Túnel de Benfica/ IC17/ Circular Regional Interior de Lisboa

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1 Túnel de Benfica/ IC17/ Circular Regional Interior de Lisboa António Campos e Matos 1 Ricardo Leite 1 Domingos Moreira 1 Pedro Araújo 2 Pedro Quintas 2 RESUMO O presente artigo expõe alguns dos aspetos da conceção e projeto de estruturas do Túnel de Benfica. A obra insere-se no fecho da Circular Regional Interior de Lisboa (CRIL), via primordial de ligação entre o sul e o norte de Lisboa, atravessando zonas densamente urbanizadas dos concelhos de Amadora e de Lisboa. Devido a essa densidade, o Túnel de Benfica intersetava diversas estruturas existentes, como aquedutos (das Francesas e das Águas Livres), caneiros (da Damaia e de Alcântara) e sistemas municipais de abastecimento de água, saneamento e eletricidade. Exigia-se um cuidado faseamento construtivo que compaginasse a construção do Túnel de Benfica com o desvio/ restabelecimento dos serviços afetados, adoptando-se soluções construtivas que minimizassem os impactos da obra sobre a população, salvaguardando o seu bem-estar e património. A realização de uma Análise de Risco (Plano de Instrumentação e Observação) permitiu avaliar as consequências de movimentos de superfície sobre o património edificado contíguo à obra, com o objetivo de garantir a segurança e conforto dos seus utilizadores. A proteção ao fogo da laje de cobertura do Túnel de Benfica é assegurada por um inovador sistema de pré-lajes, associado ao próprio faseamento construtivo. PALAVRAS-CHAVE Túnel, pré-lajes, fogo, caneiros, aquedutos, análise de risco 1 2 Gabinete de Estruturas e Geotecnia Lda, Porto, Portugal. geg@geg.pt, ricleite@geg.pt, dmoreira@geg.pt Odebrecht Bento Pedroso Construções S.A. pedro.araujo@odebrecht.com, pedro.quintas@odebrecht.com

2 1. INTRODUÇÃO O Túnel de Benfica insere-se no IC17 (CRIL), no sublanço Buraca-Pontinha. A obra localiza-se numa zona fortemente urbanizada, na fronteira entre os concelhos de Lisboa e da Amadora. Interfere com infra-estruturas de grande importância, que exigiram soluções particulares. Tem uma extensão de 1446m. É constituído por uma galeria dividida por uma parede contínua, materializando um tubo independente para cada sentido de tráfego. Cada tubo tem largura entre 14,5m e 23,5m e altura entre 5,0 e 15,3m. 2. DESCRIÇÃO GERAL 2.1 Tipologias Construtivas O Túnel de Benfica divide-se em três trechos completamente cobertos, ligados por dois trechos semicobertos. Predominantemente, a obra foi executada pelo método invertido (também designado por top-down ). Este método tende a minimizar os efeitos em construções vizinhas, além de dispensar suportes provisórios para a escavação e o uso de cavaletes para a laje de cobertura. Os arranjos finais nas áreas intervencionadas são antecipados e limita-se os níveis de ruído durante a construção. Este aspeto é importante nesta obra, face à sua localização numa zona residencial. As principais etapas do faseamento construtivo são: 1. Execução das estacas das contenções laterais e do apoio central do túnel; 2. Execução da laje de cobertura; 3. Escavação até à base do leito da plataforma com instalação dos geodrenos e remoção dos produtos da escavação; 4. Construção das paredes de forro, pré-fabricadas, com a prévia instalação do geocompósito drenante entre estacas e a estabilização do terreno entre estacas com betão projetado sobre malha-eletrosoldada; 5. Pavimentação, instalação de equipamentos e acabamentos. Figura 1. Método Invertido - escavação 2

3 Quando a envolvente à obra permitiu a materialização de taludes de escavação, a estrutura foi executada pelo método usualmente designado por Cut&Cover. Nesse caso, as principais etapas do faseamento construtivo são: 1. Escavação do terreno até à base do leito da plataforma; 2. Execução das fundações (sapatas corridas); 3. Construção dos muros laterais e dos pilares centrais; 4. Execução da laje de cobertura e das vigas de encabeçamento; 5. Preenchimento das zonas laterais com aterro compactado; 6. Pavimentação, instalação de equipamentos e acabamentos. Figura 2. Método Cut&Cover 2.2 Singularidades da obra Ao inserir-se numa área densamente urbanizada e infra-estruturada, o túnel compreende variadíssimas singularidades como os aquedutos das Águas Livres e Francesas (estruturas do século XVIII), uma PI à Linha de Sintra e os caneiros da Damaia e de Alcântara. Inclui ainda o Nó da Damaia. 2.3 Fatores mais significativos para o projeto Na elaboração do projeto de estruturas e geotecnia do Túnel de Benfica, atendeu-se a diversos condicionamentos, sendo os mais relevantes: Condicionamentos ambientais e paisagísticos Este trecho da CRIL desenvolve-se junto ao edifício da Quinta do Bom Pastor, propriedade do Patriarcado de Lisboa, do bairro das vivendas de Santa Cruz e de edifícios de grande porte existentes do lado Poente, após o cruzamento com a Linha de Sintra e junto às Portas de Benfica. A opção por uma solução em túnel resultou da conjugação de diversos fatores, nomeadamente para dar cumprimento ao disposto na DIA, nos Pareceres emitidos no âmbito do Processo de Avaliação de Impacte Ambiental no que respeita a minimização de impactes acústicos e paisagísticos. 3

4 Figura 3. Integração do túnel no ambiente urbano Assim, foram considerados os seguintes condicionamentos: Foram adotadas soluções estruturais e faseamentos construtivos que permitem rapidamente executar os arranjos finais nas áreas intervencionadas e que limitam os níveis de ruídos durante a construção; Os túneis dispõem de um recobrimento com terra com espessura média de 0,70m, com o objetivo de, em boas condições de manutenção, permitir o tratamento paisagístico; Os perfis longitudinais e transversais da laje de cobertura do Túnel de Benfica foram estabelecidos de forma a respeitar os seguintes condicionamentos particulares: o Limitar ao mínimo a altura do paramento da contenção nascente do túnel que se desenvolve acima do terreno natural, entre a PI2A (PI do Caminho de Ferro) e o km 1+550, para minimizar o efeito de barreira em relação às vivendas do Bairro de Santa Cruz; o Viabilizar o acesso às entradas do piso térreo do edifício adjacente à contenção do lado Poente, cerca do km 1+450; o Permitir o atravessamento pelos Caneiro da Damaia e de Alcântara, com escoamento em regime de superfície livre. Foram ainda garantidos gabarits superiores a 5,0m no interior do túnel, quer à laje ou vigas de escoramento, quer aos diversos equipamentos que estão previstos no interior do túnel. Onde tal se revelou viável, elevou-se ligeiramente a cota da laje, no sentido de evitar espessuras de recobrimento muito acima do valor nominal. Foram pontualmente criadas zonas de alojamento de elementos de sinalização, por subida pontual da laje na zona do Nó da Damaia. Condições geológico-geotécnicas O Túnel de Benfica tem início nas formações rochosas, muito alteradas e fraturadas, do Complexo Vulcânico de Lisboa, passando depois a intersetar os terrenos argilo-arenosos mais resistentes, sobreconsolidados, da Formação de Benfica. As formações encontram-se cobertas por aterros modernos ou por coluviões ou aluviões. As baixas aluvionares encontram-se sob uma camada de materiais de aterro de espessura muito variável, resultantes das sucessivas modelações do terreno. Relativamente à tectónica e em modo resumido, foram cartografadas duas falhas prováveis. A possibilidade da existência destas duas estruturas pode traduzir-se numa rápida mudança das condições geológicas e geotécnicas do maciço. 4

5 Singularidades Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE2012 A conjugação da variabilidade geométrica, geológica, hidrogeológica e geotécnica com a existência de infra-estruturas a respeitar ou restabelecer, levou a considerar 29 secções de cálculo 2D e diversos modelos 3D. Figura 4. Modelo 3D Segurança e Conforto O Processo de Concurso era particularmente exigente nos parâmetros de segurança e conforto dos utilizadores, bem como na preservação do edificado. De modo a poder avaliar o nível de risco de danos a que ficam submetidas as edificações que confinam com o túnel, durante a construção da obra e na fase de serviço, os perfis transversais correspondentes às secções condicionantes foram modelados com o programa de cálculo automático PLAXIS (versão 8). Pretendeu-se quantificar a evolução das deformações da estrutura de contenção e dos terrenos adjacentes ao longo das diversas etapas do faseamento construtivo e na fase de exploração. Os resultados destes cálculos foram integrados em modelos de pórtico plano, no programa ROBOT, para quantificação de esforços axiais, de flexão e de corte, tendo em vista o seu dimensionamento. Figura 5. Interação Plaxis-Robot 5

6 3. ASPECTOS MAIS NOTÁVEIS DA OBRA 3.1 Introdução A descrição genérica torna evidente que o Túnel de Benfica consiste numa sequência de casos particulares. De entre os aspectos notáveis, optou-se por realçar apenas três: A solução da laje de cobertura, por ser extensiva à obra e incluir um elemento inovador, que deu origem a uma patente de invenção; A solução estrutural e construtiva do caneiro de Alcântara, suspenso da laje do túnel; A solução estrutural e construtiva na zona dos aquedutos das Águas Livres e das Francesas, cuja casa de ligação se localiza sobre o túnel. 3.2 Laje de cobertura/ Protecção ao fogo A laje de cobertura é, em geral, do tipo nervurado e executada sobre pré-lajes. As pré-lajes garantem uma superfície inferior plana, como convém para maximizar a eficiência da ventilação do túnel. Os espaços entre nervuras são preenchidos com blocos de poliestireno expandido, não inflamável, fixos às pré-lajes previamente à betonagem, para garantir o seu correto funcionamento. As nervuras são afastadas de 2,40m entre si, ou seja, metade do comprimento das pré-lajes. O aligeiramento é considerável, relativamente a uma solução em laje maciça e mesmo a uma laje vazada. Figura 6. Montagem da armadura da laje de cobertura A secção em T, que resulta da solução de aligeiramento proposta, é particularmente eficiente para suportar momentos fletores positivos. Junto às vigas de encabeçamento das estacas das cortinas laterais (ou das paredes laterais, conforme o caso) e numa banda longitudinal sobre o separador central, elimina-se o aligeiramento. A secção, nestas bandas, passa a ser maciça, mais eficiente para suportar momentos fletores negativos e esforços transversos mais importantes. O elemento mais inovador está nos painéis de pré-laje. Trata-se de peças com 0,12m de espessura, distribuídos por uma camada superior de 0,06m, em betão armado, e por uma camada de 0,06m, em betão de argila expandida (Figura 7). Foram concebidas para cumprir diversas funções: Funcionam como pré-lajes convencionais, ou seja, como cofragem perdida, em fase construtiva. Simplifica-se o tratamento da superfície do terreno em toda a área do túnel. Elimina-se a remoção da cofragem no fim da escavação e o risco associado, porque não há adesão do terreno à estrutura; Servem de suporte para os blocos de aligeiramento do tabuleiro, garantindo o seu posicionamento durante a betonagem; Constituem o acabamento final da face inferior do túnel; 6

7 Proporcionam proteção ao fogo à estrutura portante. As pré-lajes e respetivas juntas foram ensaiadas pelo Departamento de Engenharia Civil da F.C.T.U.C.; Proporcionam excelente comportamento acústico, com vantagens para os utilizadores do túnel e para o meio envolvente, junto aos trechos parcialmente cobertos, como na zona do bairro de Santa Cruz. Figura 7. Pré-laje A fixação das pré-lajes às nervuras da laje do túnel é mecânica, materializada por varões de aço salientes das pré-lajes e que ficarão inseridos no betão das nervuras. Elimina-se assim o risco de queda destas peças, mesmo em situação de incêndio. É possível, caso ocorra um incêndio grave, que se verifique a deterioração de um ou mais trechos de pré-laje. Estes podem ser facilmente substituídos, demolindo as pré-lajes deterioradas e selando novas peças, com as mesmas características, às nervuras. Não é necessário substituir os blocos de aligeiramento, que terão eventualmente fundido, já que estes apenas servem de molde perdido durante a betonagem da laje. 3.3 Caneiro da Damaia O Caneiro da Damaia insere-se na secção 3A do Túnel de Benfica. Trata-se de uma zona executada em Cut&Cover. A singularidade relativa ao Caneiro da Damaia tem pouca expressão estrutural, já que se localiza sob o Túnel de Benfica. A secção do caneiro é constituída por um quadro em betão armado com um septo interior, excêntrico, a fazer a separação entre o canal e a galeria técnica adjacente. A secção transversal corrente apresenta uma laje superior e montantes com espessura de 0,30m e a laje de fundo com espessura de 0,40m. Sob os apoios verticais do túnel, a transmissão de cargas pontuais ao caneiro obrigou a um reforço da sua secção transversal corrente, passando o montante do lado oposto ao da galeria técnica a apresentar uma espessura de 0,45m e a laje de fundo uma espessura de 0,60m. Figura 8. Caneiro da Damaia 7

8 3.4 Caneiro de Alcântara Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE2012 O Caneiro da Alcântara insere-se na secção 3G do Túnel de Benfica. Em termos de tipologia estrutural, a estrutura do túnel nesta secção é realizada com um pórtico de quatro vãos, de betão armado, constituído por duas paredes laterais exteriores, duas paredes laterais interiores e um alinhamento de pilares centrais, todos encabeçados por vigas longitudinais, às quais fica rigidamente ligada a laje de cobertura. Cada um dos vãos centrais comporta um dos sentidos de trânsito na CRIL. Os vãos laterais são ocupados pelos ramos de ligação da CRIL à malha viária existente à superfície. Figura 9. Secção 3G/Caneiro de Alcântara tipologia estrutural Por condicionalismos de ordem construtiva, para permitir a realização do desvio do caneiro para o seu novo traçado antes da execução do trecho do Túnel de Benfica, desenvolveu-se uma solução de suspensão do caneiro (Figura 10), na zona de cruzamento com o túnel. Recorreu-se a um faseamento construtivo pelo método invertido, com recurso à execução prévia de estacas, nas quais se apoia, provisoriamente, o trecho de caneiro em questão. Figura 10. Caneiro de Alcântara suspensão do caneiro Após a escavação sob o caneiro, executa-se o trecho de túnel mantendo praticamente inalterada a solução construtiva prevista para a Secção 3G do Túnel de Benfica. Assim sendo, são executadas a laje de fundo e as paredes laterais, forrando ou envolvendo as estacas que serviram para a suspensão provisória do caneiro. As estacas são definitivas e têm capacidade portante. De facto, aliviam as paredes e sapatas de parte das acções. No entanto, optou-se por manter a geometria das peças homólogas a montante e a jusante. 8

9 Figura 11. Caneiro de Alcântara final da construção 3.5 Aquedutos das Águas Livres e das Francesas A zona dos aquedutos tem uma extensão de 156m, a eixo da CRIL. Os condicionamentos arqueológicos foram os mais importantes, já que os aquedutos são estruturas em alvenaria de qualidade relativamente fraca, pesadas e sensíveis a assentamentos. A solução estrutural e construtiva garantiu a manutenção destes monumentos históricos da cidade de Lisboa, seguindo as recomendações do IPPAR. A estrutura do túnel nesta secção é realizada com um pórtico de dois vãos, em betão armado, constituído por duas cortinas de estacas laterais e por um alinhamento de pilares centrais. São encabeçados por vigas longitudinais, às quais fica ligada a laje de cobertura. A altura anormalmente grande da secção conduziu à adoção de um nível de escoramento intermédio, integrado na estrutura de suspensão dos aquedutos. Figura 12. Túnel de Benfica planta do escoramento intermédio A laje de cobertura é maciça, com espessura de 1,20m, nas zonas mais esforçadas. Nos restantes casos, a laje de cobertura é nervurada, mantendo o afastamento de 2,40m que ocorre na generalidade das secções do Túnel de Benfica. O suporte direto dos aquedutos é constituído por microestacas horizontais, executadas sob os aquedutos, que descarregam a carga em vigas que acompanham a base das paredes dos aquedutos. Estas vigas têm continuidade estrutural com o nível intermédio de escoramento, com o qual formam um todo. A solução de suspensão das vigas é diferente nos aquedutos das Francesas e das Águas Livres, em consequência da orientação dos aquedutos relativamente ao eixo do Túnel de Benfica. No aqueduto das Águas Livres, o ângulo dos alinhamentos é próximo de 25º. No das Francesas, é próximo de 70º. Esta caraterística faz com que, no Aqueduto das Francesas, as paredes laterais ao aqueduto funcionem como vigas de grande altura porque o seu vão é apenas ligeiramente superior ao da laje. O suporte principal é materializado por duas vigas em I, em que o banzo inferior é a viga de ligação das 9

10 microestacas, a alma é a parede que ladeia os aquedutos e o banzo superior é a laje de cobertura. Este esquema estrutural é extremamente rígido e suficientemente resistente para suportar grande parte do peso da casa de ligação dos aquedutos. Pode-se dizer que esta se encontra em consola relativamente ao vão esquerdo do túnel. O mesmo esquema (paredes dos aquedutos funcionando como viga) traria sérios problemas de aplicação no Aqueduto das Águas Livres por causa do viés. O vão reto de 18,78m traduzir-se-ia num vão real próximo de 50m. Optou-se por realizar as paredes em trechos sem continuidade entre si e penduradas da laje por barras tipo Dywidag. O sistema permite colocar as barras em carga depois da conclusão da laje e antes da escavação sob os aquedutos. A continuidade das vigas de ligação das microestacas é fundamental para evitar que deformações na laje sejam ampliadas até à base dos aquedutos, o que seria nefasto para as alvenarias. A não continuidade entre painéis e entre os painéis e a laje de cobertura é necessária para que a continuidade das vigas não se traduza no comportamento global que se pretende evitar. No alinhamento central, onde as cargas verticais a suportar são maiores, os maciçamentos são mais extensos. São materializados por paredes, acima do nível de escoramento, e por paredes de forra às estacas, abaixo desse nível. Nos espaços sem estacas (sob os aquedutos) a parede não é apenas de forra e solidarização mas sim maciça, fundada numa sapata contínua. Esta peça foi executada previamente à aplicação do revestimento sobre a laje de cobertura. No cruzamento dos Aquedutos das Águas Livres e das Francesas com as cortinas das estacas laterais, foram realizadas paredes de betão, ancoradas. 3.6 Instrumentação e Monitorização A construção de obras subterrâneas, como é o caso presente dos túneis, devido à descompressão do meio escavado, são normalmente causadores de movimentos à superfície (bacias de subsidência). Quando se trata da execução destas obras em meio urbano, é fundamental avaliar as consequências dos movimentos de superfície sobre o património edificado, no sentido de otimizar os locais e quantidades de dispositivos de instrumentação e/ou medidas de reforço. Figura 13. Instrumentação de paredes do túnel e de edifícios A análise de risco dos edifícios localizados à superfície foi feita pelo método de Avaliação de Risco de Dano em Edifícios (Building Risk Assessement) desenvolvido por Burland, que compreende as seguintes fases: estimativa de movimentos superficiais devidos às escavações (definição das curvas de subsidência do terreno); definição e caracterização dos edifícios afetados pelas obras; avaliação do risco com base em parâmetros de controlo. Com o faseamento construtivo adotado, garantiu-se que o nível de risco de danos no edificado adjacente à obra cumprisse o limite máximo admitido pelo cliente (categoria de risco nível 2). 10