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PALÁCIO SOTTO MAYOR:RECALÇAMENTO DE EDIFÍCIO CENTENÁRIO E ESCAVAÇÃO DE GRANDE
ALTURA EM MEIO URBANO
Pinto A.1; Ferreira S. 2; Lopes P. 3; Dias J. 4; Costa R. 5; Almeida F. 6
Resumo
O presente trabalho tem como objectivo a descrição dos principais critérios de concepção e execuçãoconsiderados na definição de soluções de contenção e recalçamento, projectadas e executadas no âmbito da obra doCentro Empresarial Palácio Sotto Mayor, assim como o comportamento do Palácio durante os trabalhos de escavação.Os principais objectivos da intervenção prenderam-se com o recalçamento do Palácio, de forma a viabilizar aconstrução de uma galeria subterrânea sob o mesmo, e com a execução de uma escavação para a construção de oitopisos enterrados, mantendo-se o Palácio no centro do recinto de escavação.
Abstract
The aim of this paper is to present the main design and construction criteria considered on the definition of earthretaining and underpinning solutions adopted at the Sotto Mayor Palace deep excavation works, as well as theirperformance during the different excavation phases. The main purpose of this work was the excavation for theconstruction of 8 floors below ground level, keeping in the middle of the site area the historic building of Sotto MayorPalace, as well as the underpinning of the Palace for the construction of a gallery under its structure.
Palavras – Chave
Escavação, Contenção, Recalçamento
INTRODUÇÃO
A valorização e ocupação dos espaços urbanos tem determinado nos últimos anos o aumento progressivo donúmero de estruturas infraestruturas enterradas, construídas ao abrigo de obras de escavação e contenção, nas quais assoluções adoptadas se encontram, em geral, condicionadas por razões de ordem geológica e geotécnica, condições devizinhança, serviços afectados, entre outras. Na mesma perspectiva de valorização dos espaços urbanos, tem-seigualmente destacado a preocupação com a preservação do património histórico e arquitectónico, a qual, na sua vertentegeotécnica, tem determinado o desenvolvimento de soluções construtivas de contenção e recalçamento,progressivamente mais adaptadas a este objectivo e às particularidades de cada cenário.
Tendo por base o enquadramento citado, no presente trabalho são descritos os principais critérios de concepçãoe execução de uma obra em meio urbano onde estiveram presentes, de forma articulada, as exigências relativas a umaescavação de cerca de 150.000m3 de terras, com altura máxima de aproximadamente 27m e numa área correspondente aum quarteirão com cerca de 95x80m2, e ainda com a necessidade de preservar a integridade de um edifício histórico,localizado no interior do recinto de escavação. O edifício em causa dispõe de cem anos de existência e foi classificadopelo IPPC como imóvel de interesse público (fig. 1).
PRINCIPAIS CONDICIONAMENTOS
Condicionamentos de ordem arquitectónica e estrutural
A solução adoptada foi significativamente condicionada pela necessidade de preservar a integridade do PalácioSotto Mayor. Este edifício, de estilo clássico e com influência francesa, foi projectado pelo Arqtº Ezequiel Bandeira econstruído entre 1902 e 1906, no local onde teria existido anteriormente o solar da família Mayer, construído no séculoXIX e demolido em 1900. O edifício é constituído por uma estrutura com paredes exteriores em alvenaria de pedra deboa qualidade, paredes do átrio interior em alvenaria de tijolo e paredes divisórias em tabique e alvenaria de tijolo. A
1 Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, 2700-391 Amadora, Portugal; [email protected] Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, 2700-391 Amadora, Portugal; [email protected] Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, 2700-391 Amadora, Portugal; [email protected] Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, 2700-391 Amadora, Portugal; [email protected] Somague Engenharia S.A.; R. Dr. António Loureiro Borges, nº9, 1499-053 Algés, Portugal, [email protected] Área Chave, S.A., R. Margarida Palla, nº7, 1495-143 Algés, Portugal; [email protected]
estrutura encontrava-se fundada directamente em formações miocénicas, dispondo de uma cave semi-enterrada, pisotérreo nobre, 1º piso e mansardas, ocupando uma área em planta de cerca de 30x30m2 (fig. 1).
No início dos anos 90 teve lugar um incêndio que danificou severamente a cobertura e alguns dos elementosestruturais do Palácio, em particular os pavimentos, em madeira de solho, o qual determinou a necessidade decolocação de uma cobertura metálica provisória, que permaneceu no local durante os trabalhos de escavação. O novoProjecto de Arquitectura além de prever a necessidade de executar um escavação em torno do Palácio para a construçãode oito pisos enterrados, destinados a hotelaria, comércio e estacionamento, contemplava ainda a execução de umagaleria sob a estrutura do Palácio, atravessando a zona central entre as fachadas Poente e Nascente. A execução destagaleria determinou a necessidade de recalçar os elementos estruturais interiores, adjacentes à mesma.
Figura 1. Vista do Palácio no início do século XX, após a sua construção, e do átrio principal interior.
Condicionamentos de ordem geológica e geotécnica
Os terrenos interessados pela escavação realizada eram constituídos por aterros superficiais argilo-arenosos,sobre formações miocénicas denominadas de “Argilas e Calcários dos Prazeres”, com consistência média a rija noshorizontes superiores (NSPT médios de 30 a 40 pancadas). A capacidade resistente destas formações aumentava emprofundidade através da influência da componente margosa, assim como da presença de calcarenitos. Na base daescavação foi detectada a “Formação de “Benfica”, pertencente ao Oligocénico (fig. 2). A caracterização geológica egeotécnica envolveu a realização de três campanhas de prospecção, as quais incluíram a execução de sondagens àrotação, a instalação de piezómetros, a realização de poços para reconhecimento da geometria e condições de fundaçãodo Palácio, a execução de ensaios SPT e de ensaios triaxiais, permitindo a definição de zonas geotécnicas e dosrespectivos parâmetros geomecânicos.
Figura 2. Perfil geológico e vista da execução de sondagens.
Execução desondagens junto àfachada Sul
Aterro
Mio
ceni
co
Oligocenico
-25m
Argila siltosa
Argilas siltosascom componente
margosa
Calcarenitos
?
?
?
Perfil Geológico(fachada para Av.F. P. Melo)
?
??
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Calcarenitos
Argilas siltosascom componente
margosa
Condicionamentos relativos a condições de vizinhança
O recinto de escavação encontra-se confinado por edificações de médio porte, algumas delas com estrutura emalvenaria de pedra, assim como por importantes arruamentos (fig. 10). Em particular, destaca-se a Av. Fontes Pereira deMelo, sob a qual se localiza o túnel do Metropolitano de Lisboa – M.L. (fig. 3), a uma distância de cerca de 10m, emplanta, da obra. Igualmente importante foi a compatibilização das soluções adoptadas com todos os serviços localizadosna zona envolvente da obra.
Figura 3. Vista do Palácio a partir da Av F. P. Melo e secção tipo Poente - Nascente.
SOLUÇÕES ADOPTADAS
Recalçamento interior do Palácio
Devido à exiguidade de espaço e às características da estrutura a recalçar, a solução adoptada consistiu norecurso a microestacas em aço de alta resistência, com secção em coroa circular, encabeçadas por uma grelha de vigasde betão armado pré-esforçado (fig. 4 e 5). Foram executadas microestacas do tipo N80 ∅ext127mm e 9mm deespessura, com 12m de comprimento total, incluindo 6m de selagem. As microestacas acomodaram uma carga axial deserviço de cerca de 600kN. No que se refere às vigas de encabeçamento, dispostas em grelha, estas foram solidarizadasàs paredes de alvenaria de pedra através de mecanismos de costura constituídos por barras tipo “Gewi” ∅32mm (fsyd =500MPa). O grau de pré-esforço foi definido de forma a equilibrar a totalidade das cargas permanentes transmitidas àsvigas, tendo 50% da carga sido aplicada antes do início dos trabalhos de escavação exterior.
Figura 4. Solução e vistas da intervenção de recalçamento do Palácio.
Os trabalhos de escavação para a realização da galeria só tiveram início após a execução das lajes dos pisosenterrados localizados em torno do Palácio. Esta opção de faseamento construtivo permitiu a reposição das condiçõesde confinamento da estrutura e fundações do Palácio antes dos referidos trabalhos de escavação.
Microestacas derecalçamento
Furação paraexecução demicroestacas
GewiMicroestacas
Transferênciade carga
VigaParede a recalçar
Cabos p.e.
N.F.
Secção Tipo (Poente / Nascente)
Av. FontesPereira de
Melo(POENTE)
R. SousaMartins
(NASCENTE)
-25m
Túnel M.L.
Vista do Palácio a partir da Av. F. P. de Melo
Paredes existentes (alvenaria de pedra)Grelha de vigas de recalçamento
Solução de recalçamento do Palácio
Paredes int.Paredes ext.
Cortina de estacasMicroestacas
Figura 5. Solução de recalçamento do Palácio: vistas da intervenção.
Contenção do Palácio
Atendendo aos condicionamentos de natureza geológica e geotécnica, associados à pequena distância dacontenção em relação às paredes periféricas do Palácio, os quais desaconselhavam o recurso a uma solução de paredesmoldadas, optou-se pela execução de uma cortina de estacas ∅800mm afastadas de 1,0m, revestidas com betãoprojectado, armado com malha electrosoldada. Devido aos condicionamentos existentes, nomeadamente o facto de setratar de uma contenção localizada no interior do recinto de escavação, a existência de microestacas no interior doPalácio e, em consequência, a dificuldade na execução, por incompatibilidade de trajectórias, de ancoragens e tirantes,determinaram que o travamento/confinamento da cortina de estacas fosse efectuado através de vigas horizontais decintagem em betão armado pré-esforçado. Estas vigas foram executadas em seis níveis, ao longo de uma altura máximade escavação de cerca de 24m, tendo sido betonadas e pré-esforçadas contra o terreno e apoiadas ao longo do seuperímetro exterior em perfis HEB200, previamente colocados no terreno antes do início dos trabalhos de escavação. Afunção destes perfis era a de controlar a deformabilidade vertical das vigas, de forma a evitar a mobilização deexcentricidades de segunda ordem.
A localização das vigas foi definida de forma a permitir que, sempre que possível, as mesmas pudessem serincorporadas na estrutura definitiva, ou seja nas lajes dos pisos enterrados. Estes elementos foram assim dimensionadoscom uma secção com cerca de 3,0x0,425m2, correspondendo os 0,425m à espessura das lajes (fig. 6 e 8). O grau de pré-esforço foi definido de forma a equilibrar a totalidade dos impulsos transmitidos pelo terreno de fundação do Palácio àcortina de estacas, correspondente a uma carga máxima de serviço de cerca de 130kN/m. De forma a equilibrar estacarga foram adoptados, em cada viga, dois cabos com 27 cordões cada. O pré-esforço em cada viga foi aplicado emduas fases, com sentido alternado entre duas vigas consecutivas. Os cabos foram tensionados a 70% de fpuk e não foraminjectados de forma a, se necessário e em função dos resultados do Plano de Instrumentação e Observação adoptado,permitir o seu retensionamento.
Final da escavação da galeria sob o Palácio
Janeiro 2002
Início da escavação da galeria sob o Palácio
Setembro 2001
Microestacas de recalçamento do Palácio
Microestacas
Cabeça dasancoragens
Grelha de vigas
Figura 6. Traçado, montagem e vista das vigas de cintagem.
Contenção Periférica
Por razões relacionadas com os condicionamentos existentes, em particular o prazo para a realização da obra decerca de 11 meses, a optimização e gestão de equipamentos determinou a adopção de três técnicas distintas, em funçãoda altura total de escavação e das condições de vizinhança: parede moldada com 1,0m de espessura (Av. Fontes Pereirade Melo: hmax≅27m), parede moldada com 0,6m de espessura (Rua Martens Ferrão: hmax≅27m), cortina de estacas∅800mm afastadas 1,0m revestidas com betão projectado, armado com malha electrosoldada (Rua Sousa Martins:hmax≅23m) e contenção tipo “Munique” com 0,35m de espessura, apoiada em microestacas (Largos das Palmeiras eAndaluz: hmax≅18m). Todas estas estruturas de contenção foram travadas provisóriamente com ancoragens de pré-esforço útil variável entre 1000 e 600kN, seladas no terreno com recurso ao sistema de injecção tipo multi-válvulas. Asancoragens apresentavam comprimento total variável entre 42 e 15m. Em todas as ancoragens foram executadosensaios de recepção simples ou detalhados. Conforme estipulado no Plano de Instrumentação e Observação, em todasas ancoragens onde foram instaladas células de carga eléctricas foram efectuados ensaios detalhados (fig. 8 e 9).
MODELAÇÃO ANALÍTICA
A modelação analítica das estruturas de contenção foiefectuada através de um programa de elementos finitosvocacionado para estruturas geotécnicas, tendo a mesma incluídoo estudo de todas as fases construtivas da obra (fig. 7). No casoparticular das vigas de betão armado pré-esforçado adoptadas nagrelha de recalçamento e no travamento da contenção do Palácioforam utilizados modelos correntes de viga, sobre os quais foramaplicadas as cargas equivalentes devidas ao pré-esforço.
Figura 7. Resultados do modelo analítico.
Deslocamento horizontal máximo: 14,1*10-3m
-10.000 0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000
-10.000
0.000
10.000
20.000
30.000
*10-3 m
-16.000
-14.000
-12.000
-10.000
-8.000
-6.000
-4.000
-2.000
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
Vistas das vigas de cintagem
Preparação do terreno para a execução da 1ª viga
Montagem de cabos de pré-esforço na 1ª viga
PalácioCortina de
estacas
6 vigas decintagem pré-
esforçadas
Traçado dos cabosde pré-esforço
Figura 8. Vistas da escavação e execução das lajes em torno do Palácio.
Figura 9. Vistas da contenção periférica na fase final da escavação.
PLANO DE INSTRUMENTAÇÃO E OBSERVAÇÃO
Os condicionamentos existentes determinaram a definição e implementação de um Plano de Instrumentação eObservação (P.I.O.) com o objectivo de permitir o controlo sistemático do comportamento da obra, através dacomparação dos valores de grandezas aferidas por via experimental e analítica. No âmbito da selecção e localização dosaparelhos, a obra foi dividida em quatro zonas: contenção periférica exterior (7 alinhamentos), edifícios e arruamentosvizinhos, edifício do Palácio (4 alçados) e túnel do M.L. (9 secções, figura 12). Foram assim instalados os seguintesaparelhos, cujas leituras foram efectuadas com periodicidade mínima semanal: 28 alvos topográficos (vigas decoroamento, fachadas e interior do Palácio), 31 marcas de nivelamento (arruamentos circundantes), 14 réguas de
Fevereiro 2000Janeiro 2000
Junho 2000 Julho 2000 Agosto 2000
Nov
embr
o 20
00
Março 2000 Maio 2000
Vista da escavação em torno do Palácio - Dez. 2000
Vista da cortina de estacas e das vigas de cintagemMarço 2001
Abril 2001
Dezembro 2000
Parede moldada (0,6m esp.) - R. M. Ferrão,Cortina de Estacas (ø800mm af. 1,0m) - R. S. Martins
Cortina estacas -R. S. Martins
Parede moldada -R. M. Ferrão
Parede moldada (1.0m esp.) - Av. F. P. Melo
nivelamento (edifícios adjacentes), 67 células de carga eléctricas (ancoragens), 14 inclinómetros (362ml, no interior deparedes moldadas, estacas e microestacas), 3 piezómetros e 9 secções de convergência, com 4 alvos cada, no interior dotúnel do M.L.. De forma a garantir a validação das leituras, o tipo e localização dos aparelhos foi definido de modo a,sempre que possível, possibilitar a leitura da mesma grandeza através de aparelhos diferentes.
Figura 10. Plano de Instrumentação e Observação: alvos topográficos nas fachadas do Palácio.
A análise dos resultados relativos aos aparelhos instalados nas fachadas do Palácio e nas estruturas de contençãorevelou-se de grande importância na confirmação dos critérios de concepção. Os valores obtidos por via analíticaconfirmaram-se através da instrumentação, não tendo os deslocamentos horizontais sido superiores a 0,7/1000 daprofundidade da escavação (fig. 11), e também na definição do faseamento de aplicação do pré-esforço nas vigas decintagem da cortina de estacas de contenção do Palácio. Em relação a este último aspecto, confirmou-se, através dainstrumentação realizada no edifício do Palácio, a importância de aplicação do pré-esforço em duas fases, de formasimétrica e em sequência alternada entre dois níveis de vigas consecutivos (fig. 10).
Figura 11. Plano de Instrumentação e Observação: deformações horizontais máximas nas estruturas de contenção.
No caso particular da análise dos resultados relativos aos aparelhos instalados no túnel do M.L. e na Av. FontesPereira de Melo, estes revelaram-se como muito importantes na confirmação dos critérios de concepção e na aferiçãodo faseamento da escavação e da metodologia de injecção das ancoragens, em particular das ancoragens localizadas nosníveis superiores. Na figura 12 são apresentados os valores máximos de deslocamentos horizontais lidos no interior dotúnel do M.L. nas nove secções instrumentadas, sendo de destacar a boa concordância que, em geral, foi obtida atravésdas leituras efectuadas por aparelhos diferentes. Sublinha-se ainda, a tendência para o incremento de deformações juntoà extremidade Norte, onde a profundidade da escavação era máxima, como comprovam os resultados da secção S7.
Relativamente à galeria escavada sob o Palácio, antes início dos respectivos trabalhos de escavação e de forma amelhor controlar o comportamento do edifício, o P.I.O foi reforçado no interior do Palácio com os seguintes aparelhos:12 marcas topográficas nos pavimentos, 27 réguas topográficas e 12 tiltmeters nas paredes.
DZ
[x10-3m]
Tempo
Tempo
Tempo
DY
[x10-3m]
DX
[x10-3m]A5 A6 A7 A8
-8
-4
0
4
8
21-Nov 10-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez
Alvo 5 Alvo 6
Alvo 7 Alvo 8
-8
-4
0
4
8
21-Nov 10-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez
-8
-4
0
4
8
21-Nov 10-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez
AV.
Fon
tes
Pere
ira d
e M
elo
Alvos topográficos nasfachadas do Palácio aonível do piso térreo
Rua Martens Ferrão
Largo Andaluz Largo das
Palmeiras
Rua
Sou
sa M
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Túne
l do
Met
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boa
(M.L
.)
N
A5A6
A7
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Fachadas do Palácio - Alvos
Parede moldada- Av. F.P. Melo
Parede moldada -R. M. Ferrão
Cortina estacas -R. S. Martins
Alçado
Av. F. P. Melo
Deformação horizontal (d) nas estruturas de contenção
Solução
R. M. Ferrão
R. S. Martins
Largo Palmeiras
Palácio S. Mayor
P. moldada (esp=1,0m)
P. moldada (esp=0,6m)
C. estacas (∅0,8m//1,0m)
Hmax
27m
H/dmax
H / 2700
dmaxinst
10 mm
C. estacas (∅0,8m//1,0m)
C. “Munique” (esp=0,35m)
27m H / 180015 mm
24m H / 170014 mm
28m H / 230012 mm
25m H / 190013 mm
H - profundidade máxima da escavação
dmaxinst - deslocamento horizontal máximo
medido através da instrumentação (alvos e inclinómetros)
Figura 12. Plano de Instrumentação e Observação: túnel do M.L. sob a Av. F. P. Melo.
A análise dos resultados obtidos através dos aparelhos instalados na zona da galeria, à cota do piso térreo doPalácio, permitiu concluir da importância da aplicação integral do pré-esforço na grelha de vigas de encabeçamento dasmicroestacas antes do início dos trabalhos de escavação da galeria. Assim, tendo estas vigas sido betonadas contra oterreno verificou-se que à medida que a escavação evoluía, de Poente para Nascente, e que as vigas deixavam de estarem contacto com o terreno, contra o qual foram betonadas, o seu efeito sobre a estrutura determinava a compensaçãodas deformações, favorecendo a transferência de carga para as microestacas e gerando mesmo situações de ligeirolevantamento da estrutura do Palácio, em particular nas zonas de meio vão, em relação às vigas (figura 13).
Figura 13. Plano de Instrumentação e Observação: marcas topográficas no interior do Palácio.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A intervenção descrita permite comprovar a gama e a versatilidade das soluções de contenção e recalçamentoadoptadas, destacando-se, em especial, a forma como as mesmas foram ajustadas às particularidades de um cenáriocomplexo. Pela sua importância na optimização e ajuste das soluções aos condicionamentos existentes, destaca-se opapel das campanhas de prospecção geológica e geotécnica efectuadas antes e durante os trabalhos, assim como doPlano de Instrumentação e Observação adoptado, confirmando-se o seu papel fundamental como ferramenta decontrolo e gestão do risco, permitindo a validação, em tempo útil, dos principais critérios de concepção e de execução.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Dono da obra a permissão para a divulgação dos aspectos técnicos apresentados napresente comunicação. Não podem ainda deixar de destacar que o trabalho de concepção e execução realizado na obradescrita foi desenvolvido por uma equipa multidisciplinar que para além da componente de concepção, execução efiscalização, incluiu ainda, entre outras, as tarefas de produção, instrumentação, geologia / geotecnia, qualidade,segurança e orçamentação.
Dx [mm] - Alvos AC em cada secção
Dx [mm] - Alvos C em cada secção
-6
-4
-2
0
2
4
6
S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9
7 d e S e tem b ro d e 200025 d e S e tem b ro d e 20009 d e Ou tu b ro d e 2000
-6-4-20246
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
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1-Set-01 11-Out-01 20-Nov-01 30-Dez-01 8-Fev-02 20-Mar-02
M80 M81 M82
Marcas topográficas no interior do Palácio - piso térreoDz [mm]
M80
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M82Galeria
Localização dasmarcas topográficas
67
89
I
H
G
F
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Galeria sob o Palácio
M81
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Zonaescavadapara aconstruçãoda galeria
Túnel do M.L. - 9 secçõesAv
. Fon
tes
Pere
ira d
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elo
- 4 Alvos topográficos / 4 secção
Rua Martens Ferrão
Largo Andaluz Largo das
Palmeiras
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Túne
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Palácio
S7
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