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Uso do BIM em Projetos de Infraestrutura Carlos Cabral Salles

Descrição

Atualmente já há várias iniciativas do uso do BIM (Building Information Modelling) no setor de

edificações, prioritariamente com o uso da Família Revit®. Porém, no caso de obras de rodovias, ferro-

vias e barragens, por exemplo, ainda pairam dúvidas sobre a aplicabilidade dos processos e dos ga-

nhos efetivos que o BIM pode proporcionar. Esta sessão tem como objetivo principal oferecer possibili-

dades e fluxos para a utilização de ferramentas BIM em obras de infraestrutura, navegando pelas várias

soluções Autodesk® ligadas ao tema.

Objetivodeaprendizado

Oferecer possibilidades e fluxos para a utilização de ferramentas BIM em obras de infraestrutura.

SobreoPalestrante

Carlos Cabral Salles é Engenheiro Civil formado pela Escola Politécnica da Universidade de São

Paulo (USP) em 1990. Trabalhou com diversas atividades relacionas à construção civil: obra, planeja-

mento, propostas técnicas, orçamentação, implantação de novas tecnologias, projetos de fibra óptica de

longa distância, etc. No começo da década de 90 foi responsável pela implantação de computação grá-

fica na Schahin Engenharia, coordenando definição de plataforma, customização e treinamentos. De-

pois de muitos anos trabalhando como consultor independente nas soluções AEC da Autodesk®, acei-

tou o desafio de implantar a filosofia BIM na Camargo Corrêa, sua atual atividade.

Uso do BIM em Projetos de Infraestrutura

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Índice

1. O Desafio ............................................................................................................................. 4

Dados topográficos .................................................................................................................. 5

Acesso ao Site ......................................................................................................................... 6

Represa, ensecadeiras e diques ............................................................................................. 7

Túneis ...................................................................................................................................... 8

Sistema viário .......................................................................................................................... 9

Casa de força ........................................................................................................................ 10

Turbinas ................................................................................................................................. 11

Canteiros de obras ................................................................................................................ 12

Tratamento de água e esgoto ............................................................................................... 13

Vila ......................................................................................................................................... 14

Energia ................................................................................................................................... 15

2. Mãos à Obra ...................................................................................................................... 16

Conhecimento do local .......................................................................................................... 17

Estudos de alternativas ......................................................................................................... 19

Análise Estrutural .................................................................................................................. 20

Elementos mecânicos ........................................................................................................... 21

Planejamento ......................................................................................................................... 22

Acessibilidade e instalações provisórias ............................................................................... 24

Edificações ............................................................................................................................ 25

Visualização ........................................................................................................................... 26

3. Conclusão .......................................................................................................................... 27


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Introdução

O termo infraestrutura é bastante amplo, abrangendo desde as fundações de uma edificação até

grandes obras viárias e de transmissão de energia, por exemplo. Para esta sessão, serão utilizados

muitos dados reais da Usina Hidrelétrica de Ituango, obra da Camargo Corrêa Construções e Comércio

localizada na Colômbia. Porém, exclusivamente para fins didáticos, algumas estruturas serão apresen-

tadas de forma simplificada e outras foram apropriadas de outros empreendimentos, além de alguns

dados que serão criados especificamente para o exercício.

Apenas para efeito de entendimento do problema, seguem alguns dados da Usina:

Localização: Rio Cauca, a 180km de Medellin – Colômbia

Barragem: 225m de altura e 20 milhões de m3

Reservatório: 2,7 bilhões de m3 de água em uma área de 38km2

Túneis: aproximadamente 10km

Vias a serem construídas: 35km

Capacidade de Geração de Energia: 2400MW

Casa de Força: subterrânea com oito turbinas Francis de 300MW cada

Prazo de execução: 2280 dias

Início de operação: 2018

No pico da obra, o projeto contará com cinco mil profissionais.


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1. ODesafio

Uma Usina Hidrelétrica (UHE) não pode ser tratada apenas pelo aspecto da engenharia civil. Os

desafios são mais amplos. Um empreendimento desta envergadura na verdade é um agente modifica-

dor de toda uma região – e às vezes até de um país inteiro – cujos efeitos podem ser sentidos nas esfe-

ras social, ambiental, geológica, econômica, financeira, política e até cultural.

O desafio de se construir uma hidrelétrica de grande porte começa logo na observância e enten-

dimento dos vários aspectos envolvidos. Trata-se de um estudo multidisciplinar do projeto, tanto do pon-

to de vista de profissionais como de softwares. Assim, da mesma forma que será necessário que enge-

nheiros, geólogos e psicólogos, entre muitos outros, trabalhem juntos, aqui serão apresentadas várias

das soluções do portfólio da Autodesk®.

Figura 1: Foto aérea da região de Ituango


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Dadostopográficos

Não existe projeto sem conhecimento do local do futuro empreendimento e seu entorno. E aqui

já começam os problemas. Usinas Hidrelétricas, em sua grande maioria, são construídas em locais re-

motos e com topografia acidentada.

Para contornar este problema normalmente são primeiro utilizadas imagens satelitais, para num

segundo momento se usar aeronaves para sobrevoo e, em seguida, visitas terrestres ao local.

Figura 2: UHE Porce III, na Colômbia (acervo Camargo Corrêa)


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AcessoaoSite

Se chegar ao local do empreendimento não é uma tarefa das mais fáceis, transportar o maquiná-

rio é quase uma epopeia. Há uma preocupação muito grande em se estudar o sistema viário local para

verificar sua capacidade e a necessidade de intervenção no mesmo, seja para reforma-lo seja para

construir novos caminhos. Em alguns casos, como o apresentado na Figura 3: UHE Belo Monte, Pará

(acervo Camargo Corrêa) foi utilizado o próprio rio para a chegada dos primeiros tratores e retroesca-

vadeiras, entre outros equipamentos.

Figura 3: UHE Belo Monte, Pará (acervo Camargo Corrêa)


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Represa,ensecadeirasediques

A represa é o elemento que mais se destaca e um dos maiores desafios do empreendimento,

bastando dizer que ela será posicionada interpondo-se ao rio mas sua construção será sobre solo seco.

Isso exigirá um planejamento detalhado para que o rio seja desviado temporariamente, seja por meio de

ensecadeiras ou túneis. Entre os muitos detalhes que interferem nesta operação, estão: a escolha da

melhor posição para as estruturas, o cálculo de altura da crista da barragem, estudo pluviométrico do

local, análise do regime de cheias do rio e afluentes, etc.

Figura 4: Usina Hidrelétrica de Itaipu, Paraná (acervo Camargo Corrêa)


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Túneis

Como citado no item anterior, às vezes são necessários túneis para desviar o fluxo do rio de seu

leito natural enquanto a barragem é construída. Se o projeto do empreendimento optar por uma solução

que prevê a construção da Casa de Máquina subterrânea, como na Figura 5: Escavação na UHE Serra

da Mesa, Goiás (acervo Camargo Corrêa), deverão ser construídos todos os túneis de interligação entre

as galerias e os de acesso a estes elementos. Na UHE Ituango estão previstos mais de dez quilômetros

de túneis em solo rochoso.

Figura 5: Escavação na UHE Serra da Mesa, Goiás (acervo Camargo Corrêa)


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Sistemaviário

O sistema viário utilizado na construção de uma grande usina hidrelétrica deve ser analisado não

só pelo aspecto de se chegar ao empreendimento. Os estudos devem incluir a chegada das futuras tur-

binas por exemplo, e, muito importante, a movimentação interna durante todo o período de construção

da obra: acesso à área de bota-fora e empréstimo, caminhos dos canteiros às frentes de serviço, deslo-

camento de operários e máquinas entre as estruturas, etc.

Na Figura 6: Escavação na UHE Campos Novos, Santa Catarina (acervo Camargo Corrêa) é

possível verificar os caminhos criados no corpo da represa, que permitem o deslocamento do pé da bar-

ragem até sua crista.

Figura 6: Escavação na UHE Campos Novos, Santa Catarina (acervo Camargo Corrêa)


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Casadeforça

A casa de força nem sempre é escavada em rocha, como citado anteriormente. Em alguns ca-

sos, como o apresentado na Figura 7: UHE Jirau, Rondônia (acervo Camargo Corrêa) este elemento foi

projetado como uma grande estrutura de concreto de mais de 60m de altura. Fazendo um paralelo, são

como edifícios de vinte andares, mas de concreto maciço.

Figura 7: UHE Jirau, Rondônia (acervo Camargo Corrêa)


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Turbinas

Aqui a engenharia é outra: no que diz respeito à fabricação da turbina, saímos do âmbito da En-

genharia Civil. Mas, de qualquer forma, a peça deve ser projetada prevendo a performance requerida, o

transporte ao local de instalação e seu efetivo posicionamento. E isso envolve todo entorno.

Figura 8: Turbina (http://de.wikipedia.org)


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Canteirosdeobras

A UHE Ituango prevê cinco mil pessoas trabalhando no período de pico da obra. A Figura 9:

Canteiro administrativo da UHE Jirau, Rondônia (acervo Camargo Corrêa) representa um empreendi-

mento que chegou a receber quase vinte mil pessoas no seu período mais crítico. Apenas para se esta-

belecer uma referência, a Pesquisa de Informações Básicas Municipais do IBGE revela que apenas

25% dos municípios brasileiros reúnem mais de vinte mil habitantes.

Toda esta verdadeira cidade, somado ao fato de a localidade muitas vezes estar afastada dos

grandes centros, cria um desafio de logística enorme. É necessário pensar não somente nas moradias

e escritórios, mas também em áreas de compras, serviços, lazer, etc.

Isso para o canteiro administrativo. Para o industrial temos as instalações de fabricação de pré-

moldados, centrais de concreto e gelo, oficinas, etc.

Figura 9: Canteiro administrativo da UHE Jirau, Rondônia (acervo Camargo Corrêa)


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Tratamentodeáguaeesgoto

Se, como citado anteriormente, estamos falando de uma localidade com vinte mil habitantes,

precisamos também pensar em criar estações de tratamento de água (ETA) e de esgoto (ETE). A Figu-

ra 10: Estação de Tratamento de Esgoto da UHE Jirau Rondônia (acervo Camargo Corrêa) dá uma

ideia das dimensões deste tipo de instalação.

Figura 10: Estação de Tratamento de Esgoto da UHE Jirau Rondônia (acervo Camargo Corrêa)


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Vila

Vamos agora sair dos limites da obra. Grandes hidrelétricas têm o poder de influenciar toda a re-

gião no entorno, e um destes efeitos é a interferência com os habitantes locais. Eventualmente peque-

nos vilarejos serão submersos quando da formação do lago da represa. Para atender a esta demanda é

bastante comum que sejam construídas verdadeiras cidades em área segura para que habitantes ribei-

rinhos sejam acomodados.

No caso da UHE Jirau, foi construída uma cidade de dezesseis mil residências com vias asfalta-

das, redes de água e esgoto e iluminação pública, além dos vários equipamentos urbanos comuns a

uma comunidade: hospitais, escolas, igrejas, delegacia, linhas de ônibus, etc.

Figura 11: Nova Mutum Paraná, Rondônia (acervo Camargo Corrêa)


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Energia

Uma vez que as turbinas estejam funcionando e gerando energia, devem existir meios de enviá-

la aos grandes centros para seu consumo. Novamente usando o caso da UHE Jirau, está sendo cons-

truída uma linha de transmissão dedicada de 3750MW, que vai conectar a hidrelétrica à subestação co-

letora Porto Velho, passando por 578 torres. Da subestação coletora Porto Velho vai partir o chamado

Linhão do Madeira, que, com mais de 2,3 mil quilômetros de extensão, será a maior linha de transmis-

são do mundo e levará a energia gerada em Rondônia até São Paulo.

Figura 12: Linhas de Transmissão da UHE Jirau, Rondônia (acervo Camargo Corrêa)


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2. MãosàObra

Uma vez mapeados os principais desafios, cabe aos engenheiros elaborar estratégias para su-

perá-los. E o trabalho tem seu início muitos anos antes da obra propriamente dita: coletar dados, trans-

formá-los em informações, definir prioridades e estratégia é um trabalho árduo. Assim, devemos utilizar

todos os recursos computacionais disponíveis para que a tarefa seja executada em prazos razoáveis e

com resultados confiáveis.

São muitos os impactos positivos que uma usina hidrelétrica traz para a região, mas é inegável

que impactos negativos também podem ser enumerados. Assim, deve-se estudar ao extremo todas as

possibilidades de projeto de forma a maximizar suas virtudes e minimizar seus danos. E os softwares

da Autodesk® nos permitem fazer simulações completas de várias alternativas, estabelecendo os prós

e contra de cada uma delas.

A seguir serão listadas algumas das soluções normalmente utilizadas para algumas das princi-

pais etapas do projeto de uma Usina Hidrelétrica.


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Conhecimentodolocal

Os dados topográficos iniciais, fundamentais para entendimento da localidade, podem ser obti-

dos através de arquivos DEM (Digital Elevation Model) disponibilizados, se a obra estiver dentro do ter-

ritório nacional, no site da EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária). A precisão des-

tes dados é suficiente para se criar estudos preliminares e calcular alguns números importantes (volume

de terraplenagem, área do lago do reservatório, etc).

Mas para o projeto executivo serão necessários dados mais precisos e/ ou mais recentes. Uma

excelente opção para vencer este desafio é o levantamento topográfico através de scanners embarca-

dos em aeronaves, que são capazes de gerar arquivos de nuvens de pontos com excelente precisão.

Hoje a tecnologia (tanto de equipamento como de softwares) já permite o manuseio de bilhões de pon-

tos com resultados surpreendentes.

Figura 13: Nuvem de pontos (www.autodesk.com)

Além dos dados topográficos, será necessária uma coleta ampla de dados da região, como o sis-

tema viário existente, regiões habitadas (vilas, vilarejos, cidades), perfil geológico da região, tipo de ve-


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getação, economia predominante, regime de chuvas, hábitos da fauna, sítios arqueológicos ou com va-

lor histórico relevante e até o partido político dos governantes locais.

São os chamados dados GIS (Geographic Information System) que, no Brasil, podem ser obtidos

diretamente no site do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Na prática, são obtidas vá-

rias camadas de informações que, analisadas em conjunto, orientam os projetistas a encontrar alterna-

tivas de engenharia que atendam não só o aspecto técnico mas também todos os outros pontos rele-

vantes para o futuro empreendimento.

Para este item é fundamental usar os recursos do Autodesk® Infrastructure Modeler, Autodesk®

Civil 3D e Autodesk® MAP, sendo que este último permite a importação de bancos de dados de várias

origens diferentes, colocando-os todos sobre uma mesma base para análise.

Figura 14: Camadas de informações (http://webhelp.esri.com)


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Estudosdealternativas

Feitos os estudos preliminares e descartando as opções que por algum motivo não se adequam

às condições locais, acabam por restar um punhado de alternativas com potencial a ser desenvolvido.

Daqui para frente será necessário um estudo mais refinado, coma inclusão de dados de engenharia

propriamente ditos: declividades de taludes, volume de terraplenagem, obtenção e transporte de maté-

ria prima, remoção de material não aproveitável, etc.

Neste momento as várias disciplinas passam a ser estudadas independentemente com ferra-

mentas específicas, para no futuro se juntarem novamente. No caso de uma usina hidrelétrica, há os

estudos de terraplenagem, de casas de força, os projetos dos canteiros administrativos e industriais e

assim por diante. E cada disciplina será atendida por uma ou mais soluções específicas de software,

passando pelo Autodesk® Civil 3D, Autodesk® Inventor, Autodesk® Revit®, etc.

Figura 15: Estudo de alternativas (http://gs-press.com.au)


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AnáliseEstrutural

Para o caso das estruturas de concreto, suas dimensões e as grandes cargas a que serão sub-

metidas exigem cuidados extremos na sua especificação. Nesta etapa é de fundamental importância

valer-se de ferramentas como o Autodesk® Revit® Structure e o Autodesk® Robot Structural Analysis

Professional, que permitem avaliar os esforços de maneira detalhada, auxiliando os projetistas a deter-

minar a solução que melhor se adeque ao empreendimento.

Figura 16: Análise de esforços em estrutura (acervo Frazillio Ferroni)


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Elementosmecânicos

Estruturas metálicas, turbinas, válvulas, comportas e outros elementos similares normalmente

não são construídos no canteiro, sendo algumas delas montadas no local.

A fabricação, transporte, estocagem, montagem e testes destas estruturas não são foco deste

trabalho, mas são fundamentais para o sucesso do empreendimento. Sua etapa de projeto, com todos

os detalhes de performance e produção das peças passam pela família de produtos Autodesk® Inven-

tor, solução ideal para projetos mecânicos 3D, simulações de produtos, criação de ferramental, engenharia

sob medida e comunicação de design.

Figura 17: Detalhe de uma válvula (acervo Frazillio Ferroni)


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Planejamento

Montar a EAP (Estrutura Analítica de Projeto), analisar detalhadamente cada atividade a ser de-

senvolvida, estabelecer as durações e relações entre estas atividades, além de estimar as composições

e custos de cada uma delas não é uma tarefa fácil. Para este fim os engenheiros se utilizam normal-

mente de softwares específicos, como o Primavera e MS Project, entre outros.

Figura 18: EAP de Ituango (acervo Camargo Corrêa)

Porém, conseguir visualizar a construção de uma obra com mais de cinco mil atividades listadas

em cronograma não é fácil. Neste momento podem ser utilizados os recursos do Autodesk® Na-

visworks. Esta solução permite que os elementos construtivos do empreendimento sejam vinculados a

uma atividade do cronograma, ou seja, permite que o planejador verifique graficamente o desenvolvi-

mento da obra na tela do computador. É o chamado 4D (a quarta dimensão é o tempo, que se junta às

outras três do modelo).


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Como recursos adicionais à visualização, o aplicativo permite ainda a análise de interferências

entre os vários sistemas (mesmo que os projetos tenham utilizados plataformas diferentes para sua

elaboração) e o acompanhamento de custos do empreendimento. Neste caso, já estaríamos conside-

rando a dimensão custo no estudo. Este tipo de simulação é conhecido como 5D.

Figura 19: Planejamento 4D (acervo Camargo Corrêa)


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Acessibilidadeeinstalaçõesprovisórias

Em termos de acessibilidade, o sistema viário pode ser dividido em duas partes bem distintas: as

vias permanentes e as provisórias, sendo as vias permanentes são aquelas que ficarão em caráter de-

finitivo na região. Porém, algumas das instalações executadas durante a construção do empreendimen-

to serão posteriormente removidas, mas nem por isso são menos importantes. Os principais exemplos

deste tipo de instalações são as ensecadeiras, os canais (ou túneis) de desvio e muito do sistema viário

criado.

Mas há outro ponto em comum entre todos os elementos citados: no Autodesk® Civil 3D todos

podem ser modelados como corredores. A partir de alinhamentos horizontais e greides, basta alterar a

seção-tipo para que sejam obtidos os vários modelos, cujos dados de projeto como volumes de terra-

plenagem e seções transversais podem ser obtidos de forma quase imediata.

Figura 20: Projeto de canais e ensecadeiras (acervo Camargo Corrêa)


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Edificações

Para a criação das verdadeiras cidades que devem ser erguidas junto às grandes usinas hidrelé-

tricas (seja para os canteiros seja para as vilas), duas soluções da Autodesk® são fundamentais: o Au-

todesk® Civil 3D com suas ferramentas de topografia, arruamentos e loteamento urbano e o Autodesk®

Revit® Architecture.

Ambas as aplicações possuem recursos de projeto (desde a concepção até o executivo) e de vi-

sualização que permitem uma simulação completa do ambiente em transformação.

Figura 21: Alojamento Técnico UHE Tuy IV, Venezuela (acervo Camargo Corrêa)


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Visualização

Obras que afetam uma grande quantidade de pessoas muitas vezes são discutidas fora do am-

biente da engenharia. Aproximar-se das comunidades envolvidas e posicioná-las quanto aos benefícios

da obra é uma atitude importante e que não pode ser menosprezada. Para se conseguir esta adesão

das comunidades, nada melhor que apresentá-las e integrá-las ao projeto.

Mas plantas de engenharia não são um método eficaz de se apresentar um empreendimento ao

público de forma geral. Para contornar este problema, normalmente são criados imagens e filmes que

simulam a obra, destacando os pontos positivos do empreendimento e explicando de forma bastante

didática todos os processos envolvidos na construção. Para a elaboração de material midiático não

existe solução melhor que o Autodesk® 3ds Max Design.

Figura 22: Ilustração da UHE Tucuruí, Pará (acervo Camargo Corrêa)


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3. Conclusão

A Engenharia de forma geral e uma obra de usina hidrelétrica em particular não são estanques.

As várias linhas de conhecimento devem se comunicar para que as soluções adotadas tenham a

abrangência multidisciplinar do mundo real.

E este é basicamente o conceito do BIM: ao se trabalhar com modelos da construção com infor-

mações, as plantas técnicas bidimensionais passam a ser apenas um subproduto do trabalho. Ao se

construir um modelo virtual de uma obra, e aqui o termo construir está no seu sentido mais amplo, são

necessários conhecimentos e procura de soluções que passam pelas várias disciplinas envolvidas. Isso

viabiliza a discussão de aspectos que normalmente só seriam percebidos durante a execução da obra.,

com todos os conhecidos transtornos resultantes.

Com as soluções Autodesk® mencionadas neste trabalho, além de outras não citadas (Auto-

desk® 123D, Autodesk® BIM 360, Autodesk® Vault, Autodesk® Ecotect® Analysis, por exemplo), tra-

balha-se praticamente todas as etapas do empreendimento criando fluxos de trabalho eficientes e per-

mitindo aos projetistas criar simulações completas do futuro empreendimento.

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