Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa

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1 Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE2012 FEUP, de outubro de 2012 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa RESUMO Luís Gião Marques 1 O edifício caracteriza-se pelos seus alçados principais implantados sobre curvas obtidas a partir de sucessões de elipses com diferentes raios e grandes vãos com diferentes formas. Os troços correspondentes aos grandes vãos são executados na íntegra em betão armado. Para as situações de arquitectura mais complexa o betão armado é combinado com elementos metálicos, resultando elementos em estrutura mista de elevada eficiência. Como elementos estruturais impares destacam-se: - A viga sobre o vão da entrada principal da Unidade A, com 44m de vão, em que apoia a laje do piso 2 e parte da laje do piso 3 com a linha de pilares mais próxima a uma distância de 12m. - A pérgola constituída por uma viga principal em betão armado com 30m de vão máximo, apoiada em dois módulos de estrutura diferentes que recebe várias vigas em tubo metálico. - As lajes de piso e cobertura da zona do Tea Room com forma triângular em planta em que a hipotenusa tem 18,5m de vão máximo e limitações de espessura ao nível do piso de 0,55m e ao nível da cobertura de 26cm. A laje de cobertura serve de apoio de uma fachada cortina em vidro suspensa sem caixilharia com uma altura total de 9,6m. - A viga sobre o vão da entrada principal da Unidade B, com cerca de 25m entre apoios, com desenvolvimento elíptico em planta de raio bastante pequeno em que apoia a laje de cobertura da entrada do Módulo B com vão máximo de 18,2m. - A grande parede sul de separação entre o jardim interior e o exterior com 22m de altura e com três grandes vãos elípticos em betão armado. - A pérgola metálica sobre o jardim interior da Unidade A encastrada em dois pilares em betão armado de secção circular isolados com 21,4m de altura e simplesmente apoiada na parede sul e nas lajes de cobertura de três módulos de estrutura independentes entre si. - O vão em forma de batata do Auditório da Unidade B, resultante do somatório de elipses com diferentes raios, peça única com grande dificuldade de execução. Palavras-chave: Landmark Project 1 LNM, Engenharia Civil, Lisboa, Portugal. lnm@netcabo.pt

2 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa 1. INTRODUÇÃO O edifício é constituído por três unidades principais: - Unidade A contém nos pisos inferiores as áreas de diagnóstico e de tratamento e nos pisos superiores os laboratórios de investigação e os serviços administrativos. - Unidade B inclui um Auditório, uma Área de Exibições e um Restaurante no piso de entrada. No piso superior estão os escritórios da Fundação que têm ligação à Unidade A através de uma ponte de vidro. - Unidade C é um anfiteatro ao ar livre com vista para o rio. O edifício desenvolve-se numa área de implantação de 38000m2, em que 56% dessa área tem apenas um piso, Piso -1, ocupado por zonas técnicas na Unidade A e estacionamento e zonas técnicas nas Unidades B e C e Unidades Anexas. Este piso é em cave em relação aos limites exteriores do edifício, tendo aberturas para os dois jardins interiores. No edifício da Unidade A existem mais quatro pisos acima da cota da sua entrada principal e no edifício da Unidade B existem mais três pisos acima da cota da sua entrada principal. A distância entre pisos é na generalidade do edifício de 4,8m. 2. CONCEPÇÃO O desenvolvimento da solução estrutural para o edifício resultou de um processo interactivo com a arquitectura tendo como principais premissas a defesa deste projecto e um budget de cem milhões de euros para o custo total da obra cumprido na íntegra. Existem três tipos de malhas ortogonais base para a localização dos pilares, 6,5mx9m e 9mx9m na Unidade A e 8mx8m nas Unidades B, C e D, ajustadas nas zonas contíguas às curvas limites das áreas de implantação das várias Unidades. Foram definidos para o edifício catorze módulos de estrutura independentes entre si, separados por juntas de dilatação Fig. 1, tendo em comum uma fundação situada a cotas inferiores ao nível freático, constituída por lajes apoiadas em vigas de fundação apoiadas em maciços de encabeçamento sobre estacas fundadas no maciço basáltico existente a cerca de 12m de profundidade. Módulos da Unidade A A1 Terapia e Escritórios A2 Consulta e Escritórios A3 Entrada Principal e Escritórios A4 Biotério, Restaurante e Ginásio A5 Biotério A6 Jardim Interior A7 Jardim Exterior e Pérgola Figura 1. Módulos de Estrutura. 2

3 Luís Gião Marques A8 Acessos Exteriores Módulo da Unidade B B Auditório, Restaurante e Escritórios da Fundação Módulo da Unidade C C Auditório Exterior e Zona Técnica Módulos Anexos D1 Garagem D2 Garagem D3 Garagem E Lago e Menires Os materiais utilizados na estrutura e fundações foram: - Betão C35/45 XS2 em estacas, maciços, lajes de fundação e muros - Betão C35/45 XC2 em reservatórios - Betão C35/45 XS1 em betão aparente - Betão C35/45 XS1 nos restantes elementos - Betão C35/45 XS1 na Radioterapia, com barita na dosagem de 3,2gr/m3 - Aço A500NR, em varão - Aço S275JR, em perfil metálico - Aço S355J2H, em tubo metálico - Rede electrosoldada A500ER - Chapas metálicas HAIRCOL 59S - Painéis VIROC - Cofragem perdida em blocos de plástico reciclado A localização do edifício à beira rio, com exposição à corrosão induzida por cloretos, obrigou a utilizar maiores recobrimentos para as armaduras e consequentemente a considerar secções em betão armado com maior espessura. Esta imposição construtiva associada a diversas necessidades arquitectónicas, como a existência na maior parte da área de implantação do edifício de lajes de cobertura do estacionamento com jardim, dimensionadas para uma altura de terras de 1,5m e a existência de grandes troços com paredes com 15 a 20 metros de altura soltas da estrutura principal do edifício, resultou na definição da dimensão de 50cm para um grande número de peças em betão armado; largura de todas as vigas; espessura das paredes de grande altura; espessura das paredes em betão aparente; espessura das lajes fungiformes e secções de todos os pilares de secção quadrada do estacionamento e das zonas técnicas do piso -1, contribuindo para uma grande homogeneidade arquitectónica em todo o edifício. 3. DIMENSIONAMENTO A determinação dos esforços na estrutura dos vários módulos foi realizada a partir de modelos de pórtico tridimensional, representando as vigas e pilares, introduzido no programa de cálculo automático SAP2000V11. Para algumas lajes e paredes do edifício, os esforços foram determinados pelo método dos elementos finitos (Ex: paredes e lajes de tecto da zona de radiologia do Módulo A1, vigas-parede do piso 3 da zona da entrada principal do Módulo A3, parede exterior do Módulo C e lajes dos Módulos B, C e D sujeitos á acção dos veículos dos bombeiros). As determinações dos esforços sísmicos resultantes nos vários módulos de estrutura foram efectuadas através de uma análise dinâmica tridimensional por espectros de resposta. 3

4 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa 4. SOLUÇÕES GERAIS O edifício é constituído na generalidade por lajes fungiformes nervuradas em betão armado aligeiradas com moldes recuperáveis e lajes maciças vigadas em betão armado nas zonas sujeitas a maiores cargas permanentes e sobrecargas como por exemplo, toda a zona sujeita a tráfego rodoviário e arranjos exteriores do piso SOLUÇÕES ESPECÍFICAS O edifício caracteriza-se pelos seus alçados principais implantados sobre curvas obtidas a partir de sucessões de elipses com diferentes raios e grandes vãos com diferentes formas. Os troços correspondentes aos grandes vãos foram executados na íntegra em betão armado complementados com soluções metálicas mistas de grande eficiência para as situações mais complexas. 5.1 Vão da Entrada Principal da Unidade A Sobre a entrada principal da Unidade A, existe uma viga com 44m de vão, em planta curva com um raio de 64m, em que apoia a laje do piso 2 e parte da laje do piso 3 Fig. 1. A linha de pilares mais próxima encontra-se a uma distância de 12m. A viga apresenta um rasgo rectangular com 6,8mx6,8m perto do seu apoio o que criou uma dificuldade adicional, visto a viga inferior nessa zona ter apenas 2,7m de altura. Figura 2. Vão da entrada principal do módulo A. Para suspensão desta viga foi executada no seu meio vão uma viga perpendicular com 0,5mx5m de secção apoiada em dois dos pilares centrais deste Módulo A3 e escondida na zona técnica do piso 4. Para o dimensionamento das duas vigas recorreram-se a vários modelos de cálculo de forma a tentar determinar o mais correctamente os seus esforços e principalmente os seus deslocamentos, condicionantes devido aos revestimentos em pedra da fachada. Após a análise de elementos finitos que serviu para a determinação da armadura de alma das vigas, analizaram-se as distribuições de forças/tensões segundo algumas secções para a determinação da armadura de flexão e de esforço transverso Fig. 3. Figura 3. Viga principal e viga de suspensão. 4

5 Luís Gião Marques Para a execução da viga houve necessidade de recorrer a um sistema de cofragem especial com um faseamento da betonagem de forma a resolver os problemas relacionados com a sua geometria e com a distância de 9,6m da sua face inferior em relação à laje do piso Pérgola do Módulo A4 A pérgola é constituída por uma viga principal de secção mista, betão armado mais perfil metálico HEB800, e vence um vão de 30m apoiada em dois Módulos diferentes A2 e A4, Fig. 4, Fig. 5 e Fig. 6. A viga recebe várias vigas em tubos TPS250x350x10, definidos pela arquitectura e foi executada em betão armado por necessidade de apoio do revestimento em pedra calcária. Figura 4. Aspecto geral da pérgola. Figura 5. Pormenor do apoio da viga no Módulo A2. Figura 6. Preparação para a betonagem / final com acabamentos 5

6 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa 5.3 Lajes de Piso e de Cobertura do Tea Room Na zona do Tea Room, Módulo A2, as lajes de piso e cobertura tem a forma de um triângulo rectângulo em planta em que a hipotenusa tem 18,5m de vão máximo e limitações de espessura ao nível do piso de 0,55m e ao nível da cobertura de 26cm. A laje de cobertura serve de apoio de uma fachada cortina em vidro suspensa sem caixilharia com uma altura total de 9,6m. Figura 7. Piso e cobertura do tea room A laje do piso 1 é em betão com espessura máxima de 12cm, sobre chapas metálicas colaborantes apoiadas em vigas secundárias em perfil metálico IPE450 apoiadas em vigas em perfil metálico HEM550. A laje de cobertura é em betão armado com 26cm de espessura total aligeirada com blocos de poliestireno expandido suportada por uma estrutura metálica constituída por vigas em perfil metálico HEM180 embebidas na laje. 5.4 Vão da Entrada Principal da Unidade B Para o conjunto definido pelo grande vão com cerca de 25m entre apoios, com desenvolvimento elíptico em planta de raio bastante pequeno, 38m, e pela laje de cobertura da entrada do Módulo B com vão máximo de 18,2m, optou-se por uma solução de lajes em betão com espessura máxima de 10cm, sobre chapas metálicas colaborantes apoiadas numa grelha ortogonal de vigas em perfil metálico HEB apoiadas numa viga principal mista com blocos de poliestireno expandido para aligeiramento Fig. 8. A viga metálica é treliçada, constituída por cordas inferiores e superiores em perfil metálico HEB400 e por cordas verticais e inclinadas em perfil metálico HEB280 embebidos na viga em betão armado. Figura 8. Viga principal mista com blocos de poliestireno expandido 6

7 Luís Gião Marques A vantagem desta solução foi a de aliviar as cargas permanentes a suportar pela viga principal e evitar cofragem especial para a sua execução permitindo a inclusão de dois grandes vãos Fig Parede Sul e Pérgola Metálica Figura 9. Vista geral da entrada do Módulo B A grande parede sul de separação entre o jardim interior e o exterior com 22m de altura e com três grandes vãos elípticos é em betão armado com 0,50m de espessura e foi dimensionada à acção do vento. Figura 10. Grande parede sul e pérgola A pérgola metálica está encastrada em dois pilares em betão armado de secção circular isolados com 21,4m de altura e simplesmente apoiada na parede sul e nas lajes de cobertura dos Módulos A1, A2 e A3 Fig Vão do Auditório, Módulo B O vão em forma de batata, resultante do somatório de elipses com diferentes raios, foi uma das peças de maior dificuldade de execução Fig. 11. O aro do vão foi executado em chapa metálica com 35mm de espessura para poder funcionar em consola e com 66cm de largura máxima para poder ir apoiando na intersecção do seu volume com a parede exterior em betão armado com 20cm de espessura e implantação elíptica. 7

8 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa Figura 11. Vão do auditório Para a execução do aro foram soldados vários troços de chapas em superfície elíptica obtida por calandragem e deixados perfis metálicos como chumbadores à parede em betão armado Fig Pavimentos Térreos Figura 12. Pormenor da chapa e chumbadouros Como os níveis freáticos do terreno de fundação se encontram acima da cota do piso térreo, Piso -1, foram executados para os pavimentos, painéis constituídos por dupla laje de fundação, separadas por uma camada de enrocamento Fig. 13, apoiadas nas vigas de fundação, em toda a implantação do edifício com dois objectivos principais: - Resolver eventuais drenagens de águas que porventura venham a existir a esse nível. - Permitir no futuro a execução de alterações às infra-estruturas sem danificar o sistema de impermeabilização da laje. Figura 13. Pormenor tipo do piso térreo 8

9 Luís Gião Marques As lajes foram executadas sobre tapete impermeabilizante em geocompósito bentonítico. O enrocamento utilizado foi obtido do aproveitamento após selecção e britagem dos materiais não argilosos provenientes da demolição dos edifícios existentes. 6. OBRA VISTA DA TORRE NASCENTE Apresentamos uma sequência de fotografias Fig. 14, Fig. 15 e Fig. 16, tiradas de uma torre montada na zona nascente da obra que retrata a evolução da obra de estruturas e fundações, Fase 2, ao longo dos seus seis meses de duração. Figura 14. Aplicação das mantas bentoníticas Voltex. Execução de maciços e vigas de fundação. Figura 15. Montagem do cimbre para execução do piso elevado e grande viga do Módulo A3. Figura 16. Estrutura concluída. 9

10 Projecto de Estruturas e Fundações do Edifício Centre For The Unknown da Fundação Champalimaud em Lisboa 7. NÚMEROS DA OBRA Execução do Projecto de Estruturas e Fundações: 1/10/2007 a 1/10/2008- Execução da obra: 5/10/2008 a 5/10/2010. Custo Total da Obra: 100 milhões de euros. Execução da obra de Demolições, Escavação e Contenção Periférica, Fase 1: 5/10/2008 a 1/02/2009. Custo: 3,8 milhões de euros. Execução da obra de Estrutura e Fundações, Fase 2: 2/02/2009 a 2/10/2009. Custo: 15,4 milhões de euros. Principais quantidades: Descrição Un Quantidade ÁREA DE IMPLANTAÇÃO m ÁREA DE CONSTRUÇÃO m ÁREA DEMOLIDA m VOLUME PRODUTOS BRITADO m VOLUME ESCAVAÇÃO m ESTACAS DA CORTINA ml 7122 ESTACAS DE FUNDAÇÃO ml BETÃO m COFRAGEM m AÇO ton ESTRUTURA METÁLICA ton 560 MANTA BENTONÍTICA VOLTEX m CONCLUSÕES Construção de um edifício com os seus alçados principais implantados sobre curvas obtidas a partir de sucessões de elipses com diferentes raios e grandes vãos com diferentes formas, executado segundo módulos de estrutura com plantas o mais rectangular possível. Utilização repetitiva da dimensão de 50cm para um grande número de peças em betão armado contribuindo para uma limitação de arestas na estrutura de betão armado, facilitação do processo construtivo e grande homogeneidade arquitectónica em todo o edifício. Possibilidade de execução de um vão de 44m com planta em curva com um raio de 64m, entrada do Módulo A, sem o recurso a soluções com a aplicação de pré-esforço por via de uma concepção acertiva. Possibilidade de execução de diversos vãos com grandes dimensões sem o recurso a cofragem, com especial realce para o vão de 25m com planta em curva com um raio de 38m e uma laje de com vão máximo de 18,2m da entrada do Módulo B em que se utilizou uma solução para a viga principal mista em treliça metálica, betão armado e blocos de poliestireno expandido para aligeiramento e solução para o pavimento com lajes em betão sobre chapas metálicas colaborantes. Obra de Estruturas e Fundações sem trabalhos a mais. 10