Aspectos Construtivos da Estação Chácara Klabin da Expansão da Linha 2 Verde do Metrô de São Paulo - PDF
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Martín Diegues Canário
1 Aspectos Construtivos da Estação Chácara Klabin da Expansão da Linha 2 Verde do Metrô de São Paulo Francisco Ribeiro Neto, Cybele de Azevedo Vasconcellos e Orlando Ferreira Filho Companhia do Metropolitano de São Paulo Metrô, São Paulo, Brasil Rogério Martinati Núcleo Projetos e Consultoria, São Paulo, Brasil RESUMO: O presente trabalho descreve aspectos construtivos de implantação da Estação Chácara Klabin da Expansão da Linha 2 - Verde do Metrô de São Paulo. A estação prevê a sua futura ampliação para integração com a expansão da Linha 5. A obra situa-se ao longo da rua Vergueiro, próximo ao Colégio Liceu Pasteur. O corpo principal da estação é constituído por 2 estruturas: uma vala a céu aberto VCA, executada pelo método invertido, e 4 túneis de plataforma executados pelo método NATM - New Austrian Tunnelling Method. São apresentados aspectos geológicos e geotécnicos, desempenho das escavações, impermeabilização dos túneis de plataforma, monitoramento dos túneis e das edificações lindeiras, assim como ensaios de integridade das estruturas de fundação. PALAVRAS-CHAVE: Metrô, Túnel, Parede diafragma, Vala a céu aberto. 1 INTRODUÇÃO A Linha 2 Verde do Metrô de São Paulo, planejada para ser implantada entre Vila Madalena e Vila Prudente, tem atualmente 7,0km em operação entre as estações Vila Madalena e Ana Rosa. A Estação Chácara Klabin pertence ao trecho Ana Rosa- Tamanduateí de expansão da Linha 2 - Verde, do qual fazem parte cinco estações: Chácara Klabin (foco deste trabalho), Imigrantes, Alto do Ipiranga, Sacomã e Tamanduateí. A primeira etapa da expansão de 3,4km está em fase final de obras e inclui as estações Chácara Klabin, Imigrantes e Alto do Ipiranga. A inauguração está prevista para 2006 e beneficiará cerca de 90 mil novos usuários/dia. Na segunda etapa serão construídos 3,4 km, com as estações Sacomã e Tamanduateí, elevando o número de passageiros transportados diariamente pela Linha 2 - Verde dos atuais 280 mil para 774 mil. 2 EMPREENDIMENTO A Estação Chácara Klabin foi concebida prevendo a futura ampliação para atender o fluxo da extensão de trecho da Linha 5. A Tabela 1 apresenta dados gerais da estação. A obra situa-se ao longo da rua Vergueiro, próximo ao Colégio Liceu Pasteur (Fig.1). As Figuras 2 e 3 ilustram o corpo da estação que foi executado parte em VCA pelo método invertido e parte em NATM, com as salas técnicas e operacionais em superfície. Tabela 1. Dados Gerais da Estação Chácara Klabin Capacidade passageiros/ dia Área construída m² Extensão em túnel NATM 4 x 37m = 148 m Seção de Escavação NATM 100 m² Diâmetro equivalente do túnel em NATM 11,3 m Escavação em trincheiras e estações m³ subterrâneas Escavação de parede diafragma m³ Escavação de túnel e estação pelo sistema m³ "mineiro" Enfilagem tipo Jet Grouting m³ Concreto m³ Formas m² As paredes do VCA possuem profundidade de até 45m e espessura de 0,80m até 1,20m, executados em lamelas de diafragma com largura de 2,5 a 7,0m, nos sedimentos das formações São Paulo e Resende do Terciário de São Paulo, sendo pioneira a escavação nesta profundidade na Formação Resende. A concepção da Estação Klabin prevê a implantação da plataforma da estação da Linha 5 cruzando no sentido nordeste, abaixo do nível da plataforma da estação da Linha 2, que cruza
2 B C D E F 776,71 765,93 760,65 749,13 778,41 791,72 787,21 784,21 779,71 775,71 771,21 no sentido noroeste. As plataformas das Linhas 2 e 5, ambas centrais, são ligadas por escadas rolantes e fixas a um mezanino intermediário comum às duas linhas, permitindo efetuar as transferências, além de propiciar o acesso dos usuários lindeiros. RUA VERGUEIRO COLÉGIO LICEU PASTEUR ACESSOS RUA VERGUEIRO formações Resende e São Paulo, pertencentes à Bacia Sedimentar de São Paulo (BSSP). Os sedimentos desta bacia, de modo simplificado, são formados por argilas rijas e areias compactas, estas últimas ocorrendo como lentes confinadas, apresentando porcentagem variável de fração fina e, portanto, com permeabilidade não uniforme. Os ensaios realizados em furos de sondagem indicaram fração argila elevada nas areias, que resultam em permeabilidades baixas, entre 10-4 e 10-6 cm/s. A seção geológica simplificada da estação está representada na Figura 4. RUA DESEMBARGADOR ARAGÃO Figura 1. Implantação da Estação Chácara Klabin. A TÚNEIS DE VIA CORPO DA ESTAÇÃO VCA SALAS TÉCNICAS CORPO DA ESTAÇÃO Figura 2. Planta da Estação Chácara Klabin. A TÚNEIS DE VIA Figura 4. Seção Geológica da Estação Chácara Klabin. 3.2 Parâmetos Geotécnicos Os parâmetros geotécnicos adotados em projeto para os cálculos das paredes diafragma de contenção do VCA da estação e dos túneis do corpo da estação foram estimados a partir da caracterização da geologia local, dos resultados dos ensaios SPT e de dados da bibliografia, de relevância para o túnel ou VCA, apresentados na Tabela 2. Figura 3. Corte Esquemático A-A da Estação. 3 ASPECTOS GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS 3.1 Geologia Regional e Local Na área da Estação Klabin, além de coberturas tecnogênicas (aterros), o maciço de escavação é constituído por sedimentos terciários das Tabela 2. Parâmetros geotécnicos adotados para o projeto Kh Ko Solo SPT γ (kn/m3) c' (kpa) φ' (º) E (MPa) (kn/m3) Aterro 2 a Areia Terciária < ,54-0,87 Argila Terciária 10 a ,54-0,87 > ,54-0,87 Mole ,8 a 1,0 média ,8 a 1,0 rija a dura ,8 a 1,0 dura a muito dura a ,8 a 1,0 Obs.: γ = peso específico natural, c' = coesão efetiva, φ' =
3 ângulo de atrito, E = módulo de deformabilidade, Kh = coeficiente de reação horizontal do solo, Ko = relação entre tensões horizontais e verticais no repouso. 4 PROCESSOS CONSTRUTIVOS 4.1 Vala a céu aberto pelo método invertido Face à sua profundidade e tendo em vista que era possível conviver temporariamente com o fechamento da rua Vergueiro, a estação foi executada em vala a céu aberto (VCA) em sistema invertido, com escavação sob a laje de cobertura e concretagem das lajes intermediárias de travamento, em definitivo, até a cota de fundo da estação. Para permitir as escavações do VCA com dimensões de 60,0m x 40,0m até a cota 757,30m (laje de fundo da Linha 2), o nível d água do maciço foi rebaixado por 34 poços de bombeamento por injetores (PBI), na profundidade aproximada de 20m e ponteiras filtrantes à vácuo para a escavação dos taludes das salas técnicas e operacionais. A vazão estimada por poço PBI em regime estabilizado foi da ordem de 0,5m 3 /h. As cargas nas fundações são oriundas do peso próprio da estrutura de concreto, das cargas de revestimentos e reaterros, cargas acidentais, além das cargas móveis oriundas do tráfego dos trens, simuladas através de trenstipo definidos em Norma. A fundação é composta por 8 estacas barrete centrais e 10 estacas incorporadas à parede lateral, com carga entre e tf. As lamelas no contorno da estação também são portantes e estão submetidas a cargas entre 100 e tf. profunda), e mantendo a Linha 2 em serviço; O esquema estrutural a ser adotado deveria levar em consideração o fechamento lateral no entorno do corpo principal da estação e o cruzamento das linhas em sentido ortogonal, o que limitava o espaço interno para implantação dos pilares. De acordo com estas premissas, o projeto resultou em: Implantação de parede diafragma contínua ao redor da estação com a função de contenção e de apoio das lajes, e de 8 pilares centrais que suportam a maior parte das cargas. As lajes são em geral vazadas, formadas por uma grelha de vigas (Fig. 5). Com profundidade e cargas elevadas, a escolha do tipo de fundação recaiu no âmbito das fundações profundas, já que se pretendia transferir as cargas para os substratos mais resistentes encontrados abaixo da laje da linha 5 (cota 745 m). Devido a peculiaridade de se operar a Linha 2 antes mesmo da execução da Linha 5, a maior parte das cargas, seja de origem permanente, ou acidentais e de utilização, já estariam incorporadas às fundações quando se atingisse a cota final de escavação. Neste caso, as fundações foram dimensionadas, já num primeiro momento, para suportar as cargas totais, com comprimento efetivo considerado somente abaixo da cota da Linha 5 (cota 745m). 4.2 Fundação: estacas barrete A definição do tipo de fundação partiu das seguintes premissas: A metodologia executiva da estação previa a implantação de VCA em sistema invertido; As fundações deveriam ser executadas a partir da cota de fundo da laje de cobertura (cota 776 m); A estação seria construída inicialmente até o nível da laje da Linha 2 do Metrô, mas os elementos de fundação deveriam ser dimensionados para a ampliação da estação, incorporando as lajes da Linha 5 (mais Figura 5. Foto da Estação com túnel ao fundo. Com cargas elevadas e considerável profundidade de execução das fundações, optou-se por estacas escavadas de grande capacidade de carga, executadas com auxílio de lama bentonítica. Neste campo, se enquadram as estacas escavadas do tipo estacões (formato circular) ou estacas barretes (formato retangular). Para se aproveitar os elementos de fundação como pilares definitivos, já que
4 existiam restrições impostas pela arquitetura, e também para homogeneizar o tipo de fundação a ser utilizado, optou-se por estacas barrete. As paredes da Estação foram projetadas em paredes diafragma de 0,80m de espessura, e nos locais onde as paredes são portantes, foram projetadas estacas barretes com espessura de 1,2m incorporadas à parede de contenção. Os apoios internos foram projetados em estacas barrete de 1,00m de espessura, com 6,0, 6,5 e 7,0 m de largura. Conforme o dimensionamento das contenções, a ficha mínima para estabilidade das paredes resultou em 5,0 m a partir do fundo da laje da Linha 5. O rebaixamento do lençol freático atuando externamente às paredes diafragma auxiliou no alívio das pressões hidrostáticas na fase construtiva, permitindo maiores vãos entre as lajes de travamento. O fuste das estacas barrete foi aproveitado como pilares definitivos, o que exigiu um maior controle executivo quanto à resistência e homogeneidade do concreto da estaca, além de um controle rigoroso de excentricidade e desaprumos. 4.3 Túneis do Corpo da Estação A partir do VCA da estação foram construídos 4 túneis com cobertura variável de 9,0 a 15,0m, que visam acomodar parte da plataforma de acesso, com extensão de 36,9m cada um, com seção escavada de 100m 2 e diâmetro equivalente de 11,3m. Os túneis foram escavados pelo método NATM com escavação parcializada em calota (Fig. 6) e rebaixo, executando-se arco invertido provisório (AIP) para fechamento da seção da calota e arco invertido definitivo para fechamento do rebaixo. A seção transversal acabada do túnel está apresentada na Figura 7. Figura 6. Escavação da calota de túnel da estação. GEOMEMBRANA EM PVC BICOLOR (e=2mm) REVESTIMENTO SECUNDÁRIO CONCRETO MOLDADO CAMADA DE PROTEÇÃO EM GEOTEXTIL REVESTIMENTO PRIMÁRIO CONCRETO PROJETADO Figura 7. Seção típica dos túneis do Corpo da Estação. 5 IMPERMEABILIZAÇÃO Os túneis do corpo da estação, a cobertura do VCA e a lateral das Salas Técnicas e Operacionais da estação Chácara Klabin contemplam conceitos e inovações tecnológicas distintos das técnicas usuais no Brasil, no que se refere à impermeabilização de estruturas subterrâneas. A diretriz que norteou a escolha do sistema impermeabilizante destas estruturas, foi a de impedir o aparecimento de eventuais pontos de infiltração, minimizando intervenções de manutenção e ações corretivas no sistema metroviário, reduzindo assim custos de manutenção e transtornos aos usuários, além de propiciar um melhor aspecto estético e visual das estruturas. Para atender esta diretriz adotou-se geomembranas de PVC com espessura de 2mm em função das características hidrogeológicas do maciço. No caso dos túneis do corpo da estação, a geomembrana de PVC foi instalada entre as camadas do suporte temporário, em concreto projetado, e o revestimento definitivo em concreto moldado (Fig. 8). No dimensionamento, o revestimento definitivo foi considerado em última análise para trabalhar de forma independente do suporte temporário. Entretanto, a presença do revestimento primário resistindo aos esforços do maciço, isolado do revestimento secundário pela camada de PVC ( casca de cebola ) resistindo às pressões hidrostáticas, foi simulado nos programas computacionais e auxiliou no dimensionamento da seção.
5 O sistema utilizado foi o de Impermeabilização Parcial (abóbada e laterais) chamada guarda-chuva, com drenagem longitudinal nos limites da impermeabilização, no pé das paredes laterais da estrutura. Figura 9. Escavação de lamela com clam-shell. Figura 8. Instalação de manta termoplástica de PVC. 6 DESEMPENHO DA CONSTRUÇÃO 6.1 Túneis do Corpo da Estação O desenvolvimento das escavações dos túneis do corpo da estação ou de plataforma foi acompanhado através do monitoramento dos deslocamentos do maciço, do revestimento primário do túnel e das edificações, além do mapeamento de cada avanço da frente de escavação. Os recalques mais acentuados foram de 30mm e pequenas trincas foram originadas nas edificações lindeiras menos estruturadas. O passo de avanço de escavação foi de 0,80m e localizadamente foi diminuído para 0,60m, de forma a minimizar os recalques nas edificações. Velocidades de recalque mais acentuadas eram observadas durante a execução do tratamento com colunas de CCPh, devido à baixa cobertura. Foram adotados alguns procedimentos e os recalques minimizados. A produtividade média de escavação dos túneis foi de 0,94m/dia, sendo que o túnel de Via 1(Oeste) = 0,9 m/dia, Via 1(Leste) = 0,8 m/dia, Via 2(Oeste) = 1,37 m/dia e Via 2 (Leste) = 0,7 m/dia. 6.2 Lamelas das Paredes Diafragma e Barretes A escavação foi através de clam-shell mecânico pendurado em cabo de aço (Fig. 9). O furo escavado foi estabilizado com uso de lama bentonítica. Devido à grande profundidade e elevada resistência dos materiais a serem escavados, principalmente abaixo da cota 755 m (solos da Formação Resende), a metodologia e os equipamentos de perfuração foram dimensionados de maneira a permitir avanços em solos sedimentares com índices SPT acima de 50 golpes, utilizando inclusive técnicas de pré-furo, trepanação e curetagem, além de contar com equipamentos para pré-furo em estacas tipo raiz, mesas com sistemas pulldown de elevado torque (acima de 22 tfxm), e trados especiais. Porém, o uso do trépano ficou condicionado ao problema de vibrações superficiais e com isso optou-se pela execução de pré-furos. A concretagem foi submersa através de tubo tremonha e a garantia de desempenho da fundação foi realizada de maneira subjetiva através do acompanhamento e controle dos inúmeros itens que compõem o serviço, tais como o acompanhamento das escavações e comparação com os dados de investigações, acompanhamento dos controles de campo, como procedimentos de limpeza, controle da lama, característica do concreto e controle de concretagem, além da realização de ensaios comprobatórios de integridade, como furos com extração de amostras do concreto e ensaios Cross-hole. O tempo de execução dos serviços de escavação e concretagem das barretes e lamelas da parede diafragma foi de quatro meses devido a utilização de pré-furos, fato que agilizou o processo. Internacionalmente, a avaliação da integridade de elementos enterrados tem seguido uma tendência do uso de métodos indiretos e não-destrutivos, com base em fundamentos de emissão e recepção de ondas acústicas. Seguindo esta tendência, utilizou-se o
6 ensaio Cross-hole, que é uma tecnologia recente no controle de qualidade quanto à integridade estrutural de elementos de fundações, integrando informações de vários ensaios, que resulta numa tomografia da estrutura de fundação. Sua aplicação em lamelas e barretes da Estação Chácara Klabin, juntamente com os dados de acompanhamento, confirmaram a integridade das estruturas de fundação. 7 COMENTÁRIOS FINAIS Em função das limitações impostas pela arquitetura e das peculiaridades e ineditismo em vários aspectos da engenharia de fundações e túneis, a obra da Estação Klabin pode ser considerada um empreendimento de sucesso. Dentre os desafios enfrentados, estão: A presença de solos terciários da Formação Resende com índices SPT acima de 60 golpes, exigiram o uso de equipamentos e procedimentos suplementares para garantir a escavabilidade das estacas barrete. Foram utilizadas escavações parcializadas, pré-furos, telescopagem, trepanação, curetagem, e o uso de mesas rotativas de torque elevado e sistema pull-down, além de trados mecânicos; Era fundamental a garantia de verticalidade das estacas, já que as estacas são utilizadas como pilares no corpo da estação. Foram medidos desaprumos pequenos e em pontos localizados em função do uso de clam-shell mais pesados e compridos, chapas-guia, e procedimentos de garantia da verticalidade durante os avanços da escavação e dentro da norma de fundações, ou seja, máximo de 1%; O concreto das estacas deveria ter trabalhabilidade adequada para concretagem submersa, e ainda, atender os parâmetros de resistência e durabilidade de uma estrutura convencional (Pilar). Os resultados do controle tecnológico e das amostras retiradas das estacas/pilares indicaram que o concreto atendeu satisfatoriamente às exigências de projeto; As paredes diafragma foram utilizadas como paredes definitivas da estação. A vedação entre lamelas se mostrou eficiente, mesmo após o desligamento do rebaixamento do lençol freático, necessitando apenas reparos localizados; O uso do ensaio Cross-hole em lamelas e barretes da Estação Chácara Klabin se mostrou uma ferramenta útil e comprovou a integridade das estruturas de fundação; As escavações dos túneis em NATM, apesar do baixo recobrimento em alguns pontos, resultaram em pequenas deformações superficiais em função do minucioso acompanhamento técnico de obra (ATO) das escavações e dos procedimentos utilizados para garantia da estabilidade, como o uso de dispositivos auxiliares de condicionamento do maciço, avanços controlados e monitoramento contínuo das estruturas; O uso de impermeabilização em PVC nos túneis da Estação Klabin mostra uma tendência em obras metroviárias. O projeto e execução dos revestimentos e da própria impermeabilização exigiram adequações no dimensionamento e na execução da obra, já que se trata de um procedimento pioneiro em túneis metroviários até o momento. Os resultados iniciais mostram que o sistema de impermeabilização instalado é eficiente. Concluiu-se que a implantação da Estação foi um empreendimento bem sucedido devido aos cuidados executivos durante a obra e ao bom entrosamento entre a projetista, a construtora, as equipes de ATO, fiscalização e projeto do Metrô. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de registrar os seus agradecimentos à Companhia do Metropolitano de São Paulo pela autorização para divulgação do trabalho desenvolvido e a empresa In Situ pela realização de ensaios Cross-hole sem custos para a Cia. do Metrô. REFERÊNCIAS Clemente, L.G.; Ferreira, A. A.; Gramani, D. R.; Rocha, H.C. e Yazbek Jr, R. (2004). O Prolongamento da Linha 2 Verde: Geologia e Métodos Construtivos, Revista Engenharia, Engenho, Nº 564, p Rocha, H.C.; Ribeiro Neto, F.; Nunes, N. L. e Silva, M. A. A. P. (2005). Concebendo Estruturas Impermeáveis para o Metrô de São Paulo. Simpósio Internacional de Estruturas Subterrâneas. ITA, ABMS e CBT. São Paulo, São Paulo, Brasil, 13p.