Lechada: la presa récord de Colorado se levanta desde sus cimientos

Nicholson Construction está realizando trabajos de lechada de cimientos en una presa sin precedentes para un nuevo embalse importante en Loveland, Colorado.

Cerca de la ciudad de Loveland, en la vertiente este de Colorado, se está llevando a cabo un importante proyecto de construcción de un embalse. El nuevo embalse Chimney Hollow, justo al oeste del lago Carter, suministrará a una docena de compañías de agua del noreste de Colorado 111 millones de m³ de capacidad de almacenamiento dedicada y 37 millones de m³ de agua cada año.

Cuando Chimney Hollow esté terminado en 2025, incluirá la presa más grande construida en los Estados Unidos en los últimos 25 años y la segunda presa con núcleo de asfalto que jamás se haya construido en el país.

Este enorme proyecto de infraestructura también mejorará la confiabilidad del proyecto Windy Gap, que consiste en una presa de desvío en el río Colorado y un embalse de 600.000 m³. Al hacerlo, se espera que proporcione el almacenamiento adicional necesario para satisfacer las demandas de las crecientes poblaciones en las comunidades del norte de Colorado.

El programa de construcción de embalses por valor de 520 millones de dólares (462 millones de libras esterlinas) está siendo financiado por 12 compañías de agua. Nicholson Construction, subcontratista y filial estadounidense de Soletanche Bachy, está entregando un paquete de trabajos de inyección por valor de 22 millones de dólares (£ 19,5 millones) en nombre de Barnard Construction, con sede en Montana, el contratista principal del proyecto del embalse.

El cometido de Nicholson incluye la perforación de rocas y la inyección de una cortina de lechada de 1 km de largo instalada a profundidades de entre 15 y 100 m.

También está colocando una capa de lechada poco profunda debajo de la alineación de la presa principal de 1,16 km de largo y una cortina de lechada a lo largo de una presa de silla de montar más pequeña de 408 m que también forma parte del proyecto. El propósito de la cortina de lechada es disminuir la filtración en la masa de lecho rocoso debajo de la presa al reducir la conductividad hidráulica.

También ayudará a disminuir las presiones de poro ascendentes que podrían actuar sobre la presa, disminuyendo en gran medida el riesgo de cualquier posible estabilidad por deslizamiento en la presa.

Una tapa de lechada permite inyectar a presión la cortina de lechada debajo de la tapa. La lechada combinada se produce cuando la lechada se inyecta en orificios poco profundos perforados en forma de rejilla. Esta técnica se puede utilizar para formar una capa de lechada antes de que se realice la lechada en cortina de las zonas inferiores a presiones más altas.

El proyecto comenzó en agosto de 2021 y la construcción de la presa comenzó en diciembre de 2021.

Para desarrollar la solución de inyección final, el equipo de Nicholson comenzó las pruebas de inyección en el sitio de la presa principal en noviembre del año pasado. El programa de pruebas dividió la alineación de la presa en dos zonas donde la geología y el nivel freático difieren, ya que se esperaba más limolita y arenisca en la sección de prueba 1 y más granito, pegmatita y gneis en la sección de prueba 2.

La consultora de ingeniería Stantec diseñó la cortina de lechada. El programa de pruebas tenía como objetivo refinar la especificación de referencia desarrollada a partir de un informe de referencia geotécnico elaborado para Barnard por Stantec.

"Con Barnard, elegimos dos zonas en diferentes secciones a lo largo de la presa principal", explica el director del proyecto Nicholson, José Torres.

“La intención era confirmar algunas de las suposiciones que se hicieron en el diseño de la cortina de lechada y también completar algunas perforaciones exploratorias adicionales. A partir de ahí, Stantec utilizó la información para desarrollar un programa de inyección apropiado para el resto de la presa”.

El equipo seleccionó dos zonas de 60 m de largo a lo largo de la alineación de la presa principal para las zonas de prueba. Para cada una de estas secciones, Nicholson siguió una secuencia súper primaria, primaria y secundaria para perforar los pozos de prueba, lo que Torres señala que es típico de un programa de inyección.

Y continúa: "Los superprimarios fueron perforados con núcleo o rotatorios a una profundidad de 70 m y la geología encontrada ayudó a determinar las profundidades de los pozos primarios y secundarios".

En la primera sección de prueba, el equipo perforó 68 pozos y en la segunda sección de prueba perforó 55 pozos menos profundos.

La geología de la primera sección de prueba en particular se caracteriza por lo que se conoce localmente como la Formación Fountain, una arenisca de la edad de Pensilvania que aflora a lo largo de Front Range en Colorado. Se asienta sobre una capa de roca precámbrica formada por gneis. El contacto entre la Formación Fuente y el gneis se encontró a profundidades aproximadas de 60 m en la primera área de prueba.

Como resultado de la perforación de prueba, el equipo encontró características (pequeñas grietas, fisuras o huecos que aceptan agua o lechada) en zonas que estaban debajo de las capas de arenisca y limolita en algunas de las áreas de gneis.

“Hubo algunas áreas que encontramos a profundidades más profundas donde se observó una mayor permeabilidad al agua o una mayor absorción de lechada [las cantidades de lechada aceptadas por la formación]”, señala Torres. "Así que el diseñador amplió algunos de los agujeros para llegar justo debajo de esas características".

La parte más profunda de la cortina de lechada de la presa principal se diseñó inicialmente para tener una profundidad de hasta 33,5 m. Pero debido a las condiciones que encontró el equipo durante el programa de pruebas, ahora será más profundo en ciertas áreas.

La profundidad de la cortina también depende de la altura de la presa en cada punto y de las diferentes geologías que se encuentran más arriba a lo largo del trazado.

Ron Hall, vicepresidente de operaciones de Nicholson, explica: “A medida que aumenta la elevación a lo largo de la presa, comenzamos a ver que el contacto entre la limolita, la arenisca y el gneis es mucho menos profundo. Entonces, toda la segunda sección de prueba, que está casi en el extremo más alejado de la presa, sube a 50 pies [15 m] y 80 pies [24 m], porque no estamos tratando tanta capa de limolita y arenisca. Allí la geología cambia; estás en un lecho más grande de ese gneis precámbrico”.

Los programas de prueba duraron hasta principios de mayo. Luego, ese mismo mes, el equipo comenzó a aplicar lechada en la capa de cobertura de los cimientos de la presa principal.

El equipo de Nicholson realiza trabajos de inyección a lo largo de los cimientos de hormigón de la presa principal

Como la presa está en un valle, su elevación cambia drásticamente y se eleva a una altura de 128 m. El equipo comenzó a instalar la cortina de lechada desde la elevación más baja de la presa al nivel del suelo porque fue aquí donde el contratista principal comenzó a trabajar en los cimientos de concreto de la presa.

Se ha estado trabajando desde el primer tramo de pruebas hacia los estribos del fondo de la presa.

El espacio entre cada hoyo es de 3 m desde el centro y así a lo largo de toda la presa. Hay una línea aguas arriba y aguas abajo para la cortina de lechada. En la presa principal hay tres filas de líneas de lechada general separadas por 1,5 m que son solo para tratamiento poco profundo y tienen entre 9 y 11,8 m de profundidad. Hay otra fila en el lado de aguas arriba.

Para perforar los orificios súper primarios para la cortina de lechada, el equipo utilizó el método de perforación rotativa para perforar 70 m de profundidad en el lecho de roca. Estos agujeros se lavaron con agua para eliminar los recortes del orificio.

El diseño de Stantec para la cortina de lechada dicta la ubicación de los orificios y que cada orificio tiene un ángulo y una inclinación que debe estar dentro de los dos grados.

Una vez que el equipo hubo perforado los orificios de lechada, realizó un estudio de desviación, que midió la desviación de los orificios respecto de la vertical para garantizar que el equipo había alcanzado su objetivo en cada uno de los orificios durante la inyección.

Después de esto, el equipo llevó a cabo pruebas de agua en los pozos perforados para evaluar la permeabilidad de la roca que tratará con lechada.

Se conectó una herramienta de inyección de lechada conocida como empacador único a un carrete de manguera de goma, lo que permite al equipo introducir agua en el pozo. El empacador se bajó al interior del pozo y se infló para aislar efectivamente los 6 m del fondo del pozo para realizar pruebas de agua.

Luego, el equipo retiró todo lo que había en el hoyo e instaló un conjunto de empacador doble, que nuevamente se bajó al hoyo y se usó para aislarlo en etapas de 6 m hasta la parte superior. Los empacadores dobles se utilizan para realizar pruebas de permeabilidad durante la perforación con núcleo.

Una vez que el equipo tuvo toda la información de las pruebas de agua, regresó al pozo y bajó un solo conjunto de empacador para aislarlo, nuevamente en etapas de 6 m, para la inyección de lechada. Esta lechada trató cualquier fractura o característica en los agujeros perforados.

Después de que se analizó el agua de cada hoyo y se le aplicó lechada, Nicholson pasó al siguiente hoyo de la secuencia. Hizo todos los superprimarios (los agujeros más profundos) primero, luego los agujeros primarios y, por último, los agujeros secundarios.

Los ingenieros de Nicholson monitorearon en tiempo real la presión y el flujo en los pozos perforados y también su permeabilidad.

Torres agrega: “Cuando cada sección esté terminada y consideremos que la cortina de lechada está terminada, haremos un pozo de verificación. Luego realizaremos algunas pruebas de agua a través del agujero para obtener información sobre la eficacia de la cortina de lechada. Por cada sección de 12 m que terminemos, ejecutaremos uno de los núcleos de verificación. Eso nos dará confianza en el desempeño del terreno durante cualquier monitoreo”.

Una vez que haya terminado de inyectar la presa principal, Nicholson comenzará la inyección de cortina en la presa de silla más pequeña. Esta cortina de lechada será menos profunda porque está en el extremo final del embalse y esta presa no es tan alta.

El equipo de Nicholson junto a una plataforma de perforación utilizada para perforar los agujeros de la cortina de lechada

Nicholson estaba bajo presión para terminar de aplicar lechada en la zona inferior de la presa a finales de septiembre para que Barnard y el subcontratista pudieran entrar y comenzar a colocar asfalto para el núcleo de asfalto de la presa.

“Es un delicado equilibrio”, señala Torres. "Trabajar en secuencia y mantenerse al día con Barnard, o hacer que se mantengan por delante de nosotros es un desafío".

Barnard está construyendo la sección de base de la presa y el zócalo de hormigón (o plataforma de trabajo) mientras Nicholson aplica la lechada. Dado que Nicholson se encuentra entre varias actividades de construcción diferentes, ha tenido que colaborar estrechamente con Barnard y los demás socios de construcción para coordinar la secuencia y la programación.

Aunque el contrato de Nicholson no representa una gran parte del proyecto, Torres dice que "está muy cerca del camino crítico porque todo tiene que seguir lo que estamos haciendo".

A finales de este año, el equipo comenzará a instalar la cortina de lechada para las secciones más altas de la presa, que en algunos lugares alcanza hasta 128 m de altura.

Cuando lo haga, enfrentará el nuevo desafío de trabajar en una pendiente mucho más pronunciada en las condiciones invernales bajo cero de Colorado.

La pendiente tiene un ángulo de 43°, en la que el equipo tendrá que construir una plataforma de trabajo que pueda atarse a anclajes y pueda contener equipos que pesen hasta 4,5 toneladas.

"Imaginamos que el trabajo de inyección será mucho más lento simplemente por estar en una pendiente pronunciada", señala Torres, "y eso presenta un desafío en términos de cumplir con el cronograma pero también de mantener a todos seguros".

Cuando se construya, la presa principal será la presa más alta construida en Colorado en 50 años. Se espera que el trabajo de Nicholson en el proyecto finalice a finales del verano de 2023.

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