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PROCESO CONSTRUCTIVO PRESA SOBRE EL RIO QUINTO APROVECHAMIENTO
SALADILLO-ETAPA II-PROVINCIA DE SAN LUIS
Autores: Hourquebie,M.; Mondino, A.; Cordeu, G.; Cattaneo F.
Empresa : Rovella Carranza SA E-mail: .
[email protected] RESUMEN
El presente trabajo tiene por objeto el de describir las
caractersticas generales de la obra, los parmetros de diseo
adoptados para la definicin del proyecto ejecutivo y las diferentes
etapas del proceso constructivo.
En este sentido se presentan las soluciones adoptadas para el
tratamiento de fundaciones, en el cierre principal y los cierres
laterales, para los paramentos, aliviadero y obras complementarias.
En particular se describen los aspectos sobresalientes relativos a
la elaboracin, colocacin y compactacin del HCR empleado en el
cierre principal. Se analizan y repasan problemas tpicos y
soluciones INTRODUCCION
La Obra est situada en cercanas de la localidad de Saladillo, en
el Departamento Coronel Pringles, a una distancia de 60 km en
direccin N.E. de la ciudad de San Luis.
La presa se encuentra emplazada sobre el Ro V, aguas abajo de la
confluencia del Ro Quinto y del Ro las Carpas, entre los diques La
Florida y Paso de las Carretas.
Figura 1. Vista area emplazamiento de presa
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El Gobierno de la Provincia de San Luis, a travs del Ministerio
de Infraestructura, y el Comit Interdisciplinario de Grandes Obras
Hdricas emprendi el proyecto y construccin de la Presa SALADILLO,
siendo esta una obra hdrica de gran magnitud e importancia para el
desarrollo econmico sostenible de la provincia.
Figura 2. Vista aguas arriba
DESARROLLO
Caractersticas generales de la presa
El cierre principal del embalse SALADILLO se materializa como
una presa del tipo de gravedad de hormign compactado a rodillo
(HCR) con una altura mxima de 79,58 m en su zona central.
El HCR es una tcnica constructiva aplicada por segunda vez en el
pas en obras de este tipo. Esta tecnologa permite lograr
significativas economa de materiales, con menores plazos de
ejecucin y una calidad tcnica similar a las obras de hormign del
tipo convencional masivo.
La obra de cierre est compuesta por 33 bloques de hormign.
Diecinueve de ellos constituyen los estribos de la presa con una
longitud de 280,55 m y fueron ejecutados en una etapa anterior en
hormign convencional, mientras que los 14 bloques restantes
conforman el cierre propiamente dicho con una longitud de 215,05 m,
lo que representa una longitud total de coronamiento de 495,60
m.
El nivel de coronamiento de la obra se ubica en cota 907.5 msnm.
Por su parte, el nivel de la rasante del puente, necesario para
cruzar el vano abierto en la presa asciende hasta la cota 909,02
msnm, asegurando as que para los niveles mximos del embalse, el
fondo de vigas de la superestructura del puente (cota 907,56 msnm)
verifique igual revancha que el coronamiento del cierre.
La obra de control o alivio de crecidas mencionada en el prrafo
anterior fue diseada para evacuar un caudal de diseo de 2.750 m3/s.
que resulta asociado a una crecida de recurrencia milenaria,
mientras que la misma estructura fue verificada para la crecida
mxima probable cuyo caudal de pico resulta de 3.600 m3/s.
La estructura de control se completa con una losa de impacto,
que parcialmente rectifica el cauce del ro aguas abajo de la presa,
su longitud es de 25 m a fin de proteger el pie de la presa y
asegurar la estabilidad de la misma.
La presa de gravedad, como se menciona en prrafos anteriores se
constituye empleando como tecnologa principal el hormign compactado
a rodillo (HCR). El paramento vertical de aguas
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arriba por cuestiones de impermeabilidad se ejecuta en hormign
convencional vibrado, de igual modo que el paramento de aguas
abajo. Las estructuras de alivio en su totalidad son en hormign
armado.
El volumen total de hormign empleado en el cierre principal es
de 220.000,0 m3, de los cuales el 83% es conformado por HCR y el
17% restante por hormign convencional.
En el cierre principal se han previsto galeras de inspeccin y
drenaje distribuidas en tres niveles convenientemente adecuados,
para la futura operacin y control.
La obra se completa con un conjunto de 5 cierres laterales,
construidas en materiales sueltos que suman un total de 1.600 m de
longitud de coronamiento. De esta manera, se genera un espejo de
agua de 41,56 hm3 y una superficie total de 245,16 ha en las
condiciones normales de operacin.
La presa de Saladillo se ha concebido originalmente para generar
un control de las crecidas del ro Quinto y tambin lograr un
eficiente aprovechamiento del recurso hdrico del agua embalsada
para suministro o reservas de agua potable y tambin fines
agro-ganaderos.
Complementariamente se prev un propsito de generacin elctrica,
por lo que se proyect la construccin de una Microcentralque estar
equipada con 3 grupos generadores y una potencia instalada total de
1.200 KVA.
Desarrollo del proyecto ejecutivo
Los trabajos encomendados a la Contratista incluan en su fase
inicial la elaboracin del Proyecto ejecutivo y la correspondiente
Ingeniera de Detalle. Para su desarrollo, el Proyectista parti de
los estudios previos e informes disponibles preparados durante la
anterior etapa. Los citados estudios fueron refrendados bien
modificados en funcin de los nuevos anlisis y verificaciones
realizadas, desde el punto de vista geolgico- ssmico- y de
Estabilidad global.
1. Etapas del proyecto ejecutivo
Para la elaboracin del proyecto ejecutivo se conform el equipo
consultor que se detalla a continuacin: Proyecto Ejecutivo e
Ingeniera de Detalle: JAIME LANDE & ASOCIADOS Tratamiento de
las Fundaciones y Auscultacin: RED INGENIERA Tecnologa del Hormign:
GIOVAMBATTISTA ROCCO FAVA Equipamiento Hidromecnico: IME S.A.
Modelo fsico: INA Instituto Nacional del Agua Criterios de
diseo
a) Riesgo Ssmico
Se elabor un estudio con las solicitaciones ssmicas a las que
quedara expuesta la presa a lo largo de su vida til con conceptos
modernos y anlisis de las eventuales fallas. Es de inters destacar
que las conclusiones del estudio realizado en Junio de 2009 siguen
siendo validas tras el sismo de chile en febrero de 2010.
Se adopt un Sismo de Operacin 0,13 g cuya recurrencia resulta de
144 aos, tomndose adems, el sismo de verificacin mximo probable de
0.48 g.
Resulto necesario analizar todas las estructuras de la obra,
concluyndose principalmente en la necesidad de incrementar la
pendiente anterior del talud aguas debajo de la presa de 1:0,75 a
1:0,80 para lograr la verificacin de la estabilidad de la presa b)
Hidrulica / Hidrologa
Se completaron los estudios sobre las crecidas del ro Quinto en
el ao 2008 que definieron para la atagua aguas arriba la cota
853,00 msnm de manera de asegurar que el sistema Tnel de Desvo /
Ataguas permita evacuar el pico de una crecida de 20 aos de
recurrencia.
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Se disearon las obras de alivio de la presa en consideracin de
los estudios tericos y de modelos existentes, en pos de garantizar
niveles de revancha acorde a este tipo de obras disminuyndose el
nivel de riesgo, sin que esto implique un incremento de los costos
de obra.
Las obras de descarga complementarias tales como descargador de
fondo y toma para riego se definieron sobre la margen derecha de la
presa, en un bloque independiente del vertedero, logrndose de este
modo una estructura constructivamente simple y un cuerpo de la obra
de alivio de menor envergadura.
Este diseo fue verificado completamente mediante modelo fsico,
en el cual se analizaron todos los aspectos del diseo del cuerpo
del aliviadero de crecidas, se estudi el comportamiento del flujo
hacia aguas abajo y se ajust el diseo de una losa de disipacin de
energa, para el control de la erosin al pi de presa.
Aspectos Constructivos
Atagua y desvo del ro
Los trabajos comenzaron en febrero de 2009 con la construccin de
la atagua principal de cierre empleando material aluvional para la
conformacin del cuerpo de los espaldones, arcillas y gravas para el
ncleo impermeable y un enrocado de proteccin sobre la cara de aguas
arriba de la misma.
Posteriormente se ejecut la atagua de aguas abajo, para luego
comenzar con el bombeo del recinto e inicio de las
excavaciones.
El desvo de las aguas fue materializado mediante un tnel
excavado en roca sobre la ladera de margen izquierda, cuya
construccin fue realizada en una etapa previa de la obra,
resultando esto una condicin de borde para el clculo y dimensionado
de las ataguas principales de aguas arriba y de aguas abajo.
Estas obras de cierre provisorio fueron diseadas considerando
una Crecida de Diseo asociada a un periodo de retorno de 15 aos, y
una Crecida de Verificacin de 20 aos, quedando sus coronamientos
fijados en 853,00 msnm y 837,00 msnm respectivamente.
Preparacin de la superficie de apoyo
El objetivo de esta tarea es la de alcanzar una superficie de
fundacin adecuada, entendiendo por tal a aquella de geometra
regular sin singulares que provoquen concentracin de tensiones,
conformada por roca sana o levemente meteorizada, y libre de todo
material suelto.
Una vez completado el retiro del material de tipo aluvional
depositado en el lecho del ro, se procedi a acondicionar la
superficie de apoyo de los mdulos, con el siguiente
procedimiento:
o Remocin de aquellas crestas de rocas salientes de modo de
conseguir planos de trabajo regulares con solucin de
continuidad.
o Limpieza profunda de la superficie obtenida, eliminando
detritos y materiales sueltos de los sectores de hendiduras y
fisuras, emplendose medios mecnicos, manuales y finalizando con
aplicacin de aire y agua a presin.
o Tratamiento de fisuras y hendiduras en forma localizada con
lechadas o morteros cementicios.
o Regularizacin de toda la superficie con hormign del tipo H17,
garantizando el recubrimiento de la roca en 50 cm de espesor.
Tratamiento de fundaciones
La roca de fundacin ha sido tratada mediante la ejecucin de un
extenso programa de perforaciones e inyecciones de consolidacin en
todo el contacto de la presa con las laderas y el lecho inferior.
El tratamiento fue completado con la materializacin de una cortina
de inyecciones, para lograr la barrera de contencin a la escorrenta
del subsuelo.
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Se emplearon lechadas de inyeccin con cemento fillerizado y
aditivo plastificante, que cumplieron satisfactoriamente las
especificaciones de diseo en cuanto a la estabilidad de las mezclas
y resistencias a la compresin.
El procedimiento utilizado es el mtodo GIN.
El tratamiento de fundaciones fue pensado para cumplir los
objetivos de:
o Lograr una superficie apta para la fundacin del cuerpo
principal de la presa.
o Aumentar la resistencia del macizo a la deformacin. o Reducir
las filtraciones bajo la presa mediante una cortina de
impermeabilizacin.
o Reducir las subpresiones con un adecuado sistema de
drenaje.
Se previ la ejecucin del tratamiento en mallas a tresbolillos en
sus etapas primaria (10 x 10 mts); secundaria (5 x 10 mts) y
terciaria (5 x 5 mts)
La fase terciaria fue realizada solamente en aquellos sectores
de la fundacin donde los resultados de las fases anteriores
mostraban valores de absorcin de lechada superiores al volumen
crtico.
Con similar criterio se ejecutaron sectores con tratamiento en
fases cuaternarias y quintarias, hasta lograr absorciones de
lechadas adecuadas en todo el macizo de fundacin. Cortina de
drenajes
Se conform una cortina de drenaje mediante perforaciones a
rotopercusin desde la galera inferior de la presa, una vez
finalizado todo tratamiento de inyecciones.
Se realizaron en dimetro de 75 mm e inclinacin de 15 hacia aguas
abajo dentro del plano vertical perpendicular al eje de la
presa.
Se disponen en una configuracin a tresbolillo en relacin a las
perforaciones secundarias de la cortina de inyeccin y con un
espaciamiento de 6 m.
Figura 3. Equipo de perforacin con
recuperacin de testigos Exploracin de la fundacin
En la Figura 4 puede apreciarse la disposicin general de la
cortina de drenajes e impermeabilizacin en un perfil transversal de
la presa. Esta misma disposicin se repite en la direccin
longitudinal de la obra.
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Fig. 4 Disposicin general de las cortinas de impermeabilizacin y
drenaje
Relevamiento Geolgico -Estructural Una vez concluida la limpieza
de la superficie de fundacin, se efectu un relevamiento o mapeo
geoestructural, con el objetivo de registrar la real calidad del
macizo rocoso donde se fundar la estructura. Se definieron las
particularidades geolgicas de cada sector del macizo, poniendo
nfasis en las caractersticas geomtricas y geomecnicas de las
discontinuidades tales como intensidad y direccin de buzamiento,
continuidad, espaciamiento, linealidad, abertura, rugosidad, tipo
de relleno, etc. Este relevamiento permite zonificar el macizo
rocoso y en funcin de ello eventualmente ajustar la intensidad del
tratamiento de fundacin, y tambin optimizar la posicin de
instrumentos de auscultacin. Adems permitir interpretar durante la
vida til de la obra el comportamiento de la estructura
Cierres laterales
Los cierres laterales complementarios del vaso se han
constituido con estructuras de material suelo, compuesto de
espaldones aluvionales, ncleo de mezclas gravo-arcillosas y
recubiertos de cantos rodados naturales, como capa de proteccin
ante las acciones externas. Cierre principal
El cierre principal de la presa se ha proyectado con una altura
mxima de 79,58 m en su zona central alcanzando la cota 909.02
msnm.
En el mismo se distinguen tres partes constitutivas:
o El paramento de aguas arriba de hormign tipo convencional, o
La parte central de hormign compactado a rodillo, y o El aliviador,
rpida y muros proyectados en hormign convencional.
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Cuerpo principal de HCR
El principal material constituyente de la presa es el Hormign
Compactado a Rodillo, con contenidos de cemento que se sitan entre
los 85 kg/m3 y 150 kg/m3.
a) Materiales
Los agregados ptreos empleados en las distintas formulaciones
fueron obtenidos de yacimientos prximos a la obra. Se definieron
tres fracciones de agregados ptreos gruesos naturales y triturados,
clasificados en los tamaos: 9-19 mm; 19-38 mm y 38-52 mm, mas la
arena natural de tamao 0-9 mm.
El cemento utilizado es del tipo portland fillerizado CPF 40. De
acuerdo a las exigencias tensionales definidas en el proyecto, se
disearon diferentes calidades de HCR, en funcin de su ubicacin en
el cuerpo de la presa, segn se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Esquema tensional y distribucin de calidades de
HCR
HCR Tipo H 13 (tenor cementicio: 150 kg/m3) HCR Tipo H 8 (tenor
cementicio: 100 kg/m3) HCR Tipo H 6 (tenor cementicio: 85
kg/m3)
Las mezclas de HCR son elaboradas en una planta de dosificacin y
elaboracin continua, marca Ciber con tambores mezcladores a eje
horizontal, que opera en forma manual y automtica
La mezcla elaborada es descargada sobre los camiones volcadores
de 15 m3 de capacidad, teniendo la precaucin de que esta operacin
se realice en forma alternada sobre la caja, para atenuar el
fenmeno de segregacin granulomtrica que tiende a producirse, dado
que se trata de un hormign con muy bajo asentamiento.
Se realiza un control del contenido de humedad, colocando una
muestra en el interior de un recipiente ad-hoc, que se monta sobre
una mesa vibratoria Vebe, obtenindose el canon-time, que consiste
en medir los segundos que requiere esta mezcla, para que el mortero
de la misma cubra una porcin del vaso definida.
El citado parmetro, acotado en base a experiencias y ensayos
previos entre 8 y 13 segundos, permite interpretar que la mezcla
contiene el grado de humedad necesaria para su colocacin y
densificacin in situ. Este ensayo tambin permite ajustar rpidamente
el contenido de humedad adecuado para operar en diferentes
condiciones climticas, considerando los tiempos que demandan las
operaciones de transporte, distribucin y compactacin.
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La distribucin del HCR se efecta conformando capas de 30 cm de
espesor, esparcindolo con pala cargadora y compactndolo con
rodillos vibratorios del tipo doble tambor de 10 Toneladas, con 2
pasadas estticas y 6 en modo vibratorio.
Entre las diferentes capas de HCR se requiere de la colocacin de
un mortero de contacto, en caso que entre ellas medie un lapso de
tiempo tal que implique un principio de frage. Esto depende tambin
de las condiciones climticas, las que aceleran o retardan este
proceso.
Sobre la capa terminada se efectan controles de nivelacin,
espesor y densidad utilizando un densmetro nuclear. Estas ltimas
estn comprendidas entre los 2.350 y 2.400 kg/m3, densidades que
representan un 98 99 %, incluyendo un 2% de vacos.
Se confeccionan probetas en 15 x 30 cortadas en 1 , que se
compactan con un pisn-martillo elctrico normalizado para este fin,
con 20 de accin, en cada capa.
Para la porcin de HCR que entra en contacto con el HCV, ya sea
formando parte de alguno de los paramentos o del hormign de
restitucin de la roca de fundacin, se procede a ejecutar este
encuentro vibrando el hormign convencional, incluyendo la zona de
transicin con el HCR, antes de proceder a su compactacin, la que
incluir tambin el apisonado de esta zona mixta.
Dado las caractersticas de la garganta de cierre de la Presa,
muy estrecha a nivel del lecho del ro, se resolvi construir los
primeros 5 m de la misma, con hormign convencional, de manera de
obtener una superficie de trabajo con el espacio suficiente para
permitir la operacin de los equipos de distribucin y compactacin.
b) Galeras
La presa ha sido provista de tres niveles de galeras de
inspeccin, drenaje y mantenimiento de la obra en cotas 845, 863 y
880 msnm.
Las mismas fueron realizadas mediante muros de hormign
convencional, en sucesivas capas, siguiendo el crecimiento del
terrapln en HCR. La cubierta se constituye con dovelas premoldeadas
abovedadas, montadas in situ con gras, sector que luego recibe
hormign convencional en unos 50 cm de espesor, esperando que el
mismo adquiera la resistencia adecuada antes de retomar las
operaciones de colocacin de HCR en la parte superior.
Figura 6. Galeras de inspeccin inferior Nivel +845.00
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c) Aliviadero
La obra de control o alivio de crecidas fue diseada para evacuar
un caudal de diseo de 2.750 m3/s que resulta asociado a una crecida
de recurrencia milenaria, mientras que la misma estructura fue
verificada para la crecida mxima probable cuyo caudal de pico
resulta de 3.600 m3/s.
En el presente numeral se describe en forma sinttica las
principales caractersticas de cada uno de los elementos que
componen las obras de Control de Crecidas o alivio entre cuales se
encuentran:
Figura 7. Vertedero y losa de impacto Vista frontal aguas
abajo
El diseo hidrulico del vertedero ha sido realizado en base a los
criterios aceptados a nivel mundial para obras de estas
caractersticas, tales como los manuales del U.S. Army Corps of
Engineers, entre los que se destaca el Hydraulic Design of
Spillways (EM-1110-2-1603) 16 de Junio de 1990, y el mismo ha sido
verificado y optimizado mediante el uso de modelo fsico en el
Laboratorio de Hidrulica del Instituto Nacional del Agua (INA). d)
Perfil vertedor
El perfil vertedor de la estructura de Alivio ha sido diseado
para garantizar la erogacin de la Crecida Mxima Probable,
mantenindose el embalse en los niveles operativos de seguridad para
la obra.
Fig. 8 Vertedero y losa de impacto Corte
transversal
Para el diseo realizado se consider el caso ms desfavorable, que
es aquel para el cual el embalse se encuentra a cota 900 msnm (cota
de cresta de vertedero) cuando el evento de crecida se produce.
Para la ejecucin de la geometra del Perfil Vertedor de la Cresta se
adoptaron las expresiones recomendadas por el US Army Corps of
Engineers, de lo cual resulta el perfil tipo indicado en la Figura
9.
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Figura 9. Geometra del Perfil Vertedor
e) Rpida
La rpida del vertedero de la presa tiene una pendiente de
0.8V:1H y presenta una geometra convergente de 69 m de ancho en la
entrada y 61 m en la salida de la gola del salto de esqu. La
superficie de la rpida se conforma por 20 losas de hormign armado y
en los laterales culmina con dos muros de altura variable (Figura
10).
Figura 10.- Planta General de la Rpida del Vertedero
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Figura 11.- Corte Transversal Longitudinal Para la disipacin de
la energa del flujo de crecida que escurre sobre el vertedero se ha
previsto una estructura del tipo Salto de Esqu, tal como se
describi en puntos anteriores y se muestra en la Figura 12.
Figura 12.- Detalle de Juntas Longitudinales de la Rpida
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Figura 13.- Salto de esqu finalizado Rpida en ejecucin.
f) Losa de impacto
Se construy una losa de impacto a fin de proteger el pie de la
presa y asegurar la estabilidad de la misma presenta un diente de
hormign armado al pie de la misma para evitar la erosin
retrograda.
Figura 14a Losa de Impacto Vista Aguas Abajo
Esta estructura se plante de forma tal que copiara la seccin
natural del cauce del ro. De esta manera se evita hacer una losa
plana, lo que hubiera generado un mayor volumen de excavacin para
rectificar la zona de implantacin de la losa (Figuras 14a, b y
c).
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Figura 14b Losa de Impacto Corte Transversal
Figura 14c Losa de Impacto - Planta
g) Sistema de Auscultacin
El Sistema de auscultacin proyectado para la presa ha sido
diseado para realizar el control de seguridad de las obras durante
las etapas de construccin, primer llenado y operacin futura.
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Para ello se han distribuido distintos tipos de instrumentos de
auscultacin en aquellos sectores considerados ms sensibles para
detectar, con la mayor anticipacin posible, anomalas o cambios en
el comportamiento previsto en el proyecto.
Este conocimiento anticipado permitir implementar estudios de
verificacin del comportamiento estructural y/o adoptar medidas
correctivas que permitan evitar fallas o colapsos de las obras o
devolver las condiciones de seguridad apropiadas.
El proyecto cuenta con las herramientas para controlar los
siguientes parmetros:
Deformaciones Generales Caudales de Filtracin Presiones Neutras
en la Fundacin Nivel de Embalse Temperatura del Agua del Embalse
Temperatura de la Masa de Hormign Aceleracin Provocada por un
Sismo
CONCLUSION
Tal como se ha indicado, el presente trabajo tiene por objeto el
transmitir la experiencia relativa a la elaboracin del proyecto
ejecutivo y construccin de la presa de HCR situada sobre el Ro V en
la provincia de San Luis.
Se han analizado los criterios y soluciones adoptadas para las
diferentes etapas de la obra tales como el tratamiento de
fundaciones, el cierre principal y los laterales, los paramentos,
aliviadero y obras complementarias. Como aspectos relevantes se
destaca que la alternativa de materializar el cierre principal
mediante el empleo de HCR conjuntamente con paramentos de aguas
arriba y obras de alivio de hormign convencional, ha resultado
altamente satisfactorio.
En ese sentido, se destaca que se han alcanzado los requisitos y
exigencias de diseo requeridos en el proyecto tales como
resistencia, densidades e impermeabilizacin.
Con referencia a los criterios adoptados para el tratamiento de
fundaciones mediante densificacin de las mallas de consolidacin e
impermeabilizacin en funcin de los requisitos de cada sector, se ha
verificado mediante la ejecucin ulterior de ensayos que los
resultados alcanzados han sido los esperados.
Se ha verificado en modelo fsico que el los criterios de diseo
adoptados para la obra de control o alivio de crecidas ha
respondido satisfactoriamente para los caudales de 2.750 m3/s.
correspondiente a la crecida de recurrencia milenaria, como as
tambin para la crecida mxima probable cuyo caudal de pico resulta
de 3.600 m3/s. Agradecimientos
A todo el personal que particip de la ejecucin de la obra presa
Saladillo. Programa de Infraestructura Hdrica Subprograma Grandes
Obras Hdricas - Provincia de San Luis. A la Inspeccin de Obras. A
los profesionales que participaron en la elaboracin del proyecto
ejecutivo.
Referencias:
Informe final Jaime Lande & asociados S.A.
Saladillo Tratamiento de la fundacin Red Ingeniera.
Memorandos tcnicos varios Giovambattista Rocco Fava.
Laboratorio de materiales UNSJ.
Laboratorio obra Saladillo Rovella Carranza S.A.
