PRESENTATION OF A STRUCTURAL PROJECT CARRIED OUT IN BIM SOFTWARE: CASE STUDY OF A POPULAR HOUSE.
REGISTRO DOI:10.5281/zenodo.11218195
Ismael dos Santos Bezerra1
Gerson Guimarães2
Érika Cristina Nogueira Marques Pinheiro3
RESUMO
O uso constante da tecnologia tem aumentado nas atividades vinculadas à construção civil, otimizando o uso dos recursos disponíveis e melhorando a eficiência das etapas de projeto, execução e acompanhamento de empreendimentos. Este artigo apresenta a aplicação do BIM no projeto estrutural de uma residência popular. Mediante um estudo de caso, analisamos como as tecnologias BIM estão revolucionando a forma como os projetos estruturais são concebidos e apresentados. É possível com o seu correto uso, sugerir ações para aprimorar os resultados avaliados e destacar aspectos cruciais tanto para a implementação quanto para a continuidade do uso do BIM em projetos de construção civil.
Palavras-chave: BIM, Fundações, Estrutural, Pilares, Vigas, Sapatas
ABSTRACT
The constant use of technology has increased in activities linked to civil construction, optimizing the use of available resources and improving the efficiency of the design, execution and monitoring stages of projects. This article presents the application of BIM in the structural design of a popular residence. Through a case study, we analyze how BIM technologies are revolutionizing the way structural projects are designed and presented. It is possible, with its correct use, to suggest actions to improve the evaluated results and highlight crucial aspects both for the implementation and continued use of BIM in civil construction projects.
Keywords: BIM, Foundations, Structural, Pillars, Beams, Footings
1 INTRODUÇÃO
A Engenharia Civil nos últimos anos, passou por uma revolução silenciosa, impulsionada por avanços tecnológicos que estão moldando o presente e o futuro da indústria de construção. Um desses avanços, que tem se destacado de forma rápida e extraordinária, é o BIM, uma metodologia que supera os métodos tradicionais de projeto e construção.
O BIM não é apenas uma ferramenta ou software; é uma abordagem abrangente que impulsiona a maneira como os profissionais da construção planejam, projetam, constroem e gerenciam infraestruturas.
A pesquisa possui como objetivo geral detalhar o projeto estrutural de uma casa popular na cidade de Manaus utilizando BIM. Tendo como objetivos específicos: apresentar as estruturas que compõem uma casa popular (fundações: sapatas, vigas e pilares) utilizando a ferramenta BIM EBERICK e analisar sua integridade estrutural e seu dimensionamento de acordo com as Normas Brasileiras de Regulamentação.
A necessidade de apresentar o uso do BIM em projetos estruturais de residências e edifícios para o público em geral é importante pois torna-se possível evidenciar os seus benefícios, desde a otimização do processo de projeto até a coordenação precisa entre os diferentes times envolvidos na construção, garantindo a segurança e a qualidade das estruturas erguidas.
Cria-se um ambiente propício para a adoção mais ampla dessa abordagem inovadora na indústria da construção, beneficiando tanto os profissionais do setor quanto a sociedade como um todo.
Portanto, explorar e adotar o BIM em projetos de construção, contribui para a transformação positiva e o avanço contínuo da indústria da construção.
2 METODOLOGIA
A metodologia empregada neste trabalho é típica em estudos de caso. Inicialmente fez-se uma revisão bibliográfica, material bibliográfico obtido por meio de internet, livros técnicos, dentre outros, assim como documentos informativos não editorados, na qual foram abordados os principais conceitos e processos envolvidos, possuindo natureza da pesquisa qualitativa, tratando-se da obtenção de dados pré-definidos, o projeto de casa popular de 42 m2 elaborado pelo autor. É misto tanto exploratório baseado em literatura específica quanto descritivas frutos de observação e mapeamento dos dados sem a interferência do pesquisador. Sendo a pesquisa constituída basicamente bibliográfica, documental, pois utiliza informações provenientes de material já existente ao mesmo tempo em que reporta informações de documentos que não passaram pelo processo de editoração.
3 RESULTADOS
3.1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
BIM é a abreviação de Building Information Modeling, que, traduzindo para o português Brasileiro significa Modelagem da Informação da Construção. BIM é conceituado como uma tecnologia de modelagem e um conjunto de processos associados para criar, comunicar e analisar modelos de construção, ou seja, a representação digital das características físicas e funcionais de uma edificação. BIM é explicado como um conceito fundamental que faz a integração das várias disciplinas de conhecimento relacionadas à execução de um projeto. No seu cerne, estão a modelagem 3D paramétrica e a interoperabilidade, que envolve a comunicação eficaz entre diferentes softwares.
Esses softwares BIM são um banco de dados digitais que abrangem todos os elementos a serem considerados na construção de um projeto. Eles possibilitam a criação de um modelo tridimensional (3D) visual e simplificam a visualização do resultado do projeto, substituindo a representação convencional em duas dimensões (2D). No Brasil, o decreto nº 10.306 de 02 de abril de 2020, tornou obrigatório o uso de BIM em obras e serviços de engenharia realizada pelos órgãos e pelas entidades da administração pública federal.
Neste artigo, faremos a apresentação de projeto estrutural realizado em software BIM, descrevendo as fundações, as lajes, as vigas e os pilares. O BIM garante que a edificação seja segura e capaz de suportar cargas e ventos.
3.2 FUNDAÇÕES
Fundações são elementos estruturais que suportam o peso de uma construção e transmitem as cargas da edificação para o solo subjacente. Elas são a base sobre a qual toda a estrutura repousa, garantindo que as cargas sejam distribuídas de maneira uniforme e evitando afundamentos ou instabilidades. A função principal das fundações é suportar o peso das construções e transmiti-las ao solo, incluindo cargas verticais e laterais, como vento e terremotos. Elas distribuem as cargas da construção de forma uniforme para evitar que o solo subjacente seja sobrecarregado. As Fundações proporcionam estabilidade à estrutura, garantindo que ela permaneça nivelada e resistente a deformações ao longo do tempo.
Este artigo será elaborado com base em fundações diretas, pois são aquelas que distribuem as cargas diretamente sobre o solo, como sapatas e blocos. Elas são adequadas para solos resistentes que podem suportar as cargas sem a necessidade de distribuição adicional. É importante considerar cuidadosamente o projeto das fundações, pois erros podem levar a problemas sérios, como afundamento, recalque diferencial e fissuras nas estruturas.
3.3 ESTUDO DE SONDAGENS DO SOLO.
O estudo de sondagem das características físicas do solo e sua compreensão são muito importantes para a fundação de um projeto estrutural, pois define não somente o tipo de fundação e seu dimensionamento, mas também identifica a presença de água, rochas ou vazios que possam afetar o processo de construção em si. Para esta pesquisa o procedimento de estudo do solo será a sondagem de simples reconhecimento a percussão.
3.4 SONDAGEM DE SIMPLES RECONHECIMENTO A PERCUSSÃO (SPT)
A norma NBR 6122:2022 determina que as sondagens de reconhecimento por percussão são fundamentais e devem ser conduzidas conforme as diretrizes da NBR 6484:2020. A sondagem é realizada por um tripé, do qual se deixa cair (altura padrão de 75 cm) um peso (padrão de 65Kgf). O solo é penetrado por um tubo de aço de 2” de diâmetro externo e 1 3/8” de diâmetro interno (padronizado tubo amostrador Terzagui) que recebe a carga do peso.
Figura 01 – Sondagem SPT
A sondagem SPT gera o perfil individual de sondagem a percussão e com isto é possível identificar a tensão admissível (σs) do solo para dimensionamento da sapata isolada neste artigo.
Figura 02 – Sondagem SPT
Os valores obtidos na sondagem a percussão serão correlacionados, com resistência do solo, seguindo a equação abaixo:
Onde:
σadm é a tensão admissível do solo à compressão ou a taxa do solo.
N é o número de golpes para cravar os últimos 30cm.
Outras fórmulas empíricas são utilizadas levando em conta o tipo de solo:
Argila pura:
σadm=N4 (Equação 2)
Argila Siltosa:
As tensões adm. tem resultado em kgf/cm3.
3.5 SAPATA ISOLADA
Uma sapata isolada é uma base de concreto reforçado em forma de bloco que é colocada diretamente sob uma única coluna ou pilar de suporte. Ela distribui a carga vertical da estrutura para o solo subjacente de maneira uniforme, garantindo que a pressão sobre o solo não exceda seus limites de suporte. As sapatas isoladas são geralmente construídas com concreto armado, um material resistente que pode suportar cargas pesadas e resistir a forças de compressão. Aço de reforço é frequentemente incorporado no concreto para melhorar a resistência à tração e a capacidade de carga da sapata. O dimensionamento adequado de uma sapata isolada envolve a consideração de vários fatores, incluindo a carga da estrutura, as características do solo local e os regulamentos de construção.
O cálculo da área da sapata é definido por:
Sapatas retangulares são usadas para pilares retangulares e os momentos fletores devem ser iguais (Ma=Mb), para isto ocorrer teremos as relações:
Figura 03 – Sapata Isolada para Pilares Retangulares
3.6 BALDRAME
Um baldrame é uma viga de concreto reforçado ou alvenaria assentada, serve como a base principal para as paredes e pilares de suporte de uma construção, distribuindo a carga vertical de maneira uniforme no solo subjacente.
Os baldrames podem ser construídos com diversos materiais, incluindo concreto armado, blocos de concreto, tijolos ou pedra. O material escolhido depende das condições locais, das preferências do construtor e dos requisitos do projeto. Distribuição de Carga: As vigas de baldrame distribuem suas cargas sobre as sapatas ou blocos, prevenindo afundamentos desiguais. Elas contribuem significativamente para a estabilidade da construção, evitando o colapso e minimizando o risco de danos. Nivelamento: As vigas de baldrame ajudam a manter um nivelamento adequado da estrutura, garantindo que as paredes e pisos sejam construídos em uma superfície plana e uniforme.
Figura 04 – Sapata Isolada para Pilares Retangulares
3.7 PILARES
Pilares, também conhecidos como colunas, são elementos verticais projetados para resistir a cargas verticais e transmiti-las para as fundações ou outros elementos estruturais. Eles podem variar em forma, tamanho e estilo, desempenhando um papel crucial na estabilidade das estruturas construídas.
A principal função dos pilares é suportar o peso das estruturas construídas acima deles, distribuindo eficientemente as cargas para garantir a estabilidade da construção, um papel fundamental na prevenção de colapsos estruturais, garantindo a segurança dos ocupantes das edificações. Além de sua função estrutural, os pilares podem ser elementos de design, adicionando estética e personalidade às construções.
Os pilares podem ser construídos com diversos materiais, incluindo concreto armado, aço estrutural, madeira, pedra e até mesmo materiais compósitos. A escolha do material depende das necessidades do projeto, da estética desejada e das condições locais.
O dimensionamento adequado dos pilares envolve cálculos estruturais para determinar sua seção transversal, altura e capacidade de carga.
Conforme a Norma 6118:2023, a menor dimensão do pilar é de 19 cm (para pilares abaixo de 19cm deve ser considerada a multiplicação dos esforços solicitantes por um coeficiente adicional. Além disso, essa norma estabelece uma área mínima pré definida de 360 cm² para os pilares.
Figura 05 – Figura de valores do coeficiente adicional
4 ESTUDO DE CASO
O empreendimento está localizado nas imediações da Av. do Turismo, Bairro Tarumã, Manaus – AM, com disposição do terreno de 250m2 (10mx25m). Conforme figura 06.
Figura 06 – Vista Aérea da Localização.
Este artigo baseia-se em uma casa popular, composta por: sala, cozinha, banheiro, quarto 1 e quarto 2.
A seguir, conforme ilustrado na Figura 07, estão posicionados os cômodos da planta baixa realizado no software Autocad e suas respectivas dimensões para uma casa popular, e na figura 08 o dimensionamento de pavimentos que serão importados para o BIM Eberick:
Figura 07 – Planta baixa casa popular.
Figura 08 – Dimensionamento de pavimentos.
4.1 PREMISSAS DO SOLO E PRÉ DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL.
Para este estudo de caso será adotado como referência σs (tensão admissível do solo/taxa do solo) = 2 kgf/cm2. Informações do SPT de um solo de argila pura, adotando-se a fórmula:
Pré-dimensionamento estrutural: Laje localizada entre o banheiro e o corredor foi definida como sendo de 8 cm de espessura, tipo maciça de concreto armado, cuja resistência característica do concreto de 25 Mpa; Carga de telhado com telhas de fibrocimento onduladas (com espessura de 5mm e estrutura de madeira; Vigas com seção de 15×30 cm; Pilares com seção de 15×30 cm; com relação ao aço, foi utilizado para os respectivos dimensionamentos o aço CA – 50.
Nas estruturas de concreto armado, os componentes estruturais desempenham um papel crucial na estabilidade e segurança da construção. As lajes, vigas, pilares e fundações trabalham em conjunto para suportar e distribuir as cargas permanentes e acidentais ao longo da estrutura e do solo. Foram realizadas verificações para identificar possíveis excentricidades e determinar o tipo de pilar, sendo pilares centrais e pilares de canto. De acordo com a figura 09:
Figura 09 – Locação de Pilares e Vigas
O cálculo das cargas sobre as fundações, foi realizado pelo processamento da estrutura no BIM Eberick, que determina os esforços atuantes nos elementos da estrutura de concreto armado. Posteriormente, foram realizadas as verificações de segurança. A tabela 01 apresenta os esforços solicitantes atuantes na fundação transferidos pelos pilares:
| Tabela 01: Relatório de Cargas nas Fundações | |||
| Pilares | Carga (tf) | Carga máxima (tf) | |
| Nome | Seção (cm) | Peso próprio | Positiva |
| P1 | 15×25 | 0,85 | 2,79 |
| P2 | 15×25 | 1,25 | 4,48 |
| P3 | 15×25 | 0,98 | 3,33 |
| P4 | 15×25 | 1,35 | 5,37 |
| P5 | 15×25 | 1,35 | 5,35 |
| P6 | 15×25 | 1,36 | 5,39 |
| P7 | 15×25 | 1,90 | 7,79 |
| P8 | 15×25 | 1,34 | 4,94 |
| P9 | 15×25 | 0,91 | 3,02 |
| P10 | 15×25 | 1,34 | 4,84 |
| P11 | 15×25 | 0,89 | 2,96 |
| TOTAL: | 13,52 | 49,02 | |
Com base na informação de esforços solicitantes atuantes na fundação transferidos pelos pilares, a tabela 02 mostra o resultado do dimensionamento de sapata isolada para cada pilar:
Tabela 02: Dimensionamento de Sapata Isolada Retangular
| Pilares | a (cm) | b (cm) | SPT kgf/cm2 | Sapata – Resultados | |||
| Área da Sapata cm2 | B cm | A cm | h (Altura sapata) cm | ||||
| P1 | 15 | 25 | 2 | 1395 | 43 | 33 | 13 |
| P2 | 15 | 25 | 2 | 2240 | 53 | 43 | 16 |
| P3 | 15 | 25 | 2 | 1665 | 46 | 36 | 14 |
| P4 | 15 | 25 | 2 | 2685 | 57 | 47 | 17 |
| P5 | 15 | 25 | 2 | 2675 | 57 | 47 | 17 |
| P6 | 15 | 25 | 2 | 2695 | 57 | 47 | 17 |
| P7 | 15 | 25 | 2 | 3895 | 68 | 58 | 20 |
| P8 | 15 | 25 | 2 | 2470 | 55 | 45 | 16 |
| P9 | 15 | 25 | 2 | 1510 | 44 | 34 | 13 |
| P10 | 15 | 25 | 2 | 2420 | 54 | 44 | 16 |
| P11 | 15 | 25 | 2 | 1480 | 44 | 34 | 13 |
Para atendimento da Norma 6122:2022 e 6118:2023, a sapata isolada para cada pilar será executada de acordo com valores da tabela 03 abaixo:
Tabela 03: Sapata Isolada
A composição dos elementos estruturais e malha de armadura desenvolvido no Eberick é apresentada nas figuras 10 e 11:
Figura 10 – Desenho 3D da casa popular
Figura 11 – Desenho 3D da malha de armadura casa popular
CONCLUSÃO
Este artigo destacou a crescente importância da Modelagem da Informação da Construção no projeto estrutural. Porém vale ressaltar que o BIM depende de inputs de informações como por exemplo o ensaio de sondagem e as propriedades do solo que impactam diretamente na escolha do tipo de fundação a ser utilizada, pois um estudo do terreno conforme fatores técnicos e econômicos é primordial para a qualidade e entrega do projeto.
Foi possível verificar a comunicação e o compartilhamento de informações entre os softwares Autocad e Bim Eberick (elaboração de planta baixa feita no Autocad e importação da mesma para o Bim Eberick afim de desenvolvimento do projeto estrutural).
No Bim Eberick as etapas de definição de tipo de Pilar, Vigas e Sapatas isoladas foram feitas de acordo com as Normas Brasileiras de Regulamentação. O processamento estrutural feito pelo software Bim Eberick mostra os resultados de cargas e possíveis excentricidades nos pilares corrigidos pelo autor. A visualização do projeto estrutural e malha de armadura é apresentada em 3d.
O BIM foca na colaboração aprimorada entre profissionais (Arquitetos, Engenheiros) e clientes, a visualização tridimensional avançada e os benefícios mensuráveis tornam o BIM uma ferramenta indispensável para o futuro da construção.
No horizonte futuro, é fundamental investir no desenvolvimento de funcionalidades avançadas, incluindo a integração de tecnologias emergentes, como inteligência artificial e realidade aumentada para ampliar sua eficácia e capacidade de resposta rápida.
O estudo de caso não apenas contribui para a eficiência e segurança das construções populares, mas também demonstra o potencial do BIM para otimizar processos e garantir melhores resultados na construção civil.
REFERÊNCIAS:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2023 Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2023.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120:2019 Ações para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 2019.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122:2022 Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2022.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 61484:2020 Solo – Sondagem de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2020.
CAMPESTRINI, Tiago Francisco; GARRIDO Marlon Câmara, MENDES JR, Prof. Dr. Ricardo; SCHEER, Prof. Dr. Sérgio; FREITAS, Prof. Dra. Maria do Carmo Duarte. Entendendo BIM. ed.1, 2015
CAMPOS, João Carlos de. Elementos de Fundações em Concreto, ed.1, 2022
MANZIONE Leonardo; MELHADO, Silvio; NÓBREGA JR., Claudino Lins. BIM e Inovação em Gestão de Projetos, ed.1, 2021
REBELLO, Yopanan C. P. Fundações: guia prática de projeto, execução e dimensionamento. ed.1, 2001.
SACKS, Rafael; EASTMAN, Charles; TEICHOLZ, Paul; GHANG, Lee; SANTOS Eduardo Toledo; SCHEER, Sergio. Manual de BIM: Um Guia de Modelagem da Informação da Construção para Arquitetos, Engenheiros, Gerentes, Construtores e Incorporadores, ed.3, 2019
VELLOSO, Dirceu de Alencar; LOPES, Francisco R. Fundações – Volume Único ed.1, 2011
1Bacharelando em Engenharia Civil
Instituição: Universidade Nilton Lins
Endereço: Av. Prof. Nilton Lins, 3259 – Parque das Laranjeiras, Flores, Manaus – AM, CEP: 69058-030
E-mail: ismael_info@hotmail.com
2Especialista em Estruturas de Concreto Armado
Especialista em BIM
Graduado em Engenharia Civil
E-mail: guimagafa@gmail.com
3Mestre em Engenharia Industrial
Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho
Especialista em Didática no Ensino Superior e Tutoria e Docência em EAD
Graduada em Engenharia Civil e Licenciatura em Matemática
E-mail: erikamarquespinheiro@gmail.com