UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
EVY NÁTALIE FIRMINO MARTINS LUCAS FERRARI FELIPIN
APLICAÇÃO DO CONCEITO BIM NO DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS EM UM EDIFÍCIO RESIDENCIAL DE 4 PAVIMENTOS
CURITIBA 2019
EVY NÁTALIE FIRMINO MARTINS LUCAS FERRARI FELIPIN
APLICAÇÃO DO CONCEITO BIM NO DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS EM UM EDIFÍCIO RESIDENCIAL DE 4 PAVIMENTOS
Trabalho Final de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientadora: Profa Dra. Isabella Andreczevski
Chaves.
CURITIBA 2019
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a Universidade Federal do Paraná pela oportunidade de realizar essa graduação e a orientadora Isabella Andreczevski Chaves por confiar, incentivar, auxiliar e apoiar a realização deste Trabalho de Conclusão de Curso. Agradecemos ao corpo docente, em especial, às professoras Lia Yamamoto e Heloise Garcia Knapik pelas assessorias, auxílios e contribuições com conhecimentos em momentos de dúvidas, que tiveram grande impacto no fluxo e concretização desse trabalho.
As arquitetas da Intertechne, Kélen Alessandra Lubrigati e Silvia Bartz Kraemer, por todo suporte, conselhos e informações sobre o software Revit para otimizar a execução dos projetos.
Agradecemos aos nossos pais pelos esforços para que pudéssemos estudar, e também aos irmãos e familiares por toda paciência, compreensão, força e incentivo nos momentos de tensão dessa longa jornada.
A todos nossos amigos por dividirem momentos de descontração, estudos, discussões, experiências e conquistas para a evolução no caminho percorrido durante os anos de universidade.
RESUMO
A elaboração de projetos em edificações exige a compatibilização entre os vários sistemas para adequado funcionamento do empreendimento. O conceito BIM utilizada na produção de projetos busca a otimização entre as interfaces dos sistemas através de modelo tridimensional dotado de especificações técnicas e informações precisas. Segundo a aplicação de BIM, o compartilhamento da informação entre os projetistas é essencial a fim de reduzir problemas de projeto e de execução. Para a elaboração deste trabalho foram utilizados o Google Drive e Dropbox para compartilhamento das informações de projeto e o armazenamento em nuvem. O objetivo do trabalho foi a utilização do conceito BIM no desenvolvimento dos projetos arquitetônico, estrutural, hidrossanitário e elétrico para um edifício residencial de quatro pavimentos. Os projetos foram desenvolvidos através de normas técnicas: projeto arquitetônico segundo a Portaria nº80 (2013) da Prefeitura Municipal de Curitiba e Normas de Procedimento Técnico (2016) do Corpo de Bombeiros do Paraná; projeto estrutural pela NBR 6118 (2014); projeto hidráulico segundo NBR 5626 (1998); projeto sanitário segundo NBR 8160 (1999); projeto pluvial segundo NBR 10844 (1989) e projeto elétrico segundo NBR 5410 (2004). Os softwares utilizados foram: TQS para constituir o modelo estrutural, formas e dimensionamento e detalhamento; Revit para modelagem arquitetônica; Revit MEP para instalações de água quente e fria, instalações sanitárias e sistema pluvial; Scia Engineer para modelagem estrutural e verificações, Excel para dimensionamento e cálculos. A compatibilização entre os projetos foi realizada em modelo integralizado no Revit e a partir disso obteve-se os projetos executivos do edifício residencial. Desse modo, o BIM foi aplicado de forma prática ao se produzir um modelo completo com interferências estudadas, verificadas e corrigidas. Concluindo que o BIM possui vantagens e desvantagem em sua implantação e aplicação, porém gera um produto completo, detalhado, especificado e compatibilizado.
Palavras-chave: BIM. Projetos. Compatibilização. Software. Arquitetônico. Estrutural. Hidrossanitário. Elétrico.
ABSTRACT
The elaboration of projects in buildings requires the compatibility between the various systems for proper operation of the enterprise. The BIM concept used in the production of projects seeks the optimization between the system interfaces through a three-dimensional model with technical specifications and accurate information. According to the BIM application, information sharing among designers is essential in order to reduce design and execution problems. For this work was used Google Drive and Dropbox to share design information and cloud storage. The objective of this work was to use the BIM concept in the development of architectural, structural, sanitary and electrical projects for a four floors residential building. The projects were developed through technical standards: architectural design according to Ordinance No. 80 (2013) of the Curitiba City Hall and Technical Procedure Standards (2016) of the Paraná Fire Department; structural design by NBR 6118 (2014); hydraulic project according to NBR 5626 (1998); sanitary project according to NBR 8160 (1999); rainfall project according to NBR 10844 (1989) and electrical project according to NBR 5410 (2004). The software used were: TQS to constitute the structural model, shapes and sizing and detailing; Revit for architectural modeling; Revit MEP for hot and cold waters installations, sanitary installations and rain system; Scia Engineer for structural modeling and checks, Excel for sizing and calculations. The compatibility between the projects was carried out in an integrated model in Revit and from this obtained the executive projects of the residential building. Thus, BIM was practically applied when producing a complete model with studied, verified and corrected interferences. Concluding that BIM has advantages and disadvantages in its implementation and application, but generates a complete, detailed, specified and compatible product. Key-words: BIM. Projects. Compatibility. Software. Architectural. Structural. Hydrosanitary. Electric.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - GRÁFICO IMPACTO DO PROCESSO BIM ... 12
FIGURA 2 - FLUXO DE TRABALHO NOS PROCESSOS TRADICIONAL E BIM .... 13
FIGURA 3 - FORMATOS DE UM MODELO BIM ... 17
FIGURA 4 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 100 ... 19
FIGURA 5 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 200 ... 20
FIGURA 6 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 300 ... 20
FIGURA 7 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 350 ... 21
FIGURA 8 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 400 ... 21
FIGURA 9 - ALTURA E LARGURA DOS DEGRAUS. ... 26
FIGURA 10 - TIPOS DE VÍNCULOS DE LAJE ... 32
FIGURA 11 – IMPERFEIÇÕES GEOMÉTRICAS GLOBAIS ... 35
FIGURA 12 - ISOPLETAS DE VELOCIDADE BÁSICA V0 (M/S) ... 36
FIGURA 13 - COEFICIENTE DE ARRASTO (𝐶𝑎), PARA EDIFICAÇÕES PARALELEPIPÉDICAS EM VENTO DE ALTA TURBULÊNCIA ... 39
FIGURA 14 – COEFICIENTE DE ARRASTO (𝐶𝑎) PARA EDIFICAÇÕES PARALELEPIPÉDICAS EM VENTO DE BAIXA TURBULÊNCIA ... 40
FIGURA 15 – DETALHE DE ARMAÇÃO DE ABERTURAS EM LAJES ... 46
FIGURA 16 - NOMOGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO ... 50
FIGURA 17 - ESQUEMAS INDICATIVOS PARA CÁLCULOS DE ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO DE VAZÃO ... 64
FIGURA 18 - ÁBACO PARA DIMENSIONAMENTO DE CONDUTOR VERTICAL COM SAÍDA EM ARESTA VIVA ... 65
FIGURA 19 – REPRESENTAÇÃO 3D DO EDIÍFICO ... 72
FIGURA 20 - APARTAMENTO TIPO 1 ... 73
FIGURA 21 - APARTAMENTO TIPO 2 ... 73
FIGURA 22 - DIMENSÕES ADOTADAS NA ESCADA ... 75
FIGURA 23 - COMPOSIÇÃO DAS ALVENARIAS INTERNAS ... 76
FIGURA 24 - COMPOSIÇÃO DAS ALVENARIAS EXTERNAS ... 76
FIGURA 25 – COMPOSIÇÃO DE PISOS ... 77
FIGURA 26 - COMPOSIÇÃO DA IMPERMEABILIZAÇÃO ... 77
FIGURA 27 – ÁREA DE INFLUÊNCIA DOS PILARES ... 79
FIGURA 29 – VISUALIZAÇÃO 3D DA FORMA NO REVIT ... 85
FIGURA 30 - LANÇAMENTO DA ESTRUTURA DO TIPO NO TQS ... 85
FIGURA 31 – DEFORMAÇÕES NAS LAJES DO TIPO ... 90
FIGURA 32 – MOMENTOS FLETORES E ARMADURA CALCULADA DA CAIXA D’ÁGUA ... 92
FIGURA 33 – VERIFICAÇÃO ESFORÇOS DE LAJES COM ABERTURAS ... 94
FIGURA 34 – DETALHE TÍPICO ARMADURA EM ABERTURAS ... 95
FIGURA 35 - IDENTIFICAÇÃO DOS NÓS APARTAMENTO 1 ... 96
FIGURA 36 - IDENTIFICAÇÃO DOS NÓS APARTAMENTO 2 ... 96
FIGURA 37 - INDICAÇÃO DOS NÓS BARRILETE E HIDRÔMETRO APARTAMENTO 1 ... 98
FIGURA 38 - INDICAÇÃO DOS NÓS BARRILETE E HIDRÔMETRO APARTAMENTO 2 ... 102
FIGURA 39 - MODELO DE PRESSURIZADOR ... 103
FIGURA 40 - GRÁFICO DE ESPECIFICAÇÃO DO PRESSURIZADOR ... 103
FIGURA 41 - MODELO DE AQUECEDOR A GÁS ... 105
FIGURA 42 - GRÁFICO DE ESPECIFICAÇÃO DO PRESSURIZADOR NO AQUECEDOR ... 106
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 - DIMENSÕES MÍNIMAS DOS AMBIENTES ... 23
QUADRO 2 - DIMENSÕES MÍNIMAS PARA ÁREAS DE USO COMUM ... 23
QUADRO 3 - DIMENSIONAMENTO DAS SAÍDAS DE EMERGÊNCIA. ... 24
QUADRO 4 - ÁREA MÍNIMA DE VENTILAÇÃO EM DORMITÓRIOS E SALAS DE ESTAR ... 27
QUADRO 5 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL (CAA) ... 29
QUADRO 6 – LIMITES DE DESLOCAMENTOS ... 42
QUADRO 7 – VALORES MÍNIMOS PARA ARMADURAS PASSIVAS ADERENTES ... 44
QUADRO 8 – COEFICIENTE DE RUGOSIDADE ... 66
QUADRO 9 - REPRESENTAÇÃO DE CONDUTORES ... 70
QUADRO 10 - REPRESENTAÇÃO DE QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO ... 71
QUADRO 11 - REPRESENTAÇÃO DE INTERRUPTORES ... 71
QUADRO 12 - REPRESENTAÇÃO DE LÂMPADAS ... 71
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE E A QUALIDADE DO CONCRETO .... 29
TABELA 2 - COBRIMENTO NOMINAL DO CONCRETO ARMADO ... 30
TABELA 3 – PARÂMETRO DE LOCALIZAÇÃO DO PILAR ... 31
TABELA 4 – PARÂMETROS METEOROLÓGICOS ... 38
TABELA 5 – PARÃMETROS 𝛾 ... 41
TABELA 6 – COEFICIENTES 𝛾𝑓2 ... 41
TABELA 7- PESOS RELATIVOS POR APARELHO SANITÁRIO ... 49
TABELA 8- PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS EM METROS ... 51
TABELA 9 - VAZÃO MÁXIMA EM HIDRÔMETROS ... 54
TABELA 10 - VAZÕES DAS PEÇAS DE UTILIZAÇÃO ... 55
TABELA 11 - VAZÕES E PESOS ATRIBUÍDOS ÀS PEÇAS DE UTILIZAÇÃO ... 55
TABELA 12 - DISTÂNCIA MÁXIMA DE UM DESCONECTOR AO TUBO VENTILADOR ... 58
TABELA 13 - NÚMERO DE UNIDADES DE HUNTER DE CONTRIBUIÇÃO ... 59
TABELA 14 - UHC PARA OUTROS APARELHOS SANITÁRIOS ... 59
TABELA 15 - DIÂMETRO MÍNIMOS DOS RAMAIS DE ESGOTO ... 60
TABELA 16 - DIÂMETRO MÍNIMO DOS TUBOS DE QUEDA ... 60
TABELA 17 - DIMENSIONAMENTO DE COLETORES E SUB-COLETORES ... 60
TABELA 18 - DIÂMETRO MÍNIMOS DOS RAMAIS DE VENTILAÇÃO ... 61
TABELA 19 - DIÂMETROS DAS COLUNAS DE VENTILAÇÃO ... 61
TABELA 20 – CHUVAS INTENSAS NO BRASIL (DURAÇÃO – 5MIN) ... 63
TABELA 21 – CAPACIDADE DE CONDUTORES HORIZONTAIS DE SEÇÃO CIRCULAR PARA VAZÕES EM L/MIN ... 67
TABELA 22 - ESPAÇO DE RESERVA NOS QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO ... 70
TABELA 23 - VERIFICAÇÕES PORTARIA N°80 ... 74
TABELA 24 - VERIFICAÇÃO CORPOS DE BOMBEIROS ... 75
TABELA 25 - VERIFICAÇÃO NORMA DE DESEMPENHO... 76
TABELA 26 – DEFINIÇÕES DO CONCRETO ARMADO ... 78
TABELA 27 - RESUMO CARGAS ADOTADAS ... 78
TABELA 28 – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DOS PILARES ... 79
TABELA 29 – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS LAJES ... 81
TABELA 31 - PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE VIGAS VERTICAIS ... 83
TABELA 32 – PROCESSAMENTO DOS PARÂMETROS 𝛼 E 𝛾𝑧 ... 86
TABELA 33 – DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS MÁXIMOS ... 86
TABELA 34 – CARREGAMENTOS PERMANENTES ... 87
TABELA 35 – CARREGAMENTOS ACIDENTAIS ... 88
TABELA 36 – CONSIDERAÇÕES DE VENTO ... 88
TABELA 37 – VERIFICAÇÃO ARMADURAS LONGITUDINAIS DAS VIGAS ... 90
TABELA 38 – VERIFICAÇÃO ARMADURAS TRANSVERSAIS DAS VIGAS ... 90
TABELA 39 – VERIFICAÇÃO ARMADURAS LONGITUDINAIS DE PILARES ... 91
TABELA 40 – VERIFICAÇÃO ARMADURAS LONGITUDINAIS DE LAJES ... 91
TABELA 41 - DIÂMETROS E PESOS ADOTADOS SUB-RAMAIS APARTAMENTO 1 ... 97
TABELA 42 - DIÂMETROS E PESOS ADOTADOS RAMAIS APARTAMENTO 1 .... 97
TABELA 43 - COMPRIMENTOS EQUIVALENTES APARTAMENTO 1 ... 97
TABELA 44 - VERIFICAÇÃO DE PRESSÃO DO CHUVEIRO APARTAMENTO 1 . 100 TABELA 45 - DIÂMETROS E PESOS ADOTADOS SUB-RAMAIS APARTAMENTO 2 ... 101
TABELA 46 - DIÂMETROS E PESOS ADOTADOS RAMAIS APARTAMENTO 2 .. 101
TABELA 47 - COMPRIMENTOS EQUIVALENTES APARTAMENTO 2 ... 101
TABELA 48 - VERIFICAÇÃO DE PRESSÃO DO CHUVEIRO APARTAMENTO 2 . 104 TABELA 49 - SUB-RAMAIS ÁGUA QUENTE – APARTAMENTO 1 E 2 ... 105
TABELA 50 - RAMAIS ÁGUA QUENTE – APARTAMENTO 1 E 2 ... 105
TABELA 51 - COMPRIMENTOS EQUIVALENTES ÁGUA QUENTE ... 106
TABELA 52 - VERIFICAÇÃO DE PRESSÃO DO CHUVEIRO ÁGUA QUENTE APARTAMENTO 1 ... 107
TABELA 53 - VERIFICAÇÃO DE PRESSÃO DO CHUVEIRO ÁGUA QUENTE APARTAMENTO 2 ... 107
TABELA 54 - ALTURAS MANOMÉTRICAS ... 108
TABELA 55 - DIMENSIONAMENTO DA INSTALAÇÃO DE ESGOTO ... 111
TABELA 56 – ÁREA DE INFLUÊNCIA DA CHUVA ... 112
TABELA 57 – DIMENSIONAMENTO CONDUTORES HORIZONAIS ... 113
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 10 1.1 OBJETIVOS ... 11 1.1.1 Objetivo Geral ... 11 1.1.2 Objetivos Específicos ... 11 1.2 JUSTIFICATIVA... 11 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13
2.1 BIM (BUILDING INFORMATION MODELING) ... 13
2.1.1 Conceituação ... 13
2.1.2 Vantagens e diferenciais do BIM ... 14
2.1.3 Dificuldades de implantação ... 15
2.1.4 Parametrização... 16
2.1.5 Interoperabilidade ... 16
2.1.6 Dimensões do BIM ... 17
2.1.7 Níveis de desenvolvimento do BIM (ND ou LOD) ... 19
3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 22
3.1 PROJETO ARQUITETÔNICO ... 22
3.1.1 Legislação Municipal de Curitiba ... 22
3.1.2 Corpo de Bombeiros do Paraná ... 23
3.1.3 Norma de Desempenho ... 26
3.2 PROJETO ESTRUTURAL ... 27
3.2.1 Etapas do projeto estrutural ... 28
3.2.2 Concepção estrutural ... 28
3.2.3 Análise estrutural ... 35
3.2.4 Deslocamentos ... 42
3.2.5 Dimensionamento e detalhamento de armaduras ... 42
3.2.6 Furos e aberturas ... 45
3.3 PROJETO HIDRÁULICO ... 47
3.3.1 Instalação predial de água fria ... 47
3.3.2 Instalação predial de água quente ... 54
3.4 PROJETO SANITÁRIO ... 55
3.4.1 Principais partes constituintes ... 56
3.5 PROJETO DE ÁGUAS PLUVIAL... 62
3.5.1 Dimensionamento do sistema de águas pluviais ... 62
3.5.2 Determinação da vazão de projeto ... 63
3.5.3 Dimensionamento de condutores verticais ... 65
3.5.4 Dimensionamento de condutores horizontais ... 66
3.6 PROJETO ELÉTRICO ... 67
3.6.1 Requisitos de projeto elétrico ... 67
3.6.2 Dimensionamento dos circuitos ... 67
3.6.3 Representação em projetos ... 70
4 METODOLOGIA... 72
4.1 PROJETO ARQUITETÔNICO ... 73
4.2 PROJETO ESTRUTURAL ... 77
4.3 PROJETO HIDRÁULICO ... 95
4.3.1 Dimensionamento e considerações de Água Fria ... 95
4.3.2 Dimensionamento e considerações de Água Quente ... 105
4.3.3 Dimensionamento da bomba ... 108 4.4 PROJETO SANITÁRIO ... 109 4.5 PROJETO PLUVIAL ... 112 4.6 PROJETO ELÉTRICO ... 113 5 DISCUSSÃO E RESULTADOS ... 115 6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 117 REFERÊNCIAS ... 120
APÊNDICE 1 – PROJETO ARQUITETÔNICO ... 124
APÊNDICE 2 – PROJETO ESTRUTURAL... 125
APÊNDICE 3 – PROJETO HIDROSSANITÁRIO ... 126
1 INTRODUÇÃO
A indústria da construção civil possui demanda de projetos que nem sempre são elaborados de maneira compatibilizada entre os mesmos, o que pode desencadear falhas técnicas desde o projeto até a realização da construção. Essas falhas podem atrasar o cronograma, aumentar o custo além do proposto em orçamento e diminuir a qualidade da execução da obra (DOLABELA & FERNANDES, 2014).
O conceito BIM (Building Information Modeling) pode ser um grande colaborador na construção civil ao auxiliar a realização de todos os projetos nas empresas desse mercado. Porém, a aplicação desse conceito nas empresas ainda não é universal, existem dificuldades de implantação quanto ao investimento em
softwares, treinamento de funcionários e resistência dos mesmos às mudanças, que
impedem a migração do sistema tradicional da construção civil para sistema moderno de modelagem (EASTMAN, 2014).
No contexto da construção civil, o conceito BIM tem o potencial de melhorar o gerenciamento de projetos, por meio de um planejamento contínuo e integrado, desde a etapa de projeto até a construção, durante todo o processo de execução das edificações abrangendo todos os profissionais envolvidos de maneira cooperativa. Ao utilizar o BIM é possível a obtenção automática, a partir do projeto, do quantitativo de materiais necessários e de cronogramas para a execução; esses dados facilitam a realização de orçamentos, contribuem com o acompanhamento e controle da construção, e auxiliam nas alterações de projeto, minorando possíveis complicações durante a execução.
Além disso, o conceito BIM permite flexível adaptação e compatibilidade entre os processos, melhora a visualização do projeto para todas as partes envolvidas no empreendimento, inclusive clientes, de maneira colaborativa. Logo, o BIM é uma forma moderna e avançada de projetar, vem sendo incorporado crescentemente na indústria da construção civil devido as suas vantagens.
Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é aplicar o conceito BIM no desenvolvimento dos projetos arquitetônico, estrutural em concreto armado, instalações elétricas e hidrossanitárias para um edifício multifamiliar com quatro pavimentos.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
Utilizar o conceito da modelagem da informação na construção em projetos básicos de um edifício de 4 pavimentos.
1.1.2 Objetivos Específicos
• Executar projetos arquitetônico, estrutural, elétrico, hidrossanitário de um edifício de 4 pavimentos através de softwares incorporadores do BIM;
• Realizar a compatibilização entres todos os projetos produzidos através de interoperabilidade de softwares.
1.2 JUSTIFICATIVA
A aplicação do BIM desde a etapa de projetos resulta em excelente eficiência da execução e produção. Através de modelos completos de toda a construção é possível otimizar a indústria de construção civil para que possa satisfazer integralmente os objetivos esperados. Alguns benefícios dessa tecnologia são: redução de custos na execução e retrabalho, diminuição do consumo de energia durante a vida útil do edifício, amenizar problemas de execução e encurtar prazo de construção (DOLABELA & FERNANDES, 2014).
Com base nestes modelos gerados com BIM há melhorias na produtividade da construção e no controle de desperdícios de materiais, gerando uma produção com qualidade amplificada e mais econômica. Com isso aumenta a competitividade e confiabilidade nos projetos de engenharia, minorando os custos e possíveis improvisos, assim favorecendo os prazos e o cronograma geral da obra.
A FIGURA 1 representa o esforço-efeito do conceito BIM comparado ao método tradicional ao longo do tempo, e demonstra o impacto que a utilização do conceito gera nos custos para as determinadas etapas de projeto e construção, pois com a redução de alterações os custos posteriores aos projetos também são minorados.
FIGURA 1 - GRÁFICO IMPACTO DO PROCESSO BIM
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 BIM (BUILDING INFORMATION MODELING)
2.1.1 Conceituação
O conceito de BIM ou Modelagem da Informação da Construção é uma maneira de projetar a partir de modelos virtuais precisos (EASTMAN, 2014). Para realizar o modelo é necessário a utilização de ferramentas computacionais, tanto para elaborar os projetos quanto para compor o processo de compatibilização. Além disso, vale ressaltar que o BIM não é apenas um software em específico e sim um processo e software, que engloba projetos, compatibilização, execução e controle das alterações do projeto (HARDIN, 2009).
No BIM, as alterações realizadas em cada projeto devem ser incorporadas e compatibilizadas ao modelo central, mantendo o mesmo sempre atualizado para assim garantir que todos os interessados, desde os projetistas até mesmo o cliente, tenham acesso as trocas de informações conforme fluxo de trabalho apresentado na FIGURA 2. A gestão da informação é necessária para o controle de modificações de forma que o executado se mantenha de acordo com o planejado, portanto, aumenta a eficiência da construção (AZHAR, HEIN & SKETO, 2008).
FIGURA 2 - FLUXO DE TRABALHO NOS PROCESSOS TRADICIONAL E BIM
A Modelagem da Informação da Construção começou a ser utilizada na década dos anos 1970, porém ainda não era utilizada com essa denominação e sim como um conceito de reunir as informações necessárias em um projeto único, com maior qualidade e quantidades de dados disponíveis no momento da construção. Nessa mesma época teve o início do conceito de CAD, desenho assistido por computador, no qual pode-se adicionar algumas customizações e funcionalidades aumentando a qualidade e a produtividade por ser feito com maior rapidez em arquivos digitais (MOTTER & CAMPELO, 2014). Porém, segundo Eastman (2014) em geral os projetos ultrapassavam o poder computacional disponível e não eram bem desenvolvidos, fazendo que fosse preferível pelos projetistas a utilização de desenhos em 2D ao invés dos 3D.
No sistema CAD, as informações são geradas a partir de componentes vetoriais, podendo até ter dimensão 3D, porém obtido com base em linhas simples, sendo de uma visualização mais complexa. No BIM o formato é a partir de objetos, como paredes, esquadrias, forro e elementos estruturais por exemplo e além disso, esses componentes podem possuir informações adicionais como material, camadas e características físico-químicas (EASTMAN, 2014).
2.1.2 Vantagens e diferenciais do BIM
O processo de projeto em BIM está em fase de crescimento da sua utilização, aos poucos vêm atraindo mais os projetistas pelo fato de compatibilizar os projetos em um modelo virtual, que antes eram sobrepostos em plantas bidimensionais de origens e padrões diferentes. Esse modelo permite que a visualização prévia da construção seja o mais próximo do que será executado principalmente quanto as interfaces entre os projetos e reduzindo assim os problemas de execução (EASTMAN, 2014).
A utilização do conceito BIM melhora a técnica de projetar deixando de ser um procedimento mecânico para automatizado. É possível economizar tempo com desenhos de detalhes específicos, cortes, elevações e plantas baixas, já que esses podem ser geradas automaticamente. Ao diminuir o tempo de produção pode se investir em um projeto mais eficiente com maior concentração dos envolvidos em representações técnicas de informações realmente necessárias para a construção (MOTTER & CAMPELO, 2014).
Com o conceito BIM é possível obter dados e informações de forma precisa, visto que possui uma maior e mais completa representação do empreendimento em projeto. Assim, ao facilitar o acesso aos detalhes construtivos, o BIM pode reduzir prazos de execução e otimizar a produtividade na construção (AYRES FILHO, 2009). Com a obtenção de quantitativos automáticos diminui-se o erro na quantidade de compra de materiais de construção e procurando eliminar os resíduos da construção civil. Além disso com a compatibilização prevê melhor a ordem executiva da obra, acabando com o retrabalho e garante que não haja tanto desperdício quanto no método tradicional (SCHEER, 2013).
Um grande atrativo para o emprego de BIM nas empresas é que o cliente pode visualizar, em entregas parciais, o desenvolvimento de seu projeto, permitindo-o sugerir alterações que melhpermitindo-or permitindo-o satisfazem quantpermitindo-o apermitindo-o cpermitindo-onfpermitindo-ortpermitindo-o, estética e npermitindo-ovas necessidades do projeto, ao realizar simulações com maior agilidade e com maior detalhamento (SOUZA & AMORIM, 2009).
2.1.3 Dificuldades de implantação
A implantação do BIM, no modo convencional das empresas de realizar e executar projetos, está sujeita a dificuldades principalmente quanto a utilização
softwares específicos e compatíveis a essa tecnologia.
Primeiramente, as empresas precisam mostrar o potencial das ferramentas em BIM a seus funcionários e tirar da inércia o processo tradicional de trabalho seguido durante décadas de experiência e iniciar uma nova forma de trabalhar. Esse processo gera custos em gestão dos recursos humanos uma vez que é necessário tempo e investimento em treinamento nas novas ferramentas, além de contar com a cooperação dos funcionários (SCHEER apud TSE et al., 2009).
A aquisição do software BIM ainda é outro fator a ser lembrado uma vez que gera um custo e risco, já que a implantação das ferramentas pode não ser bem-sucedida por meio de uma análise mais pessimista (TSE et al., 2005).
A aprendizagem de novos softwares pela equipe de trabalho leva um grande tempo, já que forma de se pensar construindo projetos em BIM é bem diferente ao tradicional CAD. E ainda o desempenho do funcionário utilizando uma ferramenta mais complexa precisa de um progresso contínuo e demorado, podendo no início
apresentar eficiência bem menor de quando ele utilizava o software antigo/tradicional (AZUMA & SCHEER, 2009).
2.1.4 Parametrização
A parametrização são regras de projeto predefinidas pelo usuário que preveem os vínculos entre os objetos paramétricos, de forma que as possíveis alterações no objeto sejam automatizadas.
Os objetos paramétricos em BIM possuem propriedades predefinidas em famílias personalizadas mais complexas que o CAD visto que são atribuídas dimensões, geometria, especificações dos materiais e informações necessárias. A partir destes, é possível o levantamento de quantitativos automatizados e com isso estimativas de custos em orçamentos de maneira também automática.
Segundo Eastman (2014), a produção de desenhos em modelos 3D possui três níveis de qualidade onde os layouts definidos em nível fraco necessitam de alterações manuais do usuário de linhas e cotas, enquanto o nível superior as cotas são automatizadas melhorando a produtividade e o último nível as alterações são referenciadas automaticamente em outras vistas. Para esses níveis é necessário a parametrização dos objetos a partir das especificações de linhas e hachuras a fim de que os layouts sejam gerados automaticamente aumentando a produtividade e assim diminuindo o tempo necessário de produção do projeto.
A modelagem paramétrica é necessária também para projetos em múltiplos arquivos, quando um modelo é muito grande para o uso prático. Por ocupar grande espaço em memória às operações dos arquivos ficam cada vez mais lentas, com isso é necessário dividir o projeto em partes, o software Revit utiliza o modelo baseado em memória com os objetos atualizados na memória simultaneamente (EASTMAN, 2014).
2.1.5 Interoperabilidade
Para Eastman (2014) a interoperabilidade identifica a necessidade de passar dados entre aplicações, e para múltiplas aplicações contribuírem em conjunto com trabalhos a fazer, além de eliminar a necessidade de replicar dados de entrada gerados e facilitar fluxos de trabalho automatizados durante o processo de projeto.
Assim a interoperabilidade é o que permite que softwares de diferentes fabricantes comuniquem entre si a partir de uma linguagem em comum (FIGURA 3). Para isso foi desenvolvido um modelo neutro e aberto, para que as empresas de
softwares pudessem realizar as exportações de dados entre aplicações compatíveis
com suporte do formato computacional IFC (Industry Foundation Classes). O mesmo foi desenvolvido para criar um grande conjunto de representações de dados consistentes de informação da construção para intercâmbio entre aplicações de
softwares, foi projetado com uma estrutura de dados extensíveis e orientado a objetos,
definidos a partir de entidades, específicas ou mesmo genéricas, que caracterizam os componentes e propriedades de cada objeto a ser compartilhado (EASTMAN, 2014).
FIGURA 3 - FORMATOS DE UM MODELO BIM
FONTE: Darós (2) (2019).
Segundo Andrade e Ruschel (2009) um dos maiores obstáculos para o uso do IFC é a perda de robustez na interface disponível nos aplicativos, visto que o mesmo é abstrato por ser um modelo neutro, além de que muitas vezes apresentam problemas de tradução dos dados por falta de repertório com entidades não reconhecidas.
2.1.6 Dimensões do BIM
As dimensões de BIM demonstram diferentes perspectivas detalhamento das informações para o projeto em estudo. Para Calvert (2013) cada dimensão possui
camadas de informação que podem ser 3D, 4D, 5D, 6D, 7D, 8D até nD conforme os objetivos e detalhes da utilização.
A forma básica do BIM é a dimensão 3D, nessa contém apenas fatores físicos geométricos de perspectiva como comprimento, largura e profundidade, gerando um modelo com dimensão espacial mais representativa que o modelo gráfico 2D (DARÓS
(1), 2019).
Na dimensão 4D é acrescentado o fator tempo, um estudo detalhado de duração das etapas de projeto e execução, essencial para elaboração de um planejamento preciso de cronogramas e armazenamentos. Com essa dimensão é possível gerar um vídeo animado, com diferentes cenários e eventuais impactos com atrasos de atividades na construção (DARÓS (1), 2019).
A dimensão 5D agrega o custo aos materiais presentes no projeto. Com o recurso de geração automatizada de quantitativos é possível obter custos de etapas do cronograma possibilitando também uma estimativa mais precisa sobre os orçamentos parciais e final da obra, deste modo possui maior controle de gastos de cada etapa (DARÓS (1), 2019).
A dimensão 6D desenvolve estudo de sustentabilidade da edificação para os materiais a serem utilizados no projeto, gestão dos resíduos, consumo energético durante utilização, eficiência térmica e acústica (DARÓS (1), 2019).
A dimensão 7D acrescenta a manutenção e operação do empreendimento, é possível obter um banco de dados de informações de como o modelo funciona desde a representação virtual e transmitir os procedimentos necessários ao empreendimento durante seu ciclo de vida realizando manutenções em caso de falhas ou defeitos (DARÓS (1), 2019).
É possível o uso de BIM 8D que dispõe sobre a segurança de trabalho e prevenção de acidentes, que realiza o controle de riscos no processo construtivo e operacional. Já a dimensão 9D é sobre a construção enxuta, visa minimizar o desperdício e reduzir o tempo de ciclo do processo. Além dessas, a dimensão 10D é a construção industrializada com o objetivo de automatizar a produção e aumentar a produtividade do setor de construção civil, ao incorporar novas tecnologias por meio de sua digitalização (DARÓS (1), 2019).
2.1.7 Níveis de desenvolvimento do BIM (ND ou LOD)
Para cada etapa de projeto é definido um nível de detalhamento e um nível de desenvolvimento (ND) ou (LOD – Level of Development) com essas especificações é possível melhorar a qualidade de troca de informações e comunicação entre os usuários e clientes de BIM sobre as características de cada elemento no modelo (BESSONI, 2019).
Os níveis de desenvolvimento fornecem maiores representações gráficas de um projeto de acordo com a necessidade de detalhe de cada elemento, para isso existe uma divisão dos níveis entre ND100 e ND500, em que quanto mais especificações necessárias maior é o nível de detalhamento, conforme definições de Bessoni (2019) apresentadas a seguir.
ND 100 (Fase conceitual) - os elementos do modelo podem ser representados graficamente ou por símbolos demonstrando a existência de um componente, não possuem representação precisa de formas e tamanhos (BESSONI, 2019), conforme demonstrado na FIGURA 4.
FIGURA 4 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 100
FONTE: Darós (3) (2019).
ND 200 (Geometria aproximada) - os elementos são representados como um modelo genérico do objeto, com representação aproximada de formas e tamanhos, de maneira que os componentes do objeto são reconhecidos e diferenciados (BESSONI, 2019), apresentado na FIGURA 5.
FIGURA 5 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 200
FONTE: Darós (3) (2019).
ND 300 (Geometria precisa) - os elementos são representados por um modelo específico com medidas de forma, tamanhos, quantidades, localização e orientação obtidas junto ao modelo, onde a localização é precisa em relação à origem do projeto (BESSONI, 2019), conforme FIGURA 6.
FIGURA 6 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 300
FONTE: Darós (3) (2019).
ND 350 (Execução) - os elementos são representados por um modelo específico como um sistema, objeto ou montagem em quantidades, formas, tamanho, localização, orientação e interfaces com outros sistemas construtivos (BESSONI, 2019), demonstrado na FIGURA 7.
FIGURA 7 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 350
FONTE: Darós (3) (2019).
ND 400 (Fabricação) - os elementos são representados por um modelo específico como um sistema em quantidades, formas, tamanho, localização, orientação e com detalhamento, informações precisas o suficiente para a pré fabricação e detalhes de instalações no elemento (BESSONI, 2019), retratado na FIGURA 8.
FIGURA 8 - REPRESENTAÇÃO DE PAREDE EM ND 400
FONTE: Darós (3) (2019).
ND 500 (Obra concluída) - os elementos do modelo são uma representação de campo, as built, com tamanhos, formas, localização, quantidade e orientação verificadas (BESSONI, 2019).
Os níveis de desenvolvimento a partir do ND200 podem possuir ainda informações não gráficas relacionadas com os elementos do modelo.
Para Bessoni (2019) é relevante ressaltar que não existe uma relação direta de um LOD com uma etapa específica do projeto ou um modelo de um projeto inteiro em determinado nível, visto que os mesmos possuem elementos e montagens com níveis de desenvolvimento diferentes.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 PROJETO ARQUITETÔNICO
3.1.1 Legislação Municipal de Curitiba
Para a aprovação de projetos arquitetônicos no município de Curitiba, posteriormente a verificação da guia amarela, que define os parâmetros construtivos específicos do local da construção, é necessário o acompanhamento dos anexos da Portaria n° 80, estabelecidos pela Prefeitura Municipal de Curitiba (PMC) e disposto nos artigos 1° e 2° do decreto 1020/2013.
Segundo Orientações e Procedimentos indicados pela PMC, para submeter o projeto à análise prévio a aprovação deve-se atender aos seguintes requisitos:
• Anexo I: estabelece para cada uso os itens mínimos que deverão ser atendidos no projeto a ser submetido à aprovação.
Para esse anexo é examinado os parâmetros urbanísticos relevantes para conjunto habitacional de habitação unifamiliar em série (constituído de mais de 20 habitações implantadas no mesmo lote), como zoneamento, uso e ocupação do lote, afastamentos de divisas e recuos, infraestrutura mínima, acessos de pedestres e veículos. E parâmetros construtivos obrigatórios, como dimensões e tipos, de coberturas necessários, de iluminação e ventilação, de estacionamento e uso racional da água.
• Anexo II: orienta quanto à apresentação e conteúdo mínimo para aprovação do projeto de edificações.
Nesse é verificado o conteúdo das pranchas, como implantação, quadro de áreas, plantas baixas, cortes, elevações, cobertura e perfis do terreno, além de características das pranchas como legenda, dimensões do papel, cores, letras e escalas, propriedade do imóvel, levantamento topográfico e diagrama de áreas dos pavimentos.
• Anexo III: determina as dimensões mínimas dos compartimentos para usos habitacionais conforme QUADRO 1 e QUADRO 2 apresentado a seguir.
QUADRO 1 - DIMENSÕES MÍNIMAS DOS AMBIENTES
FONTE: Adaptado de Portaria n°80 - Curitiba (2013).
QUADRO 2 - DIMENSÕES MÍNIMAS PARA ÁREAS DE USO COMUM
FONTE: Adaptado de Portaria n°80 - Curitiba (2013).
• Anexo IV: dispõe sobre iluminação e ventilação dos compartimentos. Posteriormente a verificação dos anexos explicitados acima, a Prefeitura será responsável para deferir ou não o projeto arquitetônico, para o caso de indeferimento deve se reiniciar os protocolos com as correções solicitadas até obter a aprovação do projeto. É recomendado a realização dos demais projetos somente após todas as alterações e adequações no arquitetônico, assim evitando o retrabalho de corrigir todos indefinidamente.
3.1.2 Corpo de Bombeiros do Paraná
3.1.2.1 Saídas de emergência
O Corpo de Bombeiros Paraná estabelece requisitos necessários para a segurança da edificação, como o dimensionamento das saídas de emergência para caso de incêndio ou pânico, em acessos, rotas de saídas horizontais e escadas ou rampas.
Com auxílio da Norma de Procedimento Técnico – NPT 011 (2016), definem-se as dimensões mínimas de escadas e corredores com badefinem-se no cálculo da população da edificação.
A população de um pavimento é calculada conforme o QUADRO 3, de acordo com sua ocupação em pessoas por m² e a capacidade da unidade de passagem, que é o número de pessoas que passam pela saída por minuto. (NPT 011, 2016).
As larguras de saídas são dimensionadas em função da população designada para essa rota de fuga e assim são definidas a quantidade e a capacidade das saídas de emergências (portas, escadas, acessos e descargas). O dimensionamento da saída de emergência é feito de acordo com a EQUAÇÃO (1) da NPT 011 (2016).
𝑁 =𝑃
𝐶 (1)
Onde:
𝑁 – número de unidade de passagem;
𝑃 – população, conforme ocupação e QUADRO 3 (pessoas);
𝐶 – capacidade da unidade de passagem, conforme QUADRO 3 (pessoas).
QUADRO 3 - DIMENSIONAMENTO DAS SAÍDAS DE EMERGÊNCIA.
A largura de saída é dada pelo número de unidades de passagem (N), com largura mínima é fixada em 0,55m para a passagem de um fluxo de pessoas, onde é dado pela população de cálculo (P) por capacidade da unidade de passagem (C), obtido no quadro apresentado. Ademais desses valores, deve-se atentar a recomendação da NBR 9050 (2015) que define uma largura mínima padrão de 1,20 m para acessibilidade.
Os acessos devem permitir o escoamento fácil de todos os ocupantes da edificação e livres de qualquer obstáculo, assim a NPT 011 (2016) define algumas dimensões de portas de saídas de emergência variando com a capacidade de pessoas e com o número de unidade de passagem a partir do vão livre na rota de saída.
3.1.2.2 Escadas e guarda corpo
Segundo a NPT 011 (2016) as escadas devem ser de material estrutural resistente ao fogo, dotadas de corrimãos em ambos os lados, atender a todos os pavimentos e pisos antiderrapantes.
A largura da escada deve atender ao número de pessoas que devam transitar na escada em caso de emergência, conforme item 3.1.2.1 e quando houver lances paralelos devem ter espaço mínimo de 10 cm entre os mesmos para a fixação do corrimão ou guarda corpo (NPT 011, 2016).
Os degraus, conforme FIGURA 9, devem ter a altura ℎ entre 16 cm e 18 cm, com tolerância de 0,5 cm, a largura 𝑏 é obtida pela fórmula de Blondel EQUAÇÃO (2) e o bocel ou a quina do degrau de no máximo 1,5 cm (NPT 011, 2016).
FIGURA 9 - ALTURA E LARGURA DOS DEGRAUS.
FONTE: NPT 011 (2016).
Segundo a NPT 011 (2016) é necessário guarda corpos em qualquer desnível maior que 19 cm para evitar quedas; as alturas das guardas devem ser de no mínimo 1,05 m e pode ser reduzida para até 0,92 m em escadas internas.
Os corrimãos devem ser adotados em ambos os lados da escada e com altura entre 0,80 m e 0,92 m acima do nível do piso. Devem ser projetados de forma contínua, sem obstruções, e com agarre confortável ao longo do deslocamento da mão em toda sua extensão, além disso necessitam estar afastados em pelo menos 4 cm das paredes ou guardas que forem fixados (NPT 011, 2016).
3.1.3 Norma de Desempenho
3.1.3.1 Iluminação e ventilação
A iluminação pode ser natural ou artificial, a NBR 15575-1 (2013) determina critérios para que durante o dia possua iluminação natural nas dependências da edificação e a noite detenha o sistema de iluminação artificial em condições satisfatórias.
Para a iluminação natural é estabelecido pela norma alguns requisitos como a disposição dos cômodos; a orientação geográfica da edificação; dimensões, posição e tipo de janelas e portas; cores de paredes, pisos e tetos; entre outros. A NBR 15575-1 (2015575-13) recomenda que as janelas tenham no máximo 15575-1 m de cota do peitoril e altura máxima de 2,2 m. Já para a iluminação artificial deve-se propiciar ao usuário condições satisfatórias de conforto e segurança para a circulação nos ambientes.
A ventilação é obtida por meio de aberturas nas fachadas com dimensões adequadas para proporcionar a ventilação interna nos ambientes de longa
permanência como salas, cozinhas e dormitórios. A NBR 15575-4 (2013) recomenda que seja atendida as áreas mínimas da legislação do local da obra, Código de Obras por exemplo, e caso não possua exigências de ordem legal para o local de implantação da obra deve-se adotar os valores indicados no QUADRO 4.
Para análise do projeto arquitetônico deve ser realizado para cada ambiente de longa permanência, o cálculo apresentado na EQUAÇÃO (3):
𝐴 = 100 ∙ 𝐴𝐴
𝐴𝑃 (3)
(3)
Onde:
𝐴 – Porcentagem de abertura para ventilação (%);
𝐴𝐴 – área efetiva de abertura de ventilação do ambiente (com livre circulação
de ar);
𝐴𝑃 – área de piso do ambiente.
QUADRO 4 - ÁREA MÍNIMA DE VENTILAÇÃO EM DORMITÓRIOS E SALAS DE ESTAR
FONTE: NBR 15575-4 (2013).
3.2 PROJETO ESTRUTURAL
O projeto estrutural será constituído de concreto armado e levará em consideração o conjunto de normal técnicas brasileiras da ABNT:
• NBR 6118 (2014) - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento; • NBR 6120 (2000) - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações; • NBR 6123 (1988) - Forças devidas ao vento em edificações;
3.2.1 Etapas do projeto estrutural
Para ordenar as etapas, o projeto estrutural será apresentado na ordem: 1. Concepção Estrutural
2. Análise Estrutural
3. Dimensionamento e Detalhamento.
3.2.2 Concepção estrutural
A concepção estrutural engloba as principais definições do concreto armado, o pré-dimensionamento dos elementos estruturais e verificação da instabilidade global. Essas informações causam um grande impacto no custo de um projeto e no estudo de viabilidade do mesmo.
Os elementos estruturais desse projeto limitam se a lajes, vigas e pilares. A definição e dimensionamento de fundação não será o foco desse trabalho.
3.2.2.1 Definições do concreto armado
As primeiras informações de projeto são norteadas pela localização do empreendimento e pelo tipo estrutural de concreto sendo concreto armado ou protendido. Munidos dessas informações e dos QUADRO 5, TABELA 1 e TABELA 2 definem-se a Classe de Agressividade Ambiental (CAA), relação água/cimento do concreto (a/c) e o cobrimento nominal, respectivamente.
QUADRO 5 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL (CAA)
FONTE: NBR 6118 (2014).
TABELA 1 - CLASSE DE AGRESSIVIDADE E A QUALIDADE DO CONCRETO
TABELA 2 - COBRIMENTO NOMINAL DO CONCRETO ARMADO
FONTE: Adaptado de NBR 6118 (2014).
3.2.2.2 Pré-dimensionamento de Pilares
O pré-dimensionamento dos pilares é baseado na recomendação da NBR 6118 (2014) sobre tensão ideal de compressão no concreto e dimensões e área mínima da seção transversal do pilar, segundo o item 13.2.3 da mesma norma.
São utilizados valores empíricos de cargas para tipos de pavimentos afim de estimar a tensão no concreto nas seções dos pilares pelo método da área de influência (YAMAMOTO, 2019).
A carga incidente em cada pilar da estrutura é resultado do somatório do produto entre áreas de influência e cargas dos pavimentos. A expressão pode ser visualizada na EQUAÇÃO (4), sendo 𝑖 o número do tipo de pavimento e 𝑘 o número do pilar. 𝑁𝑘 = ∑[ 𝐴𝑖𝑘∙ 𝑃𝐾] + 𝑃𝑐𝑥𝑎 𝑛 𝑘=1 (4) Sendo: 𝑁𝑘 – carga no pilar (tf)
𝐴𝑖𝐾 – área de influência do pilar (m²)
𝑃𝑘 – carregamento pelo tipo de pavimento
𝑃𝑐𝑥𝑎 – carga da caixa d’água considerada no pilar.
A localização do pilar na estrutura - canto, extremo, meio - é incorporada no pré-dimensionamento através do parâmetro 𝛽 conforme abaixo:
TABELA 3 – PARÂMETRO DE LOCALIZAÇÃO DO PILAR
Localização do pilar Parâmetro 𝜷 Pilar intermediário 1,0 Pilar de extremidade 1,2 Pilar de Canto 1,4 FONTE: Yamamoto (2019).
Na etapa de pré-dimensionamento é minorado a resistência do concreto de forma que que atinja apenas 40% de seu valor total. Com isso, as dimensões das seções transversais dos pilares são derivadas da EQUAÇÃO (5):
𝐴𝐾 =
𝛽 ∙ 𝑁𝑘 𝜎𝑖
(5)
Onde:
𝐴𝐾 – área da seção do pilar (m²) 𝛽 – parâmetro de localização 𝑁𝑘 – carga no pilar (tf)
𝜎𝑖 – tensão resistente do concreto (tf/m²)
3.2.2.3 Pré-dimensionamento de lajes
O pré-dimensionamento das lajes maciças é baseado no item 13.2.4.1 da NBR 6118 (2014), respeitando a espessura mínima (𝑒𝑚í𝑛) e o Estado Limite de Serviço (ELS), as dimensões das lajes nas duas direções e em seus vínculos com a estrutura - considerações de engaste, apoio simples ou balanço. A seguir é apresentado os tipos de vínculos para lajes na FIGURA 10 e as EQUAÇÕES (6), (7) e (8) conforme a classificação do tipo de vínculo.
FIGURA 10 - TIPOS DE VÍNCULOS DE LAJE
FONTE: Os autores (2019).
Para tipos 1 e 2 de lajes:
𝑒𝑚í𝑛= 2,8 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;
2
3𝑙𝑦)] + 1
(6)
Para tipos 3, 4 e 5 de lajes:
𝑒𝑚í𝑛= 2,5 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;2
3𝑙𝑦)] + 1
(7)
Para tipo 6 de laje:
𝑒𝑚í𝑛= 2,2 [𝑚í𝑛 (𝑙𝑥;2
3𝑙𝑦)] + 1 (8)
Sendo:
𝑙𝑥 – menor lado da laje; 𝑙𝑦 – maior lado da laje.
3.2.2.4 Pré-dimensionamento de vigas
O pré-dimensionamento das vigas é baseado no item 13.2.2 da NBR 6118 (2014), respeitando a dimensão da largura mínima (𝑏𝑤) de 12 cm e dimensionando a altura da viga (ℎ) pelo tipo do tramo. A seguir são apresentadas as EQUAÇÕES (9), (10) e (11) para definição da altura das vigas para balanço (hB), tramo externo (hE) e
ℎ𝐵 = 𝑙 5 (9) ℎ𝐸 = 𝑙 10 (10) ℎ𝐼 = 𝑙 12 (11) Onde: 𝑙 – comprimento do vão (cm).
3.2.2.5 Verificação da Indeslocabilidade da Estrutura
A verificação da indeslocabilidade da estrutura é baseada na estabilidade horizontal do edifício fornecida pelos elementos estruturais de contraventamento - de maior rigidez - representados por pórticos planos nas direções principais: 𝑥 e 𝑦.
Um dos modelos de cálculo para essa verificação segundo a NBR 6118 (2014) é através do parâmetro de instabilidade alfa (𝛼). O item 15.5.2 dessa norma fornece a EQUAÇÃO (12) para o estudo desse parâmetro 𝛼 e a EQUAÇÃO (13) determina os valores limites aceitáveis de 𝛼:
𝛼 = 𝐻𝑡𝑜𝑡√ 𝑁𝑡𝑘
𝐸𝑐𝑠∙ 𝐼𝑐 (12)
𝛼 ≤ {𝛼1 = 0,2 + 0,1𝑛 𝑠𝑒: 𝑛 ≤ 3
𝛼1 = 0,6 𝑠𝑒: 𝑛 ≥ 4} (13)
Onde:
𝐻𝑡𝑜𝑡 – altura total da estrutura (m);
𝑁𝑡𝑘 – somatório de todas as cargas verticais atuantes na estrutura (kN);
𝐸𝑐𝑠∙ 𝐼𝑐 – somatório dos valores de rigidez de todos os pilares na direção considerada ou rigidez equivalente do conjunto (kNm²). A rigidez equivalente de um pórtico plano pode ser obtida 9, pela EQUAÇÃO (14).
𝐸𝐼𝑒𝑞= 𝐹ℎ∙ ℎ𝑝𝑡 3 3𝑈 (14) Onde: 𝐹ℎ – força horizontal (kN);
ℎ𝑝𝑡 – altura do pórtico de contraventamento (m); 𝑈 – deslocamento horizontal (m).
Outro modelo de cálculo para verificação da indeslocabilidade da estrutura é o parâmetro 𝛾𝑧, no item 15.5.3 da NBR 6118 (2014). Esse coeficiente é medido através da EQUAÇÃO (15) e avalia a importância dos esforços de segunda ordem globais para estruturas reticuladas de no mínimo quatro andares. Caso 𝛾𝑧 ≤ 1,10, a estrutura é considerada de nós fixos. 𝛾𝑧 = 1 1 − ∆𝑀𝑡𝑜𝑡,𝑑 ∆𝑀1,𝑡𝑜𝑡,𝑑 (15) Onde:
∆𝑀𝑡𝑜𝑡,𝑑 – soma dos produtos de todas as forças verticais atuantes na estrutura
com seus valores de cálculo, pelos deslocamentos horizontais de seus respectivos pontos de aplicação, obtidos da análise de 1ª ordem;
∆𝑀1,𝑡𝑜𝑡,𝑑 – momento de tombamento, ou seja, a soma dos momentos de todas as forças horizontais, com seus valores de cálculo, em relação à base da estrutura.
3.2.2.6 Imperfeições geométricas globais
As imperfeições geométricas globais na estrutura como a influência do desaprumo e do vento são contabilizadas no cálculo estrutural global seguindo as recomendações do item 11.3.3.4.1 da NBR 6118 (2014). Na FIGURA 11 é representado a localização dos dados: 𝐻 – altura do edifício e 𝜃𝑎 – ângulo de desaprumo, que serão utilizados nas EQUAÇÕES (16) e (17) para verificação das imperfeições.
FIGURA 11 – IMPERFEIÇÕES GEOMÉTRICAS GLOBAIS FONTE: NBR 6118 (2014). 𝜃1 = 1 100√𝐻 (16) 𝜃𝑎 = 𝜃1√1 + 1/𝑛 2 (17) Onde:
𝜃1 𝑚𝑖𝑛 – 1/300 para estruturas reticuladas e imperfeições locais; 𝜃1 𝑚á𝑥 – 1/200;
𝑛 – número de prumadas de pilares no pórtico plano.
A NBR 6118 (2014) determina o seguinte procedimento para as considerações de imperfeições geométricas globais nas seguintes possibilidades:
a. Quando 30% da ação de vento for maior que a ação do desaprumo, considera-se somente a ação do vento;
b. Quando a ação do vento for inferior a 30% da ação do desaprumo, considera-se somente o desaprumo respeitando a consideração de 𝜃1𝑚𝑖𝑛;
c. Nos demais casos, combina-se a ação do vento e desaprumo, sem necessidade da consideração do 𝜃1𝑚𝑖𝑛.
3.2.3 Análise estrutural
3.2.3.1 Definição de carregamentos
A definição de valores das cargas será baseada na norma NBR 6120 (1980) - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. As cargas consideradas são
divididas em cargas permanentes e acidentais. As cargas permanentes referem-se aos materiais de construção como concreto armado, alvenaria de tijolos, argamassa de contrapiso; as cargas acidentais são considerações para o tipo de ocupação da edificação.
Na NBR 6120 (1980), os materiais de construção são caracterizados pelos seus pesos específicos aparentes em kN/m³ e os valores mínimos de cargas acidentais em kN/m².
3.2.3.2 Vento
A definição dos casos de carregamento de vento é baseada nas recomendações da NBR 6123 (1988) - Forças devidas ao vento em edificações. Esta norma apresenta os parâmetros a serem utilizados para a determinação do coeficiente de arrasto do vento na edificação, tais como velocidade básica do vento (𝑉0), fator 𝑆1, fator 𝑆2, fator 𝑆3, velocidade característica do vento 𝑉𝑘, pressão dinâmica do vento (𝑞). A velocidade básica de vento é observada no mapa de isopletas da NBR 6123 (1988), mostrado na FIGURA 12.
FIGURA 12 - ISOPLETAS DE VELOCIDADE BÁSICA V0 (M/S)
O fator topográfico 𝑆1 leva em consideração as variações do relevo para
terreno plano ou fracamente acidentado; taludes e morros; vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção. O valor de 𝑆1 é obtido conforme o item 5.2 da NBR 6123 (1988) e pode variar de 0,0 a 1,0, sendo 1,0 o valor de menor impacto da topografia.
O fator S2 é o parâmetro da rugosidade do terreno, das dimensões da
edificação e da altura sobre o terreno. No item 5.3 da NBR 6123 (1988) é possível classificar a edificação por Categoria e por Classe conforme mostrado adiante.
A norma citada permite classificar em cinco Categorias de acordo com a vizinhança da edificação:
• Categoria I: superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5km de extensão;
• Categoria II: terrenos abertos em nível, com poucos obstáculos, tais como árvores e edificações baixas;
• Categoria III: terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas;
• Categoria IV: terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada;
• Categoria V: terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados.
Segundo a NBR 6123 (1988), para a classificação em Classe a partir da maior dimensão horizontal ou vertical de uma edificação:
• Classe A: não excede 20 m; • Classe B: entre 20 m e 50 m; • Classe C: excede 50 m.
A partir dessas duas classificações e da altura da edificação (𝑧) é definido os parâmetros meteorológicos 𝑏, 𝑝 e 𝐹𝑟 na TABELA 4 retirada na NBR 6123 (1988).
TABELA 4 – PARÂMETROS METEOROLÓGICOS
FONTE: NBR 6123 (1988).
Com parâmetros meteorológicos definidos, é calculado o fator S2 para cada
altura 𝑧 (m) da edificação segundo a EQUAÇÃO (18).
𝑆2 = 𝑏 𝐹𝑟(𝑧 10)
𝑝
(18)
O fator estatístico S3, considera o grau de segurança requerido e a vida útil da
edificação. Para tanto, a norma NBR 6123 (1988) classifica as edificações em grupos: • Grupo 1: edificação cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva – 𝑆3 = 1,10;
• Grupo 2: edificação para hotéis e residências, comércio e indústria com alto fator de ocupação - 𝑆3 = 1,00;
• Grupo 3: edificação e instalações industriais com baixo fator de ocupação - 𝑆3 = 0,95;
• Grupo 4: vedações - 𝑆3 = 0,88;
• Grupo 5: edificações temporárias - 𝑆3 = 0,83.
Com os parâmetros V0, S1, S2 e S3, calcula-se a velocidade característica do
vento 𝑉𝑘 através da EQUAÇÃO (19) e a pressão dinâmica do vento (𝑞) pela
EQUAÇÃO (20).
𝑉𝑘 = 𝑉0𝑆1𝑆2𝑆3 (19)
𝑞 = 0,613 ∙ 𝑉𝑘2 (20)
Por fim, o coeficiente de arrasto é determinado com o auxílio de ábacos da NBR 6123 (1988) para considerações de região de alta turbulência (FIGURA 13) ou baixa turbulência (FIGURA 14).
Uma região de alta turbulência é definida na NBR 6123 (1988) como quando a altura da edificação estudada não excede duas vezes a altura média das edificações nas vizinhanças, e outros requisitos conforme item 6.5.3 dessa norma. Enquanto uma região de baixa turbulência refere-se a um campo aberto e plano.
FIGURA 13 - COEFICIENTE DE ARRASTO (𝐶𝑎), PARA EDIFICAÇÕES PARALELEPIPÉDICAS EM VENTO DE ALTA TURBULÊNCIA
FIGURA 14 – COEFICIENTE DE ARRASTO (𝐶𝑎) PARA EDIFICAÇÕES PARALELEPIPÉDICAS EM VENTO DE BAIXA TURBULÊNCIA
FONTE: NBR 6123 (1988).
3.2.3.3 Combinações e valores de cálculo
As estruturas podem receber ações em tempos diferentes ou simultaneamente. Para simular essas possibilidades a norma NBR 6118 (2014) no item 11.8 descreve os tipos de combinações a serem realizas nos cálculos, as combinações de Estado Limite Último (ELU) e as de Estado Limite de Serviço (ELS). O ELU analisa principalmente a capacidade resistente da estrutura enquanto o ELS refere-se a limites de deformação e fissuração da estrutura.
As ações características são majoradas pelos coeficientes de ponderação de cargas permanentes ou variáveis obtidos da TABELA 5 e agrupadas em combinações de ELU e ELS conforme EQUAÇÃO (21) e EQUAÇÃO (22), respectivamente. Quando analisado mais de uma carga variáveis em uma combinação, as ações variáveis secundárias são multiplicadas por fatores de redução apresentados na TABELA 6.
𝐹𝑑,𝐸𝐿𝑆 = ∑ 𝐹𝑔𝑖,𝑘+ ∑ 𝜓𝐹𝑞𝑖,𝑘 (22)
Sendo 𝐹 representação das ações, índice 𝑔 as ações permanentes, índice 𝑞 as ações variáveis e índice 𝑘 as ações características.
TABELA 5 – PARÃMETROS 𝛾
FONTE: NBR 6118 (2014). TABELA 6 – COEFICIENTES 𝛾𝑓2
3.2.4 Deslocamentos
Os valores de deslocamentos da estrutura devem respeitar os deslocamentos-limite definidos no QUADRO 6.
QUADRO 6 – LIMITES DE DESLOCAMENTOS
FONTE: Adaptado de NBR 6118 (2014).
3.2.5 Dimensionamento e detalhamento de armaduras
O dimensionamento dos elementos estruturais (lajes, escadas, vigas e pilares) será baseado na norma NBR 6118 (2014), com resistências superiores aos esforços solicitantes de cálculo, atendendo ao quesito de ductilidade da seção do
concreto (item 17.2.2 da norma) e controle da linha neutra e abertura de fissuras (item 17.3.3.2 da norma).
A ancoragem das barras de armaduras é baseada na NBR 6118 (2014). O detalhamento das armaduras dos elementos estruturais vigas, lajes, escadas e pilares seguem os itens a seguir.
3.2.5.1 Vigas
Segundo a NBR 6118 (2014), as armaduras longitudinais de vigas devem ter taxa superior a 0,15% e 4% para valores máximos. A armadura transversal mínima de vigas e elementos lineares deve seguir a EQUAÇÃO (23) apresenta no item 17.4.1.1.1 da NBR 6118 (2014):
𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 ≥ 0,2 ∙𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑚
𝑓𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑐 (23)
Sendo:
𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 – área de armadura transversal mínima (cm²); 𝐴𝑐 – área de concreto da seção (cm²);
𝑓𝑦𝑤𝑘 – resistência característica do aço da armadura transversal (MPa);
𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑚 – resistência característica média do concreto à tração (MPa), calculado segundo a EQUAÇÃO (24):
𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑚 = 0,3 ∙ 𝑓𝑐𝑘2/3
(24)
3.2.5.2 Lajes e Escadas
Para a NBR 6118 (2014), as armaduras de elementos planos devem atender à taxa máxima de 4% e mínima de 0,15%. Porém, as taxas mínimas de armaduras podem ser inferiores dependendo de sua função e localização, conforme o QUADRO 7 e a EQUAÇÃO (25).
QUADRO 7 – VALORES MÍNIMOS PARA ARMADURAS PASSIVAS ADERENTES
FONTE: NBR 6118 (2014).
𝜌𝑚𝑖𝑛 = 0,15% ∙ 𝐴𝑐 (25)
Sendo Ac a área da seção transversal do elemento.
3.2.5.3 Pilares
Algumas especificações e limites para dimensionamento e detalhamento de armadura de pilares segundo a NBR 6118 (2014) são:
• taxa de armaduras longitudinal máxima em seções de emendas de deve ser inferior a 8% da área de concreto (𝐴𝑐);
• em seções poligonais deve se ter uma barra longitudinal em cada vértice do pilar, respeitando o cobrimento do elemento;
• diâmetro mínimo das barras de aço de armadura longitudinal deve ser igual ou superior a ∅10 mm;
• a armadura transversal de pilares deve possuir diâmetro maior ou igual a 5 mm e a ¼ do diâmetro da barra longitudinal;
• o espaçamento longitudinal entre estribos deve ser igual ou inferior a 200mm, à menor dimensão da seção e a 12 vezes o diâmetro da armadura longitudinal.
3.2.6 Furos e aberturas
A compatibilização entre projetos pode exigir a execução de furos em elementos estruturais para a passagem de tubulações.
Os furos são orifícios de dimensões pequenas em relação ao elemento estrutural e as possuem dimensões consideravelmente maiores, conforme definido no item 13.2.5 da NBR 6118 (2014). Quando previstos furos e aberturas em elementos estruturais, seu efeito na resistência e na deformação deve ser verificado, porém é possível dispensar verificações ao seguir as recomendações da norma conforme apresentado a seguir.
3.2.6.1 Furos que atravessam vigas na direção de sua largura
Segundo a NBR 6118 (2014), devem ser respeitadas, simultaneamente, para dispensa da verificação, as seguintes condições:
• a distância mínima de um furo à face mais próxima da viga deve ser no mínimo igual a 5 cm e duas vezes o cobrimento previsto para a face;
• furos em zona de tração e a uma distância da face do apoio de no mínimo 2ℎ, onde ℎ é a altura da viga;
• dimensão do furo de no máximo 12 cm e ℎ/3;
• distância entre faces de furos, num mesmo tramo de no mínimo 2ℎ; • cobrimentos suficientes e não seccionamento das armaduras.
3.2.6.2 Aberturas que atravessam lajes maciças na direção de sua espessura
São dispensadas a verificação de efeitos de aberturas na resistência e deformação de lajes maciças quando atendidas, simultaneamente, as seguintes condições da NBR 6118 (2014):
• as dimensões da abertura devem corresponder a no máximo a 1/10 do menor vão (𝑙𝑥);
• a distância entre face de aberturas adjacentes deve ser maior que a metade do menor vão.
3.2.6.3 Detalhamento de armadura em aberturas
As faces das lajes maciças junto as aberturas devem ser adequadamente protegidas por armaduras transversais e longitudinais, conforme detalhe tipo da FIGURA 15 retirado do item 20.2 da NBR 6118 (2014). Deve se adequar em cada situação considerando a dimensão e o posicionamento das aberturas, o carregamento aplicado nas lajes e a quantidade e diâmetro das barras que está sendo interrompidas pelas aberturas.
FIGURA 15 – DETALHE DE ARMAÇÃO DE ABERTURAS EM LAJES
3.3 PROJETO HIDRÁULICO
3.3.1 Instalação predial de água fria
3.3.1.1 Abastecimento, reservação e distribuição
A NBR 5626 (1998) aborda sobre projetos de instalações prediais de água fria e dispõe algumas exigências a se observar no projeto como garantir o fornecimento de água de forma continua com pressão, velocidade e quantidades adequadas; possibilitar manutenção fácil e econômica; evitar ruídos inadequados aos ambientes e proporcionar conforto aos usuários com fácil operação das peças utilizadas.
Segundo a NBR 5626 (1998), previamente ao projeto deve ser calculado as características do consumo predial (volumes e vazões); características da oferta de água como a disponibilidade de oferta e necessidades de reservação inclusive contra possíveis incêndios.
O abastecimento deve ser proveniente da rede pública de água, a região de Curitiba tem como concessionária a SANEPAR (Companhia de Saneamento do Paraná), podendo ou não ser potável onde a mesma deve ser independente a de uso potável e pode ser utilizada para limpeza, combate a incêndio e outros usos que não necessitem de potabilidade da água (NBR 5626, 1998).
Os reservatórios devem preservar a água potável e sua capacidade estabelecida levando o padrão de consumo, frequência e duração de interrupções do abastecimento. O volume de água reservado deve ser no mínimo o necessário para 24h de consumo normal no edifício sem considerar a reserva de incêndio. O posicionamento das entradas e saídas de água nos reservatórios tem que se verificar a não ocorrência de zonas de estagnação de água dentro do reservatório (NBR 5626, 1998).
Para a rede predial de distribuição deve ser prevista a instalação de registros de fechamento para possíveis manutenções da rede, é recomendado o uso desses registros no barrilete, na coluna de distribuição e no ramal. Para instalações conjuntas de água fria e água quente a instalação da fria deve ser protegida impedindo a entrada da água quente (NBR 5626, 1998).
3.3.1.2 Dimensionamento das tubulações
Segundo a NBR 5626 (1998), as tubulações devem ser dimensionadas de maneira que o abastecimento de água seja garantido com vazão adequada. Para dimensionar a rede predial de distribuição deve considerar o uso simultâneo de mais de um ponto de utilização, se não for previsto algum desses funcionamentos é possível ocorrer a redução temporária da vazão em um dos pontos, porém sua ocorrência não deve comprometer a satisfação dos usuários. Além disso, deve-se verificar que as tubulações não atinjam valores superiores a 3 m/s.
Para o reservatório a vazão é determinada ao dividir a capacidade do mesmo pelo tempo de enchimento, em reservatórios grandes deve ser de no máximo 6 horas dependendo do tipo de edifício (NBR 5626, 1998).
Os pontos de utilização precisam ter uma pressão dinâmica mínima para garantir a vazão de projeto necessária e o bom funcionamento da peça de utilização. Em todos os casos a pressão não deve ser inferior a 10 kPa, exceto na caixa de descarga que pode ser de no mínimo 5 kPa. Já a pressão estática em qualquer ponto de utilização não deve ser superior a 400 kPa. Para a rede de distribuição a pressão dinâmica da água não deve ser inferior a 5 kPa (NBR 5626, 1998).
3.3.1.3 Procedimento
Em instalações prediais, as tubulações procedem do reservatório superior, são denominadas de barriletes, seguem para as colunas de distribuição, após para os ramais e sub-ramais para conectar-se com os aparelhos de utilização, o dimensionamento é realizado no sentido inverso ao caminho da água ao começar o cálculo pelas peças sanitárias (KNAPIK, 2019).
Para o dimensionamento, conforme a NBR 5626 (1998) é utilizado o critério do consumo máximo provável por meio do método de pesos relativos, com somatórias desses pesos de cada aparelho ( 𝑃) conforme apresentado no TABELA 7 e a partir do somatório calcula-se a vazão estimada na seção considerada (𝑄) em litros por segundo, conforme EQUAÇÃO (26).
TABELA 7- PESOS RELATIVOS POR APARELHO SANITÁRIO
FONTE: NBR 5626 (1998).
A NBR 5626 (1998) sugere uma rotina, após numerar os nós ou ponto de utilização desde o reservatório, para o dimensionamento das tubulações conforme roteiro adaptado por Knapik (2019) a seguir:
1) Identificação do pavimento; 2) Identificar cada trecho da rede;
3) Determinar a soma de pesos relativos de cada trecho a partir dos valores apresentados na TABELA 7;
4) Calcular vazão estimada para cada trecho conforme EQUAÇÃO (26); 5) A partir dos pontos de utilização, determina-se o diâmetro interno da tubulação em cada trecho utilizando o nomograma (FIGURA 16) por método gráfico;
