CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DO CENTRO COMERCIAL DA CADEIA EL CORTE INGLÉS EM V. N. DE GAIA

Paulo PIMENTA Eng.º Civil, GEG, Lda. Portugal ppimenta@geg.pt; Hugo MARQUES Eng.º Civil, GEG, Lda. Portugal hmarques@geg.pt; António CAMPOS E MATOS, Prof. Auxiliar FEUP, Portugal acmatos@geg.pt

O artigo apresentado descreve algumas soluções estruturais do projecto de um centro comercial da cadeia El Corte Inglés em Vila Nova de Gaia, estando em curso a realização da obra, envolvendo as estruturas de contenção e túneis de acesso ao parque de estacionamento, a estrutura do edifício e da praça sobre o IC23.

Figura 1: Planta de localização

1. ESTRUTURAS DE CONTENÇÃO 1.1 Condições Geológicas Após a primeira campanha de prospecção em Janeiro/Fevereiro 2004 que compreendeu a execução de 21 sondagens mecânicas, instalação de dois piezómetros, recolha de amostras para a realização de ensaios de laboratório e ensaios de Lugeon, foram efectuadas durante o mês de Agosto de 2004, 9 sondagens complementares na zona inicialmente ocupada pelos edifícios existentes.

Os terrenos graníticos aflorantes são dominantemente constituídos por granitos de duas micas sintectónicos, relativamente à terceira fase da orogenia Hercínica. O maciço está envolvido por terrenos metamórficos que pertencem ao Complexo Xisto-Grauváquico. Na zona onde se insere o edifício do El Corte Inglês aflora o designado Granito do Porto, que corresponde a um granito alcalino, de duas micas, com predomínio de moscovite, de grão médio a grosseiro, leucocrata. Sobrejacentes aos granitos foi intersectado o aterro argilo-arenoso, com fragmentos de granito decomposto e cerâmica, por vezes lodoso. As sondagens complementares efectuadas identificaram uma areia fina, silto-argilosa, micácea de cor negra, correspondendo às aluviões. Estes terrenos condicionam um nível de água muito superficial que foi detectado nas sondagens. As leituras do nível de água efectuadas no interior dos furos definem um nível de água superficial e constante em todos eles. Estes dados foram confirmados por ensaios expeditos de remoção de água num troço limitado, que permitem observar que os furos ensaiados recuperaram rapidamente o nível de água. O histórico da zona identifica a água como uma constante, independente da estação do ano e em grandes quantidades. 1.2 Solução estrutural Para a execução da escavação com 23.5m de profundidade máxima para realização das caves do edifício a solução adoptada para a estrutura de contenção consiste na execução de uma cortina de estacas secantes com vários níveis de ancoragens provisórias, que serão em fase definitiva substituídas na sua função pelas lajes dos pisos. A cortina é realizada por um conjunto de estacas não armadas com 1.0 m de diâmetro, afastadas de 1.30 m, alternadas com estacas armadas, executadas posteriormente, com diâmetro e espaçamento igual às primeiras e que as intersectam parcialmente. À medida que se realiza a escavação vão sendo sucessivamente instalados os vários níveis de ancoragens, afastadas 2.60m entre si, aplicadas em vigas de distribuição em betão armado. Os valores do Pré-esforço aplicado variam entre 450 kN e 750 kN.

Figura 2: Perspectiva geral da obra em Abril de 2005

A opção por esta técnica construtiva resulta, fundamentalmente, da sua fiabilidade em terrenos heterogéneos, com frequente ocorrência de matérias rochosos e com nível freático elevado e também da sua exequibilidade face aos materiais mais frequentes no maciço interessado pela obra. A grande experiência da sua utilização no Porto, a possibilidade de ultrapassar prováveis heterogeneidades e a capacidade de se prolongarem em terrenos impermeáveis, contribuem também para as razões que ditaram a sua escolha. Com o recurso a esta solução, as paredes resultam impermeáveis, sendo apenas de admitir passagens insignificantes de água, localizadas. A realização de paredes interiores de betão ou de alvenaria, em segunda fase, permitirá resolver estes problemas pontuais.

Figura 3: Corte esquemático da contenção

A solução que se encontra em execução é uma variante do projecto inicial, tendo sido proposta pelo empreiteiro a substituição das estacas plásticas por colunas de Jet-grouting visando o encurtamento do tempo de execução da cortina. A utilização de colunas de Jet-grouting modifica o processo construtivo anteriormente descrito uma vez que inicialmente são executadas as estacas armadas e posteriormente é feita, entre as estacas, a injecção das colunas de Jet-grouting.

Figura 4: Frente Sul da contenção

Além da contenção para realização das caves do edifício, são ainda parte integrante do projecto dois túneis de acesso aos parques de estacionamento, sendo um sob a Rua Raimundo de Carvalho atingindo uma profundidade máxima de 9.0m, e o outro sob a rua de S. Cristóvão a 5m de profundidade. A solução adoptada para a sua realização consiste na execução de cortinas de estacas de 0.80m de diâmetro afastadas de 1.20m, escoradas no topo pela laje de cobertura, realizada antes da escavação do túnel. No túnel sob a rua Raimundo de Carvalho, dada a sua profundidade, existirá um nível intermédio de escoras de betão realizadas de forma faseada com o avanço da escavação.

Figura 5: Corte geológio-geotécnico pelo túnel da rua Raimundo de Carvalho

No dimensionamento das estruturas de contenção para a realização da escavação foi utilizado o programa Plaxis de cálculo de elementos estruturais de geotecnia mediante a utilização do método dos elementos finitos, com formulação em estado plano de deformação. O recurso a este software permitiu estimar o comportamento dos solos e edifícios vizinhos, ao nível de tensões, deslocamentos e assentamentos, de forma a acompanhar a evolução das fases de escavação, assim como as solicitações ao longo da própria estrutura que se pretende dimensionar.

Figura 6: Análise da evolução dos deslocamentos no programa PLAXIS

1.3 Plano de Instrumentação e Monitorização No âmbito da empreitada foi desenvolvido um plano de instrumentação que acompanha a construção da estrutura de contenção e a realização da escavação. Foram adoptados procedimentos de observação do comportamento da construção, do maciço e das estruturas adjacentes à obra. A implementação de um Plano de Instrumentação e Observação da obra teve como objectivo o controlo do comportamento da estrutura em execução, bem como do terreno e edifícios vizinhos, permitindo a sua comparação com o comportamento esperado, de acordo com as modelações realizadas com o recurso a programas de cálculo automático.

Figura 7: Frente Norte da contenção Assim, ao nível da estrutura de contenção, pretende-se detectar e acompanhar eventuais deslocamentos verticais e horizontais que possam ocorrer durante as operações de escavação e suporte. Relativamente à envolvente da obra, pretende-se monitorizar os efeitos que a sua implementação poderá causar, nomeadamente o assentamento do terreno adjacente à escavação, assentamentos diferenciais das estruturas próximas da obra, variação do nível freático, etc.

Figura 8: Evolução dos deslocamentos numa estaca medidos por um inclinómetro Foram instalados os seguintes equipamentos: 6 clinómetros em edifícios, 22 inclinómetros em estacas, 6 piezómetros, 22 marcas superficiais, 17 prismas topográficos em edifícios, 22 alvos topográficos em estacas ou vigas de encabeçamento, 42 réguas topográficas em edifícios e 48 fissurómetros (tell tale).

O acompanhamento das leituras é realizado com o objectivo de detectar antecipadamente algum indício de comportamento não esperado, estando as grandezas a medir sujeitas a limites de alerta. Se algum destes limites for atingido, deverá ser incrementada a frequência das leituras das grandezas em causa e serão analisados os desvios do comportamento medido relativamente ao esperado e, eventualmente, adaptar, se necessário, as soluções adoptadas. 2. ESTRUTURA DO EDIFÍCIO 2.1 Concepção estrutural O edifício tem seis caves e nove pisos elevados. A construção ocupa uma área de configuração trapezoidal com cerca de 11900 m2. A estrutura do edifício consiste num sistema constituído por lajes apoiadas em pilares e paredes de betão armado. As lajes de piso são na sua grande maioria constituídas por lajes maciças fungiformes betonadas in situ com a espessura de 0.32m, apoiadas numa malha ortogonal de pilares afastados de 8m nas duas direcções.

Figura 9: Corte transversal do edifício A extensa utilização da solução da solução de laje fungiforme, numa área superior a 110000 m2 implicou, necessariamente, uma optimização de soluções condicionada, essencialmente, pelas duas situações seguintes:

• Esforços de flexão e deformação tendo em consideração sobrecargas elevadas (5kN/m2 no estacionamento, 6kN/m2 nos pisos comerciais, 10kN/m2 no supermercado e zonas técnicas e 20kN/m2 na praça exterior e zona do cais de descarga) além das cargas permanentes correspondentes a revestimentos e o peso próprio da laje maciça.

• Verificação do punçoamento atendendo à necessidade de existência de aberturas junto

aos pilares Outras situações foram alvo de um estudo particular como foi o caso da existência de desníveis na laje, nomeadamente ao nível dos pisos -1 e 0, resultantes da necessidade de compatibilizar as cotas e pendentes dos arruamentos vizinhos com as do interior do edifício e que em diversos casos não coincidiu com o alinhamento entre pilares. Foi assim dada atenção particular à transmissão dos esforços horizontais resultantes de sismo e retracção nestes casos, além da verificação do seu comportamento em termos de deformação, esforços de flexão e corte.

Figura 10: deformação da laje do cais com desnível de 1.10m Pelo facto do edifício apresentar uma geometria em planta cujas dimensões máximas atingem os 110m nos pisos enterrados, e por não terem sido introduzidas juntas definitivas com movimento bilateral (contracção e dilatação), procedeu-se ao estudo global do edifício sob a acção da variação da temperatura e retracção, de modo a avaliar os efeitos nas lajes e nos pilares. Assim optou-se por realizar juntas construtivas provisórias, de movimento unilateral de contracção e utilizar um betão com uma composição em que a relação é A/C reduzida para minimizar os efeitos da retracção. Em zonas localizadas foi necessária a alteração da malha de pilares, daí resultando vãos maiores que os correntes o que justificou a opção por soluções alternativas. No caso da cobertura do cais de descarga, que atinge um vão máximo de 16.0 m, utilizaram-se vigas ���� de 0.80m de altura que por sua vez se apoiam numa viga metálica de construção soldada que vence 25,0 m de vão, tendo uma altura total de 2.0m.

Figura 11: Modelo de cálculo usado na análise do comportamento global da estrutura

do edifício com 4957 barras, 3244 nós e 1192 elementos finitos de casca

WNorm . (cm)m ax: 0,0246m in: -0,9700

0,0246

0,0

-0,0900

-0,1800

-0,2700

-0,3600

-0,4500

-0,5400

-0,6300

-0,7200

-0,8100

-0,9000

-0,9797

O cálculo das estruturas do edifício foi apoiado pelo programa comercial ROBOT Millennium V.18.0, baseado na teoria dos elementos finitos de grande versatilidade integrando análises dos materiais betão e aço.

Figura 12: 1º, 2º e 3º modos de vibração do edifício em planta (0.74Hz; 0.76Hz e1.04Hz)

As rampas de acesso e comunicação entre os 5 pisos de estacionamento subterrâneo desenvolvem-se ao longo da periferia desses pisos. Por este motivo, numa grande extensão, a transmissão das forças resultantes dos impulsos do terreno sobre a estrutura de contenção, após a desactivação das ancoragens provisórias, será transmitida indirectamente às lajes de piso através das rampas ou escoras e das paredes que as apoiam. Foi realizado um estudo com modelos tridimensionais que caracterizam as diversas situações para dimensionamento das paredes e escoras Figura 13: modelo com elementos de casca das rampas do estacionamento e deformada devido aos impulsos do

terreno

3. PRAÇA SOBRE O IC23 3.1 Concepção estrutural Para a realização da praça a norte do edifício com uma área de 2800m2, sobre o IC23 optou-se por realizar duas soluções estruturais distintas separadas por uma junta de dilatação.

Figura 14: perfil longitudinal da obra

Na estrutura designada por corpo A houve que atender aos condicionantes particulares que foram o facto de ter um viés de 60º e a necessidade de considerar uma espessura de recobrimento elevada para passagem de infra-estruturas na zona sob a Av. da República, alem das sobrecargas correspondentes ao tráfego rodoviário. A obra teria ainda que suportar impulsos de terra correspondentes a um desnível de 10.0m num dos encontros sem serem equilibrados no encontro oposto dado aí se encontrar a obra do El Corte Inglês. A solução proposta foi realizado um tabuleiro em laje maciça de espessura variável entre 0.70m e 0.85m. O encontro do corpo A é ligado monoliticamente ao tabuleiro, sendo constituído por um muro suportado por contrafortes. O muro continua lateralmente de modo a compatibilizar a estrutura com o corpo B. O encontro foi modelado juntamente com o tabuleiro, tendo-se obtido os resultados para dimensionamento das estruturas que o compõem directamente do modelo global. Os coeficientes de impulso estático foram calculados pelo método de Coulomb e os coeficientes de impulsos dinâmicos, devidos ao sismo, foram calculados pela teoria de Mononobe-Okabe.

Figura 15: Corpo A - corte transversal e fotografia da obra

No corpo B foi possível considerar uma espessura reduzida de recobrimentos mas os vãos a vencer passam a ser elevados. Optou-se por isso por um tabuleiro pré-fabricado constituído por vigas tipo I120 em betão armado e pré-esforçado, sendo o pré-esforço aplicado integralmente em fábrica. O espaçamento entre vigas é constante e igual 2,40m em toda a extensão da obra. Os vãos que estas vigas vencem variam ao longo do desenvolvimento da laje, não excedendo 20,90m.

Figura 16: Corpo B - corte transversal Foi ainda estudada uma solução que possibilitasse a escavação da ordem dos 12.0m até à cota da rasante do IC23. A localização da obra na proximidade de vias de circulação rodoviária na Av. da República requer que os processos construtivos e solução estrutural devem ser particularmente eficientes na contenção dos deslocamentos associados à execução da escavação. A continuação da obra em túnel para atravessamento da avenida, numa fase subsequente, condiciona a solução adoptada pelo facto de não se poder interferir com os elementos que irão ser executados posteriormente. A solução adoptada consiste na execução de uma cortina de estacas secantes com três níveis de ancoragens provisórias. A cortina é realizada por um conjunto de estacas não armadas com 0.80m de diâmetro, afastadas de 1.20 m, alternadas com estacas armadas, executadas posteriormente, também com 0.80 m de diâmetro e afastadas de 1.20m que interceptam parcialmente as primeiras. Cada um destes níveis é constituído por ancoragens afastadas de 3.60 m , aplicadas numa viga de distribuição em betão armado. O condicionamento referido pelo facto de não se poder interferir com os elementos que irão ser executados posteriormente obrigou à realização de ancoragens com um desvio em planta até 59º em relação à face da contenção. Os valores do Pré-esforço aplicado variam entre 550 kN e 1000 kN, daqui resultam forças rasantes à cortina que são transmitidas ao terreno pelo funcionamento conjunto das estacas secantes e estacas armadas como parede.