TCC Andre Filipe Mafra de Souza

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU – FURB CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA

BLUMENAU 2014



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil do Centro de Ciências Tecnológicas da Universidade Regional de Blumenau, como requisito parcial para a obtenção do grau de graduação. Prof. Édimo Celso Rudolf – Orientador

BLUMENAU 2014


Por


Trabalho de Conclusão de Curso aprovado para obtenção do grau de Engenheiro Civil, pela Banca examinadora formada por:

_________________________________________________ Presidente: Prof. Édimo Celso Rudolf, Engenheiro Civil – Orientador, FURB

_________________________________________________ Membro: Prof. Nilton Speranzini, Engenheiro Civil – FURB

_________________________________________________ Membro: Prof. Ralf Klein, M. Eng. Civil – FURB

Blumenau, 09 de dezembro de 2014

Aos meus pais, esses aos quais devo minha vida e grande parte de minha trajetória.

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer primeiramente a Deus por sempre nos atribuir fardos que condizem à nossa capacidade e por permitir a superação dos obstáculos encontrados no caminho. Agradeço ao corpo docente da FURB pela estrutura necessária fornecida para o desenvolvimento deste projeto, principalmente ao meu orientador professor Édimo Celso Rudolf e aos professores Nilton Speranzini e Ralf Klein, por todo o apoio, dedicação e créditos atribuídos a este trabalho. Finalmente, agradeço aos meus familiares pelo suporte estrutural e emocional, sem os quais minha trajetória não teria sido possível.

“Pensar é o trabalho mais difícil que existe. Talvez por isso tão poucos se dediquem a ele.” Henry Ford

RESUMO O Robot Structural Analysis é um software de análise estrutural desenvolvido pela empresa americana Autodesk. Há diversas vantagens em sua utilização, como seu custo inferior aos demais softwares da mesma linha, sua integração direta com o software de plataforma BIM Revit, suas diversas modalidades de estruturas, entre outros. Porém, o Robot não possui em seu banco de dados os parâmetros das diversas normas brasileiras utilizadas para projetos estruturais. Este trabalho explicita as principais configurações a serem modificadas no software Robot para que o mesmo trabalhe de acordo com a NBR 6118:2014, podendo assim estar utilizável para o cálculo de estruturas usuais de concreto armado no Brasil. Os elementos configurados de acordo com tal norma foram as lajes, as vigas e os pilares. Com o software configurado de acordo com a norma brasileira de projetos de concreto armado, pôde-se defender algumas de suas funcionalidades que dizem respeito ao dimensionamento de estruturas usuais de concreto armado. Foram realizadas comparações relacionando custos e funcionalidades do Robot em relação aos softwares de mesma linha mais utilizados no Brasil. Tais comparações geram resultados extremamente positivos quanto à utilização do Robot. Palavras-chave: Concreto armado. Estruturas. BIM. Building Information Modeling. Robot. Revit.

ABSTRACT Robot Structural Analysis is a structural analysis software developed by the American company Autodesk. There are several advantages in its use, as its low cost compared to other softwares’ of the same line, its direct integration with the BIM platform software, its various modes of structural projects, among others. However, Robot does not have in its database the parameters of several Brazilian standards used for structural designs. This work explains the main settings to be modified in Robot so that it works according to NBR 6118: 2014, and therefore gets usable for the analysis of usual reinforced concrete structures in Brazil. The elements configured according to this code were slabs, beams and columns. Once the software is fully configured according to the Brazilian code for reinforced concrete, some of its features that pertain to the design of usual reinforced concrete structures were defended. Robot’s costs and features were features to softwares’ most used in Brazil of the same line. Such comparisons generate extremely positive results regarding Robot’s usage. Keywords: Reinforced concrete. Structures. BIM. Building Information Modeling. Robot. Revit.

SUMÁRIO

1

INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 19

1.1

PROBLEMA DE PESQUISA......................................................................................... 20

1.2

QUESTÃO DE PESQUISA............................................................................................ 20

1.3

OBJETIVOS ................................................................................................................... 21

1.3.1

Geral ......................................................................................................................... 21

1.3.2

Específicos ................................................................................................................ 21

1.4

PRESSUPOSTOS ........................................................................................................... 21

1.5

JUSTIFICATIVA PARA ESTUDO DO TEMA ............................................................ 22

1.6

ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................... 22

2

REVISÃO DE LITERATURA .................................................................................... 25

2.1

O CONCRETO ARMADO E SUA UTILIZAÇÃO ....................................................... 25

2.2

A NOVA NBR 6118:2014 .............................................................................................. 25

2.3

PRODUTOS AUTODESK ............................................................................................. 29

3

UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA EDIFICAÇÕES

USUAIS DE CONCRETO ARMADO ................................................................................. 31 3.1

UTILIZANDO O ROBOT .............................................................................................. 31

3.1.1

Tela inicial ................................................................................................................ 31

3.1.2

Configurações gerais ................................................................................................ 32

3.1.3

Iniciando um novo projeto de Estrutura 2D ............................................................. 37

3.1.4

Iniciando um novo projeto de Estrutura 3D ............................................................. 40

3.1.5

Iniciando um novo projeto de Construção ................................................................ 50

3.1.6

Comparação com softwares da mesma linha ............................................................ 51

3.2

IMPLEMENTANDO A NBR 6118:2014 NO ROBOT ................................................. 53

3.2.1

Configurações gerais ................................................................................................ 54

3.2.2

Configuração de lajes ............................................................................................... 60

3.2.3

Configuração de vigas ...............................................................................................68

3.2.4

Configuração de pilares ............................................................................................75

3.3

INTEGRANDO O ROBOT COM O REVIT ..................................................................78

3.4

COMPARANDO CUSTOS DE AQUISIÇÃO ...............................................................83

4

ESTUDO DE CASO ......................................................................................................87

5

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ...................................................................95

5.1

CUSTOS DE AQUISIÇÃO.............................................................................................95

5.2

FUNCIONALIDADE E BIM ..........................................................................................95

5.3

A NORMA BRASILEIRA DE CONCRETO ARMADO ..............................................95

5.4

TRABALHOS FUTUROS ..............................................................................................96

REFERÊNCIAS ......................................................................................................................97

19

1 INTRODUÇÃO Não há dúvidas de que o concreto armado é o tipo de estrutura favorito para aplicação nas construções no Brasil. O principal fator que reflete em tal fato provavelmente é a diferença entre os custos de cada tipo de estrutura: as estruturas metálicas custam cerca de 20% a mais que as estruturas convencionais de concreto armado (CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO, 2014) – isto sem contar outros tipo de estrutura, como a alvenaria estrutural. Partindo-se deste pretexto, é válida a realização de estudos para a otimização na utilização das estruturas convencionais. No entanto, por a análise estrutural de elementos de concreto armado ser mais complexa que a mesma para estruturas mais simplificadas – justamente por depender de dois materiais ao invés de um e da conjugação entre os mesmos –, estudos mais aprofundados em uma mesma estrutura podem tomar parcelas de tempo que as empresas de construção civil podem não estar dispostas a ceder. Como um exemplo básico, durante a realização de estudos preliminares para a utilização de um determinado terreno – através de análise da zona onde o terreno é localizado, com diretrizes que variam conforme é especificado no plano diretor da cidade –, podem surgir duas simplificadas possibilidades palpáveis: um edifício de padrão médio, de aproximadamente 10 pavimentos e 6 apartamentos por andar; um edifício de padrão alto de 22 pavimentos e 2 apartamentos por andar. Esta última opção demandaria uma estrutura que suportasse cargas superiores às da primeira opção. Obviamente, há outros fatores que influem na escolha entre as possibilidades que a empresa construtora tomaria. Mas vale constatar que a supraestrutura é a fase que mais demanda custos durante a execução de uma obra. Logo, é interessante colocar em pauta um comparativo de custos preciso entre as duas opções exemplificadas acima, durante a realização dos estudos preliminares. Como mencionado anteriormente, o que dificultaria a realização de tal comparativo seria o tempo que o mesmo demandaria. Portanto, para que se economize esse tempo, a utilização de softwares é bem-vinda. Por exemplo, o arquiteto poderia desenvolver um projeto arquitetônico completo, como parte do estudo, no software Autodesk Revit e o engenheiro poderia aproveitar o mesmo arquivo digital desse projeto para analisar sua estrutura – sem

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precisar desenhá-la novamente – no software Autodesk Robot. Este último gera automaticamente os quantitativos necessários para o levantamento de custos. Além disso, o engenheiro pode também a aumentar a resistência do concreto utilizado nos pilares inferiores mais carregados, de modo que sua seção possa ser reduzida. O espaço a mais pode ser quantificado como área privativa, coletiva ou até mesmo pode tornar possível a inserção de uma ou mais vagas de garagem. Esse tipo de análise pode ser feita rapidamente com um software de análise estrutural que esteja corretamente configurado com os parâmetros preconizados na norma ABNT NBR 6118:2014. E, quando o projeto arquitetônico está sendo corretamente desenvolvido em um software da tecnologia BIM, a sua intercalação com o projeto estrutural se dá muito mais rapidamente, com resultados precisos e sem interferência entre esses dois tipos de projeto. O presente trabalho demonstra passo a passo a configuração necessária para a utilização do software Autodesk Robot para análise estrutural de construções usuais de concreto armado, conforme as diretrizes de cálculo presentes na nova versão da norma NBR 6118, lançada no ano de 2014. Além disso, este trabalho também explica a integração entre o Robot e um software da tecnologia BIM – o Autodesk Revit. Tendo esses procedimentos em mãos, qualquer escritório de engenharia pode aplicá-los nos softwares Autodesk e usufruir dos benefícios de sua utilização. Este trabalho também demonstra um comparativo de custos para a aquisição dos softwares necessários para o escritório de engenharia e um estudo de caso de uma empresa construtora da região de Blumenau, Santa Catarina, exemplificado no projeto de um de seus edifícios. 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA A pesquisa contida neste trabalho vai abordar o seguinte problema: no que se diz respeito à estrutura de edifícios, como aplicar softwares que se integram à tecnologia BIM de modo que agregue financeiramente a uma empresa construtora? 1.2 QUESTÃO DE PESQUISA Este trabalho é direcionado a partir das seguintes questões: a) qual o impacto da implementação do software Robot e de sua integração com o software Revit?

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b) quais os benefícios em trocar o sistema de análise estrutural atual de um escritório de engenharia para o estudado neste trabalho? c) o que se deve fazer eletronicamente para deixar o software Robot a par das normas brasileiras? d) como se dá a integração entre o Robot e o Revit? 1.3 OBJETIVOS Os objetivos geral e específicos da pesquisa se encontram elucidados a seguir. 1.3.1 Geral Verificar a variedade de recursos e benefícios na utilização do Robot Structural Analysis. 1.3.2 Específicos a) demonstrar os procedimentos necessários para configurar o software Robot conforme a NBR 6118:2014; b) atestar a funcionalidade do método de integração entre o Robot e Revit; c) comparar custos de aquisição entre softwares Autodesk e outros utilizados atualmente no mercado da construção civil; d) realizar um estudo de caso em um edifício cujo projeto já seja existente, de modo a demonstrar as vantagens obtidas ao utilizar as tecnologias defendidas neste trabalho. 1.4 PRESSUPOSTOS A utilização de softwares na construção civil se tornou um catalisador para o crescimento econômico dentro do setor. Com esta utilização, é possível agilizar e aprimorar processos e serviços durante a confecção de projetos. A integração entre as disciplinas de projetos é mais um passo em direção a um planejamento sem erros e, consequentemente, uma execução sem falhas – ou, se as mesmas existirem, devem ser previsíveis.

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1.5 JUSTIFICATIVA PARA ESTUDO DO TEMA Apesar da alta aceitabilidade a softwares por parte dos escritórios de engenharia, muitos ainda se abstém da aquisição e montagem de um sistema de softwares otimizado e atualizado justamente pela questão financeira. Os melhores e mais úteis softwares do mercado são vendidos a preços muito superiores quando comparados com os mais simples, o que acaba incentivando as empresas a escolherem estes últimos. Adquirindo softwares de diferentes desenvolvedores isoladamente acarreta em altos gastos em sua aquisição. Porém, montando um pacote de softwares fechado com um desenvolvedor pode trazer ainda mais benefícios e com preços significativamente menores – que será o foco deste trabalho na parte de comparação de custos de aquisição, abrangendo tanto pacotes fechados da Autodesk quanto possibilidades de sistemas de softwares de diferentes desenvolvedores. Podendo-se provar a eficiência e utilidade de softwares Autodesk no âmbito de projetos de edificações que utilizem estruturas de concreto armado – aliando tais parâmetros à tecnologia BIM do Revit – e adquirindo um preço final mais acessível que outras situações, não haverá motivos para não investir em tal tecnologia. 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO O trabalho será apresentado basicamente em duas partes, sendo a primeira um estudo literário e empírico que esclarece passo-a-passo a utilização do software Robot, utilizando sua integração com o Revit e implementando meticulosamente a NBR 6118:2014 em suas configurações. A segunda parte consiste em uma aplicação prática das tecnologias estudadas a um edifício que possua um projeto completo existente. A primeira parte do trabalho será dividida em quatro itens: a) Utilizando o Robot: uma breve análise da área de trabalho e do escopo do software da Autodesk Robot, indispensável para os seguintes itens do trabalho. Neste item, os parâmetros padrão do software são apresentados e sua interface é comparada com demais softwares da mesma linha. b) Implementando a NBR 6118:2014 no Robot: apresentação das partes configuráveis do software que devem ser modificadas para que o mesmo funcione de acordo com a norma brasileira. Para melhor entendimento, neste item são

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apresentadas imagens do programa em sua fase de configuração, sendo que esta é feita sobre exemplos de estruturas usuais de concreto armado, lançadas no próprio programa. c) Integrando o Robot com o Revit: aqui, o usuário aprenderá utilizar um modelo arquitetônico no software da tecnologia BIM da Autodesk (Revit) para transportálo ao Robot para análise estrutural, respeitando os dois itens anteriores. Ou seja, neste item, será apresentado o modo de integração entre os dois softwares, obedecendo os parâmetros do Robot e utilizando suas configurações modificadas conforme a NBR 6118:2014. d) Comparando os custos de aquisição: tendo sua funcionalidade defendida, devese comparar os custos de aquisição dos principais softwares do mercado da mesma linha para avaliar a viabilidade da utilização dos softwares Autodesk estudados. A segunda parte consiste na utilização de um projeto de um edifício no Revit, para simular a criação de um projeto arquitetônico – com lançamento de estrutura – pelo responsável por tal projeto em um escritório de engenharia. Este projeto é integrado ao Robot seguindo os passos descritos na primeira parte, sendo a análise estrutural realizada para alguns elementos estruturais escolhidos. Nesta parte, os benefícios da utilização dos softwares Autodesk para edificações com estruturas usuais de concreto armado serão colocados à prova.

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25

2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 O CONCRETO ARMADO E SUA UTILIZAÇÃO Como mencionado anteriormente, o concreto armado é o material mais utilizado para estruturas no Brasil. Esse quadro se espelha internacionalmente (MUTUA, 2014). Sua solução começou a ser empregada ao longo dos anos devido ao fascínio do homem pela alta resistência à compressão e durabilidade da pedra e as características do aço. Isolados, estes materiais possuem deficiências que podem ser supridas se mesclados corretamente. Um dos efeitos mais problemáticos oriundos dessa interface entre concreto e aço é a fissuração. Este processo é inevitável e necessário para que o aço ajude o concreto a resistir a tensões de tração. O projetista, assim como o responsável pela a execução, deve adotar alguns parâmetros específicos para garantir que a fissuração não comprometa a qualidade e o desempenho do elemento estrutural. O ponto chave para a correta utilização do concreto armado é a aderência entre os seus dois vigentes materiais, o concreto e o aço. Obviamente, as qualidades de cada material individualmente influi para o conjunto como um todo. Porém, de nada adianta possuir um concreto de altas resistências e um aço de grande durabilidade se os dois não adquirem a aderência necessária para manter o elemento estrutural estável. Para garantir as diversas características que o concreto armado de qualidade deve assumir, alguns parâmetros devem ser obedecidos. No Brasil, existem duas normas técnicas principais para a utilização do concreto armado, que definem tais parâmetros e considera diversas recomendações. Estas normas são a NBR 6118 e a NBR 14931, vigentes para os procedimentos para projetos e para execução, respectivamente. 2.2 A NOVA NBR 6118:2014 Antes de se conceber um estudo que envolve estruturas de concreto armado, é necessário prestar devido respeito às normas brasileiras quanto ao assunto. Assim, é imprescindível para este trabalho a análise da nova revisão da norma NBR 6118, vigente a partir deste ano. Durante o estudo, as mudanças ocorridas da versão anterior da norma para a atual serão frisadas devidamente. Como os parâmetros para realização deste trabalho se embasam na versão de 2014 da NBR 6118, seguem abaixo as principais diferenças entre a versão anterior e a atual (ALVES,

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2014). Algumas dessas diferenças são consideradas relevantes ao trabalho e outras não. Por exemplo, o fato de a norma permitir análise estrutural de estruturas que utilizem concreto de até 90 MPa de resistência à compressão é muito importante quando se considera a possibilidade da utilização de concretos de alto desempenho. Outros parâmetros da NBR 6118 que não foram alterados desde a última versão desta norma também devem ser utilizados na configuração do software Robot, mesmo não se encontrando elucidados a seguir. a) Faixa de resistência abrangida: 

NBR 6118/2007: concreto até C50



NBR 6119/2014: inclui concretos C55 a C90

b) Conformidade dos projetos: os projetos estruturais devem ser “verificados” por outro projetista. c) Diagrama Tensão x Deformação (compressão): 

Concretos até C50: 𝜀𝑐2 = 2,0 ‰ 𝜀𝑐𝑢 = 3,5 ‰



Concretos C55 a C90: 𝜀𝑐2 = 2,0 ‰ + 0,085 ‰ × (𝑓𝑐𝑘 − 50)0,53 4

𝜀𝑐𝑢 = 2,6 ‰ + 35 ‰ × [(90 − 𝑓𝑐𝑘 )⁄100] d) Resistência à tração do concreto: 

Concretos até C50: 𝑓𝑐𝑡,𝑚 = 0,3 × 𝑓𝑐𝑘



2⁄ 3

Concretos C55 a C90: 𝑓𝑐𝑡,𝑚 = 2,12 × ln(1 + 0,11 × 𝑓𝑐𝑘 )

e) Módulo de elasticidade inicial: 

Concretos até C50: 𝐸𝑐𝑖 = 𝛼𝐸 × 5600 × √𝑓𝑐𝑘

27



Concretos C55 a C90: 𝐸𝑐𝑖 = 28,5 × 103 × 𝛼𝐸 × (

𝑓𝑐𝑘 1 + 1,25) ⁄3 10

onde: 𝛼𝐸 = 1,2 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑏á𝑠𝑖𝑜 𝛼𝐸 = 1,0 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑖𝑡𝑜 𝑒 𝑔𝑛𝑎𝑖𝑠𝑠𝑒 𝛼𝐸 = 0,9 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐á𝑟𝑖𝑜 𝛼𝐸 = 0,7 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑖𝑡𝑜 f) Módulo de elasticidade secante: 𝐸𝑐𝑠 = 𝛼𝑖 × 𝐸𝑐𝑖 𝛼𝑖 = 0,8 + 0,2 ×

𝑓𝑐𝑘 ≤ 1,0 80

g) Recobrimentos: Quadro 1 – Recobrimentos mínimos conforme tipo de peça estrutural e classe de agressividade ambiental. Peça estrutural

Classe de agressividade ambiental Classe

Classe

III

IV

25

35

45

25

30

40

50

30

30

40

50

Laje

25

30

40

50

Viga/Pilar

30

35

45

55

Cobrimento nom. p/ ∆c =10 mm

Classe I

Classe II

Laje

20

Viga/Pilar Concreto armado Elementos estruturais em contato com o solo Concreto protendido

Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014.

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h) Ancoragem: 𝐼𝑏 = i)

∅ 𝑓𝑦𝑑 × ≥ 25∅ 4 𝑓𝑏𝑑

Taxa de armadura longitudinal mínima: 

Concretos até C50:

Quadro 2 – Taxa de armadura longitudinal mínima para concretos até C50. fck (MPa)

20

25

30

35

40

45

50

ρ (%)

0,150

0,150

0,150

0,164

0,179

0,194

0,208




Concretos C55 a C90:

Quadro 3 – Taxa de armadura longitudinal mínima para concretos C55 a C90. fck (MPa) ρ (%)

55

60

65

70

75

80

85

90

0,211

0,219

0,226

0,233

0,239

0,245

0,251

0,256


j)

Dimensão mínima das lajes: 

7 cm para cobertura não em balanço (a versão anterior considerava 5 cm);



8 cm para lajes de piso não em balanço;



10 cm para lajes em balanço;



10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN;



12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN;



15 cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, com o mínimo de l/42 para lajes de piso biapoiadas e l/50 para lajes de piso contínuas.

k) Taxa mínima da armadura negativa de bordas de lajes sem continuidade: 𝜌𝑠 ≥ 0,67 × 𝜌𝑚í𝑛 → 𝑒𝑠𝑡𝑒𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑎𝑡é 15 % 𝑑𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑣ã𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑗𝑒.

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2.3 PRODUTOS AUTODESK Abaixo estão listados e detalhados os softwares Autodesk utilizados e/ou mencionados durante realização deste trabalho, conforme descrições na homepage da empresa. a) AutoCAD 2015: utilizado para criação de projetos 3D e 2D. É uma ferramenta de auxílio para desenhos de projetos através de um sistema computacional. b) AutoCAD Structural Detailing 2015: utilizado para detalhamento de projetos estruturais 3D e 2D. Não é utilizado para análise estrutural, apenas para o detalhamento de elementos estruturais e uma manipulação mais flexível do mesmo e de pranchas. c) Revit 2015: utilizado para Modelagem de Informação de Construção (BIM). É uma ferramenta completa para a criação e edição de edificações e seus elementos. A disciplina focada para este trabalho será a estrutural. d) Robot 2015: utilizado para análise e simulação de construções para estruturas. É totalmente compatível com o Revit 2015, tornando sua integração com a plataforma BIM viável. Este software realiza cálculos estruturais para estruturas de concreto armado, metálicas, de madeira e alvenaria estrutural. Os softwares Autodesk mencionados devem ser utilizados em sincronia, variando seu uso conforme necessidade. Basicamente, o arquiteto faz o projeto arquitetônico base no Revit, deixando os engenheiros responsáveis pela confecção dos projetos estrutural – pelo Robot – e complementares – pelo Revit – e pela compatibilização entre os mesmos. A figura 1 representa de maneira simplificada esse processo.

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Figura 1 – Fluxo de trabalho de projetos realizados em BIM.

Fonte: AUTODESK INC., 2014 – adaptado pelo autor.

31

3 UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA EDIFICAÇÕES USUAIS DE CONCRETO ARMADO 3.1 UTILIZANDO O ROBOT Nesta primeira seção deste item do trabalho, será apresentada a completa interface do Robot e como o mesmo funciona, ignorando a configuração conforme a norma brasileira. Esta primeira parte é uma introdução ao software, seus conceitos e aplicações. 3.1.1 Tela inicial A versão do Robot a ser utilizada para este trabalho é a 2015, configurada em português. Ao abrir o programa, o usuário se depara com a tela inicial representada na figura 2. Uma das opções exibidas deve ser escolhida, dentre os diversos tipos de novo projeto – como demonstrado na figura 3 – e projetos existentes. Para se apresentar as noções necessárias para os itens seguintes do trabalho, somente os projetos novos dos tipos Estrutura 2D, Estrutura 3D e Construção serão utilizados. Figura 2 – Tela inicial do Autodesk Robot 2015.

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Figura 3 – Variados tipos de projetos novos no Robot.

3.1.2 Configurações gerais Por padrão, o software Robot possui uma interface já configurada. Praticamente toda a interface é configurável, como de praxe dos softwares Autodesk. As principais configurações gerais demonstradas neste trabalho – que, nos itens posteriores, serão utilizadas frequentemente para parametrização da norma brasileira de concreto armado – são as seguintes: a)

Preferências: permite configurações generalizadas sobre todo o projeto. A principal se dá sobre a plotagem de projetos, que são os “Parâmetros de impressão”. Esta é imprescindível para quem planeja realizar o detalhamento de elementos estruturais e colocá-los em prancha diretamente pelo software. Possui dois subitens para configuração de símbolos em impressões e finalização de impressões – este último possibilitando a integração do Robot com o AutoCAD Structural Detailing.

b) Preferências do trabalho: permite configurações gerais sobre os parâmetros para realização de projetos estruturais de todos os tipos abrangidos pelo software.

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Deve-se prestar muita atenção durante esta configuração, pois é aqui que se definem diversos limites a serem respeitados conforme as normas estabelecidas. Os principais tópicos dentro desta configuração se encontram suscitados abaixo. 

Unidades e formatos: permite ao usuário a configuração das diversas unidades utilizadas em projeto para dimensões, forças e outros.



Materiais: habilita os diversos parâmetros para cada tipo de material utilizado nos projetos estruturais. Este item é muito importante, pois aqui é possível definir os valores limite de materiais como concreto e aço (resistência, módulo de elasticidade, etc.).



Bancos de dados: permite a definição das normas que exercerão efeito sobre todos os itens os quais essas normas relevam, como seções de aço e de madeira, cargas, solos, parafusos, chumbadores, barras de armadura e telas soldadas.



Códigos de projeto: define as principais normas efetivas para os diferentes tipos de estruturas. Foca-se, aqui, a configuração de cargas conforme normas.



Análise de estrutura: aqui, é possível configurar os parâmetros de cálculo para análise estrutural de todos os tipos de estrutura. Os subitens disponíveis são: análise modal, análise não linear e análise sísmica.



Parâmetros de trabalho: opções extras quanto às preferências de projeto, como número máximo de combinações geradas por cálculo.



Criação de malha: define parâmetros básicos para o detalhamento de malhas de painéis em geral (pisos e paredes).

As figuras abaixo demonstram as telas de configurações mais utilizadas para este trabalho.

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Figura 4 – Telas de parâmetros de impressão do Robot.

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Figura 5 – Telas de configuração de unidades e formatos do Robot.

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Figura 6 – Tela de configuração de materiais do Robot.

Figura 7 – Telas de configuração de bancos de dados do Robot.

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Figura 8 – Telas de configuração de códigos de projeto do Robot.

Figura 9 – Telas de configuração de análise de estrutura do Robot.

3.1.3 Iniciando um novo projeto de Estrutura 2D Algo essencial que o usuário precisa ficar ciente é de como se organizam as funcionalidades do software. Cada tipo de trabalho dentro do projeto ocupa um layout diferente

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do outro. O próprio programa administra essa troca de layout para facilitar o trabalho do projetista. Apesar do título, este tipo de projeto também permite visualização em três dimensões, como visto no layout inicial desse módulo na figura 10. Para efeitos de uma breve explanação, para este módulo foi desenvolvida uma barra simples biapoiada, feita de aço, utilizando-se somente as configurações de material e de seções já adotadas pelo software. Figura 10 – Layout inicial de um projeto de Estrutura 2D no Robot.

Como citado anteriormente, este software trabalha com diferentes layouts para diferentes tipos de trabalho. A parte inicial de qualquer projeto estrutural é determinar sua geometria, justamente possível no primeiro layout com o qual o usuário se depara ao abrir o software, que é o subitem “Início”, dentro do item “Modelo de estrutura”. A barra utilizada possui seção I e comprimento de 4 metros, adotados genericamente. Após o desenho da barra, foi atribuída à mesma um carregamento linear distribuído de 20 kN/m. Para isso, é necessário aplicar uma força linearizada de 20 kN/m no sentido negativo do eixo Z, pois este carregamento representa cargas acidentais no sentido da gravidade.

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Figura 11 – Aplicação de um carregamento linear uniforme no Robot.

Todo tipo de carregamento aplicado deve estar vinculado a um caso de carga. Como demonstrado na figura 11, o carregamento atribuído à barra foi inserido no caso de sobrecarga – criado para este projeto. As cargas geradas pelo peso próprio dos elementos são calculadas e aplicadas automaticamente pelo programa, através de suas dimensões e os pesos específicos fornecidos. Em seguida, a opção “Cálculos”, no menu suspenso “Análise” foi selecionada. O software então executa os cálculos necessários para avaliar a estabilidade dos elementos e cargas inseridos. Percebe-se, na figura 12, que o programa inseriu no caso de sobrecarga duas forças horizontais que não existiam antes, oriundas das reações mecânicas do material. Também é possível perceber que agora há um sinal verde sinalizado na parte inferior do layout, seguido do texto “Resultados (FEM): disponível”. Deve-se lembrar que, para este exemplo, foram dispensadas as configurações do tipo de cálculo executado. Os resultados são gerados a partir do momento em que os cálculos são concluídos. O usuário pode alternar o layout para “Resultados”, para assim verificar algumas das conclusões do programa. A figura 13 demonstra o gráfico de momento fletor e as reações nos apoios da barra, considerando os dois casos configurados para este projeto (sobrecarga e peso próprio). As reações de valor de 0,44 kN são devidas ao peso próprio, enquanto que as de valor de 40 kN são devidas ao carregamento linear atribuído anteriormente. Outros resultados mais complexos, como envoltória e deslocamentos também são disponibilizados para consulta.

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Figura 12 – Forças horizontais geradas após os cálculos do Robot.

Figura 13 – Layout de resultados do Robot, com momento fletor e reações nos apoios habilitados para visualização.

3.1.4 Iniciando um novo projeto de Estrutura 3D Projetos de Estrutura 3D possuem uma interface similar à dos projetos de Estrutura 2D. A principal diferença é a possibilidade de transcender um elemento longitudinalmente na direção Y na criação de pórticos. Para exemplificar este tipo de estrutura, foi projetado um pórtico em três dimensões de uma edificação com térreo e mais dois pavimentos. O material da estrutura escolhido desta vez

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foi o concreto armado. Além disso, foram atribuídos outros casos de carga, como visto na figura 14, para tornar este exemplo uma aplicação mais palpável. Figura 14 – Estrutura 3D projetada e casos de carga configurados no Robot.

O programa ficou responsável pela atribuição de cargas oriundas do peso próprio da estrutura. Para a sobrecarga, foram dispostos carregamentos lineares sobre as vigas e carregamentos de superfície sobre os painéis (lajes). Para o vento, é possível determinar que o próprio programa realize simulações de vento conforme a velocidade e sentido do mesmo e gere as cargas deste caso. Porém, para este exemplo, para o vento na direção X, foram simplesmente aplicadas cargas concentradas nos nós de um dos lados da edificação, no sentido negativo do eixo X. O caso de carga de número 4 listado na figura acima, com o título de “COMB1”, representa uma combinação dos demais casos que também é configurada pelo usuário. Uma combinação é determinada a partir de coeficientes que multiplicam os valores das cargas e todos são então somados algebricamente. As duas equações de combinações abaixo foram adaptadas pelo autor (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014 apud ARAÚJO, 2014a): a) Combinação 1: a carga acidental é a ação variável principal: 𝐹𝑑 = 1,4 × 𝐹𝑔𝑘 + 1,4 × 𝐹𝑞𝑘,1 + 1,4 × 0,6 × 𝐹𝑞𝑘,2

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b) Combinação 2: o vento é a ação variável principal: 𝐹𝑑 = 1,4 × 𝐹𝑔𝑘 + 1,4 × 0,5 × 𝐹𝑞𝑘,1 + 1,4 × 𝐹𝑞𝑘,2 onde: 𝐹𝑑 = ação de cálculo 𝐹𝑔𝑘 = cargas permanentes 𝐹𝑞𝑘,1 = carga acidental 𝐹𝑞𝑘,2 = vento Para este exemplo, foi utilizada a equação da combinação 1, o qual determina que a carga acidental é a ação variável principal. Assim, a configuração da combinação “COMB1” ficou como representado na figura 15. Figura 15 – Combinação manual de carga utilizada para o exemplo de Estrutura 3D.

Com os elementos lançados e as cargas parametrizadas, pode-se novamente solicitar os cálculos para a estrutura. Os resultados obtidos são praticamente os mesmos mencionados durante a resolução dos cálculos do exemplo de Estrutura 2D. Um ponto diferencial é a possibilidade de verificar a armadura fornecida aos elementos de concreto armado, já que este foi o material escolhido para o exemplo de Estrutura 3D. Para visualizar as armaduras, é necessário selecionar o elemento e alterar o layout novamente, selecionando “Armadura fornecida de elementos de CA”, no menu suspenso “Projeto”. Para este exemplo, foi selecionada uma viga de três vãos. O usuário então se depara com a tela demonstrada na figura 16, onde o mesmo deve selecionar a combinação de cálculo a ser utilizada para a verificação das armaduras.

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Figura 16 – Seleção da combinação de cálculo para a determinação de armaduras.

Após selecionar a combinação de cálculo a ser utilizada, o usuário pode alterar uma série de configurações quanto às dimensões da viga, parâmetros de armadura, opções gerais de cálculo, entre outras. Todas as configurações alteradas podem ser salvas em modelos de configuração, o que é muito útil para o projetista que planeja modificar os padrões do software ao lançar e calcular sua estrutura. A partir do momento os parâmetros já estão configurados conforme o objetivo de utilização do projetista, deve-se solicitar ao programa os cálculos das armaduras. As mesmas são, então, determinadas e podem ser visualizadas em duas ou três dimensões. Assim como podem ser enquadradas automaticamente numa prancha configurada. Os resultados da análise estrutural e os quantitativos de materiais são gerados em um memorial descritivo de cálculo.

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Figura 17 – Tela de definição de seção para a viga selecionada.

Figura 18 – Tela de parâmetros de andar.

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Figura 19 – Telas para configuração de armadura de vigas.

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Figura 20 – Tela de definição de dimensão.

Figura 21 – Tela para configuração de aberturas na viga.

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Figura 22 – Telas de opções de cálculo.

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Figura 23 – Telas de padrão de armadura.

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Figura 24 – Parte do memorial de cálculos da viga.

Figura 25 – Detalhamento da armadura da viga em 3D.

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Figura 26 – Detalhamento da armadura da viga exportada e editada no software AutoCAD Structural Detailing.

3.1.5 Iniciando um novo projeto de Construção Este modelo é o mais usualmente utilizado por escritórios de engenharia, pois aqui o software trata toda a estrutura lançada como uma edificação em potencial, levando em conta mais opções que cabem a tal. Será pelo projeto de Construção que se dará a maior parte deste trabalho acadêmico. Para exemplificar este tipo de projeto, uma nova estrutura foi lançada. Como é demonstrado na figura 27, a interface do software é brandamente diferente da interface do projeto de Estrutura 3D. O layout inicial é chamado “Geometria”. Para o usuário poder visualizar a estrutura em três dimensões, deve alternar da aba “Planta” para a aba “Vista”. As opções de inserção de elementos também difere dos demais tipos de projeto, sendo essas mais específicas a elementos estruturais – como exemplo, as barras genéricas dos projetos de Estrutura 3D e 2D são já diferenciadas entre vigas e colunas. Os resultados, assim como detalhamentos de armaduras e memoriais de cálculos são gerados neste tipo de projeto assim como demonstrado anteriormente no exemplo de projeto de Estrutura 3D.

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Figura 27 – Layout de geometria em vista do projeto de Construção.

Assim como para a viga estudada no exemplo de projeto de Estrutura 3D, todos os outros elementos estruturais possuem diversas opções que permitem a configuração da armadura gerada. Essas opções serão mais aprofundadas durante o tema de implantação da norma brasileira. 3.1.6 Comparação com softwares da mesma linha Os programas de cálculo estrutural estão disponíveis no mercado para aumentar a produtividade durante a confecção de projetos estruturais. Porém, o uso de tais programas exige do usuário determinados níveis de conhecimento técnico e normativo. Por isso, em hipótese alguma pode-se afirmar que os programas de cálculos de estruturas de concreto substituem o papel do engenheiro, já que as principais decisões tomadas durante as etapas de dimensionamento são tomadas pelo mesmo (VERGUTZ, et al, 2010). Ainda de acordo com Vergutz, et al (2010), os softwares de cálculo estrutural para estruturas de concreto armado mais utilizados no Brasil atualmente são o AltoQI Eberick, o CypeCAD e o CAD TQS. Todos os três são excelentes softwares do ramo e muito reconhecidos no mercado. Porém, atualmente, os únicos que permitem a integração com a plataforma BIM são os dois últimos. E, ainda assim, não possuem uma configuração bem estabelecida para essa intercomunicação entre softwares. Além disso, os softwares mencionados acima são específicos para análise estrutural, sendo dispensáveis à confecção de um projeto arquitetônico e outros projetos complementares.

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Ou seja, para um escritório de engenharia que confecciona várias disciplinas de projeto, a aquisição de softwares de cálculo estrutural se torna muito elevada quando somada à aquisição dos demais softwares (de CAD, principalmente). Se projetista planeja utilizar a plataforma BIM, teria que adquirir um software desta plataforma além de todos os outros, o encareceria ainda mais o total de tecnologias presentes no seu escritório. Logo, é compreensível a busca por alternativas que possam facilitar o trabalho do projetista. E uma das alternativas é defendida justamente por este trabalho. O software Robot, da Autodesk, desempenha perfeitamente o papel de cálculo estrutural, é totalmente comunicável com softwares de plataforma BIM e seu custo é menor quando comparado aos demais softwares – por ser um software da Autodesk, o Robot pode ser adquirido num pacote de programas (inclui o Revit) que barateia o custo de aquisição total das tecnologias utilizadas no escritório. Não obstante as vantagens do software, ainda é necessário avaliar as possibilidades de seu uso e seus métodos de cálculo. Primeiramente, o Robot foi comparado com os três outros softwares mencionados anteriormente, como visto no quadro 4. Quadro 4 – Comparação entre softwares de cálculo estrutural de possibilidades de análise em Estado Limite de Serviço e Estado Limite Último. Software

Eberick

CypeCAD

CAD TQS

Robot

Análise não linear

Sim

Sim

Sim

Sim

Análise dinâmica

Não

Sim

Sim

Sim

Alternância de cargas

Não

Sim

Sim

Sim

Compat. com BIM

Não

Parcialmente

Sim

Sim

A figura 28 representa uma comparação em esquema básico entre o comportamento de um pórtico plano sob uma análise linear e uma análise não linear. Obviamente, o fato de o Robot suportar os dois tipos de análise mencionados acima não é o suficiente para atestar sua validade. É necessário encaixá-lo dentro dos requisitos das normas vigentes. No caso do Brasil, o software deve obedecer à norma de concreto armado NBR 6118 de 2014. O próximo item do trabalho aborda a configuração do programa conforme esta norma.

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Figura 28 – Comportamento linear e não linear de um pórtico plano.

Fonte: KIMURA apud VERGUTZ, et al, 2010.

3.2 IMPLEMENTANDO A NBR 6118:2014 NO ROBOT Ao utilizar o Robot, o projetista brasileiro necessita adequar este software às normas brasileiras, já que o mesmo possui um banco de dados com várias normas estrangeiras, porém sem nenhuma do Brasil. Para demonstrar a configuração do software conforme a NBR 6118, foi utilizado o exemplo de Estrutura 3D apresentado anteriormente, porém convertido para um projeto de Construção, como é visto na figura 29. Todas as cargas e suas combinações foram aproveitadas. Os elementos afetados pela configuração apresentada são as lajes, as vigas e os pilares. Há outros elementos que fazem parte de uma estrutura de concreto armado. Porém, para efeitos acadêmicos, esses três elementos foram escolhidos por constituírem as principais partes da estrutura.

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Figura 29 – Exemplo de projeto de Construção utilizado para apresentar a configuração do Robot conforme a NBR 6118:2014.

O modelo acima será utilizado para configurar o Robot. A configuração se dará em quatro etapas: a) configurações gerais; b) configuração de lajes; c) configuração de vigas; d) configuração de pilares; 3.2.1 Configurações gerais Antes de modificar as configurações específicas para cada tipo de elemento estrutural, o projetista precisa configurar alguns parâmetros gerais do software que surtirão efeito em toda a estrutura. Para isso, o usuário precisa acessar a opção “Preferências do trabalho”. A primeira configuração a ser alterada é a de “Unidades e formatos”. A norma não dá preferência a unidades. Portanto, as unidades adotadas para este projeto foram as utilizadas ao longo dos itens da NBR 6118, que são as seguintes: a) Dimensões da estrutura: m b) Dimensões da seção: cm c) Diâmetro de barras de CA: mm

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d) Áreas de armadura: cm² e) Força: kN f) Momento: kNm g) Tensões: MPa Após realizada a modificação de unidades, deve-se configurar os materiais. O usuário deve primeiro selecionar a nacionalidade dos materiais. Selecionar a nacionalidade brasileira não impõe ao software as configurações da norma, por isso deve-se configurá-lo manualmente. O primeiro material configurado foi o concreto, como demonstrado na figura 30. Foi criado um novo concreto no programa, com o título de “C25”, adotando-se os parâmetros característicos de tal classe de concreto. O projetista pode inserir qualquer classe de concreto aqui, desde que o mesmo esteja listado na NBR 8953 e que obedeça os critérios da NBR 6118. De acordo com o item 8.2.8 da NBR 6118 (2014), o módulo de elasticidade – ou módulo de Young – do concreto classe C25 pode ser adotado com o valor de 28 GPa (28000 MPa), considerando o uso de granito como agregado graúdo. Este item da norma ainda preconiza que o coeficiente de Poisson a ser adotado pode ser de 0,2 e é encontrada a seguinte fórmula para o cálculo do módulo de elasticidade transversal (módulo de cisalhamento): 𝐺𝐶 = 𝐸𝐶𝑆 ⁄2,4 onde: 𝐺𝐶 = 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝐸𝐶𝑆 = 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎çã𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 Para o caso do concreto classe C25, o valor de 25 GPa pode ser adotado para o módulo de deformação secante. O módulo de elasticidade transversal fica então com o valor aproximado de 10416,67 MPa. Conforme a NBR 6118 (2014), “Se a massa específica real não for conhecida, para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m³ (...)”. Como o Robot trabalha com peso específico ao invés de massa específica, esse valor foi convertido para 23,54 kN/m³. Ainda de acordo com a norma, o coeficiente de dilatação térmica adotado foi de 10-5/°C.

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A relação de amortecimento foi desconsiderada, por não haver critério sobre a mesma na norma brasileira. A resistência característica adotada foi de 25 MPa e a amostra foi adotada como cilíndrica, já que este é o formato dos corpos de prova de concreto. Figura 30 – Configurações do concreto C25 adotadas no Robot.

O próximo material configurado foi o aço. Como no caso do concreto, o usuário também pode configurar o tipo de aço que quiser, desde que obedeça aos critérios da NBR 7480:2007. Para o aço, foi criado um novo tipo: o aço CA-50. Para este, primeiramente, foi adotado o módulo de elasticidade igual a 200 GPa. A norma preconiza o valor de 210 GPa para barras, porém todas as normas internacionais utilizam o primeiro valor. Por falta de justificativa do uso do segundo valor, o valor de 200 GPa foi adotado (ARAÚJO, 2014a). A massa específica do aço, de acordo com a NBR 6118, deve ser de 7850 kg/m³, sendo convertido para o peso específico de 76,98 kN/m³ no software. O coeficiente de expansão térmica também respeita a norma, sendo este adotado com o valor de 10-5/°C. A resistência característica do aço adotada foi de 500 MPa. A resistência limite do aço CA-50 pode ser calculada pela fórmula (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007): 𝑓𝑠𝑡 = 1,08 × 𝑓𝑦𝑘

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onde: 𝑓𝑠𝑡 = 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎ç𝑜 𝑓𝑦𝑘 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑎ç𝑜 Logo, pode-se adotar o valor de 540 MPa à resistência limite do aço configurado. Os valores do coeficiente de Poisson, módulo de cisalhamento, relação de amortecimento e fator de redução de

cisalhamento não são preconizados na norma

brasileira, logo foram adotados os valores padrão do programa. Não se pode esquecer de desmarcar a caixa “Aço recozido”. Figura 31 – Configurações do aço CA-50 adotadas no Robot.

Com as propriedades dos materiais configuradas, é necessário alterar alguns parâmetros cabíveis ao dimensionamento dos elementos. O próximo passo é configurar as bitolas de barras de armadura. Para isso, o projetista deve selecionar um banco de dados qualquer de barras de armadura para editá-lo em seguida, clicando no botão com a imagem de uma pasta se abrindo. Recomenda-se utilizar a norma espanhola EHE como banco de dados, pois esta preconiza diâmetros parecidos com os do padrão brasileiro e utiliza as mesmas unidades de medida. A figura 32 representa a seleção da norma espanhola e algumas de suas configurações originais após aberta.

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Figura 32 – Seleção de um banco de dados base para configuração das bitolas de armadura.

Primeiramente, o usuário deve excluir todas as linhas que representem barras que não estão listadas na NBR 7480:2007. Porém, é recomendável manter as barras de diâmetro de 6 mm e de 12 mm – se essas existirem na norma escolhida –, pois estas serão simplesmente substituídas respectivamente pelos diâmetros brasileiros de 6,3 mm e 12,5 mm. As barras escolhidas para configuração se limitam pelas bitolas compreendidas entre 6,3 mm a 25 mm, por serem as mais usuais do aço classe CA-50. O quadro 5 suscita a massa linear de cada barra a ser empregada no software.

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Quadro 5 – Massa linear nominal das barras utilizadas na configuração do Robot. Diâmetro da barra (mm)

Massa linear nominal (kg/m)

6.3

0,245

8

0,395

10

0,617

12.5

0,963

16

1,578

20

2,466

25

3,853


O projetista pode alterar outras configurações na mesma janela, como as unidades de medida, caso as mesmas não estejam de acordo com o padrão brasileiro. Porém, como para este exemplo de configuração foi escolhida a norma espanhola, as unidades não foram alteradas. A figura 33 apresenta os valores utilizados nessa janela de configuração. O campo “MaxLength” se refere ao máximo comprimento possível de uma barra de armadura. Basta adotar o comprimento máximo de 12 metros para todas as barras. Deve-se tomar muito cuidado para que a unidade de medida para este campo esteja em metros. Deve-se adotar o valor da resistência do aço de 500 MPa no campo “CharacteristicYieldStress” – como a unidade lida pelo programa neste campo é em Newtons por metro quadrado, o valor fica 5.108 N/m². Os valores nominais de ganchos podem ser configurados, porém, para este exemplo, eles foram ignorados e os valores padrão foram deixados, pois os valores dos ganchos podem ser configurados durante o dimensionamento dos elementos.

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Figura 33 – Configurações das barras de armadura conforme as normas brasileiras.

Com as configurações atualizadas, deve-se salvá-las num novo arquivo, clicando no botão com a imagem de uma página em branco. O arquivo deve ser salvo no diretório “C:\ProgramData\Autodesk\Structural\Common Data\2015\Data\Reinf\”, com o prefixo “bar_” na frente do nome escolhido. Assim, esse novo banco de dados estará disponível para seleção na janela de configuração de barras de armadura. As demais configurações em preferências do trabalho podem ser ignoradas. Algumas são dispensáveis e outras poderão ser alteradas durante o dimensionamento da estrutura. 3.2.2 Configuração de lajes Para criar uma laje no Robot, deve-se primeiro desenhar um painel horizontalizado. Serão aplicados a este painel os parâmetros de uma laje requeridos pelo projetista. No layout de Geometria, deve-se selecionar os painéis que se deseja aplicar as configurações e clicar no botão na lateral direita de espessura de lajes. O usuário pode então escolher um dos modelos de espessura já listados, editar um deles ou criar um novo. O Robot nomeia as lajes maciças de homogêneas e lajes com nervuras de ortotrópicas. Para este exemplo, foi criada uma espessura constante de 12 cm de uma laje maciça. Não se pode esquecer de selecionar o tipo de concreto configurado pelo usuário – neste caso, o C25 foi escolhido. Após aplicados esses parâmetros, pode-se dar início ao cálculo de armaduras. Basta selecionar as lajes que se deseja realizar o cálculo e selecionar a opção de armadura fornecida de elementos de concreto armado. Pode-se selecionar uma laje isolada ou lajes contíguas. Neste último caso – que foi o escolhido para este exemplo –, a armadura das lajes é calculada em conjunto – o que é a escolha mais usual entre projetistas.

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Figura 34 – Adotando os parâmetros iniciais a lajes de concreto armado.

Figura 35 – Tela inicial do layout de armadura fornecida para lajes.

Para iniciar a configuração da armadura das lajes, o usuário deve alternar para o layout Laje – armadura necessária (figura 36), para alterar algumas configurações.

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Figura 36 – Tela inicial do layout de armadura necessária para lajes.

O projetista deve clicar no botão “Tipo de armadura de placa e casca”, localizado no painel de botões à direita. A janela que se abre permite configurar alguns parâmetros da armadura. Novamente, pode-se escolher um modelo existente ou criar um novo. Neste caso, foi criado um novo modelo utilizando as configurações observadas na figura 37. O tipo de cálculo escolhido para lajes pode se dar por flexão simples ou flexão + compressão/tensão. O segundo tipo foi escolhido para este exemplo, por abordar um cálculo mais completo. A direção da armadura principal pode ser definida manualmente, mas recomenda-se deixar na opção “Automático”, para que o software adote a direção da armadura principal conforme outros parâmetros da laje. Os materiais escolhidos devem ser aqueles configurados conforme as normas brasileiras pelo usuário – neste caso, para concreto e o aço foram selecionados o C25 e o CA-50, respectivamente.

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Figura 37– Parâmetros de armadura de laje configurados para o exemplo.

A deflexão é a flecha máxima tolerada na laje. O projetista pode estabelecer o valor conforme seus critérios, sendo que a NBR 6118 exige que o limite da flecha deve ser igual a l/250 – onde l é igual ao comprimento do menor vão da laje – e l/125 para lajes em balanço – onde l é igual ao comprimento do balanço.

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As dimensões das barras representam os diâmetros padrão para o dimensionamento das armaduras positivas e negativas. Esses valores podem ser alterados posteriormente. A cobertura no Robot representa o cobrimento dos elementos estruturais. O valor de cobrimento adotado para as lajes para este exemplo foi de 2,5 cm, que é o cobrimento mínimo para lajes num ambiente de agressividade classe II, conforme a NBR 6118. As demais configurações desta janela não requerem modificação. Não se deve esquecer de configurar a combinação de cargas. Como as cargas já haviam sido atribuídas e a combinação já havia sido configurada no modelo de Estrutura 3D, essas configurações não foram demonstradas novamente neste item do trabalho. Para efetuar esses passos, ver item 3.1.4. Antes de clicar no botão “Calcular” no layout de armadura necessária de lajes, deve-se verificar se a combinação selecionada no campo “Estados limite” é aquela configurada e requerida pelo projetista. Essa combinação está apresentada em formato numérico. Após efetuar o cálculo no layout atual, deve-se alternar para o layout de Laje – armadura fornecida. Neste layout é configurada o restante dos parâmetros de armadura da laje. Primeiramente, neste layout, o projetista deve clicar no botão “Opções de cálculo”, localizado à direita na tela. Nesta janela, foram selecionadas as barras a serem utilizadas para as armaduras das lajes. Há outras configurações disponíveis, como para telas soldadas e armaduras para punção, porém estas foram ignoradas. O projetista pode configurá-las conforme sua preferência. As barras selecionadas são as compreendidas entre as de diâmetros 6,3 mm e 12,5 mm, como demonstrado na figura 38. O próximo botão é o de parâmetros de andar. Uma configuração interessante aqui é a sobre o tempo de resistência ao fogo do elemento estrutural. O projetista pode escolher o tempo mínimo de resistência ao fogo de acordo com os requisitos regionais do corpo de bombeiros.

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Figura 38 – Barras utilizadas para o dimensionamento de lajes.

O item seguinte é aberto clicando-se no botão de parâmetros de armadura. Na aba “Geral”, o usuário deve selecionar o tipo de armadura, como se dá o segmento da mesma e algumas dimensões das barras retas. Para o tipo de armadura, para as lajes maciças selecionadas, deve-se escolher a opção de barras somente. O segmento de armadura diz respeito à continuidade das barras entre lajes contíguas com áreas de aço semelhantes, sendo que a opção “Toda a placa” ativa essa continuidade enquanto que a opção “Painel único” limita as barras às suas lajes locais. Para este exemplo, a opção “Toda a placa” foi selecionada. Finalmente, podese modificar o comprimento máximo – que deve ficar fixo em 12 metros – e diâmetro mínimo das barras. A próxima aba desta janela permite algumas configurações opcionais sobre as barras, como fixar os diâmetros ou espaçamentos. Por ser uma etapa opcional, esta foi ignorada e as configurações padrão foram mantidas. Deve-se lembrar que, conforme a NBR 6118, o diâmetro das barras de armadura não devem ultrapassar 1/8 da espessura da laje e o espaçamento máximo entre barras armadas em uma só direção deve ser de 33 cm. A NBR 6118 de 2014 também exige a utilização de armadura de borda para lajes sem continuidade, logo se recomenda ativar a opção de apoios de viga na armadura. As configurações de armadura de tela soldada também foram ignoradas, já que a mesma não será utilizada em nenhuma das lajes. Na aba de armadura estrutural, o usuário pode configurar suas preferências quanto às armaduras dispostas em volta de uma abertura na laje, assim como o tamanho mínimo de uma abertura para que essa armadura seja aplicada.

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Figura 39 – Configurações de padrão de armadura para lajes durante o dimensionamento.

Enfim, a última aba serve ao usuário para configurar os ganchos, caso o mesmo utilize ganchos nas armaduras. Lembrando que a cada janela de configuração, o projetista pode clicar em “Salvar como...” para salvar os parâmetros inseridos. O modelo salvo pode ser aberto novamente para que não se precise configurar novamente da mesma maneira. Finalmente, o projetista pode clicar no botão de cálculos para que o software gere as armaduras de acordo com as configurações editadas. Os resultados podem ser verificados na nota de cálculo e nos desenhos gerados. Para visualizar a armadura em três dimensões, é necessário alternar para o layout “Laje – armadura”. As próximas figuras ilustram os resultados obtidos após a parametrização da configuração de lajes conforme a NBR 6118. Todas as armaduras – não só de lajes – podem ser exportadas ao software AutoCAD Structural Detailing para que possam ser feitas pequenas alterações no detalhamento conforme as preferências do projetista ou padronizações utilizadas em seu escritório de trabalho.

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Figura 40 – Parte da nota de cálculo gerada pelo Robot no dimensionamento das lajes.

Figura 41 – Prancha padrão gerada pelo Robot durante o dimensionamento das lajes.

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Figura 42 – Perspectiva em 3D das armaduras das lajes.

3.2.3 Configuração de vigas O Robot trabalha com os elementos considerando que seus cruzamentos se dão nos eixos dos mesmos, sendo que o alinhamento de um elemento em relação a outro pode ser modificado a qualquer momento. O projetista pode lançar os elementos já configurados com a seção que pretende utilizar, porém, o ideal é lançar os elementos como se fossem barras simples, sem seção atribuída e aplicar as seções após a estrutura estar totalmente lançada. No caso do exemplo, as seções das vigas já estavam configuradas pois a estrutura já havia sido lançada anteriormente no modelo de Estrutura 3D. As configurações das vigas a serem estudadas podem ser alteradas clicandose no botão de “Seções da barra” à direita, como mostra a figura 43. Antes de selecionar as vigas para calculá-las, o projetista pode alterar algumas configurações clicando no menu suspenso “Projeto” e em seguida “Armadura necessária de vigas/colunas – Opções”. Essas configurações podem ser alteradas e salvas para serem aplicadas a outras barras posteriormente. A janela que requer mais opção é a de definição do parâmetro de cálculo, que apresenta algumas opções iniciais quanto ao dimensionamento do elemento, como mostra a figura 44. Deve-se selecionar os materiais configurados previamente e lembrar de atribuir o cobrimento correto perante a classe de agressividade utilizada para o cálculo.

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Figura 43 – Configuração da seção das vigas selecionadas.

Figura 44 – Definição do parâmetro de cálculo de vigas.

Com as configurações acima aplicadas às vigas que se pretende calcular, pode-se selecionar as vigas e escolher a opção de armadura fornecida para elementos de concreto armado. A primeira opção fornecida ao projetista é de quais cargas o mesmo quer que as vigas suportem. A combinação criada anteriormente foi a escolhida para este exemplo, como mostra a figura 45. Na mesma janela, o usuário pode também selecionar as barras que suportam as vigas.

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Figura 45 – Seleção das cargas para cálculo das vigas.

O usuário pode então começar as configurações do layout atual. O primeiro botão de configuração disponível à direita é o de armadura típica. A janela que abre permite configurações importantes quanto à disposição das armaduras nas vigas. A primeira aba disponível é a de estribos, a qual permite ao usuário a definir um diâmetro específico ao estribo, configurar seu layout, número de ramos, material, ganchos e cobrimento, além de o projetista poder prever barras intermediárias na seção transversal da viga. A aba seguinte dessa janela, sobre distribuição de estribos, permite que se faça alterações na disposição das barras transversais, como espaçamento e concentração de estribos próximos dos apoios. A próxima aba serve para definir os parâmetros de seções e disposição das barras longitudinais. Deve-se lembrar que o Robot calculará a armadura e, caso as configurações não passem na análise estrutural, haverá erros no dimensionamento e as armaduras mínimas deverão ser adotadas. As abas de barras adicionais vêm no programa, por padrão, sem configuração. Porém, é importante frisar que a NBR 6118 exige armadura negativa de borda e armadura negativa para vigas engastadas nos apoios. Para este exemplo, foram adicionadas barras de 6,3 mm para armadura negativa de borda para as duas vigas nas extremidade com comprimento de 15% do valor do comprimento dos seus respectivos vãos com ganchos de 10 cm e, para as barras de

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armadura negativa sobre os apoios centrais, foi aplicado um comprimento teórico de 25% do valor do comprimento dos vãos, atendendo à norma brasileira. A última aba desta janela se refere à configuração de transpasse de barras em caso de descontinuidade das mesmas. Se o projetista ativar esta opção, as barras longitudinais das vigas irão cessar seu comprimento ao se encontrar com um apoio. Figura 46 – Configuração dos parâmetros de armadura típica de vigas.

A seguir, o projetista pode inserir o valor do coeficiente ξ na janela de parâmetros de andar. Porém, essa etapa foi ignorada. Na continuação da configuração da norma brasileira para as vigas deste exemplo, foi aberta a janela de opções de cálculo. Primeiramente, aqui, foi fixado novamente o valor do cobrimento da viga de 2,5 cm para todas as direções. Após isso, o projetista pode otimizar a utilização da seção do elemento, de forma que possa permitir que o programa altere as dimensões da viga se necessário. Os valores de flechas máximas também podem ser inseridos nesta primeira aba, podendo ser expressos como relação com o vão da viga e/ou como valores absolutos. Deve-se lembrar que o deslocamento limite preconizado pela NBR 6118 para vigas após a construção de paredes é de l/500, onde l é o comprimento do vão da viga. Nas próximas abas desta janela, o projetista deve configurar os materiais e disponibilizar as barras que o mesmo tem preferência para aplicação.

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Figura 47 – Opões de cálculo de vigas.

A próxima etapa é configurar o padrão de armadura das vigas. A aba “Geral” dispõe de algumas opções iniciais, como a questão da continuidade da barra novamente. Se o usuário selecionar a opção “Vão único”, cada viga limitará o comprimento de suas barras. Se a opção “Viga completa” for selecionada, as barras transcendem os apoios entre os vãos Alguns itens opcionais podem ser verificados pelo projetista ainda nesta aba, como o diâmetro mínimo selecionado para a armadura principal. O espaçamento entre barras pode ser definido de acordo com a tensão na barra, conforme a NBR 6118. As demais abas também possuem itens opcionais que dizem respeito às armaduras. São itens opcionais pois suas variações dependem das preferências do projetista. Por exemplo, há configurações que dizem respeito a armadura de montagem e a armadura de retração, como demonstrado na figura 48.

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Figura 48 – Configurações de padrão de armadura de vigas.

O projetista pode ainda redimensionar a viga no momento em que quiser, mesmo estando no layout de armaduras de elementos de concreto armado. Pode-se, ainda, configurar aberturas na viga, caso necessário. Feitas as configurações cabíveis, os cálculos podem ser efetuados e os dados conferidos.

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Figura 49 – Parte da nota de cálculo da viga estudada.

Figura 50 – Parte da prancha padrão do Robot para o detalhamento da viga estudada.

Figura 51 – Perspectiva 3D da armadura calculada para a viga estudada.

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3.2.4 Configuração de pilares Assim como o caso das vigas, o pilar a ser dimensionado deve ser primeiramente selecionado e sua seção deve ser imposta. Deve-se lembrar que a área mínima para seção de pilares é de 360 cm² e cada uma de suas dimensões não podem ser menores que 19 cm, conforme a NBR 6118 de 2014. Uma de suas dimensões pode ser de um valor entre 14 cm e 19 cm, caso o projetista majore os esforços solicitantes. A opção de parâmetros de cálculo pode ser configurada. Porém, como esses parâmetros são atribuíveis tanto a vigas quanto a colunas, esta etapa foi ignorada, pois tal configuração foi realizada no item anterior deste trabalho. Logo, o projetista deve selecionar a opção de armadura fornecida para prosseguir. Como visto anteriormente, a primeira opção com a qual o usuário se depara nesse layout é em relação à combinação de cargas. Como com as vigas, a combinação configurada foi a selecionada. Após a combinação de cargas ter sido selecionada, o usuário deve configurar a armadura típica de colunas. Aqui, o projetista pode selecionar o diâmetro típico a ser utilizado para a armadura principal e estribos, seus materiais, ganchos, número de barras e sua disposição e esperas para pilares superiores. É recomendável ao menos configurar o cobrimento – neste caso, foi atribuído o cobrimento de 3 cm, por se tratar de um pilar num ambiente de agressividade classe II – e ganchos para estabilizar as barras centrais do pilar, caso as mesmas existam. Figura 52 – Configurações de armadura típica de pilares.

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As próximas configurações se dão clicando-se no botão de opções de cálculo. Novamente, o projetista deve se certificar de que os materiais estão corretamente selecionados e o de que o cobrimento está devidamente fixado. As bitolas de barras disponíveis também podem ser selecionadas. Demais configurações nesta janela são opcionais. A seguir, deve-se configurar os itens na janela de padrão de armadura. Esta é a última janela de configuração utilizada para este exemplo. Aqui, o projetista deve inserir os valores faltantes para a disposição das armaduras nos pilares. Alguns desses valores são opcionais. É importante inserir o valor de espaçamento entre barras longitudinais, pois a NBR 6118 preconiza que o espaçamento entre faces de barras deve ser igual ou superior ao valor do diâmetro da maior barra ou igual ou superior a 20 mm. Como o Robot recebe os valores de espaçamento entre eixos de barra em metros, é concebível atribuir o valor de 0,04 m, considerando que a maior barra não ultrapassará 20 mm de diâmetro. As dimensões do pilar podem ser alteradas a qualquer momento. As cargas aplicadas no pilar e configurações de flambagem também podem ser verificadas pelo projetista. Feitas as últimas configurações, o pilar pode ser calculado. Figura 53 – Configurações de armadura típica de pilares.

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Figura 54 – Configurações de padrão de armadura de pilares.

Figura 55 – Parte da nota de cálculo do pilar estudado.

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Figura 56 – Prancha padrão do Robot para o pilar estudado.

Figura 57 – Perspectiva 3D do pilar estudado.

3.3 INTEGRANDO O ROBOT COM O REVIT A integração entre os dois softwares se dá em uma via de dois sentidos, ou seja, é possível importar estruturas do Robot no Revit, para que outras disciplinas de projeto sejam aplicadas sobre elas, assim como é possível analisar uma estrutura lançada num projeto arquitetônico no Revit após integrar esse projeto no Robot. Esta segunda opção é a mais cabível quando se fala no conceito da plataforma BIM. Afinal, teoricamente é trabalho do arquiteto lançar a estrutura no projeto arquitetônico para que o engenheiro calculista faça o projeto estrutural, nesta ordem. Para demonstrar essa integração neste trabalho, foi criado um pórtico simples no Revit para que este fosse analisado no Robot. O pórtico no Revit pode ser verificado na figura 58.

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Figura 58 – Perspectiva 3D do pórtico criado no Revit.

Na aba de análise do Revit, é possível checar algumas opções de análise estrutural. É ainda possível lançar cargas no Revit – para que as mesmas sejam aproveitadas ao analisar a estrutura no Robot. É interessante que, antes de transportar a estrutura ao Robot, o usuário configure algumas combinações simples de cargas no próprio Revit. Para isso, é necessário clicar no botão de casos de carga – ou “Load Cases”, caso o programa esteja configurado em inglês. Na janela que se abre, deve-se ajustar os casos de carga que se pretende manter no projeto. Para este exemplo simples, foi mantido somente o caso de carga “DL1”, que representa o peso próprio da estrutura, como visto na figura 59. É necessário que o peso específico do concreto armado tenha sido configurado corretamente pelo usuário que lançou a estrutura. Após os casos serem configurados, os mesmos podem ser atribuídos a combinações de carga. Como para este exemplo somente o caso de peso próprio está sendo utilizado, a combinação configurada apenas tem a função de definir o seu tipo de uso e o estado limite. Para este caso, foi escolhido o estado limite último (ELU), como visto na figura 60.

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Figura 59 – Configuração de casos de carga no Revit.

Figura 60 – Configuração de combinações de casos de carga no Revit.

Feitas as configurações instruídas acima, o usuário deve clicar no botão de link com o Robot Structural Analysis, encontrado na aba de análise no Revit, como visto na figura 61. Nas opções exibidas, é importante que o usuário certifique-se de que a opção de enviar está marcada, que a integração se dará diretamente, que o caso que atribuí o peso próprio da estrutura esteja devidamente selecionado e que a transferência de projetos de armadura serão transferidos juntamente à estrutura. Estas configurações estão representadas na figura 62.

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Figura 61 – Botão de link do Revit com o Robot.

Figura 62 – Configurações de envio de estrutura do Revit ao Robot.

Com as configurações confirmadas, o Revit executará a tarefa de exportação ao Robot. O tempo de espera para esta exportação varia conforme a complexidade da estrutura. Após o processo de exportação ter sido concluído, o modelo estrutural do Revit pode ser verificado no Robot. Como este último trabalha com um sistema de nós e eixos, a estrutura não fica correta visualmente, como visto na figura 63. Porém, não existe continuidade a este problema após a estrutura ser transportada ao Revit novamente.

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Figura 63 – Pórtico importado no Robot.

A primeira fase da integração está concluída – a estrutura foi completamente transfigurada para os padrões do Robot. Aqui, o usuário pode atribuir as características estruturais que cabem ao dimensionamento da estrutura. Assim como pode também redimensionar as seções das peças durante o processo. Porém, é recomendável que as seções sejam somente alteradas para definir quais as dimensões mínimas a peça deve ter para que, no Revit, esses valores sejam alterados. Após a estrutura ser corretamente analisada – conforme as instruções verificadas nos itens 3.1 e 3.2 deste trabalho – e devidamente modificada se necessário, o projetista deve atualizar a estrutura no Revit conforme alterações feitas no Robot. Para isso, deve-se voltar ao Revit e novamente clicar no botão de link com o Robot. As mesmas configurações observadas anteriormente devem ser utilizadas, com exceção de que, desta vez, deve-se marcar a opção de atualizar o modelo e resultados, como visto na figura 64. Novamente, há um tempo de espera para a atualização do modelo estrutural que varia conforme a complexidade da estrutura e dos resultados obtidos no Robot.

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Figura 64 – Configurações de atualização de estrutura no Revit conforme análise do Robot.

Após o processo de atualização ter sido realizado, a integração foi concluída com sucesso. As armaduras calculadas no Robot foram transferidas para o Revit, estão dispostas conforme dimensionado e fazem parte do conjunto de elementos do Revit, podendo ser facilmente levantadas em estudos quantitativos. Algumas alterações nas armaduras podem ser feitas manualmente no Revit. Podem ser visualizadas habilitando a visualização do modelo analítico no Revit, conforme visto na figura 65. Figura 65 – Modelo atualizado no Revit.

3.4 COMPARANDO CUSTOS DE AQUISIÇÃO A aquisição e manutenção constante de computadores e softwares para usufruir da tecnologia para calcular, analisar, dimensionar e detalhar estruturas geralmente é o item que mais demanda custos a um escritório de projetos. Não há dúvidas que softwares de cálculo

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estrutural são os mais caros dentro do ramo da engenharia no Brasil. Assim, é necessário realizar um estudo de custos de acordo com as necessidades do escritório. Por exemplo, o projetista de escritório deve levar em conta a aquisição de um software da tecnologia BIM se o mesmo pretende que tal plataforma seja aplicada nos projetos. Além disso, é necessário que os demais softwares utilizados sejam compatíveis com essa tecnologia. Como este trabalho tem como um de seus objetivos demonstrar a integração entre o Robot e o Revit – um software de cálculo estrutural e um de edição de modelos em BIM, respectivamente –, o quadro 6 abaixo compara os custos de aquisição do Robot com os dos principais softwares de cálculo estrutural utilizados atualmente no Brasil que são compatíveis com a plataforma BIM. Os custos demonstrados foram obtidos através de cotações realizadas pelo autor deste trabalho no ano de 2014. As versões dos softwares comparados são as mais completas dentro do âmbito de estruturas de concreto armado. Quadro 6 – Custos de aquisição de licença Standalone dos softwares. CAD/TQS 18 Plena

CYPECAD 2015 Completo

Autodesk Robot 2015

R$ 35.400,00

R$ 18.886,00

R$ 18.146,00

Os custos demonstrados acima são referentes à compra das licenças dos softwares de cálculo estrutural somente, sem incluir nenhum outro. É importante lembrar que vários outros softwares podem ser necessários de acordo com as necessidades do escritório de projetos. Partindo do princípio de que o escritório deve ter acesso à plataforma BIM, o quadro 7 demonstra o total do custo dos softwares de cálculo estrutural somado ao custo do Revit dentro do pacote Building Design Premium, da Autodesk – o Revit completo só pode ser obtido neste pacote, que traz consigo o AutoCAD e alguns outros produtos da Autodesk – e o custo do pacote Building Design Ultimate – que inclui, além dos softwares do pacote Premium, Robot, AutoCAD Strutctural Detailing, 3D Studio Max e outros.

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Quadro 7 – Custo total da aquisição do software de cálculo estrutural somado ao Revit. CAD/TQS 18 Plena


Autodesk Robot 2015

Software de cálculo estrutural

R$ 35.400,00

R$ 18.886,00

-

Autodesk Building Design Premium

R$ 18.819,00

R$ 18.819,00

-

Autodesk Building Design Ultimate

-

-

R$ 33.296,00

TOTAL

R$ 54.219,00

R$ 37.705,00

R$ 33.296,00

É interessante apontar que os pacotes Autodesk possibilitam uma assinatura que pode ser renovada mensal ou anualmente – esta assinatura é chamada de Maintenence Subscription. Com a renovação em dia, o projetista sempre terá seus softwares atualizados e não precisará pagar o valor da licença novamente. No caso do Building Design Ultimate, o valor dessa assinatura opcional cotado pelo autor do trabalho foi de R$ 5.527,00 para o contrato anual. Ou seja, o projetista teria que pagar uma vez o valor de R$ 33.296,00 somado ao valor da assinatura e, após um ano de uso, precisaria pagar somente o valor do contrato anual para continuar a utilizar todos os softwares atualizados. Caso a assinatura não seja renovada, o projetista teria de comprar a licença novamente.

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4 ESTUDO DE CASO Para melhor ilustrar os efeitos da utilização do Robot e sua integração direta com o Revit, foi selecionado um projeto existente de um edifício a construir. O projeto foi desenvolvido no Revit e foi gentilmente cedido pelo escritório da construtora Speranzini Engenharia Ltda. para auxiliar nos estudos deste trabalho. O edifício do projeto utilizado para estudo de caso é o Edifício Suíça, da Speranzini. Os elementos estruturais já haviam sido analisados e dimensionados pelo escritório da construtora, evitando assim riscos de haver problemas com o dimensionamento das seções dos elementos. Algumas informações do edifício estão listadas abaixo: a) Área total: 9.877,19 m² b) Tipo de edificação: residencial multifamiliar + comercial c) Nº pavimentos de garagem: 3 d) Nº pavimentos tipo: 15 e) Tipo de estrutura: concreto armado Figura 66 – Ed. Suíça aberto no Revit.

O projeto pode ser alterado no próprio Revit. As configurações de carga para análise estrutural podem ser modificadas no software para que as informações sejam aproveitadas no Robot. É possível também converter todos os elementos não estruturais em cargas permanentes,

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apenas especificando o peso específico de tais elementos. Por exemplo, é possível atribuir determinado peso a paredes para que no Robot essas paredes sejam convertidas em cargas lineares sobre as lajes e vigas. Para este exemplo, apenas os elementos estruturais e suas dimensões serão aproveitados, para que as cargas sejam aplicadas no Robot somente. Figura 67 – Perspectiva 3D da estrutura do Ed. Suíça no Revit.

Como demonstrado nos itens anteriores deste trabalho, para fazer a análise de uma estrutura já lançada no Revit, é necessário clicar no botão de link com o Robot Structural Analysis. Não se pode esquecer de ativar a opção de estabelecer o modelo analítico de todas os elementos estruturais. Caso contrário, estes não irão aparecer no Robot. Após o processo de integração com o Robot for concluído, pode-se trabalhar na estrutura com toda a interface do Robot apresentada anteriormente, como visto na figura 68. Todos os elementos da estrutura podem ser individualmente selecionados e calculados. Porém, para este exemplo, foram apenas calculados um pilar do pavimento térreo e uma viga do pavimento tipo. Foram atribuídas cargas acidentais de ocupação e de vento à toda a estrutura. A carga devida aos ventos foi simulada no software de acordo com uma velocidade de vento de 40 m/s.

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Figura 68 – Perspectiva 3D da estrutura do Ed. Suíça no Robot.

Deve-se lembrar de se certificar de que os materiais corretos estão configurados para o cálculo. É opcional atribuir os materiais configurados no Robot aos elementos, pois é possível que alguns parâmetros aplicados a esses materiais no Revit difiram das configurações no Robot. Primeiramente, no layout de Estrutura, deve-se solicitar os cálculos para que o software gere os resultados necessários para que se possa prosseguir ao detalhamento dos elementos escolhidos. Após os resultados gerais terem sido obtidos, basta selecionar os elementos escolhidos para detalhamento. Primeiramente, foi analisada a viga escolhida, que é uma das vigas dispostas no pavimento tipo, no perímetro da edificação. É necessário, então, mudar o layout para “Armadura fornecida de elementos de CA”. Em seguida, deve-se obedecer todos os procedimentos esclarecidos nos itens anteriores deste trabalho, incluindo escolher a combinação de cargas correta e definir os parâmetros de dimensionamento conforme a NBR 6118 – se esses parâmetros foram salvos anteriormente durante a configuração em outro projeto, eles poderão ser carregados em qualquer projeto editado posteriormente, como foi o caso deste exemplo. Após todos os ajustes terem sido feitos, pode-se solicitar que o programa realiza os cálculos das armaduras. Os resultados podem ser verificados no próprio Robot, para caso necessite realizar novos ajustes antes de se enviar o modelo ao Revit.

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Figura 69 – Parte da nota de cálculo gerada para a viga do Ed. Suíça selecionada.

Figura 70 – Parte da prancha de detalhamento da viga do Ed. Suíça selecionada.

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Figura 71 – Perspectiva 3D da armadura gerada para a viga do Ed. Suíça selecionada.

O elemento seguinte a ser estudado foi um dos pilares do pavimento térreo, por este suportar cargas mais elevadas em relação aos demais. Após os parâmetros terem sido configurados, os resultados puderam ser analisados devidamente. Figura 72 – Parte da nota de cálculo gerada para o pilar do Ed. Suíça selecionado.

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Figura 73 – Parte da prancha de detalhamento do pilar do Ed. Suíça selecionado.

Figura 74 – Perspectiva 3D da armadura gerada para o pilar do Ed. Suíça selecionado.

Todos os outros elementos estruturais configuráveis podem ser calculados isoladamente para que os resultados sejam depurados no banco de dados do projeto. Para este exemplo, foram calculados somente o pilar e a viga selecionados, como demonstrado acima.

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Após todos os elementos desejados do projeto terem sido calculados, o modelo no Revit pode ser atualizado de acordo com as alterações feitas no Robot, clicando-se no botão de link com o mesmo novamente. As armaduras adotadas passam a fazer parte do modelo no Revit.

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5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Pode-se atribuir diversos benefícios à utilização do Robot para cálculo estrutural, demonstrados no desenvolvimento deste trabalho. Também foram constatadas algumas dificuldades durante as aplicações práticas do software. Resumidamente, pode-se dizer que a experiência com o software é válida, viável e deve ser incentivada. 5.1 CUSTOS DE AQUISIÇÃO Muitos empresários e projetistas ficam receosos em adquirir softwares que pesam muito no orçamento. Alguns visam o custo do software antes mesmo de verificar sua funcionalidade. Como demonstrado nos itens anteriores deste trabalho, foi comprovado que o custo do Robot é consideravelmente inferior quando comparado aos demais softwares da linha que são compatíveis com a plataforma BIM. Esta é uma das vantagens na aquisição dos softwares Autodesk e talvez seja o aspecto mais importante na hora de sua defesa perante o cliente. 5.2 FUNCIONALIDADE E BIM O software Robot é ideal para diversos tipos de estruturas. Para este trabalho, foram estudados elementos estruturais que fazem parte de estruturas usuais de concreto armado. Porém, há diversas outras estruturas que podem ser modeladas e calculadas no software de maneira eficaz, como mostrado nos exemplos deste trabalho. Além de ter sua funcionalidade atestada, durante o desenvolvimento do trabalho alguns dos projetos de exemplo – incluindo o projeto utilizado no estudo de caso – foram transportados em uma linha de ida e volta ao Revit, um software da plataforma BIM. É indiscutível que o BIM é destaque nos escritórios de engenharia mais modernizados atualmente e provavelmente, em alguns anos, substituirá o CAD por completo para a confecção de projetos. Por isso, é imprescindível destacar a importância da utilização de softwares que são compatíveis com softwares BIM. No caso do Robot, essa compatibilidade é perfeita, já que os dois softwares – Revit e Robot – são da mesma desenvolvedora, a Autodesk. 5.3 A NORMA BRASILEIRA DE CONCRETO ARMADO O fato de o software não contemplar a NBR 6118:2014 em seu banco de dados – talvez a única desvantagem perante os demais softwares da mesma linha – provavelmente é o fator

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que o exclui da possibilidade de utilização por parte de alguns projetistas. Além disso, alguns termos que o software utiliza não são condizentes com nossa realidade atual, dando assim a impressão de que o mesmo foi mal traduzido. Porém, o software traz consigo uma infinidade de configurações e parâmetros totalmente flexíveis, que permitem que um usuário mais avançado aplique todos os critérios cuja NBR 6118 – e outras normas complementares – preconiza quanto à confecção de projetos estruturais. 5.4 TRABALHOS FUTUROS Este trabalho propõe foco em três elementos para estruturas usuais de concreto armado: lajes, vigas e pilares. Estes três elementos compõe a maior parte dessas estruturas. Porém, há outros elementos muito importantes que também fazem parte, como paredes armadas, fundações em geral, estacas e outros itens em concreto armado. Além disso, há também a possibilidade de haver estruturas de outros materiais, como estruturas metálicas, que podem ser utilizadas como suporte das coberturas de garagens. O Robot possui parâmetros de configuração e elementos para inserção que servem a estruturas mais complexas às demonstradas neste trabalho. Seria interessante trabalhos futuros que se foquem nessas estruturas diferenciadas, como barragens, pontes, estruturas inclinadas, entre outras. Conforme variam os tipos de estrutura, há mais normas a contemplar, por isso a importância de demonstrar a aplicação de tais normas no Robot ao utilizá-lo. Há também a possibilidade do desenvolvimento de trabalhos acadêmicos que detalhem estudos quantitativos, principalmente em termos de economia de material, quando o software é comparado com outros da mesma linha ou até com o cálculo manual. Enfim, fica atestada neste trabalho também a recomendação de trabalhos que convirjam foco à parte de análise estrutural no Revit, para destacar a importância de diversas configurações preliminares, como a de materiais e de cargas, que podem ser feitas até mesmo pelo arquiteto que está confeccionando o projeto arquitetônico. Para que funcione desta forma, seria necessário um forte elo de comunicação entre o engenheiro projetista e o arquiteto, porém as vantagens são inúmeras – como, por exemplo, as cargas de materiais, como paredes de alvenaria, podem ser linearizadas e aplicadas no modelo estrutural automaticamente de acordo com o peso específico da alvenaria.

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REFERÊNCIAS ALVES, Sandra Denise Kruger. Resumo das principais mudanças da NBR 6118/2014. Joinville, 2014. [Apostila de Concreto Armado do Curso de Engenharia Civil – Universidade do Estado de Santa Catarina]. ARAÚJO, J. M. Curso de concreto armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014a. v.1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2014: Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480:2007: Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação. Rio de Janeiro, 2007. AUTODESK INC. Autodesk do Brasil: Software de Projeto 3D, Engenharia e Entretenimento. Disponível em: . Acesso em: 20 de setembro de 2014. CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO. Estrutura metálica x estrutura em concreto armado. Disponível em: . Acesso em: 13 de setembro de 2014. KIMURA, Alio. Informática aplicada em estruturas de concreto armado: cálculo de edifícios com o uso de sistemas computacionais. São Paulo: PINI, 2007. MUTUA. Concreto armado é solução durável e econômica. Disponível em: . Acesso em: 20 de setembro de 2014. VERGUTZ, Juliano André; CUSTÓDIO, Ricardo. Análise comparativa de resultados obtidos em softwares de dimensionamento de estruturas em concreto. 2010. 207 f. Trabalho Final de Curso (Faculdade de Engenharia Civil) – Universidade Federal do Paraná, 1989.


Tr a b al h o d e C o n c l u s ão d o C u r s o d e E n g e n h ar ia C i v i l :


Prof. orientador: Membros da banca:

Édimo Celso Rudolf Nilton Speranzini Ralf Klein

Sumário I. II. III. IV. V. VI. VII.

Introdução Utilizando o Robot Implementando a NBR 6118:2014 no Robot Integrando o Robot com o Revit Comparando custos de aquisição Estudo de caso – Ed. Suíça Conclusões e recomendações

Introdução

Introdução

O concreto armado • O concreto armado mescla as características mecânicas do concreto com as do aço, formando um material resistente, durável e econômico • É o material mais utilizado em estruturas no Brasil e no mundo UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014

Fonte: TECHNICAL STUDIES BLOG, 2014.


Introdução

Robot: o que é •

•

– – – –

O Robot Structural Analysis é um software utilizado no dimensionamento de estruturas de diversos tipos, incluindo as de concreto armado Por que utilizar o Robot? possui recursos que outros softwares não possuem; é completamente configurável; integração com a plataforma BIM; baixo custo.


Fonte: AUTODESK INC., 2014.


Introdução

Idealização da estrutura no BIM

PROPRIETÁRIOS

CONSTRUTORES

ENGENHEIROS DE INSTELAÇÕES

BUILDING INFORMATION MODELING

ARQUITETOS

ENGENHEIROS CIVIS ENGENHEIROS ESTRUTURAIS


você está aqui Fonte: AUTODESK INC., 2014 – adaptado pelo autor.


Introdução

Problema: NBR 6118:2014

NBR 6118:2014 A versão atual do Robot NÃO contempla a norma brasileira de concreto armado, por isso ele deve ser configurado antes de ser utilizado para projetos de estruturas de concreto armado no Brasil. UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014


Utilizando o Robot

Utilizando o Robot

Os projetos do Robot

Preferível para estruturas usuais de concreto armado

Fonte: autor.



Utilizando o Robot

Comparação entre softwares Software

Eberick

CypeCAD

CAD TQS

Robot

Análise não linear

Sim

Sim

Sim

Sim

Análise dinâmica

Não

Sim

Sim

Sim

Alternância de cargas

Não

Sim

Sim

Sim

Compat. com BIM

Não

Parcialmente

Sim

Sim

Fonte: autor.



Utilizando o Robot

Principais recursos • Configurações avançadas de detalhamento • Memorial de cálculo com quantidades • Geração de prancha de detalhamento de elementos estruturais • Detalhamento em 3D UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014

Fonte: autor.


Implementando a NBR 6118:2014 no Robot


Unidades e formatos Não há critérios para a adoção de unidades e formatos, porém a norma utiliza os seguintes:

• • • • • • •

Dimensões da estrutura: m Dimensões da seção: cm Diâmetro de barras de CA: mm Áreas de armadura: cm² Força: kN Momento: kNm Tensões: MPa




Configuração do concreto Qualquer tipo de concreto pode ser configurado no software. Para este trabalho, foi configurado o C25:

Fonte: autor.




Configuração do aço Foi configurado o aço CA-50:

Fonte: autor.




Configuração das bitolas Diâmetro da barra (mm) 6.3 8 10 12.5 16 20 25

Massa linear nominal (kg/m) 0,245 0,395 0,617 0,963 1,578 2,466 3,853


Fonte: autor.




Combinações de carga

Fonte: autor.

Combinação 1: a carga acidental é a ação variável principal: 𝐹𝑑 = 1,4 × 𝐹𝑔𝑘 + 1,4 × 𝐹𝑞𝑘,1 + 1,4 × 0,6 × 𝐹𝑞𝑘,2 Combinação 2: o vento é a ação variável principal: 𝐹𝑑 = 1,4 × 𝐹𝑔𝑘 + 1,4 × 0,5 × 𝐹𝑞𝑘,1 + 1,4 × 𝐹𝑞𝑘,2 UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014



Configuração dos elementos Cada elemento estrutural deve ser configurado conforme sua função e condições, de acordo com os critérios da NBR 6118:2014. Os elementos configurados para este trabalho foram:

• Lajes • Vigas • Pilares Fonte: autor.



Integrando o Robot com o Revit


A ideia

Projeto arquitetônico com estrutura lançada no Revit

Utilizar o mesmo projeto no Robot para dimensionar os elementos estruturais

Retornar o projeto ao Revit com os resultados obtidos no Robot Fonte: autor.




Exemplo de aplicação: pórtico

As armaduras calculadas no Robot agora fazem parte dos demais elementos do Revit. UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014

Fonte: autor.


Comparando custos de aquisição

Comparando custos de aquisição

O custo do Robot Critério para a comparação: deve haver integração com o Revit. Ou seja, o preço do Revit deve ser levado em conta para aquisição. CAD/TQS 18 Plena


Autodesk Robot 2015

Software de cálculo estrutural

R$ 35.400,00

R$ 18.886,00

-

Autodesk Building Design Premium

R$ 18.819,00

R$ 18.819,00

-

Autodesk Building Design Ultimate

-

-

R$ 33.296,00

TOTAL

R$ 54.219,00

R$ 37.705,00

R$ 33.296,00

Fonte: autor.

Obs.: com o Maintenence Subscription, pode-se pagar apenas R$ 5.527,00 por ano para manter os softwares atualizados UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014


Estudo de caso – Ed. Suíça


O projeto em Revit Foi utilizado o projeto em Revit do Edifício Suíça, cedido pela Speranzini Engenharia Ltda., para atestar os critérios da NBR 6118:2014 configurados num exemplo prático de integração entre o Revit e o Robot.

Fonte: autor.




A integração

Fonte: autor.




Os resultados

Todos os elementos do edifício podem ser dimensionados para que as armaduras sejam inseridas no Revit e assim fazer parte de levantamentos quantitativos Fonte: autor.



Conclusões e recomendações


Principais pontos fortes vs. fracos • Pontos fortes: • Pontos fracos: – baixo custo; – não tem normas brasileiras por – alta padrão; configurabilidade; – tradução para o – integração direta português não com o Revit. adequada. UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014



Recomendações: trabalhos futuros • Configuração de outros elementos de concreto armado (fundações, paredes, etc.) • Utilização do Robot para grandes estruturas e configuração pelas suas respectivas normas (pontes, barragens, etc.) • Comparação de resultados de cálculo estrutural de uma edificação, entre o Robot e outros softwares da mesma linha • Configurações de estrutura no Revit de modo que viabilize sua integração com outro software UTILIZAÇÃO DO ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS PARA PROJETOS DE ESTRUTURAS USUAIS DE CONCRETO ARMADO CONFORME NBR 6118:2014


Obrigado!

Referências ALVES, Sandra Denise Kruger. Resumo das principais mudanças da NBR 6118/2014. Joinville, 2014. [Apostila de Concreto Armado do Curso de Engenharia Civil – Universidade do Estado de Santa Catarina]. ARAÚJO, J. M. Curso de concreto armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014a. v.1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2014: Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480:2007: Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação. Rio de Janeiro, 2007. AUTODESK INC. Autodesk do Brasil: Software de Projeto 3D, Engenharia e Entretenimento. Disponível em: . Acesso em: 20 de setembro de 2014. CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO. Estrutura metálica x estrutura em concreto armado. Disponível em: . Acesso em: 13 de setembro de 2014. KIMURA, Alio. Informática aplicada em estruturas de concreto armado: cálculo de edifícios com o uso de sistemas computacionais. São Paulo: PINI, 2007. MUTUA. Concreto armado é solução durável e econômica. Disponível em: . Acesso em: 20 de setembro de 2014. TECHNICAL STUDIES BLOG. Reinforced concrete failures. Disponível em: . Acesso em: 17 de novembro de 2014. VERGUTZ, Juliano André; CUSTÓDIO, Ricardo. Análise comparativa de resultados obtidos em softwares de dimensionamento de estruturas em concreto. 2010. 207 f. Trabalho Final de Curso (Faculdade de Engenharia Civil) – Universidade Federal do Paraná, 1989.



TCC Andre Filipe Mafra de Souza

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