Casa Da Musica - Porto - Rem Koolhas 1

O conceito Arquitectónico Através de um concurso internacional para o qual foram convidados arquitectos de renome mundial, foi escolhida a 'ideia' apresentada pelo arquitecto Rem Koolhaas e pelos engenheiros da Ove Arup / Afassociados.

O projecto de Engenharia - Passar da ideia à obra O desafio posto aos Engenheiros, de passar para a prática a referida 'ideia', revelava-se de grande complexidade. Contribuíam para este facto • a forma exterior única e perfeitamente inédita do edifício; • a vontade expressa do Arquitecto de que a envolvente exterior constituísse um elemento estrutural fundamental • a estrutura é o elemento arquitectónico fundamental

:

• a diversidade da organização do espaço interior

• o nível de exigências técnicas

• o pouco tempo disponível • edifício em betão branco

Superar estas dificuldades e levar a cabo o desafio posto aos projectistas só foi possível com um grande esforço individual das especialidades, integrando-se de forma inequívoca, como parte de um todo cujo objectivo principal era fazer um projecto da mais alta qualidade que contivesse o conceito e a lógica arquitectónicas. Esta interdisciplinaridade no trabalho foi desde o primeiro momento evidente no caso da Arquitectura e das Estruturas. O conceito de que o edifício deveria resultar de um 'objecto' sólido de geometria facetada irregular, o qual era 'esculpido' interiormente de modo a daí resultarem os espaços habitáveis, e, ainda, a vontade de que o referido sólido, ou o que dele restasse, devia constituir a própria estrutura, não deixavam outra alternativa senão o percurso em paralelo da Arquitectura e da Engenharia.

O Projecto Empreendimento Casa da Música: Edifício dos Auditórios Parque de Estacionamento Rampa de Acesso pela Av. da Boavista

Alguns números relevantes: Área de construção do edifício dos auditórios: Volume de betão branco: Área de cofragem para betão aparente: Área total de cofragem: Cofragem/Área de construção Auditório Principal Auditório Pequeno

20136 m2 20900 m3 29570 m2 69120m2 3.43m2/m3 1300 pessoas 300 pessoas

Estacionamento Área de construção Volume de betão cinzento Nº de lugares:

20136 m2 13100 m3 662

Rampa

1200 m2

Breve Descrição do Edifício dos Auditórios Dimensões Dimensões em planta: Ao nível das fundações

- 30x50 m2

Ao nível dos arr. Envolventes

- 52x60m2

Máximas

- 70x80m2

Altura total

- 55m ( 40m acima do solo)

Nº de pisos

- 13 pisos, sendo 3 em cave

Corte Transversal O 'sólido' limitado pelos painéis de paredes exteriores é vazado no sentido Nascente Poente pelo Auditório principal. Perpendicularmente a este, do lado Sul e a uma cota mais elevada, situa-se o Auditório pequeno Lateral e longitudinalmente ao Auditório principal, existem duas grandes paredes verticais que "cortam" completamente o edifício em três zonas: o lado Norte, a zona central e o lado Sul.

Corte Longitudinal

Zona Sul

Átrio de entrada Auditório Pequeno

Na zona superior Sul, envolvente do Auditório pequeno, o objecto é totalmente oco, dando lugar ao espaço situado sobre a escadaria principal de acesso ao Auditório principal e que funciona como um grande átrio.

Zona Central

Auditório Principal Auditório Principal com a forma de caixa de sapatas acusticamente isolado da estrutura. Abaixo do Auditório Zonas Técnicas Piso 1 - Acesso publico Abaixo do piso1 – Serviços e instalações para o pessoal, instalações de apoio ao publico zonas técnicas, salas de Gravação e Armazenamento Acima do Auditório Restaurante e algumas zonas técnicas.

Zona Norte

Densamente "povoado" por construção, existindo, além dos pisos, uma profusão de entrepisos, escadas, rampas, etc. Nela situam-se áreas técnicas, zonas de apoio, acessos diversos, sala de cybermúsica, salas educacionais, etc.

Planta do Piso 4

N

A Estrutura do edifício dos Auditórios

Elementos Estruturais Principais Casca formada pelos painéis de parede exterior com 0.40m de espessura Duas grandes paredes Longitudinais A parede do alinhamento. 7 Dois grandes “pés” inclinados Duas vigas paredes do auditório pequeno Pilares da zona central que se desenvolvem até ao anfiteatro “Intervenções” - pilares inclinados Estrutura metálica e mista da laje do piso 8

Toda a estrutura é monolítica em betão armado Os painéis das paredes exteriores do edifício funcionam como uma casca tridimensional com esforços de membrana, contribuindo decisivamente para a estabilidade global do edifício e, de flexão, resultante da acção do seu peso próprio e das acções transmitidas pelas lajes e paredes.

Perfis reconstituídos soldados com funcionamento misto Vigas Treliça

Tecto Acústico do Auditório – estrutura mista aço-betão HEA700 + laje mista com 0.16m

Laje flutuante com 0.225m de espessura

Lajes maciças vigadas, espessuras até 0.375m

A Zona Central

Estrutura da Laje do piso 8 – Vão de 24.2m

Vigas Treliça

Perfis PRS

O lado Sul Comportamento tridimensional determinante O efeito de cintagem horizontal entre os painéis é significativo EP1000-PAR2 EP1000-PAR6 EP200-P5 EP200-P7 EP250-elev1 EP250-elev2 EP250-elev3 EP250-parA EP300-B1 EP300-B2 EP300-P0 EP300-P1 EP300-P2 EP300-P3 EP300-P4 EP300-P5 EP300-P6 EP300-P8 EP300-parB EP350-par-al7 EP400-PAR1 EP400-PAR10 EP400-PAR11 EP400-PAR12 EP400-PAR13 EP400-PAR14 EP400-PAR16 EP400-PAR2 EP400-PAR3 EP400-PAR4 EP400-PAR5 EP400-PAR6 EP400-PAR7 EP400-PAR8 EP400-PAR9

Z

EP400-elev6 EP400PAR15 EP450-PARXX

Y X

P1-1000x1000 P2-2000x2000 P3-D600

As vigas paredes do auditório pequeno apoiam-se no painel exterior conferindo-lhe simultaneamente travamento horizontal Os painéis de cobertura são igualmente estabilizadores dos painéis Necessidade de “ajudas” pontuais para a flexão dos painéis.

EP1000-PAR2 EP1000-PAR6 EP200-P5 EP200-P7 EP250-elev1 EP250-elev2 EP250-elev3 EP250-parA EP300-B1 EP300-B2 EP300-P0 EP300-P1 EP300-P2 EP300-P3 EP300-P4 EP300-P5 EP300-P6 EP300-P8 EP300-parB EP350-par-al7 EP400-PAR1 EP400-PAR10 EP400-PAR11 EP400-PAR13 EP400-PAR14 EP400-PAR16 EP400-PAR2 EP400-PAR3 EP400-PAR4

Z

EP400-PAR5 EP400-PAR6 EP400-PAR7 EP400-PAR8 EP400-PAR9

XY

EP400-elev6 EP400PAR15 EP450-PARXX P1-1000x1000 P2-2000x2000 P3-D600

O lado Sul

O lado Norte Grande complexidade geométrica de lajes, escadas e rampas, foram adoptados diversos tipos de soluções estruturais. •Elemento de transmissão directa de cargas às fundações (elementos portantes) painéis da casca exterior parede longitudinal do alinhamento 2 caixas de elevador 1pilar inclinado •Vigas ou paredes de transferência que se apoiam nos elementos portantes ( elementos primários) •Paredes secundárias que apoiam nos elementos portantes e/ou primários • Outras vigas e paredes •Lajes apoiadas em todos os tipos de elementos atrás referidos.

Betão branco • • • • • • •

Betão da classe de resistência C40/50 Cimento branco Br1 da classe 42.5 – dosagem de 380 kg/m3 Inerte Gráudo – Calcáreo Areia Fina Siliciosa Areia Fina Granítica Fíler de origem calcária muito branco Razão água/cimento máxima 0.42 Curva de Endurecimento do Betão Branco (S4)

Tensão Característica de Rotura

70 60

58,00

61,41

53,52

50

48,97

40

Betão Branco S4

38,22

30

Curva do REBAPE

20

16

10 0 0

0 1 2

3 4

5 6

7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Idade

Projecto de estruturas – Planta de fundações

Projecto de estruturas – Planta do piso 2

Projecto de estruturas – Planta do piso 7

Projecto de estruturas – Planta da cobertura

Projecto de estruturas – Parede Pa1

Projecto de estruturas – Painéis 12,13 e 14

Projecto de estruturas – Escada EE1-3

Projecto de estruturas – Armaduras do Painel 13

Painéis exteriores com 0.40m de espessura Critério de dimensionamento em ELS – largura de fendas de 0.2mm

Projecto de estruturas – Armaduras da parede Pa1

A Estrutura - Modelação Vista exterior do modelo de elementos finitos

Vista do interior do modelo de elementos finitos

Análise estrutural – determinação de esforços na casca exterior

A Estrutura do Parque de Estacionamento • Lajes maciças fungiformes apoiadas numa malha quadrada de pilares com 7,8x7,8m2 • Pilares circulares com 60 cm de diâmetro com capiteis tronco-cónicos • Ausências de juntas de dilatação, no entanto, as lajes do parque estão separadas do edifício dos auditórios.

• Lajes dos pisos B1 e B2 » Espessura da laje » Altura dos capiteis » Diâmetro dos capiteis • Lajes do piso P0 - Plaza » Espessura da laje » Altura dos capiteis » Diâmetro dos capiteis

0.25 m 0.50 m 2.00 m 0.35 m 0.70 m 3.00 m

Construção do Parque de Estacionamento

Geotecnia

• • •

Reconhecimento Geológico – Geotécnico Contenção periférica Fundações do Parque de Estacionamento

Parede moldada Sapatas

•

Edifício dos Auditórios

Estacas

Prospecção Geotécnica para Fundações • • •

sondagens à percussão e rotação com SPT complementadas com DPSH para as fundações directas (parque) furação destrutiva na zona das estacas para identificação do “bed-rock”

•

conclusões: terreno muito heterogéneo apresentando intercalações de estratos de rocha dura com saibro.

Fundações Directas - Estacionamento •

Para o dimensionamento das fundações directas foi feito um zonamento do terreno em termos de deformabilidade (possança e características do estrato de saibro acima da rocha)

•

Utilizou-se um modelo de cálculo onde foi considerado o comportamento global do estrato de saibro solicitado pelas cargas localizadas das sapatas ( interacção entre sapatas )

•

O critério de dimensionamento preponderante foi a limitação de assentamentos.

Fundações Indirectas •

Utilizaram-se estacas Ø800 e Ø1300 moldadas no terreno com o furo estabilizado provisoriamente com lamas bentoníticas. A escavação das estacas foi feita com recurso a trado (solo) e/ou carotadora/trado de rocha e limpadeira (solos muito compactos e rocha branda).

•

•

As estacas foram dimensionadas para as reacções de apoio rígido do modelo 3D Posteriormente, no caso de estacas que não cumpriam os critérios de conformidade (ensaios sónicos, carotes de fundo de estaca, velocidades de penetração) foram verificadas como apoios elásticos no modelo estrutural, tendo sido avaliada capacidade de redistribuição dos maciços de encabeçamento e da estrutura. As estacas foram consideradas a funcionar exclusivamente de ponta.

Ensaios nas estacas

• • • •

Realizaram-se 2 ensaios de carga em estacas: avaliação da carga última (2x carga de serviço numa estaca Ø800) avaliação de comportamento em serviço (1.5x carga de serviço numa estaca Ø1300) Os resultados dos ensaios de carga confirmaram as condições de execução das estacas. Os ensaios de carga foram realizados já com a obra em andamento (não foram ensaios prévios).

Foram ainda realizados:

• •

ensaios sónicos correntes em todas as estacas para verificação da integridade do betão das estacas ensaios sónicos cross - hole e carotagens de fundo de estaca para avaliação das condições do pé das estacas nas estacas mais carregadas e naquelas em que os registos da furação indicavam que poderia haver anomalias

Critério de paragem de estacas •

Devido às cargas suportadas e aos assentamentos admissíveis, as estacas foram fundadas em rocha com grau de alteração W3 (ou maior) e RQD ≥ 50%.

•

Inicialmente foram feitos furos nos locais de cada grupo de estacas com uma máquina de furação a água para determinar a cota de pé de estaca (a velocidade de furação desta máquina tinha sido calibrada com a execução de furos prévios junto a sondagens). No entanto este equipamento foi incapaz de atravessar estratos duros que se encontravam a pequenas profundidades e as velocidades de penetração não eram sempre coerente com a velocidade de penetração da máquina de estacas, pelo que este método foi abandonado.

•

O método que se revelou mais fiável para a paragem das estacas foi a análise da velocidade de penetração da máquina de estacas, tendo sido realizadas algumas sondagens complementares para garantir que não se estaria a fundar num estrato duro sobrejacente a um estrato de solo.

•

Os critérios adoptados para a determinação das cotas de fundo de estaca foram: - comprimento mínimo definido pelos dados da prospecção geotécnica e furos prévios, - paragem da furação (abaixo do comprimento mínimo) quando se regista uma velocidade de penetração inferior a 0.50m/h medidos num período de meia hora. - excepcionalmente algumas estacas tiveram comprimento inferior ao mínimo devido a “nega” da máquina de estacas (geralmente penetração inferior a 1m em 2 horas).

Controlo de qualidade das estacas •

Para além da necessidade de se assegurar que a estaca estava fundada em terreno competente, foi necessário ter particular cuidado nas condições do fundo da estaca, pois um fundo de estaca “mole” provocaria assentamentos mesmo estando a estaca fundada no terreno de fundação previsto. Assim, tomaram-se as seguintes medidas: - Reduzido tempo entre a abertura do furo e a betonagem da estaca, - Apertado controlo das características das lamas bentoníticas, - Processos de limpeza do fundo do furo.

•

Nas estacas mais carregadas ou em que havia suspeitas de contaminação do fundo dos furos (tempo elevado entre furação e betonagem ou resultados dos ensaios sónicos correntes inconclusivos) foram realizados ensaios sónicos cross-hole até à base da estaca; se ainda subsistissem dúvidas realizavam-se carotagens de pé de estaca (com 2m de comprimento, 1m na estaca e 1m no terreno). Ainda assim, houve estacas para as quais se teve que considerar uma rigidez carga - deformação reduzida e verificar o comportamento estrutural

Projecto de Escoramento

Foram estudadas várias hipóteses de escoramento dos painéis inclinados e a sua sustentação quer por meios temporários, quer através da sua ligação às lajes, tendo em conta os condicionalismos construtivos resultantes da estereotomia inclinada dos painéis de cofragem

Foi estudado o módulo tipo de cofragem – a unidade elementar do escoramento

Faseamento Construtivo resultado do trabalho em conjunto com o Consórcio construtor onde se tentou simultaneamente minimizar as necessidades de pósescoramento e atender às necessidades da execução prática dos trabalhos.

Faseamento Construtivo

Projecto de Escoramento Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 24

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 32

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 37

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 41

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 44

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 60

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 62

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 66

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 70

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 76

Estudo da estabilidade das fases construtivas – modelo de cálculo da fase 77

TIRANTE ESTABILIZADOR PARA PAINEL INCLINADO EM FASE CONSTRUTIVA E LIGAÇÃO DOS TIRANTES ANTI – ESCORREGAMENTO AOS PAINEIS