30 Projectos e Obras #1 Biblioteca Central e Arquivo Municipal de Lisboa

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1 30 Engenharia e Vida Projectos e Obras - As soluções adoptadas na obra de escavação e contenção periférica do edifício da futura Biblioteca e Arquivo Municipal de Lisboa, no Vale de Santo António, foram definidas em função dos condicionamentos existentes, nomeadamente a geometria do edifício, a topografia do local (determinada por uma inclinação agressiva) e as condições geológicas e geotécnicas da área de implantação. Texto Alexandre Pinto, Ana Pereira, Miguel Villar, nuno lopes, vasco cunha Fotos Catarina Botelho, JetSJ Geotecnia, Lda.

2 Engenharia e Vida 31

3 32 Engenharia e Vida O edifício da futura (BCAML), a construir no Vale de Santo António, terá, no total, 17 pisos. A entrada principal do edifício será ao nível do piso 0, junto à Avenida Mouzinho de Albuquerque (a Nordeste) e terá uma segunda entrada ao nível do piso 5 junto à Rua Álvares Fagundes (a Sudoeste). Abaixo do piso 0 haverá 5 pisos enterrados. A actual Biblioteca Central encontra-se instalada no antigo Palácio das Galveias e o Arquivo Municipal em vários edifícios, espalhados pela cidade de Lisboa. O objectivo da Câmara Municipal de Lisboa com a construção da presente obra é assim o de concentrar os serviços num único edifício que responda às necessidades de espaço e de localização de uma infraestrutura destas características. O recinto de escavação para a construção da futura Biblioteca Central e Arquivo Municipal de Lisboa localiza-se em meio urbano e numa zona de topografia agressiva (figuras 1 e 2). O edifício dispõe de uma área em planta de geometria rectangular perfazendo, aproximadamente, m² (figura 2). O terreno actual junto à rua Álvares Fagundes está à cota +65,0m e a cota de fundo da escavação correspondente ao piso -5 é de +25,06m, pelo que a escavação realizada dispõe no máximo de cerca de 40m de altura (figura 3), constituindo assim, provavelmente, a escavação em meio urbano de maior profundidade realizada até hoje em Portugal. Dados os condicionamentos existentes, em particular a geometria do edifício, a topografia do local e as condições geológicas e geotécnicas, traduzidas pela presença de aterros com espessura significativa, tendo parte deles sido depositados após 1993 aquando da realização de terraplenagens e da construção de algumas edificações na Rua Álvares Fagundes, definiram-se três tipos de soluções de contenção, adequados às particularidades de cada um dos quatro alçados da obra. PRINCIPAIS CONDICIONAMENTOS Condicionamentos Geológicos e Geotécnicos De acordo com a informação resultante das duas campanhas de prospecção realizadas, o dispositivo geológico do local é caracterizado pela ocorrência do substrato de idade Miocénica, recoberto por aterros heterogéneos e, no canto Norte, por materiais aluvionares relacionados com a presença de uma linha de água. Os terrenos heterogéneos pertencentes ao Miocénico são constituídos por areias siltosas e/ou argilosas com lumachelas, argilas siltosas e/ou arenosas, calcarenitos e calcários margosos. Foram definidas três zonas geotécnicas principais: > ZG1 - corresponde aos terrenos do Miocénico localizados a maior profundidade, constituídos por areias e argilas com concentrações fossilíferas, lumachelas, e ainda por calcarenitos e por calcários margosos, com valores de N SPT superiores a 60 pancadas. > ZG2 - formada por areias e por argilas do Miocénico descomprimido, com concentrações fossilíferas, com valores de N SPT inferiores a 60 pancadas e atingindo a profundidade máxima de 19m. > ZG3 constituída pela camada de aterros heterogéneos, com espessuras variáveis entre 1,5 e 20m, com maior espessura a Sudoeste, junto à Rua Álvares Fagundes. Restantes Condicionamentos No que se refere aos restantes condicionamentos, que mais influenciaram o tipo de soluções adoptadas, podem ser destacados: > as condições de vizinhança, em particular a existência de arruamentos e edificações próximas com cerca de 6 pisos elevados e as infra-estruturas existentes nos arruamentos e cujo funcionamento devia ser preservado durante os trabalhos de escavação (figura 2); > a topografia, determinada pela inclinação agressiva da encosta a escavar, traduzida pelos desníveis de cerca de 30m entre a rua Álvares Fagundes, a Sudoeste, e a rua Barão de Monte Pedral, a Nordeste (figura 3). > a arquitectura do edifício da BCAML que determinou a necessidade de prever soluções compatíveis com a não transmissão de impulsos de terras à estrutura do edifício segundo a sua menor dimensão e ainda a necessidade de compatibilização das obras de escavação e de contenção com as futuras envolventes paisagística e urbana. SOLUÇÕES ADOPTADAS Tendo por base os condicionamentos referidos, definiram-se três tipos de soluções principais de contenção e de estabilização de taludes: > solução 1 - cortinas de estacas de betão armado, moldadas no terreno, travadas com ancoragens definitivas. > solução 2 - cortinas de estacas de betão armado, moldadas no terreno, travadas com ancoragens provisórias e estabilização de talude de escavação através da realização de colunas de jet-grouting inclinadas, dispondo de vigas ancoradas no topo. > Solução 3 - estabilização de taludes de escavação com inclinação de 1H:3V, revestidos com betão projectado drenado, pregado e armado com malha electrossoldada. A solução 1 foi adoptada no alçado Sudoeste, com profundidade máxima de escavação de cerca de 40m, incluindo cerca de 20m de espessura de aterros (ZG3). Foram adoptadas estacas de 1000mm de diâmetro, afastadas de 1,30m, na zona com profundidade superior a 36m e estacas de 800mm de diâmetro, afastadas de 1,50m, no restante desenvolvimento da contenção. A estabilidade da cortina de estacas foi garantida pelas ancoragens definitivas seladas na ZG1 e realizadas sobre vigas de distribuição de betão armado (figuras 5 e 6). O afastamento horizontal das ancoragens é de 2,6m na zona com altura de escavação superior a 36m e de 3,0m na restante extensão. O recurso a ancoragens definitivas neste alçado foi justificado pelo facto de a estrutura do edifício não ter possibilidade, por incompatibilidade com os projectos das restantes especialidades, de suportar o desnível de impulsos do terreno na fase definitiva entre os alçados longitudinais (Sudoeste e Nordeste). De forma a limitar a descompressão e a conter o terreno entre estacas foram realizadas colunas de jet-grouting, ao nível das formações correspondentes às zonas geotécnicas ZG2 e ZG3, e aplicado betão projectado, drenado e armado com malha electrossoldada, ao nível da ZG1. Entre a cortina de estacas e a estrutura do edifício haverá uma galeria técnica com cerca de 3,0m de largura que permitirá as operações de manutenção e de observação das ancoragens definitivas ao longo do período de vida da obra (figura 5). A solução 2 foi adoptada no alçado Noroeste, com profundidade máxima de escavação de cerca de 36 m. Entre a cota do piso 0 (+43,74m) e a do piso 5 (+25,06m) foram executadas estacas de 800mm de diâmetro, afastadas de 1,50m. Acima da cota do piso 0 foi executada uma cortina

4 Engenharia e Vida planta de localização 2. planta de dimensionamento 3. corte transversal na zona de maior altura de escavação 4. Vista do local antes da escavação 5. corte transversal do Alçado Sudoeste (Solução 1)

5 34 6. Alçado Sudoeste (Solução 1). 7. Vista do Alçado Sudoeste (Solução 1). Engenharia e Vida 8. Corte transversal do Alçado Noroeste (Solução 2). 9. Alçado Noroeste (Solução 2). 10. Vista do Alçado Noroeste (Solução 2)

6 Engenharia e Vida 35 de colunas de jet-grouting com diâmetro de 1200mm, afastadas de 1,2m, para estabilização dos taludes de escavação inclinados a 1H:2V, com 16m de altura máxima, intersectando os aterros da ZG3. No topo dos taludes foram executadas ancoragens provisórias sobre vigas de distribuição de betão armado apoiadas em perfis verticais do tipo HEB (figuras 8 e 9). Esta solução foi concebida de forma a permitir uma adequada compatibilização com as soluções que vierem a ser definidas no âmbito do projecto de arranjos exteriores do edifício, acima da cota do piso 0. A solução 3 foi adoptada nos alçados Nordeste e Sudeste pelo facto de a altura de escavação ser relativamente reduzida (cerca de 7m), intersectando principalmente terrenos da zona geotécnica ZG1. A opção por esta solução teve por base as cotas e as características do terreno, assim como a necessidade de acomodar a rampa de acesso ao fundo da escavação e, sobretudo, não condicionar a ampliação futura e o enquadramento envolvente da BCAML, a tardoz deste alçado (figura 2 e lado direito da figura 3). DIMENSIONAMENTO O comportamento das estruturas de contenção foi analisado para todas as fases construtivas de escavação e de aplicação de pré-esforço, através de um programa de elementos finitos vocacionado para a realização de análises tensão-deformação de estruturas geotécnicas. Na figura 12 apresenta-se um exemplo dos deslocamentos obtidos no cálculo numérico efectuado para o caso estático. Nos cálculos efectuados foi admitido para os terrenos interessados um comportamento elástico perfeitamente plástico associado ao critério de rotura de Mohr-Coulomb. No dimensionamento de todos os elementos estruturais e geotécnicos foi adoptado o princípio dos estados limites, consagrado na actual regulamentação europeia. No que se refere aos efeitos da acção sísmica, em particular sobre a contenção do alçado Sudoeste, que não será travada pela estrutura do edifício em fase definitiva, foram efectuadas análises pseudo-estáticas e análises dinâmicas com o mesmo programa de cálculo, que permitiram estimar os esforços e as deformações na cortina de estacas. A acção sísmica foi definida de acordo com o regulamento português RSA. A obra está localizada na zona A, à qual corresponde o valor máximo do coeficiente de sismicidade =1,0. Os terrenos foram classificados como do tipo II: solos coerentes duros a muito duros e solos incoerentes compactos. Foi considerada acção sísmica tipo 2 que corresponde a um sismo de maior magnitude e a uma maior distância focal, sendo a mais gravosa para o domínio das baixas frequências. Na figura 13 apresentase um exemplo dos deslocamentos obtidos no cálculo pseudo-estático realizado, considerando um coeficiente sísmico horizontal de 0,1. PLANO DE INSTRUMENTAÇÃO E OBSERVAÇÃO O Plano de Instrumentação e Observação, ferramenta de prevenção e de gestão de riscos indispensável numa obra com as características da presente, foi definido com o objectivo de garantir a realização, em condições de segurança e de economia, dos trabalhos de escavação e de contenção, assim como permitir a análise do comportamento das estruturas de contenção e das estruturas e infra-estruturas vizinhas durante e após a execução da obra. Foram instalados os seguintes dispositivos de observação, cuja localização se indica na figura 14: > 4 inclinómetros; > 28 alvos topográficos; > 23 células de carga; > 5 réguas topográficas nas fachadas de edifícios; > 11 marcas topográficas nos arruamentos vizinhos. O conjunto de aparelhos instalado foi lido, durante a execução dos trabalhos de escavação e de contenção com uma frequência, no mínimo, semanal. Após a conclusão destes trabalhos e dos de construção civil, prevê-se a continuação da realização das leituras dos dispositivos instalados no alçado Sudoeste, pelo menos uma vez por ano, por um período de 50 anos. Baseados nos resultados dos cálculos efectuados foram definidos os seguintes critérios de alerta e de alarme para os deslocamentos da estrutura de contenção e para a variação de carga nas ancoragens: a) critério de alerta: deslocamentos máximos da ordem de 0,15% H escavação no sentido horizontal, e de cerca de 0.10% H escavação no sentido vertical; Variação de carga nas ancoragens até 10%. b) critério de alarme: deslocamentos máximos da ordem de 0,30% H escavação no sentido horizontal, e de cerca de 0,20% H escavação no sentido vertical. Variação de carga nas ancoragens até 20%. Na figura 15 apresentam-se um exemplo dos resultados dos deslocamentos obtidos num dos inclinómetros (I3) instalados na cortina no alçado Sudoeste. Os deslocamentos apresentados correspondem ao plano perpendicular à cortina e o sentido positivo dos mesmos corresponde aos movimentos para o interior da escavação. Este inclinómetro foi instalado em e no dia a ancoragem localizada na viga de coroamento foi pré-esforçada, tendo ocorrido um deslocamento para o interior do terreno. As leituras apresentadas correspondem às efectuadas, em geral, dois dias a seguir à realização da escavação de cada nível de vigas de distribuição das ancoragens. A obra esteve parada entre e Tendo em consideração a altura de escavação (40m) e as características dos terrenos interessados, os deslocamentos obtidos (semelhantes aos restantes inclinómetros e aos alvos topográficos) são reduzidos ( h/h = 0,0012/40 0,03% ) e inferiores aos obtidos nos cálculos efectuados. PRINCIPAIS QUANTIDADES E OUTROS ASPECTOS PARTICULARES DA OBRA No âmbito da intervenção descrita, podem ser destacados os seguintes principais trabalhos: > 2.175m de estacas moldadas 800mm; > 1.600m de estacas moldadas 1000mm; > 7.920m de ancoragens definitivas; > 800m de ancoragens provisórias; > m³ de escavação. Todas as ancoragens foram submetidas a ensaios de recepção simplificados e detalhados (nas que foram instaladas células de carga), ambos realizados de acordo com o disposto na Norma EN Todas as ancoragens foram ainda previamente injectadas antes de serem colocadas no interior dos furos (figura 16).

7 36 Engenharia e Vida 11. Vista da estruturas de contenção dos Alçados Sudoeste e Noroeste. 12. Exemplo dos resultados obtidos para o caso estático 13. Exemplo dos resultados obtidos para o caso pseudo-estático 14. planta com a localização dos dispositivos de Observação. 15. resultados das leituras efectuadas na direcção perpendicular à cortina no inclinómetro I3 16. aspecto das ancoragens pré-injectadas

8 Engenharia e Vida CONSIDERAÇÕES FINAIS Apesar da invulgar profundidade da escavação apresentada, provavelmente a maior realizada até hoje em Portugal, as soluções de contenção implementadas, concebidas no sentido de garantir a minimização da descompressão dos terrenos durante as várias fases de escavação, mostraram-se particularmente ajustadas aos condicionamentos existentes e que se salientam de seguida: > condições geológicas e geotécnicas desfavoráveis, devido à presença de aterros com espessura significativa (máx. 20m). > topografia do local com desníveis elevados (30m) entre os alçados Sudoeste e Nordeste. > arquitectura do edifício da BCAML que não era compatível com a utilização da estrutura do mesmo como travamento da cortina do alçado Sudoeste, devido ao desnível de impulsos a acomodar. > Necessidade de realizar uma escavação de grande profundidade (40m). 16. Os resultados da instrumentação comprovaram o bom comportamento das estruturas de contenção e das estruturas envolventes. Os deslocamentos até à data obtidos foram muito reduzidos, tendo o deslocamento horizontal para o interior da escavação, na secção de maior altura, sido da ordem de 12 mm, o que corresponde a cerca 0,03% da profundidade de escavação. Por último, considera-se importante destacar que se encontra prevista a continuação da observação da obra por um período de 50 anos, podendo estes resultados vir a contribuir de forma importante para um melhor conhecimento do comportamento deste tipo de solução a médio e longo prazo. Alexandre Pinto é Engenheiro Civil JetSJ Geotecnia, Lda. Ana Pereira é Engenheira Civil, JetSJ Geotecnia, Lda. Miguel Villar é Engenheiro Civil, Betar - Estudos e Projectos de Estabilidade, Lda. Nuno Lopes, é Engenheiro Civil, Somague Engenharia, S.A. Vasco Cunha, é Engenheiro Civil, Tecnasol FGE Fundações e Geotecnia, S.A. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Câmara Municipal de Lisboa e à Empresa Pública de Urbanização de Lisboa, na pessoa, respectivamente, do Arquitecto Jorge Ramos de Carvalho e do Engenheiro Luís Cantante de Matos a autorização para a divulgação técnica da obra em referência. Os autores destacam ainda o facto da presente obra ter sido realizada por uma vasta equipa multidisciplinar, englobando projectistas, empreiteiros e fiscalização. FICHA TÉCNICA DA OBRA Dono de Obra: Câmara Municipal de Lisboa Projecto de Arquitectura: Arquitectos Alberto Souza Oliveira e Manuel Aires Mateus Projecto Estabilidade: Betar Estudos e Projectos de Estabilidade Lda. Projecto de Escavação e Contenção: JetSJ Geotecnia, Lda. Empreiteiro Geral: Somague Engenharia, S.A. Empreiteiro da Especialidade: Tecnasol FGE Fundações e Geotecnia, S.A. Fiscalização: GF - Gestão de Projectos e Fiscalização de Obras, S.A REFERÊNCIAS RSA Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes (1983). EN Execution of special geotechnical work Ground Anchors (1999). NOTA A empreitada de escavação e de contenção foi realizada em regime de concepção/construção.

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