PALÁCIO SOTTO MAYOR: RECALÇAMENTO DE EDIFÍCIO CENTENÁRIO E ESCAVAÇÃO DE GRANDE ALTURA EM MEIO URBANO

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1 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 execução considerados na definição de soluções de contenção e recalçamento, projectadas e executadas no âmbito da obra do Centro 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 a construção de uma galeria subterrânea sob o mesmo, e com a execução de uma escavação para a construção de oito pisos 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 earth retaining and underpinning solutions adopted at the Sotto Mayor Palace deep excavation works, as well as their performance during the different excavation phases. The main purpose of this work was the excavation for the construction of 8 floors below ground level, keeping in the middle of the site area the historic building of Sotto Mayor Palace, 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 do número de estruturas infraestruturas enterradas, construídas ao abrigo de obras de escavação e contenção, nas quais as soluções adoptadas se encontram, em geral, condicionadas por razões de ordem geológica e geotécnica, condições de vizinhança, serviços afectados, entre outras. Na mesma perspectiva de valorização dos espaços urbanos, tem-se igualmente destacado a preocupação com a preservação do património histórico e arquitectónico, a qual, na sua vertente geotécnica, 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 concepção e execução de uma obra em meio urbano onde estiveram presentes, de forma articulada, as exigências relativas a uma escavação de cerca de 15.m 3 de terras, com altura máxima de aproximadamente 27m e numa área correspondente a um quarteirão com cerca de 95x8m 2, 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 classificado pelo 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 Palácio Sotto Mayor. Este edifício, de estilo clássico e com influência francesa, foi projectado pelo Arqtº Ezequiel Bandeira e construído entre 192 e 196, no local onde teria existido anteriormente o solar da família Mayer, construído no século XIX e demolido em 19. O edifício é constituído por uma estrutura com paredes exteriores em alvenaria de pedra de boa 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, Amadora, Portugal; apinto@tecnasol-fge.pt 2 Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, Amadora, Portugal; sferreira@tecnasol-fge.pt 3 Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, Amadora, Portugal; plopes@tecnasol-fge.pt 4 Tecnasol FGE, Fundações e Geotecnia; R. Fontaínhas, nº58, Amadora, Portugal; jdias@tecnasol-fge.pt 5 Somague Engenharia S.A.; R. Dr. António Loureiro Borges, nº9, Algés, Portugal, RCosta@somague.pt 6 Área Chave, S.A., R. Margarida Palla, nº7, Algés, Portugal; areachave@mail.telepac.pt

2 estrutura encontrava-se fundada directamente em formações miocénicas, dispondo de uma cave semi-enterrada, piso térreo nobre, 1º piso e mansardas, ocupando uma área em planta de cerca de 3x3m 2 (fig. 1). No início dos anos 9 teve lugar um incêndio que danificou severamente a cobertura e alguns dos elementos estruturais do Palácio, em particular os pavimentos, em madeira de solho, o qual determinou a necessidade de colocação de uma cobertura metálica provisória, que permaneceu no local durante os trabalhos de escavação. O novo Projecto de Arquitectura além de prever a necessidade de executar um escavação em torno do Palácio para a construção de oito pisos enterrados, destinados a hotelaria, comércio e estacionamento, contemplava ainda a execução de uma galeria sob a estrutura do Palácio, atravessando a zona central entre as fachadas Poente e Nascente. A execução desta galeria 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 nos horizontes superiores (N SPT médios de 3 a 4 pancadas). A capacidade resistente destas formações aumentava em profundidade através da influência da componente margosa, assim como da presença de calcarenitos. Na base da escavação foi detectada a Formação de Benfica, pertencente ao Oligocénico (fig. 2). A caracterização geológica e geotécnica envolveu a realização de três campanhas de prospecção, as quais incluíram a execução de sondagens à rotação, a instalação de piezómetros, a realização de poços para reconhecimento da geometria e condições de fundação do Palácio, a execução de ensaios SPT e de ensaios triaxiais, permitindo a definição de zonas geotécnicas e dos respectivos parâmetros geomecânicos. Perfil Geológico (fachada para Av. F. P. Melo) Execução de sondagens junto à fachada Sul Aterro Argila siltosa Calcarenitos Miocenico Argilas siltosas com componente margosa Calcarenitos Argilas siltosas com componente margosa Oligocenico -25m Figura 2. Perfil geológico e vista da execução de sondagens.

3 Condicionamentos relativos a condições de vizinhança O recinto de escavação encontra-se confinado por edificações de médio porte, algumas delas com estrutura em alvenaria de pedra, assim como por importantes arruamentos (fig. 1). Em particular, destaca-se a Av. Fontes Pereira de Melo, sob a qual se localiza o túnel do Metropolitano de Lisboa M.L. (fig. 3), a uma distância de cerca de 1m, em planta, da obra. Igualmente importante foi a compatibilização das soluções adoptadas com todos os serviços localizados na zona envolvente da obra. Secção Tipo (Poente / Nascente) Av. Fontes Pereira de Melo (POENTE) R. Sousa Martins (NASCENTE) Túnel M.L. N.F. -25m Vista do Palácio a partir da Av. F. P. de Melo SOLUÇÕES ADOPTADAS Recalçamento interior do Palácio Figura 3. Vista do Palácio a partir da Av F. P. Melo e secção tipo Poente - Nascente. Devido à exiguidade de espaço e às características da estrutura a recalçar, a solução adoptada consistiu no recurso a microestacas em aço de alta resistência, com secção em coroa circular, encabeçadas por uma grelha de vigas de betão armado pré-esforçado (fig. 4 e 5). Foram executadas microestacas do tipo N8 ext 127mm e 9mm de espessura, com 12m de comprimento total, incluindo 6m de selagem. As microestacas acomodaram uma carga axial de serviço de cerca de 6kN. No que se refere às vigas de encabeçamento, dispostas em grelha, estas foram solidarizadas às paredes de alvenaria de pedra através de mecanismos de costura constituídos por barras tipo Gewi 32mm (f syd = 5MPa). O grau de pré-esforço foi definido de forma a equilibrar a totalidade das cargas permanentes transmitidas às vigas, tendo 5% da carga sido aplicada antes do início dos trabalhos de escavação exterior. Solução de recalçamento do Palácio Paredes ext. Paredes int. Furação para execução de microestacas Transferência de carga Microestacas Cortina de estacas Paredes existentes (alvenaria de pedra) Grelha de vigas de recalçamento Microestacas de recalçamento Parede a recalçar Cabos p.e. Microestacas Viga Gewi 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 pisos enterrados localizados em torno do Palácio. Esta opção de faseamento construtivo permitiu a reposição das condições de confinamento da estrutura e fundações do Palácio antes dos referidos trabalhos de escavação.

4 Cabeça das ancoragens Setembro 21 Grelha de vigas Início da escavação da galeria sob o Palácio Microestacas de recalçamento do Palácio Janeiro 22 Microestacas Final da escavação da galeria sob o Palácio 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 da contenção em relação às paredes periféricas do Palácio, os quais desaconselhavam o recurso a uma solução de paredes moldadas, optou-se pela execução de uma cortina de estacas 8mm afastadas de 1,m, revestidas com betão projectado, armado com malha electrosoldada. Devido aos condicionamentos existentes, nomeadamente o facto de se tratar de uma contenção localizada no interior do recinto de escavação, a existência de microestacas no interior do Palácio 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 de cintagem em betão armado pré-esforçado. Estas vigas foram executadas em seis níveis, ao longo de uma altura máxima de escavação de cerca de 24m, tendo sido betonadas e pré-esforçadas contra o terreno e apoiadas ao longo do seu perímetro exterior em perfis HEB2, previamente colocados no terreno antes do início dos trabalhos de escavação. A função destes perfis era a de controlar a deformabilidade vertical das vigas, de forma a evitar a mobilização de excentricidades de segunda ordem. A localização das vigas foi definida de forma a permitir que, sempre que possível, as mesmas pudessem ser incorporadas na estrutura definitiva, ou seja nas lajes dos pisos enterrados. Estes elementos foram assim dimensionados com uma secção com cerca de 3,x,425m 2, correspondendo os,425m à espessura das lajes (fig. 6 e 8). O grau de préesforço foi definido de forma a equilibrar a totalidade dos impulsos transmitidos pelo terreno de fundação do Palácio à cortina de estacas, correspondente a uma carga máxima de serviço de cerca de 13kN/m. De forma a equilibrar esta carga foram adoptados, em cada viga, dois cabos com 27 cordões cada. O pré-esforço em cada viga foi aplicado em duas fases, com sentido alternado entre duas vigas consecutivas. Os cabos foram tensionados a 7% de f puk e não foram injectados de forma a, se necessário e em função dos resultados do Plano de Instrumentação e Observação adoptado, permitir o seu retensionamento.

5 6 vigas de cintagem préesforçadas Cortina de estacas Palácio Traçado dos cabos de pré-esforço Preparação do terreno para a execução da 1ª viga Montagem de cabos de pré-esforço na 1ª viga Vistas das vigas de cintagem 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 de cerca de 11 meses, a optimização e gestão de equipamentos determinou a adopção de três técnicas distintas, em função da altura total de escavação e das condições de vizinhança: parede moldada com 1,m de espessura (Av. Fontes Pereira de Melo: h max 27m), parede moldada com,6m de espessura (Rua Martens Ferrão: h max 27m), cortina de estacas 8mm afastadas 1,m revestidas com betão projectado, armado com malha electrosoldada (Rua Sousa Martins: h max 23m) e contenção tipo Munique com,35m de espessura, apoiada em microestacas (Largos das Palmeiras e Andaluz: h max 18m). Todas estas estruturas de contenção foram travadas provisóriamente com ancoragens de préesforço útil variável entre 1 e 6kN, seladas no terreno com recurso ao sistema de injecção tipo multi-válvulas. As ancoragens apresentavam comprimento total variável entre 42 e 15m. Em todas as ancoragens foram executados ensaios de recepção simples ou detalhados. Conforme estipulado no Plano de Instrumentação e Observação, em todas as 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 foi efectuada através de um programa de elementos finitos vocacionado para estruturas geotécnicas, tendo a mesma incluído o estudo de todas as fases construtivas da obra (fig. 7). No caso particular das vigas de betão armado pré-esforçado adoptadas na grelha de recalçamento e no travamento da contenção do Palácio foram utilizados modelos correntes de viga, sobre os quais foram aplicadas as cargas equivalentes devidas ao pré-esforço Deslocamento horizontal máximo: 14,1*1-3 m *1-3 m Figura 7. Resultados do modelo analítico.

6 Janeiro 2 Fevereiro 2 Março 2 Maio 2 Junho 2 Julho 2 Agosto 2 Novembro 2 Dezembro Vista da 2 cortina de estacas e das vigas Março de 21 cintagem Abril 21 Vista da escavação em torno do Palácio - Dez. 2 Figura 8. Vistas da escavação e execução das lajes em torno do Palácio. Cortina estacas - R. S. Martins Parede moldada - R. M. Ferrão Parede moldada (1.m esp.) - Av. F. P. Melo Parede moldada (,6m esp.) - R. M. Ferrão, Cortina de Estacas (ø8mm af. 1,m) - R. S. Martins 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 e Observação (P.I.O.) com o objectivo de permitir o controlo sistemático do comportamento da obra, através da comparação dos valores de grandezas aferidas por via experimental e analítica. No âmbito da selecção e localização dos aparelhos, a obra foi dividida em quatro zonas: contenção periférica exterior (7 alinhamentos), edifícios e arruamentos vizinhos, edifício do Palácio (4 alçados) e túnel do M.L. (9 secções, figura 12). Foram assim instalados os seguintes aparelhos, cujas leituras foram efectuadas com periodicidade mínima semanal: 28 alvos topográficos (vigas de coroamento, fachadas e interior do Palácio), 31 marcas de nivelamento (arruamentos circundantes), 14 réguas de

7 nivelamento (edifícios adjacentes), 67 células de carga eléctricas (ancoragens), 14 inclinómetros (362ml, no interior de paredes moldadas, estacas e microestacas), 3 piezómetros e 9 secções de convergência, com 4 alvos cada, no interior do túnel 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. Fachadas do Palácio - Alvos AV. Fontes Pereira de Melo Túnel do Metropolitano de Lisboa (M.L.) Largo Andaluz Rua Martens Ferrão A5 X N A6 Y A7 A8 Largo das Palmeiras Rua Sousa Martins Alvos topográficos nas fachadas do Palácio ao nível do piso térreo 8 D X A5 A6 A7 A8 4 [x1-3 m] Alvo 5 Alvo 6 Alvo 7 Alvo Nov 1-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez 8 D Y 4 [x1-3 m] Nov 1-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez D Z 8 [x1-3 m] Nov 1-Jan 29-Fev 19-Abr 8-Jun 28-Jul 16-Set 5-Nov 25-Dez Tempo Tempo Tempo Figura 1. 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 contenção revelou-se de grande importância na confirmação dos critérios de concepção. Os valores obtidos por via analítica confirmaram-se através da instrumentação, não tendo os deslocamentos horizontais sido superiores a,7/1 da profundidade da escavação (fig. 11), e também na definição do faseamento de aplicação do pré-esforço nas vigas de cintagem da cortina de estacas de contenção do Palácio. Em relação a este último aspecto, confirmou-se, através da instrumentação realizada no edifício do Palácio, a importância de aplicação do pré-esforço em duas fases, de forma simétrica e em sequência alternada entre dois níveis de vigas consecutivos (fig. 1). Deformação horizontal (d) nas estruturas de contenção Parede moldada - Av. F.P. Melo Parede moldada - R. M. Ferrão Alçado Solução H max d max inst H/d max Av. F. P. Melo P. moldada (esp=1,m) 27m 1 mm H / 27 R. M. Ferrão R. S. Martins Largo Palmeiras P. moldada (esp=,6m) C. estacas (,8m//1,m) C. Munique (esp=,35m) 27m 15 mm H / 18 24m 14 mm H / 17 28m 12 mm H / 23 Palácio S. Mayor C. estacas (,8m//1,m) 25m 13 mm H / 19 H - d max inst - profundidade máxima da escavação deslocamento horizontal máximo medido através da instrumentação (alvos e inclinómetros) Cortina estacas - R. S. Martins 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. Fontes Pereira de Melo, estes revelaram-se como muito importantes na confirmação dos critérios de concepção e na aferição do faseamento da escavação e da metodologia de injecção das ancoragens, em particular das ancoragens localizadas nos níveis superiores. Na figura 12 são apresentados os valores máximos de deslocamentos horizontais lidos no interior do túnel do M.L. nas nove secções instrumentadas, sendo de destacar a boa concordância que, em geral, foi obtida através das leituras efectuadas por aparelhos diferentes. Sublinha-se ainda, a tendência para o incremento de deformações junto à 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 a melhor 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.

8 Túnel do M.L. - 9 secções S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 Av. Fontes Pereira de Melo Túnel Largo Andaluz N Rua Martens Ferrão Palácio Largo das Palmeiras Rua Sousa Martins Leituras 7AC 7AB Dz Dx 7B 7C - 4 Alvos topográficos / 4 secção Dx [mm] - Alvos AC em cada secção S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 Dx [mm] - Alvos C em cada secção de Setembro de 2 25 de Setembro de 2 9 de Outubro de 2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 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 do Palácio, permitiu concluir da importância da aplicação integral do pré-esforço na grelha de vigas de encabeçamento das microestacas antes do início dos trabalhos de escavação da galeria. Assim, tendo estas vigas sido betonadas contra o terreno verificou-se que à medida que a escavação evoluía, de Poente para Nascente, e que as vigas deixavam de estar em contacto com o terreno, contra o qual foram betonadas, o seu efeito sobre a estrutura determinava a compensação das deformações, favorecendo a transferência de carga para as microestacas e gerando mesmo situações de ligeiro levantamento da estrutura do Palácio, em particular nas zonas de meio vão, em relação às vigas (figura 13). Galeria sob o Palácio Zona escavada para a construção da galeria 6 7 M82 Galeria M81 M8 8 N 9 H G I Marcas topográficas no interior do Palácio - piso térreo Dz [mm] 3 M8 2 M81 1 M82-1 F -2 M8 M81 M82 Localização das marcas topográficas E -3 1-Set-1 11-Out-1 2-Nov-1 3-Dez-1 8-Fev-2 2-Mar-2 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 recalçamento adoptadas, destacando-se, em especial, a forma como as mesmas foram ajustadas às particularidades de um cenário complexo. Pela sua importância na optimização e ajuste das soluções aos condicionamentos existentes, destaca-se o papel das campanhas de prospecção geológica e geotécnica efectuadas antes e durante os trabalhos, assim como do Plano de Instrumentação e Observação adoptado, confirmando-se o seu papel fundamental como ferramenta de controlo 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 na presente comunicação. Não podem ainda deixar de destacar que o trabalho de concepção e execução realizado na obra descrita foi desenvolvido por uma equipa multidisciplinar que para além da componente de concepção, execução e fiscalização, incluiu ainda, entre outras, as tarefas de produção, instrumentação, geologia / geotecnia, qualidade, segurança e orçamentação.