Escavação do túnel de desvio da barragem de Odeleite

Escavação do túnel de desvio da barragem de Odeleite

Por

José Pinto Eng.º Geotécnico

[email protected] www.blastpeople.blogspot.pt

Setembro 2013

Resumo

Este artigo é uma versão alargada do que foi transmitido nas palestras proferidas pelo autor nas Delegações da Ordem dos Engenheiros de Coimbra, Lisboa e Porto em 27 de Outubro e 24 de Novembro de 1995, e 15 de Março de 1996, na conferência organizada pela AP3E – Associação Portuguesa de Estudos e Engenharia de Explosivos, subordinada ao tema “Utilização de Explosivos e Controlo dos seus Efeitos". Descreve-se as características do projeto e do maciço rochoso encontrado, o processo de execução e os planos de fogo aplicados na execução de um túnel hidráulico com 340 metros de comprimento e cerca de 75 m2 de seção. 1. INTRODUÇÃO. O sistema de Odeleite-Beliche representou um investimento do Estado Português, a preços de Janeiro de 1993, de aproximadamente 30 milhões de contos (atualmente cerca de 150 milhões de euros) para as infra-estruturas hidráulicas de fins múltiplos e de produção de água potável. A barragem de Odeleite foi adjudicada ao Consórcio Odeleite formado pelas empresas Mota & Companhia, Engil, Construtora do Tâmega, A. Silva e Silva e Carlos Eduardo Rodrigues. A Somague e a MSF participaram neste empreendimento na qualidade de subempreiteiro, tendo contratualizado com a Explo, Lda. a execução da escavação e suporte primário de 70 % do comprimento do túnel de desvio. A subempreitada decorreu entre Junho e Outubro de 1993, tendo o autor representado a Explo, Lda. na direção técnica da obra.


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2. BREVE DESCRIÇÃO DO PROJETO. Em Junho de 1993, em pleno Sotavento algarvio, na ribeira de Odeleite, afluente da margem direita do rio Guadiana, a Explo, Lda. dava início à subempreitada de execução do túnel de desvio provisório da ribeira, que permitiria o ensecamento dos locais onde seriam construídos a bacia de dissipação de energia do descarregador de cheias e o corpo da própria barragem. Mais tarde, com a conclusão desta, o túnel asseguraria a respetiva descarga de superfície e de fundo. A barragem, cuja construção se iniciou em Maio de 1992 (Fig.1), integra o aproveitamento hidráulico Odeleite-Beliche tendo como finalidade o abastecimento de água às populações e indústrias do Sotavento do Algarve. As águas das albufeiras de Odeleite (Fig. 2) e do Beliche foram ligadas através de um túnel de forma a garantir a exploração conjunta. Este aproveitamento permite o regadio de oito mil e seiscentos hectares de solos ocupados por culturas tradicionais, hortícolas e frutícolas.

Fig. 1 – Vista aérea da zona dos trabalhos. Fig. 2 – Vista aérea da barragem e albufeira de Odeleite. Fonte:www.inoxnet.com.

A estrutura da barragem foi construída em enrocamento, com uma cortina de impermeabilização em betão a montante. Foi também construído um dique com o nível superior à cota 55,00 (cota do coroamento da barragem) que completa o seu corpo.


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3. GEOLOGIA-GEOTECNIA.

3.1 ANTECEDENTES GEOLÓGICOS. A informação geológica do projeto, especificamente sobre o maciço rochoso a atravessar pelo túnel, baseava-se em dois perfis de resistividade elétrica e quatro sondagens situadas próximas da boca de montante e jusante. A restante informação dizia respeito ao levantamento geológico de campo, com a identificação do grau de alteração do maciço até poucos metros da superfície do terreno, e das mais importantes famílias de diaclases. Existiam ainda perfis sísmicos de refração e sondagens na zona onde iria ser instalada a bacia de dissipação. Da informação obtida através dos estudos geológicos-geotécnicos, foi elaborado um zonamento do maciço, estabelecendo três zonas geotécnicas com as características adotadas na tabela 1.

Tabela 1. – Zonamento geotécnico.

Zona Geotécnica

Alteração (W)

Fraturação (F)

RQD (%)

Permeabilidade (l/min.m)

E (MPa)

σc (MPa)

Fracturas (graus)

ZG1 W4-5 F4-5 < 25

>10

< 10.000 < 25 20

ZG2 W3 F4-5 25 – 75 10.000 a 50.000 25 – 50 30

ZG3 W1-2 F3, F1-2 > 75 < 10 > 50.000 > 50 35

Para definição do sustimento provisório, o projeto apresentou as recomendações de Bieniawski (1978), Rocha (1975) e Wickham et al. (1974), para cada zona geotécnica. 3.2 REGISTO GEOLÓGICO FINAL. A escavação do túnel atravessou vários tipos de rocha pertencentes à grande mancha carbónica do Baixo Alentejo. Genericamente, o maciço rochoso era constituído por xistos argilosos e siltitos (69,6%), xistos argilosos e siltitos com intercalações de bancadas de grauvaques (26,0%) e grauvaques maciços (4,4%). As rochas do tipo sedimentar, apresentavam um grau de metamorfismo de tal maneira baixo que se situavam na transição das rochas sedimentares para as rochas de metamorfismo incipiente. Quanto à sua resistência elas variavam entre medianamente duras a duras. Conforme é possível observar pelo perfil geológico (fig. 3 e 4) segundo o eixo do túnel, a estrutura apresentava-se moderadamente falhada ou dobrada, sendo esta caracterização válida para a totalidade do túnel.


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Fig. 3 – Perfil geológico segundo o eixo do túnel.

Fig. 4 – Zona de fecho de uma dobra anticlinal.

A cartografia geológica efetuada permitiu identificar vários sistemas de diaclases com as seguintes atitudes:

N30º-60ºE, 50º-80ºNW; N40ºW, 65ºS; N35º-50ºE, subvert.; N20ºE, 50SE

Fig.5 – Estereograma da fraturação.

Era constante ao longo da totalidade do túnel, um sistema de diaclases com direção N20º-35ºE, quase vertical e quase paralela ao eixo do túnel. Este sistema, dominante no túnel, apresentava espaçamentos entre 20 a 60 cm. Nas zonas em que as diaclases apareciam em xistos ou siltitos finos fortemente xistificados, elas apresentavam superfície lisa, abertas ou preenchidas por argila. Nas zonas onde havia dominância de grauvaques eram frequentes as diaclases com superfície rugosa e preenchidas por uma película fina de carbonatos.


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Eram frequentes os planos de estratificação que apresentavam zonas de esmagamento, em especial na zona de contacto de bancadas de grauvaques com xistos argilosos, correspondendo essas zonas de esmagamento a zonas de falha (Fig.6).

Fig. 6 – Zonas de contacto de bancadas de grauvaques com xistos argilosos.

Várias falhas foram intercetadas pela escavação: umas com caixa argilosa e com material esmagado, de espessuras superiores a 5 m e orientações N60ºE, 55NW; N35ºE, 50-55NW; N80ºW, 70N; outras com caixa mais reduzida, mas com igual composição e de orientação N-S, subverticais; e ainda outras com orientação N60ºE, 70NE com caixa de 0,5 m, argilosa e com carbonatos alterados exibindo escoamento de água.

Por último, importa referir que, em jeito de conclusão sobe o ponto de vista geotécnico, as reais condições geológicas encontradas revelaram um zonamento final francamente diferente do antecipado na fase de projeto (Tabela 2.)

Tabela 2. – Percentagens previstas e reais das zonas geotécnicas.

Zona Geotécnica Previsto Real Diferença

ZG1 15% 30% +15%

ZG2 15% 55% +40%

ZG3 70% 15% -55%

4. GEOMETRIA DA ESCAVAÇÃO E DIMENSÕES. O túnel com cerca de 340 m de comprimento era composto por dois troços retilíneos com, aproximadamente, 70 m e 245 m de comprimento, ligados por uma curva de concordância a 136º e com desenvolvimento de cerca de 24 m. Por razões hidráulicas, e em face das características geológicas e geomecânicas do maciço rochoso, foi determinado pelo Projeto uma seção em forma de ferradura para a escavação do túnel, com diâmetro variando os 8,90 e 9,90 metros. Conforme a representação das seções na figura 7, a seção tipo A era aplicável sempre que se encontravam situações geotécnicas SG1 e SG2 com fraco recobrimento, e a seção tipo B aplicável em troços que iriam funcionar em pressão e em situações geotécnicas SG2 e SG3.


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Fig. 7 – Seções tipo A e B

Em relação a estas seções e às respetivas condições de execução e de pagamento, foram definidas duas linhas teóricas “A” e “B”. A linha “A” representava o limite dentro do qual não poderia haver infraescavação ou elementos de sustimento não previstos para ficarem englobados no revestimento final. A linha “B”, equidistante 25 cm da linha “A” para o interior do maciço, correspondendo ao limite exterior das sobre escavações. 5. SUSTIMENTO PROVISÓRIO ADOTADO. O zonamento geotécnico estabelecido na fase de projeto teve por base os trabalhos geotécnicos e ensaios realizados. Sendo uma aproximação às condições reais do maciço, foi necessário ajustar as características do suporte às situações encontradas durante o avanço da escavação do túnel. Para esse efeito, foi adotado pelo Consórcio Odeleite e pelo INAG, a classificação geomecânica proposta por Wickham et al. (1974), como forma de caracterizar a qualidade do maciço rochoso na frente de desmonte e assim relacionar o tipo de suporte primário a aplicar. Para caso concreto das pregagens foi definido a sua aplicação dentro dos valores estabelecidos na tabela 3.

Tabela 3. Definição das pregagens em função da Classificação de Wickham.

Zona Geotécnica RSR Sustimento

ZG2 39<RSR<44 Sete pregagens por perfil afastadas de 1,5 m nas duas direções (7 por perfil afast. de 1,5 m)

ZG2 45<RSR<55 Cinco pregagens por perfil afastadas de 2,0 m nas duas direções (5 por perfil afast. de 2,0 m)

ZG3 56<RSR<66 Cinco pregagens por perfil afastadas de 2,5 m

ZG3 RSR>66 Betão projetado RSR- Rock Structure Rating


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Como instrumento de trabalho para a caracterização do maciço, foi utilizado um formulário onde eram avaliados os vários parâmetros da classificação geomecânica a partir dos elementos recolhidos no terreno (fig. 8).

Fig. 8 – Formulário para a classificação geomecânica no avanço.

6. PROCESSO CONSTRUTIVO. Como consequência das condições impostas pela própria obra, a escavação do túnel desenvolveu-se no sentido jusante para montante. As condições adversas evidenciadas nos emboquilhamentos, a ausência de informação do interior do maciço rochoso e as cautelas aconselhadas no Projeto, eram razões suficientes para eleger, com a devida prudência, o método de escavação mais adequado. Neste contexto, a escavação do túnel foi parcializada em duas secções, correspondendo à meia secção a teto e ao rebaixo. O avanço da escavação na meia secção superior iniciou-se com a abertura de uma galeria piloto de 3,40 m de largura por 4,45 m de altura. Em cada avanço de 2,70 m era determinado as reais caraterísticas do terreno e aplicado o sustimento provisório na abóbada. Após dois a três avanços efetuava-se a escavação lateral do maciço remanescente. Nesta fase dava-se continuidade ao sustimento já aplicado na abóbada. Sempre que no avanço da galeria piloto era detetada uma zona ZG1, parava-se a escavação, retomava-se os alargamentos e, já com meia seção totalmente aberta, aplicava-se as cambotas metálicas espaçadas de 60 cm e entivadas com toros de madeira. Depois de totalmente concluída a escavação da meia seção superior procedeu-se à execução do rebaixo com avanços de 3,60 m. O sustimento provisório seguiu o procedimento aplicado na 1ª fase.


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7. EQUIPAMENTOS.

A operação de perfuração foi realizada, em ambas as fases da escavação, por uma máquina electro-hidráulica Atlas Copco Bommer H127, com dois braços de perfuradores apetrechados com martelos hidráulicos COP 1032HD. Na 1ª fase da escavação o escombro foi carregado e transportado até à boca do túnel por duas pás mineiras, uma Wagner ST 31/2 (fig. 9) e uma Wagner ST 2D, e posteriormente transportado a vazadouro por um dumper Volvo 5350. Na fase do rebaixo o carregamento do escombro foi efetuado por escavadora giratória Akerman H10 e transportado por dois dumpers Volvo 5350 (fig.10).

Fig. 9 – Remoção do escombro da galeria piloto com pá mineira Wagner ST31/2.

Fig. 10 – Transporte do escombro da escavação da 2ª fase com dumper Volvo 5350.

O sistema de ventilação ficou assegurado por dois ventiladores insuflantes Berry Ø 600 mm de 13 e 15 Cv. A projeção de betão foi efetuada por via seca com uma máquina Aliva 240. 8. PLANOS DE FOGO. O dimensionamento dos diagramas de fogo teve por base o tipo de rocha, a atitude da estratificação, a pressuposta má qualidade do maciço rochoso, a preocupação em minimizar o efeito do desmonte na envolvente da escavação e atenuar a eventual deformação da matriz rochosa devido à abertura do vazio. Estes fatores de cuidado foram mantidos ao longo de toda a subempreitada. 8.1 GALERIA PILOTO E ALARGAMENTOS. Para a execução da galeria piloto dimensionou-se um plano de fogo com caldeiro em V ou cunha (V Cut), de seis furos convergentes auxiliados por quatro furos com ângulo mais aberto. O contorno do teto da galeria foi definido aplicando-se a técnica de smooth blasting.


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Na fase dos alargamentos procedeu-se à execução de furos paralelos horizontais com carregamento cuidadoso no contorno. Como resultado do overbreak gerado pela abertura da galeria piloto a furação de desmonte foi consideravelmente reduzida. A prévia abertura da galeria piloto conjugada com a qualidade do maciço rochoso, permitiu conseguir uma razão de avanço de 100% e uma carga específica média 570 g/m3. Nestas duas fases da escavação da seção superior, os furos foram carregados com cartuchos de Gelamonite 33% NG: calibre 32x400mm para o caldeiro e desmonte; calibre 25x200mm para a furação de contorno. Os planos de fogo tipo utilizados e os parâmetros principais são os que se apresentam nas figuras 11 e 12.

Parâmetro Unid Parâmetro Unid Área da seção 14,75 m2 Área da seção 16,36 m2 Diâmetro furo 43 mm Diâmetro furo 43 mm Comprimento furo 3,00 m Comprimento furo 3,00 m Avanço médio 2,70 m Avanço médio 3,00 m Nº furos 32 Nº furos 26 Volume 39,83 m3 Volume 49,08 m3 Carga total 52,60 Kg Carga total 27,79 Kg Carga específica 1,32 Kg/m3 Carga específica 0,57 Kg/m3 Metragem/pega 96 m Metragem/pega 78 m Perfur. específica 2,41 m/m3 Perfur. específica 1,59 m/m3 Fig. 11 – Plano fogo da galeria piloto. Fig. 12 – Plano de fogo dos alargamentos. 8.2 REBAIXO. À semelhança das fases anteriores, a execução do rebaixo foi realizada com perfuração horizontal, com diâmetros de 51 mm no desmonte central e 43 mm no contorno. A aplicação do plano de fogo dimensionado (fig. 13) para esta fase concreta, permitiu obter uma carga específica média de 380 g/m3, valor baixo se considerarmos que o desmonte não seguiu o método clássico do desmonte de pegas em bancada com furos verticais. Tendo presente a qualidade do maciço rochoso e a existência de duas faces livres, optou-se por aplicar juntamente com a Gelamonite 33% NG, um explosivo com maior volume de gases, a Amonite, na proporção de 53% para a dinamite e 47% para o


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explosivo pulverulento. O explosivo encartuchado em manga plástica foi aplicado no calibre de 40x550mm para os furos do desmonte, e para o contorno, cartuchos de Gelamonite 25x200 e Amonite 25x140mm ligados com cordão detonante de 12 gr/m.

Parâmetro Unid Área da seção 35,90 m2 Diâmetro furo contorno 43 mm Diâmetro furo desmonte 51 mm Comprimento furo 3,00 m Avanço médio 2,90 m Nº furos 21 Volume 104,10 m3 Carga total 39,90 Kg Carga específica 0,38 Kg/m3 Metragem/pega 63 m Perfur. Específica 0,60 m/m3

Fig. 13 – Plano de fogo do rebaixo. 9. CONSUMO DE EXPLOSIVO. A recolha e o tratamento dos dados obtidos em obra permitiram registar o consumo médio mensal de explosivo por metro cúbico ao longo da escavação do túnel. Visualizando os gráficos das figuras 14 e 15, constata-se uma variação da carga específica tanto na escavação da seção superior como na escavação do rebaixo. Na primeira situação, houve um aumento do consumo até ao Pk 144,00 e depois um decréscimo linear até ao Pk 237,73. Na segunda situação o consumo traduziu-se por uma diminuição do consumo desde o início da escavação. Cruzando os valores obtidos na avaliação geomecânica de Wickham, efetuada em cada avanço, com as cargas específicas aplicadas nas pegas de fogo, verificou-se que o maior consumo de explosivo correspondeu a um RSR de 71 ao passo que os consumos mais baixos corresponderam a um RSR inferior a 49.


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Fig. 14 – Variação da carga específica na escavação da abóbada.

Fig. 15 – Variação da carga específica na escavação do rebaixo

O estudo estatístico de um conjunto de pares de valores da carga específica aplicada e do RSR, determinado nas correspondentes frentes de avanço, mostrou haver uma correlação positiva forte e um coeficiente de correlação elevado entre as duas variáveis (fig. 16). Os resultados obtidos em obra mostraram que houve uma adequada aplicação da carga explosiva em função da qualidade do maciço atravessado pela escavação, isto é, cargas específicas baixas aplicadas em zonas onde o maciço rochoso apresentava fraca qualidade, e cargas específicas mais altas aplicadas onde o maciço apresentava boa qualidade, portanto mais resistente ao arranque com explosivos. Esta gestão permitiu minimizar a ação dinâmica das ondas vibratórias provenientes do desmonte.

76,00

144,00

215,23237,73

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

0

50

100

150

200

250

Jun-93 Jul-93 Ago-93 Set-93

Prog

ress

iva

de ju

sant

epa

ra m

onta

nte

(Pk)

Pk C. esp

Carga específica (kg/m3)

29,98

185,68

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0

2040

60

80100

120140

160180

200

Set-93 Out-93

Prog

ress

iva

de ju

sant

epa

ra m

onta

nte

(Pk)

Pk C. esp

Carga específica (kg/m3)


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Fig. 16 – Correlação entre a Carga específica e o RSR.

10. CONCLUSÕES. Na execução de túneis de grande seção é muito importante ter conhecimento de toda a informação geológico-geotécnica do maciço, de forma a escolher o método de escavação mais adequado à capacidade autoportante do terreno e assim dimensionar os equipamentos necessários. Sempre que a informação sobre a qualidade do maciço rochoso seja insuficiente, ou o maciço ofereça dúvidas quanto à sua capacidade de auto sustentação, é aconselhável tomar medidas cautelares quanto ao método de avanço e ajustar a utilização do suporte indicado no projeto de forma a garantir a segurança dos trabalhadores e equipamentos. O método de arranque com recurso a explosivos requer neste tipo de trabalhos um técnico especialista qualificado, com sólida experiência, de forma a assegurar a adequabilidade do plano de fogo e as características do suporte primário à zona geotécnica encontrada. Para este fim último, as classificações geomecânicas são um instrumento útil com detalhe suficiente para alcançar esse objetivo.

Cesp = 0,025xRSR - 0,4614Coef. correlação = 0,923

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Carg

a es

pecí

fica

(kg/

m3)

RSR


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DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA Hidroprojecto. Aproveitamento da Ribeira de Odeleite. Projecto. Estudos estruturais relativos aos órgãos hidráulicos, Volume I – Tomo 4. 1983. Hidroprojecto. Galeria de Desvio e Descarregador de Cheias. Estudo geológico-geotécnico. 1983. Pinto, J. – Apontamentos de obra. Odeleite, 1993. Sousa, M., Conde, L., - Estudo geológico-geotécnico do túnel de desvio da barragem de Odeleite e parecer sobre a classificação geomecânica do maciço rochoso e dos tipos de suporte temporários propostos. Coimbra, 1993.

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