túneis do troço 98º da linha vermelha do ml. projeto e...

Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE2012 FEUP, 24-26 de outubro de 2012

Túneis do troço 98º da Linha Vermelha do ML. Projeto e acompanhamento da obra

Jorge Sousa Cruz1 Carlos Vieira2 RESUMO Nesta comunicação apresenta-se o projeto e aspetos da construção dos túneis do troço 98º da Linha Vermelha do Metropolitano de Lisboa. Refere-se a evolução das soluções adoptadas, desde a fase de projeto até à fase da obra, destacando-se as medidas de adaptação/optimização das soluções, na sequência do conhecimento mais aprofundado do modelo geotécnico e da constatação, durante a fase inicial de escavação dos túneis, do bom comportamento evidenciado pelo conjunto suporte/maciço. Faz-se referência aos estudos de retroanálise realizados para um troço do túnel mineiro que culminaram na implementação de soluções mais ligeiras, minimizando algumas intervenções à superfície. Salienta-se a importância do Acompanhamento Técnico da Obra (ATO) efectuado de forma sistemática, bem como a concorrência de esforços para a adaptação do projeto às novas condições encontradas. Palavras-chave: túnel, retroanálise, modelos, instrumentação 1. INTRODUÇÃO O presente artigo pretende contribuir para a divulgação i) de algumas obras subterrâneas de metropolitanos em meio urbano, concretamente dos túneis do troço 98º da Linha Vermelha do Metropolitano de Lisboa (ML), e também ii) dos resultados da retroanálise realizada para um troço do túnel mineiro superficial, próximo da estação Aeroporto da mesma linha. Inicialmente faz-se uma breve apresentação da obra e dos seus condicionamentos, do projeto dos túneis patenteado a concurso bem como das premissas assumidas nessa fase. Em seguida descrevem-se alguns aspectos da execução dos túneis e os desenvolvimentos ocorridos nas diferentes fases de construção. Dá-se relevo ao comportamento do conjunto solo-estrutura que foi possível observar, enquadrado no Acompanhamento Técnico da Obra (ATO) efectuado pela equipa projectista, de forma sistemática, que permitiu a adopção das adaptações necessárias para a optimização da construção, em segurança, função da realidade encontrada “in situ”. No final são apresentados os estudos de retroanálise realizados para um troço do túnel superficial e tiram-se algumas conclusões.

1 LCW consult S.A., Algés, Portugal. [email protected] 2 LCW consult S.A., Algés, Portugal. [email protected]

Túneis do troço 98º da Linha Vermelha do ML Projeto e acompanhamento da obra

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2. O PROJETO (2004/2006) 2.1. Descrição sumária das obras e enquadramento geológico e geotécnico O troço 98º do Metropolitano de Lisboa faz parte integrante do prolongamento da Linha Vermelha desde o Oriente até ao Aeroporto, tem 1,3km de extensão e liga a Estação Encarnação à Estação Aeroporto (Figura 1). Este troço compreende um túnel mineiro profundo com 0,7km, desde a Estação Encarnação até ao Posto de Ventilação (PV193), um túnel superficial escavado ao abrigo de uma contenção periférica com cerca de 100m de extensão e um túnel mineiro pouco profundo com 0,5km que passa sob a 2ª circular e que se desenvolve até ao Aeroporto. Em agosto de 2008 deu-se o início da escavação dos túneis, tendo terminado os toscos em 2011, a que se seguiram os acabamentos das estações, equipamentos mecânicos e restantes infraestruturas de via. À data da elaboração do presente artigo a Linha encontra-se em fase de inauguração, prevendo-se o seu arranque em agosto de 2012. Na fase de projeto, a caracterização geológica e geotécnica dos terrenos interessados pelas obras deste troço decorreu do reconhecimento de superfície realizado em 2004, apoiado pela Carta Geológica do Concelho de Lisboa (Almeida, 1986) e dos trabalhos de prospecção e de caracterização laboratorial realizados ao longo do traçado (Figura 2) na mesma data.

Figura 1 - Troço 98º (Parcial) entre a Estação Encarnação e a Estação Aeroporto: Planta

Figura 2 - Troço 98º (Parcial) entre a Estação Encarnação e a Estação Aeroporto: Zonamento Geotécnico O troço em análise desenvolve-se em formações pertencentes à série sedimentar do Miocénico de Lisboa, presentes na zona em 15 níveis estratigráficos diferenciados. Segundo a interpretação dos dados dos reconhecimentos efectuados, a escavação interfere directamente com os 12º e 11º complexos lito-estratigráficos – Arenitos de Grilos e Argilas de Xabregas. Segundo a informação obtida à data da elaboração do projeto, o trecho compreendido entre o Posto de Ventilação e a Estação Aeroporto apresentava piores características resistentes, devido à maior proximidade da superfície, onde a descompressão e a alteração do maciço condicionava fortemente os trabalhos. A partir da caracterização geológica e hidrogeológica do maciço interessado pelo túnel e dos resultados dos ensaios de caracterização geotécnica, puderam inferir-se os parâmetros geotécnicos mais representativos para as necessidades do Projecto. As quatro zonas geotécnicas consideradas mais relevantes e que serviram de base aos dimensionamentos (ZG1 a ZG4), foram caracterizadas pelos parâmetros geotécnicos indicados no Quadro 1.

Quadro ZG Descrição

1 Arenitos de Grilos e Areias de Chelas (em profundidade)

2 Arenitos de Grilos (superficial)3 Argilas de Xabregas4 Aterro

2.2. Condicionamentos O projeto deste tipo de obras subterrâneas em meio urbano é fortemente condicionado, entre outros aspectos, pelas ocupações de superfície e do subsolo e pelas edificações adjacentes ou, ainda, por outras estruturas enterradas. A análise da ocupação das edificações do túnel, identificou um conjunto de estruturas que se posicionam no interior da área de influência dos túneis, denominadas de interferências. Destas, destacamcondutas da EPAL, a passagem sob a 2ª circular (interferência 50) e a passagem sob um viaduto rodoviário junto ao Aeroporto (interferência 51). Para além destes, os estudos de impacte ambiental ditaram medidas de minimização, tidas em conta no desenvolvimento do projeto, tais como: i) abertura de várias frentes autónomas de trabalho; ii) acessos independentes aos emboquilhamentos; iii) não interferência dos acessos previstos com a obra enterrada do posto de ventilação; iv) métodos construtivos do túnel independentes dos dainterferências; v) travessias em laje de betão armado executada contra o terreno e apoiada em estacas previamente moldadas “in situ”; e vi) confinamento das acções respeitantes à obra no menor espaço possível, limitando as áreas de intervenção. 2.3. Métodos construtivos e análises efe Todas estas condicionantes culminaram na adopção de duas soluções construtivas distintas para os túneis: i) solução construtiva em “NATM” (New Austrian Tunnelling Method), adoptada nas zonas do traçado onde os recobrimentos de terreno acima da abóbada atingem valores superiores ao diâmetro horizontal do túnel e onde a existência de interferências assim o obrigou (Fig. 3); e ii) solução construtiva em “cut and cover”, adoptada nas zonas do traçado onde a espessura do recobracima da abóbada é da ordem de grandeza ou inferior ao diâmetro horizontal do túnel (Fig. 4).

Figura 3 - Secção Transversal em Túnel M

Neste artigo é analisada a execução dos túneis mineiros. A sua secção transversal tem uma altura de 8,7 m e uma largura máxima de 9,9 m, originando um volume de escavação por metro linear de aproximadamente 70 m3. O dimensionamento do revestimento definiticonduziu a uma espessura de 0,40 A metodologia de construção destes túneis baseouaplicação de pré-suporte na frente composto por enfilagens de colunas de

Jorge Sousa Cruz e Carlos Vieira

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Quadro 1 - Zonas e Parâmetros Geotécnicos de Cálculo γγγγ

(kN/m3) c'

(kPa) ΦΦΦΦ' (º.)

qu(kPa)

Arenitos de Grilos e Areias do Vale de Chelas (em profundidade)

20 10 - 25 36 - 40 500 (300)

Arenitos de Grilos (superficial) 20 10 34 - 36 300Argilas de Xabregas 20 10 32 - 34 250

18 0(5) 30 - (50)

deste tipo de obras subterrâneas em meio urbano é fortemente condicionado, entre outros aspectos, pelas ocupações de superfície e do subsolo e pelas edificações adjacentes ou, ainda, por outras estruturas enterradas. A análise da ocupação das edificações à superfície, ao longo do traçado do túnel, identificou um conjunto de estruturas que se posicionam no interior da área de influência dos túneis, denominadas de interferências. Destas, destacam-se pela sua importância as travessias sob

passagem sob a 2ª circular (interferência 50) e a passagem sob um viaduto rodoviário junto ao Aeroporto (interferência 51).

Para além destes, os estudos de impacte ambiental ditaram medidas de minimização, tidas em conta no tais como: i) abertura de várias frentes autónomas de trabalho; ii) acessos

independentes aos emboquilhamentos; iii) não interferência dos acessos previstos com a obra enterrada do posto de ventilação; iv) métodos construtivos do túnel independentes dos dainterferências; v) travessias em laje de betão armado executada contra o terreno e apoiada em estacas previamente moldadas “in situ”; e vi) confinamento das acções respeitantes à obra no menor espaço possível, limitando as áreas de intervenção.

construtivos e análises efetuadas

Todas estas condicionantes culminaram na adopção de duas soluções construtivas distintas para os túneis: i) solução construtiva em “NATM” (New Austrian Tunnelling Method), adoptada nas zonas do

os de terreno acima da abóbada atingem valores superiores ao diâmetro horizontal do túnel e onde a existência de interferências assim o obrigou (Fig. 3); e ii) solução construtiva em “cut and cover”, adoptada nas zonas do traçado onde a espessura do recobracima da abóbada é da ordem de grandeza ou inferior ao diâmetro horizontal do túnel (Fig. 4).

Secção Transversal em Túnel Mineiro Figura 4 - Secção Transversal a “Céu A

Neste artigo é analisada a execução dos túneis mineiros. A sua secção transversal tem uma altura de 8,7 m e uma largura máxima de 9,9 m, originando um volume de escavação por metro linear de

. O dimensionamento do revestimento definitivo do túnel, em betão armado40 m, em toda a extensão.

A metodologia de construção destes túneis baseou-se na filosofia associada ao NATM, que previu a suporte na frente composto por enfilagens de colunas de jet grouting

qu (kPa)

E´ (MPa)

500 (300) 100-150

300 60 - 80 250 50 - 60 (50) 10 - 20

deste tipo de obras subterrâneas em meio urbano é fortemente condicionado, entre outros aspectos, pelas ocupações de superfície e do subsolo e pelas edificações adjacentes ou, ainda, por

à superfície, ao longo do traçado do túnel, identificou um conjunto de estruturas que se posicionam no interior da área de influência dos

se pela sua importância as travessias sob passagem sob a 2ª circular (interferência 50) e a passagem sob um viaduto

Para além destes, os estudos de impacte ambiental ditaram medidas de minimização, tidas em conta no tais como: i) abertura de várias frentes autónomas de trabalho; ii) acessos

independentes aos emboquilhamentos; iii) não interferência dos acessos previstos com a obra enterrada do posto de ventilação; iv) métodos construtivos do túnel independentes dos das interferências; v) travessias em laje de betão armado executada contra o terreno e apoiada em estacas previamente moldadas “in situ”; e vi) confinamento das acções respeitantes à obra no menor espaço

Todas estas condicionantes culminaram na adopção de duas soluções construtivas distintas para os túneis: i) solução construtiva em “NATM” (New Austrian Tunnelling Method), adoptada nas zonas do

os de terreno acima da abóbada atingem valores superiores ao diâmetro horizontal do túnel e onde a existência de interferências assim o obrigou (Fig. 3); e ii) solução construtiva em “cut and cover”, adoptada nas zonas do traçado onde a espessura do recobrimento acima da abóbada é da ordem de grandeza ou inferior ao diâmetro horizontal do túnel (Fig. 4).

Secção Transversal a “Céu Aberto”

Neste artigo é analisada a execução dos túneis mineiros. A sua secção transversal tem uma altura de 8,7 m e uma largura máxima de 9,9 m, originando um volume de escavação por metro linear de

vo do túnel, em betão armado,

se na filosofia associada ao NATM, que previu a jet grouting armadas com


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tubos metálicos, instaladas no contorno exterior da abóbada, pregagens na frente em fibra de vidro e manutenção de banqueta frontal, além de colunas de jet grouting subverticais na base das cambotas e drenos de vácuo subverticais sob os hasteais. Foram considerados faseamentos construtivos distintos a aplicar consoante a qualidade geomecânica do maciço a escavar, a importância do recobrimento sobre o tecto e a ponderação dos dados da monitorização do comportamento dos terrenos envolventes, a realizar em avanço. Neste troço foram propostas três sequências construtivas:

• tipo 1 - avanços sem soleira provisória (secção aberta), para condições geotécnicas tidas como adequadas a permitir a fundação directa das cambotas;

• tipo 2 - avanços com soleira provisória (secção fechada), para condições geotécnicas difíceis, prevendo-se o reforço da rigidez do suporte;

• tipo 3 - avanços com soleira provisória e com a execução de colunas subverticais de jet-grouting, entre cambotas, a partir da base dos hasteais, para transmissão em profundidade da carga axial do suporte – secção fechada –, para condições geotécnicas e/ou de recobrimento excepcionalmente difíceis, designadamente, junto dos emboquilhamentos, em aterros descomprimidos e nos atravessamentos de zonas do maciço enfraquecido por descontinuidades estruturais.

De acordo com os estudos realizados, a secção fechada em avanço tipo 2 foi considerada a mais adequada na maioria dos troços escavados, principalmente para os túneis profundos, sendo já previsível na fase de projeto aligeirar o método para o avanço tipo 1 (Figura 5), caso a auscultação realizada em obra confirmasse deslocamentos inferiores aos calculados.

Figura 5 - Faseamento Construtivo em Túnel Mineiro

A construção do túnel do Término foi simulada com recurso a modelos numéricos bidimensionais realizados no programa Plaxis V8, que recorre ao método dos elementos finitos (MEF) e efectua a análise em estado plano de deformação. O programa permite a simulação do faseamento da escavação e aplicação do suporte de forma progressiva. Para os elementos estruturais (suportes e revestimento definitivo) foi considerado um comportamento elástico e linear. O revestimento definitivo do túnel, com 0,40m de espessura, foi simulado com as características de um betão moldado tipo C30/37. Para o betão projectado admitiu-se um módulo de elasticidade de 10 GPa, enquanto que para as enfilagens em “jet grouting” o valor considerado foi de 1GPa. Foram realizadas simulações da construção do túnel, e análises de sensibilidade, para os diferentes cenários geológico-geotécnicos existentes ao longo do traçado do túnel. Para tal foram definidos cinco cenários, fazendo-se variar a espessura das camadas, parâmetros geomecânicos, posição do nível


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freático e posição do túnel. Na Figura 6 apresenta-se o modelo de cálculo realizado para o cenário de cálculo S3, que posteriormente vai servir de referência aos cálculos de retroanálise, correspondente à situação de construção do túnel mineiro a pouca profundidade no troço que liga o PV à estação Aeroporto.

Figura 6 - Modelo de Cálculo: Cenário S3, Túnel Mineiro Pouco Profundo

A passagem inferior da ligação da Av. de Berlim com a 2ª circular (interferência 50), enquadra-se numa situação semelhante a este cenário de cálculo. A análise da influência do túnel no comportamento dessa estrutura determinou que se actuasse preventivamente através da sua demolição parcial e posterior reposição das condições de serviço em talude de escavação. Conforme se verá adiante, não foi necessário implementar tais medidas em face do melhor comportamento observado durante a escavação do túnel. 2.4. Plano de observação Foi implementado um Plano de Instrumentação e Observação, estendido à área de influência do túnel, que visou recolher informação sobre o comportamento do maciço em resposta à escavação do túnel. O Plano compreendeu a instalação de extensómetros duplos, marcas de nivelamento superficial, inclinómetros, pinos de convergência no interior do túnel e piezómetros de tubo aberto. Estes aparelhos foram instalados em secções transversais de instrumentação que distam cerca de 20 m no sentido longitudinal do túnel. Nos edifícios superficiais e nas outras estruturas localizadas dentro do perímetro de influência dos trabalhos de escavação (interferências) foram colocadas réguas graduadas para nivelamento geométrico e alvos reflectores. O programa foi estabelecido em função das condições geológico-geotécnicas, da geometria do traçado e dos cenários de risco associados aos processos construtivos, definindo os equipamentos, a frequência das leituras, o tipo de tratamento dos dados obtidos e os níveis de alerta, abaixo dos quais se consideram aceitáveis os valores medidos. 3. A CONSTRUÇÃO (2008/2011) 3.1. Novos condicionamentos A escavação dos túneis iniciou-se em Agosto de 2008, após a execução da cortina de contenção periférica composta por estacas secantes multi-ancoradas (Figura 7). Nesta altura, a disponibilização dos terrenos abrangidos pelo troço em estacada e dos acessos à obra foi facilitada, o que culminou numa maior flexibilidade dos processos construtivos: a escavação da estacada prevista segundo o método “top-down”, de modo a libertar mais rapidamente a superfície, pôde ser substituída pela escavação em trincheira tradicional na zona do emboquilhamento Poente, tendo-se introduzido dois níveis de escoramento provisório (Fig. 8).

ZG1 – Areias Vale Chelas

ZG3 – Arg. Xabregas

ZG4 - Aterro

Túneis do troço 98º da Linha Vermelha do ML

Figura 7 – Contenção Periférica junto ao PV193

3.2. Modelo geotécnico e comportamento observado “in situ” Durante o decorrer da obra foi possível observar a importância na estabilização do maciçpredominantemente silto-argiloso (Argilas de Xabregas) dos níveis lenticulares de depósitos marinhos coesivos, denominados por lumachelasresistentes (ISRM, 1981) e de pequena espessura, que ocorrem de forma dispersa e “armam” o terreno (Figuras 9 e 10). Também se verificou, em particular no trecho compreendido entre o PV e o Aeroporto, que as camadas de siltogeneralidade com boas características (superiores àquelas deduzidas na fase de parte devido à quase ausência de afluência de água. Estes factos contrrespondesse com um bom comportamento generalizado às solicitações provocadas pela descompressão associada à escavação dos túneis.

Figura 9 - Frente de Escavação do Túnel MSuperficial, com Lumachelas

3.3. ATO - Adaptações do projeto Tal como é usual em projectos de túneis, onde a componente de incerteza geotécnica é elevada, o projeto de execução previa que o faseamento construtivo pudesse ser modificado face à avaliação das condições geológico-geotécnicas apresentadas pelo maciço e àinstrumentação colocada em obra, eventualmente, com recurso a estudos de retroanálise. Nesta obra este procedimento foi implementado, tendooptimização da escavação da galeria. As mais importantes estão relacionadas com i) a dispensa de excução do jet-grouting das enfilagens colocadas no contorno da abóbada, passando estas a ser seladas com calda de cimento; ii) a redução do número de enfilagens previstas (Figura 11); iiifecho da secção com soleira provisória em grande parte do troço escavado; e iv) o aumento gradual dos avanços de escavação, que atingiram o valor máximo de 2m entre cambotas.

Lumachelas


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Contenção Periférica junto ao PV193 Figura 8 – Escavação junto ao Emboq. Poente

Modelo geotécnico e comportamento observado “in situ”

Durante o decorrer da obra foi possível observar a importância na estabilização do maciçargiloso (Argilas de Xabregas) dos níveis lenticulares de depósitos marinhos

lumachelas, com características rochosas brandas a medianamente resistentes (ISRM, 1981) e de pequena espessura, que ocorrem de forma dispersa e “armam” o terreno (Figuras 9 e 10). Também se verificou, em particular no trecho compreendido entre o PV e o

ue as camadas de silto-argilosas e calco-arenosas mais superficiais se apresentaram na generalidade com boas características (superiores àquelas deduzidas na fase de parte devido à quase ausência de afluência de água. Estes factos contribuíram para que o maciço respondesse com um bom comportamento generalizado às solicitações provocadas pela descompressão associada à escavação dos túneis.

Frente de Escavação do Túnel Mineiro Figura 10 – Observação da Frente de Escavação do Túnel Mineiro mais Profundo, em sede de ATO

projeto à realidade

Tal como é usual em projectos de túneis, onde a componente de incerteza geotécnica é elevada, o de execução previa que o faseamento construtivo pudesse ser modificado face à avaliação das

geotécnicas apresentadas pelo maciço e à interpretação das medições obtidas da instrumentação colocada em obra, eventualmente, com recurso a estudos de retroanálise. Nesta obra este procedimento foi implementado, tendo-se efectuado algumas modificações no sentido da

aleria. As mais importantes estão relacionadas com i) a dispensa de das enfilagens colocadas no contorno da abóbada, passando estas a ser seladas

com calda de cimento; ii) a redução do número de enfilagens previstas (Figura 11); iiifecho da secção com soleira provisória em grande parte do troço escavado; e iv) o aumento gradual dos avanços de escavação, que atingiram o valor máximo de 2m entre cambotas.

Lumachelas

Escavação junto ao Emboq. Poente

Durante o decorrer da obra foi possível observar a importância na estabilização do maciço superficial argiloso (Argilas de Xabregas) dos níveis lenticulares de depósitos marinhos

, com características rochosas brandas a medianamente resistentes (ISRM, 1981) e de pequena espessura, que ocorrem de forma dispersa e “armam” o terreno (Figuras 9 e 10). Também se verificou, em particular no trecho compreendido entre o PV e o

arenosas mais superficiais se apresentaram na generalidade com boas características (superiores àquelas deduzidas na fase de projeto), em grande

ibuíram para que o maciço respondesse com um bom comportamento generalizado às solicitações provocadas pela

Observação da Frente de Escavação do

Túnel Mineiro mais Profundo, em sede de ATO

Tal como é usual em projectos de túneis, onde a componente de incerteza geotécnica é elevada, o de execução previa que o faseamento construtivo pudesse ser modificado face à avaliação das

interpretação das medições obtidas da instrumentação colocada em obra, eventualmente, com recurso a estudos de retroanálise. Nesta obra

se efectuado algumas modificações no sentido da aleria. As mais importantes estão relacionadas com i) a dispensa de

das enfilagens colocadas no contorno da abóbada, passando estas a ser seladas com calda de cimento; ii) a redução do número de enfilagens previstas (Figura 11); iii) a dispensa do fecho da secção com soleira provisória em grande parte do troço escavado; e iv) o aumento gradual


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As modificações efectuadas durante o decorrer da obra também se reflectiram na minimização de alguns trabalhos à superfície, nomeadamente na zona onde o túnel passou muito próximo de uma estrutura de acesso à 2ª circular, denominada de interferência 50 (Figura 12). A monitorização dos deslocamentos teve um papel fundamental neste processo, assim como o acompanhamento estreito dos trabalhos por parte de toda a equipe que acompanhou a obra. Para isso e durante o período mais crítico de atravessamento sob a interferência, a informação recolhida foi tratada de forma sistemática e em tempo real com o avanço da escavação.

Figura 11 - Furação para Execução das Enfilagens Figura 12 - Interferência 50: Vista Superficial

4. RETROANÁLISE DO TÚNEL SUPERFICIAL 4.1. Modelo inicial da fase de projeto vs modelo real No âmbito da Assistência Técnica efectuada à Obra foram realizados alguns estudos de sensibilidade de forma a detectar diferenças entre os resultados previstos e os observados. O troço de túnel superficial que foi objecto de análise e que será aqui apresentado fica situado nas proximidades da estação Aeroporto, entre os kms 28+500 e 28+550 e atravessa as Argilas de Xabregas com um recobrimento aproximado de 11 m. Ao nível da abóbada e na soleira detectaram-se intercalações lumachélicas de pequena espessura, com elevada resistência, que se procuraram simular no modelo numérico de retroanálise (Figuras 13 e 14). Sob a soleira observou-se ainda o topo da camada de Areias do Vale de Chelas, conforme aliás se previa.

Figura 13 - Modelo Numérico da Fase de Projecto Figura 14 - Modelo de Retroanálise que reflete a

observação efetuada in situ Enquanto que na fase de projeto a expectativa seria a da ocorrência de assentamentos consideráveis à superfície que poderiam chegar aos 2,5 cm, consoante o tipo de avanço adoptado e a qualidade do maciço interessado pela escavação, durante a obra verificou-se que os assentamentos observados ficaram muito aquém desses valores, sempre inferiores a 1 cm (Figura 15). Também se observou um ligeiro empolamento superficial imediatamente após a execução das enfilagens, que rapidamente desaparecia com o avanço da escavação.

Túnel

ZG4 - Aterro

ZG3 – Arg.Xabregas

ZG1 – Areias Vale Chelas

Lumachelas


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Figura 15 - Resultados lidos nas Marcas Superficiais instaladas na Secção S21B, na zona em análise

Face a este cenário, o faseamento passou de escavação em secção fechada com avanço tipo 3 (solução prevista em projeto para este troço) para faseamento tipo 1, com dispensa da soleira provisória e aumento do avanço da escavação para 1,5 m. Paralelamente, em sede de ATO, realizaram-se os estudos de retroanálise que se resumem em seguida. 4.2. Estudos de retroanálise: Método indirecto As diferenças observadas alertaram para o facto de algumas das hipóteses assumidas nos estudos de projeto não se ajustarem à realidade, sendo o ponto de partida para a realização de estudos de retroanálise. Os estudos foram efectuados com recurso a análises paramétricas em modelos bidimensionais de elementos finitos, ajustando os resultados numéricos às leituras registadas pelos aparelhos de instrumentação da obra. Deu-se especial atenção i) à existência dos níveis lumachélicos, ii) à parametrização dos terrenos interessados pela escavação tendo em atenção que o nível freático se situa abaixo da soleira e iii) ao valor do coeficiente de impulso em repouso, de forma a reflectir a provável sobreconsolidação das camadas miocénicas. O ajuste dos resultados obtidos dos cálculos numéricos aos valores lidos em obra seguiu a aproximação por minimização dos resíduos (método indirecto), realizada de forma iterativa e “manual”, sem recurso a códigos automáticos para minimização de funções. Para tal, efectuaram-se análises de sensibilidade paramétrica entrando com as camadas lumachélicas e fazendo variar os parâmetros do maciço escavado considerados mais relevantes, que controlam o comportamento da galeria, já referidos anteriormente (K0, c', φ' e E). Os diversos cálculos efectuados e resultados encontram-se resumidos no Quadro 2.

Quadro 2 - Análises de Sensibilidade. Resultados dos Cálculos Numéricos para o Túnel Superficial Cálculo Descrição Deslocamentos (mm) δδδδv max

superfície δδδδh max

hasteal * δδδδv superf. devido enfilagens

(empolamento) 0 – Proj. Cálculo de referência, na secção S3 -25 6 --

Obra Realidade / Objectivo -6 a -9 8 a 12** ≈ 3 1 Introdução de camadas lumachélicas -14 2 -1 2 Melhoramento das propriedades dos

terrenos -12 2 -1

3 Introdução de coef. expansão das enfilagens; K0 = 0,6

-8 8 4

* A convergência assume valores positivos. ** Após a passagem da frente de escavação.

Enfilagens Passagem da frente de escavação


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A retroanálise culminou com a aferição de alguns dos parâmetros geotécnicos das camadas lumachélicas e dos terrenos interessados pela escavação, traduzindo-se: i) na introdução das camadas lumachélicas com as propriedades apresentadas no Quadro 3; ii) no aumento do valor do coeficiente de impulso em repouso, para cerca de 0,6, de modo a traduzir o provável estado de sobreconsolidação do maciço Miocénico; iii) no melhoramento das propriedades das camadas pertencentes à formação das Argilas de Xabregas (ZG3+) e dos Aterros superficiais (ZG4+).

Quadro 3 - Zonas e Parâmetros Geotécnicos obtidos da Retroanálise ZG Descrição γγγγ

(kN/m3) c'

(kPa) φφφφ' (º)

E (MPa)

3+ Argilas de Xabregas 20 20 36 90 4+ Aterro 18 10 32 30 * Camada lumachélica 20 250 35 300

Relativamente ao empolamento superficial observado durante a execução das enfilagens, foi possível simular este fenómeno através da aplicação de um coeficiente de expansão das enfilagens (denominado de volume strain no programa comercial Plaxis, utilizado nestes cálculos). Verifica-se que o valor a aplicar depende muito das condições em que as enfilagens são executadas (pressão, execução com ou sem pré-furo, experiência do manobrador, espessura da calda de cimento, etc.) e da profundidade do túnel. No presente caso o valor que melhor se ajustou à realidade corresponde a uma expansão de aproximadamente 1% do volume da enfilagem. Nas Figuras 16 e 17 é possível observar o empolamento obtido após a fase de excução das enfilagens (máximo de 4mm) e o assentamento superficial após a escavação total do túnel, para o cálculo 3 que melhor se aproximou a realidade. 5. CONCLUSÕES: “RETORNO DE EXPERIÊNCIA” O projeto de um túnel deve ser suficientemente dinâmico e flexível nas soluções propostas e nos métodos de intervenção para, durante a fase de construção da obra, se adaptar à realidade observada “in situ”. Este princípio foi aplicado aos túneis construídos no troço 98º da Linha Vermelha do ML, só tendo sido possível devido à concorrência de esforços de todos os intervenientes no processo: o dono de Obra (ML), a fiscalização, o construtor e a equipa projectista.

Figura 16 – Modelo de Retroanálise, Cálc.3: Empolamentos após a execução de enfilagens

Figura 17 – Modelo de Retroanálise, Cálc.3: Assentamento final após a escavação total do túnel

Uma das conclusões que se pode retirar prende-se com a importância da existência das denominadas camadas lumachélicas na formação das Argilas de Xabregas, pertencente ao Miocénico de Lisboa, que “armam” o terreno e melhoram substancialmente o comportamento do conjunto solo-estrutura durante a construção do túnel.

4 mm 8 mm


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Os estudos de retroanálise também permitiram o ajuste das propriedades dos terrenos atravessados, tendo-se verificado que globalmente os parâmetros de resistência foram atribuídos de forma conservativa. Salienta-se a importância do estreito acompanhamento deste tipo de obras geotécnicas por técnicos especializados, permitindo deste modo a adaptação do projeto às novas condições encontradas, em tempo útil, numa tentativa de optimização dos recursos disponíveis. O acompanhamento diário da obra não teria sido possível sem a implementação do plano de observação e monitorização, com recolha de informação através da leitura sistemática dos aparelhos de instrumentação instalados na sua envolvente. Aliás, a monitorização deste tipo de obras assume maior relevância nas zonas urbanas com condições geotécnicas mais desfavoráveis e com maior proximidade da superfície, como foi o caso. AGRADECIMENTOS Os autores desejam expressar os seus agradecimentos ao Metropolitano de Lisboa, Dono da Obra, pela autorização concedida para publicação do presente artigo. REFERÊNCIAS Almeida, F. Moitinho (1986). Carta Geológica do Concelho de Lisboa na escala 1/10.000. Serviços

Geológicos de Portugal ISRM (1981). Rock Characterization Testing and Monitoring, Suggested Methods. Pergamon Press,

Oxford, 211 p. LCW consult S.A. ex-Lisconcebe (2006). “Projecto de Execução do Troço 98º do Metropolitano de

Lisboa, do Prolongamento da linha Vermelha entre o Oriente e o Aeroporto.”

túneis do troço 98º da linha vermelha do ml. projeto e...

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