"RAISE BORING ", UMA ALTERNATIVA PARA EXECUcAO DE

POcOS PROFUNDOS ESCAVADOS EM ROCHA

Eng° Ludgero Pimenta de AvilaEng° Nelson Caproni JuniorEng° Geraldo Martins Filho

Furnas Centrals Eletricas S.A.

RESUMO

Este trabalho descreve a metodologia adotada para a execucao de 03 pocos debarramentos blindados, 01 pogo de ventilacao/exaustao, 01 pogo de circulacaovertical, 03 pocos de comportas e 03 tuneis de pressao, de grandes dimensoes,como parse integrada do circuito hidraulico de geragao das obras sublerraneasdo Aproveitamento Hidroeletrico de Sao Felix - Usina Serra da Mesa, escavadosem granito de alla qualidade geomecanica, utilizando o sistema RAISE BORING,alternativamente a oulros processor.

1. INTRODUCAO

A necessidade de execuado de 8 pogos de grande profundidade, alem de 3 tuneis de pressao inclinados,como pane integrante do circuito hidraulico de geragao do Aproveitamento Hidroeletrico de Sao Felix - Usinade Serra da Mesa, conduziu a uma solugao de se executar preliminarmente um pogo piloto utilizando o sis-tema RAISE BORING, atraves do qual, posteriormente se Para o alargamento deste, por escavadoo descen-dente a logo, ate as linhas finais do projeto.

2. LOCALIZACAO E DESCRIcAO DA OBRA

A Usina de Serra da Mesa esta situada no rio Tocantins, aproximadamente 15 km a jusante da foz do rioTocantinzinho, na divisa dos municfpios de Minagu e Colinas do Sul, estado de Goias, distando em linha rela230 km de Brasilia na diregao N.NO.

A sua caracteristica principal reside no faro de ser subterraneo todo o circuito hidraulico de geragao, es-cavado em rocha granitica de alla qualidade, cujo arranjo geral a mostrado na Figura 1.

0 circuito hidraulico de geragao compreendendo Canal de Adugao escavado em rocha a ceu aberto;Tomada D'Agua, Tuneis de Pressao, Casa de Forga, Tuneis de Sucgao, Chamine de Equilibrio e Tunel deFuga subterraneos; e Canal de Fuga de pequena extensao escavado a ceu aberto a mostrado na Figura 2.

A caverna da Casa de Forga possui 140 m de comprimento, 29 m de largura e 70 m de altura e abrigar$ 3unidades geradoras com capacidade total instalada de 1200 MW.

A caverna da Chamine de Equilibrio tem um comprimento de 69 m, largura de 20 m e altura de 64 m.

No total o circuito hidraulico de geragao tem um volume de escavadoo em rocha a ceu aberto de 500.000,003, e subterraneo de 550.000,00m3 e um volume de concreto de 60.000,00 m3m .

O arranjo geral do projeto preve a implantagao de uma Barragem de Enrocamento com nucleo de argils,para barramento do rio, com uma altura total de 150 m, comprimento na crista de 1510 m e um volume totalde aproximadamente 12.000.000 m3.

0 Vertedouro, convencional de superffcie e com capacidade para descarga de ate 15.000 m3/seg, estasituado em uma sela independence na margern direita, e tem como caracteristica principal o aproveitamentode um talvegue natural em rocha como calha de restituigao.

O desvio do rio foi executado atraves de 2 tuneis escavados em rocha na margem direita, com 680 m decomprimento cada.

A vazao media do rio no local a de cerca de 800 m3/seg.O arranjo geral da obra a mostrado na Figura 3.

3. CIRCUITO HIDRAULICO DE GERACAO: POCOS PROFUNDOS E TUNEIS DE PRESSAO

Uma das caracterfsticas singulares da Obra de Serra da Mesa, e o circuito hidraulico de geragaosubterraneo, com a presenga em particular de 8 pogos profundos com um total de 807 m de comprimento,

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 339 -

poc, JE

LE C ,'.T k

CIRCUITO HIDRAULICODE GERAgAO

FIR ,Q- , E..cE*1

T Ut;E;. f)Fc[SS^

E. 4,:,1_

TUBE.- ; E

FIG 1

- 340 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

IIklN

QN

o IIQOIIWWI' a00

wZ I I W

O' 7q

I^ WmJ

O

I ?

^ -

OW II

0 O IIW II

M II

i L

W I I

00N

U0

00

NN

FIG. 2

6

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 341 -

FIG. 3

- 342 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

alam de 3 tuneis de pressao com um total de 286 m de comprimento , cujas caracterfsticas estao indicadasno quadro abaixo. Em razao dessas peculiaridades , do cronograma da obra, e questoes econ6micas, es-tudou -se varias alternativas para a execugao desses pogos e tuneis de pressao.

Qt Se00 Dimensbes

(m)Comp. Total

(m)

Volume Total

(m)Pogo das Comportas 03 Retangular 10,6 x 8 ,0 177,00 15.000Pogo de Barramentos Blindados 03 Circular ¢ = 5,5 369 , 90 9.000Pogo de Ventilageo a Exaustao 01 Circular min = 6,0 140 , 00 5200

Omax = 8,9Pogo de Circulageo Vertical 01 Eliptico Omaior = 8,2 120 , 80 4 . 500

¢menor = 5,6

Tunel de Pressao 03 Circular 0=10 286 , 50 22 . 50011 1.094,20 56.200

4. POCOS PROFUNDOS : PROCESSOS EXECUTIVOS

A metodologia de escavagdo de pogos profundos e tuneis inclinados , corn o advento de novos equipamen-tos e materials apresentou nos ultimos anos uma grande evolugao , corn simplificagao da sequencia exe-cutiva , melhoria das condigoes de seguranga dos servigos e redugao dos custos de construgao, resultandonuma otimizagao dos cronogramas executivos e corn consequente diminuigao dos tempos de construgao.Inicialmente , as escavagoes desses pogos eram realizados de forma bastante rudimentar , corn as mesmassendo executadas em segao plena onde os materiais detonados eram removidos em cagambas igadas ate asuperficie . 0 croqui abaixo ilustra essa solugao.

Posteriormente , passou-se a executar estes pogos, escavando-se no interior de sua segao urn pogo piloto,de pequenas dimensoes , ate sua profundidade total. A rocha escavada no alargamento ate as dimensoesfinais de projeto , feito em bancadas , a removida atraves do pogo piloto pela pane inferior, por metodo usuaisde escavagdo, conforme croqui abaixo.

Uma otimizagao aos processos citados nos paragrafos anteriores , consiste na execugao previa do pre-fis-suramento , na linha de contorno do pogo a na profundidade limite do equipamento de perfuragao, o qualsera detonado por inteiro em uma unica vez, resultando normalmente em urn acabamento de muito boaqualidade . 0 croqui abaixo ilustra essa situagao.

- XIx SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 343 -

a\

dt INHA DE PROJETO

I

LINHA DE PRE •FISSURAMENTO

Outro aperfeigoamento nos matodos acima descritos pode ser obtido na escavacao dos varios rebaixos embancadas de 1,50m . Este aperfeigoamento consiste em executar -se todo o piano de perfuragao , na segao dopogo, na profundidade total ou ate o limite do equipamento . Na sequdncia os furos sao preenchidos com

arela , a qual 6 removida em trechos de 1,50m, correspondentes a altura das bancadas a serem detonadas.Desta maneira o equipamento de perfuracao a posicionado uma unica vez sobre o poco , evitando-se

alternancia de atividades diferentes na escavagao do pogo . No croqui a seguir ilustramos essa solugao.

/ ,.Cr 1011"

16 0 0 0./ O 0 N

0 O J 0

o 0 0 0 LINHA DE PROJETO

10 j o0 0 0 0

,0 0 0 0 0 d

O 019 0 0 O,

0.- 011-0-1.01

FURAcAO PREENCHIDACOM AREIA

Recentemente , para a execurao de pogos com grandes profundidades e que possuam condigoes de acessoa sua pane Inferior , tem silo utilizado para a realizagao do pogo piloto , um processo mecanizado, geral-

mente ascendente , empregando a plataforma ALIMAK equipada com elevador de servigo.

Atualmente , marcando a evolugao desse tipo de servigo , destaca-se a utilizagao do emprego de equipamen-to de perfuragAo de grande diametro para a escavagao desses pogos piioto , com o sistema RAISE BORING.

Na Figura 4 apresenta -se esquematicamente esses doss ultimos processos executivos.

- 344 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

E

V

N

zcr

cnIl l

FIG. 4

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 345 -

5. SOLUCAO ADOTADA NA USINA DE SERRA DA MESA

Na obra de Serra da Mesa adotou-se o sistema RAISE BORING o qual consiste na perfuragao rotativa do umfuro guia com 27 , 9 cm de diametro , a partir do topo do pogo, que prolonga -se ate sua parte inferior. Emseguida , esse furo guia foi alargado para 2 , 44 m de diametro por processo rotativo , utilizando uma coroaalargadora tambem de 2,44 m de diametro , de baixo para cima, ate o topo, obtendo-se assim o pogo piloto.0 alargamento ate as dimensoes finais de projeto sera executado pelos matodos convencionais.

Essa solugao escolhida , alem de apresentar uma excelente qualidade na superficie acabada da rocharemanescente , obteve ainda:

- Alta produtividade

- Total seguranga para o pessoal envolvido nos servigos- Eliminagao de chocos e tratamentos provisbrios na rocha- Minimizarao de pertubara" o a rocha remanescente pela nao utilizagao de explosivos.

As fotos 1 a 3 apresentam os resultados da execugao dos poros piloto.

FOTO I - Pogo piloto concluldo com di®m.tro 2,44 m

FOTO 2 - Pogo piloto concluldo, visto do sum part. Interior

- 346 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

FOTO 3 - Pogo photo concluldo, visto de sun parts superior

5.1 Sistema RAISE BORING

0 sistema RAISE BORING consiste de uma torre de perfuragao com macacos hidraulicos de empuxo, mon-tada sobre uma carreta de esteiras autopropelida por motor a ar comprimido, associada a uma unidadeeletro-hidraulica independente, da marca ROBBINS modelo 73 RM-DC, com capacidade para executar furosde grande diametro e profundidade, com aux1io de uma coroa alargadora, acoplada a uma coluna deperfuragao. As fotos de 4 a 7 apresentam, respectivamente, o equipamento e as coroas de perturagao.

5.2 Processo Executivo

0 processo executivo utilizando o sistema RAISE BORING, para a execugao dos pogos piioto, na obra daUsina Serra da Mesa consistiu basicamente das seguintes etapas:

a) Executou-se, primeiramente , urna galeria de acesso a pane inferior dos pogos . Para os pogos do bar-ramento blindado , ventilagao/exaustao , circulagao vertical e tuneis de pressao, essa galeria fol exe-cutada quando do rebaixo das escavagoes da Cavern da Casa de Forga. Para os pogos dascomportas o acesso a pane inferior foi pelo tunel de adugao da tomada d'agua. ,

b) Instalagao da torre de perfuragao e acessbrios no topo do pogo a ser escavado, ancorando-se o con-junto em uma base de concreto previamente executada.

c) 0 servigo foi iniciado com a perfuragao de urn furo guia corn diametro de 27,9 cm, atraves de umacoroa tric6nica acoplada a uma coluna de perfuragao , ate atingir a galeria de acesso executada naparte inferior do pogo. A coluna de perturagao a constitulda de hastes corn 1,50 m de comprimento ediametro igual a 25,4 cm, e as mesmas sao movimentadas para seu acoplamento uma as outras porurn brago robotizado existente na prbpria maquina . A rocha a removida pela boca do furo atraves daagua de circulagao que tambem auxilia na refrigeragao da coroa triconica.

d) Apbs a condusao do furo guia, a coroa triconica foi substitulda , na prbpria galeria de acesso, por umacoroa alargadora com diametro de 2,44 m, acoplada a coluna de perfuragao. Por movimento rotativoascendente , transmitido pelo conjunto eletrico-hidraulico do equipamento, completou-se a execugaodo pogo piloto. Nesta fase nao necessity de egua de circulagao, corn o material fragmentado sendoremovido pela galeria de acesso.

As Figuras 5 a 7 apresentam as segues esquernAtlcas das escavag6es executadas polo sistema RAISEBORING, na obra da Usina Serra da Mesa.

5.3 Resultados Obtidos

Na execugao dos pogos piioto polo sistema RAISE BORING, obteve-se urn avango medic na perfuragao dosfuros-gula de 1,70 metros por hora e no alargamento de 0,65 metros por hora.

A vida util da coroa tricOnica fol de 150 metros e da coroa alargadora de 250 metros. 0 desvio medio dosfuros executados fol de 3,5 millmetros por metro.

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 347 -

FOTO 4 - Equipamento de perfurajao

FOTO 5 - Equipamento de perturaceo em operageo

-348- - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

FOTO 6 - Coroa trlc6nica pare perfuracao do furo gula

FOTO 7 - Coroa alargada

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 349 -

POGO DE CIRCULACAO

VERTICAL

PLANTA

12,44 ,

SECAO

rt-

0III0N

LY

114

46180

r

t

%

EL341,00

7,5

POLO DE VENTILACAO

DA CASA DE FORA

PLANTA

t

6,0 006

SEC, AO

^EL.335,OO

FURO GUIA 0 = 279mm E POGO PILOTO 0= 2,44m DO RAISE BORING

DIMENSOES E ELEVAcOES EM METRO , EXCETO ONDE INDICADO DE OUTRA FORMA

FIG.5

- 350 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

POQO DAS COMPORTAS P0c0 DE BARRAMENTO

BL INDADO

5 , 50

PLANTA

PLANTA

2,44

SEcAO

_FURO GUTA 0 = 279mm E POQO PILOTO O= 2,44rr f» RAISE BORING

SEcAO

_OIMENSOES E E_EVAcoES EM METH, , EXCETO 0!.( E iNPICAOr) 1)E JUTkA PJRrMA

FIG F

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - -351-

TUNEIS DE PRESSAO

10,00

SEQAO TRANSVERSAL

EL.39?.C'0 +

H= 78,00

FL.3 fQ

SEcAO LONGITUDINAL

Oi FURO GUIA 0= 279mm E POGO PILOTO 0 = 2,44m DO RAISE BORING.

OIMENSOE; E ELEVAccES E'A METRO, EXCETO ONDE INDICADO DE OUTRA FORMA.

FIG 7

- 352 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -