale Idroelettrica Cerro del Aguila

L’impianto idroelettrico di Cerro del Aguila è ubicato sul Rio Mantaro a circa 270 km da Lima, capitale del Perù. L’impianto è ubicato tra le quote 1600 m e 1200 m in una zona molto acclive e non collegata con strade esistenti al momento dell’inizio dei lavori.

L’area è localizzata nella Cordillera Oriental delle Ande del Perù centrale sulla linea divisoria Amazzonica.

La portata di progetto dell’impianto è di 210,5 m3/s e la potenza nominale è di 504 MW. L’impianto è provvisto di 3 turbine “Tipo Francis” da 170 MW ciascuna, più una mini-centrale al piede diga di 10 MW che turbina le portate ecologiche rilasciate in alveo, dotata di 2 turbine “Tipo Francis” di 5 MW ciascuna.

La diga è del tipo a gravità in calcestruzzo CVC e RCC, leggermente ad arco, di 88 m di altezza e 270 m di lunghezza al coronamento; provvista di sfioratore nella parte centrale, equipaggiato con n. 4 paratoie “tipo radiali” 12*12 m e due paratoie “tipo flap” di 12*5 m. La portata sfiorante massima è di 7000 m3/s.

Gli scarichi di fondo sono costituiti da 6 canne equipaggiate ciascuna da due paratoie piane, una di sicurezza per le manutenzioni e l’altra per le normali operazioni. La portata massima transitabile è di 5000 m3/s. Quindi la portata massima scaricabile dalla diga raggiunge i 12.000 m3/s.

Dall’opera di presa subito a monte della diga parte la galleria di adduzione lunga circa 5,7 km che convoglia la portata fino alla centrale in caverna. La sezione della galleria di adduzione è di 96 m2 e presenta nella parte finale un pozzo di pressione verticale di 8 m (netto) di diametro ed altezza 242 m che termina con un diffusore al piede rivestito in acciaio per le alte pressioni/velocità in gioco.

La centrale in caverna ha dimensioni 18*86*46 m. 

Il sistema di restituzione è composto di una galleria in pressione con sezione uguale a quella di adduzione e lunghezza 1,9 Km. Completano il sistema idraulico due pozzi piezometrici (superiore ed inferiore), uno subito a monte del pozzo di pressione e l’altro inferiore connesso con il tratto a valle del condotto di aspirazione.

PROGETTO ORIGINARIO DELLA DIGA

Calcestruzzo Convenzionale Vibrato (CVC) 

Il progetto originario, sia durante la fase di gara che durante lo sviluppo del progetto definitivo, prevedeva una diga a gravità interamente in calcestruzzo convenzionale (CVC).

La diga era divisa in 18 conci ed i getti erano eseguiti per strati di 3,00 m a blocchi sfalsati in funzione del calore di idratazione (derivante dalle caratteristiche fisico chimiche dei materiali disponibili nella zona del progetto). Lo schema era quello classico di una diga a gravità eseguita per conci (Fig. 1 - 2). Era previsto quindi un solo tipo di calcestruzzo massivo per tutto il corpo della diga con piccoli e localizzati interventi in calcestruzzostrutturale, previsto dove le sollecitazioni (nelle diverse condizioni al contorno) lo richiedevano; in particolare lungo lo scarico di fondo, la zona di presa della portata ecologica, sul profilo Creager-Scimemi dello sfioratore e lungo tutto il paramento di valle fino al salto di sci dello stesso, infine sul coronamento diga.

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L’impermeabilizzazione della struttura era assicurata dallo stesso calcestruzzo convenzionale che prevedeva un contenuto di cemento intorno ai 250 kg/m3. Il calcestruzzo strutturale era previsto nelle zone dove la presenza di tubazioni, di aperture e/o blindaggi e nel caso dello sfioratore dove la velocità eccessiva dell’acqua e il trasporto solido lo richiedevano.

La pendenza dei paramenti di monte e di valle erano 0.1su 1 e 0.75 su 1.

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3 VARIAZIONE DEL PROGETTO

Calcestruzzo Rullato Compattato (RCC)

A causa dei forti ritardi accumulatesi per la costruzione delle strade di accesso, sia alla diga che alla zona della centrale e sottostazione elettrica, dovuti alle difficili condizioni geologiche della zona andina peruviana ed alla necessità di sostituire tratti previsti all’aperto con tratti in galleria in zone molto impervie, il Costruttore d’accordo con il Cliente ha espresso la necessità di recuperare del tempo cambiando ed ottimizzando il progetto originario della diga.

Insieme al Progettista Lombardi S.a., incaricato del Progetto esecutivo e dell’assistenza di cantiere, si è studiata una soluzione mista in calcestruzzo convenzionale vibrato (CVC) e calcestruzzo compattato con rullo (RCC) che continuasse a garantire le geometrie e le Specifiche Tecniche accordate in fase contrattuale. Nelle figure 3 e 4 si riportano le sezioni sfiorante e corrente della variante in oggetto con la zonizzazione della resistenza fck dei calcestruzzi ed il cambio a calcestruzzo rullato compattato (spessore cappe Sp = 30 cm).

Il volume totale di calcestruzzo della diga è di 445.000 m3 così suddivisi: 250.000 m3 in RCC e 195.000 m3 in CVC.

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Analizzando la sezione corrente (Fig. 4) si vede che essendo cambiata la tipologia di stesa del calcestruzzo, gettato per strati di Sp = 30 cm la funzione di impermeabilizzazione nella parte di monte è attribuita ad un calcestruzzo convenzionale vibrato fck 25 MPa con aggregato 0-25 mm.

Questo strato, di spessore circa 1 m, assicura alla diga l’impermeabilizzazione.

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Lo stesso calcestruzzo vibrato è stato collocato all’intorno dei cunicoli di ispezione e di drenaggio. Il resto della sezione è occupata da RCC che, a seguito dei risultati delle verifiche di stabilità strutturale nelle diverse combinazioni di carico, ha resistenze fck 15 MPa e fck 12 MPa.

Per quanto riguarda la sezione sfiorante (Fig.3) la situazione è un pò più complicata. Tutta la sezione è interessata sia dalle 6 canne dello scarico di fondo con le relative camere di manovra delle paratoie piane che dallo stesso concio sfiorante con le relative paratoie radiali.

Come si evince dalla sezione, le zone in calcestruzzo convenzionale vibrato (CVC) con fck 25 e 30 MPa sono molto più ampie di quelle della sezione corrente così come la zona in RCC con fck 15MPa.

Questo è dovuto alle evidenti zone di maggiore compressione e trazione puntuale (risultati delle diverse combinazioni di carico del calcolo strutturale) in corrispondenza degli scarichi di fondo e della zona sfiorante.

Su tutta la fondazione della diga, al contatto con la roccia di fondazione, è stato steso uno strato di circa 1 m di CVC fck 15 MPa per migliorare l’aderenza con la roccia di fondazione e per regolarizzare la posa degli strati successivi.

Le pendenze dei paramenti di monte e di valle sono rimaste quelle della soluzione originaria.

4 SCHEMI ADOTTATI PER IL GETTO DEI CALCESTRUZZI

Il progetto originario prevedeva come già detto una diga in calcestruzzo convenzionale (CVC) con l’impiego del sistema a cavo “tipo blondin” per il getto dei calcestruzzi e la movimentazione in diga; tale sistema è stato utilizzato anche dopo il cambio concettuale del progetto. Essendo però la produzione di RCC molto più veloce, rispetto a quella in CVC, c’era bisogno dunque di aumentare la capacità produttiva della posa del calcestruzzo RCC. La sezione d’imposta della diga era abbastanza acclive e l’orografia della valle aveva imposto l’ubicazione dell’impianto di calcestruzzo su un’area ricavata sulle pendici, in sinistra, della collina che sovrasta il fiume Mantaro (Fig. 5). Si è pensato dunque di usare linee di tubazioni in acciaio per confluire il calcestruzzo dall’alto verso il piano di posa del corpo diga facendo particolare attenzione ad evitare la segregazione, dato il notevole salto di quota, circa 70 m, e dunque contribuire all’aumento delle richieste di calcestruzzo di tipo RCC.

Il metodo messo in atto ha superato i controlli richiesti dalla Direzione Lavori e dalle Specifiche delle Normative Internazionali e quindi si è avviata una produzione industriale che ha permesso di aumentare il rendimento giornaliero previsto in origine utilizzando solamente il “blondin”, alimentato dai nastri trasportatori, e dai camion betoniera.

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Il sistema utilizzato consiste in n° 2 tubazioni parallele, così conformate:

- n. 1 linea per la sola distribuzione di CVC;

- n. 1 linea che alterna la distribuzione di RCC e CVC.

La pendenza p delle tubazioni utilizzata è di 40°-45°, il campo limite testato fisicamente per il calcestruzzo RCC è di 35°≤ p ≥55°;

Le tubazioni hanno diametro ϕ = 0,60 m e la lunghezza di ogni elemento è di L= 3,00 m.

L’alimentazione avviene dall’impianto di betonaggio attraverso un sistema di nastri ed una tramoggia per ogni linea, oppure attraverso l’alimentazione con autobetoniere direttamente nella tramoggia; con il crescere in alteza della diga i tubi sono progressivamente rimossi (Fig. 6 – 7).

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In relazione a precedenti esperienze, in Italia è stato usato da Astaldi anche nell’impianto idroelettrico di Pont Ventoux per i getti di calcestruzzo per il rivestimento di un pozzo piezometrico di circa 100 metri di altezza, ed a seguito di prove eseguite direttamente in campo, si è deciso di progettare le linee con un punto di flesso nella parte superiore in quanto in fase di alimentazione il flesso induce un movimento elicoidale alla miscela garantendo il rimescolamento della stessa e la riduzione del fenomeno della segregazione.

Come è noto la definizione di segregazione è: separazione dei componenti in una miscela eterogenea dovuti a errata preparazione della miscela stessa, ad errata modalità di trasporto o infine ad errato processo di vibrazione (troppo o troppo poco).

Esistono due tipologie di segregazione:

a) segregazione interna: rapporto acqua / cemento ≥ 0,60, gli elementi più pesanti dell’aggregato scendono sul fondo, mentre gli elementi più leggeri insieme all’acqua risalgono in superficie;

b) segregazione esterna: durante il trasporto, a causa di urti, gli elementi più pesanti si depositano sul fondo.

Un esempio di controllo della segregazione, eseguito sul calcestruzzo RCC dal Laboratorio di cantiere di Cerro del Aguila, è stato l’analisi della granulometria in uscita dalla linea di tubazioni, comparata con i limiti ammissibili della curva granulometrica contrattuale mediante gli studi ufficiali eseguiti in cantiere ed approvati dalla D. L. 

Nelle figure 8 e 9 un esempio di controllo granulometrico eseguito sul calcestruzzo in uscita dalla tubazione, in questo caso eseguito sul calcestruzzo RCC a controllo di una produzione di 30/50 m3. Sull’asse delle ordinate il % di passante, mentre sull’asse delle ascisse i diametri ϕ (in pollici) del materiale analizzato; in rosso è determinata la curva risultante dopo il controllo, mentre in nero tratteggiato i “limiti determinati 1-2 superiore ed inferiore”.

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