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Análise do modelo BIM numa perspetiva do projeto de

estruturas

Vitalino Silveira Azevedo

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientador: Profª. Drª. Alcínia Zita de Almeida Sampaio

Júri

Presidente: Prof. Dr. Luís Manuel Coelho Guerreiro

Orientador: Profª. Drª. Alcínia Zita de Almeida Sampaio

Vogal: Prof. Dr. José Manuel Matos Noronha da Câmara

Maio 2015

Análise do modelo BIM numa perspetiva do projeto de estruturas

iii

Agradecimentos

No fim deste ciclo académico, gostaria de agradecer a algumas pessoas que contribuíram

para a concretização dos meus objetivos.

Em primeiro lugar gostaria de agradecer à professora Alcínia Zita Sampaio, orientadora desta

dissertação, pela confiança depositada em mim, pelo seu apoio e pela total disponibilidade durante

toda a realização do trabalho.

Aos meus pais, agradeço os seus valores transmitidos, a sua motivação incondicional e,

ainda, por me terem proporcionado, ao longo de todo o percurso académico, as melhores condições

na realização do curso.

Aos meus amigos, João, Ricardo e Tiago, por todo o seu apoio e amizade demostrados,

estando sempre presentes no decorrer do curso e na realização da dissertação.

Por último, ao meu irmão e melhor amigo, por aquilo que representa, e por estar sempre ao

meu lado, em particular, durante esta fase académica.


v

Resumo

A crescente complexidade dos projetos na indústria da Arquitetura, Engenharia e Construção

(AEC), contribui para impulsionar a evolução das metodologias e práticas utilizadas e,

adicionalmente, estimula o desenvolvimento de tecnologias de informação de suporte à sua

execução. Atualmente, este sector é ainda caracterizado por níveis deficientes de eficiência que

condicionam a sua competitividade e a exigência tecnológica. No desenvolvimento do projeto é

importante produzir informação correta e fiável, baseada num elevado grau de interoperabilidade

entre sistemas, e é necessário estabelecer uma boa comunicação entre os responsáveis pela

execução do projeto.

O objetivo da presente dissertação consiste na análise comparativa entre o processo

tradicional e a metodologia Building Information Modling (BIM), no desenvolvimento do projeto, com

foco na componente de estruturas. O estudo permite a identificação de limitações e problemas

decorrentes da análise de um caso concreto, e a proposta de recomendações e boas práticas que

promovam alcançar um maior índice de eficiência. A comparação efetuada em relação a diferentes

modos de transferência do fluxo de informação entre sistemas, permite concluir que a capacidade de

interoperabilidade observada nas aplicações tecnológicas utilizadas, é ainda um problema que requer

bastante investigação, pois condicionam a colaboração entre as diferentes especialidades num

projeto e, portanto, a obtenção de um projeto com uma melhor qualidade. Por outro lado, verificou-se

que o processo de trabalho baseado no conceito BIM aporta evidentes vantagens a uma indústria

fragmentada e pouco cooperativa.

Conclui-se portanto que, apesar dos problemas de interoperabilidade verificados, a adoção da

metodologia BIM traz benefícios ao setor AEC, pelas melhorias técnicas introduzidas, diminuindo a

duração das tarefas e aumentando a sua eficiência. Estes aspetos, além de melhorarem a

transparência e a qualidade do projeto diminuem o seu custo, tornando assim a indústria AEC mais

competitiva.

Palavras-chave: BIM, Projeto de estruturas, Indústria AEC, Interoperabilidade, Colaboração.


vii

Abstract

The increasing complexity of projects in the Architecture, Engineering and Construction

industry (AEC), contributes to boost the development of methodologies and practices used and,

additionally, stimulates the development of information technologies to support its implementation.

Presently, this sector is still characterized by low levels of efficiency that affect its competitiveness and

technological requirement. In the project development it is important to produce accurate and reliable

information, based on a high level of interoperability between systems, and it is also necessary to

establish good communication between those responsible for developing the project.

The main objective of this dissertation consists of a comparative analysis between the

traditional process and the Building Information Modeling (BIM) methodology, focusing on the

structural component of the project. The study allows the identification of limitations and problems

resulting from the analysis of a specific case, and the proposed recommendations and best practices

to promote achieving a higher degree of efficiency. The comparison made relatively to different

transfer modes of information between systems, leads to the conclusion that the ability of the

interoperability, in the used technological applications, is still a problem that requires significant

research because it conditions the collaboration between the different project specialties, and

therefore, the obtaining of a higher quality project. However, it has been verified that the work process

based on the BIM concept brings obvious advantages to a fragmented and uncooperative industry.

Therefore, despite of interoperability problems verified, the adoption of BIM methodology

brings benefits to the AEC sector through technical improvements, reducing the duration of tasks and

increasing their efficiency. These aspects, besides improving the transparency and quality of the

project, reduce its cost, thus making the AEC industry more competitive.

Keywords: BIM, Structural Design, AEC Industry, Interoperability, Collaboration.


ix

Índice geral

Agradecimentos ....................................................................................................................................... iii

Resumo .................................................................................................................................................... v

Abstract................................................................................................................................................... vii

Índice geral .............................................................................................................................................. ix

Índice de figuras .................................................................................................................................... xiii

Índice de tabelas .................................................................................................................................... xv

Lista de abreviaturas ............................................................................................................................ xvii

1. Introdução ........................................................................................................................................ 1

1.1. Evolução da construção .......................................................................................................... 1

1.2. Motivação ................................................................................................................................ 2

1.3. Objetivos .................................................................................................................................. 3

2. Building Information Modeling .......................................................................................................... 5

2.1. Conceito BIM ........................................................................................................................... 5

2.1.1. Modelação paramétrica ................................................................................................... 7

2.1.2. Colaboração .................................................................................................................... 9

2.1.3. Interoperabilidade .......................................................................................................... 10

2.2. Modelação CAD e BIM .......................................................................................................... 11

2.3. Crescimento do BIM .............................................................................................................. 13

2.4. BIM na área do projeto .......................................................................................................... 18

3. Solução estrutural .......................................................................................................................... 21

3.1. Modelo de arquitetura ............................................................................................................ 21

3.2. Modelo de estruturas ............................................................................................................. 25

3.2.1. Materiais e ações........................................................................................................... 26

3.2.2. Pré-dimensionamento ................................................................................................... 28


x

4. Processo tradicional ....................................................................................................................... 33

4.1. Modelação da estrutura no SAP2000 ................................................................................... 33

4.1.1. Pilares e vigas ............................................................................................................... 35

4.1.2. Lajes .............................................................................................................................. 36

4.1.3. Fundações ..................................................................................................................... 37

4.2. Ação sísmica ......................................................................................................................... 38

4.3. Análise de esforços da estrutura ........................................................................................... 40

4.3.1. Vigas .............................................................................................................................. 42

4.3.2. Pilares ............................................................................................................................ 48

4.3.3. Fundações ..................................................................................................................... 55

5. Fluxo de informação entre Revit e SAP2000 ................................................................................. 57

5.1. Criação do modelo Revit estrutural ....................................................................................... 57

5.2. Exportação do modelo Revit para SAP2000 ......................................................................... 58

5.2.1. Pilares e vigas ............................................................................................................... 61

5.2.2. Lajes .............................................................................................................................. 62

5.2.3. Alinhamentos e fundações ............................................................................................ 62

5.2.4. Modelo SAP ................................................................................................................... 63

5.2.5. Vantagens e limitações ................................................................................................. 65

6. Fluxo de informação entre Revit e Robot ...................................................................................... 67

6.1. Interoperabilidade entre Revit e Robot .................................................................................. 67

6.2. Transferência de modelos entre o Revit e o Robot ............................................................... 70

6.2.1. Preparação do modelo Revit ......................................................................................... 71

6.2.2. Transposição do modelo Revit para o Robot ................................................................ 74

6.2.3. Adaptação do modelo Robot ......................................................................................... 77

6.2.4. Cálculo estrutural ........................................................................................................... 79

6.3. Transferência entre o Robot e o ASD ................................................................................... 82


xi

7. Conclusões e desenvolvimentos futuros ....................................................................................... 87

7.1. Conclusões ............................................................................................................................ 87

7.2. Desenvolvimentos futuros ..................................................................................................... 89

8. Referências .................................................................................................................................... 91

8.1. Referências bibliográficas ..................................................................................................... 91

8.2. Regulamentos consultados ................................................................................................... 93

8.3. Sites consultados .................................................................................................................. 94

Anexos ...................................................................................................................................................... I

Anexo A - Desenhos utilizados na construção do modelo Revit de arquitetura .................................... III

Anexo B – Desenhos do modelo Revit de arquitetura .......................................................................... VII

Anexo C – Informação de dimensionamento (informação numérica) da viga V1 ................................ XIII

Anexo D – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica) da viga V1 .................................. XIX

Anexo E – Informação de dimensionamento (informação numérica) do pilar P9 .............................. XXV

Anexo F – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica) do pilar P9 ................................ XXIX

Anexo G – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica) da sapata S9 ......................... XXXIII


xiii

Índice de figuras

Figura 2.1 - Adoção e utilização de BIM na Europa (2010) .................................................................. 14

Figura 2.2 - Comparação dos anos de utilização de BIM entre a América do Norte e a Europa ......... 14

Figura 2.3 - Comparação do retorno de investimento (ROI) sobre BIM entre a América do Norte e a Europa ................................................................................................................................................... 15

Figura 2.4 - Adoção de BIM nos EUA tendo em conta os profissionais e as empresas do sector AEC ............................................................................................................................................................... 15

Figura 2.5 - Percentagem de profissionais nos EUA utilizando BIM em mais de 60% dos projetos .... 16

Figura 2.6 - Retorno de investimento (ROI) de BIM por profissional nos EUA ..................................... 16

Figura 2.7 - Conhecimento e utilização de BIM no Reino Unido .......................................................... 17

Figura 3.1 - Configuração dos parâmetros (Properties) no objeto parede dupla exterior. ................... 22

Figura 3.2 - Configuração do parâmetro structure do objeto parede dupla exterior. ............................ 23

Figura 3.3 - Modelo Revit de arquitetura do edifício. ............................................................................ 24

Figura 3.4 - Pormenor do corte C1 do modelo Revit. ........................................................................... 24

Figura 3.5 - Pormenor da planta do piso 1 do modelo Revit. ................................................................ 25

Figura 3.6 - Localização dos pilares no edifício. ................................................................................... 28

Figura 4.1 - Modelo SAP2000 da estrutura. .......................................................................................... 35

Figura 4.2 - Localização dos pilares relativamente aos alinhamentos. ................................................ 36

Figura 4.3 - Discretização da malha de elementos finitos da laje do piso 1. ........................................ 37

Figura 4.4 - Modelação dos apoios da estrutura através de encastramentos. ..................................... 38

Figura 4.5 - Espectros de dimensionamento referentes às ações horizontais relativas aos sismos 1 e 2. ............................................................................................................................................................ 39

Figura 4.6 - Diagrama envolvente do momento fletor de cálculo na viga V1. ...................................... 43

Figura 4.7 - Verificação da quantidade armadura longitudinal face ao momento fletor de cálculo na viga V1. .................................................................................................................................................. 45

Figura 4.8 – Verificação da quantidade de armadura de esforço transverso face ao esforço transverso de cálculo............................................................................................................................................... 48

Figura 4.9 -Verificação da quantidade de armadura transversal face ao esforço transverso atuante. 54

Figura 4.10 - Esquema de cálculo utilizado para o dimensionamento da sapata S9. .......................... 55

Figura 5.1 - Pormenor de sobreposição dos modelos Revit de estruturas (esquerda) e de arquitetura (direita)................................................................................................................................................... 58

Figura 5.2 - Modelo Revit de estruturas. ............................................................................................... 59

Figura 5.3 - Materiais importados do Revit para o SAP2000. ............................................................... 59

Figura 5.4 - Propriedades do material betão 30/37 importado do Revit para o SAP2000. ................... 60


xiv

Figura 5.5 - Definição das secções do modelo na base de dados do SAP2000 (ficheiro .PRO). ........ 62

Figura 5.6 - Exportação do modelo Revit estruturas para o SAP2000. ................................................ 63

Figura 5.7 - Importação do modelo Revit de estruturas para o SAP2000. ........................................... 64

Figura 5.8 - Interface de importação do modelo Revit de estruturas e do modelo SAP2000 importado. ............................................................................................................................................................... 64

Figura 6.1 - Representação analítica de uma viga no Robot (em cima) e no Revit (em baixo). .......... 68

Figura 6.2 - Modelo Revit analítico da estrutura. .................................................................................. 69

Figura 6.3- Validação do modelo analítico da estrutura. ....................................................................... 72

Figura 6.4 - Opções do modelo analítico no Revit. ............................................................................... 73

Figura 6.5 - Extensão Revit Robot Structural Analysis Link. ................................................................. 74

Figura 6.6 - Opções definidas na exportação do modelo Revit para o Robot. ..................................... 75

Figura 6.7 - Condições de apoio de um pilar genérico. ........................................................................ 76

Figura 6.8 - Modelo Robot da estrutura. ............................................................................................... 77

Figura 6.9 - Comparação entre as malhas de elementos finitos no SAP2000 (esquerda) e no Robot (direita)................................................................................................................................................... 79

Figura 6.10 - Comparação do esforço transverso de cálculo (VEd) determinado em SAP2000 e Robot. ............................................................................................................................................................... 79

Figura 6.11 - Comparação do momento fletor de cálculo (MEd) determinado em SAP2000 e Robot. . 80

Figura 6.12 - Desenho de pormenorização do vão interior da viga V1 (informação gráfica). .............. 81

Figura 6.13 - Pormenor 3D da armadura do pilar P9. ........................................................................... 82

Figura 6.14 - Configuração da localização dos desenhos de pormenorização. ................................... 83

Figura 6.15 – Importação manual dos desenhos de pormenorização de Robot para ASD. ................ 84

Figura 6.16 - Pormenor do desenho da Sapata S9. ............................................................................. 85


xv

Índice de tabelas

Tabela 3.1 - Características do betão C30/37 e do aço A500NR. ........................................................ 26

Tabela 3.2 - Pesos próprios das lajes. .................................................................................................. 26

Tabela 3.3 - Definição das restantes cargas permanentes (kN/m2). .................................................... 26

Tabela 3.4 - Sobrecargas presentes no modelo de cálculo. ................................................................. 27

Tabela 3.5 - Definição da sobrecarga neve. ......................................................................................... 27

Tabela 3.6 - Coeficientes parciais de segurança das combinações de ações. .................................... 27

Tabela 3.7 - Combinações de ações (kN/m2). ...................................................................................... 27

Tabela 3.8 - Determinação do momento positivo. ................................................................................ 29

Tabela 3.9 - Determinação no momento negativo total. ....................................................................... 29

Tabela 3.10 - Aplicação do método dos pórticos equivalentes. ............................................................ 29

Tabela 3.11 - Verificação ao punçoamento nos pilares P8 e P12. ....................................................... 30

Tabela 3.12 - Pré-dimensionamento da viga V1. .................................................................................. 30

Tabela 3.13 - Pré-dimensionamento dos pilares P8 e P9. .................................................................... 31

Tabela 3.14 - Pré-dimensionamento das sapatas S8 e S9. .................................................................. 32

Tabela 4.1 - Parâmetros de base à definição dos espectros sísmicos. ................................................ 38

Tabela 4.2 - Fatores de participação de massa modais dos respetivos modos de vibração. .............. 40

Tabela 4.3 - Cálculo da armadura longitudinal e respetivos varões adotados. .................................... 44

Tabela 4.4 - Momento resistente de cálculo na viga V1. ...................................................................... 44

Tabela 4.5 - Cálculo da armadura transversal e do respetivo esforço transverso resistente de cálculo na viga V1. ............................................................................................................................................. 47

Tabela 4.6 - Cálculo da armadura longitudinal no pilar P9 segundo a filosofia Capacity Design. ........ 50

Tabela 4.7 - Cálculo da armadura longitudinal no pilar P9 segundo os esforços atuantes. ................. 51

Tabela 4.8 - Cálculo da armadura transversal do pilar P9 segundo a filosofia Capacity Design. ........ 52

Tabela 4.9 - Cálculo da armadura transversal do pilar P9 segundo os esforços atuantes. ................. 54

Tabela 4.10 - Cálculo da armadura de resistência à força de tração na sapata S9. ............................ 56


xvii

Lista de abreviaturas

AEC Arquitetura, Engenharia e Construção

CAD Computer-Aided Design

BIM Building Information Model

3D Três dimensões

Revit Revit 2013

SAP2000 Structural Analysis Program 2000 v15.1.0

Robot Robot Structural Analysis Professional 2013

ASD AutoCAD Structural Detailing 2013

NBIMS National Building Information Modeling Standards

2D Duas dimensões

4D Quatro dimensões (3D + tempo)

5D Cinco dimensões (3D + custo)

IPD Integrated Project Delivery

DXF Drawing eXchange Format

IGES Initial Graphic Exchange Specification

IFC Industry Foundation Class

ROI Return on Investment

EC2 Eurocódigo 2 – Parte 1-1

RCP Restantes cargas permanentes

ELS Estado limite de serviço

ELU Estado limite último

EC8 Eurocódigo 8 – Parte 1

SRSS Square Root of Sum of Squares

DCM Classe de ductilidade média

CSI Computers & Structures Inc

1. Introdução

1

1. Introdução

1.1. Evolução da construção

A atividade da construção requer uma efetiva colaboração entre os diversos intervenientes no

processo, em que cada participante contribui individualmente para o todo a edificar. Devido ao

aumento da complexidade da construção, tanto ao nível do projeto como da sua execução e

manutenção, é necessário recorrer a técnicas especializadas e exigir uma maior eficiência e

rentabilidade a empreiteiros e a projetistas. Na constituição da equipa de técnicos a envolver num

projeto, deve ser considerada não só a experiência individual, mas também a aptidão indispensável

de cooperação e de colaboração, para a realização de um trabalho comum, de forma a tornar o

processo mais produtivo e obter uma edificação mais eficiente num mercado competitivo e exigente.

O objetivo principal, no desenvolvimento do projeto, é satisfazer as pretensões e

necessidades do dono de obra. A equipa envolvida deve empenhar-se de forma a obter uma

construção de qualidade, segura e eficiente. O cumprimento destes objetivos, a alcançar de um modo

coletivo, com participações individuais, requer a colaboração de todos os profissionais das diferentes

especialidades do projeto.

A crescente complexidade dos projetos na indústria da Arquitetura, Engenharia e Construção

(AEC), além de impulsionar a evolução das metodologias e práticas utilizadas, também estimula o

desenvolvimento das tecnologias de informação de suporte à sua execução. O traçado do desenho,

através de ferramentas computacionais, veio substituir a execução direta sobre o formato em papel,

provocando uma enorme mudança na forma de projetar, as quais, são hoje fortemente aprovadas nos

sistemas computacionais de apoio ao projeto (Computer-Aided Design, CAD). No entanto, o uso

destes sistemas é, essencialmente, dirigido a uma perspetiva da representação através do desenho,

e portanto, são utilizados com base apenas em entidades geométricas (segmentos retos e arcos em

2D e objetos primários 3D), sem propriedades físicas e de relação entre elementos. Atualmente, as

ferramentas emergentes, que têm vindo a ter aceitação na indústria AEC, são os sistemas de

modelação paramétrica. Têm a capacidade de produzir objetos parametrizados, com a informação

física e de relação associada, na qual se baseia a metodologia Building Information Modeling (BIM).

O conceito BIM engloba uma metodologia de desenvolvimento do projeto, assente numa

plataforma como meio comum da atividade e, naturalmente, no recurso a ferramentas de trabalho

adequadas, apoiando a realização do projeto de construção de um modo colaborativo. O BIM permite

uma melhor compreensão do projeto, congregando, num único modelo e de uma forma estruturada,

toda a informação necessária para o desenvolvimento do projeto, o planeamento da construção e,

após a ocupação do edifício, a sua gestão e manutenção. Um dos aspetos mais atrativos nesta

tecnologia emergente reside no facto de permitir criar informação consistente, agregada num modelo

digital tridimensional (3D), que pode ser usada em todo o ciclo de vida do edifício. Requer assim, que

no processo de desenvolvimento de um projeto, a informação gerada, reutilizada e transformada seja

1. Introdução

2

atualizada constantemente. A informação é, pois, partilhada pelos diferentes utilizadores que

recorrem a um modelo comum, eliminando a redundância de repetir a introdução dos mesmos dados

em diversas aplicações, reduzindo consequentemente o potencial de serem originados erros e

incongruências. A metodologia BIM constitui um modo distinto de atuar, na medida em que

transforma a representação tradicional, numa representação por modelos paramétricos 3D de

edifícios de construção, crescente em forma e em informação.

1.2. Motivação

A indústria AEC é atualmente um setor com lacunas ao nível da produtividade a nível mundial

[1]. Apesar da sua causa não ser suficientemente clara, podem ser apontados problemas

relacionados com a estrutura da própria indústria. Esta é caracterizada por ser fragmentada, e em

que o modo principal de comunicação é baseado no papel. Noutras indústrias verifica-se um maior

grau de eficiência a qual é obtida, em parte, por uma maior automação dos processos, baseada na

utilização de sistemas de informação, numa melhor gestão da cadeia de abastecimento, e no recurso

a ferramentas de colaboração melhoradas, aspetos que ainda não foram concretizados, de um modo

eficaz, na indústria AEC [2]. Apesar da introdução de alguma inovação ao nível de procedimentos e

de técnicas em AEC, o défice de mão-de-obra especializada, dificulta a obtenção de melhorias na

produtividade do sector. Os elevados índices de alteração verificados, resultando em reconstruções e

reparações, condicionam a eficiência geral do sector, na medida em que ocorrem, na maior parte dos

casos, em fases adiantadas do projeto. Por outro lado, a pequena dimensão da maior parte das

empresas, dificulta investimentos em novas tecnologias [3].

A introdução de novas tecnologias tem sido realizada de uma forma fragmentada, o que

implica o recurso frequente ao papel ou aos desenhos baseados em sistemas CAD, sobre os quais os

intervenientes do projeto comunicam entre si. Enquanto outras indústrias possuem contratos de longo

termo com os mesmos parceiros, a indústria AEC envolve diferentes parceiros por curtos períodos de

tempo, cessando muitas vezes essas ligações no término do projeto. Assim, estes parceiros

apresentam alguma inércia ao envolvimento colaborativo, atuando de um modo individual no seu

subsector, recorrendo a processos antiquados que lhes são familiares, mas que conduzem ao

aumento da duração e custo do projeto. Uma outra causa apontada para uma baixa produtividade,

atribui-se ao facto da construção, no local da edificação, não ter beneficiado significativamente das

técnicas de automatização introduzidas no sector nos últimos anos [2]. A indústria AEC, embora

frequentemente seja considerada tradicional e resistente à introdução de mudanças, está

progressivamente a adotar novas soluções de automatização e modernização. Os profissionais do

setor necessitam acompanhar a mudança tecnológica, impulsionada por novos desafios e mudanças,

promovendo a partilha de informação e comunicação interdisciplinar [4].

1. Introdução

3

1.3. Objetivos

O principal objetivo da presente dissertação consiste na análise comparativa entre o processo

tradicional e a metodologia BIM na área da construção, com foco no projeto de estruturas.

Pretende-se avaliar as vantagens da utilização e adoção da metodologia BIM, relativamente ao

processo de atuação usual presente na indústria AEC. Adicionalmente, o trabalho vai possibilitar

identificar as limitações e apontar os problemas que se venham a verificar no caso de estudo

considerado, de forma a permitir definir recomendações relativamente a procedimentos e boas

práticas, no sentido de obter um maior índice de eficiência nesta indústria.

Como base de trabalho, foi inicializado um processo semelhante ao utilizado atualmente na

maioria dos gabinetes de projeto, ou seja, de uma forma tradicional, para demonstrar algumas das

suas limitações e debilidades na indústria AEC, relativamente ao projeto de estruturas. Como caso de

estudo foi selecionada uma pequena moradia unifamiliar, situada no norte de país. Com base nos

desenhos de arquitetura, fornecidos em papel, foi determinada a solução estrutural e, procedeu-se à

respetiva análise e cálculo estrutural. Esta parte do trabalho é desenvolvida sem qualquer

envolvimento do conceito BIM, de modo a caracterizar claramente este processo e, poder assim

confrontar, posteriormente, ambos os procedimentos.

De seguida, é testada a aplicação do conceito BIM em duas situações distintas. A primeira

considera algumas ferramentas BIM, mas em que se reconhece deficiente interoperabilidade entre os

softwares referentes à criação do modelo de estruturas e à sua análise e cálculo. Os softwares

utilizados são o Revit 2013 (Revit), software de base BIM, e o Structural Analysis Program 2000

v15.1.0 (SAP2000), uma aplicação de cálculo estrutural de uso corrente. Na segunda situação são

utilizadas ferramentas BIM adicionais na geração e tratamento de informação do projeto, em que é

admitida uma maior capacidade de interoperabilidade no processo. Neste caso, além do Revit,

recorreu-se ao Robot Structural Analysis Professional 2013 (Robot) e ao AutoCAD Structural Detailing

2013 (ASD). Com estas duas abordagens, e utilizando diferentes softwares de cálculo e análise de

esforços, pretende-se comparar e compreender os desenvolvimentos e potencialidades de diferentes

ferramentas e plataformas de base BIM, na fase do projeto de estruturas.

O trabalho finaliza com a comparação dos resultados dos diferentes processos analisados,

sendo identificadas as principais vantagens da utilização da metodologia BIM na indústria AEC, assim

como algumas limitações verificadas em termos da capacidade de interoperabilidade no processo e,

ainda, regista os modos de criação e de gestão de informação do projeto, por recurso aos softwares

utilizados.

A metodologia do presente trabalho é, então, a seguinte:

O capítulo 2 aborda o BIM numa perspetiva geral e introdutória ao tema e, finaliza, com

uma vertente direcionada à sua implementação no projeto de estruturas;

No capítulo 3 é identificada a solução estrutural a utilizar no caso de estudo, bem como o

respetivo pré-dimensionamento;

1. Introdução

4

O capítulo 4 descreve o processo tradicional de execução do projeto de estruturas, isento

de qualquer contribuição do conceito BIM;

Nos capítulos 5 e 6 são apresentas duas alternativas de transposição do modelo BIM de

estruturas para a aplicação do cálculo estrutural, SAP2000 e Robot, de forma a poderem

ser analisados os procedimentos inerentes e avaliar de um modo comparativo as

vantagens e limitações focadas na capacidade de interoperabilidade das plataformas e

ferramentas utilizadas;

Finalmente, no capítulo 7, é apresentada a discussão dos resultados obtidos nos

diferentes processos, as conclusões pertinentes retiradas do caso em estudo, e referidas

algumas propostas para trabalhos futuros.

2. Building Information Modeling

5


2.1. Conceito BIM

Atualmente, o termo BIM é ainda bastante ambíguo, podendo referir-se à metodologia

Building Information Modeling ou ao modelo global digital com toda a informação do projeto

associada, Building Information Model. O BIM é frequentemente referido a três níveis diferentes: uma

aplicação de software, um processo para projetar e documentar informação, e ainda, uma nova

abordagem de exercer e desenvolver a profissão que requer a implementação de novas políticas,

contratos e relações entre os vários intervenientes do projeto [5]. Com o processo BIM, a gestão de

projeto tende a ser mais transparente, pois, num modelo 3D mais facilmente são detetáveis as

debilidades do projeto e se os objetivos propostos foram alcançados [2]. Laiserin [5] refere, como uma

das características mais relevantes no processo BIM, a habilidade de utilizar, reutilizar e trocar

informação, ao longo de todo o ciclo de vida da construção. Considera que BIM é mais do que uma

simples representação gerada por um modelador 3D ou apenas a capacidade de realizar a

transferência de versões eletrónicas de documentos em papel e, por isso, é importante desassociá-lo

do conceito software.

No entanto, o conceito teórico BIM só adquire significado prático, quando se recorre a

softwares que admitem esta metodologia e a integram com os mais recentes desenvolvimentos na

área das tecnologias de informação [4]. Contudo, é importante conhecer os fundamentos teóricos

inerentes a esta metodologia, de forma a continuar a estimular e a desenvolver a base tecnológica,

necessária à implementação e evolução do processo BIM. Succar et. al [6] definem BIM como um

conjunto interativo de políticas, processos e tecnologias produzindo uma metodologia capaz de gerir

a informação essencial do projeto e permitir a construção num formato digital, durante todo o ciclo de

vida do edifício. Numa perspetiva tecnológica, o BIM é uma simulação do projeto baseada na

representação 3D dos componentes do projeto, com uma ligação a toda a informação necessária,

relacionada com todas as fases do projeto [7]. Ainda, segundo Laiserin [5], na implementação do BIM,

o risco é reduzido, o controlo da qualidade é melhorado, a comunicação é clarificada e são

disponibilizadas melhores ferramentas de análise. A partilha de informação, de um modo eficaz e

padronizado, é uma característica fundamental do BIM, para que se possa atingir um bom nível de

eficiência e rentabilidade, capaz de impulsionar a indústria, tornando-a mais competitiva [8].

A metodologia BIM pode definir-se como uma tecnologia de modelação e um conjunto de

processos associados, para produzir, comunicar e analisar modelos de uma construção [1]. Isto é, o

BIM é um modelo eletrónico de informação com uma base de dados única associada, na qual todos

os participantes se baseiam durante as fases de projeto, construção, operação, manutenção e

demolição da construção. Este modelo contém, além da informação geométrica, as propriedades e

atributos, referentes a propriedades físicas e mecânicas e, ainda, dados relativos a prazos, custos,

etc. [4]. No modelo BIM, esta informação é organizada de um modo estruturado e padronizado,


6

permitindo que cada interveniente tenha acesso à informação de que necessita, em qualquer fase da

construção [9]. Deste modo, o BIM supera os métodos de execução de projeto, demasiados

fragmentados e excessivamente tradicionais, existentes na indústria AEC, que conduzem

frequentemente à ocorrência de problemas de eficiência de projeto e de redução da qualidade da

construção. Interessa, assim, atuar numa indústria que permanece pouco competitiva, dotando-a da

capacidade de fornecer um melhor serviço à sociedade [5].

Segundo Khemlani [W1], a adoção de BIM resulta numa melhoria na comunicação entre os

diversos intervenientes, num melhor cumprimento dos prazos e, ainda, numa diminuição dos conflitos

do projeto. Cada técnico, envolvido no projeto e na sua execução, é especialista na sua própria área

de trabalho, recorrendo às ferramentas que lhe proporcionam uma maior qualidade e produtividade. A

plataforma BIM integra toda a informação gerada por cada ferramenta, num único modelo digital do

edifício, partilhado por todos. Este modelo pode ser manipulado através de dispositivos portáteis,

permitindo o acesso à forma e informação do modelo, tanto no gabinete como no estaleiro da obra.

Assim, através do trabalho em equipa e com a ajuda do modelo digital BIM 3D, é possível ter uma

melhor perceção dos problemas e analisar o seu modo de resolução de um modo mais rápido e

atempado.

Do ponto de vista do empreiteiro, o modelo BIM permite identificar possíveis colisões entre os

diferentes projetos de especialidades, conseguindo, assim, coordenar, de um modo mais eficaz, os

espaços e estudar as soluções de seleção e de disposição de equipamentos em obra. O modelo

digital único permite sobrepor as componentes de estruturas, de arquitetura e de serviços pelo que é

possível efetuar, sobre o modelo conjunto, a análise de conflitos. As eventuais colisões podem ser

eliminadas no modelo comum, executado de um modo sequencial. O modelo permite ainda um maior

recurso à pré-fabricação e, consequentemente, uma maior celeridade nos projetos de especialidade,

pois pode ser retirada, diretamente do modelo BIM, a informação utilizada na pré-fabricação de

elementos [W1]. Adicionalmente, é possível efetuar o cálculo energético sobre o modelo, uma vez

que cada elemento possui toda a informação relativa aos materiais, à geometria e às suas

propriedades físicas. O modelo permite, ainda, obter uma previsão de custos, pela facilidade de

quantificar elementos por tipo, no modelo. O BIM pode, então, contribuir para uma mudança de

perspetiva, tanto do projetista como do empreiteiro em relação à construção, desde as ideias

preliminares passando pela própria construção até à gestão do edifício construído [W2].

Diversas instituições, no âmbito da indústria AEC, apresentam as próprias definições do

conceito BIM: A National Building Information Modeling Standards (NBIMS) define BIM como [W3]

“BIM is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared

knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life

cycle; defined as existing from earliest conception to demolition. A basic premise of BIM is

collaboration by different stakeholders at different phases of the life cycle of a facility to insert, extract,

update or modify information in the BIM to support and reflect the roles of that stakeholder”; A

organização BuildingSMART, responsável pelo desenvolvimento e melhoramento da

interoperabilidade das ferramentas utilizadas na indústria AEC, refere [W4] “A BIM is a digital


7

representation of physical and functional characteristics of a facility. As such it serves as a shared

knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-

cycle from inception onward.”

Frequentemente, o BIM é ainda referido como um sistema avançado do CAD, mas no

entanto, ao contrário dos sistemas CAD, BIM não é um software de produção de desenhos, é antes

uma base de dados cujo objetivo é gerar e armazenar informação de uma forma estruturada e

integrada, onde os desenhos são elementos que podem ser criados diretamente a partir do modelo.

Além dos desenhos (2D) e perspetivas (do modelo 3D), as ferramentas desenvolvidas de base BIM

permitem a extração de uma extensa variedade de informação, desde mapas de quantidades e

custos, cronogramas do planeamento da construção, análises energéticas e estruturais, deteção de

conflitos entre especialidades, etc. [W5]. De acordo com Succar et. al [6], BIM é uma mudança

emergente ao nível de tecnologias e de procedimentos, afetando todos os intervenientes da indústria

AEC.

2.1.1. Modelação paramétrica

Um dos pilares da metodologia BIM é a modelação paramétrica. Este modo de modelação

consiste em representar objetos através de parâmetros e de um conjunto de regras que determinam a

sua geometria e propriedades de relacionamento geométrico. Os parâmetros de relação podem ser

definidos como expressões que estipulam qual o tipo de relação entre objetos, permitindo assim a

atualização automática da geometria de cada objeto sempre que alguma alteração seja realizada no

modelo 3D (alteração do contexto). Os objetos paramétricos podem ser personalizados permitindo a

modelação de formas complexas, recurso impraticável ou pouco eficiente num sistema CAD. Os

sistemas de modelação paramétrica resultaram da evolução tecnológica, com foco nos atributos

geométricos do objeto e, na forma como estes se relacionam entre si e são atualizados na interação

com outros objetos. A capacidade de adaptação a alterações geométricas impostas pelo utilizador é

definida pela forma como os elementos são caracterizados. Um software BIM considera os objetos

organizados por classes (famílias e tipos no Revit), que podem ser criadas e modificadas, dando

origem a objetos concretos (object instance) com formas e atributos que dependem, não só da

indicação do utilizador, mas também dos parâmetros e das relações estabelecidas com outros

objetos. A definição dos atributos, por parte do utilizador, é indispensável para a posterior realização

de análises diversas e estimativas de custos. As aplicações correntes de base BIM constituem

ferramentas que procuram executar tarefas, ou plataformas com capacidade de gestão da informação

associada a especialidades do modelo com diferentes finalidades [2].

A modelação proporciona, através de objetos paramétricos, um poderoso meio de criação e

adaptação da geometria do modelo, conduzindo a um processo de modelação mais ágil e menos

propenso a erros, quando comparado com os sistemas CAD. A construção de modelos, com o

recurso a uma vasta gama de objetos, é facilitada através de um procedimento que permite a edição

da modelação de uma forma automática. Os modelos paramétricos foram concebidos para permitir


8

uma série de variações, adaptáveis à exigência do projetista. Na modelação paramétrica, a classe ou

família corresponde a determinadas características geométricas, que podem ser fixas ou

paramétricas, e a um conjunto de relações e de regras que controlam os parâmetros através dos

quais as instâncias são criadas, ou seja, os objetos são definidos em forma e relação. Cada objeto

concreto, criado a partir de um elemento classe, varia de acordo com as definições dos seus

parâmetros e das condições de relação com os objetos adjacentes. Enquanto na modelação

tradicional CAD 3D é necessário editar manualmente toda a geometria de um elemento, a forma e

constituição da geometria de um modelo paramétrico é ajustada automaticamente ao seu contexto

(elementos adjacentes), baseada nas regras que o definem. As ferramentas de modelação BIM

admitem um conjunto específico de capacidades paramétricas que incluem [2]:

Suporte de capacidades algébricas e trigonométricas genéricas;

Estabelecimento de relações entre objetos de uma forma livre;

Definição de regras capazes de associar diferentes características a um objeto (definindo

objetos concretos);

Uso de parâmetros globais ou externos para controlar a seleção e a apresentação de

objetos;

Capacidade de ampliar classes de objetos paramétricos, de forma a conterem novas

estruturas e comportamentos, não incluídos à partida.

Na indústria AEC, a modelação paramétrica possui determinadas especificidades, entre as

quais, o facto de considerar um conjunto de regulamentos e práticas padronizadas, que podem ser

facilmente adaptadas e introduzidas na definição do comportamento físico e de relação geométrica

dos objetos. Por exemplo, é necessário que os desenhos produzidos respeitem determinadas

convenções e normas presentes na indústria. Adicionalmente, cada sistema (por exemplo, um

edifício) é composto por um número elevado de partes relativamente simples, no qual as regras e as

relações, entre objetos, são previsíveis, comparativamente a outras indústrias. No entanto, a elevada

quantidade de informação, devida em grande parte aos detalhes construtivos, pode causar problemas

de consistência no processamento das aplicações computacionais [2].

Atualmente, existem aplicações de base BIM com capacidade de interpretação do modelo

paramétrico BIM, identificando todos os seus objetos e características físicas e geométricas [10],

embora apresentem ainda algumas limitações no reconhecimento da informação, aspeto que é

focado no presente trabalho. Por exemplo, o modelo paramétrico permite a geração e a atualização

automática de plantas, alçados, cortes, mapas de quantidades, etc. de uma forma consistente e

bastante eficaz, permitindo, com base em modelos 3D, detetar incompatibilidades e conflitos entre as

diferentes especialidades, reduzindo assim, erros e omissões do projeto. Adicionalmente, pode ser

considerado o fator tempo (modelo 4D) utilizado no planeamento da obra e, a componente custo

(modelo 5D) definida com base nos mapas de quantidades obtidos através do modelo BIM [4].

O conceito de objeto paramétrico é a base do entendimento da metodologia BIM e é a sua

principal diferenciação dos tradicionais modelos 3D. Os objetos paramétricos consistem em


9

definições geométricas com informação e regras associadas, não permitindo inconsistências com

objetos adjacentes. As regras paramétricas permitem que os objetos modificam automaticamente a

sua geometria quando estes são inseridos ou alterados no modelo. Estas regras conseguem

identificar mudanças que violem a fiabilidade do objeto no que diz respeito aos seus parâmetros. Os

objetos podem ser definidos segundo diferentes níveis de agregação, de uma forma hierárquica, o

que conduz, por exemplo, ao ser alterada a massa de um subcomponente, é automaticamente

atualizada a massa total do objeto. Como os objetos paramétricos contêm informação associada, sob

a forma de atributos, facilmente essa informação é exportada, de um modo eficiente para outros

modelos ou ferramentas em tempo real [2].

2.1.2. Colaboração

O BIM deve ser entendido como um processo dinâmico, e não meramente um modelo geométrico

3D. O modelo BIM é construído com base na contribuição de diferentes equipas, apoiadas em

ferramentas BIM na realização das suas tarefas e na transferência da informação entre elas. O

desenvolvimento do modelo BIM, ao longo de todo o ciclo de vida da construção, é um processo

contínuo, caracterizado pela elaboração colaborativa, de forma a criar uma informação progressiva do

projeto. BIM suporta ambientes de trabalho colaborativos por permitir [3]:

Ao dono-de-obra desenvolver uma correta perceção da natureza, objetivos e requisitos da

edificação;

O desenvolvimento e análise do projeto por parte de todos os intervenientes de uma forma

estruturada e centralizada;

A gestão da edificação, por parte dos seus intervenientes, durante as fases de construção,

operação e desativação com base num modelo único.

A atividade de elaboração do projeto, por recurso a ferramentas de base BIM, utilizando

objetos paramétricos representativos dos componentes da construção, é ampla, e exige colaboração,

envolvendo um vasto leque de aspetos que requerem detalhe técnico das distintas especialidades. É

neste contexto que o BIM atua, como um suporte à colaboração a uma escala humana e social, ao

nível de comunicação e entendimento, e ao nível da modelação computacional. O grande desafio na

adoção da tecnologia BIM reside em conseguir que todas as partes envolvidas no projeto se

comprometam com o novo método de trabalho e, que documentem e comuniquem o seu trabalho

neste inovador modo de projetar e representar a construção.

Os fundamentos do BIM assentam essencialmente numa boa comunicação de forma a

promover uma eficaz colaboração. O sucesso da implementação do processo BIM requer, desde os

estados iniciais do projeto, o envolvimento de todos os intervenientes e, uma correta e eficiente

comunicação entre eles. Por conseguinte, os sistemas tradicionais de condução de projeto têm um

papel limitado num projeto baseado no processo BIM [11]. Por outro lado, o conceito Integrated

Project Delivery (IPD) encontra-se perfeitamente associado ao processo BIM. O IPD consiste numa


10

abordagem colaborativa de desenvolvimento do projeto utilizando o conhecimento técnico da

especialidade de cada interveniente, durante todas as fases do projeto e construção, otimizando

resultados e, aumentando a eficiência do projeto, benefícios acrescidos para o dono de obra [W6]. A

equipa de projeto, em conjunto, e recorrendo a eficientes ferramentas colaborativas, procura

assegurar que o projeto cumpra as exigências e objetivos do dono de obra, com uma significativa

redução das variáveis tempo e custo. Assim, BIM e IPD, juntos, representam uma clara rutura com o

corrente processo linear baseado na troca de informação representada por desenhos [2].

2.1.3. Interoperabilidade

Os processos inerentes à indústria AEC, numa perspetiva da metodologia BIM, são

caracterizados por uma atividade em equipa, onde cada especialidade é suportada por aplicações e

ferramentas informáticas próprias, que possuem capacidades de representação geométrica, de

análises energéticas e estruturais, entre outras. A capacidade de interoperabilidade, requerida às

ferramentas BIM, consiste na habilidade de transferir informação, geométrica ou não, entre

aplicações. Elimina a necessidade de copiar manualmente informação já criada noutra aplicação, o

que encoraja fortemente a iteração durante a fase de projeto, essencial para encontrar as melhores

soluções em projetos complexos, e diminui a quantidade de erros. Adicionalmente, a

interoperabilidade pode ser definida como a capacidade das ferramentas BIM, de diferentes

fornecedores, trocarem e operarem informação da construção entre si, o que facilita o fluxo de dados

e a sua automatização e, é um requisito fundamental para a colaboração e a comunicação entre os

diferentes intervenientes e as plataformas de transferência de informação BIM [2].

Tradicionalmente a transferência de dados entre sistemas baseava-se na troca de formatos

de ficheiros limitados à geometria, como por exemplo, o Drawing eXchange Format (DXF) e o Initial

Graphic Exchange Specification (IGES). Mais tarde, no final da década de oitenta, liderados pela

padronização da norma ISO (International Organization for Standardization), foram desenvolvidos

modelos de informação para suportar trocas de objetos entre modelos em diferentes indústrias [2].

Posteriormente, a organização BuildingSMART desenvolveu um formato aberto para representar e

permutar a informação de edifícios entre aplicações de software AEC, o formato padronizado

designado por Industry Foundation Class (IFC) [W4]. Esta norma universal de troca de dados de

modelos de construção, que inclui a geometria, atributos, comportamento e estrutura do objeto,

apesar de bastante abrangente, possui algumas limitações, entre as quais, a representação de

geometrias complexas [12].

Na indústria AEC, um dos obstáculos à eficiência da interoperabilidade reside no tipo de

informação que é transferida entre aplicações, ou seja, no processo de modelação de objetos.

Enquanto, que nos sistemas CAD, é transferida, essencialmente, informação geométrica, numa

ferramenta BIM são transferidos objetos paramétricos que além de informação geométrica, contêm

atributos, relações, propriedades e comportamentos. Contudo, o suporte tecnológico e a

padronização da indústria, num contexto BIM, encontram-se ainda numa fase embrionária [2]. Alguns


11

progressos já foram alcançados relativamente à interoperabilidade, mesmo entre aplicações oriundas

de diferentes empresas, contrariando o método caracterizado por formatos de ficheiros próprios e,

impondo, numa atitude aberta, formatos padronizados, possibilitando uma maior comunicação no

sector.

Apesar de subsistirem problemas de interoperabilidade, ao nível das ferramentas BIM, um dos

maiores desafios da interoperabilidade no sector AEC, verifica-se ao nível das plataformas de

intercâmbio de fluxo de informação, nomeadamente, nos softwares Revit e SAP2000. As plataformas

BIM contêm regras responsáveis pela gestão da integridade dos objetos paramétricos e pela geração

de um vasto conjunto de informação. A organização interna de regras, que coordenam a

apresentação e a atualização dos elementos do modelo, difere entre plataformas e, assim, a

transposição de objetos torna-se difícil ou até mesmo impossível. É importante continuar a

desenvolver um vocabulário padronizado de regras que conduza à resolução dos problemas da

interoperabilidade de modelos paramétricos entre plataformas BIM, isto é, promover a evolução e o

melhoramento da eficiência do fluxo de informação proporcionada pelo formato IFC. Um problema

evidente na interoperabilidade consiste na necessidade de gerir múltiplas representações de um

projeto, tanto a nível de plataformas como de ferramentas, isto é, reformular a informação do modelo

de forma a representar o projeto segundo diferentes utilizações [2]. Por exemplo, no projeto de

estruturas, existe a necessidade de obter o modelo analítico, para efetuar a análise estrutural, através

do modelo geométrico da estrutura. Na transferência entre os modelos físico e analítico, há uma série

de atributos e propriedades paramétricas a considerar, como por exemplo, as condições de fronteira e

de carga dos elementos. Assim, ao serem impostas mudanças num modelo, por uma questão de

consistência, devem ser efetuadas revisões e, possivelmente, atualizações dos restantes modelos.

Correntemente, este trabalho de gestão de conflitos, é efetuado quase exclusivamente de forma

manual e, por conseguinte, torna o projeto mais trabalhoso e oneroso. A propagação e a gestão de

alterações de modelos é um aspeto fundamental na coordenação do projeto e, naturalmente, na

interoperabilidade entre as ferramentas utilizadas da indústria AEC. Esta problemática é bastante

focada no desenvolvimento do presente trabalho.

2.2. Modelação CAD e BIM

O BIM permite a simulação do projeto de construção num ambiente virtual através de

softwares específicos, normalmente designados de plataformas BIM. O processo de geração dos

modelos 3D é definido através de elementos paramétricos, contendo toda a informação relativa à sua

constituição, assim como o tipo de relações entre eles. Os modelos são facilmente alterados, durante

a conceção, possibilitando a análise analítica e funcional de distintas alternativas de projeto, e a

realização de eventuais ajustes e correções de erros que possam afetar, posteriormente, a qualidade

do projeto [2]. O processo de modelação BIM é bastante distinto da utilização dos tradicionais

sistemas CAD, essencialmente, traçadores e modeladores apenas de carácter geométrico. A

metodologia BIM confere ao projeto uma construção melhorada e uma maior eficiência conduzindo a

um aumento da produtividade [W1].


12

Apesar do desenho CAD apresentar enormes vantagens em relação ao desenho executado à

mão, como a eficiência de produção, constitui, no entanto, não mais do que um conjunto de linhas,

com uma coerência de desenho técnico, executado de um modo digital. Por exemplo, enquanto, num

sistema CAD, uma parede é definida por duas linhas, num sistema BIM, a parede é criada através de

um objeto paramétrico interativo denominado Wall. O elemento criado através desta função tem

propriedades geométricas (altura, espessura e localização), físicas (características dos materiais) e,

ainda, de relação com outros objetos, eliminando conexões visíveis, de forma a apresentar o aspeto

final da construção.

Ao contrário do processo tradicional, de preparação de tarefas com base em desenhos CAD,

no BIM todas as especialidades são envolvidas no projeto, partilhando uma única base de dados

associada a um modelo 3D. Assim, todas as etapas do projeto, nomeadamente a arquitetura, a

análise estrutural, as componentes de serviços, o planeamento da construção, a gestão e a

manutenção pós ocupação, podem ser agregadas e coordenadas a partir de uma base comum, o

modelo BIM. Como o BIM tem por base o modelo paramétrico 3D na geração dos componentes do

edifício, é possível efetuar alterações num elemento e todo o modelo é alterado em conformidade [2].

Assim, os desenhos (alçados, plantas, cortes e detalhes) que podem ser obtidos do modelo, são

representações do modelo sempre atualizadas, pois não são apenas um conjunto discreto de linhas

coordenadas, como acontece num sistema CAD.

Tradicionalmente, o arquiteto desenha plantas, alçados e cortes, de uma forma relacionada,

obtendo um conjunto de desenhos coerentes. Quando é necessário efetuar alterações de forma, é

requerida a atualização individual de cada desenho. Consequentemente podem ocorrer, facilmente,

erros de incongruência. Neste contexto o BIM afasta-se significativamente dos tradicionais modelos

CAD. No BIM as alterações são efetuadas na componente do modelo e não no desenho. As relações

entre componentes são mantidas e, assim, o cálculo de ajuste de forma é atualizado. Os desenhos

são obtidos sobre o modelo atualizado e, portanto, são corretos em qualquer fase da conceção do

projeto. Adicionalmente, os mapas de quantidades e cronogramas de projeto também são atualizados

sempre que ocorra uma alteração no modelo. Desta forma diminuem-se as incoerências do projeto e

aumenta-se a eficiência do mesmo. Estas capacidades permitem um controlo adicional sobre a

qualidade e a coordenação do modelo, permitindo a projetistas e empreiteiros criar, controlar e

apresentar, a informação de construção, atualizada e correta [W2].

Segundo Azhar et al. [13] a tecnologia BIM teve origem a partir da técnica de modelação

paramétrica orientada por objetos. Entende-se por paramétrico o processo em que, essencialmente,

os objetos são caracterizados pela associação de valores a parâmetros. Adicionalmente, é um

processo no qual quando um elemento é alterado, o elemento adjacente é automaticamente

modificado e ajustado de forma a manter a relação previamente estabelecida entre ambos [14]. Uma

diferença determinante entre a tecnologia BIM e o convencional sistema 3D CAD reside no facto de

no sistema CAD, o edifício quando modelado em 3D e afetado de alterações, os desenhos (plantas,

alçados e cortes) não são automaticamente atualizados. Assim, alterações e modificações realizadas

numa vista não são propagadas às restantes. A informação incluída nos desenhos é composta


13

apenas por entidades gráficas como pontos, linhas e arcos, ao contrário do modelo digital BIM

inteligente onde os objetos são definidos em termos de componentes e sistemas da construção, isto é

paredes, pilares, vigas, etc. e suas relações.

O CAD usa de forma independente vários documentos, usualmente em formato 2D, para

transmitir a forma do edifício. Uma vez que estes documentos são criados separadamente, há pouca

ou nenhuma correlação ou conexão entre eles. Pelo contrário, o BIM agrega toda a informação num

único espaço e relaciona-a entre os objetos associados [W2]. Um modelo BIM contém toda a

informação relacionada com a construção, incluindo as características físicas e funcionais e, a

informação relativa a todo o ciclo de vida do projeto, numa série de objetos. Por exemplo, uma

unidade do sistema de ar condicionado, pertencente a um modelo BIM, contém informação relativa ao

fornecedor, a procedimentos de operação e à sua manutenção. [15]. Um modelo BIM é uma base de

dados centralizada, ou seja, todos os documentos que o compõem são interdependentes e partilham

a mesma informação.

2.3. Crescimento do BIM

Atualmente, a metodologia BIM é um dos aspetos mais visíveis de uma rápida e profunda

mudança que está a transformar a indústria da construção a nível global. Diversos estudos e

pesquisas vêm dar ênfase a essa ideia. O crescimento global na adoção e implementação de BIM,

pelas suas fortes capacidades de modelação, visualização, análise e simulação, representa uma

transição para uma infraestrutura de informação integrada e digital que revoluciona esta indústria.

Inúmeros relatórios conduzidos ao longo dos últimos anos, tanto na Europa como na América

do Norte, vêm demonstrar a crescente aceitação do conceito BIM pelos profissionais do sector AEC,

ligados ao projeto, construção e manutenção, e ainda a importância deste como um valor

acrescentado aos seus negócios. As diferenças na indústria da construção nos dois continentes

afetam, naturalmente, os resultados das pesquisas. Por exemplo, a idade e a densidade das

estruturas na Europa conduzem a uma maior percentagem de pequenos projetos de reparação e de

reabilitação, relativamente à América do Norte. A opinião recolhida do relatório realizado pela

McGraw-Hill Construction [16], nos dois continentes, atesta que o BIM se aplica mais facilmente a

novos e grandes projetos. Assim, as diferenças em termos de adoção de BIM são naturalmente

esperadas. Adicionalmente, a introdução de BIM na Europa ocorreu anteriormente à América do

Norte e, portanto, é de esperar que mais utilizadores reportem o seu uso há mais tempo.

O relatório consultado compara o valor de negócio do BIM na Europa (2010) com o da

América do Norte (2009). Os resultados europeus dizem respeito aos países com um maior volume

de negócio na indústria AEC, como o Reino Unido, a França e a Alemanha. O relatório refere que o

BIM é aplicado mais facilmente a projetos desenvolvidos de raiz e de grande dimensão, influenciando

a diferenciação dos resultados. Em 2010, cerca de um terço (36%) dos profissionais tinham adotado

BIM na Europa, em comparação com quase metade (49%) na América do Norte em 2009. Na Europa,


14

54%

63%

77%

64%

23%

15%

6%

16%

4% 7%11%

6%

19%15%

6%

14%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Arquiteto Engenheiro Empreiteiro Total

Adoção de BIM na EuropaNão utiliza

BIM

Desenvolve

modelos

BIM

Analisa

modelos

BIM

Desenvolve

e analisa

modelos

BIM

22%

26%

18%

10%

6%

18%18%

14% 14%

10% 10%

34%

0%

10%

20%

30%

40%

1 ano 2 anos 3 anos 4 anos 5 anos mais 5

anos

Utilização de BIM América do Norte vs Europa

América

do

Norte

Europa

os arquitetos continuam a ser os maiores utilizadores de BIM (46%), seguidos dos engenheiros (37%)

e, por último, dos empreiteiros (23%). Na Figura 2.1 é apresentado um gráfico que reflete o nível da

adoção e do uso do BIM por parte dos diferentes profissionais na Europa, no ano de 2010.

Os europeus utilizam o BIM há mais anos, relativamente aos norte-americanos (como se

ilustra na Figura 2.2). A sua explicação reside no facto de na Europa, o BIM ter sido adotado por um

pequeno grupo de profissionais relacionados com grandes empresas [16]. No entanto, ainda que a

adoção de BIM tenha ocorrido primeiro na Europa, em termos gerais, o seu crescimento tem sido

relativamente lento comparado com o que é verificado na América do Norte.

Do mesmo relatório é possível obter a comparação da distribuição do retorno do investimento

(ROI) entre ambos os continentes. Da análise do gráfico da Figura 2.3 verifica-se que, na Europa, o

ROI sobre o BIM atinge maiores percentagens onde, por exemplo, 46% dos utilizadores admitem

valores de ROI superiores aos 25%. Ou seja, os profissionais europeus obtêm um maior valor, nos

seus projetos, quando recorrem ao BIM. Estes resultados são em parte consequência do facto dos

Figura 2.1 - Adoção e utilização de BIM na Europa (2010)

Figura 2.2 - Comparação dos anos de utilização de BIM entre a América do Norte e a Europa


15

14% 14%15%

25%

13%

10%9%

7%

11%12%

24%22%

13%11%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

<0% ≈0% <10% 10-25% 25-50% 50-100% >100%

ROI BIM América do Norte vs Europa

América

do Norte

Europa

58%

42%50%

25%

53%

74%70% 67%74%

49%

81%91%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Arquiteto Engenheiro Empreiteiro Pequena Média Grande

Profissionais Empresas

Adoção de BIM nos EUA

2009

2012

utilizadores europeus estarem há mais tempo familiarizados com a metodologia e processos BIM e,

portanto, é de esperar que obtenham valores de ROI mais elevados [16].

Nos EUA, a adoção e a implementação da metodologia BIM, por parte das empresas do

sector AEC, admitiu um aumento considerável nos últimos anos, passando de 49%, em 2009, para

71%, em 2012, quando comparado com o valor de apenas 28%, em 2007. Esta evolução global pode,

ainda, ser analisada segundo a perspetiva dos principais profissionais do sector e da dimensão da

empresa. Como se pode constatar na Figura 2.4, os engenheiros são os que apresentam uma menor

adesão à metodologia BIM. As empresas maiores, que geralmente beneficiam de maiores recursos e

experiência na implementação de novas tecnologias e na padronização de processos para as

otimizar, estão melhor posicionadas na adoção e utilização das ferramentas e processos BIM [8].

Os arquitetos são os profissionais que apresentam um maior nível de utilização do BIM, ao

contrário dos engenheiros que continuam mais céticos. A Figura 2.5 mostra a utilização, em mais de

Figura 2.3 - Comparação do retorno de investimento (ROI) sobre BIM entre a América do Norte e a Europa

Figura 2.4 - Adoção de BIM nos EUA tendo em conta os profissionais e as empresas do sector AEC


16

42%35%

54%

63%

29% 26%32% 29%

33%

22%

44% 47%

26%

36%

12% 15%

29% 27%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

2009 2012 2009 2012 2009 2012

Arquiteto Engenheiro Empreiteiro

ROI de BIM nos EUA

Negativo ou

Nulo

Moderadame

nte Positivo

(até 25%)

Muito

Positivo (mais

de 25%)

60% dos projetos, por parte de cada sector da construção nos EUA e, ainda, uma extrapolação da

previsão para o ano de 2014, com base nos dados relativos aos anos precedentes.

Na Figura 2.6 é apresentado o ROI de BIM nos EUA, em relação a diferentes disciplinas do

sector AEC. Novamente, os arquitetos são os utilizadores mais entusiastas e a sua experiência é

revelada pelo facto do ROI de BIM ter aumentado consideravelmente nos profissionais deste sector.

O grande aumento na percentagem de utilizadores BIM, por parte dos engenheiros com ROI negativo

ou nulo, é explicado pela grande quantidade de novos utilizadores, nestes anos, a adotar BIM, isto é,

com pouca experiência. Em relação aos empreiteiros, o valor de ROI permaneceu praticamente

constante neste espaço de tempo, com quase metade do ROI na parcela moderadamente positivo,

ou seja, o baixo ROI dos novos utilizadores é compensado pelo maior número de profissionais que se

tornou mais experiente. O gráfico ilustra, essencialmente, que a engenharia continua a procurar

atingir a eficiência BIM dos restantes sectores, sendo aquele onde se obtém valores mais reduzidos

de ROI e onde a parcela positiva é menor que a negativa.

37%

21% 21% 18%

60%

26%31% 30%

75%

43%

55%

44%

0%

20%

40%

60%

80%

Arquiteto Engenheiro Empreiteiro Dono de Obra

Utilização de BIM nos EUA

2009

2012

2014

Figura 2.5 - Percentagem de profissionais nos EUA utilizando BIM em mais de 60% dos projetos

Figura 2.6 - Retorno de investimento (ROI) de BIM por profissional nos EUA


17

43%

21%

6%

45%48%

54%

13%

31%

39%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

2010 2011 2012

BIM no Reino Unido

Não conhece e

não utiliza

Conhece e não

utiliza

Conhece e

utiliza

No Reino Unido, um relatório anual realizado pela National Building Specification (NBS) em

2012 [17], responsável pela especificação e padronização na indústria AEC, aponta para uma

mudança no conhecimento e na utilização da metodologia BIM neste país, como ilustra o gráfico da

Figura 2.7. Os profissionais da indústria AEC consideram o BIM como o futuro da informação e da

modelação do projeto, impulsionados por novos protocolos criados pelo governo, em relação ao BIM

e, pelos bons resultados dos parceiros de negócio. O investimento no software e na formação para a

implementação do BIM, sobretudo nas pequenas empresas, continua a ser o maior obstáculo na sua

adoção, principalmente, no contexto da economia atual. No entanto, da implementação do BIM, os

profissionais reportam reais benefícios e maiores vantagens do que as expetativas anteriormente

criadas.

De um modo geral, os avanços significativos referidos pelos utilizadores do BIM, nos

continentes analisados, apontam para uma redução de erros e de omissões em documentos

construtivos, uma redução na repetição de trabalhos e na duração de determinados fluxos de

informação. Adicionalmente, os utilizadores mencionaram o impacto positivo na oferta de novos

serviços, no marketing de novos negócios para a captação de clientes e, ainda, na manutenção de

negócios com antigos clientes. O BIM conduz, pois, a melhorias, ao nível do projeto, com benefícios

para todas as partes. Na pesquisa efetuada na Europa, a maioria destes ganhos traduzem-se numa

melhor comunicação e compreensão do projeto e, ainda, num aumento da qualidade global do

mesmo. O BIM contribui de um modo diferenciado em relação às várias etapas do projeto,

verificando-se que os utilizadores identificam maior valor [16]:

Na melhoria da perceção coletiva da intenção do projeto;

Na redução dos conflitos entre especialidades durante o processo de construção;

No incremento da qualidade global do projeto.

Figura 2.7 - Conhecimento e utilização de BIM no Reino Unido


18

Cada profissional tem a sua própria tarefa e objetivo a cumprir no projeto, o que implica que

cada um atribua diferente valor ao BIM e, consequentemente, uma importância distinta no valor

acrescido à sua atividade. Para os engenheiros europeus o maior valor de BIM consiste na habilidade

em melhorar o processo de projetar. Reportam, ainda, menos interesse no potencial colaborativo e

preferem ver os seus resultados nos processos imediatos, quando comparados com os

norte-americanos. Assim, 62% dos engenheiros europeus encontram um elevado valor do BIM na

fase construtiva, enquanto os empreiteiros e arquitetos reportaram apenas 52% e 40%,

respetivamente [8] [16].

Embora muitos dos profissionais europeus não tenham tido, ainda, qualquer experiência com

o BIM, a maioria revela bastante recetividade em experimentar e avaliar os seus potenciais

benefícios. Apenas uma pequena percentagem (4%) de quem tenha utilizado ferramentas BIM, não o

pretende voltar a fazer [16]. Portanto, a maioria é recetiva e é esta a ideia generalizada na indústria

AEC, à medida que os projetistas, empreiteiros e donos de obra vão percebendo as reais

potencialidades da metodologia BIM. Considerando a evolução do BIM como uma tendência no

sector, sobretudo com base em relatos de casos práticos de sucesso e dos elevados índices de ROI

verificados em muitos projetos, a utilização de ferramentas e processos BIM tende a crescer de uma

forma progressiva nos próximos anos. Adicionalmente, tem-se observado a mudança de alguma

política governamental, como por exemplo no Reino Unido, que promove a adoção desta metodologia

como forma de impulsionar a indústria AEC, tornando-a mais competitiva, proporcionando uma

melhor construção, mais rápida e menos onerosa [18].

2.4. BIM na área do projeto

A atividade de projeto requer um trabalho de equipa, com uma boa coordenação e um

elevado grau de colaboração. A participação dos intervenientes exige uma boa comunicação, sendo

discutidas soluções, alterações, estratégias, intenções, valores, procedimentos e ainda o tipo de

ferramentas a utilizar e a sua interligação. Cada elemento da equipa recorre a diferentes ferramentas

digitais específicas de suporte à sua componente de trabalho. Este processo requer a criação, a

transformação e a transferência de dados entre sistemas conduzindo a uma eventual perca de

informação e à repetição de dados. O BIM surge como uma metodologia promissora na qual a

informação gerada por cada software é transferida de um modo consistente entre os diferentes

sistemas. O modelo 3D de informação, que está na base de BIM, constituí uma capacidade visual de

comunicação que contribui para um melhor entendimento do objeto e do modo como o seu trabalho

se relaciona com o dos outros parceiros, apoiando o projetista na realização de um melhor trabalho.

Os softwares de base BIM suportam interfaces de interligação com programas de simulação e de

análise capazes de acompanhar, de um modo mais visual, o desenvolvimento do projeto.

O BIM contribui para redistribuir o tempo e o empenho que os projetistas aplicam em cada

fase do projeto, pois permite reduzir significativamente o tempo necessário para a produção de

modelos e da documentação do projeto. O BIM permite que o foco do empenho e do esforço seja


19

transferido para estágios mais iniciais do projeto, ou seja, para as fases onde o valor das decisões é

mais significativo, ao nível do custo, funcionalidade e beneficio. Os benefícios do BIM assentam,

essencialmente, na redução do custo e do tempo de execução, tanto em fase de projeto como de

construção e manutenção, permitindo assim aumentar a sua complexidade e eficiência.

Adicionalmente, o desempenho da construção é melhorado com base na redução do custo

energético, bem como do aumento da sustentabilidade do edifício. Contudo, em relação à fase de

projeto, objetivo principal do presente trabalho, estes benefícios são mais específicos. Assim, tem-se

[2]:

O modelo BIM permite uma perceção e visualização do projeto mais precisa durante

todas as fases, pois quando comparado com os desenhos CAD, as vistas obtidas do

modelo são consistentes e sempre atualizadas;

As alterações impostas sobre o modelo BIM refletem-se automaticamente em

correções sobre os restantes componentes, devido ao fato do modelo ser composto por

objetos paramétricos, associados a regras que caracterizam o relacionamento entre

elementos adjacentes. Assim, é assegurado o correto alinhamento e conectividade entre

os objetos e, por conseguinte, são minorados erros de geometria e de coordenação

espacial, o que conduz à redução da necessidade de gerir as alterações nos distintos

desenhos e modelos do projeto. É possível, também, a reutilização de objetos em diversos

projetos de idêntica tipologia.

Extração precisa e consistente de desenhos 2D em qualquer fase do projeto. É

reduzido o tempo de execução e de unificação de desenhos e minorados os erros de

incongruência, de uma forma significativa, referentes às várias especialidades de projeto,

pois, sempre que ocorram alterações de projeto, novos e consistentes desenhos podem

ser extraídos do modelo de uma forma célere e eficaz;

A colaboração é facilitada, desde as fases inicias de projeto, entre as diferentes

especialidades. A colaboração realizada pelo meio de desenhos 2D induz uma maior

dificuldade e consumo de tempo, ao contrário dos modelos 3D coordenados, onde o

controlo das alterações é mais facilmente gerido. Além de reduzir o tempo consumido e de

minorar os erros e omissões do projeto, é possível detetar uma maior quantidade de

problemas nas fases iniciais e, assim, encontrar, atempadamente, soluções adequadas.

Por conseguinte, o custo envolvido é reduzido e o valor aumentado, contribuindo assim

para a melhoria da qualidade geral do projeto;

Os modelos BIM 3D possibilitam facilmente a verificação dos objetivos do projeto

através de estimativas de custo mais precisas, desde as fases iniciais do projeto, uma vez

que permitem quantificar objetos, áreas, espaços, etc., e da verificação dos requisitos

qualitativos do projeto;

A tecnologia BIM permite estimar o custo da obra durante a fase do projeto, através

da extração de mapas de quantidades dos diversos objetos que compõem o modelo.

Assim, é possível, à medida que o projeto avança, obter estimativas precisas e

consistentes mantendo todos os intervenientes informados sobre as implicações do custo


20

envolvido. Por conseguinte, utilizando o modelo BIM, ao contrário do sistema baseado em

desenhos 2D, podem ser efetuadas melhores decisões na fase do projeto, em relação ao

custo associado;

A utilização da tecnologia BIM conduz a benefícios ao nível da eficiência energética

e da sustentabilidade. A realização de análises energéticas desde as fases iniciais do

projeto determina as necessidades energéticas permitindo assim decidir sobre as

alterações necessárias, melhorando, portanto, a eficiência energética e a qualidade da

construção.

3. Solução estrutural

21


Para a definição de uma solução estrutural, que sirva para comparar os modos de criar os

modelos de estruturas a analisar, é necessário proceder à criação do modelo de arquitetura através

de um software de base BIM. Neste capítulo é apresentada a solução de estruturas adotada,

nomeadamente os materiais e as ações consideradas, e o pré-dimensionamento efetuado. Estas

opções são consideradas nos processos de transposição descritos nos capítulos seguintes.

Considerou-se que a dimensão, ainda que reduzida, da edificação em causa era suficiente

para a concretização dos objetivos propostos. As conclusões a retirar de um projeto desta natureza,

relativamente à análise das vantagens e limitações da utilização do processo BIM, quando

comparado com o tradicional no projeto de estruturas, podem ser facilmente extrapoladas para

projetos de maior dimensão.

3.1. Modelo de arquitetura

Neste trabalho, foi selecionado, para exemplo de modelação, uma moradia de dois andares

localizada no norte de Portugal. A criação do modelo teve como base os desenhos de arquitetura

fornecidos, em formato papel, e que se apresentam, em parte, no Anexo A.

O modelo de arquitetura foi criado por recurso ao software de base BIM, o Revit 2013 [W7] da

Autodesk. Esta versão inclui além da componente de arquitetura, Revit Architecture, as

especialidades de estruturas, Revit Structure, também utilizado neste trabalho (capítulo 5), e de

serviços, Revit MEP, que permite a conceção, cálculo e análise de conflitos entre distintas disciplinas

como mecânica, eletricidade e hidráulica. Este produto, é um software que suporta adequadamente o

processo BIM, tendo atualmente uma grande aceitação na indústria AEC. É um produto que se

encontra em constante aperfeiçoamento acompanhando as exigência e evoluções da metodologia

BIM, nomeadamente, no que se refere à sua capacidade de interoperabilidade com outros produtos e

à sua capacidade de coordenação e armazenamento da informação de uma forma estruturada [19].

Como a empresa Autodesk disponibiliza versões educacionais dos seus produtos, optou-se por

recorrer a essa possibilidade na elaboração e análise dos diferentes modelos criados.

A interoperabilidade é uma das características do processo BIM que é analisada no presente

trabalho. Apesar de grandes progressos alcançados na investigação, ao longo dos últimos anos, no

sentido de obter uma interoperabilidade capaz e eficiente, detetaram-se algumas limitações durante a

prossecução do trabalho.

A criação do modelo geométrico 3D, por recurso à componente de arquitetura do Revit, foi

realizada de forma a obter um modelo bastante realista. O processo de modelação é baseado em

objetos paramétricos. Na modelação paramétrica cada elemento da construção é um objeto com

parâmetros e características bem definidos, o que requer o conhecimento prévio e a definição da


22

composição e propriedades dos elementos do objeto a inserir. Verifica-se uma significativa diferença

nos processos de modelação de base CAD e BIM. Enquanto no processo CAD uma parede arbitrária

é traçada através de duas linhas paralelas, no processo BIM a mesma é representada através do

objeto paramétrico Wall. Foi iniciada a modelação pela definição dos objetos com as características

apresentadas na documentação prática fornecida. Por exemplo, o objeto parede dupla exterior,

utilizado no modelo, é concretizado através de um conjunto de informações referentes às suas

dimensões, localização e às características das componentes que o constituem (material e espessura

de cada elemento). Portanto, previamente, foi necessário proceder à definição dos parâmetros dos

objetos utilizados na construção do modelo de arquitetura. A Figura 3.1 ilustra a geometria de uma

parede dupla exterior e seus parâmetros.

Figura 3.1 - Configuração dos parâmetros (Properties) no objeto parede dupla exterior.

A Figura 3.2 apresenta a correspondente configuração do parâmetro structure, ou seja, a

composição do tipo de parede dupla exterior considerada. No processo de modelação, esta etapa foi

simplificada, pois a informação fornecida carecia deste tipo de detalhe. De qualquer modo, esta

opção não prejudicou o objetivo do presente estudo, pois procurou-se criar um modelo de arquitetura

que servisse o propósito da modelação estrutural, não necessitando para tal de um excessivo detalhe

ao nível da sua composição.


23

Figura 3.2 - Configuração do parâmetro structure do objeto parede dupla exterior.

No processo de modelação geométrica, o Revit utiliza, na configuração dos objetos e

parâmetros empregues, o conceito template, que pode ser entendido como um formato de arquivo

com um tipo de informação de base. Ou seja, o Revit contém uma base de dados constituída por

tipos de elementos paramétricos, os quais são caracterizados de acordo com os requisitos do projeto

em cada caso. Cada elemento base a utilizar é invariavelmente personalizado e padronizado de

acordo com o utilizador [19] [W8]. Este processo apresenta grandes vantagens na forma como o

sistema está estruturado, pois uma vez criado e parametrizado um objeto, este é reutilizado nos

projetos seguintes com características semelhantes. No entanto, sempre que novos objetos são

utilizados, o software baseado na modelação paramétrica, requer a definição e configuração dos

parâmetros desses objetos. Este aspeto é indicado, por vezes, como limitativo à adoção do BIM, visto

ser necessário um significativo investimento em tempo na recolha de informação e sua formatação,

em fases inicias do projeto. Na modelação efetuada, foi igualmente necessário configurar muitos dos

parâmetros dos objetos contidos no template, do qual se partiu, e criar novos objetos de forma a obter

um modelo aproximado ao caso em estudo. Nesta fase foram efetuadas algumas simplificações,

relativamente à composição dos objetos, mas de forma a não afetar a viabilidade dos resultados do

modelo estrutural.

Com base nas considerações referidas, foi definido o modelo de arquitetura apresentado na

Figura 3.3. O modelo, sendo constituído por objetos paramétricos, permite a fácil obtenção das


24

plantas de cada piso e de cortes verticais. De forma a exemplificar a obtenção dos desenhos de

arquitetura do edifício são apresentados dois pormenores extraídos do modelo. Assim, a Figura 3.4

ilustra um pormenor do corte C1 do edifício e a Figura 3.5 um detalhe do desenho da planta do piso

1. No Anexo B são apresentados outros desenhos obtidos de igual modo e que completam a

informação do projeto arquitetónico.

Figura 3.3 - Modelo Revit de arquitetura do edifício.

Figura 3.4 - Pormenor do corte C1 do modelo Revit.


25

Figura 3.5 - Pormenor da planta do piso 1 do modelo Revit.

3.2. Modelo de estruturas

Como o objetivo do trabalho é, essencialmente, analisar as vantagens e os problemas

relacionados com a transposição da informação de modelos entre plataformas BIM, relativamente à

etapa de análise estrutural, admitiram-se algumas simplificações, nomeadamente, alguns cálculos e

verificações que normalmente são efetuados, mas que se admitem não ser relevantes para o

problema estudado. Assim, a solução estrutural e as opções consideradas são consistentes com um

cálculo estrutural suficientemente completo para a realização da comparação entre o modo tradicional

de efetuar a análise e o dimensionamento estrutural, sem uma transposição direta dos elementos

estruturais para o software de cálculo e, o modo de transposição apresentado por BIM, com uma

transposição mais eficaz desses elementos. O modelo simplificado é, ainda, suficiente para a

obtenção das conclusões ao nível das limitações e vantagens da aplicação do modelo BIM na fase de

projeto de estruturas.

Inicialmente é necessário estabelecer uma solução estrutural e definir os materiais e as ações

a aplicar. A estrutura admitida é constituída por uma laje fungiforme maciça, nos pisos 1 e 2, com

uma viga de contorno em todo o seu perímetro. Para a estrutura da cobertura inclinada foram

consideradas lajes assentes em vigas, enquanto para a laje do piso 0 (rés-do-chão) foi utilizado um

enrocamento geral não estrutural. Apesar de não ser muito usual (laje fungiforme) num projeto de


26

pequena dimensão (moradia familiar) optou-se por esta solução, por forma a contornar as

condicionantes arquitetónicas do edifício. Por outro lado, deste modo obtém-se uma maior variedade

de elementos estruturais enriquecendo, assim, a análise comparativa entre ambos os processos.

3.2.1. Materiais e ações

De acordo com os requisitos relativos à durabilidade e à resistência das estruturas de betão

armado enunciados no Eurocódigo 2 – Parte 1-1 (EC2) [20], selecionaram-se o betão C30/37 e o aço

A500NR, como materiais dos elementos estruturais do edifício. As principais características destes

materiais estão listadas na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 - Características do betão C30/37 e do aço A500NR.

Betão C30/37 Aço A500NR

pp (kN/m3) 25 fyk (MPa) 500

fck (MPa) 30 fyd (MPa) 435

fcd (MPa) 20 Es (GPa) 210

fctm (MPa) 2,9

Ecm (GPa) 33

As ações consideradas para o edifício foram os pesos específicos dos elementos, de acordo

com o Eurocódigo 1 – Parte 1-1 [21]. O peso das paredes interiores é considerado como uma carga

uniformemente distribuída sobre as lajes. Admitindo que o peso volúmico do betão C30/37 é de 25

kN/m3, como definido anteriormente, e que a espessura das lajes constituintes é de 17 e 15 cm, o

peso próprio destas é definido na Tabela 3.2.

Tabela 3.2 - Pesos próprios das lajes.

Laje Piso 1 Piso 2 Cobertura

Espessura (cm) 17 17 15

Peso Próprio (kN/m2) 4,3 4,3 3,8

No entanto, ambos os softwares de cálculo utilizados (SAP2000 e Robot) possuem a

capacidade de considerar os pesos próprios dos diversos elementos de betão armado que constituem

o edifício, em função da sua geometria. Assim, não foi necessário definir a carga permanente no

modelo estrutural. As restantes cargas permanentes (RCP), incluídas na Tabela 3.3, são cargas

uniformemente distribuídas exceto a carga referente à parede dupla de contorno, com uma espessura

de 30 cm, que é considerada linear. Esta carga é de 7,3 kN/m e é aplicada ao longo de todas as vigas

de contorno do piso 1.

Tabela 3.3 - Definição das restantes cargas permanentes (kN/m2).

RCP Piso 1 Piso 2 Cobertura

Revestimento teto (forro de madeira) 0,2 0,2 0

Revestimento pavimento (ladrilho cerâmico) 0,7 0,7 0

Cobertura (Telhas betão) 0 0 0,9

Paredes divisórias (15 cm) 1,8 0 0

Total 2,7 0,9 0,9


27

Ainda de acordo com o mesmo regulamento, as sobrecargas consideradas são apresentadas

na Tabela 3.4. Conforme preconizado na norma portuguesa: “Deve adotar-se uma carga

uniformemente distribuída idêntica à do pavimento adjacente, com um mínimo de 5,0 kN/m2 numa

faixa de 1 m de largura adjacente ao parapeito” [22] Para a determinação da sobrecarga provocada

pela neve seguiu-se o disposto no Eurocódigo 1 - Parte 1-3 [23] como se pode verificar na Tabela 3.5.

Tabela 3.4 - Sobrecargas presentes no modelo de cálculo.

Sobrecargas (kN/m2)

Pavimentos de edifícios residenciais (Categoria A) 2,0

Varandas 5,0

Coberturas não acessíveis (Categoria H) 0,4

Neve 0,5

Tabela 3.5 - Definição da sobrecarga neve.

Zona B

Cz 0,20

H (m) 680

sk (kN/m2) 0,57

Ce 1,0

Ct 1,0

μi 0,8

s (kN/m2) 0,5

Finalmente, com base nos seguintes coeficientes parciais de segurança incluídos na Tabela

3.6, formularam-se as combinações fundamental, rara e quase permanente de ações [24] indicadas

na Tabela 3.7.

Tabela 3.6 - Coeficientes parciais de segurança das combinações de ações.

Coeficientes parciais de segurança

γG 1,35

γQ 1,50

Ψ0 0,7

Ψ1 0,5

Ψ2 0,3

Tabela 3.7 - Combinações de ações (kN/m2).

Combinação Piso 1 Piso 2 Cobertura Varanda

Fundamental (Psd) 12,4 10,0 7,6 16,9

Rara (Praro) 8,3 6,6 5,2 10,4

Quase-permanente (Pcqp) 7,5 5,8 4,9 8,4


28

3.2.2. Pré-dimensionamento

O pré-dimensionamento da geometria dos elementos estruturais foi realizado com base nas

condicionantes arquitetónicas do edifício, tendo-se iniciado pelas lajes, seguindo-se as vigas, os

pilares e por último as fundações.

No pré-dimensionamento das lajes considerou-se que o estado limite de serviço (ELS) não

seria condicionante, uma vez que os vãos existentes são relativamente pequenos e a carga não era

elevada. Assim o pré-dimensionamento foi apenas efetuado com base no estado limite último (ELU)

de flexão. Assim, para uma situação condicionante dos momentos fletores positivos considerou-se um

vão, de aproximadamente 4,85 , entre os pilares P8 e P9 no piso 1. A localização dos pilares pode

ser consultada na Figura 3.6.

Figura 3.6 - Localização dos pilares no edifício.

A laje foi calculada adotando o modelo de cálculo de viga simplesmente apoiada com 1 m de

largura de influência. A carga aplicada, tendo em conta o determinada acima, é de , 1 = 1,35 × 4,3 + 2,7 + 1,5 × 2,0 = 12,4 kN/m2. Segundo a regulamentação, o momento fletor reduzido deve

respeitar a condição + 0,18 de forma a conter níveis de taxa de armadura aceitáveis [25].


29

Considerou-se, ainda, uma esbelteza limite /30 [26]. A Tabela 3.8 apresenta os valores que

conduziram a uma laje fungiforme de espessura igual a 17 cm.

Tabela 3.8 - Determinação do momento positivo.

Lmaior (m) 4,85

L/30 (cm) 16

Psd, Piso 1 (kN/m2) 12,4

m+sd (kN.m/m) 36,33

μ+ 0,093

hadotado (cm) 17

Em relação aos momentos negativos, foi considerado o modelo de viga contínua de três

tramos entre os pilares P6, P7, P8 e P9 (“viga” mais solicitada), tomando de forma simplificada mas

do lado da segurança para os tramos exteriores = 4,85 m [28]. Como metodologia de cálculo foi

considerado o método dos pórticos equivalentes com uma largura de influência = 4,95 m [25].

Assim, foi utilizada nos cálculos a espessura já determinada o que conduziu à mesma carga

uniformemente distribuída na largura de influência (Tabela 3.9).

Tabela 3.9 - Determinação no momento negativo total.

Lint (m) 2,70

Lext (m) 4,85

Linf (m) 4,95

Psd, Total (kN/m) 61,16

M-sd, Total (kN.m) 115,09

Com base no momento total e aplicando o método dos pórticos equivalentes, foram obtidos os

seguintes valores de momento fletor reduzido listados na Tabela 3.10.

Tabela 3.10 - Aplicação do método dos pórticos equivalentes.

Faixa Lfaixa (m) α M-sd (kN.m) m-

sd (kN.m/m) μ-

Central 2,475 0,75 86,31 34,87 0,089

Lateral 2,475 0,25 28,77 11,62 0,030

Como o limite que deve ser considerado para o memento fletor negativo é de − 0,30, é

possível verificar que a espessura 17 cm cumpre os requisitos do ELU de flexão [25].

De seguida, deve ser verificado se a espessura determinada para a laje é suficiente para

resistir ao ELU de punçoamento. Com base na área de influência ( ), lida diretamente no modelo

Revit, e na carga uniformemente distribuída no piso ( , 1), foi obtido o esforço transverso

atuante (� ) sobre os pilares. Foram testados os dois pilares mais solicitados (P8 e P12) pois apesar

do primeiro suportar um maior esforço o segundo possui um menor perímetro de controlo ( 1) e,

portanto, uma menor resistência ao punçoamento. Para a determinação do esforço transverso

resistente (� ) é necessário calcular o esforço de corte resistente ( ) [20] [27]:

= 0,035. 3/2. 1/2 � = . 1. (3.1)


30

onde,

= 1 + 2002,0 com em .

Com base nestas considerações, é possível verificar a resistência da laje ao punçoamento

sobre os pilares indicados, como se ilustra na Tabela 3.11. Como se pode comprovar, sobre ambos

os pilares, é observada a condição � � e, portanto, fica verificada a resistência ao ELU de

punçoamento. Apesar de se prever que os esforços relacionados com a laje do segundo piso sejam

menores, considerou-se uma mesma espessura de laje de forma a simplificar o modelo.

Tabela 3.11 - Verificação ao punçoamento nos pilares P8 e P12.

Pilar P8 P12

Psd, Piso 1 (kN/m2) 12,4 12,4

Ainf (m) 15,01 12,12

Vsd (kN) 185,45 149,74

d (m) 0,14 0,14

K 2 2

vmin (Mpa) 0,542 0,542

a (m) 0,3 0,3

u1 (m) 2,96 2,52

VRd (kN) 224,64 191,25

No pré-dimensionamento das vigas foi utilizado o modelo de cálculo, utilizado nas lajes, de

viga contínua de três tramos [28]. A viga V1, formada pelos pilares P5, P9, P13 e P17, pode ser

considerada a mais condicionante, pois apresenta uma maior vão. Novamente foi utilizada a

combinação fundamental (ELU) com as seguintes cargas: carga uniformemente distribuída aplicada

na laje baseada na largura de influência lida diretamente no modelo Revit; carga linear,

correspondente ao peso da parede dupla (30 cm); e carga linear relativa ao peso da própria viga. O

critério de dimensionamento considerado respeita o intervalo do momento fletor reduzido, de forma a

dotar a secção de um comportamento dúctil [29] [30]. Assim, as dimensões b e h selecionadas

(Tabela 3.12) permitem a verificação da segurança da viga, com um nível de armadura aceitável:

0,10 0,25

Tabela 3.12 - Pré-dimensionamento da viga V1.

b (m) 0,2

h (m) 0,4

Linf (m) 2,43

Psd, Total (kN/m) 42,6

Lint (m) 4,00

Lext (m) 5,40

Lint/Lext 0,74

M-sd (kN.m) 104,23

M+sd (kN.m) 107,95

μ- 0,190

μ+ 0,197


31

No pré-dimensionamento dos pilares adotou-se uma seção quadrada para todos os pilares. A

combinação fundamental considerada verifica a segurança ao ELU de esforço axial. Assim, foram

calculados dois pilares dos mais condicionantes: o pilar interior P8 e o pilar pertencente ao contorno

P9. Como o edifício não contém paredes resistentes, considerou-se que todos os pilares contribuem

para a resistência do edifício em relação à ação sísmica e, portanto, foi adotada a seguinte expressão

para o cálculo do esforço axial ( ) [26] [33]:

= × 0,60 × (3.2)

Adicionalmente, com esta metodologia, são obtidos pilares dúcteis, apresentando um bom

comportamento, face à flexão composta a que estarão sujeitos. Em relação ao pilar interior, foi

contabilizada apenas a carga distribuída ( ) relativa aos pisos 1, 2 e cobertura, pois não está sujeito

à solicitação de vigas ou paredes de contorno. Embora este pilar não se encontre muito solicitado em

termos de esforço axial, condicionalismos relacionados com a resistência ao punçoamento, referidos

no pré-dimensionamento da laje, sugerem que a dimensão do lado, da secção quadrada, do pilar não

seja inferior a 0,3 m (Tabela 3.13). Em relação ao pilar de contorno, pilar P9, considerou-se a carga

adicional relativa ao peso das vigas e paredes de contorno (pertencentes à sua área de influência),

como referido.

Tabela 3.13 - Pré-dimensionamento dos pilares P8 e P9.

Pilar P8 P9

a (m) 0,3 0,2

Ac (m2) 0,09 0,04

Ainf (m) 15,01 11,37

Psd, Piso 1 (kN/m2) 12,4 12,4

Psd, Piso 2 (kN/m2) 10,0 10,0

Psd, Cobertura (kN/m2) 6,9 6,9

Nsd, viga (kN) - 14,5

Nsd, parede (kN) - 62,1

Nsd, TOTAL (kN) 438,1 408,5

Nrd, TOTAL (kN) 1080 480

Como o pré-dimensionamento foi efetuado em relação aos pilares mais solicitados, aplicaram-

se as mesmas dimensões aos restantes pilares. Isto é, todos os pilares interiores admitem uma seção

de 0,3 X 0,3 m e, os pilares de contorno, uma seção de 0,2 X 0,2 m. Ao ser considerada no pré-

dimensionamento dos pilares, uma variedade reduzida de seções transversais, simplifica o modelo de

estruturas na fase de análise de esforços e facilita a sua execução em obra. Para o objetivo do

presente trabalho, este fato não é completamente indiferente no processo de transposição.

O tipo de fundação definida para o modelo é constituída por sapatas isoladas sob cada pilar.

O modelo de cálculo utilizado considera as sapatas rígidas, ou seja, é verificada a condição de área

mínima da sapata necessária para resistir ao esforço axial raro ( ), de forma a suportar uma

tensão não superior à máxima admissível pelo terreno de fundação (� ) [20] [31]. A verificação é

efetuada em relação às sapatas condicionantes, que são naturalmente, as que servem de base aos


32

pilares P8 e P9, sendo designadas por S8 e S9. As áreas de influência utilizadas no cálculo do

foram as consideradas no ponto anterior. A Tabela 3.14 apresenta os valores de pré-

dimensionamento referentes às sapatas S8 e S9. Na sapata S9 foi, ainda, necessário contabilizar as

contribuições dos pesos referentes às vigas e paredes presentes na sua área de influência. A altura

mínima passível de garantir a condição de rigidez da sapata e, assim, permitir uma distribuição

uniforme de tensões no solo, é obtida através da expressão [31]:

−4

(3.3)

onde,

representa a altura da sapata;

representa a dimensão da sapata na direção considerada ( na contrária);

representa a dimensão do pilar.

Tabela 3.14 - Pré-dimensionamento das sapatas S8 e S9.

Sapata S8 S9

Nraro, viga (kN) - 10,8

Nraro, parede (kN) - 34,0

Nraro, pilar (kN) 16,9 7,5

Nraro, sapata (kN) 22,5 22,5

Nraro (kN) 302,1 228,9

Nraro, TOTAL(kN) 341,5 303,7

σadm (kPa) 200 200

Áreamin (m2) 1,71 1,52

Hmin (m) 0,30 0,33

Hmáx (m) 0,6 0,65

H≥ m 0,30 0,33

Aadot (m) 1,50 1,50

Badot (m) 1,50 1,50

Hadot (m) 0,40 0,40

Áreaadot (m2) 2,25 2,25

As dimensões calculadas para o pré-dimensionamento das sapatas S8 e S9 foram aplicadas

às restantes com a exceção das sapatas que servem de base aos pilares P1, P4, P5, P14, P15, P16

e P17. Nestas sapatas adotou-se uma área de 1,0 X 1,0 m conservando-se, no entanto, a altura já

determinada. Como estas fundações abrangem áreas de influência menores e, por conseguinte, são

solicitadas por ações mais reduzidas, as suas dimensões podem ser admitidas menores.

4. Processo tradicional

33


O presente capítulo descreve o modo como, num gabinete de projeto, se procede à análise da

estrutura de um edifício, por recurso ao software de cálculo, SAP2000, tendo como base a informação

de arquitetura, apresentada através de plantas, cortes e alçados, desenhados em sistema gráfico tipo

AutoCAD.

O software de cálculo selecionado encontra-se bastante divulgado na indústria AEC e é

também utilizado na formação académica. Procurou-se adotar uma metodologia tradicional, sem

qualquer relação com o processo BIM, com o propósito de, posteriormente, se efetuar uma análise

comparativa e se poderem retirar as conclusões pertinentes que suportam a dissertação. Esta

metodologia tradicional não comporta qualquer forma de interoperabilidade (com o reconhecimento

de formatos) entre os softwares aplicados, ou seja, a transferência de informação é efetuada de uma

forma “manual”.

Neste processo excetuam-se algumas situações como, por exemplo, a exportação da

informação CAD para o SAP2000, que os projetos mais complexos requerem na reutilização da

arquitetura para a geração do sistema de grelha da estrutura e, ainda, a transferência de resultados

dos esforços do SAP2000, para o aplicativo MS Excel. No entanto, este tipo de interoperabilidade

pode considerar-se realizado a um nível bastante baixo quando comparado com a verificada na

metodologia BIM.

4.1. Modelação da estrutura no SAP2000

O cálculo estrutural através do software SAP2000 requer que o utilizador introduza os dados,

referentes à solução estrutural, de uma forma discretizada. O modo como este processo é efetuado,

nomeadamente, num gabinete de projeto de estruturas, é baseado na indicação da tipologia dos

diferentes elementos estruturais, reduzidos a linhas e superfícies, a par da indicação das suas

secções. Este tipo de geometria é introduzido no SAP2000 pelo projetista, de um modo praticamente

manual com base nos desenhos de arquitetura. Além dos elementos estruturais, os elementos não

estruturais (e. g. grid lines) também necessitam, em muitos casos, de ser introduzidos ou criados pelo

projetista. No SAP2000 é, então, definido um novo modelo do edifício, o modelo estrutural para

cálculo. Nesta fase do trabalho procedeu-se à criação do modelo SAP2000 tendo em consideração o

pré-dimensionamento determinado no capítulo anterior. Este processo, de criação do modelo

estrutural, comporta uma elevada componente manual no seu desenvolvimento, tornando-o moroso e

sujeito a um considerável número de erros e omissões.

Na análise do comportamento da estrutura, em relação ao ELU, é necessário ter em

consideração os elementos de betão armado em estado fendilhado. No entanto, o software SAP2000

não comporta a simulação desta situação e, como tal, é necessário proceder ao ajuste da rigidez, dos


34

elementos estruturais, de forma a simular esse estado. Segundo as indicações referidas no

Eurocódigo 8 – Parte 1 (EC8) [32], no ponto 4.3.1 (7), a perda de rigidez, devido à fendilhação, pode

ser simulada através da redução da rigidez em 50%. Note-se que esta redução foi efetuada, tanto em

relação à rigidez de flexão (momento de inércia) como à rigidez de corte (área de corte) e em ambas

as direções. Em relação à rigidez de torção, esta foi considerada igual a 10% da real, uma vez que

em estado fendilhado é praticamente nula. De realçar que estas reduções de rigidez foram efetuadas

apenas nos elementos barra, pois, perante a ação sísmica estes tendem a fendilhar, ao contrário das

lajes que apresentam uma elevada rigidez quando comparadas com estes elementos [33].

De acordo com o artigo 4.3.3.5.1 do EC8 [32] deve ser considerada a atuação em simultâneo

das duas componentes horizontais da ação sísmica. O valor máximo do efeito da ação sísmica pode

ser estimado através da raiz quadrada da soma dos quadrados, de ambas as componentes

horizontais. A ação sísmica, segundo o EC8, pode ser modelada através de duas componentes

ortogonais e independentes, definidas pelo mesmo espectro de resposta. A forma como as duas

componentes são combinadas, em ambas as direções, é apresentada segundo [33]:

" + " 0,30 (4.1)

0,30 " + " (4.2)

onde,

" + " significa “a combinar com”;

significa os efeitos da ação sísmica segundo o eixo da estrutura;

significa os efeitos da ação sísmica segundo o eixo ortogonal da estrutura.

A criação do modelo de estruturas no SAP2000 é iniciada com a definição da grelha de auxílio

(Grid System) à modelação, com base nas plantas e alçados, obtidos através do modelo Revit de

arquitetura criado. Normalmente, neste processo recorre-se aos desenhos de arquitetura fornecidos

ao projetista, em formato digital, realizados através de sistemas computacionais CAD, como por

exemplo, o AutoCAD. Neste caso apenas a geometria está a ser reutilizada a partir do modelo Revit,

não se efetuando uma transposição automática, à qual se fará referência nos capítulos 5 e 6.

Neste processo foram efetuadas algumas simplificações, nomeadamente, na localização dos

pilares, e, ainda, na definição dos materiais, considerando apenas o betão C30/37, uma vez que o

aço não é utilizado na modelação. Foram igualmente definidas as combinações de ações referidas,

ou seja, fundamental, sísmica e quase permanente, bem como os tipos de carga considerados, e

ainda o espectro de resposta da ação sísmica (item 4.2.). O resultado final do modelo, definido e

justificado nos itens seguintes, pode ser visualizado na Figura 4.1.


35

Figura 4.1 - Modelo SAP2000 da estrutura.

4.1.1. Pilares e vigas

No modelo de estruturas realizado no SAP2000, os pilares e vigas foram modelados como

elementos barra (frame element), os quais consistem em elementos finitos lineares, identificados

pelos nós extremos. Como determinado no pré-dimensionamento, todos os pilares são de secção

quadrada, sendo os interiores de 30 cm de lado e os exteriores de 20 cm.

A modelação das vigas foi considerada como vigas em “T” por se encontrarem fisicamente

embebidas na laje e portanto, apresentarem um comportamento idêntico. Este facto conduz a um

acréscimo da sua rigidez à flexão e, por conseguinte, esta não foi reduzida na modelação segundo o

eixo de maior inércia. Ainda de acordo com o pré-dimensionamento efetuado, todas as vigas do

contorno, relativas ao piso 1, foram modeladas com uma secção de altura igual a 40 cm e 20 cm de

largura. No entanto, no segundo piso, apesar de mantida a largura, foi reduzida a altura para 30 cm

devido à diminuição de esforços, que aí serão verificados. Para as vigas de apoio às lajes da

cobertura, foi igualmente adotada esta secção.

A Figura 4.2 apresenta a localização dos pilares em relação aos alinhamentos. Na figura é

possível observar que os pilares interiores P7, P8 e P11, devido à sua secção, foram submetidos a

uma translação, por razões estéticas, em relação à sua localização inicial, afastando-os dos

alinhamentos G e C, respetivamente. À semelhança destes, também os pilares P3 e P4 estão

desalinhados com o alinhamento 8. Uma vez que as diferenças detetadas são mínimas e de modo a

simplificar o modelo de estruturas, estes pilares foram considerados alinhados com os restantes.


36

Figura 4.2 - Localização dos pilares relativamente aos alinhamentos.

4.1.2. Lajes

As lajes foram modeladas e discretizadas como elementos do tipo casca, Shell-Thin, ou seja,

consideradas como lajes finas. Estes elementos possuem a particularidade de desprezar a

deformação por corte, suportando a formulação de Kirchhoff, o que no presente caso é aceitável visto

a relação vão/espessura ser muito superior a 10 [34] [35]. Em relação ao tipo de malha de elementos

finitos a utilizar existem várias formas de discretização, sendo algumas mais exatas, mas em

contrapartida, normalmente, mais pesadas em termos de trabalho computacional. Portanto, o

adequado é conseguir uma discretização que apresente resultados suficientemente coerentes e

realistas, mas que permita a fluidez necessária para se conseguir manipular convenientemente o

modelo [36] [38].

Assim optou-se por definir uma malha de elementos finitos retangulares, de lado não superior

a 0,8 m. Na proximidade dos pilares esta dimensão foi reduzida para metade, através de uma

transição por elementos triangulares, como se ilustra na Figura 4.3.


37

Figura 4.3 - Discretização da malha de elementos finitos da laje do piso 1.

Deste modo, foi considerada uma malha mais apertada junto aos pontos singulares, como

pilares e aberturas. Assim, com uma maior discretização, é possível obter um diagrama de esforços

mais realista. Nas lajes da cobertura foi seguido o mesmo princípio no processo de discretização,

obtendo uma malha mais uniforme uma vez que na cobertura não foram definidas aberturas ou

pontos singulares, como se pode ver na Figura 4.1

4.1.3. Fundações

Na modelação das sapatas foram considerados os elementos referidos no capítulo anterior.

No modelo, as fundações foram definidas como apoios encastrados, isto é, com os deslocamentos e

as rotações impedidas em todas as direções. Pelo facto de os momentos na base dos pilares

apresentarem valores reduzidos, em grande parte devido a uma ação sísmica moderada, as rotações

serão igualmente reduzidas. Assim, e apesar das rotações na base dos pilares não serem nulas na

realidade, constata-se que esta é uma aproximação aceitável [33]. A Figura 4.4 apresenta a

modelação efetuada nas fundações.


38

Figura 4.4 - Modelação dos apoios da estrutura através de encastramentos.

4.2. Ação sísmica

Em relação à ação sísmica, o ponto 3.2.1 do EC8 e o respetivo anexo nacional [33], indica

que a localização do edifício, zona norte de Portugal, se encontra numa zona de baixa sismicidade.

Como tal é referida a possibilidade de serem utilizados métodos de cálculo expeditos ou simplificados

na definição desta ação. No entanto, de forma a ilustrar com o presente trabalho, o modo de

considerar a ação sísmica, esta análise foi incluída no trabalho. Assim, é efetuada a análise sísmica

de acordo com o regulamento em vigor [32].

Foram admitidos os dois tipos de sismo possíveis, isto é, a ação sísmica tipo 1 (sismo

afastado – interplacas) e a ação sísmica tipo 2 (sismo próximo – intraplacas). Em função da

localização da construção, foram consideradas as zonas a que respeitam estas ações e definidos os

parâmetros que permitem calcular o seu efeito. Como é comum nos edifícios de habitação foi

atribuída a classe de importância do grau II, o que conduziu a um coeficiente de importância (γI) de

1,0, para ambos os tipos de sismo. Para o terreno de fundação foi considerado um terreno do tipo B.

Tendo em conta estas e outras considerações presentes no regulamento europeu, referido, foram

definidos os parâmetros listados na Tabela 4.1, para a quantificação da ação sísmica [32] [33]:

Tabela 4.1 - Parâmetros de base à definição dos espectros sísmicos.

Sismo Tipo 1 Tipo 2

Zona 1.6 2.5

agR (m/s2) 0,35 0,80

γI 1,00 1,00

ag (m/s2) 0,35 0,80

Terreno C

S 1,60 1,60

TB (s) 0,10 0,10

TC (s) 0,60 0,25

TD (s) 2,00 2,00


39

Além destes parâmetros importa ainda quantificar o coeficiente de comportamento da

estrutura de forma a determinar as acelerações sísmicas de dimensionamento, (m/s2). Assim, o

coeficiente de comportamento é dado pela seguinte expressão [32]:

= 0 × 1,5 (4.3)

Como o edifício é localizado numa zona de baixa intensidade sísmica considerou-se

suficiente dotar o mesmo de ductilidade média. Considerando que a estrutura atua como um pórtico,

uma vez que o edifício não contém qualquer elemento parede, tem-se:

= 1,0 (4.4)

0 = 3,0 � �1 (4.5)

= 3,0 × 1,2 × 1,0 = 3,6

Como o edifício em estudo apresenta uma regularidade em altura, não foi necessário efetuar

qualquer redução do valor básico do coeficiente de comportamento ( 0), como contempla o ponto

4.2.3.3 do EC8.

Com base nos parâmetros apresentados é possível definir os espectros de dimensionamento

de ambas as ações sísmicas, como ilustra o gráfico da Figura 4.5. As expressões que servem de

base à construção deste espectro podem ser encontradas na cláusula 3.2.2.5 do EC8.

Figura 4.5 - Espectros de dimensionamento referentes às ações horizontais relativas aos sismos 1 e 2.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

Sd

(m/s

2)

T (s)

Espectros de Dimensioamento

Sismo Tipo 1

Sismo Tipo 2


40

Uma vez que os primeiros modos de vibração possuem períodos ( ) superiores a 0,7 s, como

se pode constatar na Tabela 4.2, pode deduzir-se que o sismo do tipo 1 é condicionante. No entanto,

o gráfico revela que ambos os sismos possuem acelerações de dimensionamento muito próximas

para esses períodos e, por conseguinte, tanto um tipo de sismo como o outro, conduzirão

naturalmente a resultados semelhantes em termos de esforços na estrutura. Nesta tabela são

apresentados também as frequências e os fatores de participação de massa dos principais modos de

vibração da estrutura.

Tabela 4.2 - Fatores de participação de massa modais dos respetivos modos de vibração.

Modo T (s) f (Hz) Translação X Translação Y Rotação Z

% Σ% % Σ% % Σ%

1 1,239 0,807 0,2936 0,0622 0,0622 0,0622 0,0434 0,0434

2 1,163 0,860 0,1276 0,9172 0,8550 0,9172 0,5313 0,5747

3 1,119 0,894 0,5640 0,9847 0,0676 0,9847 0,4114 0,9861

4 0,289 3,460 0,0027 0,9854 0,0007 0,9854 0,0007 0,9868

5 0,265 3,780 0,0020 0,9986 0,0132 0,9986 0,0083 0,9951

6 0,257 3,893 0,0101 1,0000 0,0014 1,0000 0,0049 1,0000

De forma a combinar a ação sísmica, considerada como ação variável de base, com as

restantes ações presentes no edifício, foi efetuado o procedimento indicado no Eurocódigo 0 [24]. De

referir que esta combinação é realizada para cada tipo de sismo (1 e 2) e para cada direção ortogonal

(segundo os eixos xx e yy) [33].

= , ; ; ;Ψ2, , ( 1; 1) (4.6)

Das ações contidas nesta expressão apenas o pré-esforço não é considerado no presente

caso. O coeficiente de combinação Ψ2, toma o valor 0,3, definido na combinação quase permanente

(item 3.2).

4.3. Análise de esforços da estrutura

Na análise dos esforços aplicados na estrutura é necessário ter em conta alguns aspetos,

nomeadamente, em relação a questões de segurança e durabilidade da estrutura. Além destes,

importa referir também a metodologia de cálculo utilizada baseada no princípio Capacity Design. Este

princípio consiste num dimensionamento com o objetivo de aumentar a ductilidade da estrutura e,

assim, evitar roturas frágeis nos elementos de betão armado durante a solicitação do sísmica [32].

Assim, as zonas frágeis são dotadas da resistência adequada, isto é, um excesso de resistência, de

forma que a rotura ocorra sempre nas zonas dúcteis, onde o esforço atuante alcança o esforço

resistente, conduzindo a mecanismos de colapso não frágeis [33] 35].

Os efeitos de segunda ordem foram desprezados, na análise dos esforços, pelo facto do

edifício apresentar uma dimensão reduzida e, a ação sísmica ser consideravelmente moderada. Por


41

outro lado, esta simplificação não afetará aquilo que realmente se procura aferir nesta fase, isto é, as

limitações do processo tradicional em relação ao processo BIM.

O EC2 preconiza no ponto 4.4.1.2 as disposições relativas ao recobrimento mínimo ( ) a

utilizar nas estruturas de betão armado. Tendo em conta as dimensões dos varões a utilizar e, a

classe de exposição dos elementos constituintes da estrutura (XC4), decidiu-se adotar um

recobrimento de 3 cm ( = 2,5 cm). Esta condição, que se trata de uma simplificação conservativa,

é demostrada através da seguinte expressão presente no regulamento referido seguindo as

respetivas recomendações [20] [35]:

= , ; , ; 10 mm = 20; 25; 10 mm = 25 mm (4.7)

onde,

, representa o recobrimento mínimo para os requisitos de aderência;

, representa o recobrimento mínimo relativo às condições ambientais.

De forma a permitir condições de betonagem e compactação aceitáveis além de boas

condições de aderência são adotadas distâncias mínimas entre os varões a utilizar no

dimensionamento dos elementos de betão armado. Considerando a máxima dimensão do agregado

30 mm e os valores 1 = 1 e 2 = 5 mm tem-se [20]:

= 1 × ∅ ; 2 + ; 20 mm = 1 × 20 ; 5 + 30 ; 20 mm = 35 mm (4.8)

onde, ∅ representa o diâmetro do varão;

representa a dimensão máxima do agregado.

O comprimento de amarração dos varões tem por objetivo assegurar a transmissão de forças

do varão para o betão através das forças de aderência. Tal é determinado a partir das seguintes

expressões onde o diâmetro do varão considerado é o máximo utilizado, ou seja 20 mm [20] [27]:

, = ∅ 4 � = 20 4 435 4,5 = 483 mm (4.9)

onde,

, representa o comprimento de amarração de referência;

� = fyd = 435 MPa (valor conservativo) representa o valor de cálculo da tensão na secção do

varão a partir do qual é medido o comprimento de amarração;


42

representa valor de cálculo da tensão de rotura de aderência definido por:

= 2,25 1 2 = 2,25 × 1 × 1 × 2,0 = 4,5 MPa (4.10)

onde,

representa o valor de cálculo da resistência do betão à tração;

1 = 1,0 e 2 = 1,0 representam coeficientes relacionados com as condições de aderência,

posição e diâmetro do varão.

Posto isto é possível definir o comprimento de amarração de cálculo ( ):

= �1 �2 �3 �4 �5 , = 1 × 0,93 × 1 × 0,7 × 1 × 483 = 314 mm (4.11)

, = 0,6 , = 0,6 × 483 = 290 mm (4.12)

onde,

�1 ,�2 ,�3 ,�4 e �5 representam coeficientes definidos no EC2 em 8.4.4 (1).

, representa o comprimento de amarração mínimo.

Na definição do comprimento de amarração de cálculo foi tida em conta a situação mais

penalizadora de modo a simplificar os cálculos.

4.3.1. Vigas

No presente ponto procede-se ao dimensionamento da viga V1, já referida no capítulo do pré-

dimensionamento, cujas dimensões da secção são = 0,4 m e = 0,2 m. A altura útil da viga ( ) é

definida tendo em conta o recobrimento utilizado bem como os varões da armadura considerados

[33]:

= − 0,045 (4.13)

Relativamente à armadura longitudinal, em primeiro lugar determinou-se a envolvente dos

esforços mais desfavoráveis, neste caso contemplando a combinação fundamental e a combinação

sísmica. Na Figura 4.6 é apresentada essa envolvente em relação ao momento fletor de cálculo.

Assim, com base no diagrama de momentos fletores atuantes apresentado, determina-se a

armadura longitudinal necessária. Para isso, é determinando o momento fletor reduzido ( ) nas

secções condicionantes e, com base neste a percentagem mecânica de armadura ( ) através das

seguintes expressões onde já se conhece o significado das grandezas [30] [33]:


43

= 2

(4.14)

=1 − 1 − 2,42

1,21 (4.15)

Partindo da percentagem mecânica de armadura determina-se a área de armadura

longitudinal de resistência à flexão através da expressão:

= (4.16)

Figura 4.6 - Diagrama envolvente do momento fletor de cálculo na viga V1.

São recomendados ainda limites no que respeita à armadura longitudinal de flexão. O limite

inferior corresponde à quantidade mínima de armadura ( , ) enquanto o superior corresponde à

quantidade máxima de armadura ( , ) a adotar na pormenorização da viga [20] [32]:

, = max 0,26 ; 0,0013 ; 0,5 = 2,32 cm2 (4.17)

, = 0,04 = 32 cm2 (4.18)

onde,

representa o valor médio da tensão de rotura do betão à tração simples;

representa a largura média da zona tracionada;

representa a área da secção transversal de betão.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0,00 5,00 10,00

MEd (kN.m)

Xviga (m)

Envolvente de MEd na viga V1


44

Em relação à quantidade de armadura mínima convém referir que as 2 primeiras condições

dizem respeito ao EC2 enquanto a terceira é referida no EC8.

Na definição das zonas críticas, visto se estar na presença de uma estrutura de classe de

ductilidade média (DCM), foi considerada uma distância igual à altura da viga ( = = 0,40 m) a

contar do nó pilar-viga [32]. Com base na informação descrita anteriormente é construída a Tabela

4.3 onde, além da área de armadura longitudinal adotada ( , ), é possível observar também o

número e diâmetro dos varões correspondentes:

Tabela 4.3 - Cálculo da armadura longitudinal e respetivos varões adotados.

Secção xviga (m) Posição MEd (kN.m) μ ω As,calc (cm2) As,adot (cm2) Øadot

Apoio P5 0,00 Sup. 12,0 0,024 0,024 0,79 2,36 3Ø10

Vão P5-P9 2,28 Inf. 58,98 0,117 0,127 4,14 6,03 3Ø16

Apoio P9 5,40 Sup. 73,85 0,147 0,162 5,31 6,03 3Ø16

Vão P9-P13 7,77 Inf. 10,82 0,021 0,022 0,71 2,36 3Ø10

Apoio P13 9,35 Sup. 39,41 0,078 0,082 2,69 3,39 3Ø12

Vão P13-P17 11,66 Inf. 33,98 0,067 0,070 2,30 2,36 3Ø10

Apoio P17 13,20 Sup. 8,47 0,017 0,017 0,55 2,36 3Ø10

Para as posições não mencionadas no quadro anterior foi adotada a armadura mínima

(3Ø10). De seguida determinou-se os valores de cálculo do momento resistente para todas as

secções e posições. Realizou-se um processo inverso aquele que foi utilizado para calcular os

momentos atuantes na viga começando por determinar através de , pela expressão (4.16)

e, posteriormente calculou-se através da seguinte expressão:

= 1 − 0,605 (4.19)

Por ultimo determinou-se o momento resistente a partir de , apresentado na Tabela 4.4.

Tabela 4.4 - Momento resistente de cálculo na viga V1.

Secção xviga (m) Posição As,adot (cm2) ω μ MRd (kN.m)

Apoio P5 0,00 Sup. 2,36 0,072 0,069 34,8

Inf. 2,36 0,072 0,069 34,8

Vão P5-P9 2,28 Sup. 2,36 0,072 0,069 34,8

Inf. 6,03 0,185 0,164 82,7

Apoio P9 5,40 Sup. 6,03 0,185 0,164 82,7

Inf. 2,36 0,072 0,069 34,8

Vão P9-P13 7,77 Sup. 2,36 0,072 0,069 34,8

Inf. 2,36 0,072 0,069 34,8

Apoio P13 9,35 Sup. 3,39 0,104 0,097 49,0

Inf. 2,36 0,072 0,069 34,8

Vão P13-P17 11,66 Sup. 2,36 0,072 0,069 34,8

Inf. 3,39 0,104 0,097 49,0

Apoio P17 13,20 Sup. 2,36 0,072 0,069 34,8

Inf. 2,36 0,072 0,069 34,8


45

A comparação entre o momento resistente e o atuante pode ser visualizada no gráfico

apresentado na Figura 4.7.

Figura 4.7 - Verificação da quantidade armadura longitudinal face ao momento fletor de cálculo na viga V1.

Relativamente à armadura transversal, o EC2 preconiza através da expressão (4.21) a

armadura mínima de esforço transverso. Pra isso começa-se por determinar a taxa mínima de

armadura de esforço transverso (� , ) [20] [27]:

� , = (0,08 ) = 0,00088 (4.20)

Partindo deste valor calcula-se a armadura mínima de esforço transverso ( )

considerando a definição de taxa de armadura de esforço transverso (� ):

� = ∙ ∙ � ⇔ = � , ∙ ∙ � = 1,75 cm2 m (4.21)

onde,

representa a largura da alma (no caso em estudo a largura da secção).

O espaçamento longitudinal máximo ( , ) entre a armadura transversal deve respeitar a

seguinte condição onde � significa a inclinação dos varões transversais em relação ao eixo

longitudinal da viga (90º no presente caso) [20] [33]:

, = 0,75 1 + � = 266 mm (4.22)

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

M (kN.m)

Xviga (m)

Comparação de MRd com MEd na viga V1

MEd

MRd-

MRd+


46

Nas zonas críticas, de forma a possibilitar um confinamento adequado, , além de

verificar o limite anterior, deve também cumprir o prescrito na expressão (4.23), presente no EC8.

Deve utilizar-se ainda, para a armadura transversal, diâmetros não inferiores a 6 mm e, colocar o

primeiro estribo a uma distância inferior a 50 mm da extremidade da viga [32].

, = 4 ; 24 ; 225; 8 = 80 mm (4.23)

onde,

representa o diâmetro mínimo dos varões longitudinais;

representa o diâmetro mínimo dos varões transversais;

representa a altura da viga.

Relativamente à armadura de esforço transverso da viga, esta é determinada seguindo o

recomendado no EC8, artigo 5.4.2.2, isto é, adotando a filosofia do Capacity Design. No equilíbrio da

viga é considerado o esforço transverso que advém do somatório da carga transversal aplicada para

a combinação sísmica (� ,( + 2) e dos momentos resistentes de extremidade ( , ), que são

determinados da seguinte forma [33]:

, = � , 1, (4.24)

onde: γRd representa o fator que contabiliza a possível sobreresistência devido ao endurecimento do

aço. Para estruturas de DCM adquire o valor 1,0;

, representa o valor de cálculo do momento resistente da extremidade da viga;

e representam respetivamente o somatório dos valores dos momentos

resistentes de cálculo dos pilares e vigas no nó viga-pilar em consideração.

A expressão anterior pode ser simplificada na presença de estruturas de DCM pois queremos

que a rótula plástica se forme na viga, adotando a filosofia de viga fraca/pilar forte, isto é, >

:

, = , (4.25)

Tendo em conta esta simplificação e a figura 5.1 do EC8, é realizado o equilíbrio, na viga, dos

esforços de corte presentes e, chega-se à seguinte expressão para a determinação do esforço

transverso máximo atuante (� , ) no comprimento livre da viga ( ) [37]:


47

� , =,1

− + ,2+

+ � ,( + 2 ) (4.26)

onde;

� ,( + 2 ) representa o esforço transverso determinado pela combinação quase-permanente.

Este cálculo é resumido na Tabela 4.5.

Tabela 4.5 - Cálculo da armadura transversal e do respetivo esforço transverso resistente de cálculo na viga V1.

Vão xcl (m) VEd,(G+φ2Q) (kN)

M-Rb,1

(kN.m) M+

Rb,2 (kN.m)

VEd,max (kN)

(Asw)/s,calc (cm2)

(Asw)/s,adot

(cm2) Øadot (2 ramos)

VRd,s (kN)

P5-P9 5,40 52,6 34,8 34,8 65,5 4,72 5,74 Ø8//0,175 79,7

P9-P13 3,95 41,7 82,7 34,8 71,4 5,14 5,74 Ø8//0,175 79,7

P13-P17 3,85 38,2 49,0 34,8 60,0 4,32 5,02 Ø8//0,20 69,7

Nas zonas críticas é adotado o espaçamento de 80 mm determinado anteriormente em (4.23).

A armadura transversal de resistência ao esfoço transverso é determinada, tendo em conta que

estamos perante estribos verticais, através da seguinte expressão presente no EC2, ponto 6.2.3 (3),

que define o valor de cálculo do esforço transverso resistente (� , ) [20] [39]:

� , = ⇔ �

(4.27)

onde;

� representa o esforço transverso atuante;

representa o braço do binário entre as forças interiores de compressão e tração e é

considerado igual a 0,9 .

representa o valor de cálculo da tensão de cedência das armaduras de esforço

transverso;

representa o ângulo formado entre a escora comprimida e o eixo da viga e é considerado

igual a 45º.

Determinada a armadura de esforço transverso importa agora avaliar se o momento resistente

daí resultante provoca ou não o esmagamento nas bielas comprimidas da viga. Tal é aferido através

do cálculo do esforço transverso resistente máximo (� , ), de acordo com o ponto 6.2.3 (3) do

EC2, dado pela seguinte expressão:

� , = � 1 + = 337,4 kN (4.28)


48

1 = 0,6 1 −250

(4.29)

onde, � representa o coeficiente que tem em conta o estado de tensão no banzo comprimido (1,0

presente caso);

1 representa o coeficiente de redução da resistência do betão fendilhado por esforço

transverso;

Portanto, é necessário assegurar que o esforço transverso resistente, determinado através

das secções adotadas, não exceda este valor máximo (� , ), de forma a evitar o esmagamento do

betão nas bielas. Comparando este valor (4.28) com os valores de cálculo do esforço transverso

resistente na viga determinados anteriormente na Tabela 4.5 podemos concluir que a segurança é

verificada. Na Figura 4.8 é possível observar a comparação entre esforço transverso de cálculo e

atuante.

Figura 4.8 – Verificação da quantidade de armadura de esforço transverso face ao esforço transverso de cálculo.

4.3.2. Pilares

Procede-se agora à análise dos esforços e respetivo dimensionamento do pilar P9, pré-

dimensionado no capítulo 3 com uma secção quadrada de lado = 20 cm. No entanto, foi necessário

aumentar a altura útil na direção Y devido à aplicação do conceito pilar forte/viga fraca, que

prossupõe um momento resistente mais elevado no pilar. Por conseguinte, adotou-se uma secção

retangular com largura = 20 cm e = 30 cm. Este elemento foi escolhido nesta categoria por ser

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 5 10

VEd (kN)

Xviga (m)

Comparação de VEd com VRd na viga V1

VEd

VRd-

VRd+


49

aquele que apresentava os maiores esforços no contorno e assim considerado condicionante. Por

outro lado, faz sentido dimensionar um pilar que cruze a viga V1, anteriormente dimensionada.

Utilizou-se a expressão, já empregue no dimensionamento das vigas, para determinar a altura

útil da secção do pilar:

= − 0,045 (4.30)

No que respeita à armadura longitudinal, o artigo 9.5.2 do EC2 refere algumas

condicionantes em relação aos varões e quantidades de armadura a utilizar no dimensionamento

longitudinal dos pilares. Em primeiro lugar, os varões utilizados devem ter um diâmetro igual ou

superior ao diâmetro mínimo (∅ = 8 mm). Por sua vez, a área total de armadura longitudinal não

deverá ser inferior ao mínimo ( , ) calculado pela seguinte expressão [27]:

, = 0,1 ; 0,002 = 1,25 cm2 (4.31)

onde

representa o valor de cálculo do esforço normal de compressão;

representa o valor de cálculo da tensão de cedência das armaduras.

Por outro lado, a área de armadura longitudinal não poderá exceder o máximo ( , ) dado

por 0,04 = 24 cm2. Nas zonas de emendas por sobreposição este valor deve ser tomado como o

dobro, ou seja, 0,08 [20].

O EC8 considera a necessidade de tornar o comportamento dos pilares dúctil, à semelhança

do disposto para as vigas, através da aplicação do princípio de viga fraca/pilar forte referido no artigo

4.4.2.3. Isto é, aplicando a filosofia do Capacity Design, já descrita anteriormente [32]. De referir que

este apenas foi aplicado na direção xx pois na direção ortogonal (yy), o pilar não possui qualquer

alinhamento de viga. Neste caso, determinou-se o momento atuante com base nos diagramas de

momento fletor dados pela combinação sísmica. Visto ser necessário o valor dos momentos

resistentes da viga que cruza o nó em que se aplica o Capacity Design, este foi aplicado apenas no

nó pertencente à laje do piso 1. Posteriormente a armadura longitudinal de cálculo foi prolongada até

ao nó do piso 2 considerando assim uma análise conservativa para este efeito [33].

Assim, é utilizada a expressão presente no artigo 5.4.2.3 do EC8, semelhante à utilizada

anteriormente para as vigas, para a determinação dos momentos nas extremidades do pilar ( , ):

, = � , 1, (4.32)


50

onde: � representa o coeficiente que tem em conta a sobre resistência por endurecimento do aço

e o confinamento do betão na zona de compressão da secção, considerado igual a 1,1;

, representa o valor de cálculo do momento resistente na extremidade do pilar;

e representam respetivamente o somatório dos valores dos momentos

resistentes de cálculo dos pilares e vigas no nó viga-pilar em consideração.

O artigo 4.4.2.3 do EC8 especifica, em edifícios de dois ou mais pisos de estrutura em pórtico,

a utilização da seguinte expressão garantindo a formação de rótulas plásticas em primeiro lugar nas

vigas e, assim possibilitar a utilização da filosofia já descrita [32]:

1,3 (4.33)

onde: e representam respetivamente o somatório dos momentos resistentes de cálculo

nos pilares e vigas que confluem no nó em questão.

No presento caso adotou-se de forma conservativa = 1,3 e para o momento

resistente de cálculo na extremidade dos pilares , = 0,6 (dois pilares). Tendo em conta

estas considerações e, que = 2 × 82,7 kN. m (Tabela 4.4) substituindo em (4.32) vem:

, = 1,1

1,3× 0,6 × 1,3 × 2 × 82,7 = 109,1 kN. m

Com base neste momento fletor é determinada a armadura longitudinal, necessária para a

verificação de segurança, apresentada na Tabela 4.6, onde o momento , é retirado do modelo de

cálculo SAP2000 [40].

Tabela 4.6 - Cálculo da armadura longitudinal no pilar P9 segundo a filosofia Capacity Design.

Direção MEd,i (kN.m) μi ωi As,calc

(cm2) As,adot

(cm2) Øadot ωRd,i μRd,i MRd,i

(kN.m)

X 109,1 0,303 0,400 11,04 16,59 4Ø20+2Ø16 0,601 0,382 137,7

Y 10,2 0,043 0,044 1,20 4,02 2Ø16 0,146 0,133 31,9

Como se pode verificar, a quantidade de armadura longitudinal e os diâmetros utilizados

cumprem os limites impostos, anteriormente, pelos regulamentos. Visto o edifício ter apenas 2 pisos

não se efetuou qualquer dispensa de armadura. Por outro lado, assim o pilar será, em todos os nós,

mais resistente que as vigas que o cruzam, indo de encontro aquilo que é aconselhado pelo

regulamento de dimensionamento antissísmico, isto é, o EC8.


51

Na verificação de segurança da secção à flexão desviada, e na ausência de um cálculo mais

rigoroso, foi utilizado o método aconselhado no artigo 5.8.9 do EC2. Introduzindo os valores já

conhecidos na expressão seguinte, chegamos à conclusão de que é verificada a segurança da

secção à flexão desviada [20]:

+ 1,0 (4.34)

0,939 1,0

onde,

/ representa o momento de cálculo em relação ao eixo considerado;

/ representa o momento resistente em relação ao eixo considerado.

exponente que depende da relação e adquire o valor 1,237 no presente problema.

Como se pode ver, o pilar dimensionado seguindo a filosofia do Capacity Design está

dimensionado em excesso tendo em conta os esforços aplicados. Portanto, este foi novamente

dimensionado, mas tendo em conta apenas aos esforços atuantes de cálculo para a envolvente da

combinação fundamental e sísmica, ou seja, fazendo , corresponder ao valor apresentado pelo

modelo SAP2000. Estes resultados conduziram à armadura apresentada na Tabela 4.7, que como se

pode observar é significativamente inferior à determinada anteriormente (Tabela 4.6). Foi igualmente

conferida a condição (4.34) de forma a verificar a segurança da secção à flexão desviada (0,946

1,0).

Tabela 4.7 - Cálculo da armadura longitudinal no pilar P9 segundo os esforços atuantes.

Direção MEd,i

(kN.m) μi ωi As,calc (cm2)

As,adot

(cm2) Øadot ωRd,i μRd,i MRd,i

(kN.m)

X 13,4 0,037 0,039 2,15 4,02 2Ø16 0,073 0,07 25,2

Y 10,2 0,043 0,045 2,48 4,02 2Ø16 0,073 0,07 16,8

Relativamente à armadura transversal, nas disposições do artigo 9.5.3 do EC2, é referido o

diâmetro mínimo a adotar nas armaduras transversais (cintas). Esse diâmetro não deverá ser inferior

a 6 mm ou a um quarto do diâmetro máximo dos varões longitudinais [20].

O espaçamento máximo das cintas , , deve respeitar a seguinte condição [a20]:

, = min 20∅ , ; ; 400mm = 0,20 m (4.35)

onde, ∅ , diâmetro mínimo dos varões longitudinais;


52

menor dimensão do pilar.

O espaçamento máximo deve ser reduzido por um fator 0,6 em secções localizadas numa

distância não superior à maior dimensão do pilar (0,3 m), em relação às vigas ou lajes (0,6 × , )

[33]. O artigo 5.4.3.2.2 (4) do EC8 contempla as condicionantes ao nível da ductilidade local nos

pilares, referindo que, na ausência de informação mais precisa, o comprimento da região critica ( )

pode ser determinado por:

= max ; 6 ; 0,45 = 0,45 m (4.36)

onde,

representa a maior dimensão da secção do pilar;

representa o comprimento livre do pilar.

Dentro desta região crítica o diâmetro mínimo do varão transversal (cintas) é 6 mm e o

espaçamento máximo adquire outro limite dado pela seguinte expressão:

= min 0 2 ; 175; 8 = 0,07 m (4.37)

onde,

0 representa a largura mínima do núcleo de betão medido entre os eixos das cintas;

tem o significado de ∅ , , ou seja, diâmetro mínimo dos varões longitudinais.

Fazendo o equilíbrio no pilar através dos momentos de extremidade determinados ( , ),

tendo em conta o princípio Capacity Design, obtém-se o esforço transverso de cálculo segundo Y

(� , ). Esta é a direção condicionante e, o momento é considerado, conservativamente e

simplificativamente, constante de valor igual a , [32] [33]:

� , =1, + 2,

=2 × 109,1

2,8= 78,0 kN (4.38)

Com base neste valor de esforço transverso é determinada a armadura transversal

necessária à verificação de segurança na Tabela 4.8.

Tabela 4.8 - Cálculo da armadura transversal do pilar P9 segundo a filosofia Capacity Design.

VEd,Y (kN) (Asw)/s,calc (cm2) (Asw)/s,adot (cm2) Øadot (2 ramos) VRd,s (kN)

78,0 7,81 8,04 Ø8//0,125 80,2

Dentro da largura crítica, que foi tomada igual a 50 cm, será necessário utilizar um

espaçamento de 7 cm de forma a cumprir o disposto anteriormente em relação ao espaçamento


53

máximo nestas zonas. Refira-se que a adoção deste espaçamento conduziu a um esforço transverso

resistente na ordem dos 154,3 kN.

O artigo 5.4.3.2.2 (8) do EC8 preconiza ainda a verificação, dentro das zonas críticas, da

armadura de confinamento. Isto é, para que estas secções tenham capacidade de rotação suficiente

para formação de rótulas plásticas, é necessário cumprir a seguinte condição [33] [26]:

� 30 � � , 0

− 0,035 (4.39)

0,159 0,144

com:

� = 2 0 − 1 = 6,2 ( 1 ) (4.40)

=

ã = 0,400 (4.41)

onde,

representa a percentagem mecânico-volumétrica das cintas de confinamento nas zonas

críticas;

� representa o valor requerido para o fator de ductilidade em curvatura;

representa o valor do esforço normal reduzido ( = ); � , representa o valor de cálculo da extensão de cedência do aço (� , = 2,175 × 10−3);

representa o comprimento da secção do pilar;

representa a largura da secção do pilar;

0 representa o comprimento do núcleo de betão confinado;

representa a largura do núcleo de betão confinado; � representa o coeficiente de eficiência do confinamento (� = � � ) com:

� = 1 − 2 6 0 0 = 0,612 (4.42)

� = 1 − 2 0 1 − 2 0 = 0,648 (4.43)

representa o número total de varões longitudinais lateralmente travados pelas cintas;


54

representa a distância entre varões longitudinais consecutivos.

Como se pode verificar, é verificada a armadura de confinamento nas zonas críticas do pilar.

Refira-se também que o limite 0,65 é cumprido, condição para que, segundo o artigo 5.4.3.2.1

do EC8, os pilares apresentem a ductilidade necessária. É apresentado um resumo da verificação da

segurança ao esforço transverso na Figura 4.9.

Figura 4.9 -Verificação da quantidade de armadura transversal face ao esforço transverso atuante.

A partir do gráfico anterior é possível constatar que, apesar do pilar em questão verificar a

segurança ao esforço transverso, ele está sobredimensionado em termos de esforços atuantes. Tal

deve-se em particular à metodologia de cálculo utilizada, isto é, Capacity Design já referida e contida

no EC8. Este resultado já era de esperar uma vez que o edifício em causa se encontra localizado no

norte do país e, portanto, sujeito a uma ação sísmica de reduzida intensidade. Esta revela-se portanto

uma solução pouco económica ainda que se certifique o princípio da viga fraca/pilar forte. Por

conseguinte, foi efetuado um dimensionamento como o realizado para a armadura longitudinal, isto é,

não seguindo esta filosofia, para procurar tirar as mesmas conclusões. Assim, na Tabela 4.9 é

apresentado o cálculo da armadura transversal determinada a partir esforço transverso de cálculo

para a envolvente da combinação fundamental e sísmica. Mais uma vez verifica-se uma grande

redução da quantidade de armadura. De ter em conta que o espaçamento na região crítica foi

mantido o que neste caso denotou um esforço transverso resistente de 80,4 kN:

Tabela 4.9 - Cálculo da armadura transversal do pilar P9 segundo os esforços atuantes.

VEd,Y (kN) (Asw)/s,calc (cm2) (Asw)/s,adot (cm2) Øadot (2 ramos) VRd,s (kN)

8,7 0,87 2,82 Ø6//0,20 28,1

Comparando estes resultados com os apresentados pelo gráfico da Figura 4.9 constata-se

facilmente o que foi dito no parágrafo anterior. Verifica-se um aumento considerável na armadura

utilizada segundo as diretrizes do EC8 na ordem de 3 vezes aquela determinada através dos esforços

do SAP2000.

0

1

2

3

4

5

6

7

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 V(kN)

zpilar (m)

Comparação de VEd ,Y com VRd ,Y no pilar P9

VEd,Y,min

VEd,Y,máx

VRd,Y-

VRd,Y+


55

4.3.3. Fundações

Como referido no capítulo dedicado ao pré-dimensionamento, utilizou-se o modelo de sapata

rígida. Este modelo é aceitável uma vez que estamos na presença de um edifício de pequeno porte

onde os esforços nas fundações são moderados. Esta conclusão é reforçada pela zona sísmica em

que se insere a construção. A sapata analisada (S9) serve de base ao pilar P9 analisado no item

anterior. Visto as tensões no solo se apresentarem em mais de metade da sapata é utilizado o

seguinte esquema [31]:

Figura 4.10 - Esquema de cálculo utilizado para o dimensionamento da sapata S9.

Em primeiro lugar é determinada a força de reação ( 1) através da seguinte expressão:

1 =2

× − 2 (4.44)

Com este resultado é possível calcular a força de tração na sapata ( ):

=1 4 − 0,35

2 (4.45)

onde,

dimensão da sapata na direção considerada;

dimensão do pilar na direção considerada;

= excentricidade da carga na direção considerada.


56

Com base na força de tração é determinada a quantidade de armadura necessária:

= ∙ 1 (4.46)

onde,

dimensão da sapata na direção ortogonal.

Os resultados do cálculo da armadura da sapata são apresentados na Tabela 4.10. Nele pode

ser observado o cumprimento do limite mínimo de 8 para o diâmetro dos varões a utilizar

segundo o artigo 9.8.2.1 do EC2:

Tabela 4.10 - Cálculo da armadura de resistência à força de tração na sapata S9.

Direção X Y

a (m) 0,3 0,2

A (m) 1,5 1,5

H (m) 0,4 0,4

A/4 (m) 0,375 0,375

MEd (kN.m) 14,6 8,3

NEd, max (kN) 544,7 544,7

e (m) 0,027 0,015

R1 (kN) 282,4 278,0

Ft (kN) 211,8 235,5

As/s (cm2) 3,25 3,61

Øadot Ø10//0,20 Ø10//0,20

5. Fluxo de informação entre Revit e SAP2000

57


Este capítulo aborda a capacidade de interoperabilidade entre as plataformas Revit e

SAP2000, sendo discutido, essencialmente, o modo de transposição do modelo Revit de estruturas

para o SAP2000. Neste processo é analisado o tipo de informação que é mantida ou alterada, e quais

as adaptações que são necessárias efetuar na obtenção do modelo de estruturas. Num momento em

que as empresas de software procuram desenvolver e otimizar a capacidade de interoperabilidade

entre os diferentes produtos, a discussão aqui apresentada, no sentido da resolução da transposição

eficiente entre softwares, bastante recorrente na indústria AEC, pretende contribuir para o

esclarecimento de alguns aspetos no âmbito BIM.

Procedeu-se à criação do modelo estrutural do edifício, por recurso ao Revit e à sua

capacidade de transposição para o SAP2000. Como no capítulo anterior, o modelo de estruturas foi

definido diretamente no SAP2000, podem confrontar-se os dois processos. A transposição de dados,

entre o modelo geométrico Revit e o modelo SAP2000, apenas é conduzido num sentido, não

permitindo posteriores atualizações.

5.1. Criação do modelo Revit estrutural

O modelo de estruturas é definido por recurso à componente Revit Structure. Na sua definição

é considerado o pré-dimensionamento (descrito no cap. 3), onde foram estabelecidas as dimensões

dos elementos estruturais do edifício. Assim, a solução estrutural e as dimensões adotadas no

modelo são idênticas às utilizadas na conceção do modelo SAP2000.

Como metodologia do processo de criação do modelo de estruturas Revit, utilizaram-se as

componentes arquitetónicos do edifício, como base à definição da localização dos elementos

estruturais. Como os elementos estruturais disponibilizados pelo Revit Structure são igualmente

objetos paramétricos, foi necessário caracterizá-los definindo os seus parâmetros, antes da sua

localização no modelo. Nesta etapa, foram atribuídos valores aos parâmetros geométricos (seção,

espessura, etc.) e propriedades dos materiais (betão C30/37). Ao contrário dos pilares, vigas e

fundações, as lajes do edifício foram definidas previamente no item 3.1, assim como os respetivos

revestimentos. No presente trabalho, as lajes são, assim, consideradas simultaneamente elementos

estruturais e arquitetónicos do edifício. No entanto, quando o modelo estrutural é exportado para o

SAP2000, os constituintes da laje sem função estrutural (revestimento) não são transferidas, isto é,

apenas é exportado o seu constituinte estrutural. De qualquer forma os componentes não estruturais

não são necessários para o cálculo e dimensionamento da estrutura, a efetuar no SAP2000.

Após a definição, através de objetos paramétricos, dos elementos estruturais necessários

procedeu-se à criação do modelo estrutural, tendo como base o modelo de arquitetura do edifício. A

Figura 5.1 ilustra um pormenor da sobreposição destes dois modelos. Na figura é visualizado um pilar


58

e a sua relação com a envolvente arquitetónica. Nesta fase, o modelo Revit engloba a totalidade dos

elementos definidos para os modelos de arquitetura e de estruturas. O primeiro modelo é constituído

pelos elementos não estruturais da construção, referentes apenas à arquitetura, e o segundo, é

composto pelos elementos estruturais do edifício. De notar que, no problema estudado, os

componentes lajes fazem parte de ambos os modelos. O modelo conjunto considera as disciplinas

arquitetónica e estrutural do edifício. No entanto, outras componentes do edifício, correspondentes a

fases seguintes do projeto, podem adicionalmente ser modeladas como, por exemplo, redes de água

e esgotos, eletricidade ou AVAC. O modelo acrescido de outras especialidades fica mais rico em

informação, ou seja, mais de acordo com a metodologia BIM. O software Revit, admite atualmente as

diferentes capacidades mencionadas, pelo que constituí de facto uma ferramenta adequada a ser

utilizada numa metodologia BIM.

Figura 5.1 - Pormenor de sobreposição dos modelos Revit de estruturas (esquerda) e de arquitetura (direita).

Nesta fase, deve assinalar-se uma importante diferença relativamente à definição da

localização dos elementos estruturais no modelo. Na modelação iniciada no SAP2000, a localização

dos elementos foi definida de uma forma simplificada, isto é, aproximada, como por exemplo, os

pilares que se situem próximos de um alinhamento são modelados como pertencentes a esse

alinhamento. No modelo criado no Revit, a localização do elemento é a real e, portanto, não é

efetuada qualquer simplificação. A Figura 4.2 ilustra estas diferenças relativamente aos alinhamentos

considerados (como referido no item 4.1.1). Embora, este facto conduza a um modelo mais realista,

as simplificações impostas diretamente no SAP2000 são normalmente pouco significativas. O modelo

Revit de estruturas final é o que se ilustra na Figura 5.2.

5.2. Exportação do modelo Revit para SAP2000

O modelo de estruturas criado no Revit Structure é, de seguida, transferido para o SAP2000.

O processo de exportação do modelo para o software de cálculo estrutural foi realizado com base no

documento CSIXRevit Manual [41], criado para o efeito pela empresa Computers & Structures Inc.

(CSI). A exportação é conseguida com base num plug in denominado CSIXRevit 2013, igualmente

disponibilizado pela CSI [W9].


59

Figura 5.2 - Modelo Revit de estruturas.

No processo de transferência para o SAP2000, apenas foi importada a informação respeitante

à modelação estrutural. Esta informação considera os elementos estruturais do edifício: as fundações,

os pilares, as vigas e as lajes e, ainda, os elementos de apoio, isto é, os alinhamentos (grids). Os

materiais, provenientes do modelo Revit, associados às paredes, lajes e elementos barra, são

transferidos para o SAP2000, como se pode ver através do interface ilustrado na Figura 5.3.

Figura 5.3 - Materiais importados do Revit para o SAP2000.

A camada relativa ao revestimento, associada à laje, não é transferida mas os materiais que a

compõem são transferidos. Isto é, uma laje, quando é transferida para o SAP2000, tem a espessura

referente ao elemento estrutural definido no Revit. Todos estes materiais são importados como

materiais isotrópicos mantendo a mesma designação definida no Revit, mas apenas o betão e o aço

(material não importado) possuem equivalência na classe, “concrete” e “steel”, enquanto os restantes

materiais são classificados pelo SAP2000 como “other”. No entanto, para a análise em causa, apenas

foi considerado o material estrutural, ou seja, o betão C30/37 [W9].


60

Em relação às características mecânicas e físicas, tensão de cedência à compressão (fc),

módulo de elasticidade (E), coeficiente de Poisson (ν), módulo de distorção (G) e coeficiente de

expansão térmica (α), é tomado o primeiro dos três valores (um em cada direção) provenientes do

Revit ou, caso este seja nulo, é usado o valor atribuído no SAP2000 [41]. No presente caso como

estes dados foram definidos inicialmente no Revit (isotropicamente), o SAP2000 importou essa

informação, como é visualizado na Figura 5.4 para o material betão C30/37 (Concrete C30/37). O

peso unitário é igualmente importado e a massa é obtida dividindo este pela constante da aceleração

da gravidade (g) [W10].

Figura 5.4 - Propriedades do material betão 30/37 importado do Revit para o SAP2000.

Idealmente, no processo de transposição, a modelação estrutural dos elementos barra

(pilares e vigas) seria efetuada totalmente no Revit e toda a informação reconhecida plenamente pelo

SAP2000. No entanto, existem algumas limitações, sendo necessário efetuar ações complementares

no SAP2000 [41] [W10]:

Os elementos barra são importados mantendo todas as libertações, ou restrições, e

rotação de secção definidas no Revit, mas sempre que alguma libertação cause

instabilidade no modelo (estrutura hipostática) a mesa é tomada como fixa;


61

A sua orientação, definida pelo seu ponto cardinal no SAP2000, é determinada segundo

os parâmetros Z-Direction Justification (justificação na direção Z) e Lateral Justification

(justificação lateral) definidos em Revit. Na ausência desta informação, o SAP2000 adota

o seu centro geométrico;

Os elementos barra não admitem formas circulares em planta no SAP2000, sendo

discretizados segundo pequenos segmentos retos de dimensão definida pelo próprio

Revit;

O SAP2000 importa a posição do modelo geométrico dos elementos barra, e não da sua

posição analítica. Por exemplo, no caso de um pilar, é importada a posição geométrica do

centro do pilar ao contrário da sua representação analítica;

As ligações rígidas estabelecidas no modelo analítico no Revit não são reconhecidas no

SAP2000.

5.2.1. Pilares e vigas

As secções dos elementos de barra são definidas no Revit através da sua família e tipo, por

exemplo, família “Pilar Betão Armado” e tipo “Pilar_20X20”. Quando o modelo é importado pelo

SAP2000, existe uma correspondência entre a denominação do tipo da secção e a base de dados

própria do SAP2000 (ficheiros .PRO). Assim, o programa pesquisa uma secção com a mesma

designação (ou o mais idêntica possível), e efetua uma correspondência. Na situação de o programa

não conseguir estabelecer essa correspondência, o utilizador deve impô-la de forma manual ou,

então, criar a secção posteriormente, deixando no seu campo a opção “None” [41].

No presente caso, foi necessário atribuir as dimensões da secção de todos os elementos

barra (situação que se verifica na maior parte dos casos). No entanto, é possível criar ou modificar os

ficheiros .PRO de forma a conter os tipos de secção correspondentes àquelas a importar para o

SAP2000. Esta operação é efetuada através da macro de programação, em Visual Basic for

Applications (VBA), presente no ficheiro Excel proper.xls, fornecido pela CSI [W11] [W12].

No exemplo transposto, ilustrado na Figura 5.5, foram adicionadas à base de dados as

designações: PILAR_20X20, PILAR_30X30, PILAR_30X20, VIGA_30X20 e VIGA_40X20

correspondentes aos elementos barra utilizados na criação do modelo de estruturas, salientando-se a

necessidade de denominar estas de forma idêntica àquela utilizada no Revit. A opção por este

processo revelou-se compensatória e, por conseguinte, mais célere, considerando o número de

transposições efetuadas e o número de pilares de secção idêntica presentes no edifício e, portanto,

identificados de igual modo. Por outro lado, este processo conduz a benefícios em projetos

posteriores, pois, esta informação já se encontrará definida, sendo assim evitada a necessidade de

repetir o processo de atribuição de secções no modelo SAP2000.


62

Figura 5.5 - Definição das secções do modelo na base de dados do SAP2000 (ficheiro .PRO).

5.2.2. Lajes

As lajes (designadas por structural floors no Revit), são importadas como elementos thick-

shell com o nome do tipo do elemento Revit, de modo semelhante ao verificado nos elementos barra,

ou seja, por exemplo Laje Betão Armado 20cm e Laje Betão Armado Cobertura 20cm. Importado o

modelo Revit é necessário proceder à configuração da laje para thin-shell, opção anteriormente

utilizada quando da execução pelo processo tradicional. Como referido, no Revit, as lajes foram

constituídas por várias camadas de distintos materiais. O SAP2000 atribui a espessura total da laje

importada como sendo apenas a espessura relativa ao material de classe concrete, ou seja, a

componente estrutural da laje no Revit, conservando o material constituinte dessa camada (betão

C30/37) [41]. Portanto, no presente caso, apesar da laje, dos pisos 1 e 2 no Revit, ser composta por

três camadas, totalizando 20cm de espessura, apenas a camada de 17cm considera o material betão

C30/37, e por conseguinte, a laje importada terá essa espessura e será constituída por esse material.

Em relação à transferência das aberturas, impostas no Revit na laje para a inclusão de

escadas, esta foi realizada com alguma dificuldade. Apesar do manual consultado [41] referir que é

transferida uma nova laje, à mesma cota da laje do piso e com as dimensões da abertura, mas sem

propriedades atribuídas, tal não sucedeu em todos os testes realizados. Ainda assim, não se revelou

uma limitação grave, uma vez que as coordenadas da abertura são conhecidas. Por outro lado no

caso de ser importada a laje sem propriedades, será sempre necessário “subtrair” esta à laje do piso

em questão antes de se proceder à sua discretização em elementos finitos [W11].

5.2.3. Alinhamentos e fundações

Enquanto as vigas, pilares e lajes são transferidas de um modo razoavelmente aceitável, os

alinhamentos (grids lines) e as fundações não são exportados para o SAP2000 e, portanto, é

necessário proceder à sua criação. As fundações podem ser facilmente definidas, considerando

semelhantes condições de apoio para todos os pilares. A definição dos alinhamentos é menos


63

imediata. Este aspeto constitui uma outra limitação verificada na interoperabilidade entre estes dois

softwares, o que poderá ser um grande inconveniente em projetos de grande dimensão. No entanto,

considerando que os elementos barra e lajes já se encontram modelados e com a respetiva

localização determinada, a definição dos alinhamentos, assume pouca utilidade para o projetista,

exceto, por exemplo, numa situação de definição da abertura numa laje [41].

5.2.4. Modelo SAP

Atendendo às recomendações referidas, relativamente ao processo de modelação no Revit,

procede-se à transposição do modelo Revit, da estrutura do caso de estudo, para o SAP2000. A

exportação do modelo é efetuada por seleção da opção External Tools > Export to Create a New

ETABS or SAP2000 Model presente na ferramenta Add-Ins, como ilustra a Figura 5.6. De seguida,

são selecionados todos os elementos e criado o ficheiro com a extensão .EXR (ficheiro Revit

Structure), que é importado, posteriormente, pelo SAP2000.

Figura 5.6 - Exportação do modelo Revit estruturas para o SAP2000.

Através da barra de ferramentas do SAP2000 é selecionada a opção File > Import > Revit

Structure .exr File, como indicado na Figura 5.7. De seguida, através da interface apresentada na

Figura 5.8 é selecionado o ficheiro .EXR (Read Revit Structure .exr File) e o ficheiro .PRO, no qual se

adicionou anteriormente as secções dos elementos barra (Add Sections Database) [41]. A mesma

figura apresenta o aspeto do modelo analítico importado. Como se pode observar, o modelo

importado não contém nem os alinhamentos grid nem as fundações (apesar de definidas e

representadas no Revit, Figura 5.6). Adicionalmente, as lajes não se encontram ainda discretizadas


64

numa malha de elementos finitos, sendo necessário, assim, completar a sua modelação de forma a

poder prosseguir-se com a análise estrutural [W11].

Figura 5.7 - Importação do modelo Revit de estruturas para o SAP2000.

Figura 5.8 - Interface de importação do modelo Revit de estruturas e do modelo SAP2000 importado.

O modelo importado foi, de seguida, complementado com base no modelo SAP2000, usado

segundo o processo tradicional (descrito no capítulo 4). Pretende-se obter um modelo semelhante ao

anterior, de forma a melhor se poder aferir quais as principais vantagens e dificuldades relativas à

interoperabilidade entre os softwares utilizados. Assim, foram adicionados os alinhamentos, grids, em


65

falta. Confirmou-se, no entanto, que as secções de todos os elementos barra foram atribuídas

corretamente, mas recorde-se que as designações destas secções foram adicionadas previamente à

base de dados do SAP2000. De seguida, foram definidos todos os apoios como fixos sob cada pilar e

procedeu-se à discretização das lajes em elementos finitos, com um refinamento análogo ao aplicado

na situação tradicional. Foram igualmente alterados os coeficientes da rigidez de flexão e de corte de

forma a simular a perda de rigidez devido ao fenómeno da fendilhação. Considerou-se adequado, por

uma razão de coerência, efetuar uma translação espacial do modelo da estrutura, de forma a que a

origem do referencial global coincidisse com o ponto de coordenadas (0,0,0) utilizado no processo

tradicional.

O modelo SAP2000 de estruturas, como descrito, é semelhante ao modelo determinado

segundo o processo tradicional. Apenas a localização de alguns pilares é distinta, pois enquanto

numa ação direta sobre o SAP2000 é imposta uma organização alinhada dos pilares que na realidade

apresentam pouca excentricidade em relação ao alinhamento definido, através do Revit ela é

efetuada de um modo exato. Contudo, obteve-se um modelo estrutural muito idêntico ao da Figura

4.1. Com a modelação da estrutura concluída, prossegue-se com a definição das ações e respetivas

combinações e, posteriormente, efetua-se a análise da estrutura, de um modo idêntico ao descrito no

capítulo anterior.

5.2.5. Vantagens e limitações

A aplicação utilizada apresentou contudo algumas limitações como, por exemplo, o facto de

não suportar a atualização do projeto importado [41]. Isto é, apenas é possível criar um novo modelo

SAP2000 a partir do Revit existente, e portanto, qualquer definição ou alteração realizada no

SAP2000 não será atualizada no Revit. Constata-se assim, como uma limitação, a eficácia do fluxo

de informação entre os diversos parceiros do projeto, uma vez que a transferência é efetuada apenas

num único sentido e, idealmente, segundo o processo BIM, seria desejável um fluxo de informação

bidirecional. Assim, uma vez atualizado e analisado o modelo no SAP2000 não é possível a

transposição da informação alterada e criada para o Revit [W9].

Em relação à qualidade da comunicação entre sistemas, registaram-se alguns problemas de

interoperabilidade, nomeadamente, em relação às secções dos pilares e vigas, alinhamentos e

fundações, aspetos que condicionam a eficiência do projeto. Contudo, o principal objetivo proposto, e

que satisfez o que se entendeu por uma boa prática, isto é, efetuar toda a modelação no Revit e

proceder à análise estrutural e cálculo de esforços no SAP2000, foi alcançado.

Assim, esta metodologia apesar de apresentar evidentes lacunas, pode trazer algumas

vantagens ao projetista, nomeadamente, uma maior celeridade do processo, baseada na evidente

capacidade, embora limitada, de interoperabilidade entre os softwares Revit e SAP2000.

Adicionalmente, verificou-se uma melhoria ao nível da qualidade da informação estrutural transferida,

ou seja, a quantidade de erros e lacunas é reduzida substancialmente quando comparada com o

método semi-manual utilizado no processo tradicional. Conclui-se ainda que existem alguns aspetos


66

que podem ser melhorados no sentido de uma maior eficiência na comunicação de informação,

nomeadamente, em relação aos elementos exportados para o SAP2000 e à requerida possibilidade

de atualização posterior do modelo Revit. Embora esta não seja uma metodologia ideal, apresenta

significativas vantagens que, em projetos de grande dimensão, podem significar elevados benefícios

em relação ao tempo consumido e ao rigor da informação estrutural reutilizada. Esta metodologia,

embora não se possa considerar uma metodologia perfeitamente enquadrada no conceito BIM,

encontra-se destacada do processo tradicional. Por conseguinte, é possível afirmar que, com base no

desenvolvimento do caso de estudo, se conseguiu ilustrar, o que no momento é transversal ao setor

AEC, isto é, uma evolução a partir do processo tradicional em direção ao processo BIM.

Como conclusão deste capítulo, são listadas as principais vantagens:

Diminuição da quantidade de erros e incongruências no projeto de estruturas;

Diminuição do tempo total de projeto;

Aumento da eficiência global.

e limitações encontradas neste processo:

Sentido unidirecional de fluxo de informação (não suporta atualizações);

Limitações ao nível do tipo de elementos transferidos;

Dificuldade na transposição de aberturas em lajes;

A incapacidade de transferência de alinhamentos (grids);

O não reconhecimento das restrições inerentes às fundações.

6. Fluxo de informação entre Revit e Robot

67


O presente capítulo analisa a capacidade de interoperabilidade entre o Revit e o software de

cálculo e análise estrutural, de uso frequente nos gabinetes de projeto, o Robot. Nesse sentido, é

descrito, inicialmente, o processo de transposição do modelo Revit de estruturas, criado no capítulo

anterior, para o Robot, onde se procede ao cálculo e à análise dos esforços na estrutura e, ainda, ao

dimensionamento das armaduras. Posteriormente, é efetuada a exportação dos desenhos, definidos

no Robot, para o AutoCAD Structural Detailing (ASD), com o objetivo de melhorar os desenhos de

pormenorização das peças de betão armado. Os softwares utilizados pertencem à Autodesk, sendo

assim de esperar que os resultados, ao nível da capacidade de interoperabilidade entre eles, sejam

bastante aceitáveis. A análise destes processos é efetuada numa perspetiva da metodologia BIM, e

assim, são apresentadas, no final do capítulo, algumas recomendações, limitações e vantagens,

relativas à fase de projeto em discussão.

6.1. Interoperabilidade entre Revit e Robot

A possibilidade de transposição de dados entre o Revit e o Robot vem facilitar a coordenação

da informação geométrica (modelo de arquitetura, de estruturas, etc.) com a informação analítica. O

modelo Revit de estruturas criado associa a componente geométrica dos elementos estruturais (lajes,

pilares, etc.) a um modelo analítico, informação que é transposta para o Robot para se proceder à

análise e dimensionamento da estrutura. A capacidade de interoperabilidade que se verifica neste

processo, reduz o tempo despendido na criação e atualização dos modelos analíticos, apoiando

assim a redução de erros e incongruências resultantes da coordenação manual da documentação de

projeto com a análise de resultados [42] [43].

Embora o modelo analítico possa ser definido diretamente no Robot, admitiu-se efetuar a

transposição do modelo Revit e estudar a sua adaptação, de forma a poder comparar procedimentos

relativamente ao capítulo anterior. Enquanto no Revit, e apesar da sua independência, os modelos

geométrico e analítico conservam uma relação de consistência entre si, um modelo criado

diretamente no Robot (como ocorre nos demais programas de cálculo e análise estrutural) é um

modelo analítico, simplificado, sem preservação ao nível das características físicas da construção.

Por outro lado, a plataforma Revit permite a coordenação do modelo estrutural com outras disciplinas

(arquitetura, mecânica, hidráulica, etc.), além de possibilitar a utilização das normas correntes da

indústria. Adicionalmente, a representação analítica dos elementos é distinta em ambos os softwares,

o que implica que quando é iniciado o modelo no Robot, são necessários, posteriormente, ajustes e

alterações adicionais no Revit para compatibilizar a geometria (elementos físicos) de ambas as

especialidades [42]. Por exemplo, uma viga é representada no Robot através do seu centro

geométrico (centerline) enquanto no Revit, sê-lo-á genericamente através do seu topo (top of beam),

como ilustrado na Figura 6.1 ou, em situações particulares, ajustada (offset) conforme necessário.

Contudo, o sentido de transposição referido é tido como o procedimento natural utilizado na indústria


68

AEC. Naturalmente, que na eventualidade de ocorrerem alterações no modelo Robot, será necessário

proceder à atualização do modelo Revit e à resolução das incongruências, suscetíveis de ocorrer, na

compatibilização dos projetos de especialidades. Ainda que seja possível exportar e importar apenas

frações do projeto [43], tal não foi considerado relevante no presente trabalho.

Figura 6.1 - Representação analítica de uma viga no Robot (em cima) e no Revit (em baixo).

O utilizador pode preferir recorrer às capacidades de modelação existentes no Revit, no

entanto, alguns dos elementos ou parâmetros são mais fáceis de modelar no Robot. Por exemplo, a

geração de combinações de ações (Load Combinations) é mais robusta no Robot, permitindo a

criação automática de várias combinações, de uma forma instantânea, de acordo com a

regulamentação considerada [43]. Em algumas situações, pode ser vantajoso modelar certas cargas

(Loads) no Revit, apesar de o Robot apresenta mais opções para este processo. Assim, algumas das

tarefas podem ser efetuadas em ambos os softwares, Revit ou Robot, não sendo clara a avaliação de

qual o melhor ou o mais eficiente, devendo o utilizador aproveitar os pontos fortes de ambos e

selecionar a sua preferência com a prática [42]. No entanto, a escolha pode depender, por exemplo,

da forma como estão organizados os recursos humanos das empresas, ou mesmo, do número e tipo

de licenças de software que possuam. Portanto, é opção do utilizador determinar, com base na sua

formação e experiência, qual a metodologia na qual se sente mais confortável e, por conseguinte, lhe

trará melhores resultados em termos de rapidez e correção de dados [W13].

No caso de estudo optou-se pela seguinte sequência: em primeiro lugar, todos os elementos

estruturais são modelados no Revit, isto é, as fundações, os pilares, as vigas e as lajes, além dos

elementos auxiliares como o caso dos elementos grelha (grids e levels) já criados, correspondendo

assim ao procedimento descrito no item 5.1 na criação do modelo Revit estrutural; posteriormente,

este modelo é, então, exportado para o Robot, de forma a dar continuidade ao processo proposto de

análise e cálculo dos esforços na estrutura.


69

Deste modo, e nesta fase do projeto, o modelo BIM comporta duas componentes integradas

relativas aos projetos de arquitetura e de estruturas. Forma assim, um modelo Revit único,

conservando uma relação de compatibilidade. Como referido, além desta separação entre objetos

estruturais e não estruturais, há ainda uma outra diferença a registar no Revit, o modelo comporta

elementos geométricos e analíticos que possuem uma relação de dependência entre si. Os

elementos analíticos estão associados aos elementos estruturais já determinados, ou seja, qualquer

elemento estrutural tem associado a si um elemento analítico que é usado na análise estrutural do

edifício no Robot. Como se pode constatar, a modelação da estrutura no Revit ao contrário do Robot,

conduz, desde logo, a uma grande vantagem para o projetista em poder visualizar e correlacionar o

modelo estrutural (Figura 5.2), construído com base no modelo de arquitetura, com a sua

representação analítica simplificada (Figura 6.2).

Figura 6.2 - Modelo Revit analítico da estrutura.

As condições de fronteira, tanto da estrutura como dos elementos barra, foram definidas no

Revit, tendo-se imposto condições fixas. A definição do tipo de ações (Load Cases) foi efetuada no

Revit, utilizando as mesmas designações já utilizadas no SAP2000, enquanto as cargas (Loads) e as

combinações de ações (Load Conbinations) foram definidas no Robot. Ainda no Robot, foi efetuado

um refinamento da malha de elementos finitos das lajes, realizada a análise estrutural e, estabelecida

a pormenorização das armaduras (apenas em relação às peças analisadas no capítulo 4).

Posteriormente, o modelo é importado para o Revit, de forma a poder proceder-se à

atualização da informação que possa ser modificada ou adicionada no Robot, nomeadamente, as

armaduras determinadas para as peças de betão armado. Refira-se que este procedimento é o que

tem mais significado no presente estudo, procurando obter a maior vantagem das potencialidades de

ambos os softwares, no âmbito BIM. Salvaguarda-se, no entanto, que cada caso possui

singularidades próprias que podem condicionar o melhor procedimento a tomar e, por conseguinte, as

conclusões apresentadas não podem ser generalizadas.


70

6.2. Transferência de modelos entre o Revit e o Robot

Como referido, o fluxo de dados entre o Revit e o Robot pode ser efetuado segundo ambos os

sentidos, permitindo múltiplas iterações e atualizações. Mas nem todos os objetos paramétricos são

passíveis de serem transferidos, em ambas as direções, de forma a preservar corretamente as suas

características ou valores atribuídos originalmente. Alguns dos elementos apenas podem ser

exportados numa das direções, como por exemplo, no sentido de Revit para o Robot, os elementos

Foundation Slabs (laje de fundação) e Openings (aberturas), e outros, não são reconhecidos em

nenhuma das direções. Existem, ainda, elementos que, pertencendo a um software e apesar de não

poderem ser transferidos, conservam as suas propriedades num processo iterativo. Estas

características são ilustradas nas seguintes situações [42] [43] [W13] [44]:

Os elementos nodais, referentes aos apoios modelados no Revit, Isolated Foundations

(fundações isoladas) e Point Boundary Conditions (pontos de condição de fronteira), são

transferidos para o Robot como Nodal Supports (apoios nodais). A relação entre Nodal

Supports no Robot criados a partir de Isolated Foundations no Revit é preservada em

trocas de informação posteriores. No Robot estes serão considerados como apoios fixos,

sendo necessário impor alterações em conformidade. No entanto, os Nodal Supports,

criados inicialmente no Robot, são transferidos para o Revit como Point Boundary

Conditions, independentemente das suas condições de apoio ou localização na estrutura.

No caso de se exportar para o Robot apenas uma parte do modelo, será necessário criar

novas condições de fronteira. Posteriormente, quando a mesma componente do modelo é

reinserida no Revit, é necessário eliminar os novos Nodal Supports criados, caso contrário

estes serão transferidos;

Os objetos Structural Columns (pilares) e Structural Beams (vigas) são transferidos para o

Robot como elementos barra, Columns e Beams, respetivamente. Os parâmetros Analyse

As (analisar como) e Framing Type (tipo de elemento barra) não têm correspondência no

Robot. Curved Beams (vigas curvas) definidas no Revit são transferidas para Robot como

um conjunto discretizado de vigas lineares, com uma razoável discretização por defeito,

caso o parâmetro Approximate Curve não seja anteriormente definido no Revit. Uma vez

importado para o Revit (proveniente do Robot) o modelo irá conservar este elemento

discretizado, como uma informação não disponível (new hidden data), em vez de criar um

novo ou atualizar o existente;

Os elementos Wall Foundations (paredes de fundação) e Line Boundary Conditions

(condições de fronteira lineares) são transferidos para o Robot como Linear Supports

(apoios lineares), de um modo semelhante aos elementos Nodal Supports.

As entidades Structural Floors (lajes) são exportados para o Robot como elementos Floors

e retornam ao Revit como Structural Floors, enquanto que os objetos Foundation Slabs,

apesar de serem exportados para o Robot como Floors, voltam para o Revit como

Structural Floors. No Robot, os componentes Concrete floors (lajes) contém as mesmas

propriedades que no Revit, tanto ao nível das características físicas da secção como do


71

seu material constituinte. As malhas de elementos finitos de lajes (Structural Floors) não

são realizadas automaticamente durante a transferência e, portanto, têm de ser efetuadas

no Robot. Depois de voltarem ao Revit estas não se apresentam acessíveis, mas são

preservadas em futuras iterações (hidden data). Deve ser revista a malha de elementos

finitos depois de significativas alterações (apoios, vãos, etc.) na disposição do elemento

plano;

Todo o tipo de aberturas (escadas ou elevadores) modelados em Revit são transferidos

para o Robot como Openings. No entanto, o contrário não acontece, e portanto,

modificações em aberturas existentes ou a criação de novas no Robot não são atualizadas

posteriormente no Revit;

As ações Loads (cargas), Load Cases (tipos de cargas), e Load Combinations

(combinações de ações) são transferidas entre o Revit e o Robot. As cargas criadas e

aplicadas no Revit são transferidas e passíveis de serem ajustadas no Robot, no entanto,

estas modificações não são refletidas posteriormente no Revit. As cargas criadas no

Robot são importadas e preservadas no Revit mas não ficam acessíveis, como acontece

com outros elementos (hidden data);

O elemento Structural Rebar (armadura ordinária), modelado no Revit, é transferido para o

Robot, como Rebar, apenas quando relacionado com os componentes Structural

Columns, Structural Beams e Spread Footings (fundações isoladas). A armadura

dimensionada no Robot é transferida para o Revit para os mesmos elementos. Através da

extensão Revit Reinforcement é possível dotar os elementos das respetivas armaduras e,

seguidamente, proceder a exportação do modelo para o Robot. O método alternativo

consiste em dimensionar esses elementos no Robot e, posteriormente, transferir a

informação para o Revit. No presente caso, foram testados ambos os métodos, tendo-se

chegado à conclusão que seria benéfico optar pelo segundo processo uma vez que o

Robot possui ferramentas mais completas para esta tarefa. Este aspeto é discutido com

detalhe no item 6.2.3;

Os atributos Materials (materiais), Grids (grelhas) e Levels (pisos), modelados no Revit,

são criados como Materials, Structural Axes, e Stories, no Robot. A transferência

bidirecional destes elementos é limitada e, portando, é recomendado criá-los e ajustá-los

no Revit, procedimento adotado no presente caso.

Além dos objetos e pormenores descritos, existem outros elementos que podem ser

transferidos entre as plataformas BIM, Revit e Robot. Contudo, procurou-se mencionar apenas os

detalhes abordados no caso de estudo, de forma a ilustrar o modo de execução do projeto numa

base BIM, nomeadamente, na análise da interoperabilidade requerida.

6.2.1. Preparação do modelo Revit

A duplicação de nós nas intersecções e ligações de diferentes elementos é um problema que

pode condicionar a fiabilidade do modelo analítico e, por conseguinte, a sua análise quando


72

exportado para um outro software [W14]. Isto ocorre quando os extremos dos elementos de barra não

são ligados adequadamente. Para reduzir ou evitar estas incoerências é necessário alinhar e

restringir as ligações dos elementos aos alinhamentos (grids) e aos níveis (levels) e evitar, tanto

quanto possível, o uso do parâmetro offset dos elementos barra. A ferramenta Analytical Ajust,

disponível no Revit na barra Analyse em “Analytical Model Tools” (Figura 6.3), tem a capacidade de

corrigir e efetuar este tipo de correções. Esta função permite deslocar apenas os elementos

analíticos, ou parte destes, sem modificar a localização da sua componente geométrica. Para

reposicionar o elemento analítico na posição inicial (atribuída automaticamente), é utilizada a opção

Analytical Reset [W15]. Neste processo é recomendável efetuar inspeções e correções de acordo

com os alertas e avisos que, eventualmente surgem na fase da modelação, evitando posteriores

erros. O Revit define os parâmetros projeção vertical e horizontal (“horizontal projection” e “vertical

projection”) dos elementos barra como “Auto-detect” (Figura 6.3) [43]. Desta forma, atribuí a

localização analítica mais lógica para os elementos estruturais, concluindo-se, com base no presente

trabalho, que o realiza de um modo aceitável. Portanto, pode ser aconselhável usar esta definição e

alterá-la com algum cuidado, mas apenas em casos especiais [W13].

A ligação entre o Revit e o Robot suporta a transposição de elementos inclinados, sem haver

necessidade de transferir todos os níveis utilizados na criação dos mesmos no Revit. Um único nível,

ou apenas o parâmetro offset do elemento, são suficientes para efetuar a correta interoperabilidade

com o Robot. Novamente, é necessário considerar o parâmetro projeção horizontal visando a

modelação pretendida [W17]. No exemplo ilustrado na Figura 6.3, a definição analítica de um pilar,

desalinhado com o adjacente, provoca a duplicação do nó visualizado.

Figura 6.3- Validação do modelo analítico da estrutura.

Previamente, à transposição do modelo Revit para o Robot, deve efetuar-se uma verificação

no modelo inicial, relativamente aos elementos de suporte (“Check Supports”) e à consistência entre


73

os modelos geométrico e analítico (“Consistency Checks”). Estas ferramentas (capacidades)

encontram-se igualmente disponíveis no Revit em “Analytical Model Tools” (Figura 6.3) [W14]. A

realização deste tipo de verificações previne a ocorrência de erros durante a exportação do modelo,

nomeadamente, a criação de nós duplos [W16]:

O primeiro tipo de verificação consiste na inspeção das condições de suporte de todos os

elementos, isto é, analisa se as restrições estão corretas [43]. Por exemplo, uma viga deve

estar apoiada sobre um ou mais elementos estruturais. São ainda examinadas possíveis

condições de suporte circular (condição de redundância);

O segundo tipo de verificação analisa a relação entre a localização física de um elemento

estrutural e a sua correspondente linha analítica (“analytical line”).

As tolerâncias admitidas para estas relações, bem como as opções tomadas nas verificações

citadas podem ser definidas na caixa de diálogo Structural Settings (Figura 6.4), acedida a partir de

“Analytical Model Tools” [42].

Figura 6.4 - Opções do modelo analítico no Revit.

Esta verificação é particularmente importante em relação aos objetos submetidos a alteração

da definição “Auto-detect”, nas projeções verticais e horizontais. A localização de um objeto pode ser

modificada durante a modelação e, em função da sua definição analítica, o modelo geométrico pode

diferir do analítico mais do que a tolerância definida. Ambas as verificações podem ser realizadas


74

automaticamente ou manualmente [43]. É aconselhável usar a opção automática somente na fase

final da modelação onde são operadas apenas algumas modificações. A imposição dos graus de

liberdade às extremidades dos elementos barra, pode ser realizada tanto no Revit como no Robot

[W13]. O resultado final do modelo analítico, de acordo com as considerações e verificações

descritas, é apresentado na Figura 6.2. Este modelo não apresenta quaisquer inconsistências ou

erros e, portanto, pode ser transferido para o software de análise estrutural, o Robot.

6.2.2. Transposição do modelo Revit para o Robot

Para se efetuar a exportação do modelo analítico para o software de análise estrutural, é

selecionada, no Revit, a extensão Integration with Robot Structural Analysis, presente na barra

Analyse, incluída no interface apresentado na Figura 6.5. De seguida, são escolhidas as opções

“Send model” e “Send options”. Não foi utilizada a opção “Update model” pois no presente caso foi

iniciado um novo modelo no Robot. Posteriormente, poderá ser continuado o fluxo de dados com as

atualizações que se verificarem serem necessárias. A capacidade do Revit realizar transferências

para o Robot é uma função própria do sistema, não requerendo qualquer instalação adicional para a

sua disponibilização [W14]. No entanto, quando o Robot não se encontrar instalado na mesma

máquina que o Revit, é possível, através da opção “Use Autodesk Robot Structural Analysis RTD file”,

transferir a informação do modelo para um ficheiro .RTD (extensão utilizada pelo Robot Structural

Analysis). Esta opção permite assim que, o arquiteto/desenhador continue o seu trabalho sem estar

dependente do trabalho que o engenheiro estrutural venha a realizar no Robot [44].

Figura 6.5 - Extensão Revit Robot Structural Analysis Link.

A ação “Send Options” (Figura 6.6) permite definir algumas opções relativas à exportação do

modelo. Através de “Basics Options” (opções básicas) tem-se a possibilidade de exportar todo o


75

modelo ou apenas uma parte, através da opção “Send only current selection”, utilizada quando, por

exemplo, for necessário efetuar diferentes tipos de análise a distintas partes da estrutura [42]. O

utilizador pode, ainda no Robot, efetuar uma verificação ao modelo, por exemplo, analisar o

posicionamento de nós específicos ou outro tipo de inconsistências. No entanto, a Autodesk [43]

aconselha a realização destas verificações ainda no Revit, uma vez que mantém, automaticamente,

uma relação de consistência entre o modelo analítico e o geométrico.

Ainda no Revit, é possível escolher qual o tipo de carga, load case, que contabilizará o peso-

próprio, ou então ignorá-lo e defini-lo posteriormente no Robot. Quando se pretende associar o peso-

próprio a um load case, este tem de ser criado previamente à exportação do modelo [42]. No exemplo

analisado, o modelo foi exportado na sua totalidade uma vez que se pretendia uma análise global e

para o peso próprio foi definido o load case DEAD, seguindo a nomenclatura já utilizada no SAP2000,

como se pode visualizar na interface, da esquerda, na Figura 6.6.

Figura 6.6 - Opções definidas na exportação do modelo Revit para o Robot.

De seguida, são definidos os graus de liberdades nas extremidades dos elementos barra,

através da opção “Bar end realeses”, usando as definições do Revit, ou então, posteriormente, no

Robot. A definição do tipo das ligações entre os elementos estruturais pode ser iniciada no Revit de

acordo com o comportamento estrutural previsto. No entanto, é recomendável efetuá-la no Robot uma

vez que este tem uma ferramenta própria, permitindo, por exemplo, configurar todas as libertações

como fixo-fixo [43]. Importa realçar que apesar desta recomendação, no caso em estudo foram

testadas ambas as hipóteses sem que se tenham obtido diferenças na análise estrutural. Pelo facto

das libertações de todos os elementos barra terem sido, no Revit, definidas como fixo-fixo, (como é

ilustrado na Figura 6.7 para um pilar genérico) era indiferente a opção tomada [44].

No presente caso consideraram-se as definições do Revit (Use Revit settings). Contudo, na

generalidade dos casos, será necessário ter alguma atenção no estabelecimento dos graus de

liberdade, quer no Revit ou no próprio Robot, de forma a ser selecionada a opção que melhor se

adapte ao caso em análise [W13].


76

Figura 6.7 - Condições de apoio de um pilar genérico.

No interface da Figura 6.6 referente a “Additional Options” (opções adicionais), a primeira

opção considera os materiais a utilizar no Robot, depois de realizada a exportação. O utilizador pode

exportar os materiais definidos no Revit para o Robot, como novos materiais. Alternativamente, pode

usar os materiais definidos automaticamente no Robot ou, ainda, permitir que o Revit pesquise qual o

material existente no Robot que melhor corresponda ao material importado. Considerando que o Revit

possui parâmetros, nos quais é possível associar a informação de materiais de um modo mais

completo, a Autodesk [43] aconselha que a melhor prática é usar os materiais associados ao modelo

exportado. No entanto, outras fontes [W17] [W18] referem que esta pode ser uma metodologia

inadequada pois a definição dos materiais no Revit, em relação às características mecânicas, é

diferente daquela que é considerada no Robot. Portanto, o utilizador deverá ter um conhecimento

claro de como estes materiais estão definidos, ou evitar mesmo a sua exportação [42].

No presente caso, e por razões de segurança, foram utilizados, numa primeira fase, os

materiais atribuídos pelo Robot. Posteriormente, e de forma a manter-se coerência em relação à

análise efetuada no capítulo anterior, foram transportados os materiais definidos no Revit.

Comparando ambas as situações, de forma a validar os materiais definidos no Revit, não foram

encontradas diferenças na análise realizada no Robot.

Finalmente, refira-se a existência de outras opções [43], embora não seja justificada a sua

utilização no presente caso: A opção “Use drawing model offsets as analytical” confere controlo

adicional sobre a localização de certos elementos no Robot; A opção “reinforcement projects” está


77

relacionada com a transferência das armaduras de aço presentes nos elementos de betão

(pormenorização), que serão posteriormente calculadas e determinadas no item seguinte. Portanto

esta opção não é utilizada nesta fase do fluxo de dados.

Adicionalmente, num contexto BIM, deve ser considerada, durante a progressão do projeto, a

possibilidade da atualização do modelo Revit com a informação proveniente do Robot, tanto a que é

criada como a que é alterada, como por exemplo, no presente caso, as armaduras. Apesar de não ter

sido testada a colaboração entre várias equipas, podem ocorrer divergências entre os diversos

profissionais ligados ao projeto, pois, por exemplo, os desenhadores podem continuar a desenvolver

o seu trabalho, ao mesmo tempo que o engenheiro de estruturas impõe as modificações que entenda

necessárias no Robot. Assim, é necessário considerar uma organização adequada, com uma

estrutura hierárquica apropriada à tomada de decisões relativamente à gestão do modelo BIM [43].

6.2.3. Adaptação do modelo Robot

O modelo Revit do caso de estudo, depois de exportado para o software Robot, apresenta o

aspeto evidenciado na Figura 6.8. Note-se que tanto os componentes auxiliares, grids e levels, como

as secções dos elementos barra e dos planos conservam as características e localizações definidas

no Revit. No entanto, no Robot foi necessário proceder a alguns ajustes, de forma a preparar o

modelo para o cálculo e análise estrutural. Deste modo, o modelo continua a ser organizado e

complementado num processo contínuo de fluxo de informação entre o Revit e o Robot.

Figura 6.8 - Modelo Robot da estrutura.

No Robot, é iniciada a definição dos parâmetros Loads, e Load Conbinations, com base na

informação de Load Cases importada do Revit. Apesar de estes parâmetros poderem ser definidos no


78

Revit, e posteriormente exportados, devem ser redefinidos no Robot, pois este procedimento é mais

intuitivo e completo neste sistema e, por conseguinte, mais eficiente. Aliás, esta metodologia é

aconselhada pela própria Autodesk [43] [W13]. Foram experimentadas ambas as opções, e optou-se

por realizar esta etapa no Robot. Assim, as ações aplicadas no modelo foram:

O peso próprio dos elementos de betão armado do edifício (load case DEAD);

As restantes cargas permanentes (RCP);

A sobrecarga;

A ação da neve;

A ação sísmica.

Relembre-se que, à semelhança do que sucede no SAP2000 também no Robot o peso

próprio é considerado automaticamente pelo sistema. Esta opção foi tomada no Revit previamente à

exportação do modelo para o Robot, através da opção “self-weight”. Apesar de o Robot permitir

efetuar as combinações de ações de uma forma automática, através da regulamentação considerada

(EC2 e EC8 na presente situação), essa opção não foi tomada. Privilegiou-se a forma manual, pois

permite um maior controlo, tendo sido definidas as combinações fundamental e sísmica à semelhança

do que foi efetuado no modelo SAP2000. As ações e combinações consideradas foram definidas no

item 3.2.1.

De seguida, procedeu-se ao refinamento da malha de elementos finitos em todas as lajes do

modelo. O Robot possui uma ferramenta específica que produz resultados bastantes satisfatórios,

quando comparados com os obtidos no SAP2000. Esta ferramenta, denominada “Options of FE Mesh

Generation”, permite, através da seleção de determinadas opções, a conceção automática da malha

de elementos finitos, reduzindo consideravelmente o tempo consumido, em comparação com o

processo “semi-manual” realizado no SAP2000. Note-se, no entanto, que a malha gerada difere da

criada em SAP2000 e, portanto, conduzirá a resultados distintos, mas suficientemente próximos. Na

Figura 6.9 é apresentada a comparação entre ambas as malhas de elementos finitos do piso 1,

realizadas no SAP2000 e no Robot.

Em relação à modelação dos elementos barra, foi considerada a mesma rigidez, em estado

fendilhado (ELU), referido no item 4.1. No entanto, o parâmetro relativo à rigidez de corte não é

possível alterar na versão do Robot utilizada. Uma forma de contornar este problema é, por exemplo,

alterar as dimensões da secção, o que implicaria impor modificações nos valores dos coeficientes

afetos ao peso-próprio e à rigidez de flexão. Assim, e porque a redução da rigidez de corte não é tão

importante como a redução da rigidez de flexão na simulação do comportamento fendilhado, tal não

foi considerado [W19]. Por conseguinte, a sua modelação neste software não será equivalente aquela

realizada no SAP2000 e, portanto, os resultados serão algo diferentes. Note-se, no entanto, que esta

situação é uma limitação do próprio Robot e não da interoperabilidade entre as plataformas.


79

Figura 6.9 - Comparação entre as malhas de elementos finitos no SAP2000 (esquerda) e no Robot (direita).

6.2.4. Cálculo estrutural

Procedeu-se, de seguida, ao cálculo da estrutura. Foram determinados os valores dos

esforços nos elementos estruturais e efetuou-se a sua comparação com os determinados no

SAP2000. Como seria de esperar, foram encontradas algumas diferenças devido, principalmente, às

questões referidas nos parágrafos anteriores. No sentido de apoiar a interpretação das divergências

identificadas entre os resultados obtidos para ambos os softwares, foram elaborados os gráficos

respeitantes aos valores de cálculo do esforço transverso (Figura 6.10) e do momento fletor (Figura

6.11), calculados na viga V1 (dimensionada no item 4.3.1.).

Figura 6.10 - Comparação do esforço transverso de cálculo (VEd) determinado em SAP2000 e Robot.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 5 10

VEd (kN)

Xviga (m)

Comparação de VEd na viga V1

SAP2000

Robot


80

Figura 6.11 - Comparação do momento fletor de cálculo (MEd) determinado em SAP2000 e Robot.

Da análise dos gráficos anteriores, constata-se que as diferenças obtidas, inferiores a 10%,

podem considerar-se aceitáveis, dadas as aproximações realizadas na modelação dos elementos

estruturais e tendo em conta a utilização de softwares diferentes. Por conseguinte, estes resultados

contribuem para a validação do cálculo estrutural efetuado. Como o nível da diferença de resultados

se verificou nos restantes elementos analisados (pilar P9 e sapata S9), considerou-se que era

possível extrapolar os resultados desta amostra para a restante estrutura. Assim, considerou-se que

os resultados eram suficientemente credíveis para tomar o modelo como válido, tendo-se prosseguido

com o cálculo das armaduras e a sua pormenorização.

Após a validação dos resultados, foram determinadas as armaduras necessárias para verificar

a segurança dos esforços calculados. Esse cálculo foi efetuado apenas em relação às peças, cujo

dimensionamento foi realizado no capítulo 4. O Robot, assim como outros softwares de cálculo,

possui uma ferramenta bastante completa, de apoio a este processo, Reinforcement of RC Elements,

possibilitando o cálculo, com base na regulamentação considerada (EC2 e EC8), das armaduras

necessárias e, posteriormente, a geração dos desenhos de pormenorização, de uma forma

automática. Neste processo foram ponderadas todas as considerações referidas no item 4.3, na

definição dos parâmetros que servem de base ao cálculo, nomeadamente, as classes de exposição e

estruturais, os coeficientes de fluência e de comportamento sísmico, os recobrimentos mínimos, os

diâmetros de varões a utilizar, os materiais, as disposições da pormenorização, etc.. Esta ferramenta

pode ser considerada como uma ferramenta de apoio ao processo BIM, pois é responsável,

essencialmente, por criar nova informação a partir da já existente contribuindo para enriquecer e

facilitar a gestão e a execução da obra. Esta informação gráfica, baseada nos desenhos de

pormenorização das peças de betão armado, contempla ainda uma componente descritiva da

informação associada a cada peça onde disponibiliza as características dos materiais, as quantidades

tanto de aço como de betão e de cofragem, os comprimentos dos diferentes diâmetros de varões

utilizados, etc., sobre a forma de texto.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0,00 5,00 10,00

MEd (kN.m)

Xviga (m)

Comparação de MEd na viga V1

SAP2000

Robot


81

Como exemplo ilustrativo, considera-se o dimensionamento da viga V1 e do pilar P9. A Figura

6.12 apresenta um detalhe do desenho de pormenorização da viga. Complementarmente, pode ser

consultada, esta e outra informação, nos Anexos C (informação numérica) e D (documentação

gráfica) em relação à viga e, nos anexos E e F em relação ao pilar. Como se pode constatar da

consulta dos anexos, é obtida, a partir desta ferramenta, uma elevada quantidade de informação, de

uma forma organizada e acessível através do modelo Robot.

Além dos desenhos de pormenorização gerados, é construído, ainda, um modelo

tridimensional do elemento de betão onde é representada a armadura calculada. A Figura 6.13 ilustra

um pormenor do modelo 3D, do pilar P9, onde é possível visualizar a distribuição da armadura

determinada.

Em relação à composição dos desenhos, como são gerados automaticamente, o seu layout

nem sempre é o ideal. Existem opções na definição automática destes desenhos e vários templates

que podem ser carregados e até modificados. Verificou-se, no entanto, que a sua formatação podia

não ser a mais adequada e a sua alteração revelou-se um processo pouco intuitivo. Ou seja, os

layouts gerados pelo Robot são limitados em termos das possíveis preferências que o utilizador pode

pretender.

Figura 6.12 - Desenho de pormenorização do vão interior da viga V1 (informação gráfica).


82

Figura 6.13 - Pormenor 3D da armadura do pilar P9.

Refira-se, no entanto, que no caso modelado, os layouts e as opções aplicadas, preencheram

quase na totalidade os requisitos pretendidos inicialmente. Contudo, de forma a procurar alternativas

a este processo, foi encontrado outro meio de definir os desenhos de pormenorização, de uma forma

mais interativa e versátil para o utilizador. Isto é, no sentido de lhe facultar um maior controlo nas

opções tomadas em relação à pormenorização das peças.

6.3. Transferência entre o Robot e o ASD

Foram testadas dois modos de preparação dos desenhos dos elementos calculados e da

obtenção da informação associada. A primeira opção, descrita no capítulo anterior, consiste em criar

os desenhos e formatá-los no próprio Robot. A outra forma, consiste em proceder à exportação dos

desenhos obtidos no Robot para o software ASD e, efetuar as alterações e as formatações

consideradas necessárias. Este segundo modo revelou-se mais versátil na medida em que permite

um maior detalhe na configuração do layout dos desenhos, facilitado pelas inúmeras ferramentas que

o software proporciona, dirigidas a esta tarefa. Adicionalmente, justifica-se a inclusão deste último

passo com o objetivo de completar o fluxo de dados entre as três aplicações, ilustrando melhor o

processo BIM no projeto de estruturas. Assim, após a determinação da área das armaduras,

transversal e longitudinal, a adotar nos três tipos de peça, pilar (P9), sapata (S9) e viga (V1), esta

informação foi exportada para o ASD, de forma a proceder-se às alterações julgadas necessárias,

com o objetivo de melhorar a apresentação dos resultados.

Nas versões recentes destes softwares, a transferência de informação entre ambos pode ser

realizada de dois modos:

A primeira opção corresponde à exportação automática dos desenhos a partir do Robot

para o ASD. Para tal, é necessário configurar o Robot em relação ao output dos desenhos,

isto é, selecionar onde se pretendem apresentar os desenhos de pormenorização das

peças calculadas. Este processo é realizado através do menu Tools (ferramentas) >


83

Preferences (preferências) > Printout Parameters (Parâmetros de impressão), como se

ilustra na Figura 6.14. Após a configuração da localização dos desenhos, estes podem

facilmente ser obtidos através da seleção da opção Drawings na barra Results, no layout

dirigido ao dimensionamento e pormenorização das peças de betão;

O segundo modo consiste em realizar uma primeira versão dos desenhos no Robot,

guardar essa versão e, de seguida, no ASD, importar manualmente esses desenhos no

menu ASD – Reinforcement > Tools > Insert drawing from Robot (inserir desenho do

Robot), como se pode observar na Figura 6.15. Desta forma é possível importar todos os

desenhos ou apenas aqueles que se pretendem, ao contrário do modo anterior, no qual no

máximo podem ser importados grupos de elementos.

No presente trabalho optou-se pela segunda opção, de forma a ter-se uma primeira ideia do

layout final da pormenorização, ainda no Robot, e por outro lado, como referido, tem-se a

possibilidade de importar todos os desenhos de uma única vez no ASD, o que num projeto de

elevada dimensão pode permitir economizar tempo. Adicionalmente, há a possibilidade de

individualizar o trabalho do engenheiro projetista em relação ao efetuado pelo desenhador, mantendo

assim cada profissional afeto à realização das suas tarefas de um modo independente e, por

conseguinte, contribuir para uma melhor organização e eficiência dos trabalhos. Nesta fase do

processo, o fluxo de informação, utilizado e demonstrado, revela importantes aspetos da metodologia

BIM, em termos de organização, colaboração e agregação de informação de projeto.

Figura 6.14 - Configuração da localização dos desenhos de pormenorização.


84

Figura 6.15 – Importação manual dos desenhos de pormenorização de Robot para ASD.

Com base nos testes realizados, verificou-se que a inclusão do ASD no fluxo de dados entre

sistemas, contribuí, de um modo geral, para uma melhoria no que respeita à informação visual

pretendida, pois este software admite uma maior facilidade na alteração e na preparação dos

desenhos gerados, do que a permitida no Robot. Assim, é possível melhorar e tornar mais percetível

a apresentação da informação, associada ao cálculo estrutural. Pode considerar-se uma boa opção, a

utilização do ASD como uma ferramenta complementar ao dimensionamento e à pormenorização das

peças de betão armado obtidas no Robot.

No item anterior, efetuou-se a pormenorização relativa aos elementos P9 e V1. Procurou-se

efetuar o mesmo procedimento em relação à sapata S9. O desenho, criado no ASD, para esta peça

pode ser encontrado no anexo G, podendo visualizar-se na Figura 6.16 um pormenor dessa

informação. Verificou-se que a utilização do ASD promove uma apresentação mais organizada e clara

do desenho (informação gráfica). Conclui-se assim, que o Robot não possui a clareza necessária na

apresentação de determinadas peças (como as fundações) e, consequentemente, o seu

aperfeiçoamento em ASD foi necessário.


85

Figura 6.16 - Pormenor do desenho da Sapata S9.

Através da análise comparativa entre os resultados dos desenhos obtidos no Robot e no ASD,

conclui-se que não é evidente eleger a opção mais célere e eficaz, para a elaboração dos desenhos

de pormenorização das peças de betão armado. A opção pela realização dos desenhos de

determinada peça, num ou noutro software, dependerá sempre do objetivo final pretendido para o seu

layout. Como o fator tempo é uma variável importante a considerar num projeto, utilizar os desenhos

realizados no Robot, pode revelar-se decisivo. No presente caso, o Robot satisfez quase na íntegra

as necessidades de execução, do que se pode considerar um desenho suficientemente aceitável, ou

seja, claro e completo, que conduza a uma execução em obra eficiente e sem incongruências. No

entanto, como consequência da experiência adquirida neste trabalho, pode concluir-se que a melhor

metodologia é, efetivamente, criar os desenhos no Robot e, posteriormente, proceder às alterações

necessárias no ASD (como exemplificado para a peça S9).

Como conclusão, importa referir que vários são os aspetos que podem influenciar a escolha

do software para a realização dos desenhos de pormenorização. No entanto, com base na

padronização da própria indústria, percebe-se facilmente, que o ASD será a opção mais válida, pois,

apresenta uma maior flexibilidade, principalmente, pela maior quantidade de opções de formatação

disponíveis quando comparado com o Robot. A seleção do procedimento a aplicar depende,

naturalmente, do utilizador e da própria empresa, de acordo com os requisitos e tipo de licença que

possui. Um utilizador pode considerar aceitável o nível de detalhe e tipo de apresentação concebida

pelo Robot, e um outro pode requerer uma gama mais alargada de opções no traçado dos desenhos

de pormenorização, de acordo com as exigências do projeto. Adicionalmente, deve analisar-se a

dimensão do projeto e o tipo de peças a representar. Por exemplo, no presente caso, em relação às

sapatas, é fácil verificar que o Robot não permite a apresentação de desenhos com o detalhe e a

clareza que, particularmente, foi conseguida através do seu aperfeiçoamento realizado no ASD. Após

algum tempo de utilização do software ASD é notório o grau de personalização que os desenhos

adquirem por parte do utilizador em comparação com o Robot. Nota-se, claramente, que este é mais

vocacionado para a construção dos desenhos (informação gráfica) enquanto o Robot evidencia-se,

essencialmente, na componente analítica e de cálculo (informação numérica).


86

7. Conclusões e desenvolvimentos futuros

87


7.1. Conclusões

O foco do presente trabalho consistiu, essencialmente, na comparação dos processos

tradicional de execução do projeto de estruturas e o relacionado com a metodologia BIM. O processo

tradicional do dimensionamento estrutural foi conduzido sem qualquer tipo de transferência

automática de modelos, entre softwares, e com a produção de informação não automatizada. Isto é,

um modo semelhante aquele utilizado, nos últimos anos, em algumas das empresas do setor. Na

metodologia BIM, foram considerados dois processos de transferência de informação com o recurso a

diferentes softwares, na execução das tarefas inerentes à mesma fase do projeto. Foram, assim,

analisadas três abordagens distintas de execução do projeto de estruturas. Como conclusão, foi

possível aferir as vantagens e limitações da utilização da metodologia BIM em relação ao processo

tradicional. Adicionalmente, com a caracterização de dois tipos de fluxo de informação, pelo recurso à

utilização de diferentes plataformas e ferramentas BIM, verificou-se a existência de lacunas e, por

conseguinte, há ainda um longo caminho a percorrer no sentido de se obter uma interoperabilidade

eficiente entre os softwares que existem atualmente no mercado. O estudo considera a comparação

entre as três metodologias analisadas, identificando os respetivos pontos fortes e limitações:

Tradicional (sem transferência de fluxo de dados);

BIM com fluxo de dados entre o Revit e o SAP2000;

BIM com fluxo de dados entre o Revit, o Robot e o ASD.

No caso prático testado, foram verificadas diferenças substanciais de qualidade e eficiência

na utilização da metodologia BIM em relação ao processo tradicional (capítulo 4), na execução do

projeto de estruturas. Este apresenta claras deficiências e desvantagens passíveis de identificar nos

testes realizados, principalmente, em relação ao segundo fluxo de dados, ou seja, entre o Revit, o

Robot e o ASD:

Coordenação semi-manual dos modelos de estruturas e de arquitetura;

Coordenação manual das alterações efetuadas no modelo;

Construção manual dos desenhos de pormenorização das peças de betão armado;

Obtenção manual dos mapas de quantidades e consequente orçamentação.

Em relação às metodologias descritas nos capítulos 5 e 6, observaram-se diferenças

significativas na concretização dos objetivos propostos, sob o ponto de vista BIM. A interligação

unidirecional entre o Revit e o SAP2000 revelou algumas deficiências que condicionam a eficiência e

a qualidade global do projeto, nomeadamente, em relação ao sentido unidirecional de transferência

da informação e à própria eficácia da transposição dessa informação. Pelo contrário, a interligação

realizada com o Robot suporta o fluxo bidirecional e a atualização da informação do modelo. A

transposição dos objetos do modelo de estruturas Revit para o Robot é efetuado com um elevado


88

grau de eficácia, não revelando problemas condicionantes importantes. Esta diferença da qualidade

de interoperabilidade entre os softwares é justificada sobretudo pelo facto de, tanto o Revit como o

Robot, ao invés do SAP2000, são desenvolvidos pelo mesmo fabricante, a Autodesk. Adicionalmente,

foi utilizado um outro software da Autodesk, o ASD, no melhoramento dos desenhos de

pormenorização das peças analisadas, obtidos no Robot. Dos resultados do trabalho efetuado, pode

concluir-se que o fluxo de informação BIM mais aconselhado consiste em aproveitar as valências dos

softwares analisados. Assim, propõe-se:

Modelação dos elementos estruturais e a configuração do modelo analítico no Revit;

Definição de ações, cálculo e análise de esforços, e dimensionamento dos elementos

estruturais no Robot;

Por último, a pormenorização dos desenhos e a geração dos mapas de quantidades de

armadura efetuadas no ASD.

Este modo de transferência no processo de análise estrutural de base BIM é o que pode se

considerado mais adequado às características do edifício do caso de estudo (dimensão, solução

estrutural, localização, etc.). No entanto, ressalve-se que durante a descrição do trabalho elaborado,

houve a intenção de extrapolar os resultados determinados para edifícios de maior dimensão.

Apesar de se poder concluir que a seleção do software SAP2000 foi muito limitativa, essa

escolha foi realizada com o prepósito de ilustrar e testar um fluxo de dados deficiente e com visíveis

lacunas. Fica, assim, identificada e demostrada a ocorrência de dificuldades e problemas na

implementação da metodologia BIM, em certos casos, na indústria AEC. Pois, é importante gerir o

nível de espectativas criadas à partida, afastando a ideia de um processo sem falhas e

completamente fiável e, assim, diminuir a quantidade de desistências nos estágios iniciais da adoção

da metodologia BIM.

Pode concluir-se que uma das grandes contribuições da metodologia BIM reside na

automatização de tarefas que ao serem realizadas, no processo tradicional, de forma manual

aumenta de forma considerável a quantidade de erros e inconsistências de projeto. Como

consequência, imediata e direta, tem-se a diminuição da variável tempo associada à fase de projeto e

o aumento da qualidade do mesmo e, consequentemente, a diminuição do custo total do

empreendimento tornando o sector mais competitivo e transparente. Esta é uma conclusão

importante na medida em que a metodologia BIM além de contribuir para melhorar a eficácia da

indústria AEC, proporciona uma melhoraria na sua eficiência.

No presente estudo foram analisadas duas opções de dimensionamento da estrutura,

considerando o EC8 ou não, isto é, sem a contabilização da ação sísmica. Apesar do regulamento

possibilitar a dispensa de um dimensionamento baseado em disposições antissísmicas para edifícios

sujeitos a ações sísmicas da dimensão do presente caso, tal não foi considerado. Esta opção

justifica-se, essencialmente, pelo facto da ferramenta responsável pelo dimensionamento das peças

de betão no Robot contemplar esta regulamentação na definição dos seus parâmetros. Assim


89

procurou-se dotar o modelo de uma configuração suscetível de possibilitar a comparação entre o

processo tradicional e o processo BIM. No entanto, o dimensionamento antissísmico preconizado pelo

EC8 não é equivalente aquele efetuado no Robot. Este pode ser tomado como um exemplo das

consequências da utilização imprudente das ferramentas BIM, ou seja, estas requerem elevado rigor

e precaução no sentido de serem obtidos resultados realistas e que não afetem a validação do

modelo BIM.

7.2. Desenvolvimentos futuros

O presente trabalho, apesar de responder a determinadas questões em relação à

aplicabilidade atual do conceito BIM na fase de conceção do projeto de estruturas, abre espaço a

novos desenvolvimentos possíveis de serem efetuados sobre este tópico. Estes desenvolvimentos

servirão sobretudo para dar seguimento ao trabalho aqui desenvolvido de forma a aproximar o debate

à volta do conceito e da metodologia BIM, o mais possível da realidade vivida junto das empresas e

profissionais do setor AEC.

No exemplo de estudo foram utilizadas, no estabelecimento do fluxo de dados entre os

modelos, aplicações desenvolvidas pelos fabricantes de software das respetivas ferramentas e

plataformas utilizadas. No entanto, e idealmente, a interoperabilidade deverá evoluir no sentido de

desenvolver um meio de comunicação universal e transversal a todas as plataformas requeridas num

ambiente BIM. Ou seja, os softwares utilizados na indústria AEC devem adaptar-se à linguagem de

comunicação universal, isto é, ao formato IFC, e não o que tem sido prática corrente, onde cada

criador desenvolve uma forma de comunicação específica para cada plataforma ou ferramenta. Desta

forma, e aproveitando os desenvolvimentos verificados nos últimos anos no que respeita à

comunicação através do formato universal IFC, seria interessante efetuar um estudo semelhante ao

realizado mas baseado em softwares de diferentes criadores. Pois, a situação mais normal na

presente indústria, será caracterizada pelos diversos intervenientes e especialidades utilizarem

produtos desenvolvidos por diferentes fabricantes.

Por outro lado, foi testada a colaboração entre duas especialidades apenas, a arquitetura e a

estrutural. No entanto, na maior parte dos casos, há, num projeto, o envolvimento de um elevado

número de especialidades inerentes ao edifício ou à construção. Por conseguinte, seria interessante

associar mais especialidades num futuro trabalho, conferindo assim um maior grau de fidelidade ao

estudo, e indo assim de encontro ao que os profissionais do setor AEC pretendem alcançar.

Adicionalmente, seria possível estudar a colaboração e a interoperabilidade entre várias

especialidades, importantes e determinantes características do conceito BIM, e perceber os

problemas que podem resultar da congregação do trabalho de várias equipas, bem como, do

estabelecimento e gestão das respetivas hierarquias.


90

8. Referências

91

8. Referências

8.1. Referências bibliográficas

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8. Referências

92

[13] AZHAR, S., KHALFAN, M., MAQSOOD, T. (2012). Building information modeling (BIM):

now and beyond. Australasian Journal of Construction Economics and Building, 12, 15-28.

[14] STINE, J. (2011). Design Integration Using Autodesk Revit® 2012. Mission, USA: Schroff

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[15] Cooperative Research Center Construction Innovation (2007). Adopting BIM for Facilities

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[16] McGraw Hill Construction (2010). Business Value of BIM in Europe. Bedford, EUA: Autor.

[17] National Building Specification - National BIM Library (2013). National BIM Report 2013.

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[18] SAXON, R. (2013). Growth Through BIM. Londres, Reino Unido: Contruction Industry

Council.

[19] DAVIS, P., BUSA, C., TAURER, M., STAFFORD, S., MCDONNELL, A. (2012).

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[25] MARCHÃO, C., APPLETON, J. (2012). Módulo 2 – Lajes de Betão Armado – Estruturas

de Betão II, Folhas de Apoio às Aulas. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[26] APPLETON, J. (2007). Curso de Dimensionamento de Estruturas de Betão de acordo

com os Eurocódigos. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[28] Grupo de Betão Arnado e Pré-Esforçado – IST (2020). Estados Limites de Deformação -

Cálculo de Flechas - Método dos Coeficientes Globais. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[29] APPLETON, J. (1988). Concepção e Projecto de Estruturas de Edifícios, Estruturas de

Edifícios, Volume I. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[30] MARCHÃO, C., APPLETON, J. (2012). Módulo 2 – Verificação da Segurança aos

Estados Limites Últimos de Elementos com Esforço Axial Desprezável – Estruturas de Betão I, Folhas

de Apoios às Aulas. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[31] MARCHÃO, C., APPLETON, J. (2012). Módulo 3 – Fundações de Edífícios – Estruturas

de Betão II, Folhas de Apoios às Aulas. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[33] ROMÃOZINHO, M. (2008). Dimensionamento para a acção do EC8 – Análise das

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[34] CASTRO, L. (2007). Elementos Finitos para a Análise Elástica de Lajes. Lisboa:

Departamento de Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico.

8. Referências

93

[35] SANTOS, P. (2010). Projecto de Estruturas de um Edifício Dimensionado de Acordo com

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[36] CSI Educational Services. (1995). Optimized Modeling and Design of Structures using

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[37] CARVALHO, N. (2008). Metodologias de Análise de Lajes Fungiformes – Aplicação no

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[38] HENNRICHS, C. (2003). Estudos Sobre a Modelagem de Lajes Planas de Concreto

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Florianópolis, Brasil.

[39] MARCHÃO, C., APPLETON, J. (2012). Módulo 3 - Verificação da Segurança aos Estados

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Betão I, Folhas de Apoios às Aulas. Lisboa: Instituto Superior Técnico.

[41] Computers and Structures, Inc. (2011). CSIXRevit - SAP2000®, ETABS® and Revit®

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[42] Autodesk (2010). Integrating Revit Structure and Robot Structural Analysis Professional.

California, USA: Autor.

[43] Autodesk (2012). Integrating Revit Structure and Robot Structural Analysis Professional.


[44] Autodesk (2010) Autodesk Robot Structural Analysis - Metric Getting Started Guide.


8.2. Regulamentos consultados

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[21] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (2002). Eurocode 1: Actions on

structures - Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings. Brussels:

Autor.

[22] LNEC (2009). Norma Portuguesa. Eurocódigo 1 - Acções em estruturas. Parte 1-1:

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Português da Qualidade.

[23] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (2003). Eurocode 1: Actions on

structures - Part 1-3: General actions – Snow loads. Brussels: Autor.

8. Referências

94

[24] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (2002). Eurocode 0: Basis of

structural design. Brussels: Autor.

[27] LNEC (2010). Norma Portuguesa, Eurocódigo 2 – Projecto de estruturas de betão, Parte

1-1: Regras gerais para edifícios. Caparica: Instituto Português da Qualidade.

[32] EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (2004). Eurocode 8: Design of

structures for earthquake resistance - Part 1-1: General rules, seismic actions and rules for buildings.

Brussels: Autor.

[33] LNEC (2007). Anexo Nacional NA da Norma Portuguesa. Eurocódigo 8 - Projecto de

estruturas para resistência aos sismos. Parte 1: Regras gerais, acções sísmicas e regras para

edifícios. Lisboa: Comissão Técnica Portuguesa de Normalização.

[40] GOMES, A., VINAGRE, J. (1997). Betão armado e pré-esforçado I, Tabelas de cálculo.

Lisboa: AEIST.

8.3. Sites consultados

[W1] AECbytes - http://www.aecbytes.com/ (consultado em Maio de 2013)

[W2] Fórum BIM Portugal - http://www.bimforum.com.pt/ (consultado em Junho de 2013)

[W3] National BIM Standards (NBIMS) - http://www.nationalbimstandard.org/ (consultado em

Agosto de 2013)

[W4] BuildingSMART - http://www.buildingsmart.org/ (consultado em Janeiro de 2014)

[W5] Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Civil, Péru -

http://www.iific.edu.pe/files/docsinteres/ (consultado em Novembro de 2013)

[W6] The American Institute of Architects (AIA) - http://www.aia.org/contractdocs/ (consultado

em Outubro de 2013)

[W7] Engineering News-Record (ENR) http://enr.construction.com (consultado em Novembro

de 2013)

[W8] MaxiCad - http://maxicad.com.br/blog/templates-e-familias-para-revit/ (consultado em

Janeiro de 2014)

[W9] CSI Portugal - http://www.csiportugal.com/ (consultado em Outubro de 2013)

[W10] CSI América - https://wiki.csiamerica.com/ (consultado em Outubro de 2013)

[W11] ConstruAprende - http://www.construaprende.com/foros/personalizacion-sap-2000-

vt2128.html (consultado em Agosto de 2013)

http://www.aecbytes.com/

http://www.bimforum.com.pt/

http://www.nationalbimstandard.org/

http://www.buildingsmart.org/

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http://www.aia.org/contractdocs/

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http://maxicad.com.br/blog/templates-e-familias-para-revit/

http://www.csiportugal.com/

https://wiki.csiamerica.com/

http://www.construaprende.com/foros/personalizacion-sap-2000-vt2128.html

http://www.construaprende.com/foros/personalizacion-sap-2000-vt2128.html

8. Referências

95

[W12] http://br.groups.yahoo.com/group/comunidadeTQS/message/27197 (consultado em

Agosto de 2013)

[W13] Autodesk Revit Structure Blog - http://revitstructureblog.wordpress.com (consultado em

Dezembro de 2013)

[W14] http://www.youtube.com/watch?v=4SXLJB8xKF0&feature=youtu.be (consultado em

Dezembro de 2013)

[W15] Revit&Robot Inside Blog - http://inside-revitrobot.blogspot.pt/2012/11/ligacao-entre-o-

revit-e-o-robot.html (consultado em Agosto de 2013)

[W16] Revit em Portugal Blog - http://revit-pt.blogspot.pt/p/revit-2013-novas-versoes.html

(consultado em Outubro de 2013)

[W17] http://www.youtube.com/watch?v=lCnNof7XVBo (consultado em Novembro de 2013)

[W18] http://www.youtube.com/watch?v=HUiMFtmGMPw (consultado em Novembro de 2013)

[W19] Fóruns Autodesk - http://forums.autodesk.com/t5/Autodesk-Robot-Structural/EC8-4-3-1-

7-Reduced-moment-of-Inertia/m-p/3245268#M1587 (consultado em Agosto de 2013)

http://br.groups.yahoo.com/group/comunidadeTQS/message/27197

http://revitstructureblog.wordpress.com/

http://www.youtube.com/watch?v=4SXLJB8xKF0&feature=youtu.be

http://inside-revitrobot.blogspot.pt/2012/11/ligacao-entre-o-revit-e-o-robot.html

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http://revit-pt.blogspot.pt/p/revit-2013-novas-versoes.html

http://www.youtube.com/watch?v=lCnNof7XVBo

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http://forums.autodesk.com/t5/Autodesk-Robot-Structural/EC8-4-3-1-7-Reduced-moment-of-Inertia/m-p/3245268#M1587

http://forums.autodesk.com/t5/Autodesk-Robot-Structural/EC8-4-3-1-7-Reduced-moment-of-Inertia/m-p/3245268#M1587

8. Referências

96

I

Anexos

III

Anexo A - Desenhos utilizados na construção do modelo Revit de arquitetura

VII

Anexo B – Desenhos do modelo Revit de arquitetura

UP

1 2 6 8 12

A

C

G

J

K

C1

C20.8

03.0

01.4

51.5

05.2

51.5

0

12.00

5.8

01.3

03.5

01.5

01.4

0

13.5

0

1.30 1.50 1.70 1.50 0.70 0.30 1.60 1.50 1.90

0.30 3.85 0.30 2.40 0.30 4.55 0.30

0.3

03.6

00.3

07.5

00.3

0

Desenho:

Fase:

Autor:

Cliente:

Anexo:

Escala

Data:

Morada:

1 : 100

Planta de Arquitetura do Piso 0 Anexo B.1

Projeto de Arquitetura

Instituto Superior Técnico Av. Rovisco Pais, nº1

Abril de 2014Vitalino Azevedo

PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT PRODUCTP

RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K S

TU

DE

NT

PR

OD

UC

TPRODUCE

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ST

UD

EN

T P

RO

DU

CT

DN

1 2 6 8 12

A

C

G

J

K

C1

C2

1.5

05.2

51.5

02.3

51.5

01.4

0

13.5

0

1.30 1.50 1.60 1.40 0.90 0.30 1.60 1.50 1.90

12.00

1.7

31.5

02.7

61.3

00.6

31.3

01.3

11.5

01.4

7

5.35 1.50 5.15

0.1

51.3

30.3

03.6

50.1

53.7

50.1

53.7

00.3

0

0.30 4.40 0.15 2.50 0.15 4.20 0.30

Desenho:

Fase:

Autor:

Cliente:

Anexo:

Escala

Data:

Morada:

1 : 100

Planta de Arquitetura do piso 1 Anexo B.2





RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K S

TU

DE

NT

PR

OD

UC

TPRODUCE

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ST

UD

EN

T P

RO

DU

CT

Piso 0

0.00

Piso 1

3.00

Piso 2

6.00

Piso 3

8.80

C2

0.7

00.6

51.4

50.7

01.2

00.9

0

0.2

02.8

00.2

02.8

00.2

0

0.7

00.6

51.4

50.7

01.2

00.9

0

Piso 0

0.00

Piso 1

3.00

Piso 2

6.00

Piso 3

8.80

C1

0.7

21.2

20.8

80.7

01.2

00.9

0

0.2

02.8

00.2

02.1

00.7

00.2

0

1.0

0

0.7

00.8

51.2

5

Desenho:

Fase:

Autor:

Cliente:

Anexo:

Escala

Data:

Morada:

1 : 100

Cortes C1 e C2 Anexo B.3




1 : 100

Corte C11

1 : 100

C22


RO

DU

CE

D B

Y A

N A

UT

OD

ES

K S

TU

DE

NT

PR

OD

UC

TPRODUCE

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ST

UD

EN

T P

RO

DU

CT

XIII

Anexo C – Informação de dimensionamento (informação numérica)

da viga V1

XV

1 Nível:

Nome : Level 1

Nível de referência : ---

Fissuração máxima : 0,30 (mm)

Ambiente : XC4

Coeficiente de fluência do betão : = Nenhum resultado

classe de cimento : N

Idade do concreto (momento actuante) : 28 (dias)

Idade do betăo : 50 (anos)

Structure class : S4

Classe de resistęncia ao fogo : sem requisitos

2 Viga: Beam96...98 Quantidade: 1

2.1 Propiedades dos materiais:

Betão : C30/37 fck = 30,00 (MPa) Rectangular stress distribution [3.1.7(3)] Densidade : 2501,36 (kG/m3) Tamanho do agregado : 20,0 (mm)

Armaduras longitudinais: : B500C fyk = 500,00 (MPa) Horizontal branch of the stress-strain diagram Classe de ductilidade : A

Armaduras transversais: : B500C fyk = 500,00 (MPa)

2.2 Geometria:

2.2.1 Tramo Posição APE L APD (m) (m) (m) P1 Tramo 0,20 3,65 0,20 Longitude de cálculo: Lo = 3,85 (m)

Secção de 0,00 até 3,65 (m) 20,0 x 40,0 (cm) Sem laje esquerda Sem laje direita 2.2.2 Tramo Posição APE L APD (m) (m) (m) P2 Tramo 0,20 3,70 0,30 Longitude de cálculo: Lo = 3,95 (m)

Secção de 0,00 até 3,70 (m) 20,0 x 40,0 (cm) Sem laje esquerda Sem laje direita 2.2.3 Tramo Posição APE L APD (m) (m) (m) P3 Tramo 0,30 5,15 0,20 Longitude de cálculo: Lo = 5,40 (m)

Secção de 0,00 até 5,15 (m) 20,0 x 40,0 (cm) Sem laje esquerda Sem laje direita

2.3 Opções de cálculo: Regulamento da combinação : EN 1990:2002

Cálculos de acordo com a norma : EN 1992-1-1:2004 AC:2008

Disposiçőes sísmicas : sem disposiçőes

Viga pré-fabricada : não

Recobrimento da armadura : inferior c = 3,0 (cm) : lateral c1= 3,0 (cm) : superior c2= 3,0 (cm)

Variantes do recobrimento : Cdev = 1,0(cm), Cdur = 0,0(cm)

Coeficiente 2 =0.50 : Carga de larga duração ou repetitiva

Método de cálculo do cisalhamento : bielas inclinadas

2.4 Resultados dos cálculos:

XVI

2.4.1 Solicitações em ELU

Tramo Mt max Mt min Me Md Qe Qd (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN) (kN) P1 29,37 -0,00 6,18 -29,80 37,32 -61,57 P2 9,87 -10,17 -29,51 -51,97 46,16 -58,03 P3 49,61 -0,00 -58,55 -8,59 76,60 -50,14

2.5 Resultados teóricos - detalhados: 2.5.1 P1 : Tramo de 0,20 até 3,85 (m) ELU ELS Abcissa M max M min M max M min A inf. A sup. (m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (cm2) (cm2) 0,20 6,18 -3,59 0,00 0,00 0,38 0,22 0,49 13,34 -2,04 0,00 0,00 0,90 0,14 0,87 22,07 -0,00 0,00 0,00 1,53 0,00 1,26 27,42 -0,00 0,00 0,00 1,91 0,00 1,64 29,37 -0,00 0,00 0,00 2,05 0,00 2,03 29,32 -0,00 0,00 0,00 2,05 0,00 2,41 26,35 -0,00 0,00 0,00 1,84 0,00 2,80 19,39 -0,00 0,00 0,00 1,34 0,00 3,18 8,74 -5,29 0,00 0,00 0,55 0,33 3,57 1,49 -22,37 0,00 0,00 0,10 1,54 3,85 0,00 -29,80 0,00 0,00 0,00 2,09 ELU ELS Abcissa V max V max afp (m) (kN) (kN) (mm) 0,20 37,32 0,00 0,0 0,49 33,76 0,00 0,0 0,87 22,83 0,00 0,0 1,26 11,94 0,00 0,0 1,64 0,80 0,00 0,0 2,03 -10,76 0,00 0,0 2,41 -15,57 0,00 0,0 2,80 -27,93 0,00 0,0 3,18 -40,86 0,00 0,0 3,57 -58,00 0,00 0,0 3,85 -61,57 0,00 0,0 2.5.2 P2 : Tramo de 4,05 até 7,75 (m) ELU ELS Abcissa M max M min M max M min A inf. A sup. (m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (cm2) (cm2) 4,05 0,00 -29,51 0,00 0,00 0,00 2,06 4,35 0,00 -23,53 0,00 0,00 0,00 1,63 4,74 2,47 -8,31 0,00 0,00 0,16 0,55 5,14 7,59 -1,14 0,00 0,00 0,51 0,08 5,53 9,87 -0,00 0,00 0,00 0,67 0,00 5,93 9,47 -0,00 0,00 0,00 0,65 0,00 6,32 6,51 -1,79 0,00 0,00 0,43 0,12 6,72 1,90 -10,17 0,00 0,00 0,13 0,68 7,11 0,00 -26,46 0,00 0,00 0,00 1,84 7,51 0,00 -47,20 0,00 0,00 0,00 3,38 7,75 0,00 -51,97 0,00 0,00 0,00 3,74 ELU ELS Abcissa V max V max afp (m) (kN) (kN) (mm) 4,05 46,16 0,00 0,0 4,35 42,47 0,00 0,0 4,74 26,50 0,00 0,0 5,14 12,24 0,00 0,0 5,53 7,30 0,00 0,0 5,93 -6,49 0,00 0,0 6,32 -20,34 0,00 0,0 6,72 -25,28 0,00 0,0 7,11 -39,75 0,00 0,0 7,51 -54,96 0,00 0,0 7,75 -58,03 0,00 0,0

XVII

2.5.3 P3 : Tramo de 8,05 até 13,20 (m) ELU ELS Abcissa M max M min M max M min A inf. A sup. (m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (cm2) (cm2) 8,05 0,00 -58,55 0,00 0,00 0,00 4,25 8,44 0,79 -40,94 0,00 0,00 0,05 2,90 8,98 9,43 -8,53 0,00 0,00 0,57 0,51 9,52 29,74 -0,00 0,00 0,00 2,08 0,00 10,06 42,61 -0,00 0,00 0,00 3,03 0,00 10,60 48,63 -0,00 0,00 0,00 3,48 0,00 11,14 49,61 -0,00 0,00 0,00 3,56 0,00 11,68 46,07 -0,00 0,00 0,00 3,29 0,00 12,22 36,48 -0,00 0,00 0,00 2,57 0,00 12,76 20,31 -3,16 0,00 0,00 1,38 0,21 13,20 7,21 -8,59 0,00 0,00 0,43 0,52 ELU ELS Abcissa V max V max afp (m) (kN) (kN) (mm) 8,05 76,60 0,00 0,0 8,44 63,99 0,00 0,0 8,98 48,53 0,00 0,0 9,52 34,37 0,00 0,0 10,06 21,30 0,00 0,0 10,60 8,87 0,00 0,0 11,14 -3,21 0,00 0,0 11,68 -15,21 0,00 0,0 12,22 -27,24 0,00 0,0 12,76 -39,23 0,00 0,0 13,20 -50,14 0,00 0,0

2.6 Armadura:

2.6.1 P1 : Tramo de 0,20 até 3,85 (m)

Armaduras longitudinais:

Armaduras inferiores (B500C)

2 16 l = 3,80 de 3,84 até 0,04 Armadura transversal:

principais (B500C)

estribos 31 8 l = 1,06 e = 1*0,00 + 6*0,08 + 18*0,15 + 6*0,08 (m)

alfinetes 31 8 l = 1,06 e = 1*0,00 + 6*0,08 + 18*0,15 + 6*0,08 (m)

2.6.2 P2 : Tramo de 4,05 até 7,75 (m) Armaduras longitudinais:


2 16 l = 3,70 de 7,74 até 4,04

apoio (B500C)


principais (B500C)

estribos 32 8 l = 1,06 e = 1*0,00 + 6*0,08 + 19*0,14 + 6*0,08 (m)

alfinetes 32 8 l = 1,06 e = 1*0,00 + 6*0,08 + 19*0,14 + 6*0,08 (m)

2.6.3 P3 : Tramo de 8,05 até 13,20 (m) Armaduras longitudinais:


2 16 l = 5,30 de 13,35 até 8,04

1 16 l = 2,76 de 12,20 até 9,44

apoio (B500C)

2 16 l = 2,08 de 11,50 até 11,24


principais (B500C)

estribos 42 8 l = 1,06

XVIII

e = 1*0,00 + 6*0,08 + 28*0,15 + 6*0,08 + 1*0,09 (m)

alfinetes 42 8 l = 1,06 e = 1*0,00 + 6*0,08 + 28*0,15 + 6*0,08 + 1*0,09 (m)

3 Quantitativo de material:

Volume de concreto = 1,07 (m3)

Superfície de cofragem = 13,38 (m2)

Aço B500C

Peso total = 138,19 (kG)

Densidade = 128,91 (kG/m3)

Diâmetro médio = 10,8 (mm)

Lista por diâmetros:

Diâmetro ComprimentoPeso Quantidade Peso total (mm) (m) (kG) (peças) (kG) 8 1,06 0,42 105 44,02 16 2,08 3,29 2 6,58 16 2,76 4,36 1 4,36 16 3,10 4,89 1 4,89 16 3,70 5,84 2 11,68 16 3,80 6,01 2 12,01 16 5,30 8,37 2 16,75 16 12,00 18,95 2 37,89

XIX

Anexo D – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica) da

viga V1

V1

P1

V2

20

36

52

0

6x8

18x1

5

6x8

-160.0

AB

1Ø

16

l=380

A-A

40

20

116

Øl=

380

28

Øl=

106

1Ø

16l=

380

00B

500C

38

02

Pos

ição

Arm

ação

Cód

igo

For

ma

Aço

Qua

ntid

ade

2Ø

8l=

106

31B

500C

8

14

34

31

B-B

402

0

116

Øl=

380

28

Øl=

106

Auto

r: V

italin

o A

zeve

do

Clie

nte

: In

stit

uto

Superior

Técnic

oM

ora

da: A

v. R

ovi

sco P

ais

, nº1

Data

: A

bril d

e 2

014

Betã

o: C

30/3

7 =

0.3

16 m

3A

ço B

500C

= 2

5 k

gC

lasse d

e e

xposiç

ão: X

C4

Diâ

metr

o m

ax.

do a

gre

gado: 20m

mC

lasse d

e e

str

utu

ra : S

4

An

exo

D -

Po

rmen

ori

zação

Vig

a V

1B

eam

96...

98 :

P1

Seção

20x40

Cofr

agem

= 3

.97 m

2R

ecobrim

ento

inf.

: 4 c

mR

ecobrim

ento

sup.: 4

cm

Recobrim

ento

late

ral:

4 c

m

Densid

ade A

ço =

79.1

1 k

g/ m

3E

scala

do a

lçado: 1/5

0

Escala

da s

ecção: 1/1

0Pá

gina

1/3

V2

P2

V3

20

37

03

0

6x8

19x1

4

6x8

CD

3Ø

16

l=370

4Ø

16

l=1200

C-C

40

20

28

Øl=

106

316

Øl=

370

416

Øl=

1200

2Ø

8l=

106

31B

500C

8

14

34

32

Pos

ição

Arm

ação

Cód

igo

For

ma

Aço

Qua

ntid

ade

3Ø

16l=

370

00B

500C

37

02

4Ø

16l=

1200

11B

500C

26

11

78

2

D-D

402

0

28

Øl=

106

316

Øl=

370

416

Øl=

1200

Auto

r: V

italin

o A

zeve

do

Clie

nte

: In

stit

uto

Superior

Técnic

oM

ora

da: A

v. R

ovi

sco P

ais

, nº1

Data

: A

bril d

e 2

014

Betã

o: C

30/3

7 =

0.3

16 m

3A

ço B

500C

= 6

3 k

gC

lasse d

e e

xposiç

ão: X

C4

Diâ

metr

o m

ax.

do a

gre

gado: 20m

mC

lasse d

e e

str

utu

ra : S

4

An

exo

D -

Po

rmen

ori

zação

Vig

a V

1B

eam

96...

98 :

P2

Seção

20x40

Cofr

agem

= 3

.9 m

2R

ecobrim

ento

inf.

: 4 c

mR

ecobrim

ento

sup.: 4

cm

Recobrim

ento

late

ral:

4 c

m

Densid

ade A

ço =

199.4

kg/ m

3E

scala

do a

lçado: 1/5

0

Escala

da s

ecção: 1/1

0Pá

gina

2/3

V3

P3

V4

30

51

52

0

6x8

28x1

5

7x8

-1

139

0.0

161

345

EF

7Ø

16

l=276

5Ø

16

l=530

6Ø

16

l=208

8Ø

16

l=310

E-E

40

20

28

Øl=

106

516

Øl=

530

816

Øl=

310

2Ø

8l=

106

31B

500C

8

14

34

42

Pos

ição

Arm

ação

Cód

igo

For

ma

Aço

Qua

ntid

ade

5Ø

16l=

530

00B

500C

53

02

6Ø

16l=

208

11B

500C

186

26

2

7Ø

16l=

276

00B

500C

27

61

8Ø

16l=

310

00B

500C

31

01

F-F

402

0

28

Øl=

106

516

Øl=

530

716

Øl=

276

Auto

r: V

italin

o A

zeve

do

Clie

nte

: In

stit

uto

Superior

Técnic

oM

ora

da: A

v. R

ovi

sco P

ais

, nº1

Data

: A

bril d

e 2

014

Betã

o: C

30/3

7 =

0.4

4 m

3A

ço B

500C

= 5

0.2

kg

Cla

sse d

e e

xposiç

ão: X

C4

Diâ

metr

o m

ax.

do a

gre

gado: 20m

mC

lasse d

e e

str

utu

ra : S

4

An

exo

D -

Po

rmen

ori

zação

Vig

a V

1B

eam

96...

98 :

P3

Seção

20x40

Cofr

agem

= 5

.51 m

2R

ecobrim

ento

inf.

: 4 c

mR

ecobrim

ento

sup.: 4

cm

Recobrim

ento

late

ral:

4 c

m

Densid

ade A

ço =

114.1

kg/ m

3E

scala

do a

lçado: 1/5

0

Escala

da s

ecção: 1/1

0Pá

gina

3/3

XXV

Anexo E – Informação de dimensionamento (informação numérica)

do pilar P9

XXVII

1 Nível:

Nome : Level +3,00

Nível de referência : -1,50 (m)

Coeficiente de fluência do betão : p = 2,69

classe de cimento : N

Classe do meio-ambiente : XC4

Structure class : S4

2 Pilar: Column95 Quantidade: 1

2.1 Propiedades dos materiais: Betão : C30/37 fck = 30,00 (MPa)

peso específico : 2548,54 (kG/m3) Tamanho do agregado : 20,0 (mm)

Armaduras longitudinais: : B500C fyk = 500,00 (MPa) Classe de ductilidade : C

Armaduras transversais: : B500C fyk = 500,00 (MPa)

2.2 Geometria: 2.2.1 Seção Retangular 20,0 x 30,0 (cm) 2.2.2 Altura: L = 4,70 (m) 2.2.3 Espessura da laje = 0,17 (m) 2.2.4 Altura da viga = 0,40 (m) 2.2.5 Recobrimento da armadura = 3,0 (cm)

2.3 Opções de cálculo: Cálculos de acordo com a norma : EN 1992-1-1:2004 AC:2008

Disposições sísmicas : Classe de meio plasticidade

Pilar pré-fabricado : não

Predimensionamento : não

Esbeltez levada em consideração : sim

Compressão : com flexão

Estribos : a laje

Mais de 50% das cargas aplicadas: após 90 dias

Classe de resistência ao fogo : Sem disposições

2.4 Cargas: Caso Natureza Groupo f N My(s) My(i) Mz(s) Mz(i)

(kN) (kN*m) (kN*m) (kN*m) (kN*m) DEAD permanente(Structural) 95 1,35 227,63 -1,07 0,52 1,96 -0,98 Sobrecarga sobrecarga 95 1,50 54,05 -0,45 0,23 1,02 -0,52 NEVE neve 95 1,50 10,99 0,01 -0,01 -0,02 0,01 RCP permanente(Structural) 95 1,35 98,11 -1,47 0,72 1,53 -0,77 SEI_X8 sísmica 95 1,00 8,54 -1,20 1,25 5,85 -6,45 SEI_Y9 sísmica 95 1,00 -2,12 -12,47 13,16 -0,08 0,09 SPE_NEW9 sísmica 95 1,00 7,90 -4,94 5,20 5,83 -6,42 f - coeficiente de carga

2.5 Resultados dos cálculos: 2.5.1 Análise ULS Combinação desfavorável: 1.35DEAD+1.35RCP+1.50Sobrecarga+0.75NEVE (C) Esforços seccionais: Nsd = 529,08 (kN) Msdy = -1,66 (kN*m) Msdz = 2,49 (kN*m) Esforços de dimensionamento: Inicial N = 529,08 (kN) N*etotz = -10,58 (kN*m) N*etoty= 10,58 (kN*m) Excentricidade: ez (My/N) ey (Mz/N) Estático eEd: -0,3 (cm) 0,5 (cm) Imperfeição ei: 1,1 (cm) 1,1 (cm) Não pretendido e0: 0,7 (cm) 1,5 (cm) mínima emin: 2,0 (cm) 2,0 (cm) Totais etot: -2,0 (cm) 2,0 (cm)

2.5.1.1. Resistência do elemento-Direção Y: 2.5.1.1.1 Análise de esbeltez Estrutura indeslocável

XXVIII

L (m) Lo (m) lim 4,50 4,50 51,96 61,50 Pilar curto

2.5.1.1.2 Análise pormenorizada M2 = 2,01 (kN*m) M1 = -4,10 (kN*m) Mmid = -1,66 (kN*m) Caso: Inicial, Esbeltez não levada em conta M0 = M0e = 0.6*M02+0.4*M01 = -1,66 (kN*m) M0emin = 0.4*M02

ea = *lo/2 = 1,1 (cm)

= m = 0,00

= 0,01

h = 0,94

m = (0,5(1+1/m))^0.5 = 1,00 m = 1,00 Ma = N*ea = 5,61 (kN*m) MEdmin = 10,58 (kN*m) M0Ed = max(MEdmin,M0 + Ma) = -10,58 (kN*m) 2.5.1.2. Resistência do elemento-Direção Z: M2 = 6,24 (kN*m) M1 = -3,13 (kN*m) Mmid = 2,49 (kN*m) Caso: Inicial, Esbeltez não levada em conta M0 = M0e = 0.6*M02+0.4*M01 = 2,49 (kN*m) M0emin = 0.4*M02

ea = *lo/2 = 1,1 (cm)

= h * m = 0,00

= 0,01

h = 0,94

m = (0,5(1+1/m))^0.5 = 1,00 m = 1,00 Ma = N*ea = 5,61 (kN*m) MEdmin = 10,58 (kN*m) M0Ed = max(MEdmin,M0 + Ma) = 10,58 (kN*m)

2.5.2 Armadura: área da secção da armadura real Asr = 8,04 (cm2)

Taxa de armadura: = 1,34 %

2.6 Armadura: Armaduras principais (B500C):

4 16 l = 4,67 (m) Armaduras de montagem (B500C):

2 10 l = 4,67 (m) Armaduras transversais: (B500C):

estribos: 40 6 l = 0,86 (m)

40 6 l = 0,29 (m)

alfinetes 40 6 l = 0,86 (m)

40 6 l = 0,29 (m)

3 Quantitativo de material:

Volume de concreto = 0,26 (m3)

Superfície de cofragem = 4,30 (m2)

Aço B500C

Peso total = 45,45 (kG)

Densidade = 176,18 (kG/m3)

Diâmetro médio = 9,0 (mm)

Especificação das armaduras:

Diâmetro Comprimento Peso Quantidade Peso total (m) (kG) (peças) (kG) 6 0,29 0,06 40 2,59 6 0,86 0,19 40 7,61 10 4,67 2,88 2 5,76 16 4,67 7,37 4 29,49

XXIX

Anexo F – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica) do

pilar P9

430

45317

20

11x714x2015x7

A

-15

0

20

30

A-A

1Ø

16

l=467

210

Øl=

467

36

Øl=

86

e=

20

4Ø

6l=

29

e=

20

1Ø

16l=

467

00B

500C

46

74

Pos

ição

Arm

ação

Cód

igo

For

ma

Aço

Qua

ntid

ade

2Ø

10l=

467

00B

500C

46

72

3Ø

6l=

8631

B50

0C7

24

14

40

4Ø

6l=

2900

B50

0C

9

14

40

Auto

r: V

italin

o A

zeve

do

Mora

da: A

v. R

ovi

sco P

ais

, nº1

Data

: A

bril d

e 2

014

Clie

nte

: In

stit

uto

Superior

Técnic

oB

etã

o: C

30/3

7 =

0.2

58 m

3A

ço B

500C

= 4

5.4

kg

Cla

sse d

e e

xposiç

ão: X

C4

Diâ

metr

o m

ax.

do a

gre

gado: 20m

mC

lasse d

e e

str

utu

ra: S

4

An

exo

F -

Po

rmen

ori

zação

Pila

r P

9C

olu

mn

95

Seção

20x30

Cofr

agem

= 4

.3 m

2R

ecobrim

ento

: 3 c

m

Densid

ade A

ço =

176 k

g/ m

3E

scala

do a

lçado: 1/5

0

Escala

da s

ecção: 1/1

0Pá

gina

1/1

XXXIII

Anexo G – Desenhos de pormenorização (documentação gráfica)

da sapata S9

BB

CC

X

Y 14

6 -

0,8

6

26

16

0,057x0,200,05810 // 0,200,0

57x0,2

00,0

53

810 // 0,2

00,650,200,65

1,50

0,6

00,3

00,6

0

1,5

0

Co

mp

r.

(m)

(cm

)D

ob

ra

(De

g)

Qu

an

t. To

tal

Ele

me

nto

Ide

nt.

A (

m)

B (

m)

C (

m)

D (

m)

A5

00

NR

16

44

31

0,2

40

,14

0,2

40

,14

a;b

;c =

90

80

,86

21

66

61

10

,31

0,6

4a

= 9

00

,91

31

01

61

60

01

,42

20

1,4

2

A5

00

NR

6 1

0 1

6

M

assa

Un

it (

kg

/m)

0,2

20

,62

1,5

8(-

)

C

om

prim

en

to T

ota

l (m

)3

,44

22

,72

5,4

63

1,6

2

M

assa

To

tal (k

g)

0,7

61

4,0

28

,63

23

,41

CC

CC

Fase:

Mora

da:

Clie

nte

:

Auto

r:

Anexo:

Desenho:

Escala

:

Data

:

AN

EX

O H

.1

Vita

lino

Aze

ve

do

Ru

a R

ovis

co

Pa

isA

bril 14

Pro

jecto

de

Estr

utu

ras

1:2

0

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ED

UC

AT

ION

AL

PR

OD

UC

T

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ED

UC

AT

ION

AL

PR

OD

UC

T

PRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT

B-B

C-C

X

26

16 -

0,9

1

38

10 -

1,4

2

0,123x0,080,041

46 // 0,08

0,400,501,5

0

0,123x0,080,041

46 // 0,08

AA

AA

38

10

38

10

Y

0.4

0

+

0.0

+

26

16 -

0,9

1

38

10 -

1,4

2

1,5

0

0,400,50

Fase:

Mora

da:

Clie

nte

:

Auto

r:

Anexo:

Desenho:

Escala

:

Data

:

AN

EX

O H

.2

Vita

lino

Aze

ve

do

Ru

a R

ovis

co

Pa

isA

bril 14

Pro

jecto

de

Estr

utu

ras

1:2

0

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ED

UC

AT

ION

AL

PR

OD

UC

TPRODUCED BY AN AUTODESK EDUCATIONAL PRODUCT

PR

OD

UC

ED

BY

AN

AU

TO

DE

SK

ED

UC

AT

ION

AL

PR

OD

UC

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análise do modelo bim numa perspetiva do projeto de estruturas · análise do modelo bim numa...

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