EDIFÍCIO EM LISBOA: CONTENÇÃO PERIFÉRICA, FUNDAÇÕES E

EDIFÍCIO EM LISBOA: CONTENÇÃO PERIFÉRICA, FUNDAÇÕES E
TRATAMENTO DE SOLOS SOBRE O TÚNEL DO METROPOLITANO
BUILDING IN LISBON: PERIPHERAL WALLS, FOUNDATIONS AND SOIL
IMPROVEMENT OVER THE METRO TUNNEL
Pinto, Alexandre, JetSJ Geotecnia Lda., Lisboa, Portugal, [email protected]
Cardoso, Duarte, JetSJ Geotecnia Lda., Lisboa, Portugal, [email protected]
Ferreira, Fernando, Tomás de Oliveira S.A., Oeiras, Portugal, [email protected]
Farinha, Teresa, Metropolitano Lisboa S.A., Lisboa, Portugal, [email protected]
Jesus, Vítor, Ferconsult S.A., Lisboa, Portugal, ví[email protected]
RESUMO
No presente artigo são descritos os principais critérios de concepção e de execução adoptados
nas soluções de contenção periférica e de fundações de um edifício, com 10 pisos elevados e 3
caves, em construção sobre a galeria do túnel do Metropolitano de Lisboa (ML) na Quinta das
Conchas, no Lumiar. A escavação, necessária à construção deste edifício, apresenta uma
profundidade máxima de cerca de 11m, intersectando aterros e terrenos do Miocénico,
terminando a cerca de 3,5m do coroamento da galeria da Linha Amarela do ML, em exploração
e dispondo de revestimento em aduelas pré-fabricadas. Neste enquadramento, foi necessário
conceber e executar uma solução que garantisse o não empolamento da referida galeria, durante
a fase de escavação, e a transmissão ao terreno de fundação das cargas, provenientes do edifício,
em condições de segurança para o edifício e para a galeria do ML.
ABSTRACT
The aim of this paper is to present the main design and execution criteria related with the
adopted solutions for both the peripheral walls and the building foundations, this one with 10
upper floors and 3 underground floors, built over the Lisbon Metro (ML) tunnel, at Quinta das
Conchas, Lumiar. The excavation had an overall depth of about 11m, intersecting mainly fills
and Miocene soils, resting just about 3,5m from the ML tunnel, under exploration and lined
with precast concrete segments. In this scenario it was necessary to design a double function
solution which should, during excavation works, prevent from heaving the ML tunnel, and after
the building construction, allow a safe behaviour of both the tunnel and the new building.
1. INTRODUÇÃO
O recinto onde foi realizada a escavação localiza-se numa zona urbana e dispõe de uma área
com geometria em planta aproximadamente rectangular com cerca de 19,30x27,50m2. A altura
total da escavação é variável entre cerca de 8m, no alçado Norte, e 11m, no alçado Sul. O
recinto apresenta as seguintes confrontações (Figura 1):
- Alçado do topo Norte: Av. Maria Helena Vieira da Silva.
- Alçados Nascente e Poente: edifícios com estrutura em betão armado, com 10 pisos
elevados e cobertura e três ou dois pisos enterrados, a Nascente e a Poente. Atendendo às
características dos terrenos identificados à cota de fundação dos edifícios, veio a
confirmar-se a respectiva fundação indirecta por estacas ou directa por laje de fundo.
- Alçado do topo Sul: Rua Prof. Salazar de Sousa.
Figura 1 - Vista da obra a partir da Av. Maria Helena Vieira da Silva e planta de localização
Os principais condicionamentos que afectaram as soluções estudadas e implementadas
encontravam-se associados às condições geológicas e geotécnicas do local e, fundamentalmente,
à passagem do túnel da Linha Amarela do ML, no troço localizado entre a estação Campo
Grande e Quinta das Conchas, em toda a extensão do lote, na direcção Sul – Norte, e com um
reduzido recobrimento em relação ao fundo da escavação. A cota final de escavação, +82,75,
encontrava-se a apenas cerca de 3,5m acima da cota mais alta da abóboda do túnel (Figura 2).
Atendendo aos principais condicionamentos existentes, foi realizada uma solução de contenção
do tipo “Berlim Definitivo”, travada por escoramentos metálicos nos topos. Esta solução foi
ainda devidamente integrada com a solução de fundação e de protecção ao túnel do ML, a qual
consistiu na realização, no fundo da escavação, de uma laje de tampão em colunas de jet
grouting 1200mm, pregada através de microestacas, complementar ao pórtico de protecção,
igualmente em jet grouting, pré - existente e realizado anteriormente à execução do túnel do
ML. Esta laje permitiu o travamento da contenção abaixo da cota de escavação e,
fundamentalmente, o confinamento e a protecção do túnel durante a escavação. As microestacas
que pregaram a laje de jet grouting dispunham, assim, da dupla função de elemento de
pregagem, na fase provisória de escavação, e de elemento de fundação do edifício, na fase
definitiva, durante e após a construção da estrutura do mesmo edifício.
Figura 2 – Alçados Norte e Poente
Nos alçados Norte e Sul foi ainda realizado o tratamento prévio dos materiais de aterro
localizados na face do talude da escavação. Este tratamento consistiu na execução de uma
cortina, dupla ou tripla, de colunas de jet grouting 1200mm afastadas de 1m, com a dupla
função de tratamento e de contenção provisória dos terrenos, procedendo-se, posteriormente, à
execução de uma contenção tipo Berlim Definitivo, betonada contra as referidas colunas. Em
fase definitiva o travamento da parede é conferido pelas lajes dos 3 pisos enterrados, as quais
por razões relacionadas com o isolamento das vibrações, são estruturalmente desligadas das
paredes periféricas (Figura 2).
2. PRINCIPAIS CONDICIONAMENTOS
2.1. Condicionamentos geológicos e geotécnicos
A partir das informações recolhidas através da campanha de prospecção realizada antes do
desenvolvimento do Projecto, foi possível confirmar a ocorrência no local de uma cobertura de
aterros, sobre o substrato Miocénico de Lisboa, correspondente às “Areias da Quinta do
Bacalhau”, podendo, relativamente a estas formações, ser destacados os seguintes aspectos:
- Depósitos de aterro de cobertura: apresentam espessura muito variável, entre cerca de 4,5
a 15m. Tratam-se nos níveis superficiais de materiais heterogéneos, pedregosos, de
granulometria extensa, incluindo abundantes fragmentos líticos e restos cerâmicos. Os
valores de NSPT obtidos variam entre 1 a 14 pancadas.
- Substrato Miocénico: constituído por areias finas e por areias médias, siltosas e, por vezes
silto argilosas. Os níveis mais superficiais apresentam-se descomprimidos, como atestam
os valores de NSPT compreendidos entre 16 e 42 pancadas, correspondentes a solos
granulares, medianamente compactos a compactos. Nos horizontes mais profundos foram
detectados materiais miocénicos, muito compactos, caracterizados por valores de NSPT
superiores a 60 pancadas.
Relativamente ao nível da água, o mesmo não foi detectado, quer durante a campanha de
prospecção, quer durante a obra, acima ou próximo do fundo da escavação.
No âmbito do dimensionamento das soluções implementadas foi efectuado um zonamento
geotécnico e foram estimados os valores dos parâmetros geomecânicos apresentados
resumidamente na Figura 3, os quais vieram, em geral, a ser confirmados no decorrer dos
trabalhos, a partir da comparação entre as deformações estimadas em fase de cálculo e as
obtidas em obra, através do PIO implementado.
Figura 3 – Parâmetros geomecânicos considerados e vista dos trabalhos de jet grouting
2.2. Condicionamentos relativos à proximidade do túnel do ML
Atendendo à proximidade do túnel da Linha Amarela do ML, em exploração, assim como à
constituição do revestimento mesmo por um conjunto de aduelas pré-fabricadas, as soluções
adoptadas foram concebidas de forma a limitar o impacto no normal funcionamento do túnel.
Neste enquadramento, foram analisadas, em particular, duas situações limite, tirando partido da
versatilidade das soluções recorrendo a microestacas e a colunas de jet grouting (Figura 4):
- Durante os trabalhos de escavação, com o objectivo de evitar empolamentos do túnel do
ML.
- Após a construção do edifício, com o objectivo de garantir a transmissão ao terreno das
cargas provenientes do edifício, em condições de segurança para o próprio edifício e para o
túnel do ML.
Figura 4 – Secção transversal tipo e planta da laje de tampão de fundo em jet grouting, sob laje
de fundo em betão armado
2.3. Condicionamentos relativos a serviços afectados e a condições de vizinhança
Antes do início da obra foi efectuada a confirmação da localização de todos os serviços
enterrados, situados sob os passeios dos dois arruamentos, de forma a salvaguardar o seu normal
funcionamento durante e após a conclusão dos trabalhos. Conforme pratica corrente neste tipo
de intervenções, foi ainda efectuada a indispensável vistoria aos edifícios vizinhos,
complementada, em fase de obra, pelo reconhecimento das respectivas fundações.
2.4. Condicionamentos de natureza estrutural
As soluções propostas permitiram a realização da estrutura interior do edifício, isolada do ponto
de vista vibrático dos elementos em contacto com o terreno, paredes periféricas e laje de fundo,
conforme definido no Projecto de Estabilidade, por razões relacionadas com a necessidade de
limitar a transmissão de vibrações, induzidas pela circulação no túnel do ML, à estrutura do
edifício. Este aspecto veio ao encontro das preocupações actuais do ML, no sentido de assegurar
a menor interferência possível da circulação das composições do ML no desejável conforto
acústico e vibrático dos futuros utilizadores do edifício.
3. SOLUÇÕES ADOPTADAS
3.1. Alçados Nascente e Poente que confrontam para edifícios vizinhos
Nos alçados que confrontam para os edifícios vizinhos foi adoptada uma solução de contenção
periférica, constituída por painéis em betão armado, com 0,25m de espessura mínima, por
condicionamentos de natureza arquitectónica, apoiados provisoriamente em microestacas
verticais, com secção tubular, N80 139,7x9mm (API 5A). Estas foram dotadas de uniões
exteriores, nos troços localizados acima do fundo da escavação, executadas exteriormente à
parede e solidarizadas a esta através de cachorros metálicos, devido a condicionamentos
determinados pela espessura da mesma parede e pela proximidade à empena dos edifícios
vizinhos (Figura 5).
Na sequência da avaliação, antes e durante a obra, das condições de fundação dos edifícios
vizinhos, os painéis da parede acabaram por ser travados apenas por escoramentos, de canto.
Em fase definitiva, as próprias lajes dos pisos das caves, embora estruturalmente desligadas das
paredes periféricas, serão responsáveis pela estabilidade das referidas paredes, face aos
impulsos provocados pelo terreno e pelos edifícios vizinhos, sendo os sistemas de escoramento
provisórios desactivados após conclusão da referida estrutura, acima da cota do piso localizado
ao nível dos arruamentos e da viga de coroamento.
Figura 5 – Vistas da contenção no alçado Nascente, confrontante para um dos edifícios vizinhos
3.2. Alçados Norte e Sul que confrontam para os arruamentos vizinhos
Nos alçados de topo, que confrontam para os arruamentos vizinhos, foi igualmente adoptada
uma solução de contenção periférica, constituída por painéis em betão armado, mas com 0,30m
de espessura, apoiados provisoriamente em microestacas verticais, com secção tubular, N80
139,7x9mm (API 5A), embebidas nos painéis. As microestacas localizadas no enfiamento do
túnel do ML foram seladas no interior das colunas de jet grouting que materializaram a laje de
tampão de fundo. Os painéis foram, na sua generalidade, travados provisoriamente por
escoramentos, por vigas em betão armado e por vigas treliçadas metálicas, auto-portantes para
esforços e deformações. Este sistema de travamento, em conjunto com a laje de tampão de
fundo, permitiu dispensar a execução de ancoragens. Estas últimas deveriam, necessariamente,
dispor de grande comprimento livre, devido à espessura dos materiais de aterro, transmitiriam
ainda cargas verticais à parede da contenção, que, por sua vez, deveriam ser desviadas do túnel
do ML, localizado subjacente à mesma (Figura 6).
Complementarmente, de forma a limitar a descompressão da face dos materiais de aterro
escavados e, em particular, a permitir a desmontagem das treliças de forma devidamente
compatibilizada com a construção das lajes dos pisos enterrados, foi realizado um tratamento
prévio dos referidos materiais de aterro, localizados a tardoz da parede, através de uma cortina,
dupla ou tripla, de colunas de jet grouting 1200mm afastadas de 1m. A geometria deste
tratamento foi confirmada em função da localização e do tipo de serviços enterrados existentes
sob os arruamentos (Figura 2).
Tal como para os alçados Nascente e Poente, em fase definitiva, as próprias lajes dos pisos das
caves, embora estruturalmente desligadas das paredes periféricas, serão responsáveis pela
estabilidade das referidas paredes, face aos impulsos provocados pelo terreno e pelas
sobrecargas rodoviárias, sendo os sistemas de escoramento provisórios desactivados de forma
devidamente compatibilizada com a execução da estrutura.
Por último, refere-se que os dois alçados de topo tiveram, antes dos trabalhos de escavação, de
ser solidarizados através das vigas de coroamento, localizadas ao longo dos alçados
longitudinais, de forma a assegurar o equilíbrio das reacções nas escoras de canto, evitando que
as mesmas fossem transmitidas às empenas dos edifícios vizinhos (figuras 2 e 6).
Figura 6 – Vista da contenção nos alçados Sul e Norte
3.3. Fundação e protecção ao túnel do ML
Como solução de protecção ao túnel do ML foi executado um tratamento do terreno através de
uma laje de tampão de fundo em colunas de jet grouting, 1200mm, em praticamente toda a
área do recinto de escavação, executadas a partir da cota +82,75 e antes da escavação progredir
abaixo da cota do piso -1, com uma espessura mínima de 2,5m. Esta laje funcionou em
complemento ao mesmo tipo de tratamento, com conFiguração em pórtico, realizado antes da
execução do túnel, pelo sistema de tuneladora (TBM) com revestimento em aduelas pré fabricadas (Sousa, R.L. e Melâneo, F. 2002). Conforme prática corrente quando este tipo de
solução é adoptada, foram realizadas, previamente ao inicio dos trabalhos, sondagens para a
confirmação da localização do pórtico pré-existente, assim como de colunas teste para aferição
prévia das características resistentes, através de ensaios laboratoriais, e geométricas, através de
carotagens, das colunas definitivas, integrantes da referida laje (Figura 3).
Imediatamente sobre a laje de tampão de fundo em colunas de jet grouting, foi realizada uma
laje de fundo, em betão armado, dispondo de vigas e de capitéis invertidos, onde foram
encabeçadas as microetacas (Figuras 4 e 7) e instalados os sistemas anti-vibráticos.
No âmbito da solução de fundação concebida, volta-se a destacar o facto da referida laje de
tampão de fundo em colunas de jet grouting ter sido pregada ao terreno através de microestacas
de secção tubular TM-80 139,7x9mm (API 5A), armadas com um varão 32mm em
A500NR no seu interior e seladas, no mínimo 6m, em terrenos não perturbados pela escavação,
distanciados 3 a 5m da face do túnel. A opção por esta secção de tubo e pela colocação do varão
no seu interior foi condicionada pela necessidade de incrementar a rigidez axial das
microestacas. De forma a garantir que as cargas eram transmitidas ao terreno apenas na zona do
comprimento de selagem e que este correspondia a um elemento suficientemente rígido e fixo, a
injecção de selagem foi realizada através do sistema IRS, assim como o revestimento dos tubos
metálicos, ao nível do respectivo comprimento livre entre a face inferior da laje de jet grouting e
o início do bolbo de selagem, através de tubos de PVC lisos. Para melhorar a solidarização dos
tubos metálicos à laje de jet grouting e à laje de fundo em betão armado foi ainda adoptada uma
soldadura de cintas helicóidais ao fuste dos tubos (Figura 7).
Durante e após a construção do edifício as mesmas microestacas irão estar sujeitas a uma
inversão gradual dos esforços, passando a funcionar à compressão, como elemento de fundação
do edifício, determinado, assim, uma solução conceptualmente idêntica à definida pela empresa
responsável pelo Projecto de Estabilidade. Por razões de facilidade construtiva e de
compatibilização com a solução estrutural do edifício, o número total e a posição das
microestacas foram pontualmente ajustados, em relação ao definido na solução de fundações
por esta mesma Empresa.
Figura 7 – Vistas da execução das microestacas e da laje de fundação em betão armado
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
No presente artigo foram apresentados os principais aspectos relacionados com a concepção e
com a execução de soluções integradas de contenção, fundação e protecção à galeria do ML,
correspondendo a um cenário, tendencialmente mais frequente, face à expansão continuada da
rede do ML, em que a escavação e uma nova estrutura são realizadas sobre o túnel do ML, em
exploração (Pinto et. al. 2007). Até à data e quando as escavações já se encontram totalmente
concluídas, tem sido possível confirmar a eficiência das soluções adoptadas, através da
versatilidade das tecnologias e dos processos construtivos adoptados. Sublinha-se, assim, a
importância dos trabalhos preparatórios, campanha de prospecção geológica e geotécnica e
vistorias, e de acompanhamento quase permanente do comportamento da obra e das estruturas e
infraestruturas vizinhas, através do Plano de Instrumentação e Observação implementado e
ainda da análise de toda a informação, obtida em fase de obra, como a confirmação do cenário
geológico e as condições de fundação dos edifícios vizinhos (Figura 8).
Figura 8 – Vistas da obra na fase correspondente aos trabalhos de execução da laje de fundo
No enquadramento descrito, destaca-se novamente o facto do investimento inicial efectuado no
reconhecimento das condições geológicas, assim como nas vistorias a todas as estruturas e
infraestruturas vizinhas, incluindo o levantamento das condições de fundação dos edifícios
vizinhos e dos serviços enterrados, em complemento com o PIO adoptado, ter permitido a
optimização de soluções inicialmente definidas, em particular a não execução de ancoragens e a
optimização da laje de fundo em colunas de jet grouting.
Atendendo à importância dos procedimentos referidos, complementados pela instalação de um
sistema anti – vibrático na ligação da estrutura interior à estrutura em contacto com o terreno,
considera-se que as mesmas poderão vir a funcionar como referência para futuras intervenções
com enquadramento idêntico ao da descrita no presente artigo.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Dono de Obra, “Tomás de Oliveira S.A.”, a permissão para a
publicação da presente comunicação. Consideram ainda importante sublinhar que as soluções
implementadas resultaram de um trabalho de equipa, no âmbito do qual deve ser destacado o
papel importante, na verificação e na validação das soluções propostas, por parte da empresa
responsável pelo Projecto de Estabilidade “BETAR – Estudos e Projectos de Estabilidade Lda.”,
assim como do Eng. Jorge Perloiro, consultor da empresa “Tomás de Oliveira S.A.”. Os autores
referenciam ainda o facto de que para o sucesso, até ao momento das soluções adoptadas, ter
contribuído, com os trabalhos de campo de geotecnia e fundações especiais, a empresa
“Sondagens Rodio”, assim como a empresa “Gauss - Topometria e Monitorização Estrutural,
S.A.” nos trabalhos de instrumentação e observação.
REFERÊNCIAS
Sousa, R.L.; Melâneo, F. (2002). “Túneis NATM da extensão da Linha Amarela do
Metropolitano de Lisboa. Análise do comportamento”. Actas do 8º Congresso Nacional
de Geotecnia. LNEC, Lisboa, Portugal, 1191 - 1204.
Pinto, A.; Tomásio, R.; Cruz, S.; Carvalho, B (2007). “Special Foundations for an Urban
Viaduct in Lisbon”. 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical
Engineering, Volume 2 – 1.3: Foundations incidents and failures in urban areas. Madrid,
Espanha, 475 – 480.