A ESTAÇÃO DA AMEIXOEIRA DO METROPOLITANO DE LISBOA.
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO
Joaquim Barreto1; Daniel Dias2 & Luís Ribeiro e Sousa3
Resumo – Nesta comunicação apresenta-se a extensão da Linha Amarela do Metropolitano de Lisboa, entre Campo
Grande e Odivelas, onde estão em construção cinco estações. Uma delas, a estação Ameixoeira, constitui uma obra de
grande interesse, dada a sua configuração geométrica e por ser integralmente subterrânea. Apresentam-se resultados
mais relevantes relacionados com a caracterização geotécnica das formações, bem como resultados de observação da
obra. Foram, ainda, efectuadas análises numéricas tridimensionais recorrendo ao software FLAC-3D, sendo alguns
resultados comparados com os obtidos por observação.
Abstract – In this communication the Lisbon Metro Yellow Line extension between Campo Grande and Odivelas is
described, where five stations are now in construction. Among them special emphasis is done to the Ameixoeira station,
a very important underground structure due to its geometrical configuration. Some of the most relevant studies related to
the geotechnical characterization of the different formations as well as some relevant monitoring results are presented.
3D numerical analyses using the software FLAC-3D are presented, being some numerical and monitoring results
compared.
Palavras-Chave – Obras Subterrâneas, Observação, modelos numéricos.
Introdução
O prolongamento da Linha Amarela entre o Campo Grande e Odivelas tem uma extensão de cerca de 5km,
incluindo cinco novas estações (Quinta das Mouras, Lumiar, Ameixoeira, Senhor Roubado e Odivelas), cerca de 2,7km
de túnel construído com uma máquina TBM EBS, dois túneis construídos segundo o designado método NATM com
cerca de 0,8km de comprimento, dois viadutos com a extensão aproximada de 1,1km e um túnel terminal em Odivelas.
Na Figura 1 apresenta-se a rede do Metropolitano de Lisboa e a expansão da Linha Amarela na direcção da cidade de
Odivelas. Na Figura 2, indica-se um trecho da extensão, onde se localiza o poço de ataque que permitiu o início de
escavação do túnel em escudo [1].
Figura 1. Rede do Metropolitano de Lisboa
1
Figura 2. Estação Ameixoeira
Metropolitano de Lisboa, Av. Barbosa du Bucage, [email protected]
INSA-Lyon, URGC Geotechnique, 69621 Villeurbanne Cedex, França, [email protected]
3
Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, [email protected]
2
O traçado da extensão desenvolve-se em meio urbano densamente construído, como se ilustra na Figura 2. A
obra iniciou-se em 1999 com a execução do poço de ataque. Para além das estruturas já referidas, assinalam-se, ainda:
Dois poços de ventilação, sendo o poço de ventilação nº 1 localizado entre as Estações Quinta das Mouras e
Lumiar e o poço de ventilação 2 entre as Estações do Lumiar e da Ameixoeira.
O poço de extracção que possui uma secção aproximadamente rectangular, para retirada da TBM.
Várias interferências que correspondem a situações de risco susceptíveis de induzir problemas nas infraestruturas existentes à superfície, que obrigaram à execução de obras preventivas de reforço de forma a evitar as
referidas situações.
Nesta comunicação, apresenta-se a estação Ameixoeira, que constitui uma obra relevante, dada a sua
configuração geométrica e por ser integralmente subterrânea. Apresentam-se resultados mais relevantes relacionados
com a caracterização geotécnica das formações, bem como resultados de observação da obra. Foram, ainda, efectuadas
análises numéricas tridimensionais por utilização do software FLAC-3D, sendo alguns resultados comparados com os
obtidos por observação.
ESTAÇÃO AMEIXOEIRA
Integrado na estação Ameixoeira, foi executado um poço circular de grande dimensões, com cerca de 40,2m de
diâmetro e cerca de 22m de profundidade. O poço foi executado de forma sequencial, sendo a espessura do suporte de
variável em função da profundidade O suporte é constituído por betão projectado sobre malha electrossoldada [2]. O
poço central servirá para abrigar as áreas de circulação dos utilizadores, bem como instalações várias (salas técnicas,
condutas de ventilação, elevadores, escadas mecânicas e outros equipamentos electromecânicos). A localização do poço
em planta está indicada na Figura 3.
Figura 3. Estação da Ameixoeira. Localização do poço
Por razões de planeamento, o túnel em escudo, executado por uma tuneladora Lovat, modelo ME386SE do tipo
TBM EPB, ou seja uma tuneladora com confinamento por contrapressão de terras atravessou a zona da estação [3]. A
execução das galerias correspondentes à nave da estação foi efectuada em redor deste túnel por um processo sequencial,
com reforço do interior do túnel por perfilados metálicos e posterior demolição das aduelas de betão (Figura 4). Realçase, ainda, o facto de que existem na vizinhança alguns edifícios de grande porte, nomeadamente um edifício com 17
andares e 2 caves, conforme indicado na Figura 4. A Figura ilustra fotografias da obra ainda em fase de construção.
A ocorrência de camadas arenosas, bem como um nível de água elevado, levou a que fossem efectuadas obras de
drenagem do maciço, quer através do túnel em escudo onde se executaram furos subhorizontais e subverticais drenando
a área envolvente das galerias. No poço foram efectuadas sistematicamente drenagens subhorizontais com drenos curtos.
Previu-se, também, a utilização de ponteiras drenantes para reforço da drenagem do maciço.
Figura 4. Poço de ataque, galerias e edifício de grande porte
Figura 5. Fotografias da obra
CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA
No que respeita ao perfil geológico da zona da estação, foram localizados quatro estratos na sequência das
sondagens efectuadas e após a escavação do poço (Figura 6). O primeiro estrato é composto por Argila do Forno de
Tijolo, com uma espessura de cerca de 8m, constituídas por solos argilosos, margas e grés, argilosos e micáceos, de tons
escuros, a que se segue uma camada de Calcários de Entre-Campos, com cerca de 10m de espessura, isto é, um calcário
margoso, cinzento esverdeado coberto por camadas de areia seguidas por bancadas de calcário, menos compactas. Em
baixo deste estrato, encontram-se Areolas da Estefânea, com 13m de espessura, constituídas por grés, calcários, areias
argilosas, finas, micáceas, areias e grés argilosos. Na última formação, designada Argilas e Calcários dos Prazeres,
podem encontrar-se calcários gregosos, argilas esverdeadas ou azul esverdeadas e, ainda, areias micáceas.
A campanha de prospecção geotécnica envolveu a realização de sondagens geotécnicas (numeradas de S24 a
S32) e de um furo S28A que permitiu a realização de ensaios com pressiómetro auto-perfurador. Os ensaios in situ
efectuados compreenderam a realização de ensaios de penetração dinâmica SPT, ensaios com pressiómetro Ménard,
para além dos referidos ensaios com pressiómetro auto-perfurador, da responsabilidade do LNEC [4]. Efectuaram-se,
ainda, ensaios em laboratório, que envolveram nomeadamente: análise granulométrica; determinação de limites de
consistência de Atterberg; determinação do teor em humidade natural; peso específico das partículas; peso volúmico;
determinação em sulfatos; resistência à compressão simples; ensaio edométrico; e ensaio triaxial do tipo não drenado
com consolidação.
Figura 6. Perfil geotécnico de uma secção transversal
INSTRUMENTAÇÃO E OBSERVAÇÃO DA ESTAÇÃO
Foi implementado um plano de observação de forma a permitir a observação do comportamento do maciço
envolvente da estação, bem como das infra-estruturas existentes à superfície, nas quais se integram alguns edifícios de
grande porte. Na Figura 3, representam-se em planta algumas secções principais de observação, bem como alguns dos
aparelhos instalados. As deformações superficiais são controladas por nivelamento geométrico de marcas superficiais. O
controlo de deslocamentos horizontais e verticais no interior do maciço é feito através de inclinómetros e extensómetros
localizados próximos das escavações e dos edifícios na vizinhança da obra. Para controlo de deslocamentos em
edifícios, foram instalados alvos nas fachadas dos edifícios. No interior das galerias e do poço, efectuam-se medições de
convergências utilizando métodos ópticos. Complementando esta instrumentação, foram também instalados piezómetros
para controlo dos níveis freáticos.
Foram estabelecidos critérios de alerta para os assentamentos à superfície, com base no uso de critérios empíricos
e semi-empíricos e de modelos numéricos. Outros critérios seguidos para outros deslocamentos foram estabelecidos com
base na análise das curvas deslocamento-tempo, na comparação sistemática entre os resultados obtidos em distintas
secções de observação e na análise de modelos numéricos.
Na Figura 7, apresentam-se gráficos de convergências no interior da galeria, zona da abóbada, para a secção S2a,
situada do lado do Campo Grande. Iniciaram-se as leituras em 23 de Abril de 2002. As maiores convergências registamse na corda horizontal como era de prever, atingindo-se um valor máximo de cerca de 1cm. Após a escavação da
abóbada do tecto, regista-se uma tendência para a estabilização mesmo com uma ligeira diminuição na corda
subhorizontal. O nível de alerta da corda horizontal para a abóbada era de 17,5mm, valor que não chegou a ser
atingido.
Na Figura 8, representam-se deslocamentos horizontais acumulados no inclinómetro 2, situado entre as secções
S2a e S3A, localizadas na galeria oposta. A direcção X é normal ao eixo da galeria, sendo a outra direcção ortogonal.
As deformações não são importantes, situando-se os seus valores dentro da margem de erro do aparelho.
MODELO NUMÉRICO 3D
Para estudo do comportamento deformacional da estação Ameixoeira durante a sua construção, foi elaborado
pelo INSA-Lyon em colaboração com o LNEC um modelo 3D com base no uso do programa FLAC3D [5]. O modelo
utilizado abrange um domínio assinalado na Figura 8, sendo a discretização indicada na Figura 9 incluindo já a
escavação do túnel em escudo. Contém 38850 zonas (elementos) e 2370 elementos estruturais de casca para simulação
dos suportes de betão projectado nas galerias e no poço. Refere-se, ainda, o desenvolvimento de um modelo
axissimétrico para a zona do poço [2]. Os parâmetros geomecânicos adoptados no cálculo estão indicados na Tabela 1.
Final da escavação da
abóbada
1
2
C1-
C13
C2-3
2
3
C4-5
4
5
C6-7
CORDA 1-2
CORDA 1-3
CORDA 3-2
CORDA 4-5
CORDA 6-7
Figura 7. Convergências na secção S2a
Acumulado (mm)
-15
-7,5
0
7,5
0
Dep. Sup. e
Aterro
-5
Argilas e
Siltes
-10
-15
Acumulado (mm)
15
-15
-7,5
0
7,5
0 LEGENDA
0
Dep. Sup. e
Inicial 7 mai2002
Aterro
16 mai2002
21 mai2002 -5
-5
Argilas e
7 jun2002
19 jun2002
Siltes
-10
21 jun2002 -10
24 jun2002
26 jun2002
-15
-15
Argilas siltosas
-20
Elev.
(m)
-25
15
0
-5
-10
-15
Argilas siltosas
-25
-20
Elev.
(m)
-25
-30
-30
-30
-30
-35
-35
-35
-35
-40
-40
-40
-20
Areias Siltosas/
argilosas
Argilas e
Siltes margosos
-45
-45
-20
Areias Siltosas/
argilosas
Argilas e
Siltes margosos
-45
-25
-40
-45
skew = 48deg
-15
-7,5
0
7,5
15
-15
-7,5
0
7,5
Desvio Acumulado
Desvio Acumulado
Direcção Y
Direcção X
Figura 8. Deslocamentos medidos no inclinómetro 2, secção S3a/S2a
15
2-Jul
27-Jun
7
22-Jun
17-Jun
12-Jun
7-Jun
2-Jun
28-Mai
23-Mai
18-Mai
13-Mai
8-Mai
28-Abr
3-Mai
6
23-Abr
Deslocamentos ( mm )
CORDAS - HISTÓRICO
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
Figura 9. Domínio considerado na análise do modelo 3D
Figura 10. Discretização do modelo 3D com escavação do túnel em escudo
Material
Argilas Forno do Tijolo
Calcários de Entre-Campos
Areolas da Estefânea
Argilas e Calcários dos Prazeres
Betão projectado
Tabela 1. Parâmetros adoptados no cálculo
E (MPa)
ν
γ (kN/m3)
85
0,35
20,5
500
0,35
20,5
110
0,35
20,0
250
0,35
20,0
15 000
0,25
24,0
k0
0,8
0,8
0,8
0,8
-
C’ (kPa)
70
100
20
250
-
φ’ (º)
35
39
35
30
-
O faseamento de cálculo foi o seguinte:
1. Escavação do túnel em escudo em 90m, numa só sequência e considerando um desconfinamento de 20%, valor
médio obtido em análises efectuadas considerando valores observados à superfície e a metodologia apresenta no
trabalho de Vieira et al. [3].
2. Colocação do suporte de betão do túnel em escudo e libertação dos restantes 80% das forças resultantes da
libertação de tensões.
3. Escavação do poço até à cota a 15m do eixo do túnel, com colocação do respectivo suporte.
4. Escavação do poço até à cota a 6,5m do eixo do túnel, com colocação do respectivo suporte.
5. Escavação das naves da estação com sequências de escavação de 3 em 3m até ao final das galerias e conforme a
sequência construtiva indicada na Figura 11.
Apresentam-se, na Figura 12, deslocamentos totais calculados no final da simulação do processo construtivo. Os
deslocamentos obtidos à superfície revelaram alguns empolamentos, devidos provavelmente à discretização utilizada e à
simulação do processo construtivo de escavação do poço.
Os valores finais calculados de convergências para a Secção 2a e para as cordas horizontais, indicadas na Figura
6, foram os seguintes: i) corda superior C23 – 11,5mm; ii) corda intermédia C45 – 21,6mm; e iii) corda inferior C67 –
17,0mm. Como se pode constatar para a corda C23, o valor máximo observado foi de cerca de 10mm, portanto dentro
da ordem de grandeza do valor calculado.
Figura 11. Sequência de construção das galerias adoptada no modelo
Contour of Z-Displacement
-8.0606e-003 to 0.0000e+000
0.0000e+000 to 5.0000e-003
5.0000e-003 to 1.0000e-002
1.0000e-002 to 1.5000e-002
1.5000e-002 to 2.0000e-002
2.0000e-002 to 2.5000e-002
2.5000e-002 to 3.0000e-002
3.0000e-002 to 3.3292e-002
Interval = 5.0e-003
Figura 12. Deslocamentos no final da escavação da estação
CONCLUSÃO
Nesta comunicação, apresentou-se a Estação Ameixoeira, uma obra ainda em construção para a extensão da Linha
Amarela do Metropolitano de Lisboa. Apresentaram-se resultados mais relevantes relacionados com a caracterização
geotécnica das formações, bem como resultados de observação da obra. Os resultados obtidos com um modelo
sofisticado 3D têm permitido uma aferição mais realista dos valores observados.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Metropolitano de Lisboa a autorização para publicar dados referentes à expansão da Linha
Amarela – Campo Grande/Odivelas. O trabalho foi realizado ao abrigo do programa POCTI, projecto Concepção,
Projecto e Reabilitação de Túneis em Obras Viárias.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Melâneo, F. (2001). Prolongamento da Linha Amarela do Metropolitano de Lisboa. O projecto, as obras e a
minoração das interferências à superfície. Curso da SPG sobre Túneis em Meios Urbanos, Coimbra.
Sousa, R.L.; Melâneo, F. (2002). Metropolitano de Lisboa. Experiência na construção de poços circulares de
grande diâmetro. 1º Congresso Luso-Brasileiro de Geotecnia, São Paulo.
Vieira, A.; Marcelino, J.; Barreto, J.; Sousa, L.R. (2002). Análise numérica do comportamento de estruturas na
estação Lumiar do Metropolitano de Lisboa. 8º Congresso Nacional de Geotecnia, Lisboa, pp. 2665-2679.
Geocontrole (1999). Estação Ameixoeira. Reconhecimento geológico-geotécnico. Gabinete de Geotecnia e
Topografia, Lda., Lisboa.
FLAD3D (1999). Fast Lagrangean Analysis of Continua in 3 Dimensions. Version 2.0. User’s Manual , Itasca
Consulting Group, Minneapolis, Minnesota.